CN101967602B

CN101967602B - 一种无取向硅钢薄带及其制备方法

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Publication number: CN101967602B
Application number: CN2010105104649A
Authority: CN
Inventors: 王国栋; 刘振宇; 张晓明; 李成刚; 曹光明; 张婷; 张元祥
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2010-10-19
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2030-10-19
Also published as: CN101967602A

Abstract

本发明属于冶金技术与材料科学领域，具体涉及一种无取向硅钢薄带及其制备方法。本发明所涉及的无取向硅钢薄带，其化学成分按重量百分比计为：Si:3.0～3.6%，Al:0.6～1.0%，Mn:0.1～0.6%，N≤0.005%，S≤0.004%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe。无取向硅钢在真空冶炼炉中进行冶炼；然后进行双辊薄带铸轧；铸带在1100℃～1150℃常化3min～5min；预热150℃～300℃进行冷轧；最后进行再结晶退火。该制备方法工艺简单，能耗低，成材率高，产品磁性能优良。

Description

一种无取向硅钢薄带及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术与材料科学领域，具体涉及一种无取向硅钢薄带及其制备方法。

背景技术

高牌号无取向硅钢是无取向硅钢中的高端产品，主要应用于制造大、中型水力、火力发电机和高效电机的铁芯。目前为止，使用双辊薄带铸轧技术生产的高牌号无取向硅钢产品，其磁感应强度高于传统工艺高牌号无取向硅钢产品磁感应强度0.1T以上，而二者的鉄损值相当。在已有的报道中，采用双辊薄带铸轧技术生产硅含量约3wt%的无取向硅钢薄带的主要工艺流程有两种：（1）铸带→热轧→冷轧→退火；（2）铸带→冷轧→退火。其中工艺（1）由于热轧工艺的存在，增加了设备投资和能源消耗，采用工艺（2）生产的产品，与传统工艺生产所得产品相比，在降低鉄损方面没有得到显著改善。另外，磁性能的提高在很大程度上取决于铸轧薄带中{100}织构所占的比例，在专利号为7,214,277，专利名称为“Method for manufacturing non-oriented electrical steel sheet having high magnetic flux density”的美国专利中，采取的工艺流程是铸带→冷轧→退火，其中提到为保证获得高的磁感应强度，力求增加铸带中柱状晶的数量，所得铸带中{100}织构的强度值至少为4，但柱状晶粒增多同时会降低铸带的冷轧加工性。

发明内容

本发明的目的是提供一种无取向硅钢薄带及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：

设计一种适合该工艺生产的无取向硅钢成分，各元素的具体含量及设计原则如下：

Ⅰ.Si:3.0～3.6%，是硅钢中最重要的合金元素，可增加电阻，稳定铁素体相，增加硬度改善冲片性，但随着含量的升高，磁感降低，硅钢变脆；

Ⅱ.Al: 0.6～1.0%，增加电阻，稳定铁素体相，改善冲片性，增加{100}织构比例，减少{111}不利织构，可以与其他元素结合形成析出物在凝固后的冷却过程中析出，阻碍退火过程中晶粒长大，含量过高时使钢水发粘，浇铸困难；

Ⅲ.Mn:0.1～0.6%，增加电阻，降低鉄损，与S结合形成MnS，减小S对磁性的危害，含量过高时使再结晶温度降低，热处理过程中易发生相变，破坏再结晶织构；

Ⅳ.N:≤0.005%，冶金过程的残留元素，与铝结合形成氮化铝析出物，阻碍晶粒长大；

Ⅴ.S: ≤0.004%，冶金过程的残留元素，与锰结合形成硫化锰析出物，阻碍晶粒长大；

Ⅵ.P: ≤0.02%，改善加工性和冲片性，含量过高时恶化加工性；

Ⅶ.O: ≤0.003%，氧含量高，则钢中形成的氧化物会强烈阻碍晶粒长大；

Ⅷ.C: ≤0.005%，促使奥氏体的形成，与其它元素结合形成碳化物，是造成磁时效的主要原因。

本发明的无取向硅钢薄带的制备方法是：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼，得到化学成分按重量百分比计为：Si:3.0%～3.6%，Al:0.6%～1.0%，Mn:0.1%～0.6%，N ≤0.005%，S ≤0.004%，P ≤0.02%，O ≤0.003%，C ≤0.005%，余量为Fe的液态无取向硅钢；

