一种超高磁感无取向硅钢及其制造方法和在汽车发电机生产中的应用
阅读说明：本技术 一种超高磁感无取向硅钢及其制造方法和在汽车发电机生产中的应用 (Ultrahigh magnetic induction non-oriented silicon steel, manufacturing method thereof and application thereof in automobile generator production ) 是由 陆天林 裴英豪 施立发 朱涛 胡柯 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种超高磁感无取向硅钢及其制造方法和在汽车发电机生产中的应用,成分：C：≤0.005％、Si：0.5-1.2％、Mn：0.1-0.5％、P：0.01-0.1％、S：≤0.004％、Al：≤0.005％、N：≤0.005％、Ti：≤0.003％,余量为铁和不可避免的杂质。通过成分设计,配合CSP薄板坯连铸连轧工艺、常化工艺,不用添加贵金属元素,不添加贵金属元素,流程短、成本低、磁感高、性能稳定；节省成本的同时,具有优良的磁性能,采用本发明生产的汽车发电机铁芯,与常规产品生产的铁芯相比,重量可减轻15％以上,缩小了发电机尺寸,满足汽车发电机小型化、高效化的要求。(The invention provides ultrahigh magnetic induction non-oriented silicon steel, a manufacturing method thereof and application in the production of automobile generators, wherein the silicon steel comprises the following components: c: less than or equal to 0.005%, Si: 0.5-1.2%, Mn: 0.1-0.5%, P: 0.01-0.1%, S: less than or equal to 0.004%, Al: less than or equal to 0.005 percent, N: less than or equal to 0.005 percent, Ti: less than or equal to 0.003 percent, and the balance of iron and inevitable impurities. Through composition design, the CSP thin slab continuous casting and rolling process and the normalizing process are matched, noble metal elements are not added, and the method has the advantages of short flow, low cost, high magnetic induction and stable performance; the iron core of the automobile generator produced by the invention has the advantages that the weight can be reduced by more than 15% compared with the iron core produced by conventional products, the size of the generator is reduced, and the requirements of miniaturization and high efficiency of the automobile generator are met.)
技术领域
本发明属于冶金材料科技领域，具体涉及一种超高磁感无取向硅钢及其制造方法和和在汽车发电机生产中的应用，产品铁损低、磁感优良，用于汽车发电机。
背景技术
科技的发展必然带动交通工具的革新，车辆的核心是电机，电机的核心是无取向硅钢。为了满足电机小型化、低能耗、高效率的发展趋势，要求无取向硅钢具有更低铁损、更高磁感，而磁感和铁损是一对互相矛盾的性能。如何兼顾铁损和磁感是无取向硅钢亘古不变的话题。
汽车发电机作为汽车重要组成部分之一，可在汽车工作时，向蓄电池充电，保证汽车有充足的电量供照明、空调、音响等用电设备使用。提高发电机效率、降低尺寸是汽车发电机制造企业的最终目的，制造厂通过加工工艺优化提高发电机效率的阈值有限，这就对发电机核心部件定子和转子铁芯提出了更高的要求。
