一種熱軋磁極鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子體磁極用鋼板及其制造方法，特別是涉及一種熱乳磁極鋼板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁極是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子體的關(guān)鍵部件，通過(guò)磁軛連接在水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子體軸上，與磁軛鋼板疊合成高度為2000-4000毫米、直徑為十幾米的大環(huán)件，直接在50?100高斯的磁場(chǎng)下工作，同時(shí)還承受著巨大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。因此，為了提高水輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電效率，必須要求磁極具有較高的尺寸精度和足夠的強(qiáng)度，以保證機(jī)組高速運(yùn)行的平衡和穩(wěn)定；同時(shí)又必須具有優(yōu)良的磁通量，以保證機(jī)組減少渦流損失。
[0003]隨著水電機(jī)組的大型化發(fā)展，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)廠都在積極開(kāi)發(fā)高強(qiáng)度級(jí)別的磁極鋼。
[0004]公告日為2008年9月17日的發(fā)明專利CN100419108C、公告日為2008年6月4日的發(fā)明專利0~100392133(:、公告日為2008年6月4日的發(fā)明0~100392134(:、公告日為2011年11月23日的發(fā)明專利CN1101871076B、公告日為2015年I月21日的發(fā)明專利CN104294151A分別公開(kāi)了250MPa級(jí)、350MPa級(jí)、450MPa、550MPa和600MPa級(jí)冷乳磁極鋼的生產(chǎn)方法，其生產(chǎn)工藝均為熱乳+酸洗+冷乳+退火，其缺點(diǎn)是工序多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)，環(huán)境污染高、且生產(chǎn)出來(lái)的磁極鋼屈服強(qiáng)度不高，最大僅為600MPa，不能滿足水輪發(fā)電機(jī)組大型化的發(fā)展需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的生產(chǎn)周期長(zhǎng)、成本高、環(huán)境污染大的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種能滿足大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中磁極部分使用的屈服強(qiáng)2 650MPa，磁感性能B50 2 1.5T的高強(qiáng)度熱乳磁極鋼板。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該鋼板的制造方法。
[0007]本發(fā)明化學(xué)成分體系中不添加N1、Mo等貴重金屬元素，僅添加微合金化元素Nb、Ti，且兩者合金總量<0.17%，通過(guò)合適的熱乳、卷取工藝，可使材料的屈服強(qiáng)度達(dá)到650MPa，5kA/m磁場(chǎng)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.50T以上。通過(guò)熱連乳罩式爐整卷退火，消除鋼板殘余應(yīng)力，在保持高強(qiáng)度、高磁感的情況下，獲得了良好的切割板形，完全滿足大型水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)磁極鋼板的使用要求，該生產(chǎn)方法具有工序少、成本低、污染小、效率高的優(yōu)點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的機(jī)理是碳C含量為0.04%?0.08%，碳是鋼中不可缺少的提高鋼材強(qiáng)度的元素之一，碳含量過(guò)低，無(wú)法保證鋼的基體強(qiáng)度;碳含量過(guò)高不僅會(huì)損害到鋼的磁感性能，而且碳含量易落在包晶鋼范圍，鑄坯易產(chǎn)生角裂，影響表面質(zhì)量。將碳含量限定在
0.04%?0.08 %，既可提高鋼的強(qiáng)度，保證鋼的磁感性能；又可避開(kāi)包晶區(qū)，保證生產(chǎn)順行。
[0009]錳Mn含量為1.60?2.10%，錳是提高材料強(qiáng)度的重要元素之一，但錳含量過(guò)高會(huì)產(chǎn)生偏析，并惡化韌性。
[0010]磷P含量<0.018%、硫(S)含量<0.008%，磷硫元素過(guò)高對(duì)磁性能、材料韌性產(chǎn)生不利影響。本發(fā)明應(yīng)盡量減少磷、硫元素含量，降低對(duì)鋼性能的不利影響。
[0011]硅Si含量<0.20%，硅對(duì)熱連乳板卷表面質(zhì)量有不利影響，因此本發(fā)明應(yīng)盡量降低鋼中娃含量。
[0012]鈦Ti含量為0.06%?0.12%，鈦是一種強(qiáng)烈的碳化物和氮化物形成元素，鈦在鋼加熱中阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，在中溫卷取具有強(qiáng)烈的析出作用，提高鋼的強(qiáng)度。
[0013]鈮Nb含量為0.05%?0.09%，微量的鈮能顯著細(xì)化晶粒，本發(fā)明鈮與鈦復(fù)合加入，可有效解決單Ti微合金化鋼的強(qiáng)度波動(dòng)大的技術(shù)難題。
[0014]鋁Al含量為0.01?0.06%，其主要作用是脫去鋼水中的氧。
[0015]本發(fā)明的N < 0.0 O 8 %，N易與鋼中的T i結(jié)合形成較粗大的T i N粒子，T i N雖可組織奧氏體晶粒長(zhǎng)大，但同時(shí)也降低了鋼中“有效鈦”含量，削弱了Ti的析出強(qiáng)化作用，因此將N含量控制在0.008%以下。
[0016]本發(fā)明的熱乳磁極鋼板的化學(xué)成分按質(zhì)量百分配比如下:
C:0.04?0.08%，S1:0?0.20%，Μη:1.60?2.10%，P <0.018%，S < 0.008%，Nb:0.05?
