CN102477483A - 一种磁性能优良的取向硅钢生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种磁性能优良的取向硅钢生产方法，包括如下步骤：1)常规冶炼、铸造成坯；2)板坯加热、热轧成带钢；3)常化处理，采用两段式常化处理，首先加热到1100～1200℃，然后在50～200s内降温到900～1000℃；随后在10～100℃水中进行急冷；期间，对带钢施加张力，在900℃～500℃温度区间内使带钢所受应力的大小为1～200N/mm2；4)冷轧，进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧；5)一次再结晶退火，接着，涂布以MgO为主的退火隔离剂进行包括二次再结晶退火和净化退火组成的成品退火。本发明通过调节常化相变时钢板所受的应力来优化常化后钢板中的马氏体含量及其分布，使马氏体含量处于能获得更优成品磁性能的范围，并实现成品磁性能优化。

Description

一种磁性能优良的取向硅钢生产方法
技术领域
本发明涉及取向硅钢生产方法，特别是一种磁性能优良的取向硅钢生产方法。
背景技术
取向硅钢是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，主要用作变压器铁芯、发电机和大型电机等。要求有优良的磁性能，特别是低的铁损。
取向硅钢是利用二次再结晶技术，使Goss织构(Goss织构：{110}晶面平行轧面，<001>晶向平行轧向)发生异常晶粒长大，吞并其它位向的晶粒后得到优良的轧向磁性能。
传统的高磁感取向硅钢生产方法如下：
板坯在专用高温加热炉内加热到1350℃～1400℃的温度，并进行1h以上的保温，使得有利夹杂AlN，MnS或MnSe充分固溶，然后进行轧制，终轧温度达到950℃以上，热轧钢带快速喷水冷却后进行卷取。在随后的常化过程中，使基体内析出细小、弥散的第二相质点(即晶粒长大抑制剂)，热轧板常化后进行酸洗，除去表面氧化铁皮。进一步冷轧至成品厚度后，进行脱碳退火把钢板中的[C]降低到不影响成品磁性的程度(≤30ppm)，然后涂布以MgO为主要成分的退火隔离剂进行高温退火，使钢板发生二次再结晶、形成Mg2SiO4底层及净化钢质，最后涂布绝缘涂层并进行拉伸退火，得到磁感高、铁损低和绝缘良好的高性能取向硅钢产品。
以上生产方法存在如下问题：
1.加热温度高，板坯烧损大；
2.加热炉需频繁修补，生产效率低；
3.热轧温度高，热轧卷边裂大；
为了解决这些问题，国外一些公司摸索和开发出了以较低的板坯加热温度生产取向硅钢的方法，比如：
1、中温取向硅钢生产方法
俄罗斯的新利佩茨克冶金常厂、VIZ厂等采用中温取向硅钢生产技术，板坯加热温度1200-1300℃，化学成分中含较高的Cu(0.4％-0.7％)，以AlN和CuS为抑制剂。该方法可以避免板坯高温加热带来的诸多问题，缺点是只能生产一般取向硅钢。
2、板坯低温加热、渗氮方法
在冷轧板通过脱碳退火炉的时候，通入NH3对钢板内部进行渗氮，形成一种后天的获得型抑制剂。通过该方法，可以使得板坯加热温度降低到1250℃以下，该方法既可以生产一般取向硅钢，也可以生产高磁钢取向硅钢。
3、无抑制剂的取向硅钢生产方法
冶炼的时候，控制材料的高度纯化，将Se、S、N、O的含量都降低至30ppm以下，从而排除了Se、S、N、O等偏析带来的影响，利用高能晶界与其他晶界在移动速度方面的差别来制造取向硅钢。
M.Barisoni等提出常化后以20℃/s速度将钢板冷却到800～850℃，然后以100℃/s的冷速进行淬火，使钢中形成体积百分比约8％，硬度HV≥600(该钢板基体HV≥230)的弥散马氏体相，同时析出大量约10nm的AlN。因为形成了马氏体，使得储能增高，冷轧后的储能更高，而储能使得脱碳退火时{110}晶粒更容易再结晶和长大，脱碳退火后{110}组分得以加强，所以成品的磁性提高。
