CN101368246A

CN101368246A - 一种中薄板坯生产取向硅钢的方法

Info

Publication number: CN101368246A
Application number: CNA2007100125007A
Authority: CN
Inventors: 蒋奇武; 金文旭; 付勇军; 游清雷; 张静
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2007-08-17
Filing date: 2007-08-17
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2027-08-17
Also published as: CN101368246B

Abstract

本发明公开一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，其工艺流程为，高炉炼铁→转炉冶炼→炉外精炼→钢水中间包磁化处理+连铸→加热及热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂敷MgO隔离剂→高温退火→热平整拉伸退火及涂敷绝缘膜→重卷包装。其过热度≤20℃，中包进行磁化处理，控制铸坯的冷却速度，铸坯入加热炉温度≥300℃，热轧板不经退火或常化，进行带中间脱碳退火的两次冷轧。本发明采用了新生产工艺，明显降低铸坯加热温度和在炉时间，降低生产成本、提高成材率和生产效率；使MnS在热轧过程中能够更加细小弥散析出，起到抑制初次晶粒，促进二次晶粒长大的作用，提高取向硅钢电磁性。

Description

一种中薄板坯生产取向硅钢的方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，具体涉及到一种中薄板坯生产取向硅钢的方法。

背景技术

目前，取向硅钢生产工艺流程一般为：高炉炼铁→转炉冶炼→炉外精炼→连铸+电磁搅拌→铸坯喷涂防氧化膜→加热及热轧→常化(Hi-B)→冷轧→中间退火(GO)→二次冷轧(GO)→脱碳退火及涂敷MgO隔离剂→高温退火→热平整拉伸退火及涂敷绝缘膜→重卷包装。

为发展完善的二次再结晶组织，获得单一的高取向(110)[001]织构，钢中必须存在足够数量的细小弥散分布的抑制剂，目前GO取向硅钢通常以MnS为抑制剂，但以MnS为抑制剂的铸坯必须经高温加热(GO为1350～1370℃；Hi-B为1380～1400℃)，使铸坯中>1um的粗大MnS固溶(主要存在于铸坯板厚方向的等轴晶中心区内)，热轧过程中再以≤50nm的细小弥散状MnS析出，以保证二次再结晶发展完全和获得高磁性。然而铸坯经高于1350℃加热会造成以下缺点：1)由于过氧化使烧损量增大(3.5％～6％)，比普碳钢加热烧损量约高4倍；2)形成的2FeO·SiO₂氧化层熔点仅为1205℃，因此在高温加热中氧化层熔化而流到炉底，平均加热4000t铸坯就要清理熔渣，加热约8000t就要检修，产量低，修炉劳动条件差；3)由于铸坯晶粒粗化和遍布晶界氧化，热轧带易产生边裂，成材率降低；4)铸坯表层中铝、硅和碳与氧化合，其含量降低，随之产品磁性降低和不均匀，绝缘膜特性变坏。因此很多人都在研究采用较低加热温度生产取向硅钢的方法，但目前还没有成功的例子。

铸坯中的MnS有两种来源，一是在凝固过程中由共晶反应生成，可通过控制钢液成分偏聚来控制MnS在铸坯中分布的均匀性；通过控制过冷度来减小临界晶核尺寸，增加MnS形核率，从而减小此类MnS粒子大小。二是在δ→γ转变过程中形成，此类MnS粒子析出时一般比较细小弥散，但容易发生Ostwald熟化，可通过控制MnS析出后铸坯的冷却速度，减缓其长大。

减小铸坯中MnS粒子大小和提高其分布的均匀性后，使MnS在以后热轧加热过程中更容易完全固溶，可明显降低取向硅钢铸坯加热温度和在炉时间，并且在热轧过程中能够更加细小弥散析出，起到抑制初次晶粒，促进二次晶粒长大的作用，对提高取向硅钢电磁性能有利。

