CN103031420A - 一种磁性能优良的取向硅钢生产方法 - Google Patents

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)板坯热轧，加热到1200～1280℃，保温1～3h、热轧成2.0～3.0mm的带钢；3)常化处理，采用两段式常化处理，先加热到1100～1200℃，在50～200s内降温到900～1000℃；随后在10～100℃水中进行急冷；4)冷轧，进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧，冷轧过程中，调节冷轧时摩擦力的大小；5)再结晶退火。本发明通过调节冷轧时钢板表面所受的摩擦力(剪切应力)来控制初次再结晶板表层(1/4层)和中心层(1/2层)的初次晶粒尺寸数值和比例，达到影响初次再结晶沿板厚方向的分布的目的，最终实现成品磁性能的优化。

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。

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，通过调节冷轧时钢板表面所受的摩擦力(剪切应力)来控制初次再结晶板表层(1/4层)和中心层(1/2层)的初次晶粒尺寸数值(15～30um)和比例(0.5～1.2)在合适范围内，达到影响初次再结晶沿板厚方向的分布的目的，最终实现成品磁性能的优化。

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)板坯热轧

加热到1200～1280℃，保温1～3h、热轧成2.0～3.0mm的带钢；

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；

4)冷轧

进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧；

在上述冷轧过程中，调节冷轧时摩擦力的大小，即控制轧制油的浓度6％～20％重量比和流量1000～5000L/min，实现一次晶粒尺寸沿厚度方向的均匀化；

5)再结晶退火

在800～850℃温度下进行一次再结晶退火，一次再结晶退火时间200s～250s；

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，由于其为常规工艺，在此不再赘述。

获得的取向硅钢初次再结晶板表层即1/4层和中心层即1/2层的初次晶粒尺寸数值18～24μm和比例0.9～1.1。

本发明通过调整脱碳温度(一次再结晶退火)、时间，实现对平均一次晶粒尺寸的控制。通过调节冷轧时摩擦力的大小(控制轧制油)，来实现一次晶粒尺寸沿厚度方向的均匀化，以此控制初次再结晶板表层(1/4层)和中心层(1/2层)的初次晶粒尺寸比例在合适范围。

本发明通过控制平均一次晶粒尺寸和沿厚度一次晶粒尺寸均匀化，处于合适的范围内(如图1)；通过调节脱碳温度、冷轧时所受摩擦力的大小(控制轧制油和流量)，实现控制初次再结晶板表层(1/4层)和中心层(1/2层)的初次晶粒尺寸数值和比例在合适范围内，并最终获得优异磁性能的成品。

一次晶粒尺寸沿厚度方向在合适范围内实现均匀化有利于提高成品磁性能B₈：

(1)取向硅钢一次晶粒尺寸在合适的范围内才能获得优异磁性能的成品(见图1)；

(2)为了保证二次再结晶的完善，需要抑制力(N含量)和驱动力(初次晶粒尺寸)的合适匹配。而发生二次再结晶的时候，抑制剂(N含量)沿厚度方向已经均匀化(参见图3、图4)，所以也要求初次再结晶板表层(1/4层)和中心层(1/2层)的初次晶粒尺寸比例在合适范围内。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

日本专利JP6179917通过调整脱碳时间和脱碳温度达到控制平均初次晶粒尺寸(横截面)，使得二次再结晶的抑制力和驱动力(平均初次晶粒尺寸)形成有效的搭配(见图1)，并最终获得磁性能B8优良的样板。

该专利不足之处在于：没有充分考虑沿厚度不同位置的初次晶粒尺寸对二次再结晶过程所起的不同作用，而是采用控制横截面平均初次晶粒尺寸来获得磁性能B8优良的样板。由于前工序条件的变化，如热轧或常化等条件的变化，初次再结晶板在横截面不同厚度层的初次晶粒尺寸已经发生变化，虽然此时横截面的平均初次晶粒尺寸保持一致，但成品磁性能B8已经发生变化，所以该专利的控制精度较差。

本发明通过控制前工序的工艺，实现初次再结晶板在横截面不同厚度层初次晶粒尺寸的控制，得到合适的初次再结晶板组织和初次晶粒尺寸，并最终提高成品磁性能B8。可以在初次再结晶板的横截面不同厚度层初次晶粒尺寸的有效控制，根据需求进行调整。本发明采用控制横截面不同厚度层初次晶粒尺寸，使得初次晶粒尺寸控制更为具体、可控，获得更稳定的成品磁性能的样板。

日本专利JP9256052通过调整表面和中心层晶粒尺寸的比例≤0.9(见图2)，使得二次再结晶的抑制力(见图3)和驱动力(平均初次晶粒尺寸)形成有效的搭配，并最终获得磁性能B8优良的样板。取向硅钢高温退火过程中，N含量沿厚度方向的分布与温度的关系情况(如图3、图4所示)。随着温度的提高，N含量沿厚度方向逐渐均匀化，当温度达到900℃时，厚度方向上的N基本一致，即抑制剂的强度在厚度方向实现一致。

该专利不足之处在于：该专利之所以控制表面和中心层晶粒尺寸的比例≤0.9，是为了使得二次再结晶时抑制力和驱动力沿厚度方向的理想匹配。也就是认为取向硅钢发生二次再结晶的时候，N含量沿厚度方向还没有均匀化，即取向硅钢的二次再结晶温度低于900℃。但根据实验室研究发现，取向硅钢的二次再结晶温度介于900～1100℃，也就是发生二次再结晶时，N含量(抑制剂)沿厚度方向已经均匀化。

本发明通过控制前工序的热轧和冷轧工艺，使得初次再结晶板表层和中心层的初次晶粒尺寸相当。由于N含量(抑制剂)在二次再结晶发生时在厚度方向已经均匀化，所以实现了二次再结晶抑制力和驱动力的有效搭配，并最终获得稳定、优良成品磁性能的样板。

附图说明

图1为平均初次晶粒尺寸对成品磁性能B8的影响(引自美国专利US5145533A1)。

图2为表面和中心层晶粒尺寸比对成品B8的影响(引自日本专利JP9256052)。

图3为高温退火过程，N随着温度沿板厚方向的扩散分布(引自日本专利JP9256052)。

图4为高温退火过程，N(N＝200ppm)随着温度沿板厚方向的扩散分布(引自“Fe-3％Si合金高温退火氮的均匀化过程[J].”，肖稳等，《钢铁研究学报》，2010，4：45-47)。

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

钢板化学成分重量百分比为：Si 3.03％，C 0.0456％，Als 0.0264％，N0.0078％，Mn 0.12％，S＜0.0060％，余铁。

将钢板加热到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1130℃，然后用200s降温到900℃，随后将钢板在100℃水中进行急冷。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。冷轧钢带在表1条件下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。表1中还包括实施例钢板的平均一次晶粒尺寸及磁性。

表1

Claims (1)

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)板坯热轧

加热到1200～1280℃，保温时间1～3h，热轧成2.0～3.0mm的带钢；

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；

4)冷轧

进行一次冷轧，或带中间退火的二次冷轧；

在上述冷轧过程中，调节冷轧时摩擦力的大小，即控制轧制油的浓度6％～20％重量比和流量1000～5000L/min，实现一次晶粒尺寸沿厚度方向的均匀化；

5)再结晶退火

在800～850℃温度下进行一次再结晶退火，一次再结晶退火时间200s～250s；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；

获得的取向硅钢初次再结晶板表层即1/4层和中心层即1/2层的初次晶粒尺寸数值18～24μm和比例0.9～1.1。

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