CN102517429B - 一种用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法。其步骤：冶炼、采用薄板坯连铸；高压水对铸坯进行第一次除磷；均热；第二次除磷；精轧；常化，随后冷却至温度小于100℃；冷轧制成品厚度；连续脱碳退火；渗N2；涂布氧化镁隔离剂，并进行高温退火；平整拉伸，并涂布绝缘层。本发明制造成本低，能消除钢板表面夹杂、重皮等缺陷，磁性能稳定，连铸工艺宽松。
Description
技术领域
本发明涉及一种取向硅钢板的生产方法，尤其涉及一种用薄板坯连铸连轧工艺生产高磁感取向硅钢的方法。
背景技术
通常取向硅钢的主要生产工艺为：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，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。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织构晶粒，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，需要存在一种抑制力，以便在二次再结晶过程中，抑制其它位向晶粒长大。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)，也可以是一些晶界偏析元素。通常，为了获得这些抑制剂，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，且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。美国专利USP5711825、德国专利DE4311151、中国专利CN1078256C等公布了一种新型抑制剂生产取向硅钢的方法，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，如1260-1280℃，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，采用这种方法生产的硅钢产品，磁性稳定，底层质量优良。
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。美国专利USP4225366、USP3841924、USP4623406以及欧洲专利EP0339474等，公布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。美国专利USP6451128、中国专利CN1088760C公布了一种利用BN为抑制剂进行取向硅钢生产的工艺。在专利中，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℃，这个温度不能完全固溶铸坯凝固过程中析出的大块AlN、MnS等，因此也就不能获得足够的抑制力。
中国专利CN1850430A介绍了一种薄板坯连铸连轧工艺生产高磁感取向硅钢的制造方法，采用AlN与Nb(C、N)为抑制剂，通过控制热轧工艺获得足够的抑制力，不需要常化处理，也不需要进行渗氮处理，就可以生产高磁感取向硅钢。该专利主要不足之处是铸坯均热时间过长，需要两个小时以上，而实际大生产中，薄板坯连铸连轧的隧道炉(均热炉)缓冲时间有限，难以满足长时间均热的要求。
美国专利USP6296719、中国专利CN1073164C利用薄板坯连铸连轧工艺，采用后工序渗氮的方法生产高磁感取向硅钢。为了获得好的磁性能，专利USP6296719要求薄板坯连铸工艺生产的铸坯，其等轴晶与柱状晶之比大于50％；脱碳后在900-1050℃的高温下进行渗氮，且气氛含有0.5-100g/m3的湿气，这种工艺的优点是：抑制剂沿板厚方向分析均匀，在高温退火过程中可以进行快升温。
但是上述专利(美国专利USP6296719)的生产工艺存在以下不足：
首先，连铸的工艺要求很高，要求严格控制铸坯等轴晶与柱状晶之比，等轴晶的比例要求很高，这要求连铸的拉速不能过高。对于薄板坯连铸而言，降低拉速，这不仅意味产量降低，设备的产能无法得到充分发挥，还直接导致铸坯进入均热炉的温度大大降低，使得薄板坯连铸连轧工艺节能的优势大打折扣。而拉速一旦提高，为了避免结晶器内液面波动引起的漏钢，二冷水的冷却强度也要加大，这很容易导致柱状晶的比例增大，甚至有可能铸坯大部分区域为柱状晶，难以满足专利USP6296719中等轴晶与柱状晶的比例要求。此外，薄板坯连铸连轧工艺生产刚性较强，为了调节炼钢区与轧钢区的生产节奏，保证整条产线的生产不中断，连铸机需要经常调整铸坯拉速，这也使得铸坯等轴晶与柱状晶之比很难控制。
其次，渗氮退火时气氛中含有湿气，这很容易导致钢板表面有缺陷，最后导致成品的表面形成缺陷，底层的附着性变差。加上渗氮温度偏高，为900-1050℃，这种高温渗氮对加热炉炉底辊的要求过高，不利于生产。由于渗氮温度偏高，初次再结晶晶粒尺寸不容易控制，最后导致二次再结晶不稳定，磁性不稳定。
为了克服上述专利的不足，本发明专利提供了一种薄板坯连铸连轧工艺生产高磁感取向硅钢的方法。本方法对铸坯等轴晶与柱状晶之比不做严格要求，更加利于连铸的生产；并且采用较低温度渗氮的工艺，渗氮温度为700-950℃，获得沿厚度方向分布均匀的抑制剂；另外渗氮气氛中无湿气，确保底层质量。