连铸时采用电磁搅拌技术可明显减轻硫偏聚和柱状晶所占比例。但铸坯表层易发生碳和硫的负偏聚区(俗称白带)，这使以后初次晶粒不均匀，二次再结晶不完善和磁性不均匀。

目前还有一种理论是经电脉冲孕育处理的连铸坯使等轴晶区扩大，组织细化，内裂纹减少，元素偏析减轻。这种电脉冲孕育技术是对液态金属施加一脉冲电场处理，使液态金属的结构发生变化，利用液态金属结构的遗传性来改变铸态金属组织的一种技术，1998年由王建中等人首先提出，基本思路是将脉冲电场的施加时间提前到金属开始凝固之前，在金属处于完全液态的条件下，对其进行电脉冲孕育处理，通过改变液态金属的结构来改变金属的凝固组织，但是施加电脉冲的电压及频率对MnS影响没有明确，对不同钢种的影响也没有结论，尤其对于中薄板坯生产中的影响没有公开过。

生产硅钢采用大于200mm厚板坯时，铸坯冷却速度难以控制，会使铸坯中MnS过于粗大，增加热轧加热温度；采用小于70mm薄板坯时，铸坯表面缺陷增多，使最终产品电磁性能降低。采用70mm～200mm的中薄板坯时，虽然能有效的控制冷却速度，使铸坯中MnS粒子更加细小，可降低热轧加热温度，降低热轧生产成本，但产品最终电磁性能相对较差，且不稳定，头尾性能波动较大。

发明内容

本发明公开一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，采用70mm～200mm铸坯，通过控制铸坯浇铸温度、中间包实施磁场处理、控制铸坯冷却速度等方法来降低MnS的尺寸大小及控制MnS的分布形态，达到降低铸坯的加热温度及提高取向硅钢电磁性能的目的。

本发明工艺流程是这样的，高炉炼铁→转炉冶炼→炉外精炼→钢水中间包磁化处理+连铸→加热及热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂敷MgO隔离剂→成品高温退火→热平整拉伸退火及涂敷绝缘膜→重卷包装。它的特点是对以下工艺的改进：

1)通过热力学和动力学模型准确计算出不同成分取向硅钢的液相线温度，连铸浇注过程中严格控制过热度≤15°，现有技术取向硅钢浇注温度一般为1510～1550℃，本发明浇铸温度控制在近液相温度，浇注温度越低，钢液过冷度越大，临界晶核尺寸减小，使MnS的数量多而尺寸小，如果浇注温度过低，连铸时不易拉钢；

2)钢水在中间包进行磁化处理，通过调整磁场强度使钢水成分均匀、控制硫的偏聚量及MnS粒子的大小、增加铸坯中等轴晶比例和控制等轴晶大小，磁场强度为1A/m～5000A/m；

3)控制1200～1000℃时铸坯的冷却速度，动态控制二冷区冷却水流量，一般控制在1.2～1.4L/m³，在1100℃以上时采用上限值的冷却水流量控制冷却速度，1100～1000℃时采用下限值的冷却水流量控制冷却速度；因为MnS是在1200～1000℃析出的，在高温段控制较大的冷却速度，目的防止析出的细小MnS发生Ostwald长大而粗化；

4)铸坯入加热炉温度≥300℃，当硅钢<300℃装炉时，加热后会出现晶界裂纹，入炉温度最好≥900℃，因为高温装炉可使铸坯高温加热时保温时间缩短，有利于节省燃料和提高热轧成材率，并且可使铸坯表面和中心温度更均匀，有利于热轧时MnS更细小弥散析出。在300～900℃加热时，升温速度要慢，最好控制在<300℃/h，因为取向硅钢热传导率很低，急速加热会导致铸坯热裂纹的发生，在1200～1350℃条件下，均热段保温3～4h，接着进行热轧，热轧板不经退火或常化；

