CN102492893A - 一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢及制造其方法。其组分及重量百分比为：C：0.015～0.055％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.10～0.40％，P≤0.025t％，S≤0.010％，Als：0.010～0.025％，N：0.0065～0.0075％，Cu：0.30～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质；其步骤：冶炼并采用薄板坯连铸连轧；酸洗后第一次冷轧；在含有湿气的N₂、H₂气氛下进行中间完全脱碳退火；第二次冷轧，轧至所需厚度；在N₂、H₂气氛下进行回复退火、涂布氧化镁隔离剂、进行高温退火、进行平整拉伸，并涂布绝缘层。本发明利用AlN与ε-Cu作为抑制剂，降低抑制剂的固溶温度，且后工序不需常化、渗氮，生产成本降低，且成品性能均匀。

Description

一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种取向硅钢板及制造方法，尤其涉及一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢及制造其方法。

背景技术

取向硅钢主要用于制造变压器、配电器等设备的铁芯。它具有的织构用Miller指数表示为(110)[001]，也称为Goss织构。Goss织构中(110)表示与钢板表面平行的面，[001]方向表示与钢板轧制方向平行的方向。由于[001]方向是硅钢的易磁化方向，所以具有Goss织构的钢板在轧制方面具有良好的磁性能。

通常取向硅钢的主要生产工艺为：冶炼合格的钢水经过连铸或模铸形成钢坯，钢坯重新加热后进行热轧，热轧板经过一次或含中间退火的多次冷轧，在脱碳退火后，通过长时间的高温退火，再经过拉伸平整退火和涂布绝缘涂层，获得成品。

在一般取向硅钢生产中，利用了通常所说的二次再结晶原理。所谓的二次再结晶，是指在一定条件下，某些晶粒吞并周围的晶粒，并生长成尺寸非常大的晶粒。一般取向硅钢的二次再结晶发生在高温退火过程中，具有Goss位向的晶粒，吞并周围其它位向的晶粒，并迅速长大，使整个钢板均为具有Goss位向的晶粒，最终在钢板轧向上获得优异磁性能。

要想实现只有Goss位向的晶粒发生二次再结晶，需要存在一种合适的抑制力，以便在二次再结晶过程中，抑制其它位向晶粒长大，而使Goss位向的晶粒能长大。这种抑制力，可以通过控制晶界的方式来获得，也可以通过控制钢中的抑制剂来获得。目前一般取向硅钢的工业化生产，采用的是通过控制钢中抑制剂来实现。

所谓的抑制剂主要是指硅钢中特定的第二相粒子，通过控制硅钢中抑制剂的种类、分布、数量与尺寸，抑制其它晶粒的生长，实现Goss晶粒的二次再结晶。常见的抑制剂主要是一些化合物，如MnS、MnSe、AlN等(USP1965559，EP8385，EP17830，EP202339、USP3287183)，一些晶界偏析元素，如Sn、Bi、Pb等，也可做为辅助抑制剂。通常，为了获得MnS、MnSe、AlN等抑制剂，铸坯需要进行高温、长时间的加热处理后再进行热轧，加热温度高达1350-1450℃，由于铸坯很厚，需要长时间的保温，以确保铸坯温度均匀以及抑制剂完全固溶，随后通过控制热轧工艺或热轧板退火等工艺，在钢中获得细小弥散分布的抑制剂。

上述生产工艺的主要特点是热轧前铸坯加热温度很高，这种工艺存在以下不足：

1)加热炉能耗高、寿命缩短、产量低：由于加热温度过高，加热炉燃料消耗大。并且由于长期承受高温热负荷，加热炉高温区内衬耐火材料剥落严重、寿命缩短，增大了维检费用。由于铸坯表面形成2FeO～SiO₂等氧化物，氧化层熔点低，在高温加热炉中氧化层熔化而流到炉底，需要大量人力物力进行清渣，修炉劳动条件极差，同时大大降低加热炉作业率。

