水轮发电机用冷轧磁极钢DEL550的研制
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性能良好。 关键词：磁极钢;磁感应强度;退火
中图分类号：TG142.77 文献标志码：A 文章编号：2096-7101(2021)06-0001-04
Development of cold rolled pole sheet steel DEL550 for hydrogenerators
YANG HongwuDU Rong,XIE Fen (Central Research Institute(Qingshan) > Baoshan Iron and Steel Co. Ltd. , Wuhan 430080, China)
冷轧磁极钢是用于制作水轮发电机磁极的一 种材料,它要求有高的屈服强度、高的磁感及良好 的板形，小的横向厚度差。水轮发电机转子磁极 最早采用碳素结构钢的铸钢或锻钢件制造。随着 水电机组向大型化发展,机组功率的增大,对磁极 材料的强度、塑性、精度、抗磨蚀性以及工艺性能 等方面均不断地提出更为严格的技术要求，以确 保机组高效、安全、长周期运行口*。水轮发电机的 磁极逐渐采用1 0〜2. 5 mm低碳薄钢板冲压层 叠而成,20世纪80年代以后，国内钢厂试验普通 低合金钢16Mn、15MnV和15MnVN用作磁极 钢，并成功应用于云峰、刘家峡水电机组。90年 代以后，日本、德国等钢厂发展了 Nb、Ti、V等微 合金钢用作高端磁极钢，具有高强度、高磁通、高
2） 在500 MPa级磁极钢化学成分基础上添 加Nb、Ti,能有效提高钢板的屈服强度和抗拉强 度,而添加Mn影响不明显，提高Nb/Ti比例对 提高钢板强度没有明显效果；
3） 试验钢退火工艺方案可获得较好的强度和 塑性匹配:退火温度820 C,均热时间120 s,缓冷 结束温度650 C,快冷速率#30 C/s,过时效温 度420 C。
精度等特点；国内大部分高端磁极钢也采用微合 金钢目前，客户对磁极钢的性能提出了更高 的要求，市场上已有强度高于550 MPa冷轧磁极 钢的需求，力学性能要求屈服强度#550 MPa,断 后伸长率俎#10 %,磁性能要求B50#1. 50 T。 如重庆云河水电公司某型号出口机组需求15 mm厚度的磁极钢，目前采用热轧磁辄钢制作磁 极6 ,但热轧板在性能上，尤其是板形和表面质量 方面，均不如冷轧板优良，因此，开发550 MPa级 别的高端磁极钢，以满足用户需求。
分 晶 。1号和2号试验钢含有少量晶界
的游离渗碳体。主要
3号和4号试验钢
C含量更高, 加C含量能显著提高固溶强
化效果，但有研究表明，过多的C容易导致渗碳
体含量 $
$ 钢 板 的 磁性 能 有
害⑷,因而磁极钢成分设计中不易采用提高C含 量方案。
试样
1 2 3 4
表3试验钢热轧样晶粒度评级
组织
晶粒度
铁素体十游离渗碳体 铁素体十游离渗碳体
［参考文献］
高秀玲.发电机用DJL35O磁极钢板的开发与应用大机 电技术,2002（2）:34-37. 钢铁研究总院.大型水轮发电机用高强度高精度冷轧磁极 钢板［R1 1998. 李雅范，高秀林,赵卫红.发电机用WDER550磁辄钢板的 应用大电机技术,2001（6）:35-38. 储双杰，瞿标，戴元远.某些元素对硅钢性能的影响钢 铁 19983311）:68-72
2结果与讨论
2. 1显微组织 比较1〜4号试验钢热轧样金相组织（图2）,
结果如表3所示,1〜4号试样钢热轧金相组织都
为铁素体十渗碳体，铁素体晶粒度为10.5〜12
晶粒细小，主要是微合金元素Nb、Ti在钢中
形成碳氮化物，起到
结晶作用和抑制晶粒
用，其中2号试验钢晶粒最细，达到12级。 3 和4 试验钢渗碳体含量 $ 较 $主要
1试验材料与方法
实验钢采用50 kg真空感应炉冶炼并铸成钢 锭。1号试样为500 MPa级磁极钢，作为成分对
通信作者:杨宏武(1985 )，男，硕士，工程师;
E-mail ：E81477@baosteel. com；
收稿日期：202404-06
•2•
电工钢
第3卷
比钢种；2号试样在1号试样的基础上增加Ti、 Nb元素合金含量;3号在1号试样的基础上增加 Mn.Ti.Nb元素合金含量；4 3号试样的基
