CN102031342B - 细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、涂覆隔离层、高温退火、涂覆绝缘涂层和热拉伸平整退火工艺，其特点是在脱碳退火前对冷轧板进行激光照射处理，使钢板表面形成相互平行且等距的线状应变区。所述应变区的宽度为100～200μm，应变区的间距为10～20mm，应变区的深度20～100μm，应变区与钢板轧向的夹角为60～120°。本发明工艺简单易行，适用范围广，既不破坏表面氧化膜，又无需改造现有设备。采用本发明最终成品B₈可增高0.01～0.05T；最终成品P₁₇可降低0.02～0.10W/kg。

Description

细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法

技术领域

本发明属于取向硅钢的制备技术，尤其涉及一种细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法。

背景技术

电工钢的铁损(P_T)包括磁滞损耗(P_h)、涡流损耗(P_e)和反常损耗(P_a)三部分。其中P_a是材料磁化时由于磁畴结构不同而引起的能量损耗。取向硅钢由于晶粒较大，P_h只占约30％，P_e+P_a约占70％，而P_a可比P_e大1～2倍。

取向硅钢的二次晶粒尺寸直接影响P_a。静态磁畴宽度δ与晶粒尺寸d的关系式如下：

$\mathrm{\δ}=1.32{\left(\frac{\mathrm{\γ}}{K_1}\right)}^{d^{3/4}}$

式中γ为单位畴壁面积上的畴壁能量，K₁为磁晶各向异性常数。上式表明δ与d成正比关系，晶粒大，磁畴宽度大，反复磁化时畴壁移动距离大，移动速度快，P_a增高。二次晶粒越小，P_a越小，P_T也随之减小。

通常情况下，普通取向硅钢的二次晶粒尺寸为3～5mm；高磁感取向硅钢的二次晶粒尺寸为8～15mm，其最大晶粒尺寸可大于70mm。由于高磁感取向硅钢的二次晶粒尺寸远大于普通取向硅钢，P_a对P_T的影响也更大。有实验证明，当B₈值不变时，高磁感取向硅钢的二次晶粒愈小，P₁₇愈低，这是由于二次晶粒小，180°主磁畴宽度变小，P_a减小。

对于二次晶粒尺寸巨大的高磁感取向硅钢，在保证B₈值时，减小二次晶粒尺寸可有效细化磁畴和降低P_a和P_T。

日本川崎钢公司提出脱碳退火后沿带钢横向经激光照射，产生＜300μm宽，＜100μm深和间距5mm线状应变区，有利于高温退火气氛进入钢卷内部充分净化，P₁₇降低0.04～0.09W/kg(参见日本公开特许公报59-197520)。但是，由于该方法的实施在脱碳退火之后，会破坏带钢表面氧化膜，不利于后续硅酸镁底层的形成。

该公司还提出在脱碳退火升温时沿带钢横向经激光照射，局部快速加热到900～1000℃，在表面下方30～50μm区域形成许多(110)[001]初次晶粒，即二次晶核数量增多，未经照射区域二次晶核数量少，造成二次晶粒尺寸不均匀，磁畴细化，P₁₇降低0.08～0.09W/kg(参见日本公开特许公报60-114519)。但是，由于该方法要求在带钢升温过程中进行激光照射，设备改动大，难以实施。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种能有效减小二次晶粒尺寸，细化磁畴，降低铁损的高磁感取向硅钢的生产方法。

本发明是这样实现的：该细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、涂覆隔离层、高温退火、涂覆绝缘涂层和热拉伸平整退火工艺，其特点是在脱碳退火前对冷轧板进行激光照射处理，使钢板表面形成相互平行且等距的线状应变区。