2)成材率低：由于铸坯加热温度高，烧损量增大；并且铸坯晶粒粗化和边部晶界氧化，热轧板容易产生边裂，后工序需要进行大量的剪边，总体成材率降低，制造成本增加；

3)磁性能不稳定：由于热轧过程中很难保证铸坯尾部的终轧温度，使得抑制剂分布不均匀，导致钢卷磁性波动；由于铸坯晶粒粗化，产品易出现线状细晶，也降低磁性能。

为了克服铸坯高温加热带来的各种不利因素，研究人员进行了大量工作，采取了多种方法，达到降低铸坯加热温度的目的，以便进行普通一般取向硅钢的生产。

一种方法是通过改变钢坯中的抑制剂种类，选择固溶温度更低的抑制剂，达到降低铸坯加热温度的目的。如美国专利USP5711825、德国专利DE4311151、中国专利CN1078256C等公开了一种新型抑制剂生产一般取向硅钢的方法，抑制剂主要为Cu₂S。其铸坯加热工艺特点为：加热温度高于Cu₂S固溶温度，但低于MnS的固溶温度，即1260-1280℃，但具体的温度取决于硅含量。由于铸坯加热温度低于MnS的固溶温度，铸坯中的MnS不能固溶，以粗大颗粒存在，不能起到抑制剂的作用。中国专利CN1190506C、CN100389222C公布了一种利用AlN+Cu₂S为抑制剂生产一般取向硅钢的方法，专利中铸坯的加热温度约为1280℃，并且采用两次冷轧法，中间退火时进行完全脱碳退火，二次冷轧后进行回复退火，再进行高温退火。

另一种方法是采用后工序加入抑制剂，热轧时铸坯加热温度可以较大幅度降低。后工序加入抑制剂主要是指向钢中渗氮。渗氮有两个方式，一个方式是在脱碳退火后，钢板在含有NH₃的气氛中退火进行渗氮，渗氮后，钢板表面形成SiN、(Si、Al)N、(Si、Mn)N等氮化物；另一个方式是通过在MgO隔离剂中加入MnN、FeMnN、CrN等含氮的化合物，在高温退火初期进行向钢板中渗氮。通过这两种方式，在高温退火时，钢板表面氮化物(包括MgO隔离剂中加入的氮化物)中的氮扩散进行入钢板，并与铝反应，以铝和硅的氮化物等形式在钢板中均匀分布，成为控制二次再结晶的抑制剂。如美国专利USP4225366、USP3841924、USP4623406以及欧洲专利EP0339474等，公开了通过向钢板中渗氮的技术，产生适合控制晶粒生长的抑制剂，进行一般取向硅钢生产的方法。其热轧时铸坯的加热温度远低于常规铸坯加热温度，一般低于1250℃；中国专利CN1077142C也公布了一种通过后工序渗氮生产取向钢的方法，此方法的铸坯温度比常规方法加热温度低，约为1270-1310℃。

第三种方法是对上述两种方法进行综合，达到降低铸坯加热温度的目的。如美国专利USP6451128、中国专利CN1088760C公开了一种利用BN为抑制剂进行一般取向硅钢生产的工艺，其均通过炼钢时加入硼元素，后工序生产中，采用渗氮的方法，在钢中形成BN，并利用BN为主要抑制剂，进行一般取向硅钢的生产。这种工艺的主要特点为：铸坯加热温度为1050-1250℃，在脱碳退火的同时，进行渗氮。

以上所述的三种工艺，所采用的铸坯主要是传统连铸工艺生产的厚铸坯，铸坯厚度大多为150～250mm，铸坯成形后，通常是在较低的温度下(一般低于400℃)送到热轧厂的加热炉，经过长时间的重新加热后，再进行热轧。

近年来，一种名为薄板坯连铸连轧的新工艺得到迅速发展，该工艺生产的铸坯厚度一般小于130mm，铸坯在较高的温度(大于900℃)直接进入均热炉加热，且加热时间很短，可以节约大量的能源；并且生产热轧板的时间很短，从钢水到热轧卷一般只需要几十分钟，大大提高了生产效率；热轧时，虽然铸坯头部进入精轧机，但尾部仍然在均炉内保温，确保了铸坯温度的均匀性，所以热轧卷不仅板形好，性能也均匀。

由于薄板坯连铸连轧工艺的均热炉加热能力有限，温度一般不高于1250℃，为了能用薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢，美国专利USP6273964、USP6296719、中国专利CN1073165C，CN1073164C采用后工序加入抑制剂的方法生产一般取向硅钢及高磁感取向硅钢。专利USP6296719中，热轧卷需常化处理，并要在900-1050的温度下渗氮处理，这种生产工艺要增加常化设备，对高温退火时的渗氮工艺要求也很高，所以总体而言工艺比较复杂。