础上增加C元素含量并调整Nb/Ti元素含量比 例，观察对钢板组织和性能的影响。具体化学成 分见表1。
表1试样钢的化学成分（质量分数）
％
编
C
S
Mn
P
S
Als
Ti
Nb
1
0. 070
040
123
<0. 010
<0005
0043
0055
0030
2
0. 069
042
125
<0. 010
<0005
0033
0. 088
3结论
1） 500 MPa 磁极钢化学成分基础 加Nb、Ti能有效提高钢板的屈服强度和抗拉强 度,而添加Mn影响不明显，提高Nb/Ti比例对 提高钢板强度没有明显效果；
2） 采用化学成分（质量分数）C 0.69 %、Si 0.42 %、Mn 1.25 %、P " 0.010 %、S " 0.005 %、Als 0.033 %、Ti 0.088 %、Nb 0.039 %的磁极钢，经过合适的工艺，能达到550 MPa磁极钢最优性能。钢板组织为铁素体十少 量游离渗碳体，晶粒度为12级;钢板屈服强度高 于550 MPa,伸长率超过10 %,磁感应强度弘均 大于1/0 T,磁性能良好。
（ 下规程 4 mm%32mm%25mm%20 mm %1. 5 mm）。采用热浸镀模拟试验机进行试验钢
的模拟连续 试验,退火曲线如图1所示，具体 工艺参数如表2所示。
图1试验钢退火工艺
温度/C
时间/s
表2退火试验工艺参数
一 缓冷结束温度/C 快冷速度/（C + s “）快冷结束温度/C 过时温度/C过时时间/s终冷温度/C
820
120
650
30
420
420
210
170
试验钢的室温强度、塑性测试在ZWICKRoell试验机上进行，试验方法按GB/T 22& 1 《金属材料拉伸试验第一部分:室温试验方法》规 定执行，采用纵向试样，平 宽度#=25 mm, 标距$0=50 mm。试验钢经镶嵌、研磨、抛光后, 采用3 %硝酸酒精进行腐蚀，用OLYMPUS PME3-323UN光学显微镜按GB/T 13298（（金属 显微组织检验方法》和GB/T 6394（（金属平均晶 粒度测定法》进行组织观察和晶粒度测定。试验 钢的磁性能试验方法按GB/T 3655进行测量。
表5试验钢（退火态）的磁性能检测结果
试样编
厚度/mm 磁感应强度民。/T
1
159
1685
பைடு நூலகம்
2
145
1681
3
144
1667
4
152
1672
2/分析与讨论
对4种成分试验钢进行组织、力学性能和磁 性能检测分析表明：
1） 2、3、4号试验钢力学性能和磁性能都达到 DEL550目标要求，退火后钢板组织为铁素体十 渗碳体，其中2号试验钢综合性能更优；
表4试验钢（退火态）的磁性能检测结果
试样编号 ％a//MPa KeL/MPa %m/MPa A501J%
1
510
500
571
200
2
632
—
675
167
3
638
626
680
163
4
598
597
656
89
2.3磁性能
对4种成分试验钢的退火试样进行磁性能检 测见表5,可以看出，1号试验钢磁感应强度! 最高,3号和4号试验钢磁感应强度B50相对略 低,1〜4号试验钢磁感应强度！50均大于1 50 T, 满足标准要求，磁性能良好。
Abstract: A cold rolled pole sheet steel wth high strength, high magnetic induction intens让y and high dimensional accuracy was developed in this paper. In order to find the proper components and technologies of the cold rolled pole sheet steel, the microstructures, mechanical properties and magnetic properties of the test steels wth different components were analyzed. The results showed that the 550 MPa pole sheet steel with the component of C 0. 69 %,Si 0. 42 %,Mn 1. 25 %,P" 0. 