5)进行带中间脱碳退火的两次冷轧，一次冷轧压下率控制在60％～80％，二次冷轧压下率控制在40％～70％。

本发明铸坯厚度为70～200mm，最佳值为100～140mm；

本发明钢水在连铸中间包采用磁场处理时磁场强度为1A/m～10000A/m，磁场强度最好控制在1000A/m～2000A/m；

本发明在冶炼时钢水中加入Cr≤0.15％或Sn≤0.15％或Sb≤0.05％或其中的两种或两种以上，它们会在MnS质点与基体的界面处偏聚，降低析出物界面能，抑制析出物发生Ostward长大，从而使铸坯中MnS质点细小且均匀，有利于降低热轧加热温度和在炉时间；由于加入上述元素会使玻璃膜和绝缘膜质量变坏，外观不好，附着性降低，所以本发明在加入上述元素的同时加入钼Mo≤0.02％，使其在表面富集抑制氧化，减少Fe₂SiO₄和FeS形成量，使形成的玻璃膜质量变好。

本发明的优点及效果在于由于采用了新的生产工艺，能明显降低铸坯加热温度和在炉时间，免除入炉前喷涂防氧化膜工序，大幅降低热轧工序生产成本、提高成材率和生产效率；通过综合的浇铸与磁场处理工艺，MnS在热轧过程中能够更加细小弥散析出，起到抑制初次晶粒，促进二次晶粒长大的作用，提高取向硅钢电磁性。

附图说明

附图1同一钢种采用不同技术手段处理时硅钢指标的对比图；

附图2为铸坯厚度为200mm时MnS的状态显微组织图；

附图3为铸坯厚度为165mm时MnS的状态显微组织图；

附图4为铸坯厚度为135mm时MnS的状态显微组织图；

附图5为铸坯厚度为100mm时MnS的状态显微组织图；

附图6为中间包采用磁场处理时的安装示意图；

附图7为本发明最佳产品的状态显微组织图。

具体实施方式

本发明的目的工艺流程是这样的，高炉炼铁→转炉冶炼→炉外精炼→钢水中间包磁化处理+连铸→加热及热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂敷MgO隔离剂→成品高温退火→热平整拉伸退火及涂敷绝缘膜→重卷包装。

钢水化学成分(重量百分比)为C0.02％～0.09％，Si2.8％～3.8％，Mn0.01％～0.2％，P≤0.035％，S0.01％～0.04％，N≤0.005％，Als0.003～0.03％，Cr≤0.02，其余为铁和少量夹杂物；

采用以下工艺：

1)通过热力学和动力学模型准确计算出该取向硅钢的液相线温度，精确控制浇铸温度，其过热度≤15°，取向硅钢浇注温度一般为1510～1550℃，本发明采用近液相温度进行浇铸，因为浇注温度越低，钢液过冷度越大，临界晶核尺寸减小，使MnS的数量多而尺寸小，但是如果浇注温度过低，连铸时不易拉钢，为了使中间包连铸时容易拉钢及防止中间包堵塞，在中间包位置加保温装置或加热装置；

2)钢水在中包进行磁场处理，通过调整磁场强度使钢水成分均匀、控制硫的偏聚量及MnS粒子的大小、增加铸坯中等轴晶比例和控制等轴晶大小，磁场强度为1A/m～20000A/m；

3)控制1200～1000℃铸坯的冷却速度，动态控制二冷区冷却水流量，一般控制在1.2～1.4L/m³，在1100℃以上时采用上限值的冷却水流量控制冷却速度，1100～1000℃时采用下限值的冷却水流量控制冷却速度；因为MnS是在1200～1000℃析出的，在高温段控制较大的冷却速度，目的防止析出的细小MnS发生Ostwald长大而粗化，从而可以降低铸坯的加热温度和保温时间；

4)铸坯入加热炉温度≥300℃，因为<300℃装炉，加热后会出现晶界裂纹；入炉温度最好≥900℃，因为高温装炉可使铸坯高温加热时保温时间缩短，有利于节省燃料和提高热轧成材率，并且可使铸坯表面和中心温度更均匀，有利于热轧时MnS更细小弥散析出；

