CN101824582A

CN101824582A - 采用多元抑制剂的取向电工钢板带及其生产方法

Info

Publication number: CN101824582A
Application number: CN200910038534A
Authority: CN
Inventors: 黄锐良; 苏群; 彭志华; 黄家栋
Original assignee: GUANGDONG YINGQUAN STEEL PRODUCTS CO Ltd
Current assignee: GUANGDONG YINGQUAN HIGH-TECH MATERIALS CO., LTD.
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: CN101824582B

Abstract

本发明公开了种采用多元抑制剂的取向电工钢板带及其生产方法。本发明钢板带的成分包含0.02-0.035％的C，2.5-3.5％的Si，0.003-0.01％的N，0.15-0.4Mn，0.45-0.65％的Cu，0.005-0.02的P，其余为Fe及0.006-0.010％的Ti，0.01-0.02％的Cr及0.08-0.10％的Ni。本发明的生产方法在渗氮处理时，渗氮温度为500-700℃、渗氮时间为1.5-5分钟，氮气的含量为20-68％，NH₃含量为0～10％，其余为氢气和水；隔离剂中还添加了钡盐，其中钡、镁盐的总含量为0.2～2％、TiO₂含量为0.5～2％、MgO含量为5-25％、其余为水；隔离剂烧结温度为450～700℃、烧结时间为0.5-3分钟；高温退火的温度为1120-1190℃。本发明降低了前工序的工艺难度，提高了产品的磁性，同时，较低的高温退火温度，能达到净化钢质的效果，延长了设备的使用寿命等。

Description

采用多元抑制剂的取向电工钢板带及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带及其生产方法。

背景技术

目前绝大多数的取向电工钢生产技术方案，均采用MnS或AlN或AlN+MnS为主的抑制剂方案，为了获得稳定的磁性能，在热轧时必须使浇注冷凝过程中析出的粗大抑制剂颗粒完全固溶，以便在高温退火二次再结晶发生前阻碍初次晶粒长大，获得单一的取向高斯织构。因此钢坯的加热温度较高，在1350℃以上。高温铸坯加热成材率低、能耗大、设备寿命短、制造成本高。为了降低铸坯的加热温度，必须在前工序弱化MnS、AlN抑制剂的作用。目前低温铸坯加热生产工艺主要有两种：

1.以Cu₂S或Cu₂S+AlN为主的先天抑制剂工艺。因Cu₂S的固溶温度较低，可采用较低的铸坯加热温度。但加入铜影响脱碳退火时的脱碳效果，如脱碳不彻底，将使产品产生磁时效现象。另本技术生产的产品磁性相对较低。

2.后期渗氮工艺。在脱碳退火后、高温退火前进行渗氮处理，在高温退火升温过程中形成足够的AlN质点，提高抑制力。该工艺是目前取向硅钢生产中铸坯加热温度最低的工艺。但如抑制剂完全由后天形成，则磁性差且对前工序的热轧、脱碳、冷轧等要求很高、工艺参数要控制在很窄的范围，难于实现。

现有技术的渗氮温度一般都较高(750～900℃)、露点较低(-20℃)，其缺点是能耗大、渗氮量不易控制。但如采用较低的渗氮温度，则无法使钢板带表面形成较理想的SiO₂薄膜，在高温退火阶段形成的硅酸镁玻璃膜质量差，影响产品的绝缘性能。

也有少数的技术采用不同的抑制剂方案，如日本川崎公司采用MnSe+Sb方案，但其产品磁性较低，也不稳定。对该方案进行改进，如加入AlN或Mo等，可提高产品性能，但其工艺复杂。

而不管是否采用低温铸坯加热技术，除非是抑制剂完全由后天形成，否则在生产高磁感取向电工钢时，一般都要在冷轧前进行常化处理，以便析出细小的抑制剂质点，加强抑制力，提高磁性。但常化处理的温度、时间和冷却速度与钢中化学成份含量密切相关，如常化制度不合适，则使产品的磁性明显下降，但按每炉钢中化学成份含量调整常化制度在生产上却是困难的。另常化处理温度较高(1100℃左右)，能耗较大，对设备的要求也高，增加了成本。