010 %,S"0. 005 %,Als 0. 066 %,Ti 0. 088 % and Nb 0. 039 % will get the best properties by proper,echnologies/Themicros,ruc,ureof,hes,eelisfe rieandfreecemeniewih,hegrainsize of grade 12$and,he yield s,reng,h is more,han 550 MPa$and,he elonga ion reaches above 10 %$ and the magnetic properties are also excellent wih the magnetic induction intensiy B50 above 1. 50 T. Key words: pole sheet steel；magnetic induction intensity； annealing
2021年 6月 第6卷第6期
电工钢 ELECTRICAL STEEL
Jun. 2021 Vol. 6 No. 6 ・1・
水轮发电机用冷轧磁极钢DEL550的研制
杨宏武，杜蓉，谢芬
(宝山钢铁股份有限公司中央研究院(青山#湖北武汉&30080)
摘要：研制了一种高强度、高磁通、高精度的水轮发电机用冷轧磁极钢，通过几组不同化学组分试验， 分析钢板的显微组织、力学性能和磁性能，找到适合的化学成分和工艺。结果表明,采用化学成分(质量
分数)为 C 0. 69 %、Si 0. 42 %、Mn 1. 25 %、P"0. 010 %、S"0. 005 %、A+ 0. 066 %、Ti 0. 088 %、N(
0. 039 %的磁极钢，经过合适的工艺，能达到550 MPa磁极钢最优性能;钢板组织为铁素体十少量游离 渗碳体，晶粒度为12级;钢板屈服强度高于550 MPa,伸长率超过10 %,磁感应强度鸟。大于1 50 ?磁
铁素体十渗碳体 铁素体十渗碳体
105 12 11 11
分别比较1〜4号试样钢
的金相组织,
结果如图3所示,
,1〜4号试样钢退火
第6期
杨宏武，等:水轮发电机用冷轧磁极钢DEL550的研制
・6・
(a)l 号
(b)2 号
(c)3 号
图2 1〜4号试验钢热轧样金相组织
(d)4 号
(c)3 号
图6 1〜4 试验钢
相组织
(d)4 号
•4•
电工钢
第3卷
后金相组织都为铁素体十渗碳体,钢板在再结晶 温度以上退火，保温时间越长,形变组织减少，晶 粒再结晶越充分，通过退火温度试验，确定试验钢 在820 °C保温120 s,即可获得较好的强度和塑性 匹配。
2. 2力学性能
比较1〜4号试验钢退火后拉伸性能见表4, 可以看出，1号试验钢为500 MPa级磁极钢,强度 未达到550 MPa级别,2〜3号试验钢屈服强度均 大于550 MPa,抗拉强度大于630 MPa,伸长率大 于10 %,力学性能达到550 MPa级别。对比2" 3号试验钢强度，3号试验钢强度最高，3号试验 钢相比2号,C和Mn含量更高，但强度没有明显 提高;4号试验钢相比3号Nb/Ti比例更高，强度 也没有提高，断后伸长率偏低，说明在该工艺条件 下，继续增加Nb、Ti等合金元素对改善钢板力学 性能作用不大。
1 250 C保温1 h,用350 mm热轧机轧制成4 mm厚度的钢板（压下规程：30 mm%20 mm% 12
mm%6 mm%4 mm）,终轧温度为880 C,轧后冷
却至650 C,装入650 C电阻炉中，保温30min后
炉冷却，模拟热轧卷取过程。将热轧板酸洗后
用250 mm立式四辐轧机冷轧至1. 5 mm厚度
0039
3
0071
043
143
<0010 <0005
0050
0. 089
0040
4
0. 075
041
142
<0010 <0005
0035
0079
0058
钢锭加热到1 250 °C保温2 h,用800 mm热
轧机轧制成30 mm厚度的板坯（压下规程：130 mm%80 mm%50 mm%30 mm）,板坯加热到
中图分类号：TG142.77 文献标志码：A 文章编号：2096-7101(2021)06-0001-04
