CN102126110A - 一种高硅钢薄带的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种高硅钢薄带的制造方法，属于带钢轧制技术领域。制造工艺为：原料冶炼浇铸成锭或铸坯，锻造或热粗轧成板坯，经热轧形成0.7~4.0mm的钢板，对热轧钢板进行常化退火，再冷轧，最后进行成品退火。成品退火工序采用多段式退火，即先进行600~750℃低温退火，再进行850～1200℃高温退火。本发明通过对不同再结晶织构形核与长大过程的控制，实现了成品退火后再结晶织构的优化。
Description
技术领域
本发明属于带钢轧制技术领域，特别涉及一种高硅钢薄带的制造方法。
背景技术
硅含量与硅钢性能密切相关，随硅含量提高，硅钢硬脆严重，轧制成形困难。高硅钢一般是指硅含量介于4.0～7.1wt％的硅钢。在冷加工中，高硅钢的有序结构导致其固有脆性，易于断裂和边裂。目前，针对高硅钢脆性主要有三种解决方案。第一是采用快速凝固直接制取薄带，省略轧制过程(日本专利JP5569223)。但该方法存在板厚控制精度低、薄带表面质量差、幅宽受到限制等缺点，不适合工业化规模生产。第二是采用3.0wt.％Si左右的普通硅钢，在含SiCl4的气氛中加热渗硅，再利用扩散退火消除板厚方向的浓度梯度(日本专利JP6326330)。但该方法需要高温长时间加热，制造成本高。第三即采用轧制方式制造高硅钢，通过限定热轧前板坯晶粒尺寸(JP62103321)、热轧板组织形态(JP61166923)、冷轧流程及轧制温度(日本专利JP63227717A、JP63069915A)等途径，有效改善了冷轧成形性。
织构是影响硅钢磁性能的一个主要因素，有利的织构特征是制造优良性能高硅钢产品的重要条件。对于无取向硅钢，λ织构(<001>//ND，ND为轧面法向)由于在轧面内有两个易磁化<001>方向，因而是无取向硅钢的理想织构。在日本专利JP56003625中，公开了一种利用快速凝固方法获得λ织构高硅钢薄带的方法。采用轧制法制备高硅钢薄带的技术研究主要集中在冷加工性上，极少关注织构的优化控制。日本专利JP63227716A中提出，在成品退火工序中预先进行200～400℃回复处理可改善成品织构。但该专利未给出相关织构特征，而且根据提供的磁性数据，对织构敏感的磁感应强度并未因回复处理而提高。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高硅钢薄带的制造方法。该方法是一种可获得理想织构特征的冷轧高硅钢薄带制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：通过在成品退火工序中采用多段式退火实现高硅钢薄带再结晶织构优化的方法。该方法的高硅钢薄带的制造工艺包括：铸造、锻造或热粗轧、热精轧、常化退火、冷轧和成品退火工序。
(1)铸造：原料熔炼后在1400～1600℃下浇铸成锭(铸坯)。铸锭(坯)在800～200℃范围内需以低于100℃/h的速度冷却，以避免热应力开裂。
(2)锻造或热粗轧：将铸锭(坯)加热到1200～950℃进行锻造(或热粗轧)，总压下率高于40％，以破碎铸态粗大晶粒。
(3)热精轧：在1100～650℃范围内连续热轧至厚度为0.7～4.0mm的热轧板，总压下率高于40％。
(4)常化退火：热轧板在900～1200℃下保温30s～1h。
(5)冷轧：在400℃至室温区间冷轧至成品厚度，总压下率30％以上。
(6)成品退火：成品退火采用多段式退火方式，即冷轧板先进行600～750℃退火，再进行850～1200℃退火；退火气氛为非氧化性气氛。
本发明的制造方法适用的高硅钢化学成分按质量百分比为：Si：4.0～7.1wt％、Mn：0.05～1.0wt％、P：0.005～0.1wt％、C：＜0.01wt％、S：＜0.01wt％，其余为铁及不可避免的杂质。
成分限定的理由如下：
Si：Si质量百分含量范围为4.0～7.1wt％。Si是提高电阻率进而降低涡流损耗乃至总铁损的有效元素，故以接近普通硅钢最高硅含量的4.0wt％作为下限；另一方面，如硅含量超过7.1wt％，矫顽力提高、饱和磁感应强度和最大磁导率降低，同时加工性显著恶化。
Mn：Mn质量百分含量范围为0.05～1.0wt％。Mn是提高热轧性能的必要元素，含量低于0.05wt％改善效果不足，含量超过1.0wt％，影响冷加工性。
P：P质量百分含量范围为0.005～0.1wt％。P是提高冲片加工性的必要元素，低于0.005wt％达不到效果，超过0.1wt％导致冷加工性恶化。
C：C质量百分含量范围为＜0.01wt％。C是对磁性能有害的元素，超过0.01wt％C，需进行脱碳退火且脱碳时间过长，降低生产效率。
S：S质量百分含量范围为＜0.01wt％。S是对磁性有害的MnS等非金属相的形成元素，含量应低于0.01wt％。
热轧、冷轧及退火工艺说明如下：
热轧工艺：根据冷轧薄带的目标厚度选择热轧板厚度，一般冷轧薄带越薄则相应的热轧板厚度越小。热轧板厚度超过4.0mm，冷轧负担大；热轧板厚度低于0.7mm，热轧难度大且冷轧压下率可调控的空间小。
冷轧工艺：选择400℃作为冷轧上限温度，一方面是低于400℃可满足成形性需要，另一方面可避免氧化和润滑方面的问题。为确保高硅钢的冷轧成形性，温度随冷轧过程的进行逐渐降低。
常化退火工艺：常化退火的温度与时间搭配，旨在使热轧板发生再结晶，均匀热轧板组织并控制其形态特征。
成品退火工艺：再结晶形核对再结晶织构特征有重大影响。不利于磁性的γ织构(<111>//ND)，主要在晶界区域形核。有利于磁性的η织构(<001>//RD，RD为轧向)，主要在剪切带形核；有利织构λ(<001>//ND)则依靠应变诱导晶界迁移(SIBM)机制形核。对于低温退火：温度低于600℃，有利织构不能优先形核；温度高于750℃，不利织构有较高的形核率。对于高温退火：温度低于850℃，再结晶晶粒长大速度小，生产效率低；温度高于1200℃，晶粒长大不易控制且设备要求高。