取向电工钢生产过程中，在高温退火时二次再结晶完成后必须在高温均热阶段把钢中硫和氮等元素去除，以免影响产品的磁性。通常采用较高的高温均热温度(1200℃)，以保证净化效果，但温度高，设备和钢卷支架的寿命将大大缩短，增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种磁性较高并稳定、工艺简单易控制、成材率高、制造成本低的采用多元抑制剂的取向电工钢板带及其生产方法。

为了达到上述目的，本发明的成分包含：碳0.02％～0.045％、硅(2.5％～3.5％)、氮0.003％～0.01％、锰0.15％～0.4％、铜0.40％-0.65％，其余为铁、铬、镍及不可避免杂质；本发明钢板带的成分还包含：钛0.002％～0.015％、铬0.02％～0.2％、镍0.01％～0.10％，且10＞铬/镍≥2。

本发明的生产方法，包括以下步骤：

(1).炼钢：以硅铁为主要原料，通过冶炼和真空处理调整钢水的化学成分；

(2).连铸板坯：把钢水浇注成为铸坯；

(3).热连轧：铸坯在低温加热后热连轧，最终板坯厚度为2-2.5mm，并使抑制剂固溶和析出；

(4).一次冷轧：

(5).中间退火：主要进行脱碳处理；

(6).二次冷轧；

(7).低温渗氮，气氛为加湿的氢氮混合气体，之后湿涂添加了钡、镁盐和TiO₂的MgO隔离剂；

(8).高温退火：

(9).绝缘涂层拉伸退火；

(10).精整分卷；

在所述第(8)步骤的低温渗氮中，渗氮温度为500-700℃、渗氮时间为1.5～5分钟，其中氮气的含量为20-68％，NH₃含量为0～10％，其余为氢气和水，气氛露点为20～65℃；所述隔离剂中还添加了钡、镁盐，其中钡、镁盐的总含量为0.2～2％、TiO₂含量为0.5～2％、MgO含量为5-25％、其余为水；隔离剂烧结温度为450～700℃、烧结时间为0.5-3分钟；在所述第(9)步骤中，高温退火的温度为1120-1190℃。

本发明脱碳处理的步骤为：升温时先预热至200-400℃，然后按10-30℃/S的速度快速升温至脱碳温度，脱碳温度750～850℃，时间5～10分钟，气氛为加湿的H₂和N₂混合气体，其中H₂的体积百分比为30～80％，其余为N₂，露点为30-60℃。

本发明采用AlN+MnS+Cu₂S+Cr+Ni+Ti的多元抑制剂配方。Cr、Ni、Ti等微量元素本是炼钢过程中不可避免的杂质，会对产品的磁性产生影响。但经研究发现，在以AlN+MnS为主的方案中，当把这些元素的范围控制在合适范围，并呈一定比例存在时，能加强二次再结晶的抑制能力，有利于二次再结晶形成更完善的取向高斯织构。由于采用了独特多元抑制剂配方、通过合理控制化学成份，使抑制剂质点分阶段形成，降低了对前工序的要求，因此本发明可以克服现有工艺的缺点，且工艺较简单和易于控制、成材率高。其中采用的铸坯加热温度比一般的取向电工钢生产工艺低，但比后天抑制剂工艺略高，目的是在热轧过程中析出细小的组织，这样可综合利用了现有技术的优点，同时避免了其缺点，在保证产品磁性能的前题下取消了常化处理，便可生产高磁感电工钢，降底了成本。

通过调整化学成份和脱碳的工艺参数，在脱碳时形成有利于提高脱碳速度的织构，并采用较高的气氛露点，以保证脱碳的效果；对脱碳时的升温速度进行控制，使(110)[001]二次晶核数量增多并防止其它位向晶粒长大，以降低产品的铁损，提高磁性。