0.09%，T1:0.06 ?0.12%，Al:0.01 ?0.06%, N < 0.008%，其余為 Fe 與不可避免的雜質(zhì)。
[0017]經(jīng)過(guò)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、LF精煉、連鑄、乳制、退火與平整，鋼板的屈服強(qiáng)度690?750MPa，抗拉強(qiáng)度760?810MPa，延伸率19?23.5%，磁感性能B50:1.59?I.71T，B100:1.75?I.84T，B200:1.91-2.00 T，B300:2.01-2.1T0
[0018]本發(fā)明的熱乳磁極鋼板的其制造方法包括下述依次步驟:
I轉(zhuǎn)爐冶煉
鐵水經(jīng)預(yù)處理，轉(zhuǎn)爐入爐鐵水S < 0.0030%。轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)控制:C >0.03%,P< 0.008%，S <
0.006% ο
[0019]IILF 精煉
采用LF爐精煉，對(duì)鋼中成分進(jìn)行微調(diào)，加入Fe-Ti合金化，之后吹氬攪拌3分以上。鋼包出LF工位前進(jìn)行喂S1-Ca線2?4m/t，且底吹氬弱攪拌5分鐘以上。
[0020]鋼水的成分的質(zhì)量百分比達(dá)下述要求出鋼:
C:0.04?0.08%，S1:0?0.20%，Μη:1.60?2.10%，P <0.018%，S < 0.008%，Nb:0.05?
0.09%, T1: 0.06?0.12%，Al: 0.01 ?0.06%, N < 0.008%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0021]m 連鑄
采用長(zhǎng)水口保護(hù)澆注，澆注溫度控制在1530?1550 0C，拉速0.85-1.30m/min。
[0022]IV 乳制
將200-230mm鑄坯加熱至1250?1350°C，保溫時(shí)間按0.9-1.4min/mm計(jì)算。控制加熱溫度在1250-1350°C的目的:保證微合金化元素尤其是Ti能夠充分回溶，為隨后的乳制及卷取過(guò)程中的析出提供物質(zhì)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)析出強(qiáng)化。
[0023]若加熱溫度較低，合金元素回溶不充分，不能為后續(xù)析出提供物質(zhì)保障，達(dá)不到析出強(qiáng)化效果;加熱溫度過(guò)高，又易使組織過(guò)分粗大，不利于提高強(qiáng)度。因此，將連鑄坯加熱溫度定為1250?1350°C。采用多機(jī)架熱連乳將鑄坯乳至目標(biāo)厚度(1.5-3mm)，精乳終乳溫度為860?930°C，一方面通過(guò)高溫乳制降低乳制負(fù)荷，另一方面，高溫終乳可以使鋼板表面獲得致密的氧化鐵皮，在后續(xù)的使用過(guò)程中，表面不會(huì)產(chǎn)生黑灰，不會(huì)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境造成污染。乳后層流冷卻采用帶鋼全長(zhǎng)冷卻方式;卷取溫度為580?650°C，在該溫度下卷取，能夠充分發(fā)揮鈮鈦析出強(qiáng)化效果，溫度過(guò)低，析出不充分，強(qiáng)度不足;溫度過(guò)高，位錯(cuò)減少，降低強(qiáng)度。
[0024]V 退火
乳后鋼卷放入罩式爐中進(jìn)行退火，退火溫度450-600°C，有效保溫時(shí)間4-8h，冷到250°C以下，出爐。在此工藝下退火，獲得了強(qiáng)度和磁性能的良好匹配，同時(shí)鋼板殘余應(yīng)力得到充分釋放。
[0025]VI 平整
將退火后的鋼卷進(jìn)行平整，乳制壓力550-650噸，在對(duì)鋼卷開(kāi)平后，橫縱向不平度控制在2mm/m的較高水平，可滿足大型水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)磁極鋼板不平度的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