为了实现薄板坯连铸连轧生产一般取向硅钢，降低生产成本，本发明通过合理设计成份，利用AlN与ε-Cu作为抑制剂，降低抑制剂的固溶温度，使抑制剂的固溶温度不高于1250℃，可以利用薄板坯连铸连轧工艺稳定生产一般取向硅钢热轧板；后工序工艺相对简单可行，不需要常化、渗氮工艺，而是采用二次冷轧、中间完全脱碳的退火工艺，进行一般取向硅钢的生产。利用本发明工艺生产的产品，不仅生产成本降低，且成品性能均匀。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过合理设计成份，主要利用热轧中生成的ε-Cu作为抑制剂，同时用AlN作为辅助抑制剂，使抑制剂的固溶温度不高于1250℃，后工序不需要常化、渗氮，且成品性能均匀，成本低廉的用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢及其制备方法。

实现上述目的的措施：

一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢，其组分及重量百分比为：C：0.015～0.055％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.10～0.40％，P≤0.025t％，S≤0.010％，Als：0.010～0.025％，N：0.0065～0.0075％，Cu：0.30～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

制备一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼，获得以上成分的钢水，采用薄板坯连铸连轧，并控制使热轧钢板中所形成的抑制剂ε-Cu体积百分比不低于2％；

2)酸洗后进行第一次冷轧，控制轧制后的板厚在0.5～0.75毫米；

3)在含有湿气的N₂、H₂气氛下进行中间完全脱碳退火，退火温度在820～890℃，退火时间为7～9分钟，并控制钢板中的C重量百分比含量≤0.003％；

4)进行第二次冷轧，轧至所需厚度；

5)在N₂、H₂气氛下进行回复退火、涂布氧化镁隔离剂、进行高温退火、进行平整拉伸，并涂布绝缘层。

下面描述本发明中限制钢坯化学成份的主要原因：

C是扩大γ相区元素，其主要作用是在热轧过程中，保持钢中有一定γ相，通过γ→α相变对组织进行细化，并使热轧板沿板厚方面出现组织阶梯，在靠近热轧板表面附件形成一定数量的Goss晶核。如果C含量低于0.015％时，容易出现二次再结晶不良或二次再结晶晶粒位向不准，成品磁性很差，当C含量高于0.055％时，难以脱碳，不适合工业生产。

Si是提高电阻率、降低铁损的主要元素。当Si含量低于2.5％时，不能得到低的铁损，当Si含量高于4.0％时，钢板加工性很差，极难进行冷轧，不适合工业生产。

Mn可以提高电阻率、降低铁损。常规高温热轧工艺生产的热轧板，Mn作为抑制剂元素，MnS的固溶温度与Mn含量有直接关系，所以一般不超过0.1％，通常约为0.08％。在本发明中，由于Mn不作为抑制剂元素，Mn含量可以适当提高，但过高后容易引起热轧板热脆，其含量0.10～0.40％。

P可以提高电阻率、降低铁损，P含量过高带来晶界脆化，冷轧困难，其含量小于0.025％。

Al与N结合形成AlN，在二次再结晶过程中发挥抑制剂作用。为了确保形成足够量的AlN，要求Al含量为0.010～0.035％，N含量为0.0065～0.0075％。当Al含量低于0.010％时，作为抑制剂的AlN量不够，抑制效果不充分，不能稳定得到Goss织构的二次再结晶晶粒，或二次再结晶晶粒位向不准，磁性很差；当其高于0.025％时，AlN固溶温度过高，薄板坯连铸连轧工艺的均热炉加热能力有限，不能完全固溶AlN，使AlN以大块的形式存在于钢板中，无法起到抑制剂的作用。

Cu是扩大γ相区元素，在钢中加适当Cu可以降低部分C含量，通过控制薄板坯连铸连轧工艺，使得部分Cu在热轧过程中以ε-Cu颗粒的形式析出，与AlN共同作为抑制剂，确保发生二次再结晶。其含量低于0.3％时，抑制剂的抑制力不够，二次再结晶晶粒位向不准，磁性很差，当其高于0.6％时，不仅增加生产成本，热轧板容易出现裂纹。

S在本发明中不作为抑制剂元素，为了防止S与Cu形成Cu₂S，钢中的S含量很低，其含量低于0.010％。即使存在少量的S，由于钢中Mn的含量较高，也会与S优先形成MnS，而不形成Cu₂S。

通过对成份严格控制，抑制剂的固溶温度不高于1250℃，此温度在薄板坯连铸连轧生产线均热炉(隧道炉)的生产能力范围内，因此可以利用薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢。

