本钢冷轧半工艺无取向电工钢的开发试制_2006

本钢冷轧半工艺无取向电工钢的开发试制

李德君

(本钢技术中心，本溪，11700)

摘 要：由于电工钢是高附加值的产品，本钢利用现有的装备条件下开发出了冷轧半工艺无取向电工钢，产品性能达到用户的要求。

关键词：冷轧，半工艺，无取向电工钢

Openning Out Cold Rolled Semi-Process Non-Oriented

Electric Steel in Benxi Iron & Steel Company

LI De-jun

(Benxi Iron & Steel Company technical center,Benxi China,11700)

Abstract :The paper describes sold semi-process non-oriented electric steel. Because electric steel is a high additive value product, Benxi Iron & Steel Company opens out cold rolled semi-process non-oriented electric steel utilizing

，

existing equipments. The capability of product satisfies the consumersdemand.

Key words: cold rolling，semi-process，non-oriented electric steel

1 前言

电工钢板是用量最大的一种的软磁材料，主要用于制作变压器、发电机、电动机铁芯及镇流器、继电器、磁放大器、扼流线圈、磁屏蔽、磁开关等导磁元件，是我国发展电力工业、输变电、机电制造、家用电器、电讯等行业不可缺少的重要原材料。近年来，随着我国火力发电、水力发电、城网改造、电机制造业及家用电器的迅速发展，电工钢的应用领域不断扩大，需求量逐年增加，对品种亦提出更新的要求。

电工钢按硅含量多少分为低硅钢(Si≤2.8%)和高硅钢(Si≥2.8%)，电工钢原材料的主要优点是：具有良好的磁性，与其他软磁材料相比，电工钢具有更高的性能稳定性，适于高温、高压、振动、冲击等特殊环境下使用，并且价格低廉，适用于工业化大生产。

自1903年问世以来，电工钢发展十分迅速，工业发达国家从60年代起，开始逐步以性能和外观优异的冷轧硅钢片取代热轧取代热轧产品。我国

______________________________ 李德君，男，硕士，高级工程师

自1952年开始研制热轧硅钢片，19年生产出热轧低硅钢片，于1979年生产出冷轧硅钢片。

我国电工钢生产消费中存在着热轧硅钢片的消费量所占比例过大，冷轧硅钢片生产总量不足的情况，主要的原因是硅钢片的总消费量的迅速增长，而冷轧硅钢生产量增加有限。不足部分除进口外，只有由传统的热轧硅钢片供应市场，随着2005年的到来，我国强制性的淘汰热轧硅钢片，这部分只得由进口来替代；同时在无取向硅钢片方面，国外无取向硅钢片向低硅、无硅的高磁感方向发展，价格低、冲片性能好、磁感高，适用于家用电机、汽车电气及荧光灯附件等，在美国这一部分的需求量占无取向硅钢片总需求量的50%以上，这种无取向电工钢即是冷轧半工艺无取向电工钢，在我国只有武钢一家生产半工艺无取向电工钢。

2 半工艺无取向电工钢的主要技术指标

2.1化学成分制定

152 2006中国金属学会青年学术年会论文集

半工艺无取向电工钢属于冷轧无取向低碳低硅电工钢，是指≤1%Si或≤1%(Si+Al)电工钢，标定厚度为0.5和0.65mm。其特点是制造工艺简单，制造成本低。此钢硅含量低，磁感应强度高，铁损也较高。这类材率主要用于生产家用电机、小电机、镇流器和小型变压器等。冷轧无取向低碳低硅电工钢多以半成品（不完全退火）状态出售，用户冲片后再经完全退火消除冲片应力。由于合金元素在无

取向电工钢和取向电工钢中的作用不一样，因此在制定成分时了解各种元素对冷轧无取向低碳低硅电工钢的影响： 2.1.1硅的影响

当硅量从0.1%增到1%，电阻率ρ增高，P15不断降低，但B50也下降，硅提高0.1%相当于电阻率ρ增高约1.3μΩ·cm，P15降低0.11W/Kg。 2.1.2碳的影响

碳为有害元素，成品碳量增高，P15增大。例如：0.5mm厚的0.9%Si钢中，碳量每增高0.01%，P15 平均增高0.66W/Kg。碳高也引起磁时效，因此要求成品中C<0.003%。生产半成品时，炼钢的碳要小于0.01%(最好小于0.008%)，以后在消除应力退火