[0026]上述的熱乳高強(qiáng)帶鋼的制造方法，其特征是:在步驟m連鑄時(shí)，在鑄坯凝固末端，對(duì)鑄坯施加3-4mm的壓下量，以減小或消除中心偏析和疏松;在步驟IV乳制時(shí)，通過(guò)合理匹配加熱、終乳、卷取溫度，獲得鐵素體細(xì)晶粒，實(shí)現(xiàn)Nb、Ti化合物的兩階段析出，使鋼的屈服強(qiáng)度達(dá)到650MPa以上；在步驟V退火時(shí)，合理的退火溫度不但能充分釋放鋼卷殘余應(yīng)力，而且有助于提高磁性能，5kA/m磁場(chǎng)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.55T以上。
[0027]試驗(yàn)表明，本發(fā)明的屈服強(qiáng)度650MPa級(jí)高強(qiáng)度熱乳磁極鋼可以實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、高磁感性能的良好匹配:屈服強(qiáng)度690?750MPa，抗拉強(qiáng)度760?810MPa，延伸率19?23.5%，磁感性能B50: I.59-1.71T,BlOO: I.75-1.84T，B200: 1.91-2.00 T，B300:2.01-2.1T可以滿足大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子體磁極用鋼的需求。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的熱乳磁極鋼及其制造方法的【具體實(shí)施方式】，但熱乳磁極鋼及其制造方法的【具體實(shí)施方式】不局限于下述的實(shí)施例，下述的實(shí)施例只是有助于理解本發(fā)明。
[0029]鋼板實(shí)施例一
本實(shí)施例是一種650MPa級(jí)熱乳磁極鋼，鋼板厚1.8mm，寬1000mm，其化學(xué)成分的質(zhì)量百分配比如下:
C:0.06%, S1:0.05%, Mn:1.75%, P:0.008%, S:0.004%,
Nb:0.06%, T1:0.09%, Al:0.03%, N:0.004%,
其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0030]鋼板屈服強(qiáng)度1^0.2為7101^&，抗拉強(qiáng)度1?111為79(^?&，延伸率4為22%，磁感性能B50:1.64T，B100: I.79T，B200:1.96 T，B300: 2.06T鋼板不平度 < 2mm/m。
[0031 ]制造方法實(shí)施例一
本650MPa級(jí)熱乳磁極鋼板制造方法的實(shí)施例制造的是鋼板實(shí)施例一的品種，它為下述依次的步驟:
I轉(zhuǎn)爐冶煉
采用80噸轉(zhuǎn)爐冶煉，入爐鐵水S: 0.0020%，出鋼成分P: 0.006%，出鋼S: 0:005%，C: 0.04%。
[0032]IILF 精煉
采用LF爐精煉，對(duì)鋼中成分進(jìn)行微調(diào)，加入Fe-Ti合金化后，吹氬攪拌5分鐘。鋼包出LF工位前進(jìn)行喂S1-Ca線3m/t，底吹氬弱攪拌8分鐘。鋼水的成分的質(zhì)量百分比達(dá)下述要求出鋼:
C:0.06%, S1:0.05%, Mn:1.75%, P:0.008%, S:0.004%,
Nb:0.06%, T1:0.09%, Al:0.03%, N:0.004%，其余為Fe與不可避免的雜質(zhì)。
[0033]m 連鑄
采用長(zhǎng)水口保護(hù)澆注，澆注溫度控制在1540 0C，拉速1.0m/min。
[0034]IV 乳制
將鑄坯加熱至12900C，保溫時(shí)間200min，采用1549熱連乳機(jī)組將鑄坯乳至1.8mm，終乳溫度870°C ;乳后帶鋼全長(zhǎng)冷卻方式;卷取溫度590°C。
[0035]V 退火
乳后鋼卷放入罩式爐中進(jìn)行退火，退火溫度500 0C，有效保溫時(shí)