CN101353760B - 一种高磁感取向硅钢及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高磁感取向硅钢及其生产方法。该硅钢化学成分(wt％)为C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其余为Fe及不可避免的夹杂物；所述的生产方法包括冶炼、连铸、热轧、卷取、冷轧、脱碳退火和高温退火。本发明有效克服现有技术可生产性差的缺点，提高取向硅钢生产效率同时亦提高硅钢磁性。

Description

一种高磁感取向硅钢及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种高磁感取向硅钢及其生产方法。

背景技术

硅钢是含硅量在3％左右、其它成分主要是铁的铁硅合金，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁心。硅钢的分类有：热轧硅钢片、冷轧无取向硅钢片、冷轧取向硅钢片。其中，取向硅钢由于生产工艺复杂、制造技术严格被称作当今全球钢铁业的“塔尖产品”。

硅钢在磁场作用下具有显著的取向性：最易磁化的方向是与<001>轴平行的方向。为了获得合适的择优取向，需要所有晶粒的<001>轴都与钢板轧向平行，这样可降低晶粒取向钢的铁损，提高导磁率，增大易磁化方向的磁路，使材料更适用于变电和配电变压器等应用领域。

典型的高磁感取向硅钢生产方法如下：

用转炉(或电炉)炼钢，进行二次精炼及合金化，连铸成板坯，其基本化学成分为Si(2.5～4.5％)、C(0.06～0.10％)、Mn(0.03～0.1％)、S(0.012～0.050％)、Als(0.02～0.05％)、N(0.003～0.012％)，有的成分体系还含有Cu、Mo、Sb、B、Bi等元素中的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素；板坯在专用高温加热炉内加热到1350℃以上的温度，并进行45min以上的保温，使有利夹杂物MnS或AlN充分固溶，然后进行轧制，终轧温度达到950℃以上，进行快速喷水冷却到500℃以下，然后卷取。为便于在随后的常化过程中在硅钢基体内析出细小、弥散的第二相质点，即抑制剂，热轧板常化后，进行酸洗，除去表面氧化铁皮。然后进行冷轧将样品轧到成品厚度，再进行脱碳退火和涂布以MgO为主要成分的退火隔离剂，把钢板中的[C]脱到不影响成品磁性的程度(一般应在30ppm以下)。高温退火过程中，钢板发生二次再结晶、Mg₂SiO₄底层形成及净化(除去钢中的S、N等对磁性有害的元素)等物理化学变化，获得取向度高、铁损低的高磁感取向硅钢。最后，经过涂布绝缘涂层和拉伸退火，得到商业应用形态的取向硅钢产品。

传统取向硅钢生产方法的显著特点有：

(1)抑制剂从炼钢开始就形成，在其后的各工序，抑制剂都发挥作用，必须对它进行控制与调整；

(2)板坯高温加热，为了抑制剂的充分固溶，加热温度最高达到1400℃，达到了传统加热炉的极限水平，由于加热温度高，烧损大，加热炉需频繁修补，利用率低。同时，能耗高，热轧卷的边裂大，致使冷轧工序生产困难，成材率低，成本高；

(3)此生产工艺技术的关键是控制各阶段钢板的组织、织构，以及抑制剂的行为。

高温取向硅钢生产技术经过半个多世纪的发展，已经非常成熟，但一方面，由于其生产工艺复杂、技术含量高、企业间的技术封锁严重及产品的专用性和总需求量较小等原因，掌握该项技术的钢铁制造商较少；另一方面，由于加热温度高，导致生产性差、成本高等。为了解决这些问题，在长期的生产实践和研究工作中，人们摸索和开发出了一些成功的办法，比如：

(1)板坯低温加热、渗氮方法

板坯在1250℃以下加热，热轧板无边裂，生产性好。抑制剂通过脱碳退火后的渗氮而获得，是一种后天的获得型抑制剂，既可以生产一般取向硅钢产品，又可以生产高磁感取向硅钢产品。

(2)中温取向硅钢生产方法

俄罗斯的新利佩茨克冶金厂、VIZ等厂采用中温取向硅钢生产技术，板坯加热温度1250～1300℃，化学成分中含较高的Cu(0.4～0.7％)，以AlN和Cu为抑制剂。该方法的抑制剂与高温法类似，也是一种先天性的抑制剂。但可以完全避免高温加热带来的边裂问题，缺点是只能生产一般取向硅钢。