本发明的渗氮温度较低(500～700℃)、气氛露点较高(20～65℃)，其优点是能耗低、降低了生产成本；另渗氮量波动小，且因温度低可避免钢中的硫进入氧化膜中，保持强的抑制力，使二次再结晶更完善。但渗氮温度低时，钢带表面不易形成SiO薄膜，影响高温退火时形成的硅酸镁玻璃膜底层的质量。采用高露点的渗氮气氛，可以弥补低温渗氮的不足，与后续工序中添加钡、镁盐及TiO₂的MgO隔离剂及其烘干工艺、以及高温退火工艺配合，可形成较理想的SiO薄膜，提高玻璃膜质量。本发明所采用的在隔离剂中添加的钡、镁盐还可使玻璃膜形成后产生拉应力，以提高产品的磁性。

由于本发明使用的MgO隔离剂可以提高净化钢质的效果，同时因采用多元抑制剂，通过合理控制钢中化学成份的含量，可以采用较低的高温均热温度(1120～1190℃)便可达到净化钢质的目的。

具体实施方式

本发明的步骤包括：炼钢→连铸板坯→热连轧→酸洗→一次冷轧→一次退火→二次冷轧→二次退火→高温退火→绝缘涂层拉伸退火→精整分卷。

(1)炼钢：以硅铁为主要原料，通过冶炼和真空处理调整钢水的化学成份。由于取向电工钢的化学成份要求严格，必须控制在很窄的范围内，因此要严格控制成分及其误差范围，提高成分命中率，严格控制杂质含量。

(2)连铸板坯：采用连铸法能提高成材率、减少表面缺陷并使磁性均匀。但在采用AlN抑制剂的方案中，如氮含量高，采用连铸法易产生起泡和裂纹。连铸时要注意防止铸坯纵裂及内裂，防止过热引起的成分偏折；为防钢水氧化及增氮，采用长水口加氩气保护浇铸，铸坯要加温缓冷。

(3)热连轧：铸坯装入保温坑中缓冷，在坯温大于250℃时再装入加热炉中加热至1150～1300℃(低温板坯加热)，使铸坯中粗大的Cu₂S等抑制剂固溶，在热轧过程中抑制剂再以细小弥散状析出。因此加热和热轧也是抑制剂固溶和析出的热处理过程。精轧温度≤1050℃。热轧带厚度为2.0～2.5mm。

(4)一次冷轧：酸洗、剪边后进行冷轧。控制适当压下率(70～80％)，保证脱碳退火后在初次再结晶中产生一定数量的位向较准确的(110)[001]晶粒，这是提高磁性的关键。

(5)中间退火：一次冷轧后进行，其目的有三：一是消除一次冷轧产生的冷作硬化，便于二次轧制，保证合适的压下率；二是对钢带进行脱碳，使钢带中含碳量≤30ppm，保证以后高温退火时在单一α相中发展完善的二次再结晶，并消除产品的磁时效现象。三是获得细小均匀初次再结晶晶粒和有利于(110)[001]二次晶核择优长大的初次再结晶织构。

本发明的脱碳退火工艺为：升温时先预热至200-400℃，然后按10-30℃/S的速度快速升温至脱碳温度，脱碳温度750～840℃，优选范围为：790-820℃；时间5～10分钟，优选范围为：6-8分钟，气氛为加湿的H₂和N₂混合气体，其中H₂的体积百分比为30～80％，优选范围为：50％-60％，其余为N₂，露点为30-60℃。本脱碳工艺能提高脱碳效果并提高产品的磁性。

