CN102443734B - 无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.005％以下、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P：0.2％以下、S：0.005％以下、Al：0.2～0.6％、N：0.005％以下、O：0.005％以下，余Fe；经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；其中，控制连铸二冷水量，要求冷却水比水量100～190l/min，连铸钢液平均过热度10～45℃；板坯加热、热轧；板坯出炉温度1050～1150℃，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；热轧包括粗轧、精轧，精轧入口温度≥970℃；酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。本发明通过控制连铸浇铸时的板坯冷却速度，加热炉内的板坯沿长度方向上的温度差，以及控制板坯精轧前的温降，实现了无瓦楞状缺陷。

Description

无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及无取向电工钢板及其制造方法，尤其涉及磁性优良的中牌号无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
硅含量较高的无取向电工钢板，成品带钢表面沿轧制方向会出现凸凹不平的波纹，类似瓦楞，俗称“瓦楞状缺陷”。该缺陷能显著降低成品带钢的叠片系数，导致成品带钢磁性变坏和绝缘膜层间电阻降低，进而降低终端产品的使用性能和寿命。因此，绝大多数用户都明确要求，不允许成品带钢存在瓦楞状缺陷。
瓦楞状缺陷的产生机理可以解释如下：板坯中的等轴晶率较低，而柱状晶粗大、发达。柱状晶生长方向<001>，该方向为(001)法向，也是热流梯度最大方向。这样在热轧过程中，粗大的柱状晶因动态回复和再结晶缓慢而不能彻底破碎。而板板坯柱状晶极易沿热流方向长大，并形成具有一定取向关系的粗大柱状晶，造成轧制过程中的不均匀变形，热轧结束后板厚中心主要是纤维组织，并在后续工序中无奥氏体与铁素体相变，以后的冷轧和退火过程中难以再结晶，使得组织均匀性无法消除，遗传至成品，最终形成凸凹不平的瓦楞状缺陷。
传统的治理瓦楞状缺陷方法主要有，采用电磁搅拌，提高板坯等轴晶率。例如日本专利，昭49-39526；增加钢中碳、锰含量，降低热轧相变温度。例如日本专利昭48-49617，中国专利，CN101275198，CN1548569，CN101139681等；采用低温浇铸，提高板坯等轴晶率。例如日本专利昭53-14609，平2-192853；提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，使带钢充分再结晶。例如日本专利，昭49-27420，昭49-38813，昭53-2332，昭61-69923，中国专利，CN1611616，CN1548569；采用常化处理，使带钢充分再结晶。例如日本专利，昭61-127817，等。
以上方法视工艺、成本以及成品磁性、表面等需求不同，可以单独或同时使用。上述方法分别具有如下特点和要求：
采用电磁搅拌，提高板坯等轴晶率。该法采用电磁搅拌，通过电磁力对柱状晶进行破碎，因此其效果最为有效。它可以明显减少板坯柱状晶率和提高板坯等轴晶率，尤其是采用二次或以上电磁搅拌，还可以有效抑制中心区形成二次柱状晶。此法的主要缺点是搅拌效果取决于钢中硅含量、电磁搅拌次数。对于硅含量偏低钢种而言，经过一次电磁搅拌后，板坯中等轴晶比较容易聚集、长大，再次形成粗大的柱状晶，因此需要采用二次或以上电磁搅拌，并严格控制钢液凝固效果。此外，电磁搅拌的生产成本也很高；
增加钢中碳、锰含量，降低热轧相变温度。该法主要是通过增加钢中碳、锰含量，使板坯加热和热轧时发生相变，促进动态回复和再结晶，以消除粗大形变晶粒。此法的主要缺点是，以后退火要脱碳，容易产生内氧化层和内氮化层，恶化钢的磁性；
采用低温浇铸，提高板坯等轴晶率。该法主要是通过降低浇铸过程的钢液过热度，减少板坯中的柱状晶率，提高等轴晶所占比率。此法的主要缺点是，要求钢液过热度范围很窄，难以有效控制，同时也影响连铸正常操作。
提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，使带钢充分再结晶。该法主要是通过提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，以破碎板坯中的粗大柱状晶，抑制粗大形变晶粒的发展，并使带钢充分再结晶。此法的主要缺点是，提高板坯出炉温度会造成MnS、AlN等夹杂物固溶加剧，进而恶化成品带钢的磁性。同时，为确保带钢再结晶效果，还对钢中的杂质元素S、N等含量提出严格要求。另外，提高热轧首、末道次压下率受限于轧机自身能力。
采用常化处理，使带钢充分再结晶。采用一次冷轧法时，硅含量较高的钢种必须进行常化处理，其目的之一就是，使热轧板中的再结晶率增多，防止出现瓦楞状缺陷。此法的主要缺点是，生产成本很高，不适用于附加值较低的中低牌号硅钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法，通过严格控制连铸浇铸时的板坯冷却速度，加热炉内的板坯沿长度方向上的温度差，以及控制板坯精轧前的温降，实现了无瓦楞状缺陷的中牌号无取向电工钢板生产，具有操作简便、成本低廉、节能环保、磁性优良的特点。同时，连铸浇铸时的板坯拉速正常，可以保持较高的钢液过热度，以及热轧烧钢时保持较低的板坯出炉温度，正常的终轧温度、卷取温度等，热轧带钢无须采用常化处理。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，