（2）铸轧：将上述的液态无取向硅钢在保护气氛下进行铸轧，形成无取向硅钢铸带，浇铸温度1510℃～1560℃；

（3）常化：对上述的无取向硅钢铸带进行常化处理，常化温度1100℃～1150℃，常化时间3 min～5min，然后在空气中自然冷却；

（4）酸洗：对常化后的无取向硅钢铸带进行酸洗去除氧化铁皮；

（5）冷轧：对去除氧化铁皮后的无取向硅钢铸带进行冷轧；

（6）退火：对冷轧后的无取向硅钢进行再结晶退火得到无取向硅钢薄带。

上述的无取向硅钢薄带在铸轧时采用氩气作为保护气氛，辊缝宽度为2mm～2.5mm，拉带速度为50m/min～120m/min；

上述的无取向硅钢薄带的酸洗是在温度为60℃，体积分数为15%的盐酸水溶液中将无取向硅钢铸带浸泡8min后去除氧化铁皮；

上述的无取向硅钢铸带的冷轧预热温度为150℃～300℃，冷轧总变形量75%以上；上述的无取向硅钢薄带再结晶退火是在N₂:H₂=3:1的气氛中进行的，当C: ≤0.003%时，在干气氛中退火，C:≥0.003%时，在湿气氛中退火。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的无取向硅钢薄带产品的鉄损值比其它双辊薄带铸轧技术生产的相应产品的鉄损低0.2W/kg～0.7W/kg；

（2）本发明采用合理的浇铸及铸轧工艺相配合，得到了表面质量好，厚度均匀的铸带，铸带组织为均匀的等轴晶粒，而不包含柱状晶粒，从而改善了铸带的冷轧加工性；

（3）通过控制成分和铸轧工艺，使铸带中对产品磁性能有利的{100}织构强度值最低为5，对磁性能不利的{111}织构极少，这样的晶粒取向分布状态为退火后的薄带获得较高的磁性能奠定了良好的基础；

（4）对铸带采取高温常化措施，使铸带中的析出物尺寸增加，从而显著降低了其在退火过程中对晶粒长大的阻碍作用；

（5）本发明节省了能源消耗和设备投资，在降低成本，简化工艺的条件下得到了磁性能优良的无取向硅钢产品，并且生产过程中边裂少，成材率高，连铸工艺要求相对宽松，易于掌握。

具体实施方式

实施例1：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:3.0%，Al:1.0%，Mn:0.1%，N:0.004%，S:0.0032%，P:0.016%，O:0.003%，C:0.0045%，余量为Fe的液态无取向硅钢；

（2）铸轧：液态无取向硅钢在1510℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧过程采用氩气作为保护气氛，经铸辊的冷却及轧制作用形成2mm厚的无取向硅钢铸带；

（3）常化：将无取向硅钢铸带在1150℃常化3min后，在空气中自然冷却；

（4）酸洗：将常化后的无取向硅钢铸带用温度为60℃，体积分数为15%的盐酸水溶液浸泡8min，去除氧化铁皮；

（5）冷轧：将酸洗后的无取向硅钢铸带预热150℃进行冷轧，首道次和中间各道压下量均在10%～30%之间，末道次压下量8%～10%，以保证板形，总变形量75%；

（6）退火：无取向硅钢铸带经冷轧后在退火炉中进行再结晶退火，退火温度850℃～1050℃，50℃为一间隔，退火时间8min，退火在N₂:H₂=3:1的湿气氛中进行，退火后得到无取向硅钢薄带。

经检测所得0.5mm厚的无取向硅钢薄带的磁性能如表1所示：

退火温度	850℃	900℃	950℃	1000℃	1050℃
						鉄损（W/kg）	2.801	2.721	2.601	2.737	2.811
磁感应强度（T）	1.778	1.76	1.75	1.752	1.75

表1。

实施例2：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:3.3%，Al:0.8%，Mn:0.3%，N:0.003%，S:0.0031%，P:0.012%，O:0.0023%，C:0.004%，余量为Fe的液态无取向硅钢；

（2）铸轧：液态无取向硅钢在1530℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧过程采用氩气作为保护气氛，经铸辊的冷却及轧制作用形成2.3mm厚的无取向硅钢铸带；

