CN100478458C

CN100478458C - 一种无取向冷轧硅钢片的生产方法

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Publication number: CN100478458C
Application number: CNB2005101116078A
Authority: CN
Inventors: 李秉群; 顾斌; 陈晓; 瞿忠德
Original assignee: SHENQUN MATERIAL CO Ltd SHANGHAI
Current assignee: SHENQUN MATERIAL CO Ltd SHANGHAI
Priority date: 2005-12-16
Filing date: 2005-12-16
Publication date: 2009-04-15
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: CN1982483A

Abstract

本发明公开了一种无取向冷轧硅钢片的生产方法，包括以下步骤：热轧→常化处理→酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→成品退火。本发明利用生产热轧硅钢片的坯料，利用现有的热轧设备，对硅钢带进行前期预处理，然后利用二次冷轧工艺、中间退火工艺和成品退火工艺对硅钢带进行冷轧，本发明的方法降低了冷轧过程的轧制力，使得目前产能过剩的普通四辊冷轧机也能生产出高质量的冷轧硅钢片。同时降低了坯料中有害元素对硅钢成品性能的影响，使产品性能达到了中小型电机生产的要求。本发明解决了冷轧硅钢片的原料问题，使生产成本大大减少。

Description

一种无取向冷轧硅钢片的生产方法

技术领域

本发明涉及冶金技术，尤其涉及冷轧硅钢的生产技术，具体的是一种无取向冷轧硅钢片的生产方法。

背景技术

硅钢片或者硅钢带是硅的质量分数为0.5～5％的极低碳钢板，主要运用于电机行业(硅的质量分数正常在2.5％以下；厚度一般为0.5MM)和变压器行业(硅的质量分数正常在2.5％～5％以下；厚度一般为0.35MM)。硅钢的发展经历了热轧硅钢、冷轧硅钢、高磁感取向硅钢的三个主要阶段。

1903年美国和德国首先生产了热轧硅钢片，美国阿姆柯钢公司于1935年开始生产冷轧硅钢片。50年代主要工业发达国家陆续引进了阿姆柯技术专利。70年代前，世界上80％冷轧硅钢片都按此专利生产。1968年日本新日铁正式生产高磁感硅钢片。

中国太原钢铁集团公司于1954年生产热轧硅钢片；1957年钢铁研究总院研制成功冷轧硅钢片。到1973年已掌握阿姆柯技术专利要点。1974年武钢集团公司从日本引进冷轧硅钢片制造装备和专利要点，1979年正式生产。目前国内只有太钢、武钢、宝钢、鞍钢等大型钢铁集团具有生产冷轧硅钢片的技术。

热轧硅钢片是将坯料加热至结晶温度以上，通过热加工获得成品的加工方式。它和冷轧硅钢片相比具有对坯料要求较低的优势。国内许多大中型炼钢厂都能生产符合其要求的坯料。但由于其生产过程环境污染严重、能耗高、劳力强度大，国外于20世纪60年代陆续停止了热轧硅钢片的生产。我国国家经贸委近年下放通知要求淘汰热轧硅钢片。但由于热轧硅钢的价格低廉，而冷轧硅钢片国内市场供应量不足，至今热轧硅钢片仍是中小型电机的主要铁芯材料。

冷轧硅钢片按目前的技术，必须从原辅料开始。对冶炼烧铸热轧冷轧热处理到精整，实际全过程的检测控制。原料的化学成份及纯净度、铸造组织、热轧工艺、冷轧及热处理工艺都是影响最终产品质量的重要因素。对冷轧而言，它对原料的要求十分苛刻。目前能生产冷轧硅钢片的钢铁公司，它的原料都是自己冶炼的。市场上并无供应。因冷轧硅钢片的生产必须从原料的冶炼开始。投资规模十分庞大，还需有与之配套的国外专利，因此中小规模的钢铁加工企业根本无法生产冷轧硅钢片。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无取向冷轧硅钢片的生产方法，本发明的这种无取向冷轧硅钢片的生产方法要解决现有技术中冷轧硅钢片生产工艺对原料要求十分苛刻、成本过高的技术问题。