当300～900℃加热时，升温速度要慢，最好控制在<300℃/h，因为取向硅钢热传导率很低，急速加热会导致铸坯热裂纹的发生；在1200～1350℃条件下，均热段保温3～4h，接着进行热轧，热轧板不经退火或常化；

5)进行带中间脱碳退火的两次冷轧，一次冷轧压下率60％～80％，二次冷轧压下率40％～70％。经脱碳退火、高温退火及热平整退火等工序，最终制造成一般取向硅钢及高磁感取向硅钢。

本发明冶炼时在钢水中加入Cr≤0.15％或Sn≤0.15％或Sb≤0.05％或其中的两种或两种以上，它们会在MnS质点与基体的界面处偏聚，降低析出物界面能，抑制析出物发生Ostward长大，从而使铸坯中MnS质点细小且均匀，有利于降低热轧加热温度和在炉时间；由于加入上述元素会使玻璃膜和绝缘膜质量变坏，外观不好，附着性降低，所以本发明在加入上述元素的同时加入钼Mo≤0.02％，使其在表面富集抑制氧化，减少Fe2SiO4和FeS形成量，使形成的玻璃膜质量变好。

如图6所示，中间包采用磁场处理时，在中间包1中加线圈3及铁芯4，形成电磁场，并在电磁场外面加耐火材料层2；通电后对钢水5进行磁化处理。

本发明铸坯厚度为70～200mm，通过采用近液相温度浇注技术和中间包磁场处理、控制板坯入炉温度、轧制以及其它工艺等手段，使取向硅钢的磁感性能有明显的改善。

下表是分别采用磁场处理和近液相浇注技术及采用磁场处理与近液相浇注技术综合处理时硅钢的性能比较：

实例	处理方式	中包浇注温度，℃	P_1.7/50，W/kg	B₅₀₀₀，T
实例	处理方式	中包浇注温度，℃	P_1.7/50，W/kg	B₅₀₀₀，T	常规例1	无	1536	1.405	1.795
常规例2	铸坯电磁搅拌	1533	1.390	1.812	常规例1	无	1536	1.405	1.795
常规例2	铸坯电磁搅拌	1533	1.390	1.812	比较例1	近液相线浇注	1515	1.394	1.807
比较例2	中间包磁场处理(H＝2000A/m)	1540	1.397	1.801	比较例1	近液相线浇注	1515	1.394	1.807
比较例2	中间包磁场处理(H＝2000A/m)	1540	1.397	1.801	比较例3	铸坯电磁搅拌+近液相线浇注	1510	1.385	1.819
比较例4	中间包磁场处理(H＝2000A/m)+铸坯电磁搅拌	1538	1.391	1.812	比较例3	铸坯电磁搅拌+近液相线浇注	1510	1.385	1.819
比较例4	中间包磁场处理(H＝2000A/m)+铸坯电磁搅拌	1538	1.391	1.812	本专利实施例	近液相线浇注+中间包磁场处理(H＝2000A/m)	1513	1.338	1.835
比较例5	近液相线浇注+中间包磁场处理(H＝2000A/m)+铸坯电磁搅拌	1515	1.333	1.839	本专利实施例	近液相线浇注+中间包磁场处理(H＝2000A/m)	1513	1.338	1.835

对比常规例1和比较例1可看出，只采用近液相浇注技术后产品电磁性能有所提高，P1.7/50降低0.011W/kg，磁感B800提高0.012T。

对比常规例1和比较例2可看出，只采用中间包磁场处理技术后产品电磁性能变化不大。

对比常规例2和比较例3可看出，将近液相浇注技术与铸坯电磁搅拌结合，电磁性能变化不大。

对比常规例2和比较例4可看出，将中间包磁场处理技术与铸坯电磁搅拌结合，电磁性能基本没有变化。

对比常规例1和本专利实施例可看出，对取向硅钢，将近液相线浇注技术与中间包磁场处理配合使用，能使产品电磁性能显著提高，P1.7/50降低0.067W/kg，磁感提高0.04T。