（3）常化：将无取向硅钢铸带在1120℃常化5min，在空气中自然冷却；

（5）冷轧：将酸洗后的无取向硅钢铸带预热200℃进行冷轧，首道次和中间各道次压下量均在10%～30%之间，末道次压下量8%～10%，以保证板形，总变形量78.3%；

（6）退火：无取向硅钢铸带经冷轧后在退火炉进行再结晶退火，采用两阶段退火方式：第一阶段700℃×2min，第二阶段850～1000℃×3min，第二阶段退火50℃为一间隔，退火在N₂:H₂=3:1的湿气氛中进行，退火后得到无取向硅钢薄带。

经检测所得0.5mm厚的无取向硅钢薄带的磁性能如表2所示：

第二阶段退火温度	850℃	900℃	950℃	1000℃
					鉄损（W/kg）	2.71	2.51	2.4	2.8
磁感应强度（T）	1.76	1.752	1.745	1.74

表2。

实施例3：

（1）冶炼：采用真空冶炼炉冶炼得到化学成分按重量百分比为：Si:3.6%，Al:0.6%，Mn:0.6%，N:0.0028%，S:0.0029%，P:0.013%，O:0.0024%，C:0.0028%，余量为Fe的液态无取向硅钢；

（2）铸轧：液态无取向硅钢在1560℃浇铸到两个反向旋转的水冷结晶辊之间，铸轧过程采用氩气作为保护气氛，经铸辊的冷却及轧制作用形成2.5mm厚的无取向硅钢铸带；

（3）常化：将无取向硅钢铸带在1100℃常化5min后，在空气中自然冷却；

（5）冷轧：将酸洗后的无取向硅钢铸带预热300℃进行冷轧，首道次和中间各道次压下量在均在10%～30%之间，末道次压下量8%～10%，以保证板形，总变形量80%；

（6）退火：无取向硅钢铸带经冷轧后在退火炉中进行再结晶退火，采用两阶段退火方式，第一阶段700℃×1min，第二阶段900～1000℃×5min，第二阶段退火50℃为一间隔，退火在N₂:H₂=3:1的湿气氛中进行，退火后得到无取向硅钢薄带。

经检测所得0.5mm厚的无取向硅钢薄带的磁性能如表3所示：

第二阶段退火温度	900℃	950℃	1000℃
				鉄损（W/kg）	2.53	2.5	2.7
磁感应强度（T）	1.76	1.755	1.751

表3。

Claims

1.一种无取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于步骤如下：

（1）冶炼：在真空冶炼炉中冶炼合金，得到化学成分按重量百分比计为：Si:3.0～3.6%，Al:0.6～1.0%，Mn:0.1～0.6%，N ≤0.005%，S ≤0.004%，P ≤0.02%，O ≤0.003%，C ≤0.005%，余量为Fe的液态无取向硅钢；

（2）铸轧：将上述的液态无取向硅钢在氩气保护气氛下进行铸轧，铸轧时辊缝宽度为2mm～2.5mm，拉带速度50m/min～120m/min，形成无取向硅钢铸带，浇铸温度1510℃～1560℃；

（3）常化：对上述的无取向硅钢铸带进行常化处理，常化温度1100℃～1150℃，常化时间3～5min，然后在空气中自然冷却；

（5）冷轧：对去除氧化铁皮后的无取向硅钢铸带进行冷轧；

（6）退火：对冷轧后的无取向硅钢进行再结晶退火工艺得到无取向硅钢薄带,厚度为0.5mm的无取向硅钢薄带鉄损值P15/50在2.3～2.7W/kg，磁感应强度在1.74T以上。

2.根据权利要求1所述的无取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述的步骤（4）中的酸洗是在温度为60℃，体积分数为15%的盐酸水溶液中将无取向硅钢铸带浸泡8min后去除氧化铁皮。

3.根据权利要求1所述的无取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述的步骤（5）中的冷轧预热温度为150℃～300℃，总变形量75%以上。

4.根据权利要求1所述的无取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于所述的步骤（6）中的再结晶退火是在N₂:H₂=3:1的气氛中进行的，当C: ≤0.003%时，在干气氛中退火，C:≥0.003%时，在湿气氛中退火。