150SBW600高压电机用无取向硅钢的制备研究

李维华 林致明

摘要：本文通过控制铁水预处理、转炉冶炼、RH炉外精炼、连铸、热轧、一次冷轧、罩式炉退火和二次冷轧不同的制备过程工艺参数，制备了50SBW600无取向硅钢试样，并对其进行了电磁性能和金相组织检测。检测结果表明，50SBW600无取向硅钢试样的平均铁损为3.40，平均磁感为1.71T，均满足铁损低于3.70W/kg的要求和磁感高于1.68T的要求，其主要织构为{1 0 0}、{1 0 3}、{1 1 2}织构。

关键词：50SBW600；无取向硅钢；冶炼；热轧；冷轧

无取向硅钢是含碳很低的硅铁合金，在形变和退火后的钢板中其晶粒呈无规则取向分布。合金的硅含量为1.5%～3.0%，或硅铝含量之和为1.8%～4.0%。产品通常为冷轧板材或带材，其公称厚度为0.35和0.5mm，主要用于制造电动机和发电机。现阶段无取向硅钢的生产厂家众多，尤其中低牌号产品产量供大于求，亏损严重，开发低成本、高性能、高附加值的无取向硅钢产品成为企业扭亏为盈、扩大市场占有率的最有效途径。高压电机用无取向硅钢要求产品具有较低的铁损和较高的磁感，属于高效电机用钢，产品附加值高，代表了新一代低铁损高磁感无取向硅钢的发展趋势，在节能高效等方面具有显著优势，高效电机用钢成为各大硅钢生产企业的一大攻关方向，因此，高效电机用钢的研发成为了我公司的研发战略发展方向^[1-4]。鉴于高压电机用无取向硅钢产品具有较低的铁损和较高的磁感，产品附加值高，同时开发高压电机用无取向硅钢产品可以增加集团公司产品种类多样性，同时为高牌号无取向硅钢的开发进行工艺摸索和技术储备，可以提升集团公司无取向硅钢产品的质量水平、行业竞争力和产品竞争力，公司开展高压电机用无取向硅钢50SBW600产品研发项目是非常有必要的^[5-8]。

1 研究概述

结合公司现有的生产技术和装备情况，本项目计划研发工艺路线为：铁水预处理→转炉冶炼→RH炉外精炼→连铸→辊道式加热炉→热轧→酸洗→一次冷轧→罩式炉退火→二次冷轧→连续退火→涂层→分卷→包装出厂，目的是研究生产工艺的合理性，产品电磁性能满足国内某电机厂高压电机用硅钢原料要求：铁损P15/50达到3.7 W/kg以下，磁感B50达到1.68 T以上。

2 关键研究内容

2.1 炼钢工艺研究

炼钢工艺是依据各元素对电工钢微观组织结构和磁性能的影响，合理设计化学成分，并通过控制炼钢工艺过程获得成分、纯净度和外观质量均符合要求的铸坯。冶炼无取向硅钢时，硅、锰和铝是要求严格控制，碳、硫、氮等有害元素含量要尽量低，根据高压电机用硅钢原料的要求，要求采用低硫铁水，铁水要求深脱硫并扒渣处理，要求出站铁水S的质量分数控制在0.003%以下，并在转炉工序进一步脱硫，RH真空炉进行合金化并将钢中C的质量分数降到0.005%以下，N的质量分数降到0.0025%以下，O的质量分数降到0.0020%以下。另外，炼钢工艺还要研究Si含量和Mn含量对铁损P15/50和磁感B50的影响；浇铸硅钢时，采用连铸工艺，影响铸坯质量因素有拉速、铸温、钢液保护等，无取向硅钢的硅、铝含量较高，热导率较低必须减小其冷却速度，连铸时随钢中硅含量增加，拉速应降低，一般拉速控制在0.1～1.0m/min。为防止钢水氧化及增氮，在浇铸时钢水应进行氩气密封保护，采用电磁搅拌技术。

2.2 热轧工艺研究

对于无取向硅钢来说，加热温度高，热轧塑性好，但产品磁性降低；加热温度低，塑性差，但磁性高。因此通常来说，在轧机能力允许的条件下，加热温度应尽量低，热轧工序采用低的出炉温度，可以防止钢坯加热过程中AlN，MnS等析出物固溶到钢坯中，后续轧制过程中析出成微小的析出物颗粒，阻碍 晶粒长大，{1 1 1}组分增多，磁性变坏。卷取温度大于700℃，可以保证热轧板晶粒均匀；但又不能高于720℃，否则容易形成晶界氧化及内氧化层，造成酸洗困难。

