表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢及生产方法
阅读说明：本技术 表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢及生产方法 (Steel with excellent surface quality for hydraulic generator rotor yoke and production method thereof ) 是由 宋畅 魏兵 高智平 黄大伟 熊飞 何亚元 刘斌 刘志勇 徐进桥 张俊鹏 于 2021-05-26 设计创作，主要内容包括：表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢,其化学成分及wt%：C：0.03～0.07%,Si：≤0.05%,Mn：1.85～2.0%,P：≤0.015%,S：≤0.002%,Nb：0.075～0.095%,V：0.03～0.07%,Mo：0.10～0.20%,Als：0.02～0.10%,N：≤0.010%；生产方法：经转炉冶炼后连铸成坯；对铸坯加热；经除鳞后热轧；层流冷却；卷取进行罩式退火；自然冷却至室温。本发明屈服强度≥800MPa,抗拉强度≥850MPa,磁感性能B50≥1.5T的前提下,还能使表面粗糙度≤1.6μm,满足单机容量≥100万千瓦水轮发电机转子的需求。(The steel for the magnetic yoke of the hydro-generator rotor with excellent surface quality comprises the following chemical components in percentage by weight: c: 0.03 to 0.07%, Si: less than or equal to 0.05 percent, Mn: 1.85-2.0%, P: less than or equal to 0.015 percent, S: less than or equal to 0.002%, Nb: 0.075-0.095%, V: 0.03 to 0.07%, Mo: 0.10-0.20%, Als: 0.02-0.10%, N: less than or equal to 0.010 percent; the production method comprises the following steps: smelting in a converter and then continuously casting into a blank; heating a casting blank; hot rolling after descaling; laminar cooling; coiling and performing cover annealing; naturally cooling to room temperature. The invention can ensure that the surface roughness is less than or equal to 1.6 mu m under the premise that the yield strength is more than or equal to 800MPa, the tensile strength is more than or equal to 850MPa and the magnetic induction property B50 is more than or equal to 1.5T, thereby meeting the requirement that the capacity of a single machine is more than or equal to 100 ten thousand kilowatts of hydraulic generator rotors.)
技术领域
本发明涉及一种电机用钢及生产方法，确切地属于一种表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢及生产方法，其更适用于水轮发电机转子在单机容量≥100万千瓦机组中的使用。
背景技术
水轮发电机结构中转子磁轭是最核心的部件之一，其主要作用是产生转动惯量和挂装磁极，同时也是磁路的一部分。要求具有高强度、高精度以及良好的磁性能。随着水电工程的大型化发展，转子体积不断增大，安全性能要求也不断提高，因而对表面质量也提出更高的要求。钢板表面麻点等缺陷不仅直接影响钢板外观，同时，表面麻点使表面粗糙度升高，从而降低疲劳极限，且材料的强度越高，表面粗糙度对疲劳极限的影响越显著。提高表面质量，对提高发电机转子的寿命、可靠性，降低维护成本，有着重要意义。
在本发明申请之前，已有中国专利号为ZL201711083951.X、ZL201611103749.4和ZL201510921787.X的发明专利文献分别记载了“一种具有优异磁性能的高强度钢板及其制造方法”、“一种水轮发电机磁轭用高强度高。这三文献分别介绍了采用控轧控冷方法生产的热轧磁轭钢，上述专利的Ti含量分别为0.08％～0.18％、0.20％～0.25％和0.035％～0.075％，由于Ti的碳化物TiC固溶温度高，铸坯轧制前需高温加热，加热工艺分别为1350～1400℃、1300～1350℃(保温3小时)、1280～1350℃(均热时间100～150min)，均存在不仅加热温度高，而且保温时间长，易产生较厚的氧化铁皮，且后续难以去除，对最终钢板表面质量不利。
另有中国专利号为ZL201510921794.X和ZL201510921789.9的发明专利文献，分别记载了“屈服强度550MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及其制造方法”和“屈服强度650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及其制造方法”，由于均未控制轧制速度，导致钢板在高温轧制过程中形成较厚铁皮，后期难以去除，且由于未开展退火工艺，钢板表面不光亮，影响表面粗糙度。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种用于单机容量≥100万千瓦水轮发电机转子磁轭所需的屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥850MPa，磁感性能B50≥1.5T且表面粗糙度≤1.0μm的磁轭钢及生产方法。
实现上述目的的措施：