本发明的这种无取向冷轧硅钢片的生产方法，包括一个利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程，其中，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程实施之前，对热轧硅钢坯料进行一个预处理过程，所述的预处理过程中按顺序包括热轧步骤、常化处理步骤和酸洗步骤，在所述的热轧步骤中，首先在1100～1150℃的温度下加热所述的热轧硅钢坯料，然后在900～1100℃的温度下对所述的热轧硅钢坯料进行轧制，终轧温度在800～880℃之间，最后在550～600℃温度下对获得的带钢进行卷取，在所述的常化处理步骤中，将热轧步骤获得的带钢放入罩式炉加热，加热温度在850～950℃之间，在850～950℃温度范围内保温8～10小时，保温完成后带钢随炉冷却，在所述的酸洗步骤中，首先对常化处理步骤获得的带钢进行机械除磷，然后将带钢通过盛有盐酸溶液的酸洗槽，之后对带钢进行清洗，最后对带钢进行钝化处理，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程中，首先在常温下对带钢进行第一次冷轧步骤，然后对带钢进行中间退火处理步骤，在所述的中间退火处理步骤中，利用电加热罩式炉先将带钢以每小时温度升高值大于60℃的加热速度加热至430～470℃温度范围内，再以每小时温度升高值小于25℃的加热速度将带钢加热至720～780℃温度范围内，在720～780℃温度范围内保温7～9小时后，随炉冷却至430-470℃温度范围内，完成所述的中间退火处理步骤，之后对带钢进行第二次冷轧步骤，在所述的第二次冷轧步骤中，利用6％～10％的临界压下量对带钢进行轧制，所述的临界压下量是带钢半成品的厚度与带钢成品的厚度差值除以带钢成品厚度的百分率，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程完成之后，对带钢进行成品退火处理步骤，在所述的成品退火处理步骤中，将罩式加热炉抽真空，向罩式加热炉内充入氢气和氮气的混合气体，将带钢以每小时温度升高值大于60℃的加热速度加温至540～560℃温度范围内，接着将带钢15℃/小时加热至740～760℃温度范围内，在740～760℃温度范围内保温9～11小时后，将带钢随炉冷却至440～460℃温度范围内，最后空冷。

进一步的，所述的热轧硅钢坯料含有铁、碳、硅、锰、硫和磷，并含有氧化物杂质和氮化物杂质，其中，碳占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.05％，硅占热轧硅钢坯料的质量百分比为1.2～2.0％，锰占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.16％，硫占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.0025％，磷占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.016％，氧化物杂质和氮化物杂质占热轧硅钢坯料的质量百分比为0-0.016％，余量为铁。

进一步的，在所述的酸洗步骤中，先反复弯曲带钢使其表面的氧化层疏松脱落，然后将带钢匀速通过盛有盐酸溶液的酸洗槽，所述的盐酸溶液中氯化氢的质量百分比浓度为12％～20％，盐酸溶液的温度在60℃～80℃之间，带钢酸洗时间为2～4分钟，酸洗完成后，利用水对带钢清洗，清洗完成后，将带钢置入含5％质量百分比浓度亚硝酸钠的水溶液中进行钝化处理。具体的，所述的酸洗步骤按如下流程进行：开卷→剥壳→酸洗→清洗→钝化→卷取；所述的剥壳就是反复弯曲带钢使其表面的氧化层疏松脱落。

进一步的，在所述的中间退火处理步骤中，向所述的电加热罩式炉内充入氢气和氮气的混合气体，在所述的混合气体中，氢气占混合气体的20％的体积，氮气占混合气体的80％的体积，露点为40～50。

进一步的，在所述的成品退火处理步骤中，向所述的罩式加热炉内充入氢气和氮气的混合气体，在所述的混合气体中，氢气占混合气体的20％的体积，氮气占混合气体的80％的体积，露点为40～50。

具体的，所述的氢气和氮气由氨分解获得。

进一步的，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程完成之后、所述的成品退火处理步骤进行之前，对带钢进行平整处理步骤，在所述的平整处理步骤中，先利用分条机剪去带钢的边部，然后利用矫平机平整带钢。

具体的，在所述的第一次冷轧步骤中，所述的带钢采用厚度为2.5毫米的硅钢带，在常温下，将2.5毫米厚度的硅钢带按如下轧制工艺轧制成0.53毫米厚度的硅钢带：2.5毫米→1.7毫米→1.2毫米→0.8毫米→0.63毫米→0.5毫米。

具体的，在所述的第二次冷轧步骤中，采用6％-10％的临界压力量，将0.53毫米厚度的硅钢带轧制成0.5毫米厚度的硅钢带。

本发明与现有技术相对比，其效果是积极和明显的。本发明利用生产热轧硅钢片的坯料，利用现有的热轧设备，对硅钢带进行前期预处理，然后利用二次冷轧工艺、中间退火工艺和成品退火工艺对硅钢带进行冷轧，本发明的方法降低了冷轧过程的轧制力，使得目前产能过剩的普通四辊冷轧机也能生产出高质量的冷轧硅钢片。同时降低了坯料中有害元素对硅钢成品性能的影响，使产品性能达到了中小型电机生产的要求。本发明解决了冷轧硅钢片的原料问题，使生产成本大大减少。