另外，薄板坯连铸连轧工艺中，连铸机与轧机为钢性连接，铸坯从连铸机出来后直接进入均热炉，经高压除鳞后进行热轧，若高压除鳞不好，极易在热轧板表面形成夹杂、重皮等缺陷，最后遗传到成品，所以相比于常规厚板坯连铸，薄板坯连铸连轧工艺的成品表面质量要差，不具有市场竞争力，这也制约了薄板坯连铸连轧生产高端产品。为了提高产品的表面质量，本专利中，发明者采用两次除鳞的工艺，确保了铸坯表面质量，从源头上解决困扰薄板坯连铸连轧产品表面质量不好的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制造成本低，消除钢板表面夹杂、重皮等缺陷，磁性能稳定，连铸工艺宽松的用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法。
实现上述目的的措施：
一种用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法，其步骤：
1)进行冶炼、采用薄板坯连铸；
2)采用高压水对铸坯进行第一次除磷至表面干净；
3)进行均热；
4)采用高压水进行第二次除磷至表面干净；
5)进行精轧，控制热轧板的厚度在1.5～3.5毫米；
6)进行常化，随后冷却至温度小于100℃；
7)冷轧制成品厚度；
8)进行连续脱碳退火，并控制钢板中的C重量含量小于30ppm；
9)进行渗N2，，气氛为干燥的N2、H2与NH3的混合气体，并控制钢中的N含量在150～250ppm；
10)涂布氧化镁隔离剂，并进行高温退火；
11)进行平整拉伸，并涂布绝缘层。
本工艺的主要特点为采用含薄板坯连铸工艺获得铸坯，铸坯的组织(等轴晶与柱状晶比例)不做严格要求，铸坯的拉速可根据炼钢与轧钢的生产进行调整，即遇到如精炼的钢水无法及时到达连铸平台，或均热炉内的剩余空间不够，或精轧区域发生小故障需要在线处理等情况时，可以适当降低铸坯拉速；当前后各工序生产正常，可以适当提高铸坯拉速。由于薄板坯连铸的整个冷却强度大，铸坯中的柱状晶比例很高，同时，由于冷却强度大，钢中的各元素偏析比传统连铸坯的相对要小，可作为抑制剂的析出物尺寸也会减小，分布更均匀，这也为渗氮后抑制剂提供了形核点，使最终的抑制剂细小并使其在钢中更加弥散均匀。
铸坯进行两次除鳞。铸坯进入均热炉前进行一次除鳞，去除连铸坯表面的初生氧化铁皮及其它的杂质等。在均热炉内经短时间的均热后，进行第二次除鳞，去除铸坯表面在炉内形成的氧化铁皮，随后进行精轧、层冷及卷曲。通过两次除鳞，可以有效减少成品表面的夹杂、重皮等缺陷。
热轧板经过常化处理后，组织进一步均匀，钢中出现部分细小的析出物，对冷轧后的初次再结晶晶粒长大起到一定的抑制作用。由于薄板坯连铸生产线的均热炉温度较低，不能固溶大块的AlN，固溶的AlN量很少，常化后细小的析出物(抑制剂)数量很小，抑制力不强，不足以控制二次再结晶，所以需要通过渗氮来提高抑制力，获得好的磁性能。
钢板经冷轧、脱碳处理后，在钢板表面形成复杂的硅、铁氧化物，为形成好的硅酸镁底层打下基础。钢板渗氮后，钢基中形成不稳定的(Si、Al)N、(Si、Mn)N等化合物，并在钢中较均匀的分布，为后面的二次再对结晶打下基础。渗氮退火时，不含湿气氛，最后获得的成品底层质量优良，无点状露金等表面缺陷。
涂布MgO隔离剂后进行高温退火。高温退火时，钢基中的不稳定氮化物进行分解，释放出氮原子扩散后与铝反应，形成控制二次再结晶的抑制剂。
本发明的工艺流程短，且成本低，具有成品磁性能均匀、表面质量好、底层优良的特点。
附图说明
图1为钢板渗氮后表面的抑制剂分布状态
图2为钢板渗氮后1/4厚度处的抑制剂分布状态
图1及图2中黑色点均为抑制剂。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的描述：
下面各实施例均按照如下步骤执行：
1)进行冶炼、采用薄板坯连铸；
2)采用高压水对铸坯进行第一次除磷，至表面干净；
3)进行均热；
4)采用高压水进行第二次除磷至，表面干净；
5)进行精轧，控制热轧板的厚度在1.5～3.5毫米；
6)进行常化，随后冷却至温度小于100℃；
7)冷轧制成品厚度；
8)进行连续脱碳退火，并控制钢板中的C重量含量小于30ppm；
9)进行渗N2，，气氛为干燥的N2、H2与NH3的混合气体，并控制钢中的N含量在150～250ppm；
10)涂布氧化镁隔离剂，并进行高温退火；
11)进行平整拉伸，并涂布绝缘层。
表1为实施例1中生产两种铸坯即A、B铸坯的化学成份(百分重量比)；
表2为实施例1中A、B铸坯分别生产的钢卷的平均磁性能、底层的附着性及表面质量情况列表；
表3为实施例2中C～H钢水的化学成份(百分重量比)；
表4为实施例2中C～H各铸坯生产的钢卷的磁性能、底层附着性及表面质量情况列表；
表5为在相同成分，经一次冷轧成不同成品厚度下所生产的高磁感取向硅钢卷经检测的磁性能、底层附着及表面质量情况；
表6为实施例4中I铸坯的化学成份(百分重量比)；
表7为实施例4中I铸坯生产的钢卷的平均磁性能。
实施例1
本实施例为根据本发明步骤，在不同的钢种成分及成品厚度不同下，对铸坯的组织(等轴晶与柱状晶比例)不做严格要求，铸坯的拉坯速度可根据炼钢与轧钢的生产进行调整。
本实施例采用了的两种成份的铸坯A及B，铸坯的相对应的化学成份(百分重量比)见表1；其中铸坯A的钢卷轧到0.23mm与0.27mm；铸坯B又分成拉速不同的B1、B2，铸坯B1、B2的钢卷均轧到0.27mm；