(6)二次冷轧：得到成品厚度和板型良好的钢带，控制压下率(50～65％)，提高初次再结晶织构中的(110)[001]组分。

(7)低温渗氮并涂隔离剂。因炼钢时必须控制氮的含量，且由于采用低温板坯加热工艺，AlN在加热阶段不能完全固溶，使抑制剂数量不足，因此在冷轧后必须进行渗氮处理，保证在二次再结晶前形成足够的抑制剂。渗氮温度500～700℃，渗氮气氛为加湿的氢氮混合气，渗氮时间为1.5～5分钟，优选范围为3-4分钟，气氛为加湿的氢、氮混合气，其中氮体积百分比含量为20-78％，优选范围为30-50％，NH₃含量为0～10％，其余为氢气、水，气氛露点为20～65℃。渗氮后湿涂隔离剂，高温退火时防止钢卷粘带并与钢带表面SiO₂反应形成硅酸镁玻璃膜底层。隔离剂主要成份为MgO，加入钡、镁盐和TiO2，钡、镁盐总含量为0.2～2％、TiO2含量为0.5～2％、MgO含量为5-25％、其余为水。湿涂隔离剂后须进行烧结，采用了较高的烧结温度(450～700℃)及较长的烧结时间(0.5-3分钟)，使钢带表面形成更均匀的SiO₂膜，利于高温退火时生成良好的硅酸镁玻璃膜底层。

(8)高温退火：涂隔离剂后的钢卷在罩式炉中高温退火，目的是：1.在抑制剂的作用下完成二次再结晶获得(110)[001]取向织构，形成产品所需的磁性；2.形成硅酸镁底层，提高钢带表面的绝缘性能并提高绝缘涂层的附着性；3.净化钢质。钢中硫和氮等成份在二次再结晶完成后便成为有害元素，必须去除。本发明的高温退火温度为1120～1190℃，在保证产品性能的前题下可大大提高设备的使用寿命。同时采用了较长的低保温时间：15～30小时，进一步提高硅酸镁玻璃膜底层的质量。

(9)绝缘涂层拉伸退火：高温退火后在连续炉中涂绝缘膜、烘干，并进行热平整拉伸获得良好板形。钢带先经水刷洗和稀酸洗去除残留的MgO，涂硅溶胶和磷酸盐为主的应力涂层，再在连续炉中处理，温度为800-850℃、时间为30-100秒并施加合适的拉力，使钢带平整并烧结绝缘涂层膜。应力涂层的热膨胀系数与硅钢的不同，拉伸退火冷却时在钢板中产生拉应力，使磁畴细化并降低铁损。

(10)逐卷进行磁性能检测，分批进行尺寸精度及其他性能检测，按牌号及宽度分类，或按用户要求宽度，精剪及重卷、称重、包装。

(11)

实施例1：

一种钢板带，其化学成分为：

碳0.025％、硅2.8％、氮0.008％、锰0.2％、铜0.45％、钛0.008％、

铬0.04％、镍0.02％，其余为铁及不可避免杂质；铬/镍＝2

将上述材料进行冶炼，然后铸成150mm厚的板坯，装入保温坑中缓冷，在坯温大于250℃时再装入加热炉中加热至1220℃，进行热连轧，最后板坯厚度为2.2mm；之后进行一次冷轧，压下率控制为73％，然后进行中间退火、脱碳：先预热至300℃，然后按15℃/S的速度快速升温至脱碳温度，脱碳温度780℃，时间7分钟，气氛为加湿的H₂和N₂混合气体，其中H₂的体积百分比为40％，N₂为60％₂，露点为45℃；脱碳后进行第二次冷轧，压下率控制为55％；然后进行低温渗氮，温度为520℃、渗氮时间为3.5分钟，气氛为体积含量45％的氮气，其余为氢气和水，气氛露点为35℃；渗氮后湿涂隔离剂，隔离剂中钡、镁盐的总含量为0.5％、TiO₂含量为0.8％、MgO含量为20％、其余为水；隔离剂烧结温度为550℃、烧结时间为2分钟；涂隔离剂后在罩式炉中高温退火，退火温度为1170℃，均热时间为20小时。高温退火后经水刷洗和酸洗，涂绝缘涂层后烘干，再在温度为820℃的连续炉中，进行烧结和热拉伸平整50秒，得到平整的钢板带，最后精整分卷并包装。