马氏体相变可由快速冷却(淬火)引起，即热致马氏体相变；另外，也可由应力或应变所引起，即应力或应变诱发马氏体相变。从相变自由能的角度，应力诱导马氏体相变所作的功与驱动相变的自由能变化是相同的。因此，马氏体相变的驱动力由两部分组成，即化学驱动力和力学驱动力。
在应力状态下，马氏体相变温度降低。而在居里点温度Tc(770℃)以下，取向硅钢呈现自发的铁磁伸长，能够部分地抵消冷却时体积自动收缩，使得马氏体相变温度下降增加。
马氏体相变经历了形核和长大两个阶段。
根据固态相变理论可以看到，变形储能的引入，使马氏体的形核率大大提高，幅度可达数十到几百个数量级。储能对马氏体晶核生长速度影响并不很大。
美国专利US3959033通过控制热轧后的常化工艺，特别是控制常化过程中700～900℃到室温的冷却速度来控制马氏体的量，并最终实现提高成品磁性能。该专利不足之处在于难以实现板厚度方向上的冷速一致性，也就导致了在板厚方向上马氏体的分布不均匀性；也是由于不均匀性，所以难以实现马氏体量的有效控制。而且采用水进行700～900℃到室温的冷却速度控制，首先，容易受现场条件的限制，比如气温、喷嘴损害或者堵塞，可能会导致冷速的不稳定性；其次，由于钢板温度检测上的人为因素较大，难以实现精确控制，使得冷速的微调难以实现。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁性能优良的取向硅钢生产方法，通过调节常化相变时钢板所受的应力来优化常化后钢板中的马氏体含量及其分布，使马氏体含量处于能获得更优成品磁性能的范围，并实现成品磁性能优化。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种磁性能优良的取向硅钢生产方法，包括如下步骤：
1)常规冶炼、铸造成坯；
2)板坯加热、热轧成带钢；
3)常化处理
采用两段式常化处理，首先加热到1100～1200℃，然后在50～200s内降温到900～1000℃；随后在10～100℃水中进行急冷；期间，对带钢施加张力，在900℃～500℃温度区间内使带钢所受应力的大小为1～200N/mm2；
4)冷轧
进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧；
5)一次再结晶退火，接着，涂布以MgO为主的退火隔离剂进行包括二次再结晶退火和净化退火组成的成品退火。
进一步，对带钢施加张力采用在常化炉内增设张力辊，或改变前后张力辊。
本发明通过调整常化相变时钢板所收的应力，使得应力或者应变诱导马氏体相变，从而实现了常化后钢板中马氏体量的合理有效控制，并最终提高成品磁性能。本发明可以在板厚方向上得到较均匀的马氏体组织。由于采用张力控制，受现场条件的限制较少，对于同一厚度的样板，可以稳定的得到需要的马氏体量；张力控制更加量化，人为影响因素小，更容易精确控制，可以实现微调。
通过控制热轧板常化相变时所受应力的大小，达到优化常化后马氏体的量，使常化后钢板中马氏体含量处于能获得更优成品磁性能的范围，并最终获得优异磁性能的成品。
合适的马氏体含量有利于提高成品磁性能B8的理由：
(1)由于马氏体的存在，使得储能增加，经过冷轧后，储能更高，脱碳退火时(110)晶粒更容易在结晶和长大，(110)组分加强，所以磁性能提高；
(2)由于马氏体的存在，经过冷轧和脱碳退火后，大角度晶界数量增加，有利于Goss织构吞并其它位向的晶粒，促进二次再结晶；
(3)马氏体经过冷轧和脱碳退火后，材料中形成γ纤维织构，有利于二次再结晶的进行；由于上面分析的相关因素，实现了提高最终成品的晶粒取向度，提高了成品磁性能B8。
如果钢板的成分相同、制造过程的条件相同、马氏体量的测定方法相同，则马氏体量相同，所以可以根据前期制造的样板中，采用相同的测定方法检测常化后、冷轧前钢板的马氏体量，预先求出马氏体量和成品磁性能的关系，可以算出常化后、冷轧前钢板中马氏体量的目标范围。
作为马氏体量的控制手段，有如下3种常用方法：
(1)改变相变时钢板所受拉应力的大小，达到改变马氏体相变的形核数目，从而实现马氏体含量的改变；