(3)不含抑制剂成分的制造方法

使材料高度纯化，将Se、S、N、O的含量分别减少至30ppm，从而排除了Se、S、N、O等偏析带来的影响，使高能晶界与其他晶界在移动速度方面差别明显化，且晶界移动速度随材料高度纯化而加大。

如JP3211232、JP4297524等介绍了加Sn的取向硅钢，但是普遍认为Sn只能作为控制AlN的成分出现，且一般控制在0.04％～0.08％，而且加热温度也不发生降低。

(4)控制加热温度的取向硅钢制造方法

众所周知，在传统工艺中存在一些问题，如在再加热过程中，为了充分固溶抑制剂，再加热的温度通常高于普通板坯的加热温度，先将铸坯加热到1350～1390℃，这样将会导致过多地晶粒长大，这些过度长大的晶粒在传统的热轧过程中很难完全破坏，结果导致在最终的二次再结晶不完善，成品存在线晶。如果降低再加热温度将不利于夹杂物充分固溶，不能形成有效的抑制剂，二次再结晶不完善，直接影响材料性能。目前主要解决问题的方法是利用控制加热温度的方式，如为克服高温加热技术带来晶粒尺寸不均等问题，开发了高温快速加热等取向硅钢再加热的方法，如JP8246055，JP8260054等所揭示的技术。但是这些方法都没有完全解决热轧板坯存在线晶的现象，而且容易导致抑制剂固溶不充分。

(5)控制热轧的取向硅钢制造方法

板坯热轧的主要目的，其一是为了促使AlN以细小弥散状更快和更均匀析出；其二是为了在热轧过程中发生动态再结晶，并形成一定的再结晶织构；第三是为了使碳化物弥散分布；第四是为了破坏铸造过程中形成的柱状晶。

JP1250637和US4302257，虽然阐述了轧制热轧温度的变化对性能的影响，但是却没有考虑到在热轧工序中提高生产效率，降低能耗，也没有考虑到热轧中间坯厚度对性能的影响。

为有效解决上述问题，本发明旨在提供一种高磁感取向硅钢，以满足硅钢发展需求。

此外，本发明还提供上述硅钢的生产方法，有效克服传统取向硅钢生产工序存在的能耗高、生产性不好等缺点。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种高磁感取向硅钢。

本发明的另一个目的是提供上述取向硅钢的生产方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种高磁感取向硅钢，其中，所述的硅钢化学成分(wt％)为：C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其余为Fe及不可避免的夹杂物。

为了克服传统取向硅钢的加热生产工序中需高温加热用以固溶MnS的固有缺点，本发明提供了一种新的取向硅钢的成分体系，通过降低Mn和S的含量，使钢中不产生MnS，并通过降低Al和N的含量，达到钢中仅产生少量AlN的目的。本发明加入足量的Sn和Cu，并利用其作为抑制剂，抑制一次再结晶，提高成品磁性，该方法可大大降低板坯加热温度，生产出一种低成本的高磁感取向电工钢。

一种高磁感取向硅钢的生产方法，硅钢的化学成分(wt％)为C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其余为Fe及不可避免的夹杂物，所述的生产方法包括冶炼、连铸、热轧、卷取、冷轧、脱碳退火和高温退火，其中，所述的热轧包括多道次粗轧和精轧，粗轧道次之间等待10～15s，经过粗轧得到50～70mm的中间坯，粗轧出口温度为1030～1060℃，精轧第一个道次压下率为80～85％，得到10mm中间坯，终轧温度为1000～1020℃，最终热轧板厚度为2.5mm；所述的卷取在700℃左右进行，即700℃±30℃进行。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的热轧后进行冷却处理，喷水冷却到850℃后，缓冷至700℃左右，即700℃±30℃。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的热轧温度为1200～1250℃，保温60～120min。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的冷轧不常化，一次冷轧法轧到成品板厚度，最终压下率超过90％。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的脱碳退火为：850℃、140s脱碳退火。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的高温退火为1200℃、25h的高温退火。

根据本发明所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其中较好地是，所述的高温退火中选用MgO为主要成分的高温退火隔离剂。