具体实施方式

为了进一步说明本发明，提供以下具体实施例，下述实施例并非解释为对本发明的限制。以下制备过程中，未详细说明的步骤，采用一般的现有技术。

实施例1.无取向硅钢的原料

通过反复实验，本发明人确定了无取向硅钢原材料的化学成份。确定原则为：a)既达到成品的性能要求，又降低冶炼成本；b)放宽硅钢对一些有害元素的控制，同时又可通过相应的措施，降低这些元素对硅钢最终性能的影响；c)相应的提高硅的含量以降低铁损。

主要元素对硅钢的性能影响如下：

硅(Si)：硅主要是提高电阻率，降低涡流损耗，同时使矫顽力和磁滞损耗也降低，从而使铁损下降。但磁感应强度和饱和磁感应强度也降低。随着硅含量增高钢的屈服强度和抗拉强度明显提高。而硅含量(质量分数)大于3.5％时屈服强度和硅含量(质量分数)大于40％时的抗拉强度又迅速降低；随着硅含量增高，伸长率显著降低，强度迅速增高。因此热轧硅钢片的硅含量(质量分数)上限为4.5％，冷轧硅钢的为3.5％，随着硅含量增高，钢的热导率下降，铸造晶粒粗大。

锰：锰可以防止热脆。锰与硫形成MnS防止沿晶界形成低电容点FeS.锰是扩大γ相区的元素。热轧时可提高塑性和改善热轧板组织及织构。锰含量增加MnS固熔温度高，促使MnS粗化，有利于以后晶粒长大，并且可提高铸坯加热温度便于热轧。但锰降低相变温度，使退火温度下降，晶粒尺寸变小而影响磁性。

碳：碳是极有害的元素。因为它与铁形成固溶体，使晶格畸变严重，引起很大的内应力，使磁性明显下降。碳是产生磁时效的主要元素。

磷：磷与硅的作用相似。即缩小γ相区，使晶粒长大，提高电阻率，降低铁损减轻磁时效(阻碍碳化物析出)。但磷是偏析元素，含量会使冷加工性能变坏。

硫：硫是仅次于碳的有害元素。硫使铁损和矫顽力增大，最大磁导率和磁感降低。原因是硫与锰形成细小的MnS质变，阻碍晶粒长大。因此硫含量越低越好。

氮、氧及其它元素：氮可形成细小的AIN和产生磁时效。而氧形成氧化物夹杂。它们都是有害元素。炼钢时应尽量降低其含量。

基于以上考虑，本发明人确定的无取向硅钢原材料的化学成份如表1。

表1无取向硅钢原材料的化学成份

C％	Si％	Mn％	S	P	其它％	Fe
C％	Si％	Mn％	S	P	其它％	Fe	0～0.05	1.2～2.0	0～0.16	0～0.0025	0～0.016	0～0.008	余量

实施例2.无取向冷轧硅钢带生产

本发明一种无取向冷轧硅钢片的生产方法，包括一个利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程，由于无取向硅钢铸坯中存在较粗大的MnS、、ALN等。如果加热温度过高，它们会固溶在钢中。在以后的热轧过程中，由于固溶度随温度下降而降低。从而以细小弥散状析出，阻碍以后退火时的晶粒长大，使磁性变坏。因此，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程实施之前，对热轧硅钢坯料进行一个预处理过程。

本实施例的预处理过程中按顺序包括热轧步骤、常化处理步骤和酸洗步骤。

在所述的热轧步骤中，首先在1100～1150℃的温度下加热所述的热轧硅钢坯料，然后在900～1100℃的温度下对所述的热轧硅钢坯料进行轧制，终轧温度在800～880℃之间，最后在550～600℃温度下对获得的带钢进行卷取。

在所述的常化处理步骤中，将热轧步骤获得的带钢放入罩式炉加热，加热温度在850～950℃之间，在850～950℃温度范围内保温8～10小时，保温完成后带钢随炉冷却。通过常化处理可使整个钢卷再结晶更加完善，晶粒尺寸均匀和粗化；AlN、MnS进一步聚集粗化，减小以后退火对晶粒长大的抑制作用。常化温度越高，时间越长，成品的磁性越好。但温度过高时间过长，会使晶粒长得过大，在以后的冷轧时容易发生脆断，裂边等问题。

