CN102151695A - 一种冷轧无取向高硅钢薄带的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种冷轧无取向高硅钢薄带的制造方法,属于带钢轧制技术领域。该方法制造工艺为: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。常化退火的温度为800~1200℃,保温时间为30s~10h,常化后板材中如果未完全再结晶,再结晶分数要大于70%;如果完全再结晶,平均晶粒尺寸要小于250μm。本发明在确保高硅钢薄带冷轧成形的基础上,通过严格控制热轧板常化退火工艺,使成品中有利织构成为最强织构,实现了再结晶织构的优化。
Description
技术领域
本发明属于带钢轧制技术领域,特别涉及一种冷轧无取向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。日本专利JP56003625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,但快速凝固法自身的缺陷使其不适于工业化生产。采用轧制法制备无取向高硅钢薄带的技术研究都集中在改善加工性上,基本未涉及织构控制问题。热轧板组织特征会显著影响冷轧薄带织构与组织特征,进而决定了再结晶织构的形成与演变。因此,热轧板常化是可以对再结晶织构发挥重要作用的工艺。日本专利JP3207815A提出对高硅钢热轧板进行退火以使之完全再结晶的工艺,目的是消除冷轧板表面缺陷,但未规定常化热轧板的再结晶组织特征,也未分析其对成品再结晶织构的影响。目前,尚没有通过热轧板常化工艺的设计来实现无取向高硅钢薄带织构优化的报道。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供了一种冷轧无取向高硅钢薄带的制造方法。该方法是一种既可确保冷轧成形性又可优化织构的无取向高硅钢薄带的制造方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:通过常化工艺设计实现无取向高硅钢薄带的冷轧成形和织构优化的方法。冷轧无取向高硅钢薄带的制造工艺包括:铸造、热粗轧或锻造、热精轧、常化、冷轧和成品退火等工序。
(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0.7~4.0mm,总压下率高于40%。
(4)常化退火:热轧板在800~1200℃下保温30s~10h。常化板再结晶分数大于70%,如完全再结晶则平均晶粒尺寸小于250μm。
(5)冷轧:在400℃至室温区间轧至成品厚度,总压下率30%以上。
(6)成品退火:冷轧板在750~1200℃下退火,退火气氛为非氧化性气氛。
本发明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Fe及不可避免的杂质。
成分限定的理由如下:
Si:Si质量百分含量的范围为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质量百分含量的范围为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质量百分含量的范围为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质量百分含量的范围为<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质量百分含量的范围为<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%。
本发明中制备工艺说明如下:
热轧板厚度:一般冷轧薄带越薄则对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。
常化工艺: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,进而优化成品退火后的再结晶织构。对于无取向高硅钢,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λ织构(<001>//ND)则依靠应变诱导晶界迁移(SIBM)机制形核。常化退火后板材再结晶体积分数不足70%,γ织构优先形核。常化退火后板材完全再结晶且晶粒尺寸大于250μm,冷轧薄带内部不均匀变形程度高,λ晶粒长大空间受到限制;如常化温度太高或时间太长,热轧板氧化严重且晶粒尺寸过大,降低冷轧加工性。
冷轧工艺:选择400℃作为冷轧上限温度,一方面是可满足成形性需要,另一方面亦可避免氧化和润滑方面的问题。温度随冷轧过程的进行逐渐降低。
成品退火工艺:退火温度与时间的搭配,旨在使冷轧薄带发生完全再结晶,并且可使晶粒长大到最优尺寸。
本发明的无取向高硅钢薄带制造方法,是以普通硅钢的制造流程与装备为基础,仅通过对热轧板实施常化退火并控制热轧板再结晶状态,即可使λ织构取代γ织构成为最强织构。利用现有生产线的无取向高硅钢薄带再结晶织构优化方法,具有广阔的应用前景。
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1.本发明中常化板组织状态与0.30mm厚高硅钢薄带成品磁感的关系;
具体实施方式
实施例1
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃加热粗轧至20mm。粗轧板在1100~780℃范围内连续热轧到3.6mm。热轧板经1000℃保温10min常化退火后,发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为250μm。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.20mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
表1实验钢化学成分(重量百分比)
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所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚的板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经950℃保温3min的常化退火,发生70%体积分数的再结晶。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
实施例3
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经950℃保温7min的常化退火,发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为115μm。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
实施例4
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成为80mm厚的板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经1000℃保温5min的常化退火,发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为170μm。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
实施例5
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚的板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经1050℃保温12min的常化退火,发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为233μm。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
实施例6
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚的板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经950℃保温3min的常化退火,发生70%体积分数的再结晶。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.50mm。冷轧板最后进行900℃保温10min的成品退火。
比较例1
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚的板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
比较例2
成分如表1所示的高硅钢铸坯,1200℃保温1h并锻造成80mm厚板坯。板坯在1100~750℃范围内连续热轧到2.2mm。热轧板经1150℃保温45min的常化退火,发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为346μm。常化板酸洗后在400℃至室温间连续轧到0.30mm。冷轧薄带最后进行900℃保温10min的成品退火。
表2高硅钢薄带常化组织与成品磁性能的关系
实验编号 | 常化后平均晶粒尺寸/μm | 成品厚度/mm | 磁感B8/T |
实施例1 | 250 | 0.20 | 1.436 |
实施例2 | 70%再结晶 | 0.30 | 1.455 |
实施例3 | 115 | 0.30 | 1.447 |
实施例4 | 170 | 0.30 | 1.439 |
实施例5 | 233 | 0.30 | 1.443 |
实施例6 | 70%再结晶 | 0.50 | 1.463 |
比较例1 | 未常化 | 0.30 | 1.416 |
比较例2 | 346 | 0.30 | 1.404 |
Claims (3)
1.一种冷轧无取向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)热粗轧或锻造: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:热轧板进行800~1200℃下保温30s~10h的退火;
(5)冷轧:常化板在400℃至室温区间轧至成品厚度,总压下率30%以上;
(6)成品退火:冷轧板在750~1200℃下退火,退火气氛为非氧化性气氛。
2.如权利要求1所述的冷轧无取向高硅钢薄带的制造方法,其特征在于所述的常化工艺满足以下条件:
(1)常化板再结晶分数大于70%;
(2)常化板如完全再结晶则平均晶粒尺寸小于250μm。
3.如权利要求1所述的冷轧无取向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:0.005~0.1wt%、Mn:0.05~1.0wt%、C:<0.01wt%、S:<0.01wt%,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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