Development of cold rolled pole sheet steel DEL550 for hydrogenerators
YANG HongwuDU Rong,XIE Fen (Central Research Institute(Qingshan) > Baoshan Iron and Steel Co. Ltd. , Wuhan 430080, China)
冷轧磁极钢是用于制作水轮发电机磁极的一 种材料,它要求有高的屈服强度、高的磁感及良好 的板形，小的横向厚度差。水轮发电机转子磁极 最早采用碳素结构钢的铸钢或锻钢件制造。随着 水电机组向大型化发展,机组功率的增大,对磁极 材料的强度、塑性、精度、抗磨蚀性以及工艺性能 等方面均不断地提出更为严格的技术要求，以确 保机组高效、安全、长周期运行口*。水轮发电机的 磁极逐渐采用1 0〜2. 5 mm低碳薄钢板冲压层 叠而成,20世纪80年代以后，国内钢厂试验普通 低合金钢16Mn、15MnV和15MnVN用作磁极 钢，并成功应用于云峰、刘家峡水电机组。90年 代以后，日本、德国等钢厂发展了 Nb、Ti、V等微 合金钢用作高端磁极钢，具有高强度、高磁通、高
2） 在500 MPa级磁极钢化学成分基础上添 加Nb、Ti,能有效提高钢板的屈服强度和抗拉强 度,而添加Mn影响不明显，提高Nb/Ti比例对 提高钢板强度没有明显效果；
3） 试验钢退火工艺方案可获得较好的强度和 塑性匹配:退火温度820 C,均热时间120 s,缓冷 结束温度650 C,快冷速率#30 C/s,过时效温 度420 C。
精度等特点；国内大部分高端磁极钢也采用微合 金钢目前，客户对磁极钢的性能提出了更高 的要求，市场上已有强度高于550 MPa冷轧磁极 钢的需求，力学性能要求屈服强度#550 MPa,断 后伸长率俎#10 %,磁性能要求B50#1. 50 T。 如重庆云河水电公司某型号出口机组需求15 mm厚度的磁极钢，目前采用热轧磁辄钢制作磁 极6 ,但热轧板在性能上，尤其是板形和表面质量 方面，均不如冷轧板优良，因此，开发550 MPa级 别的高端磁极钢，以满足用户需求。
分 晶 。1号和2号试验钢含有少量晶界
的游离渗碳体。主要
3号和4号试验钢
C含量更高, 加C含量能显著提高固溶强
化效果，但有研究表明，过多的C容易导致渗碳
体含量 $
$ 钢 板 的 磁性 能 有
害⑷,因而磁极钢成分设计中不易采用提高C含 量方案。
试样
1 2 3 4
表3试验钢热轧样晶粒度评级
组织
晶粒度
铁素体十游离渗碳体 铁素体十游离渗碳体
［参考文献］
高秀玲.发电机用DJL35O磁极钢板的开发与应用大机 电技术,2002（2）:34-37. 钢铁研究总院.大型水轮发电机用高强度高精度冷轧磁极 钢板［R1 1998. 李雅范，高秀林,赵卫红.发电机用WDER550磁辄钢板的 应用大电机技术,2001（6）:35-38. 储双杰，瞿标，戴元远.某些元素对硅钢性能的影响钢 铁 19983311）:68-72
2结果与讨论
2. 1显微组织 比较1〜4号试验钢热轧样金相组织（图2）,
结果如表3所示,1〜4号试样钢热轧金相组织都
为铁素体十渗碳体，铁素体晶粒度为10.5〜12
晶粒细小，主要是微合金元素Nb、Ti在钢中
形成碳氮化物，起到
结晶作用和抑制晶粒
用，其中2号试验钢晶粒最细，达到12级。 3 和4 试验钢渗碳体含量 $ 较 $主要
1试验材料与方法
实验钢采用50 kg真空感应炉冶炼并铸成钢 锭。1号试样为500 MPa级磁极钢，作为成分对
通信作者:杨宏武(1985 )，男，硕士，工程师;
E-mail ：E81477@baosteel. com；
收稿日期：202404-06
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电工钢
第3卷
比钢种；2号试样在1号试样的基础上增加Ti、 Nb元素合金含量;3号在1号试样的基础上增加 Mn.Ti.Nb元素合金含量；4 3号试样的基
础上增加C元素含量并调整Nb/Ti元素含量比 例，观察对钢板组织和性能的影响。具体化学成 分见表1。
表1试样钢的化学成分（质量分数）
％
编
C
S
Mn
P
S
Als
Ti
Nb
1
0. 070
040
123
<0. 010
<0005
0043
0055
0030
2
0. 069