无瓦楞状缺陷的中牌号无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.005％以下、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P：0.2％以下、S：0.005％以下、Al：0.2～0.6％、N：0.005％以下、O：0.005％以下，余量为Fe及不可避免的夹杂。
在本发明分设计中：
C：0.005％以下。C是强烈抑制晶粒长大的元素，容易造成带钢铁损增加，并产生严重的磁时效。同时，C还能扩大γ相区，并在常化处理时，使α与γ两相区转变量增加，从而显著降低Ac1点，并对结晶组织起细化作用，因此必须控制在0.005％以下。
Si：1.2％～2.2％。Si是增加钢的电阻率的有效元素。Si含量低于1.2％时，钢的电磁性能不佳，Si含量高于2.2％时，热轧过程不会发生相变，且冷加工性能不佳。
Al：0.2％～0.6％。Al是增加钢的电阻率的有效元素，Al含量低于0.2％时，钢的电磁性能不稳定，Al含量高于0.6％时，将使冶炼浇注困难，制造成本增加。
Mn：0.2％～0.4％。Mn与Si、Al元素相同，可以增加钢的电阻率，同时改善电工钢表面状态，因此有必要添加0.2％以上的含量。同时，Mn含量高于0.4％时，将使冶炼浇注困难，制造成本增加。
P：0.2％以下。在钢中添加一定的磷可以改善钢板的加工性，但超过0.2％时反而使钢板冷轧加工性劣化。
S：0.005％以下。超过0.005％将使MnS等S化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。
N：0.005％以下。超过0.005％将使AlN等N化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。
O：0.005％以下。超过0.005％将使Al2O3等O化物夹杂量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。
本发明无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C＜0.005％、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P＜0.2％、S＜0.005％、Al：0.2～0.6％、N＜0.005％、O＜0.005％，余量为Fe及不可避免的夹杂；按上述化学成分，经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；其中，控制连铸二冷水量，要求冷却水比水量100～190l/min，连铸钢液平均过热度10～45℃；
2)板坯加热、热轧；
板坯出炉温度1050～1150℃，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；热轧包括粗轧、精轧，精轧入口温度≥970℃；
3)酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。
本发明无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板的制造方法中：
浇铸钢液平均过热度为10～45℃。连铸浇铸过程，调节冷却水比水量100～190l/min，以提高板坯等轴晶率，避免板坯柱状晶粗大、发达；
避免较低温度的影响板坯表面温度，造成带钢再结晶不充分。为此，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；将板坯水印点温度差限制在25℃以内，同时要求板坯在均热段的停留时间≥45min，以保证均匀加热，板坯两表温度相当；
板坯出炉温度可以降低至1150℃以内，避免板坯中的MnS、AlN等夹杂物固溶加剧，进而恶化成品带钢的磁性。轧制成2.0mm～2.8mm厚的热轧板。粗轧、精轧之前，分别采用保温罩对板坯、中间坯进行保温，确保精轧入口温度≥970℃，以利于充分再结晶，终轧温度控制在850℃左右，卷取温度控制在600℃左右；
将热轧板轧制成0.5mm厚带钢，之后采用干气氛连续退火。成品带钢在连续退火过程中，通过预热段快速升温，升温速率≥1000℃/min，以及控制炉内气氛方式，进一步改善钢的电磁性能。
基于本发明成分的控制要求，在钢中硅含量超出2.2％以后，不采用电磁搅拌或者采用弱电磁搅拌时，由于硅含量较高，板坯中的柱状晶发达、粗大，同时电磁搅拌力对柱状晶的破碎程度也不够，并且部分已破碎的柱状晶还会重新聚合、长大，从而导致板坯中细小的等轴晶率比率偏低，而粗大、发达的柱状晶率偏高，因此，必须通过提高电磁搅拌强度，以控制成品带钢表面的瓦楞状缺陷。