本发明通过对热轧工艺的调整，即为了充分发挥Sn和Cu对再结晶的抑制作用，在热轧工艺中，通过增加热轧道次压下量来提高钢板的形变能和板坯温度，并通过道次间的适当等待，使钢板发生完全的动态再结晶，形成强的{110}组分并提高最终产品的磁性能。本发明的方法可以在晶界上形成稳定、弥散分布的Sn和Cu相，还可以充分提高热轧板的(110)<001>位向晶粒，减少(100)<001>位向晶粒，促进二次再结晶的完善，并提高产品磁性。

根据本发明，通过调整适当的轧后冷却速度和卷取温度，确保钢中的AlN和Sn在此过程中弥散析出，从而有利于完善最终的二次再结晶。

与现有技术相比，本发明具有如下有意效果：

(一)成分控制部分

降低钢中Mn和S的含量，阻止MnS的形成，同时降低钢中Al和N的含量，减少AlN的形成。通过增加钢中Sn和Cu的含量以形成弥散分布的Sn相和Cu相，使其形成主要抑制剂，抑制一次再结晶生长，提高成品磁性。

(二)热轧工艺部分

利用增加粗轧道次压下率和控制粗轧道次间等待时间，有利于发生再结晶，促进板坯内部形成(110)组分并提高最终产品的磁性能。同样在精轧过程中减少热轧道次，即可以提高生产效率，又有利于Cu的弥散分布，并可在精轧过程中提高{111}<112>织构。此工艺不但保证热轧过程中完全发生动态再结晶，从而确保了抑制剂ε-Cu相的弥散分布，又利于完善最终的二次再结晶。

(三)卷取工艺部分

由于Al和N的含量较少，在热轧卷取过程中，通过改变工艺，有利于AlN和Sn的析出弥散分布，有利于完善最终的二次再结晶，同时省略常化工艺。

再结晶织构的形成取决于再结晶晶粒的形核与长大过程的相对重要性。每一种晶体学取向的出现频率是不均匀的。研究发现，在取向硅钢形变和再结晶过程中，{110}、{111}和{112}是较有利的形核取向，而{100}是不利的形核取向。当再结晶驱动力相同时，{111}和{112}取向优先形核，而{100}取向则较难形核。

通常情况下，再结晶驱动力和轧制道次压下率有直接的关系。当轧制道次压下率增加时，在热轧板中获得的形变储能越多，其动态再结晶驱动力也越大。取向硅钢在热轧时获得的道次压下量越大，钢板中{111}<112>也越强，其原因主要是由于热轧过程中利用变形增加形变储能，提高再结晶驱动力，相应地提高了{111}<112>取向晶核的形核速率。这是因为，由于{111}<112>取向晶粒相对其它取向晶粒具有较高的形核速率，因此回复和多边化过程将优先在这些取向晶粒中发生进而形成亚晶，从而提高热轧板中{111}<112>取向晶粒的数量。进而有利于二次再结晶的完善。

Sn在725℃以下开始沿晶界偏聚，在热轧(或常化)后冷却过程中在850～700℃阶段缓冷，并在700℃左右卷取，可起显著的抑制作用。在高温退火阶段，从550℃开始，随温度升高，Sn偏聚浓度逐渐降低，直到950℃(接近二次再结晶开始温度)，Sn在晶界的浓度仍为基体浓度的12倍，证明实施上述工艺后，Sn沿晶界偏聚加强了抑制能力。

应当理解，下面的实施例用于说明本发明内容，而不是用于限定本发明的内容，任何相应的变更和修改将落入本发明的保护范围。

具体实施方式

下面更具体地说明本发明。

实施例1：

用500kg真空炉炼钢，浇铸形成铸坯的化学成分如表1所示。将上述铸坯加热至1200℃、保温2小时进行热轧，终轧温度为1000℃，轧后层流冷却，缓冷到710℃卷取，形成厚度2.5mm的带钢。上述带钢经酸洗后冷轧到0.30mm，进行脱碳退火：850℃、140s脱碳退火；最后MgO涂层，并在1200℃进行25h的高温退火。测量磁性能，结果也列于表1。

表1化学成分及相应的磁性值

 

编号	C(％)	Si(％)	Mn(％)	S(％)	P(％)	Cu(％)	Al<sub>sol</sub>.(％)	N(％)	Sn(％)	P<sub>17/50</sub>(W/kg)	B<sub>8</sub>(T)
												发明例1	0.06	3.15	0.02	0.004	0.020	0.20	0.010	0.0050	0.25	1.12	1.921
发明例2	0.05	3.00	0.16	0.002	0.015	0.10	0.012	0.0025	0.55	1.32	1.895
												比较例1	0.07	3.35	0.03	0.005	0.020	0.10	0.0040	0.0015	0.001	1.31	1.862
比较例2	0.07	3.20	0.10	0.003	0.015	0.08	0.0220	0.0090	0.005	1.19	1.873