2.3 冷轧工艺研究

酸洗时严格按照工艺要求控制酸液浓度和机组速度；冷轧工艺采用10%+78%压下率进行二次轧制，第一次轧制由2.55mm轧到2.30mm，第二次轧制由2.30mm轧到0.50mm。冷轧轧制时对各道次压下量和轧制张力控制较好，轧制后表面质量良好，无异常情况。罩式退火炉采取全氢气保护退火，保护气体作为传热介质通过对流和辐射将热量传给钢卷，保证钢卷均匀加热，连续退火时加小张力以保证钢带更平整，退火温度必须在相变点以下，因为相变可产生大小混合晶粒，破坏有利织构组分和使脱碳速度变慢，磁性破坏。在α相区内，若退火温度增高和退火时间延长，则晶粒尺寸增大，铁损降低。所以，为了提高产量和磁性，一般选用高温短时间退火方法。

3 关键技术研究

3.1 转炉炼钢化学成分设计

结合相关元素对电工钢微观组织结构和磁性能的影响，特别是Si、S和Als含量的设计，通过控制这些参数来有效提高磁感B50，降低铁损P15/50，针对无取向硅钢50BW600钢的特点，化学成分设计具体情况如表1所示。

表1 50BW600钢化学成分

项目	元素/wt%
	C	Si	Mn	P	S	Als	N	O
内控	≤0.006	1.55～1.95	0.58～0.98	0.02～0.05	≤0.004	0.48～0.78	≤0.0024	≤0.0022
目标	0.003	1.70	0.84	0.043	0.004	0.65	0.0016	0.0015

3.2 热轧工艺温度控制

针对无取向硅钢热轧工艺特点，考虑热轧过程中温度对钢组织和磁性的影响，包括对酸洗工艺的影响，结合公司当前生产设备和技术情况，设计了出炉温度、精轧温度、终轧温度和卷取温度，具体情况如表2所示。

表2 热轧工艺温度控制

项目	温度控制/℃
	出炉温度	精轧温度	终轧温度	卷取温度
内控	≤1250	≥970	850～875	690～710
目标	1190～1220	990～1005	855～860	695～705

3.3 二次冷轧工艺罩式退火温度控制

针对无取向硅钢冷轧工艺特点，为了保证钢卷均匀加热，防止退火温度在相变点以下破坏磁性，为了提高产量和磁性，选用高温短时间退火方法，炉内气氛为氮氢混合湿气氛，实际工艺速度为80m/min，连退炉退火温度为710℃。

4 性能测试

4.1 电磁性能

本次试验8炉，共8个钢卷，成品电磁性能检验结果如表3所示。由表3可知，8个钢卷铁损最小是3.35W/kg，最大值是3.45W/kg，均满足低于3.70W/kg的要求；磁感最小值是1.70T，磁感最大值是1.72T，均满足高于1.68T的要求。

表3 电磁性能检验结果

项目	铁损/（W/kg）	磁感/T
最小值	3.35	1.70
最大值	3.45	1.72
平均值	3.40	1.71

4.2 金相组织和织构

选取其中1卷成品进行金相组织和织构检验，结果显示，产品晶粒尺寸较大，处于合适的尺寸范围，再结晶较充分；主要织构为{1 0 0}、{1 0 3}、{1 1 2}织构。

5 结论

（1）通过合理控制冶炼、连铸和热轧工艺，可以成功开发50SBW600无取向硅钢，均满足铁损低于3.70W/kg的要求和磁感高于1.68T的要求。

（2）采用二次冷轧加罩式退火工艺代替常化退火工艺是可行的，产品综合性能能达到设计要求。

参考文献

1. 李毅伟,李德君,乔浩浩.高冲片性50BW600电磁性能影响因素及工艺控制[J].电工钢,2020,2(02):31-34+52.

2. 乔浩浩,李德君,李毅伟.高压电机用无取向硅钢50BW600生产工艺探究[J].电工钢,2020,2(01):41-44.

3. 李毅伟,王溪刚,李德君,乔浩浩. 含Sb无取向硅钢50BW600生产工艺研究[N]. 世界金属导报,2020-03-03(B04).

4. 陆佳栋,吴圣杰,李慧,岳重祥.卷取温度对0.5%Si无取向硅钢组织和磁性能的影响[J].电工钢,2021,3(02):16-20.

5. 姜福健,李元华,高振宇,张本尊,王铁,吴明,李浩.无取向硅钢涂层的现状及发展趋势[J].鞍钢技术,2021(02):9-12+18.

6. 刘云霞,李跃,程林,曹瑞芳,刘恭涛,刘晓强,安冬洋,李泽琳.无取向硅钢在全工艺流程中的组织和织构变化[J].理化检验(物理分册),2021,57(04):29-33.

7. 陆佳栋,吴圣杰,岳重祥,李化龙.二次退火温度对无取向硅钢组织和磁性能的影响[J].金属热处理,2021,46(03):67-71.

8. Ines Gilch,Tobias Neuwirth,Benedikt Schauerte,Nora Leuning,Simon Sebold,Kay Hameyer,Michael Schulz,Wolfram Volk. Impact of residual stress evoked by pyramidal embossing on the magnetic material properties of non-oriented electrical steel[J]. Archive of Applied Mechanics,2021(prepublish).

1作者简介：李维华(1983-)，男，湖北天门人，汉族，硕士，工程师，从事炼钢工艺技术，