042
125
<0. 010
<0005
0033
0. 088
3结论
1） 500 MPa 磁极钢化学成分基础 加Nb、Ti能有效提高钢板的屈服强度和抗拉强 度,而添加Mn影响不明显，提高Nb/Ti比例对 提高钢板强度没有明显效果；
2） 采用化学成分（质量分数）C 0.69 %、Si 0.42 %、Mn 1.25 %、P " 0.010 %、S " 0.005 %、Als 0.033 %、Ti 0.088 %、Nb 0.039 %的磁极钢，经过合适的工艺，能达到550 MPa磁极钢最优性能。钢板组织为铁素体十少 量游离渗碳体，晶粒度为12级;钢板屈服强度高 于550 MPa,伸长率超过10 %,磁感应强度弘均 大于1/0 T,磁性能良好。
（ 下规程 4 mm%32mm%25mm%20 mm %1. 5 mm）。采用热浸镀模拟试验机进行试验钢
的模拟连续 试验,退火曲线如图1所示，具体 工艺参数如表2所示。
图1试验钢退火工艺
温度/C
时间/s
表2退火试验工艺参数
一 缓冷结束温度/C 快冷速度/（C + s “）快冷结束温度/C 过时温度/C过时时间/s终冷温度/C
820
120
650
30
420
420
210
170
试验钢的室温强度、塑性测试在ZWICKRoell试验机上进行，试验方法按GB/T 22& 1 《金属材料拉伸试验第一部分:室温试验方法》规 定执行，采用纵向试样，平 宽度#=25 mm, 标距$0=50 mm。试验钢经镶嵌、研磨、抛光后, 采用3 %硝酸酒精进行腐蚀，用OLYMPUS PME3-323UN光学显微镜按GB/T 13298（（金属 显微组织检验方法》和GB/T 6394（（金属平均晶 粒度测定法》进行组织观察和晶粒度测定。试验 钢的磁性能试验方法按GB/T 3655进行测量。
表5试验钢（退火态）的磁性能检测结果
试样编
厚度/mm 磁感应强度民。/T
1
159
1685
பைடு நூலகம்
2
145
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3
144
1667
4
152
1672
2/分析与讨论
对4种成分试验钢进行组织、力学性能和磁 性能检测分析表明：
1） 2、3、4号试验钢力学性能和磁性能都达到 DEL550目标要求，退火后钢板组织为铁素体十 渗碳体，其中2号试验钢综合性能更优；
表4试验钢（退火态）的磁性能检测结果
试样编号 ％a//MPa KeL/MPa %m/MPa A501J%
1
510
500
571
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—
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89
2.3磁性能
对4种成分试验钢的退火试样进行磁性能检 测见表5,可以看出，1号试验钢磁感应强度! 最高,3号和4号试验钢磁感应强度B50相对略 低,1〜4号试验钢磁感应强度！50均大于1 50 T, 满足标准要求，磁性能良好。
Abstract: A cold rolled pole sheet steel wth high strength, high magnetic induction intens让y and high dimensional accuracy was developed in this paper. In order to find the proper components and technologies of the cold rolled pole sheet steel, the microstructures, mechanical properties and magnetic properties of the test steels wth different components were analyzed. The results showed that the 550 MPa pole sheet steel with the component of C 0. 69 %,Si 0. 42 %,Mn 1. 25 %,P" 0. 010 %,S"0. 005 %,Als 0. 