本实施例的结果见表1。

表1

实施例2：

钢板带化学成分为：

碳0.033％、硅3.5％、氮0.006％、锰0.30％、铜0.55％、钛0.005％、

铬0.10％、镍0.035％，其余为铁及不可避免杂质；铬/镍＝3

工艺流程与实施例1相同，但

热轧时加热温度为1250℃；

脱碳温度800℃，时间9分钟，H₂的体积百分比为55％，N₂为45％，露点为55℃；

低温渗氮温度为650℃、渗氮时间为5分钟，气氛为氮气体积含量60％，其余为氢气和水，气氛露点为45℃；

隔离剂中钡、镁盐的总含量为1.1％、TiO₂含量为1.5％、MgO含量为15％、其余为水；隔离剂烧结温度为600℃、烧结时间为1分钟；

高温退火温度为1150℃。

本实施例的结果见表2。

表2

实施例3：

钢板带学成分为：

碳0.028％、硅3.4％、氮0.005％、锰0.35％、铜0.6％、钛0.01％、

铬0.11％、镍0.028％，其余为铁及不可避免杂质；铬/镍＝4

工艺流程与实施例1相同，但

热轧时加热温度为1210℃；

脱碳温度830℃，时间8分钟，H₂的体积百分比为70％，N₂为30％，露点为50℃；

低温渗氮温度为600℃、渗氮时间为4.5分钟，气氛为氮气体积含量30％，NH₃体积含量5％，其余为氢气和水，气氛露点为55℃；

隔离剂中钡、镁盐的总含量为1.6％、TiO₂含量为1.0％、MgO含量为10％、其余为水；隔离剂烧结温度为650℃、烧结时间为2.5分钟；

高温退火温度为1130℃。

本实施例的结果见表3。

表3

Claims

1.一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带，其成分包含：碳0.02％～0.045％、硅2.5％～3.5％、氮0.003％～0.02％、锰0.15％～0.4％、铜0.40％-0.65％，其余为铁、铬、镍及不可避免杂质；其特征在于：所述钢板带的成分还包含：钛0.002％～0.015％、铬0.02％～0.2％、镍0.01％～0.10％，且10＞铬/镍≥2。

2.一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，包括以下步骤：

(2).连铸板坯：把钢水浇注成为铸坯；

(4).一次冷轧：

(5).中间退火：主要进行脱碳处理；

(6).二次冷轧；

(8).高温退火：

(9).绝缘涂层拉伸退火；

(10).精整分卷；

其特征在于：

在所述第(8)步骤的低温渗氮中，渗氮温度为500-700℃、渗氮时间为1.5～5分钟，其中氮气体积含量为20～68％，NH₃含量为0～10％，其余为氢气和水，气氛露点为20～65℃；所述隔离剂中还添加了钡、镁盐，其中钡、镁盐的总含量为0.2～2％、TiO₂含量为0.5～2％、MgO含量为5-25％、其余为水；隔离剂烧结温度为450～700℃、烧结时间为0.5～3分钟；

在所述第(9)步骤中，高温退火的温度为1120-1190℃。

3.据权利要求2所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：在低温渗氮时，渗氮时间的优选范围为3-4分钟。

4.根据权利要求2所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：在低温渗氮时，氮气含量优选范围为30-50％。

5.根据权利要求2所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：在湿涂隔离剂时，钡、镁盐总含量的优选范围为：0.5-1.2％。

6.根据权利要求2所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：热轧时铸坯加热温度为1150～1300℃。

7.根据权利要求2所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：脱碳处理的步骤为：升温时先预热至200-400℃，然后按10-30℃/S的速度快速升温至脱碳温度，脱碳温度750～850℃，时间5～10分钟，气氛为加湿的H₂和N₂混合气体，其中H₂的体积百分比为30～80％，其余为N₂，露点为30-60℃。

8.根据权利要求7所述的一种采用多元抑制剂的取向电工钢板带的生产方法，其特征在于：脱碳温度的优选范围为：770-820℃；时间的优选范围为：6-8分钟；H₂所占体积的优选范围为：50％-60％。