屈服强度≥650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法技术领域
本发明涉及一种水轮发电机转子磁轭钢及其生产方法，具体地属于一种屈服强度
≥650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢及生产方法。
背景技术
随着我国确定的“西部大开发”战略和“西电东送”战略的实施，以及按照国家“大
力开发水电”的指导方针，一大批大型水电项目将在未来几十年内陆续开工建设。随着水电
事业的发展，对用于水轮发电机转子磁轭这一关键部分的磁轭钢板的性能要求也由单纯的
高强度提高到对高韧性的要求，特别是在严寒地区，磁轭钢服役环境恶劣，在转子运转过程
中一旦发生材料断裂，则将带来无法估量的损失。为了进一步加强电机安全性设计，已经有
行业领先的水轮发电机厂明确提出增加磁轭钢高韧性的要求。高强度高韧性已成为未来磁
轭钢的发展趋势。
在本发明申请之前，已有中国专利号为ZL200710051252.7的文献，公开了一种“C-
Mn-Ti系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”，该发明钢采用C-Mn-Ti系合金成分，采用
控轧控冷热连轧工艺，其加热温度为1230～1280℃，粗轧结束温度为≥1100℃，精轧终轧温
度为850～930℃，卷取温度为580～650℃，其屈服强度（ReL）≥600MPa，磁感性能B50≥
1.50T。
中国专利号ZL200710051251.2的文献，公开了一种“C-Mn-Ti-Nb系热轧高强度高
磁感性能钢及其制造方法”，该发明钢采用C-Mn-Ti-Nb系合金成分，采用控轧控冷热连轧工
艺，加热温度为1230～1280℃，粗轧结束温度为≥1100℃，精轧终轧温度为850～930℃，卷
取温度为550～620℃。其屈服强度≥700MPa，磁感性能B50≥1.5T。
中国专利申请号为201310412335.X的文献，公开了一种“屈服强度≥750MPa级高
强度磁轭钢及其制造方法”，该发明钢采用C-Mn-Ti-Nb系合金成分，并提高Si、Nb含量（分别
为0.16～0.3及0.07～0.09）进一步强化钢板，采用控轧控冷热连轧工艺，加热温度为1280
～1350℃，粗轧结束温度为≥1100℃，精轧终轧温度为850～930℃，卷取温度为640～700
℃，其屈服强度≥750MPa，磁感性能B50≥1.5T。
中国专利申请号为201310412357.6的文献，公开了一种“屈服强度≥800MPa级高
强度磁轭钢及其制造方法”，该发明钢采用C-Mn-Ti-Nb-Mo系合金成分，采用控轧控冷热连
轧工艺，加热温度为1280～1350℃，粗轧结束温度为≥1100℃，精轧终轧温度为850～930
℃，卷取温度为550～640℃，其屈服强度≥800MPa，磁感性能B50≥1.5T。
通常，磁轭钢厚度一般在2～5mm，而厚度＜6mm的钢板不要求韧性指标，正如以上
四项专利，均可获得高强度及良好的磁感性能，但在设计上均未考虑钢板的韧性要求，且在
钢板性能上也未提及韧性指标。经实际检验，以上钢种的-20℃冲击功KV2仅在30J以下。而
这种韧性级别的钢已经不能适应和满足当前大型水电工程项目发电机要求，因此急需研制
和开发高强度高韧性的磁轭钢。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥
750MPa，延伸率A≥13%，-20℃冲击功KV2≥80J，磁感B50≥1.5T的高强度高韧性热轧磁轭钢
及生产方法。
实现上述目的的措施：
屈服强度≥650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.01
～0.03%，Si：≤0.15%，Mn：1.45～1.75%，P：≤0.020%，S：≤0.010%，Ti：0.04～0.08%，Nb：
0.01～0.02%，Als：0.02～0.10%，N：≤0.010%，其余为Fe及不可避免的夹杂。
生产屈服强度≥650MPa级高强度高韧性热轧磁轭钢的方法，其步骤：
1）经铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理后浇注成板坯；
2）将板坯加热，加热温度在1230～1280℃，均热时间为80～100min；
3）进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1050℃；
4）进行精轧，并控制终轧温度在800～850℃；
5）进行层流冷却，终冷温度为600～650℃；
6）进行卷取。
本发明中各元素及主要工艺的作用及机理
碳（C）：C是提高钢板强度既简便又经济的元素，但C含量过高会使钢的韧性及磁感性能
明显下降。为了保证钢板具有良好的综合性能，尤其是使钢板具有良好的韧性，本发明将C
含量限定在0.01%～0.03%。
锰（Mn）：Mn通过固溶强化提高钢的强度，是补偿因C含量降低而引起强度损失的最
主要最经济的强化元素。Mn还可通过扩大γ相区从而降低γ→α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，提高钢的强度和韧性。因此，本发明的Mn含量设定为