066 %,Ti 0. 088 % and Nb 0. 039 % will get the best properties by proper,echnologies/Themicros,ruc,ureof,hes,eelisfe rieandfreecemeniewih,hegrainsize of grade 12$and,he yield s,reng,h is more,han 550 MPa$and,he elonga ion reaches above 10 %$ and the magnetic properties are also excellent wih the magnetic induction intensiy B50 above 1. 50 T. Key words: pole sheet steel；magnetic induction intensity； annealing
2021年 6月 第6卷第6期
电工钢 ELECTRICAL STEEL
Jun. 2021 Vol. 6 No. 6 ・1・
水轮发电机用冷轧磁极钢DEL550的研制
杨宏武，杜蓉，谢芬
(宝山钢铁股份有限公司中央研究院(青山#湖北武汉&30080)
摘要：研制了一种高强度、高磁通、高精度的水轮发电机用冷轧磁极钢，通过几组不同化学组分试验， 分析钢板的显微组织、力学性能和磁性能，找到适合的化学成分和工艺。结果表明,采用化学成分(质量
分数)为 C 0. 69 %、Si 0. 42 %、Mn 1. 25 %、P"0. 010 %、S"0. 005 %、A+ 0. 066 %、Ti 0. 088 %、N(
0. 039 %的磁极钢，经过合适的工艺，能达到550 MPa磁极钢最优性能;钢板组织为铁素体十少量游离 渗碳体，晶粒度为12级;钢板屈服强度高于550 MPa,伸长率超过10 %,磁感应强度鸟。大于1 50 ?磁
铁素体十渗碳体 铁素体十渗碳体
105 12 11 11
分别比较1〜4号试样钢
的金相组织,
结果如图3所示,
,1〜4号试样钢退火
第6期
杨宏武，等:水轮发电机用冷轧磁极钢DEL550的研制
・6・
(a)l 号
(b)2 号
(c)3 号
图2 1〜4号试验钢热轧样金相组织
(d)4 号
(c)3 号
图6 1〜4 试验钢
相组织
(d)4 号
•4•
电工钢
第3卷
后金相组织都为铁素体十渗碳体,钢板在再结晶 温度以上退火，保温时间越长,形变组织减少，晶 粒再结晶越充分，通过退火温度试验，确定试验钢 在820 °C保温120 s,即可获得较好的强度和塑性 匹配。
2. 2力学性能
比较1〜4号试验钢退火后拉伸性能见表4, 可以看出，1号试验钢为500 MPa级磁极钢,强度 未达到550 MPa级别,2〜3号试验钢屈服强度均 大于550 MPa,抗拉强度大于630 MPa,伸长率大 于10 %,力学性能达到550 MPa级别。对比2" 3号试验钢强度，3号试验钢强度最高，3号试验 钢相比2号,C和Mn含量更高，但强度没有明显 提高;4号试验钢相比3号Nb/Ti比例更高，强度 也没有提高，断后伸长率偏低，说明在该工艺条件 下，继续增加Nb、Ti等合金元素对改善钢板力学 性能作用不大。
1 250 C保温1 h,用350 mm热轧机轧制成4 mm厚度的钢板（压下规程：30 mm%20 mm% 12
mm%6 mm%4 mm）,终轧温度为880 C,轧后冷
却至650 C,装入650 C电阻炉中，保温30min后
炉冷却，模拟热轧卷取过程。将热轧板酸洗后
用250 mm立式四辐轧机冷轧至1. 5 mm厚度
0039
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<0010 <0005
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0. 075
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<0010 <0005
0035
0079
0058
钢锭加热到1 250 °C保温2 h,用800 mm热
轧机轧制成30 mm厚度的板坯（压下规程：130 mm%80 mm%50 mm%30 mm）,板坯加热到