大量研究表明，通过关键工序的工艺调整或者加入Sn、Sb以及Sn/Sb混合能提高无取向硅钢磁感，且不会恶化铁损。如2015年3月11日公开的中国专利CN104404396A公开了一种B50≥1.78T，P1.5/50≤5.0W/kg的高磁感无取向硅钢，方法为加入0.01-0.15％的Sn+Sb以及工艺调整，降低铸坯加热温度至850-980℃、优化卷曲温度810-880℃，其生产的产品卷曲温度较高，添加Sn、Sb增加了成本，且铁损值较高。2014年12月10日公开的中国专利CN104195427A公开了一种低铁损高磁感无取向硅钢及生产方法，通过添加偏析元素Sn、高温终轧≥850℃、高温卷曲≥650℃的方法，获得成品铁损P1.5/50为5.10-5.30W/kg，磁感B5000为1.77-1.78T，该硅钢的铁损值较高；2018年7月17日公开的中国专利CN108286021A公开了一种高磁感无取向硅钢板的制备方法，通过复合加入Sn、Sb增加有利织构组分，将无取向硅钢的磁性能提高到B5000为1.754-1.791T，铁损P1.5/50≤4.4W/kg，添加Sn、Sb增加了生产成本。
现有技术通过加入Sn、Sb以及Sn/Sb混合能提高无取向硅钢磁感，成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高磁感无取向硅钢及其生产方法，通过成分设计，配合生产工艺，不用添加贵金属元素，节省成本的同时，具有优良的磁性能。
本发明另一目的在于提供一种超高磁感无取向硅钢在汽车发电机生产中的应用，采用本发明CSP生产的超高磁感无取向硅钢生产的汽车发电机铁芯，与常规产品生产的铁芯相比，重量可减轻15％以上，缩小了发电机尺寸，满足汽车发电机小型化、高效化的要求。
本发明具体技术方案如下：
一种超高磁感无取向硅钢，包括以下质量百分比成分：
C：≤0.005％、Si：0.5-1.2％、Mn：0.1-0.5％、P：0.01-0.1％、S：≤0.004％、Al：≤0.005％、N：≤0.005％、Ti：≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质。
所述超高磁感无取向硅钢铁损P1.5/50≤4.0W/kg，B5000≥1.78T。
C会细化晶粒。碳化物弥散分布会抑制晶粒长大，增大磁滞损耗，不利于硅钢磁性能的提高，硅钢中尽量降低C含量，但当C含量≤0.005％，进一步降低会增加较多成本，因此将低牌号硅钢C含量上限定为0.005％。
Si有利于降低涡流损耗，但会增加磁滞损耗，从而降低磁感应强度，综合考虑铁损和磁感应强度，将Si含量范围定为0.5-1.2％。
Al与Si作用类似，但Al含量大于0.005％时，在钢中易形成细小氧化物，阻碍晶粒长大，磁性能变差，将Al含量上限规定为0.005％。
P与Al、Si同样是增加电阻率的有效元素，P沿晶界偏聚可提高α织构强度，降低γ织构强度。但P含量大于0.1％会降低加工性，产生磷脆。因此将P的上限规定为0.1％，P含量小于0.01％，磁性能提升不明显，将下限规定为0.01％。
Mn与Si同样有利于降低涡流损耗，使MnS粗化，提高晶粒尺寸，降低磁滞损耗，且Mn会促进P的偏聚，Mn含量大于0.5％，P脆化加重，因此将Mn含量规定为0.1-0.5％。
本发明提供的一种超高磁感无取向硅钢的制造方法，采用CSP工艺生产制造，包括冶炼、铸造；
所述冶炼、铸造具体为：先进行铁水预处理，经转炉冶炼，经过钢包吹氩和RH真空处理，进入薄板坯连铸。
为了保证连铸的连续性和降低钢水中杂质元素含量，采用硅脱氧，有效降低Ti元素含量，降低钢水发黏的风险。
所述制造方法还包括热轧；
所述热轧具体工艺参数为：加热温度1050-1150℃，终轧温度830-900℃，卷曲温度650-720℃。
所述热轧通过隧道炉均热后，进入7机架连轧机组轧制，轧制工艺为：隧道炉1050-1150℃加热，终轧温度830-900℃，卷取温度650-720℃。
所述制造方法还包括常化处理，所述常化处理是在热轧后进行；
所述常化处理是指：将热轧板进行常化处理，常化温度900-1000℃，时间1-3min，然后进行酸洗，得到常化板。
所述酸洗是指酸洗使用浓度为10-20％盐酸进行酸洗，酸洗温度60-100℃。
所述常化板进行冷轧，获得目标厚度0.5mm的冷轧板。
所述制造方法还包括，将冷轧板进行连续退火；所述连续退火具体为：在保护气氛中进行连续退火，温度800-900℃，时间1-4min；所述保护气体为H2和N2的混合气体，H2的体积比例25-40％。