对比比较例5与本专利实施例可看出，对取向硅钢实施近液相线浇注技术+中间包磁场处理技术后，再增加铸坯电磁搅拌对电磁性能影响不大，而且还会增加电能损耗，增加成本。

本专利的厚度要求控制在70～200mm，加热温度控制为1250±20℃范围，而常规例铸坯厚度为235mm厚，加热温度控制必需大于1350℃。

在相同的冷却模型下，不同厚度铸坯中的MnS和AlN等第二相粒子的尺寸及分布状态不同，铸坯越厚，冷却效果降低，铸坯中MnS及AlN等第二相粒子的尺寸较大且分布不均匀，必须提高热轧加热温度和延长在炉时间才能使它们完全固溶。相反，铸坯越薄，冷却效果越好，铸坯中MnS及AlN等第二相粒子的尺寸小且分布均匀，使它们完全固溶所需要的热轧加热温度将明显降低，在炉时间也能显著缩短。

图2～5为不同厚度铸坯中MnS等第二相粒子分布状态，当铸坯厚度为200mm左右时MnS比较粗大，当铸坯厚度为165mm左右时MnS得到细化，当铸坯厚度为135mm左右时MnS进一步细化，得到的MnS尺寸小、数量多而且分布相对均匀，当铸坯厚度为100mm左右时，MnS粒子数量小、尺寸相对135mm铸坯时增大。

对于不同牌号的取向硅钢，其液相线温度可根据其成分很容易计算得到，在采用近液相浇注技术后，磁场大小将会对产品性能产生一定影响，如图1所示。

从图1看出，在外磁场H＝2000A/m时，产品电磁性能最好，P1.7/50最低达到1.338W/kg，磁感B800最高达到1.835T；在外加磁场H＝1000A/m时，产品电磁性能次之；H＝3000A/m和H＝500A/m时，产品电磁性能减弱。证明外加磁场强度不要太高，也不能太低。

如图7所示，为本发明最佳产品显微组织图，通过各种技术手段达到MnS细化、且分布均匀、磁感性能高的目的。

Claims

1.一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，它的工艺流程为，高炉炼铁→转炉冶炼→炉外精炼→钢水中间包电脉冲孕育处理或磁场处理+连铸→加热及热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂敷MgO隔离剂→高温退火→热平整拉伸退火及涂敷绝缘膜→重卷包装，其特征在于是对以下工艺的改进：

1)精确控制钢水浇铸温度，其控制在过热度≤15℃；

2)钢水在中包进行磁场处理，磁场强度为1A/m～10000A/m；

3)控制1200～1000℃铸坯的冷却速度，动态控制二冷区冷却水流量，一般控制在1.2～1.4L/m³，在1100℃以上时采用上限值的冷却水流量控制冷却速度，1100～1000℃时采用下限值的冷却水流量控制冷却速度；

4)铸坯入加热炉温度≥300℃，在1200～1350℃条件下，均热段保温3～4h，接着进行热轧，热轧板不经退火或常化；

5)进行带中间脱碳退火的两次冷轧，一次冷轧压下率60％～80％，二次冷轧压下率40％～70％。

2.根据权利要求1所述的一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，其特征在于铸坯厚度为70～200mm。

3.根据权利要求1所述的一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，其特征在于铸坯厚度最佳值为100～140mm。

4.根据权利要求1所述的一种中薄板坯生产取向硅钢的方法，其特征在于连铸中间包采用磁场强度为500A/m～2000A/m。

5.按权利要求1所述的一种中薄板坯生产取向硅钢的方法的电磁场处理装置，其特征在于在中间包(1)中加线圈(3)及铁芯(4)，形成电磁场，并在电磁场外面加耐火材料层(2)，通电后对钢水(5)进行磁化处理。