而在本发明中，硅含量低于2.2％时，与板坯冷却速度相比，硅含量对柱状晶的成长相对较弱，可以通过调整连铸冷却水比水量，以降低柱状晶生长方向的板坯热流梯度，从而可以有效降低板坯中粗大、发达的柱状晶率比率。另外，考虑到在板坯加热过程中，与辊道接触位置的板坯处温度偏低，影响板坯内部的纤维组织再结晶，使得组织均匀性无法消除并遗传至成品，因此，需要对板坯水印点温度进行严格限制。提高精轧入口温度的主要原因是，有利于轧制过程中柱状晶的破碎、消除，并提高热轧带钢的纤维组织再结晶率。
此外，由于硅含量1.2％以下，热轧过程中γ→α相变充分，因此，后续成品表面不会出现瓦楞状缺陷。
另外，如采用二对、三对电磁搅拌辊，依靠强电磁搅拌力破碎板坯中的柱状晶，使之尽可能的转变为细小的等轴晶，以大幅提高板坯中的等轴晶率；或者通过大幅提高加热过程中的板坯出炉温度，使板坯内部发生γ→α相变，同时利用高温状态扩大板坯内部的再结晶组织，提高板坯再结晶率。这两点除需要大幅增加设备投资、增加能源消耗外，更为重要的是，电磁搅拌工艺难以和钢水过热度准确匹配，而在钢水过热度控制不当时，电磁搅拌的控制效果不稳定，难以达到预期效果；同时，采用提高板坯出炉温度时，加热炉的加热负荷分布会前移，造成板坯高温时间段较长，影响成品带钢的磁性，而对于高硅钢种而言，该方法还容易造成带钢边部出现质量缺陷。
本发明通过调整连铸冷却水比水量，以降低柱状晶生长方向的板坯热流梯度，从而可以有效降低板坯中粗大、发达的柱状晶率比率。更为重要的是，该方法基本不受钢水过热度变化的影响，因此适用范围比较广泛。同时，由于冷却水比水量的调整非常简便、可控，因此实施难度小，稳定性好；此外，通过采用较低的板坯出炉温度，可以减轻设备负荷，避免钢中微细夹杂物的析出，影响最终产品的磁性。采用较低温度进行板坯加热时，可以通过调整板坯水印点温度，提高热轧带钢纤维组织的再结晶率，改善热轧带钢的组织均匀性，有利于改善成品带钢表面的瓦楞状缺陷。
附图说明
图1是冷却水比水量与板坯等轴晶率的关系示意图。
图2是热轧精轧入口温度与成品瓦楞状缺陷发生率的关系示意图。
图3是板坯出炉温度与成品磁性的关系示意图。
图4是水印点温度20℃对应热轧带钢的金相组织照片。
图5是水印点温度35℃对应热轧带钢的金相组织照片。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
实施例1
连铸中间包钢液化学成分控制如下：C：0.001％、Si：1.22％、Mn：0.25％、P：0.02％、S：0.003％、Al：0.33％、N：0.001％、O：0.004％，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢液平均过热度34.6℃，拉速1.07m/min，冷却水比水量185l/min，板坯温降速率11.6min/℃，铸机出口板坯表面温度710℃，等轴晶率43％。加热炉内，水印点温差22℃，板坯均热段停留时间46min，经1125℃×3h加热后轧制，精轧入口温度978℃，终轧温度856℃，卷取温度为567℃。热轧板经一次冷轧法轧制成0.5mm厚带钢，之后在干气氛下进行连续退火。成品带钢表面没有出现瓦楞状缺陷，铁损：4.743W/kg，磁感：1.727T。
实施例2
连铸中间包钢液化学成分控制如下：C：0.002％、Si：1.42％、Mn：0.30％、P：0.06％、S：0.002％、Al：0.25％、N：0.002％、O：0.002％，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢液平均过热度31.4℃，拉速1.04m/min，冷却水比水量175l/min，板坯温降速率9.6min/℃，铸机出口板坯表面温度680℃，等轴晶率57％。加热炉内，水印点温差22℃，板坯均热段停留时间48min，经1135℃×3h加热后轧制，精轧入口温度973℃，终轧温度853℃，卷取温度为563℃。热轧板经一次冷轧法轧制成0.5mm厚带钢，之后在干气氛下进行连续退火。成品带钢表面没有出现瓦楞状缺陷，铁损：3.130W/kg，磁感：1.741T。
实施例3
连铸中间包钢液化学成分控制如下：C：0.002％、Si：1.49％、Mn：0.49％、P：0.02％、S：0.003％、Al：0.59％、N：0.001％、O：0.002％，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢液平均过热度28.7℃，拉速0.99m/min，冷却水比水量189l/min，板坯温降速率8.7min/℃，铸机出口板坯表面温度660℃，等轴晶率63％。加热炉内，水印点温差24℃，板坯均热段停留时间53min，经1102℃×3h加热后轧制，精轧入口温度983℃，终轧温度854℃，卷取温度为575℃。热轧板经一次冷轧法轧制成0.5mm厚带钢，之后在干气氛下进行连续退火。成品带钢表面没有出现瓦楞状缺陷，铁损：3.559W/kg，磁感：1.737T。
实施例4
连铸中间包钢液化学成分控制如下：C：0.001％、Si：2.12％、Mn：0.25％、P：0.01％、S：0.002％、Al：0.36％、N：0.001％、O：0.004％，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢液平均过热度31.2℃，拉速0.95m/min，冷却水比水量173l/min，板坯温降速率13.2min/℃，铸机出口板坯表面温度680℃，等轴晶率59％。加热炉内，水印点温差20℃，板坯均热段停留时间48min，经1097℃×3h加热后轧制，精轧入口温度972℃，终轧温度844℃，卷取温度为583℃。热轧板经一次冷轧法轧制成0.5mm厚带钢，之后在干气氛下进行连续退火。成品带钢表面没有出现瓦楞状缺陷，铁损：2.833W/kg，磁感：1.726T。