本发明的高硅钢薄带制造方法，以普通硅钢的制造流程与装备为基础，仅通过对成品退火工艺的设计，实现了冷轧高硅钢薄带的再结晶织构优化，易于工业化应用。
本发明制备的高硅钢具有低铁损、高磁导率、低噪音的极佳软磁性能。其作为电力电子工业中广泛应用的软磁合金，适用于制作发电机、电动机、变压器及其它仪器的铁芯，能满足电力电子设备的高效、节能以及小型化、高频化的要求。
附图说明
图10.20mm厚冷轧高硅钢薄带经1150℃×10s(a)和640℃×1h+1150℃×10s(b)退火后的ODF(取向分布函数)恒截面图。
具体实施方式
实施例1
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成60mm厚的板坯。板坯在1100～700℃范围内连续热轧至1.1mm。热轧板经1050℃保温10min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.20mm。冷轧薄带先进行低温退火，在640℃退火1h，其后进行高温退火，在1150℃退火10s，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.517T。
表1实验钢化学成分(质量百分比)
| Si | C | S | P | Mn | Fe |
| 6.47 | 0.006 | 0.001 | 0.008 | 0.069 | bal. |
实施例2
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成60mm厚的板坯。板坯在1100～700℃范围内连续热轧至1.1mm。热轧板经1050℃保温10min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.20mm。冷轧薄带先进行低温退火，在640℃退火1h，其后进行高温退火，在900℃退火1h，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.509T。
实施例3
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成为60mm厚的板坯。板坯在1100～680℃范围内连续热轧至0.9mm。热轧板经950℃保温20min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.30mm。冷轧薄带先进行低温退火，在750℃退火20min，其后进行高温退火，在1200℃退火30min，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.438T。
实施例4
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成为12mm厚的板坯。板坯在1100～780℃范围内连续热轧至3.3mm。热轧板经1000℃保温10min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.50mm。冷轧薄带先进行低温退火，在600℃退火30min，其后进行高温退火，在1000℃退火10min，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.441T。
比较例1
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成60mm厚的板坯。板坯在1100～700℃范围内连续热轧至1.1mm。热轧板经1050℃保温10min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.20mm。冷轧薄带只进行高温退火，在1150℃退火10s，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.405T。
比较例2
成分如表1所示的高硅钢，利用中频感应炉熔炼并浇铸成锭。铸锭经1200℃保温1h均匀化后，锻造成为12mm厚的板坯。板坯在1100～780℃范围内连续热轧至3.3mm。热轧板经1000℃保温10min常化退火并酸洗后，在400℃至室温间冷轧至0.50mm。冷轧薄带只进行高温退火，在1000℃退火10min，获得高硅钢薄带的磁感B8为1.426T。
实施例1、2、3、4和比较例1、2的高硅钢薄带成品退火工艺与磁性能的关系见表2。
表2高硅钢薄带成品退火工艺与磁性能的关系
Claims (2)
1.一种高硅钢薄带的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）铸造：原料冶炼后在1400~1600℃下浇铸成锭或铸坯，在800~200℃范围内以低于100℃/h的速度冷却；
（2）锻造或热粗轧：铸锭（坯）在1200~950℃进行锻造或热粗轧，总压下率高于40%，制成板坯；
（3）热精轧：在1100~650℃范围内连续热轧至厚度为0.7~4.0mm的热轧板，总压下率高于40%；
（4）常化退火：热轧板在900~1200℃下保温30s~1h；
（5）冷轧：在400℃至室温区间冷轧至成品厚度，总压下率高于30%；
（6）成品退火：成品退火采用多段式退火方式，冷轧板先进行600~750℃低温退火，退火时间为30s~2h，其后进行850～1200℃高温退火，退火时间为30s~10h；退火气氛为非氧化性气氛。
2.如权利要求1所述的高硅钢薄带的制造方法，其特征在于：高硅钢化学成分按质量百分比为：Si：4.0~7.1wt%、P：0.005~0.1 wt %、Mn：0.05~1.0 wt %、C<0.01 wt %、S<0.01 wt %，其余为Fe及不可避免的杂质；高硅钢薄带厚度为0.02~0.50mm。
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