时将碳脱到0.005%以下。

同时碳扩大γ相区和使相变温度降低，碳高迫使成品退火温度降低，晶粒长大不充分，铁损增高。碳化物尺寸、形态和分布对电工钢晶粒组织、织构和磁性有较大影响。 2.1.3锰的影响

锰与硫形成MnS，可防止沿晶界形成低熔点的FeS所引起的热脆现象，因此要保证一定量的锰来改善热轧塑性。锰扩大γ相区，MnS在γ相中的固溶度乘积比在α相中的低，可促使MnS粗化，有得于以后晶粒长大。一般要求Mn/S≥10，除保证良好热加工性和使MnS粗化外，还有一部分固溶的锰配合0.06~0.08%P提高低碳电工钢硬度，改善冲片性。锰可改善热轧板组织和织构，促使(100)和(110)组分加强，(111)组分减弱，改善磁性。

锰的作用与硫含量有密切关系。当含0.004~0.017%S时，提高锰量使用使MnS粗化，晶粒容易长大。<0.004%S时，锰量增高使晶粒变小，因为热轧板预退火后析出细小MnSiN2。硫和锰量都低时，晶粒更容易长大。在含0.01%S时，锰从0.05%增到0.55%使P15明显降低，B50变化不大。

含0.002%S时，

锰量降低，B50增高，P15略有降低。因为低硫低锰钢常化后晶粒更粗化，改善了织构和磁性，并且磁各向异性小。

2.1.4磷的影响

磷提高ρ、缩小γ区,促使晶粒长大,降低铁损。磷沿晶界偏聚可提高（100）组分和减少（111）组分，所以B50也提高。磷明显提高硬度和改善冲片性。钢的硬度与磷和硅的含量有关。当磷量符合0.05—2/35[Si%]≤[P%]≤0.15—1/7[Si%]时,完全退火状态的硬度HV≈110,半成品HV≈185,冲片性和磁性都提高。

磷有阻碍碳化物析出和长大及减轻磁时效的作用。钢中含0.005%C和Si%×P%≥0.12时就可以防止磁时效。

磷量过高特别是碳量很低的情况下，冷加工性变坏，产品发脆。 2.1.5硫的影响

硫是有害元素。硫量提高，Ｐ15明显提高。每提高0.01%S,P15增高约0.33W/Kg或每提高0.01%S,P15增高约0.157W/Kg。硫与锰形成细小MnS时可强烈阻碍成品退火时的晶粒长大。以后加热、热轧和退火工艺的一个重要目的就是防止析出细小MnS质，或使钢中以存在的MnS粗化。硫也是产生热脆的主要元素。 2.1.6铝的影响

铝与硅的作用相似,提高ρ值、缩小γ区和促使晶粒长大,所以铁损降低。酸溶铝Als在0.005%～0.014%范围内，P15明显增高，最容易形成细小的AlN从而组该晶粒长大；由于晶粒小，(111)位向组分也增多。所谓酸溶铝是钢中ＡlN的铝量和固溶铝，也就是总铝量减掉Ａl2O3中铝量后剩余的铝量。在Als≤０.003%情况下，Als量愈低，半成品经７

５０℃×２h消除应力退火时晶粒愈容易长大，

（１００）组分增多，所以Ｐ１５明显降低。

铝量在０.1 5%以上时起到与提高硅量相同的作用，同时形成粗大

的，

AlＮ改善织构，降低铁损和使磁各向异性减小。 2.1.7氮的影响

氮是有害元素，易形成细小AlＮ质点抑制晶粒长大。Ｎ２＞０.0025%时使Ｐ１５明显提高。氮是产生磁时效的元素。因为室温以下氮在α－Ｆe中的溶解度比碳溶解度约10倍，所以氮比碳对时影响更大氮量高于０.012%时，退火易产生起泡现象产品报废。以后加热、热轧和退火工艺的一个重要目

