一种低矫顽力线材及其制造方法与流程

本发明涉及一种钢材及其制备方法，尤其涉及一种线材及其制备方法。

背景技术：

1、软磁材料指的是磁化主要发生在磁场强度h不大于1000a/m的材料，其具有低矫顽力和高磁导率。软磁材料易于磁化，也易于退磁。电磁纯铁是一类典型的软磁材料。随着电子、电讯等产业的发展速度较快，电磁纯铁应用领域不断扩展、需求增长十分迅速。

2、电磁纯铁主要磁学性能包括矫顽力、矫顽力时效增加值、最大磁导率、最大磁感应强度等。其中最大磁感应强度大小取决于材料的成分，它所对应的物理状态是材料内部的磁化矢量整齐排列，是铁芯单位截面积上通过的磁力线数，也称磁通密度，它代表材料的磁化能力，单位为t。矫顽力是表示材料磁化难易程度的量，取决于材料的成分及缺陷(杂质、应力等)。磁导率是磁滞回线上任何点所对应的b与h的比值，与材料组织、器件工作状态密切相关。矫顽力是指磁性材料在饱和磁化后，当外磁场退回到零时其磁感应强度b并不退到零，只有在原磁化场相反方向加上一定大小的磁场才能使磁感应强度退回到零，该磁场称为矫顽磁场，又称矫顽力。软磁材料矫顽力越小，越容易磁化与退磁，在实际应用中能更快速实现电路的电能参数变换，提高响应速度，因此期望降低电磁纯铁材料的矫顽力。

3、例如，公开号为cn100457385c，公开日为2009年2月4日，名称为“一种低矫顽力高磁导率电磁纯铁冷轧薄板材料”的中国专利文献采用c≤0.010％，si≤0.10％，mn≤0.20％，p≤0.015％，s≤0.010％，al＝0.50％～0.80％，[o]、[n]＜40ppm，电解夹杂＜60ppm，其余为fe的成分配比，获得低矫顽力高磁导率的dt4c牌号产品。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种低矫顽力线材，其通过合金成分优化设计、组织调控来获得软磁材料，使得其具有低矫顽力，更易于磁化和退磁，提高电子元器件的响应速度、磁性能。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种低矫顽力线材，其含有fe和不可避免的杂质，此外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

3、0＜c≤0.003％；

4、si≤0.01％；

5、mn：0.1-0.2％；

6、al：0.30-0.45％；

7、o：0.0015-0.0035％；

8、n：0.001-0.003％；

9、ca：0.0005-0.0015％。

10、进一步地，本发明还提供了一种低矫顽力线材，其各化学元素质量百分含量为：

11、0＜c≤0.003％；

12、si≤0.01％；

13、mn：0.1-0.2％；

14、al：0.30-0.45％；

15、o：0.0015-0.0035％；

16、n：0.001-0.003％；

17、ca：0.0005-0.0015％；

18、余量为fe和其他不可避免的杂质。

19、在本发明所述的低矫顽力线材中，各化学元素的设计原理具体如下所述：

20、c：c元素钢铁生产过程中使用的重要元素，经高炉炼铁、转炉或者电炉冶炼，碳元素保留至最终产品，在钢材轧后冷却或者是退火热处理后碳元素将以渗碳体形态析出，渗碳体的存在将为磁畴移动提供钉扎，提高材料矫顽力，因此本发明控制其上限为0.003％。

21、si：si为非金属元素，在本发明中其含量过高将导致合金磁性能降低，但在钢的冶炼过程中si元素是无法完全去除的，同时考虑到冶炼成本和性能，本发明控制其上限为0.01％。

22、mn：mn元素易与有害元素s结合形成mns，降低其危害，同时mn元素固溶在钢中有利于退火过程中晶粒长大，为充分发挥mn元素作用，本发明控制mn元素含量高于0.1％。但对于本发明来说，当mn含量过高时，将增大线材控冷组织控制难度，降低磁性能，因此控制mn元素添加量低于0.20％。

23、al：al元素常作为脱氧元素加入钢中，同时al元素的添加将影响合金相变，al固溶于铁素体中将提高奥氏体转变温度，但mn元素添加将使得奥氏体相区扩大，降低相变温度，本发明同时考虑al、mn元素相互作用，通过计算及实验研究发现当al添加量高于0.3％时，该材料合金相变点可高于930℃，在线材拉拔后的退火过程中，将有利于铁素体等轴晶粒的长大，但当钢中al含量过高时，al替代铁将会降低合金磁性能，同时将会促进氧化物尺寸长大提高矫顽力。