在薄板坯连铸时，控制浇铸速度也很关键。拉速过高，结晶器内的液位波动大，极容易导致漏钢，不仅造成整个薄板坯连铸连轧生产的中断，而且有可能损坏扇形段等生产设备，造成巨大损失。拉速过慢，铸坯进入均热炉的温度偏低，为了使钢坯达到合格的温度，不仅要增加均热炉的生产能耗，还要延长钢坯在炉时间。这样不仅铸机的生产效率低，连铸连轧降低能耗的优势也不明显，并且有可能影响整个炉机生产节奏，所以连铸的拉速为3～5m/min，结合合理的二冷段冷却工艺，优先选用3.5～4.5m/min。

经薄板铸坯连铸连轧生产的热轧板，酸洗后进行两次冷轧，中间厚度为0.50～0.75mm，并且对中间厚度的冷轧板进行完全脱碳退火，退火后钢中的C含量低于30ppm。中间脱碳退火的温度与时间根据中间厚度进行适当调整。二次冷轧板经回复退火、高温退火、平整拉伸退火后，涂绝缘涂层，形成成品。

本发明为了实现薄板坯连铸连轧生产取向硅钢，降低生产成本，通过合理设计成份，利用AlN与ε-Cu作为抑制剂，降低抑制剂的固溶温度，使抑制剂的固溶温度不高于1250℃，可以利用薄板坯连铸连轧工艺稳定生产取向硅钢热轧板；后工序工艺不需要常化、渗氮工艺，生产的产品不仅生产成本降低，且成品性能均匀。

附图说明

图1为本发明产品的热轧板透射电镜照片图

图2为图1中细小质点的能谱

图1中黑色细小质点为ε-Cu。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的描述：

各实施例制备的工艺步骤按以下进行：

其步骤：

1)进行冶炼，获得以上成分的钢水，采用薄板坯连铸连轧，并控制使热轧板中所形成的抑制剂ε-Cu体积百分比不低于2％；

2)酸洗后，进行第一次冷轧，控制轧制后的板厚在0.5～0.75毫米；

3)在含有湿气的N₂、H₂气氛下进行中间完全脱碳退火，退火温度在820～890℃，退火时间为7～9分钟，并控制钢板中的C重量百分比含量≤0.003％；

4)进行第二次冷轧，轧至所需厚度；

5)在N₂、H₂气氛下进行回复退火、涂布氧化镁隔离剂、进行高温退火、进行平整拉伸，并涂布绝缘层。

表1为各实施例的成份列表；

表2为各实施例主要工艺参数取值列表；

表3为各实施例的性能检测结果列表。

表1各实施例的组分取值列表(重量百分比％)

实施例	C	Si	Mn	P	S	Als	N	Cu
									1	0.040	3.18	0.21	0.012	0.0045	0.015	0.0068	0.40
2	0.015	2.50	0.15	0.016	0.0050	0.010	0.0070	0.30
									3	0.055	3.00	0.10	0.018	0.0095	0.034	0.0065	0.50
4	0.023	4.00	0.23	0.025	0.0075	0.010	0.0069	0.60
									5	0.032	2.95	0.40	0.014	0.0100	0.025	0.0075	0.38
6	0.045	3.08	0.20	0.014	0.0065	0.015	0.0067	0.45
									7	0.038	3.17	0.19	0.016	0.0055	0.019	0.0069	0.52
8	0.050	3.14	0.25	0.015	0.0045	0.024	0.0068	0.54
									9	0.042	3.28	0.18	0.013	0.0050	0.021	0.0074	0.50

表2各实施例的主要工艺参数取值列表

表3为各实施例的性能检测结果列表

Claims (2)

1.一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢，其成分及重量百分比为：C：0.015～0.055％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.10～0.40％，P≤0.025t％，S≤0.010％，Als：0.010～0.025％，N：0.0065～0.0075％，Cu：0.30～0.60％，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.制备权利要求1所述的一种用薄板坯连铸连轧生产的一般取向硅钢的方法，其步骤：

1)进行冶炼，获得以上成分的钢水，采用薄板坯连铸连轧，并控制使热轧板中所形成的抑制剂ε-Cu体积百分比不低于2％；

2)酸洗后，进行第一次冷轧，控制轧制后的板厚在0.5～0.75毫米；

3)在含有湿气的N₂、H₂气氛下进行中间完全脱碳退火，退火温度在820～890℃，退火时间为7～9分钟，并控制钢板中的C重量百分比含量≤0.003％；

4)进行第二次冷轧，轧至所需厚度；

5)在N₂、H₂气氛下进行回复退火、涂布氧化镁隔离剂、进行高温退火、进行平整拉伸，并涂布绝缘层。

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