所述制造方法还包括：退火后，涂覆绝缘涂层，获得高磁感无取向硅钢成品。
采用CSP薄板坯连铸连轧工艺，铸坯冷速快，而柱状晶区的晶粒由低温向高温区生长，有利于增加铸坯中柱状晶比例，柱状晶组织有很强的{100}面织构，{100}面织构遗传性强，从而增加成品中有利织构组分，提高磁感应强度，且减少铸坯运输和铸坯重新加热工序，流程短，成本低。
本发明提供的一种超高磁感无取向硅钢在汽车发电机生产中的应用，所述超高磁感无取向硅钢不仅不添加贵金属元素，成本极低，而且具有优良的磁性能，铁损P1.5/50≤4.0W/kg，B5000≥1.78T的高磁感；采用本发明超高磁感无取向硅钢生产的汽车发电机铁芯，与常规产品生产的铁芯相比，铁损降低P1.5/50约15.6％，磁感B5000升高约2.8％，相同功率的电机，硅钢用量减少，电机尺寸变小，重量可减轻15％以上，缩小了发电机尺寸，满足汽车发电机小型化、高效化的要求。
本发明提供的一种铁损P1.5/50≤4.0W/kg，B5000≥1.78T的高磁感无取向硅钢该无取向硅钢具有高磁感的同时，具有较低的铁损。通过C：≤0.005％、Si：0.5-1.2％、Mn：0.1-0.5％、P：0.01-0.1％、S：≤0.004％、Al：≤0.005％、N：≤0.005％、Ti：≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质的成分设计，通过CSP薄板坯连铸连轧工艺配合常化工艺，不用添加贵金属元素，不添加贵金属元素，流程短、成本低、磁感高、性能稳定；节省成本的同时，具有优良的磁性能，采用本发明生产的汽车发电机铁芯，与常规产品生产的铁芯相比，重量可减轻15％以上，缩小了发电机尺寸，满足汽车发电机小型化、高效化的要求。与现行相应牌号的普通无取向硅钢相比，铁损P1.5/50降低约0.7W/kg，磁感B5000明显提高约0.05T。
附图说明
图1为本发明实施例6常化后的金相组织图；已完全再结晶，晶粒较均匀，晶粒尺寸较大；
图2为本发明实施例6退火后的金相组织图；常化组织在退火过程中得到遗传，晶粒尺寸较大，均匀性较好，铁损P1.5/50降低；
图3为本发明实施例6常化后的EBSD织构图；常化样品中有较强的{100}有利织构组分，{111}不利织构较弱；
图4为本发明实施例6退火后的EBSD织构图；退火后的样品织构以{111}不利织构为主，因常化组织的遗传效应，{100}有利织构强度增强，{111}不利织构强度降低，磁感应强度B5000提高；
图5为本发明对比例3中未常化样品的金相组织图；已完全再结晶，但存在部分变形组织，与实施例6相比，组织均匀性较差，晶粒尺寸较小；
图6为本发明对比例3中退火后的金相组织图；与对比例6相比，退火组织晶粒尺寸较小，均匀性较差；
图7为本发明对比例3中未常化样品的EBSD织构图；样品中织构以{100}有利织构为主，与实施例6相比，{100}有利织构较弱，{111}不利织构较强；
图8为本发明对比例3中退火后的EBSD织构图；样品中织构以{111}不利织构为主，与实施例6相比，{100}有利织构较弱，{111}不利织构较强；
图中标注的1、2、3、4、5、6、7的数字表示的是织构强度等级，图中等高线，越往里数字越大。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行说明。
本发明提供的一种超高磁感无取向硅钢，包括以下质量百分比成分：
C：≤0.005％、Si：0.5-1.2％、Mn：0.1-0.5％、P：0.01-0.1％、S：≤0.004％、Al：≤0.005％、N：≤0.005％、Ti：≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质，通过CSP薄板坯连铸连轧配合常化工艺，降低成本、提高磁感。
所述超高磁感无取向硅钢的制造方法，采用CSP薄板坯连铸连轧，包括如下步骤：
1)冶炼、铸造
先进行铁水预处理，经120吨转炉冶炼，经过钢包吹氩和RH真空处理，进入薄板坯连铸，所述化学成分按质量百分比为：C：≤0.005％、Si：0.5-1.2％、Mn：0.1-0.5％、P：0.01-0.1％、S：≤0.004％、Al：≤0.005％、N：≤0.005％、Ti：≤0.003％，余量为铁和不可避免的杂质；
为了保证连铸的连续性，采用硅脱氧。
2)热轧：通过隧道炉均热后，进入7机架连轧机组轧制，轧制工艺为：隧道炉1050-1150℃加热，终轧温度830-900℃，卷曲温度650-720℃。