的是防止析出细小AlN或使钢中已存在AlN粗化。

2.1.8氧的影响

氧是有害元素。氧形成ＳiO2,Al2O3和MnO 等

氧化物夹杂，使磁性降低。

MnO等细小氧化物可阻2006中国金属学会青年学术年会论文集 153

碍晶粒长大。每提高0.01%O2，Ｐ15可增高约0.07%W/Kg。氧加速氮在铁中的扩散速度，可间接地加速磁时效。硅和铝降低碳和氮在α－Ｆe中的扩散速度，阻碍磁时效，但氧与硅和铝形成氧化物，所以也促进磁时效。 2.1.9锑的影响

1974年川崎钢铁公司首先在低碳低硅电工钢中加入0.01~0.02%锑。证明锑可防止冲片退火时表面形成小晶粒，P15明显降低。但锑可阻碍脱碳，因此冲片中碳量应小于0.01%。随后乌中浩等发现在1.85%和3%硅钢中加锑可使(100)[uvw]组分加强和晶粒粗化，因为锑在原晶界处偏聚,阻碍(111)再结晶

锑加在钢包中或在浇铸晶核的形成,从而改善磁性。

时加入。热轧板必须经700~850℃预退火或850~950℃常化。锑可防止冲片消除应力退火时粘接，因为锑在冲片表面偏聚。因此半成品钢板表面粗糙度Ra控制在0.5~2.0μm，叠片系数不降低。随后在低碳低硅电工钢中加0.05%Sb也同样改善了织构和磁性，并已正式生产含锑钢半成品，适用于制造高效电机。热轧板在较高温度下预退火或常化对锑改善磁性有重要影响。常化或预退火后晶粒大，冷轧时在晶粒内易发展形变带，再结晶退火时(110)晶粒优先在形变处生核。在锑更加速形成形变带和抑制（111）晶粒沿晶界生核。因此在再结晶初期（110）组分就迅速增高，同时（111）组分明显减弱。再结

（100）组分随晶结束后锑也抑制（111）晶粒长大。

退火温度升高单调地降低。加锑对（111）和（100）组分的变化影较小。

基于上面各种元素对冷轧低碳低硅无取向电工钢磁性的影响，本钢确定了冷轧半工艺无取向电工钢的化学成分，见表1。 2.2.技术指标 2.2.1.力学性能指标

本钢冷轧半工艺无取向电工钢的力学性能指标是参照GB/T2521-1996《冷轧晶粒取向、无取向磁性钢带（片）》和Q/WG(GG)02-1999《冷轧磁性钢带》制订的，其力学性能指标见表2。 2.2.2磁性指标

本钢冷轧半工艺无取向电工钢的磁性指标是参照GB/T2521-1996《冷轧晶粒取向、无取向磁性

、钢带（片）》、Q/WG(GG)02-1999《冷轧磁性钢带》

IEC60404-8-3：1998《半工艺状态交货冷轧非合金电工钢板（带）技术条件》、BS EN10126：1996(98.7.22复审)《半工艺冷轧非合金电工钢板（带）》和ASTM A726M-92《半工艺冷轧磁性叠片钢（米制）》制订的，其磁性指标见表3。

表1 本钢冷轧半工艺无取向电工钢的化学成分 (wt%)

C Si Mn P S Als Sb N O 标准

≤0.01

≤1.00

≤0.80

≤0.050

≤0.010

≤0.30

≤0.05

≤0.006

≤0.005

表2 本钢冷轧半工艺无取向电工钢的力学性能指标

牌号 BGD

抗拉强度 Rm(MPa)

延伸率 δ5(%)

≥335 --

表3 本钢冷轧半工艺无取向电工钢的磁性指标

牌号

理论密度(g/cm3)

最大铁损P1.5/50(W/㎏)

5.00 最小磁感B50 (T)

1.68

BGD 7.80 注：BGD为半工艺产品，须经用户把钢带冲剪成一定形状或组装成一定结构后进行退火，使其达到理想的铁损和磁感。为此推荐退火温度控制在780-810℃，保温时间随叠片尺寸、装炉量，表面精度及退火炉特性等参数而变化。