(2)改变常化最高温度，改变最高温度下的奥氏体量，实现了相变时马氏体量的改变；
(3)改变常化时二次冷却速度，实现相变后马氏体含量的改变。将常化后钢板的马氏体量测定值与目标值进行比较，根据两者的偏差，进行通过调节增设在炉子内的张力辊或改变卷曲张力的至少一种处理来实现改变常化相变时(范围：900℃～500℃)的钢板所受应力的大小(1～200N/mm2)，达到优化常化板中马氏体含量及其分布的目的，使其处于能获得更优成品磁性能范围。
本发明方法中第1、2、4、5步骤均为取向硅钢生产的常规技术手段，在此不再赘述。
本发明的优点在于：
本发明通过调整常化相变时钢板所收的应力，使得应力或者应变诱导马氏体相变，从而实现了常化后钢板中马氏体量的合理有效控制，并最终提高成品磁性能。
本发明可以在板厚方向上得到较均匀的马氏体组织，并且可以根据需求进行马氏体含量的微调。
本发明采用张力控制，受现场条件的限制较少，对于同一厚度的样板，可以稳定的得到需要的马氏体量；张力控制更加量化，人为影响因素小，更容易精确控制，可以实现微调。
附图说明
图1为本发明的取向硅钢常化后马氏体含量(体积比％)与成品磁性能B8之间的关系。
图2为本发明的取向硅钢横截面的马氏体板厚分布示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
对多种成分的钢板进行常化处理，钢板主要成分如表1所示：
表1                                    单位：重量百分比
  NO.   Si   C   Als   N   Mn   S
  1   3.03   0.0456   0.0264   0.0078   0.12   ＜0.0060
  2   3.22   0.0507   0.0261   0.0081   0.12   ＜0.0060
  3   3.41   0.0542   0.0269   0.0083   0.12   ＜0.0060
将上述成分的钢板加热到1200℃，保温180分钟。然后直接轧制到2.0mm。对热轧板进行两段式常化处理，首先加热到1200℃，然后用200s降温到900℃，随后将钢板在100℃水中进行急冷。通过调节增设在炉子内的张力辊或改变前后张力辊的至少一种处理来实现改变常化相变时(范围：900℃至500℃)的钢板所受应力的大小(1～200N/mm2)，达到优化常化板中马氏体含量及其分布的目的，使其处于能获得更优成品磁性能范围。
酸洗后对钢板进行5个道次的单级冷轧轧制，其中第3和第4道次在220℃进行，压下到0.30mm厚度。冷轧钢带在850℃进行脱碳和渗氮退火。渗氮后在钢带表面涂覆以MgO为主的退火隔离剂，在25％N2+75％H2的气氛中加热到1220℃，然后改用纯H2在此温度下保温30小时。
常化后马氏体含量，相变时施加在钢板上的张力及磁性如表2。
表2  施加张力和成品磁性能
实施例2
钢板主要化学成分为：Si 3.05wt％，C 0.060wt％，Als 0.0290wt％，N0.0077wt％，Mn 0.13wt％，S＜0.006wt％。
将上述成分的钢板加热到1200℃，保温180分钟。然后直接轧制到2.0mm。对热轧板进行两段式常化处理，首先加热到1100℃，然后用50s降温到1000℃，随后将钢板在50℃水中进行急冷。通过调节增设在炉子内的张力辊或改变卷曲张力的至少一种处理来实现改变常化相变时(范围：900℃至500℃)的钢板所受应力的大小(1～200N/mm2)，达到优化常化板中马氏体含量及其分布的目的，使其处于能获得更优成品磁性能范围。
酸洗后对钢板进行5个道次的单级冷轧轧制，其中第3和第4道次在220℃进行，压下到0.30mm厚度。冷轧钢带在850℃进行脱碳和渗氮退火。渗氮后在钢带表面涂覆以MgO为主的退火隔离剂，在25％N2+75％H2的气氛中加热到1220℃，然后改用纯H2在此温度下保温30小时。