表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢，其化学成分及重量百分含量：C：0.03～0.07％，Si：≤0.05％，Mn：1.85～2.0％，P：≤0.015％，S：≤0.002％，Nb：0.075～0.095％，V：0.03～0.07％，Mo：0.10～0.20％，Als：0.02～0.10％，N：≤0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优选地：所述Nb的重量百分含量在0.079～0.091％。
优选地：所述V的重量百分含量在0.039～0.065％。
表面质量优良的水轮发电机转子磁轭用钢的生产方法，其步骤：
1)经转炉冶炼后连铸成坯；
2)对铸坯进行加热，铸坯加热温度在1180～1220℃；
3)经除鳞后进行两段式热轧，并控制精轧速度在12～14m/s，终轧温度在880～920℃；
4)进行层流冷却，在冷却速度为20℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，控制卷取温度在500～550℃；
6)进行罩式退火，在全氢气氛下进行退火，并控制退火温度在500～550℃，并在此温度下保温10～15h；
7)自然冷却至室温。
优选地：卷取温度在508～536℃。
优选地：退火温度在507～542℃，并在此温度下保温11～14h。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
本发明中的碳(C)：碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，同时可以与钢中Nb、V、Ti作用形成微合金碳化物，起到析出强化作用，碳含量过高会影响钢的磁感性能。将碳含量限定在0.03～0.07％，既可提高钢的强度，又保证钢的磁感性能。
本发明中的硅(Si)：Si是重要的脱氧剂，且具有固溶强化作用，提高钢板强度。但是，Si易与O形成SiO2，在加热炉中加热过程中SiO2易与铁的氧化物FeO形成铁橄榄石Fe2SiO4，Fe2SiO4嵌入到钢板铁皮结构中，与基体结合十分紧密，后续难以去除，从而引起表面缺陷，因而本发明将Si含量为控制为≤0.05％。
本发明中的锰(Mn)：锰可降低奥氏体转变成铁素体的相变温度，扩大热加工温度区域，有利于细化铁素体晶粒尺寸，提高钢的屈服强度和抗拉强度。因而本发明将Mn含量控制为1.85～2.0％。
本发明中的磷(P)、硫(S)：磷在钢中具有容易造成偏析，硫易与锰结合生成MnS夹杂，均强度不利。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢磁性能和强度的不利影响，通过对铁水进行深脱硫预处理等手段，控制磷、硫含量，从而减轻其不利影响。
本发明中的铌(Nb)：Nb、V、Ti是最为有效的微合金元素，但Ti化学性质活泼，易与钢中O、S、N、C结合，在钢中形成粗大的TiN等夹杂，对性能不利，同时，Ti的固溶温度高，需高温加热，对表面质量控制不利，因此本发明中不额外添加Ti。Nb的化学性质更为稳定，不仅可通过抑制再结晶和阻止晶粒长大，可有效细化奥氏体晶粒尺寸，有利于提高钢板强度，同时其固溶温度较低，有利于表面质量控制。但若低于所限定下限，则会强度不足；但若高于所限定上限，则会增加其在晶界偏聚从而提高发生铸坯裂纹的风险，所以将其含量控制在0.075～0.095％，优选地在0.079～0.091％。
本发明中的钒(V)：V具有较强的细化晶粒和析出强化效果，钢板冷却卷取过程中边部散热较中部快，导致边部Nb的析出与中部相比而言存在不足，但由于V的析出温度较Nb略低，适合在边部析出，从而很好的弥补边部强度不足，确保了整个板面的性能均匀性。但若低于所限定下限，则会强度不足；但若高于所限定上限，则会增加其在晶界偏聚从而提高发生铸坯裂纹的风险，所以将其含量控制在0.03～0.07％，优选地在0.039～0.065％。
本发明中的钼(Mo)：Mo存在于钢的固溶体和碳化物，有固溶强化的作用。当Mo与Nb同时加入时，Mo在控轧过程中可增大对奥氏体再结晶的抑制，进而促进奥氏体显微组织的细化，从而提高钢板强度。
本发明之所以控制铸坯加热温度在1180～1220℃。是由于其加热温度为影响表面铁皮的重要因素，因为铁橄榄石Fe2SiO4熔点约1170℃，形成熔融状态后便会以楔形侵入铁皮与基体中，后期极难去除。因此，需加热至1180～1220℃，保证后续除鳞温度在Fe2SiO4熔点以上，以便于去除，同时也可保证合金元素的完全固溶并避免因加热温度过高导致的奥氏体晶粒过分粗大及析出物的粗大。
本发明之所以控制热轧轧制速度在12～14m/s，是由于快速轧制可以避免钢板在高温下停留时间较长而产生较厚的氧化铁皮。
本发明之所以控制热轧终轧温度在880～920℃，以获得所需的强度。
本发明之所以控制卷取温度在500～550℃，以利于Nb、V的碳氮化物析出，获得所需的强度，同时减小钢板的进一步氧化。
本发明之所以控制退火温度在500～550℃，并在此温度下保温10～15h，可使钢板表面发生还原反应，使得表面洁净光亮。
本发明与现有技术相比，在保证屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥850MPa，磁感性能B50≥1.5T的前提下，还能使表面粗糙度≤1.6μm，能完全满足单机容量≥100万千瓦水轮发电机转子磁轭以上水轮发电机转子磁轭用钢的要求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明各实施例与对比例的组分取值列表；
表2为本发明各实施例与对比例工艺参数取值；
表3为本发明各实施例与对比例实验结果列表。
本发明各实施例均按以下步骤生产：
1)经转炉冶炼后连铸成坯；
2)对铸坯进行加热，铸坯加热温度在1180～1220℃；
3)经除鳞后进行两段式热轧，并控制精轧速度在12～14m/s，终轧温度在880～920℃；
4)进行层流，在冷却速度为20℃/s下冷却至卷取温度；
5)进行卷取，控制卷取温度在500～550℃；
6)进行罩式退火，在全氢气氛下进行退火，并控制退火温度在500～550℃，并在此温度下保温10～15h；
7)自然冷却至室温。
表1本发明各实施例和对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例和对比例的主要工艺参数列表
表3本发明各实施例和对比例的的性能检测结果
从上表3结果中可以看出，本发明钢板可达到屈服强度≥800MPa，抗拉强度≥850MPa，磁感性能B50≥1.5T，表面粗糙度≤1.0μm，能完全满足单机容量≥100万千瓦水轮发电机组的使用要求。
以上实施例仅为最佳例举，并非为本发明技术方案的全部。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种低密度复合钢板的制备方法