硅钢冷轧前必须经过酸洗工序，以去除钢带表面的氧化铁皮。硅钢的氧化铁皮中含有一定量的SiO2，这种氧化铁皮仅用酸洗不容易去掉。所以酸洗前进行机械除磷。酸洗流程为：开卷→剥壳→酸洗→清洗→纯化→卷取

其中，剥壳就是机械除磷，本实施例中采用反复弯曲的方法使钢带表面的氧化层疏松；脱落，增加以后和Hcl的接触面积，加快反应速度，达到祛除氧化铁皮的目的。

酸洗时，使带钢匀速通过盛有Hcl的酸洗槽，盐酸溶液与氧化铁皮发生一下化学反应：

Fe₂O₃+4Hcl＝2FeCl₂+2H₂O+1/2O₂↑

Fe₂O₄+6Hcl＝3FeCl₂+3H₂O+1/2O₂↑

FeO+2Hcl＝FeCl+H₂O+1/2O₂

Fe+2Hcl＝FeCl₂+H₂↑(甚弱)

其中，盐酸的浓度为12％～20％；温度60℃～80℃，带钢酸洗时间为2～4分钟。当酸洗槽内FeCl₂质量浓达到140g/L时要更换酸液。

酸洗槽的规格为500*500*47000的内衬花岗石石板。

酸洗后的带钢经清水池清洗。清洗时，带钢表面用清水喷淋以减少清洗时间。

清洗后的带钢要进行钝化处理。钝化液为含亚硝酸钠5％的水溶液，起短时间防锈作用。

在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程中，首先在常温下对带钢进行第一次冷轧步骤，然后对带钢进行中间退火处理步骤，之后对带钢进行第二次冷轧步骤。因为选用的坯料为热轧硅钢片的坯料，杂质的含量明显大于冷轧硅钢片的坯料，因此为提高硅钢的磁性采用二次冷轧的方法以提高成品的晶粒度使铁损降低。

在所述的第一次冷轧步骤中，所述的带钢采用厚度为2.5毫米的硅钢带，在常温下，采用φ175/φ420*350四辊可逆轧机，将2.5毫米厚度的硅钢带按如下轧制工艺轧制成0.53毫米厚度的硅钢带：2.5毫米→1.7毫米→1.2毫米→0.8毫米→0.63毫米→0.5毫米。

在所述的中间退火处理步骤中，利用电加热罩式炉先将带钢以每小时温度升高值为80℃的加热速度加热至430～470℃温度范围内，再以每小时温度升高值小于25℃的加热速度将带钢加热至720～780℃温度范围内，在720～780℃温度范围内保温7～9小时后，随炉冷却至430-470℃温度范围内，完成所述的中间退火处理步骤。中间退火的目的一是进行再结晶，消除加工硬化以便于第二次冷轧。二是将碳含量脱至一定范围并使晶粒长大

在所述的第二次冷轧步骤中，采用6％-10％的临界压力量，将0.53毫米厚度的硅钢带轧制成0.5毫米厚度的硅钢带。二次冷轧使晶粒在以后的成品退火中快速长大，降低铁损。

在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程完成之后，由于目前中小电机厂大都不具有高速冲床，因此钢带不能成卷供应。轧制过程带钢边部有细小的裂纹，对硅钢片的磁性有很大的影响，必须进行平整处理步骤。在所述的平整处理步骤中，先利用分条机剪去带钢的边部，然后采用21辊矫平机使带卷变成平板。

由于无取向硅钢中碳是极有害的元素。一般成品中碳的质量分数在0。015％以下，因此，需要进行成品退火处理。无取向硅钢的成品退火有二个目的，即脱碳和控制磁性。成品退火中影响磁性的主要工艺因素为温度、时间以及气氛。退火温度越高晶粒长得越大，铁损就越低；退火时间越长晶粒长得越大，铁损也越低。但时间过长铁损下降并不明显。因为晶粒长到一定程度后，除非温度升高，才会具有二次再结晶的能量，因此保温时间应适当控制，否则即耗费能源又使退火炉的产能下降。气氛对成品退火也有重要影响。在保证碳能至规定值以下的条件下，气氛的露点应尽量低，以减少钢带的氧化。同时还应有合适的分压比。因此，本实施例中的成品退火处理步骤中，将罩式加热炉抽真空，向罩式加热炉内充入氢气和氮气的混合气体，将带钢以每小时温度升高值为80℃的加热速度加温至540～560℃温度范围内，接着将带钢15℃/小时加热至740～760℃温度范围内，在740～760℃温度范围内保温9～11小时后，将带钢随炉冷却至440～460℃温度范围内，最后空冷。