1.45%～1.75%。
硅（Si）：在铁素体中的固溶强化系数比Mn高，是一种有效的强化元素，但Si却能显
著降低钢的韧性和成型性能，且对热连轧板卷表面质量有不利影响，因此本发明应尽量降
低钢中硅含量。本发明Si的含量为≤0.15%。
钛（Ti）：Ti是一种强烈的碳化物和氮化物形成元素，形成的碳、氮化物颗粒可在钢
重新加热及高温奥氏体区粗轧过程中阻止奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用，提高钢
的韧性。在卷取阶段析出的细小弥散TiC可以起到显著的析出强化效果，从而有效的提高钢
板强度。本发明选择Ti含量为0.04%～0.08%。
本发明的铌（Nb）含量为0.01%～0.02%，一定量的铌能显著细化晶粒并提高强度。
铌在控轧过程中，可以提高钢的再结晶温度，降低轧机负荷，同时通过抑制再结晶和阻止晶
粒长大，可细化奥氏体晶粒尺寸。在轧后冷却过程中，NbC和NbN微小质点析出，可起沉淀强
化的作用。
铝（Al）：Al的主要作用是脱去钢水中的氧(O)，防止钛被氧化而失效。本发明的Al
含量为0.02～0.10%，
氮（N）：N属于转炉钢中正常残余，可以与钢中钛（Ti）、铌(Nb)结合形成TiN、NbN析出，起
到抑制奥氏体晶粒长大和析出强化作用。本发明的N含量控制在0.010%以下。
磷（P）：P在钢中易析出并形成Fe3P且易形成偏析，降低钢的冲击韧性及磁感性能
等。因此，本发明应的P含量控制在0.020%以下。
硫（S）：钢中的Mn可与S形成塑性夹杂物MnS，减轻“热脆”倾向，但轧制过程中沿轧
制方向延伸的MnS易使钢中形成带状组织，降低钢的横向冲击韧性和成型性能。因此本发明
的S含量控制在0.010%以下。
因为细晶强化是唯一可以同时提高钢板强韧性的方法，因此，选择较低温度进行
板坯加热，避免原始奥氏体晶粒的过分长大，同时采用较低的终轧温度，通过未再结晶区轧
制，有效细化铁素体晶粒，从而实现钢板的高强度高韧性。
本发明能实现高强度、高磁感性能的良好匹配，即屈服强度≥650MPa，抗拉强度≥
750MPa，延伸率A≥13%，-20℃冲击功KV2≥80J，磁感性能B50≥1.50T，能够满足高单机容量
的特大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁感性能钢的需求。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述：
表1为本发明钢及对比例的化学成分取值列表；
表2为本发明钢、对比例的主要工艺参数取值及性能检测情况列表。
本发明各实施均按照以下步骤生产：
1）经铁水脱硫、转炉顶底复合吹炼、真空处理后浇注成板坯；
2）将板坯加热，加热温度在1230～1280℃，均热时间为80～100min；
3）进行粗轧，并控制粗轧结束温度不低于1050℃；
4）进行精轧，并控制终轧温度在800～850℃；
5）进行层流冷却，终冷温度为600～650℃；
6）进行卷取。
说明：表1与表2并非对应关系。
表1本发明钢及对比例的化学成分取值列表（wt%）
实施例
C
Mn
Si
P
S
Als
Ti
Nb
N
1
0.025
1.49
0.03
0.012
0.004
0.07
0.062
0.020
0.005
2
0.024
1.61
0.15
0.017
0.008
0.02
0.059
0.014
0.005
3
0.027
1.64
0.11
0.014
0.005
0.03
0.064
0.010
0.008
4
0.019
1.54
0.07
0.020
0.010
0.08
0.046
0.015
0.005
5
0.010
1.45
0.04
0.015
0.006
0.05
0.040
0.018
0.006
6
0.030
1.75
0.05
0.013
0.010
0.10
0.080
0.019
0.010
7
0.027
1.54
0.11
0.014
0.005
0.03
0.064
0.016
0.008
8
0.019
1.74
0.07
0.015
0.010
0.08
0.046
0.017
0.005
9
0.010
1.60
0.04
0.010
0.006
0.05
0.060
0.019
0.006
对比例1
0.006
1.42
0.15
0.016
0.012
0.02
0.97
0.004
0.008
对比例2
0.045
0.87
0.06
0.014
0.005
0.03
0.35
0.005
0.005
表2本发明钢、对比例的主要工艺参数及性能情况列表
从表2可以看出，本发明钢通过合适的成分工艺控制，可以实现高强度、高磁感性能的
良好匹配，即屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥650MPa，延伸率A≥15%，-20℃冲击功KV2≥
100J，磁感性能B50≥1.50T，能够满足高单机容量的大型水轮发电机转子磁轭用高强度高磁
感性能钢的需求。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。