保护气体使用含有合适露点的氢氮混合气体，并防止钢带表面氧化。

3 工艺流程

本钢冷轧半工艺无取向电工钢的工艺流程如

下所示：

铁水预处理→转炉→精炼(RH处理)→连铸→加热→连轧成材→控制冷却→卷取→CDCM→罩式退火炉→平整→重卷→检验→包装出厂

1 2006中国金属学会青年学术年会论文集

4 本钢生产的冷轧半工艺无取向电工钢的性能情况

4.1力学性能情况

本钢生产的冷轧半工艺无取向电工钢力学性

能见表4。

从表4中可以看出，本钢生产的冷轧半工艺无取向电工钢力学性能达到了技术指标。 4.2磁性情况

本钢生产的冷轧半工艺无取向电工钢磁性情况见表5。

表4 本钢冷轧半工艺无取向电工钢的力学性能

牌号

冷轧批号 502984 502985 502986 503879 503880 503881 503882

BGD

503883 503885 503886 503887 503888 5038 5030 5031 5032

最小值 最大值 平均值

Rel(MPa) 315 305 350 320 355 325 345 380 370 320 375 365 340 295 370 325 295 380 340.6

Rm(MPa) 405 390 415 410 440 415 425 445 430 410 435 455 415 410 430 405 390 455 417.4

A(%) 43 43 42 41 31 30 39 41 33 41 42 30 34 32 40 34 30 46 37.7

表5 本钢冷轧半工艺无取向电工钢磁性

牌号

冷轧号 503879 503900 503885 503887

BGD

5030 5031 5039 503883 5034 5036

P10/50(W/Kg) P15/50(W/Kg) B25(T) B50(T)

1.76 1.7 1.79 1.69 1.74 1.69 1.79 1.8 1.78 1.81

4.05 3.96 4.1 3.96 4.14 3.97 4.2 4.3 4.13 4.24

1.66 1.63 1.62 1.61 1.63 1.63 1.63 1.61 1.62 1.

1.74 1.72 1.7 1.69 1.72 1.71 1.73 1.7 1.71 1.72

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续表5 本钢冷轧半工艺无取向电工钢磁性

牌号

冷轧号 5037 503902 503904

BGD

503881 502981 502985-20 502984

最小值 最大值 平均值

P10/50(W/Kg) P15/50(W/Kg) B25(T) B50(T)

1.78 1.9 1.94 1.87 1.9 1.81 1.73

4.13 4.37 4.48 4.37 4.42 4.25 3.99

1.62 1. 1. 1.62 1.63 1. 1.63

1.71 1.72 1.73 1.71 1.71 1.72 1.71

1.69 3.96 1.61 1.69 1.94 4.48 1.66 1.74 1.836 4.182 1.628 1.72

表6 用本钢冷轧半工艺无取向电工钢生产的电机性能

满载输入功率 功率因数 满载电流 效率 最大转矩

1# 2# 3# 4# 95W 95W 95W 95W 0.86 0.87 0.85 0.85 0.51 0.50 0.52 0.52 79.1% 78.9% 79.2% 80.0% 0.90 0.88 0.86 0.86

从表4-2中可以看出，本钢生产的冷轧半工艺

无取向电工钢磁性达到了技术指标，总体水平相当于国标的50W470中的铁损值，同时磁感远大于50W470的磁感。

5 用户试用情况

本钢生产的冷轧半工艺无取向电工钢试用厂家为湖北黄石东贝电器股份有限公司，其主导产品为全封闭往复活塞式制冷压缩机，产品主要供给科龙、海尔、新飞、美菱冰箱，是全国最大冰箱压缩机生产厂家，年产500多万台冰箱压缩机。

厂家生产工艺流程如下：

原料→纵切→高速冲压成定子片和转子片→连续退火→组装成定子和转子→定子缠铜线→组装成压缩机

用户对使用本钢制造的冰箱压缩机电机进行了抽检，抽检结果见表6。

电机要求是效率大于78%，从上表可以看出，用本钢冷轧半工艺无取向电工钢生产的电机达到要求，如果改变铜线的缠绕方式而降低铜损，发挥半工艺无取向电工钢的高磁感，效率还能进一步的提高。

6 结论

本钢制订的半工艺无取向电工钢的化学成分符合要求，工艺路线制订准确，生产出的半工艺无取向电工钢的性能达到技术指标；同时用本钢半工艺无取向电工钢制造的冰箱压缩机电机性能达到要求。本钢开发的半工艺无取向电工钢在国内处于领先水平，具有批量生产的能力。