对比例
连铸中间包钢液化学成分控制如下：C：0.001％、Si：1.47％、Mn：0.32％、P：0.02％、S：0.003％、Al：0.25％、N：0.002％、O：0.002％，余量为Fe及不可避免的夹杂。钢液平均过热度28.9℃，拉速1.03m/min，冷却水比水量257l/min，板坯温降速率17.4min/℃，铸机出口板坯表面温度580℃，等轴晶率28％。加热炉内，水印点温差37℃，板坯均热段停留时间41min，经1153℃×3h加热后轧制，精轧入口温度947℃，终轧温度847℃，卷取温度为567℃。热轧板经一次冷轧法轧制成0.5mm厚带钢，之后在干气氛下进行连续退火。成品带钢表面出现瓦楞状缺陷比例高达90％以上，铁损：3.273W/kg，磁感：1.736T。
图1是冷却水比水量与板坯等轴晶率的关系。从图中可以看出，在不采用电磁搅拌的前提下，通过降低冷却水比水量并将其严格控制在190l/min以下时，板坯中的等轴晶率明显提高。实施例中，在钢水过热度较高的情况下，板坯等轴晶率受控。其中，实施例4中，在冷却水比水量为173l/min时，板坯等轴晶率达到了59％，而在对比例中，由于冷却水比水量为257l/min时，板坯等轴晶率仅为28％。此外，在实施例3中，降低钢水过热度的情况下，板坯中的等轴晶率控制效果更佳，达到了63％。
图2是热轧精轧入口温度与成品瓦楞状缺陷发生率的关系。统计结果表明，提高热轧精轧入口温度并大于970C以后，由于热轧带钢纤维组织的再结晶率明显改善，成品带钢的瓦楞状缺陷发生率大大降低。对比例中，大量钢卷的热轧精轧入口温度低于970C，成品带钢表面出现瓦楞状缺陷的比例高达90％以上。几个实施例中，大量钢卷的热轧精轧入口温度高于970C，成品表面均没有出现瓦楞状缺陷。
图3是板坯出炉温度与成品磁性的关系。随板坯出炉温度的提高，成品磁性不断劣化。
图4、图5是不同水印点温度对应热轧带钢的金相组织。由于实施例1-4中，板坯水印点温度均低于25C，因此热轧带钢的再结晶组织非常均匀，纤维组织完全消失，而对比例中，水印点的温度高达37C，热轧带钢纤维组织明显，这种结构在以后的冷轧、退火过程中难以再结晶，使得组织均匀性无法消除，遗传至成品，最终形成凸凹不平的瓦楞状缺陷。

Claims (2)

1.无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为：C＜0.005％、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P＜0.2％、S＜0.005％、Al：0.2～0.6％、N＜0.005％、O＜0.005％，余量为Fe及不可避免的夹杂；所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板为采用如下步骤的方法制得：
1)无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C＜0.005％、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P＜0.2％、S＜0.005％、Al：0.2～0.6％、N＜0.005％、O＜0.005％，余量为Fe及不可避免的夹杂；按上述化学成分，经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；其中，控制连铸二冷水量，要求冷却水比水量100～190l/min，连铸钢液平均过热度10～45℃；
2)板坯加热、热轧；
板坯出炉温度1050～1150℃，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；将板坯水印点温度差限制在25℃以内；热轧包括粗轧、精轧，精轧入口温度≥970℃；
3)酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。
2.如权利要求1所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：
1)无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C＜0.005％、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P＜0.2％、S＜0.005％、Al：0.2～0.6％、N＜0.005％、O＜0.005％，余量为Fe及不可避免的夹杂；按上述化学成分，经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；
其中，控制连铸二冷水量，要求冷却水比水量100～190l/min，连铸钢液平均过热度10～45℃；
2)板坯加热、热轧；
板坯出炉温度1050～1150℃，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；将板坯水印点温度差限制在25℃以内；热轧包括粗轧、精轧，精轧入口温度≥970℃；
3)酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。
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