实施例2：

用500kg真空炉炼钢，浇铸成铸坯的化学成分(Wt％)为C＝0.081，Si＝3.8，Als＝0.012，N＝0.008，Mn＝0.05，Sn＝0.35，Cu＝0.13，P＝0.01，S＝0.0020。对此成分铸坯加热到1200℃并保温120min，然后分别进行如下操作：

比较例A1：6道次粗轧至40mm，道次之间等待10s，6道次热精轧工艺将其轧至2.5mm，热轧终轧温度980℃；

发明例A2：3道次粗轧中间坯厚度为50mm，粗轧最终温度1040℃，道次之间等待15s，6道次热精轧工艺将其轧至2.5mm，热轧终轧温度1000℃；

发明例A3：3道次粗轧厚度变化为70mm，粗轧最终温度1050℃，道次之间等待15s，3道次热精轧工艺将其轧至2.5mm，热轧终轧温度1020℃。然后喷水冷却到850℃，缓冷到720℃进行卷取。

再进行下面工艺直到最终成品：冷轧到0.30mm；850℃、40s脱碳退火；最后MgO涂层，并在1200℃进行25h的高温退火。磁性能结果如表2所示。

表2热轧工艺结果

实施例3：

用500kg真空炉炼钢，浇铸成铸坯的的化学成分(Wt％)为C＝0.081，Si＝3.8，Als＝0.012，N＝0.008，Mn＝0.05，Sn＝0.35，Cu＝0.13，P＝0.01，S＝0.0020。对此成分铸坯加热到1200℃并保温120min。三道次粗轧厚度变化70mm，粗轧最终温度1050℃，3道次热精轧工艺将其轧至2.5mm，热轧终轧温度1020℃。然后如下操作：

B1：直接喷水冷却到500℃以下卷取；

B2：先喷水冷却到850℃，缓冷到700℃进行卷取。

再进行下面工艺直到最终成品：冷轧到0.30mm；850℃、140s脱碳退火；最后MgO涂层，并在1200℃进行25h的高温退火，结果如表3所示。

表3热轧卷取工艺结果

通常取向硅钢生产方法都是采用板坯高温加热的方式，板坯加热温度高达1400℃，使有利夹杂充分固溶，该生产方法的缺点在于，加热温度过高，加热时间过长，直接影响可生产性。现有技术尚无好的办法解决这个问题。

本发明的方法有效地解决了上述问题，采用新型的抑制剂Sn和Cu，可降低板坯加热温度，并仍然可有效地控制钢板的一次再结晶组织，对获得稳定、完善的二次再结晶成品组织非常有利。使得本发明的方法与其它方法相比有很大的优越性。

通过调整热轧卷取工艺，可在目前成分体系下成功的省略常化工艺，而不影响最终的磁性能。此工艺简单易行，在设备条件满足的情况下，可提高取向硅钢生产效率，并可提高的磁性，因而具有良好的推广应用前景。

Claims (8)

1.一种高磁感取向硅钢的生产方法，所述高磁感取向硅钢的化学成分(wt％)为C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其余为Fe及不可避免的夹杂物，所述的生产方法包括冶炼、连铸、热轧、卷取、冷轧、脱碳退火和高温退火，其特征在于，

所述的热轧包括多道次粗轧和精轧，粗轧道次之间等待10～15s，经过粗轧得到50～70m的中间坯，粗轧出口温度为1030～1060℃，精轧第一个道次压下率为80～85％，终轧温度为1000～1020℃，最终板坯厚度为2.5mm；所述的卷取在700℃±30℃进行。

2.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的热轧后进行冷却处理，喷水冷却到850℃后，缓冷至700℃±30℃。

3.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的热轧温度为1200～1250℃，保温60～120min。

4.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的冷轧不常化，一次冷轧法轧到成品板厚度，最终压下率超过90％。

5.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的脱碳退火为：850℃、140s脱碳退火。

6.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的高温退火为1200℃、25h的高温退火。

7.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的高温退火中选用MgO为主要成分的高温退火隔离剂。

8.一种按权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法制造的高磁感取向硅钢。