表1A及B铸坯的化学成份(百分重量比)
表2用A及B铸坯所生产的高磁感取向硅钢卷及对比例所检测的平均磁性能及底层的附着结果列表
对比例为采用A铸坯成分，其仅经一次除鳞(即出均热炉后进行除磷)，钢板质量情况。
实施例2：
本实施例为根据本发明步骤，在不同的钢种成分见表3及相同成品厚度(0.27mm)下，用C至H铸坯所生产的高磁感取向硅钢卷所检测的磁性能、底层附着及表面质量情况。
表3 C至H铸坯的钢种成分列表
表4 用C至H铸坯所生产的高磁感取向硅钢卷所检测的磁性能、底层附着及表面质量情况
| 铸坯 | B8(T) | P17/50(W/kg) | 底层附着性 | 钢板成品表面质量 |
| C | 1.920 | 0.912 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| D | 1.921 | 0.936 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| E | 1.923 | 0.933 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| F | 1.918 | 0.942 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| G | 1.923 | 0.961 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| H | 1.908 | 0.999 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
实施例3：
本实施例按照实施例2中C、G铸坯成分，在钢板酸洗后，采用一次冷轧法，直接轧到0.30mm、0.27mm、0.23mm的厚度。其经检测的磁性能、底层附着及表面质量情况，见表5。
表5在相同成分，经一次冷轧成不同成品厚度下所生产的高磁感取向硅钢卷经检测的磁性能、底层附着及表面质量情况
| 铸坯 | 成品厚度(mm) | B8(T) | P17/50(W/kg) | 底层附着性 | 钢板成品表面质量 |
| C | 0.30 | 1.919 | 0.972 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| C | 0.27 | 1.920 | 0.912 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| C | 0.23 | 1.901 | 0.907 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| G | 0.30 | 1.902 | 1.017 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| G | 0.27 | 1.923 | 0.961 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| G | 0.23 | 1.921 | 0.880 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
实施例4：
本实施例按照表6铸坯的化学成份(百分重量比)，经热轧成板厚度分别为2.1mm、2.3mm、2.7mm；采用两次除鳞工艺；热轧钢板经酸洗后，采用一次冷轧法，直接轧到0.27mm的厚度；其经检测的磁性能、底层附着及表面质量情况，见表7。
表6铸坯的化学成份(百分重量比)
表7经检测的磁性能、底层附着及表面质量情况
| 热轧板厚度 | 成品厚度 | B8(T) | P17/50(W/kg) | 底层附着性 | 钢板成品表面质量 |
| 2.1mm | 0.27mm | 1.909 | 0.997 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| 2.3mm | 0.27mm | 1.911 | 0.982 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
| 2.7mm | 0.27mm | 1.905 | 1.014 | C级 | 夹杂、重皮数量较少 |
Claims (1)
1.一种用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法，其步骤：
1）进行冶炼、采用薄板坯连铸；控制拉坯速度为3.0 mpm 、3.5mpm 、4.8mpm；
2）对铸坯采用高压水进行第一次除鳞至表面干净；
3）进行均热；
4）采用高压水进行第二次除鳞至表面干净；
5）进行精轧，控制热轧板的厚度在1.5～3.5毫米；
6）进行常化，随后冷却至温度小于100℃；
7）冷轧制成品厚度；
8）进行连续脱碳退火，并控制钢板中的C重量含量小于30ppm；
9） 进行渗N，气氛为干燥的N2、 H2与NH3的混合气体，并控制钢中的N含量在150～250 ppm；
10）涂布氧化镁隔离剂，并进行高温退火；
11）进行平整拉伸，并涂布绝缘层。
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