3)将热轧板进行常化处理，常化温度900-1000℃，时间1-3min，然后进行酸洗，得到常化板；酸洗使用浓度为15％盐酸进行酸洗，酸洗温度80℃。
4)将常化板进行冷轧，获得厚度0.5mm的冷轧板。
5)将冷轧板在保护气体为H2和N2的混合气体的保护气氛中进行连续退火，温度800-900℃，时间1-4min，最后涂覆绝缘涂层，获得高磁感无取向硅钢成品。
采用CSP薄板坯连铸连轧工艺，是因为流程短、成本低、有利于提高磁性能。
实施例1-实施例8
一种超高磁感无取向硅钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
对比例1-对比例3
一种无取向硅钢，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有列出的余量为Fe和不可避免的杂质。
表1各实施例和对比例成分(wt％)
实施例
C
Si
Mn
P
S
Ti
Al
N
1
0.0012
0.53
0.13
0.018
0.003
0.0010
0.002
0.002
2
0.0009
0.64
0.25
0.071
0.002
0.0012
0.002
0.005
3
0.0017
0.83
0.29
0.027
0.002
0.0011
0.001
0.003
4
0.0016
0.67
0.21
0.052
0.003
0.0014
0.002
0.003
5
0.0008
0.92
0.40
0.063
0.004
0.0015
0.003
0.004
6
0.0019
1.14
0.35
0.080
0.002
0.0017
0.004
0.005
7
0.0020
1.12
0.47
0.035
0.002
0.0014
0.002
0.003
8
0.0011
0.76
0.28
0.044
0.003
0.0015
0.003
0.004
对比例1
0.0010
0.48
0.01
0.015
0.002
0.0007
0.005
0.005
对比例2
0.0050
1.30
0.60
0.012
0.003
0.0015
0.004
0.004
对比例3
0.0015
0.83
0.33
0.040
0.002
0.0017
0.003
0.002
实施例1所述超高磁感无取向硅钢的制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼、铸造
先进行铁水预处理，经120吨转炉冶炼，经过钢包吹氩和RH真空处理，进入薄板坯连铸，为了保证连铸的连续性，采用硅脱氧；
2)热轧：通过隧道炉均热后，进入7机架连轧机组轧制，轧制工艺为：隧道炉1120℃加热，终轧温度875℃，卷曲温度700℃；
3)将热轧板进行常化处理，常化温度940℃，时间100s，然后进行酸洗，酸洗使用浓度为15％盐酸进行酸洗，酸洗温度80℃，得到常化板；
4)将常化板进行冷轧，获得厚度0.5mm冷轧板；
5)将冷轧板在H2和N2的混合气体(H2的体积比例25％)作为保护气氛中进行连续退火，温度880℃，时间150s，最后涂覆绝缘涂层，获得高磁感无取向硅钢成品。
各实施例和对比例按照上述实施例1相同的方法制造生产，区别仅在于工艺参数，各实施例和对比例生产制造的具体工艺参数如表2所示。
表2各实施例和对比例的主要工艺参数及性能情况
实施例6和对比例3的金相组织图和EBSD织构图对比，图1可以看出实施例6常化后，已完全再结晶，晶粒较均匀，晶粒尺寸较大；图2可以看出常化组织在退火过程中得到遗传，晶粒尺寸较大，均匀性较好，铁损P1.5/50降低；图3可以看出常化样品中有较强的{100}有利织构组分，{111}不利织构较弱；
图4可以看出退火后的样品织构以{111}不利织构为主，因常化组织的遗传效应，{100}有利织构强度增强，{111}不利织构强度降低，磁感应强度B5000提高。而对比例3，图5反映的常化后已完全再结晶，但存在部分变形组织，与实施例6相比，组织均匀性较差，晶粒尺寸较小；图6反映的对比例3退火组织晶粒尺寸较小，均匀性较差；图7反映的对比例3样品中织构以{100}有利织构为主，与实施例6相比，{100}有利织构较弱，{111}不利织构较强；图8可以看出样品中织构以{111}不利织构为主，与实施例6相比，{100}有利织构较弱，{111}不利织构较强。
从表2可以看出，本发明通过CSP薄板坯连铸连轧加常化工艺，可以明显改善无取向硅钢的磁性能。以上实施例的铁损和磁感均达到铁损P1.5/50≤4.0W/kg，B5000≥1.78T的要求，而对比例3中未经过常化处理，铁损和磁感明显较差。