24、o：o元素为钢冶炼过程中必然存在的元素，本发明中，o在液态钢水中将与al元素结合形成氧化铝析出物，通过炼钢过程中分2-3次在精炼过程中加入al，可控制氧化铝颗粒尺寸不超过3μm，为连铸过程中钢液凝固提供形核质点，促进等轴晶组织的形成，防止因为柱状晶过度长大造成残余元素过度偏析降低材料加工性能和磁性能，有利于组织均匀化，因此本发明控制钢中o含量高于0.0015％，但过高的氧含量将导致钢中夹杂物增加、尺寸增大，极大影响材料拉拔和磁性能，提高矫顽力，因此需要控制o含量低于0.0035％。

25、n：在本发明中，n元素固溶于铁素体中将降低相变温度和磁性能，因此其含量需控制在0.003％以下，在合金冷却过程中n易与al元素结合析出，同残余c元素将与其它合金元素结合性能碳化物，这类析出物尺寸较小，控制在纳米级范围内，将防止加热过程中发生晶粒异常长大，促进铁素体晶粒均匀生长，提高材料组织、性能均匀性。基于此，为了充分发挥n元素作用，控制其含量高于0.001％。

26、ca：在本发明中，ca元素添加高于0.0005％有利于氧化铝颗粒的分散分布，但是过高的ca元素将导致合金冶炼难度增加、成本上升，因此控制ca含量低于0.0015％。

27、进一步地，在本发明所述的低矫顽力线材的其他不可避免的杂质中：ti≤0.003％，p≤0.015％，s≤0.008％。

28、本发明中不可避免的杂质主要是p、s和ti。其中，ti元素易与n结合形成尺寸粗大的tin，因此优选地控制ti含量不超过0.003％。p和s元素残留在钢中将导致钢材脆性增加，降低材料成型性能，因此优选地控制p含量低于0.015％，s含量低于0.008％。

29、进一步地，在本发明所述的低矫顽力线材中，其化学元素质量百分含量还满足下述各项的至少其中之一：(al+100ca)/(ti+n)≥85；mn/s≥20；式中各化学元素代入相应化学元素质量百分含量百分号前的数值。

30、本发明为了促进al的氮化物及碳元素充分析出，发挥ca元素作用，进一步控制材料中各化学元素质量百分含量满足(al+100ca)/(ti+n)≥85。

31、mn元素易与有害元素s结合形成mns，为了降低其危害，本发明控制mn/s≥20。

32、进一步地，在本发明所述的低矫顽力线材中，其铁素体晶粒尺寸为200-800μm。该组织特征可有效降低材料矫顽力，使其具有良好的软磁性能。

33、进一步地，在本发明所述的低矫顽力线材中，其氧化铝和铝的碳氮析出物的尺寸≤3μm。该组织特征可有效降低材料矫顽力，使其具有良好的软磁性能。

34、进一步地，本发明所述的低矫顽力线材的矫顽力≤25a/m。

35、本发明的另一目的在于提供一种低矫顽力线材的制造方法，其采用较为简单的加工工艺，可以制得满足低矫顽力的软磁材料线材。

36、基于上述目的，本发明还提供了一种低矫顽力线材的制造方法，其包括步骤：

37、冶炼；

38、连铸；

39、初轧；

40、加热：加热至950-1150℃，保温1.5-2.5h；

41、盘条轧制；

42、斯太尔摩风机冷却；

43、盘条拉拔；

44、退火：退火加热温度为870-910℃，保温时间为1-2h，然后以低于50℃/h冷速冷却至500℃以下。

45、进一步地，在本发明所述的制造方法的初轧步骤中，将方坯加热至1100-1250℃后，轧制为140-220mm小方坯。

46、进一步地，在本发明所述的制造方法的盘条轧制步骤中，控制轧制速度为20-110m/s。

47、进一步地，在本发明所述的制造方法的盘条轧制步骤中，控制精轧机组进口温度为900-980℃，减定径机组进口温度为900-980℃，吐丝温度为890-960℃。

48、进一步地，在本发明所述的制造方法的斯太尔摩风机冷却步骤中，控制斯太尔摩风机组的f1-f3风机风量为0-50％。

49、进一步地，在本发明所述的制造方法的盘条拉拔步骤中，控制拉拔减面率为10-30％。

50、本发明所述的低矫顽力线材具有如下所述的优点以及有益效果：

51、本发明所述的低矫顽力线材的显微组织均匀，铁素体晶粒尺寸200-800μm，矫顽力低于25a/m，磁性能优良，可满足高性能、快速开关用继电器铁心、通信电子器件零件加工要求，具有广泛的应用前景。