本发明所述激光照射处理应变区的宽度为100～200μm，应变区的间距为10～20mm，应变区的深度为20～100μm，应变区与钢板轧向的夹角为60～120°。

本发明适用于以AlN为主要抑制剂，其最终冷轧厚度为0.20～0.35mm，平均二次晶粒尺寸≥8mm的高磁感取向硅钢。

本发明方法的作用原理如下：

(1)在脱碳退火前对冷轧板进行激光照射处理，使照射区附近的冷变形组织急速再结晶，形成细晶组织，脱碳退火后，照射区附近晶粒尺寸小于非照射区。改善了一次冷轧法高磁感取向硅钢脱碳退火时间长所造成的初次晶粒粗大，高温退火后，照射区附近的二次再结晶晶粒明显小于非照射区，从而降低铁损。

(2)在高温退火升温阶段的氮氢混合气氛中，钢板表面的照射区将利于渗氮，进一步加强抑制能力，提高二次再结晶温度，进而提高二次晶粒的取向度，提高磁感；在高温退火的净化阶段，钢板表面的照射区将有利于气氛进入钢卷内部，提高净化效果，降低铁损。

(3)经激光照射后，激光照射区内为纯净的基体组织，在脱碳退火过程中，可以形成比未照射区更为致密和均匀的氧化膜。高温退火时，应变区内氧化膜和MgO反应生成的玻璃膜更为致密、均匀、张力更大，等间距分布的应变区可在钢板表面形成均匀的张力，从而细化磁畴宽度，降低铁损。

由于激光处理应变区的宽度、深度、间距、与钢板轧向夹角等都直接影响最终磁性能优化效果，因此本发明对上述参数有以下限定：

应变区宽度为100～200μm。应变区过窄，晶粒细化效果不明显。本发明应变区宽度控制在100～200μm。

应变区间距为10～20mm。应变区间距过大，导致晶粒和磁畴细化不明显，铁损改善有限；应变区间距过小，性能进一步提升有限，生产成本却大幅增加。本发明应变区间距控制在10～20mm。

应变区深度为20～100μm。应变区过浅，晶粒和磁畴细化不明显，效果有限；应变区过深，高斯织构偏离角增大，成品铁损将会进一步恶化。本发明应变区深度控制在20～100μm。

应变区与钢板轧向的夹角为60～120°，如超过此区域，会影响磁畴细化效果。

本发明工艺简单易行，适用范围广，既不破坏带钢表面氧化膜，又无需改造现有设备。采用本发明工艺最终成品B₈可增高0.01～0.05T；最终成品P₁₇可降低0.02～0.10W/kg。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步的描述。

本发明实施例钢种的冶炼成分见表1(余量为铁和不可避免的杂质)。将钢水连铸成250mm厚板坯后，板坯加热至1380℃，于1200℃精轧至2.0mm，热轧板经1120℃×4min常化并酸洗后，分别冷轧至0.23mm、0.27mm和0.3mm厚度，将每种厚度的冷轧板分别实施两种工艺：(A)直接脱碳退火；(B)在脱碳退火前采用本发明技术方案进行激光处理(见表2)。冷轧板经840℃×4min脱碳退火后，涂覆以MgO为主的隔离层。高温退火先在氮氢混合气中以20℃/h升温至1200℃，纯氢气氛中1200℃保温30小时后，随炉降温。高温退火卷涂绝缘层并经800℃×1.5min热拉伸平整退火后，检测磁性能。检测结果见表2。

表1本发明实施例钢种的冶炼成分(wt％)

C	Si	Mn	P	S	N	Als
							0.06	3.3	0.07	0.006	0.023	0.006	0.02

表2本发明实施例的激光照射工艺及其磁性能检测结果

注：“+”表示增加，“-”表示减小。

Claims (2)

1.一种细化二次晶粒尺寸的高磁感取向硅钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、涂覆隔离层、高温退火和涂覆绝缘涂层工艺，其特征在于在脱碳退火前对冷轧板进行激光照射处理，使钢板表面形成相互平行且等距的线状应变区，所述激光照射处理应变区的宽度为100~200μm，应变区的间距为10~20mm，应变区的深度为20~100μm，应变区与钢板轧向的夹角为60~120°。

2.根据权利要求1所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于所述硅钢以AlN为主要抑制剂，其最终冷轧厚度为0.20~0.35mm，平均二次晶粒尺寸≥8mm。