实施例3.硅钢带性能检测

本发明人于2005年3月向无锡华业钢铁公司订购了102吨244*2.5硅钢热带原料，再按实施例2中说明的工艺生产成244*0.5的硅钢带。经检测：铁损P15/50＝5.22W/KG；磁感应强度B50＝1.17T；性能完全达到了冷轧硅钢片50W540的要求。

Claims

1.一种无取向冷轧硅钢片的生产方法，包括一个利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程，其特征在于：在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程实施之前，对热轧硅钢坯料进行一个预处理过程，所述的预处理过程中按顺序包括热轧步骤、常化处理步骤和酸洗步骤，在所述的热轧步骤中，首先在1100～1150℃的温度下加热所述的热轧硅钢坯料，然后在900～1100℃的温度下对所述的热轧硅钢坯料进行轧制，终轧温度在800～880℃之间，最后在550～600℃温度下对获得的带钢进行卷取，在所述的常化处理步骤中，将热轧步骤获得的带钢放入罩式炉加热，加热温度在850～950℃之间，在850～950℃温度范围内保温8～10小时，保温完成后带钢随炉冷却，在所述的酸洗步骤中，先反复弯曲带钢使其表面的氧化层疏松脱落，然后将带钢匀速通过盛有盐酸溶液的酸洗槽，所述的盐酸溶液中氯化氢的质量百分比浓度为12％～20％，盐酸溶液的温度在60℃～80℃之间，带钢酸洗时间为2～4分钟，酸洗完成后，利用水对带钢清洗，清洗完成后，将带钢置入含5％质量百分比浓度亚硝酸钠的水溶液中进行钝化处理，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程中，首先在常温下对带钢进行第一次冷轧步骤，然后对带钢进行中间退火处理步骤，在所述的中间退火处理步骤中，利用电加热罩式炉先将带钢以每小时温度升高值大于60℃的加热速度加热至430～470℃温度范围内，再以每小时温度升高值小于25℃的加热速度将带钢加热至720～780℃温度范围内，在720～780℃温度范围内保温7～9小时后，随炉冷却至430-470℃温度范围内，完成所述的中间退火处理步骤，之后对带钢进行第二次冷轧步骤，在所述的第二次冷轧步骤中，利用6％～10％的临界压下量对带钢进行轧制，所述的临界压下量是带钢半成品的厚度与带钢成品的厚度差值除以带钢成品厚度的百分率，在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程完成之后，对带钢进行成品退火处理步骤，在所述的成品退火处理步骤中，将罩式加热炉抽真空，向罩式加热炉内充入氢气和氮气的混合气体，将带钢以每小时温度升高值大于60℃的加热速度加温至540～560℃温度范围内，接着将带钢15℃/小时加热至740～760℃温度范围内，在740～760℃温度范围内保温9～11小时后，将带钢随炉冷却至440～460℃温度范围内，最后空冷。

2.如权利要求1所述的无取向冷轧硅钢片的生产方法，其特征在于：所述的热轧硅钢坯料含有铁、碳、硅、锰、硫和磷，并含有氧化物杂质和氮化物杂质，其中，碳占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.05％，硅占热轧硅钢坯料的质量百分比为1.2～2.0％，锰占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.16％，硫占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.0025％，磷占热轧硅钢坯料的质量百分比为0～0.016％，氧化物杂质和氮化物杂质占热轧硅钢坯料的质量百分比为0-0.016％，余量为铁。

3.如权利要求1所述的无取向冷轧硅钢片的生产方法，其特征在于：在所述的中间退火处理步骤中，向所述的电加热罩式炉内充入氢气和氮气的混合气体，在所述的混合气体中，氢气占混合气体的20％的体积，氮气占混合气体的80％的体积，露点为40～50。

4.如权利要求1所述的无取向冷轧硅钢片的生产方法，其特征在于：在所述的成品退火处理步骤中，向所述的罩式加热炉内充入氢气和氮气的混合气体，在所述的混合气体中，氢气占混合气体的20％的体积，氮气占混合气体的80％的体积，露点为40～50。

5.如权利要求1所述的无取向冷轧硅钢片的生产方法，其特征在于：在所述的利用冷轧机对硅钢带进行冷轧加工的过程完成之后、所述的成品退火处理步骤进行之前，对带钢进行平整处理步骤，在所述的平整处理步骤中，先利用分条机剪去带钢的边部，然后利用矫平机平整带钢。