常化后马氏体含量，相变时施加在钢板上的张力及磁性如表3。
表3  施加张力和成品磁性能
  马氏体含量   施加张力(N/mm2)   B8(T)
  对比例   20   50   1.86
  实施例   8   15   1.92
实施例3
钢板主要化学成分为：Si 2.9wt％，C 0.048wt％，Als 0.0255wt％，N0.0073wt％，Mn 0.10wt％，S＜0.006wt％。
将上述成分的钢板加热到1200℃，保温180分钟。然后直接轧制到2.0mm。对热轧板进行两段式常化处理，首先加热到1100℃，然后用100s降温到900℃，随后将钢板在80℃水中进行急冷。通过调节增设在炉子内的张力辊或改变卷曲张力的至少一种处理来实现改变常化相变时(范围：900℃至500℃)的钢板所受应力的大小(1～200N/mm2)，达到优化常化板中马氏体含量及其分布的目的，使其处于能获得更优成品磁性能范围。
酸洗后对钢板进行5个道次的单级冷轧轧制，其中第3和第4道次在220℃进行，压下到0.30mm厚度。冷轧钢带在850℃进行脱碳和渗氮退火。渗氮后在钢带表面涂覆以MgO为主的退火隔离剂，在25％N2+75％H2的气氛中加热到1220℃，然后改用纯H2在此温度下保温30小时。
常化后马氏体含量，相变时施加在钢板上的张力及磁性如表4。
表4  施加张力和成品磁性能
  马氏体含量   施加张力(N/mm2)   B8(T)
  对比例   1.5   0   1.85
  实施例   9   18   1.93
实施例4
钢板主要化学成分为：Si 3.41wt％，C 0.0542wt％，Als 0.0269wt％，N0.0083wt％，Mn 0.12wt％，S＜0.006wt％。
将上述成分的钢板加热到1200℃，保温180分钟；然后直接轧制到2.0mm。分别采用如下方法进行常化退火：
首先，加热到1180℃，然后采用200s降温到920℃，随后将钢板在100℃水中进行急冷。
(1)在冷却的过程中，对钢板施加60N/mm2的张力(对比例)；
(2)在冷却的过程中(900℃～500℃)，对钢板施加20N/mm2的张力，使得常化后马氏体的含量处于能够获得优异成品磁性能的区域(实施例)。
酸洗后对钢板进行5个道次的单级冷轧轧制，其中第3和第4道次在220℃进行，压下到0.30mm厚度。冷轧钢带在850℃进行脱碳和渗氮退火。渗氮后在钢带表面涂覆以MgO为主的退火隔离剂，在25％N2+75％H2的气氛中加热到1220℃，然后改用纯H2在此温度下保温30小时。
具体结果见表5。
表5  施加张力和成品磁性能
  马氏体含量   施加张力(N/mm2)   B8(T)
  对比例   25   60   1.86
  实施例   9.2   20   1.92
对比例和实施例试样横截面的马氏体板厚分布如图2所示。
从中可以看出，采用张力控制可以在板厚方向上得到较均匀的马氏体组织，对于同一厚度的样板，可以稳定的得到需要的马氏体量；获得最优的成品磁性能。

Claims (2)

1.一种磁性能优良的取向硅钢生产方法，包括如下步骤：
1)常规冶炼、铸造成坯；
2)板坯加热、热轧成带钢；
3)常化处理
采用两段式常化处理，首先加热到1100～1200℃，然后在50～200s内降温到900～1000℃；随后在10～100℃水中进行急冷；期间，对带钢施加张力，在900℃～500℃温度区间内使带钢所受应力的大小为1～200N/mm2；
4)冷轧
进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧；
5)一次再结晶退火，接着，涂布以MgO为主的退火隔离剂进行包括二次再结晶退火和净化退火组成的成品退火。
2.如权利要求1所述的磁性能优良的取向硅钢生产方法，其特征是，对带钢施加张力采用在常化炉内增设张力辊，或改变前后张力辊。
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