CN1035117C - 制造具有强磁性的高磁通密度晶粒取向硅钢薄板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制造具有强磁性，用于变压器上的高磁通密度晶粒取向薄硅钢板的方法。向高磁通密度晶粒取向硅钢薄板钢水中添加适量的Sn、Cr、Ni和Mo，钢水中AtN和MnS用于抑制初始再结晶晶粒的长大。该方法可生产再结晶稳定，产量高和成品率高的高磁通密度晶粒取向薄硅钢板。
Description
本发明涉及制造一种具有强磁性的高磁通密度的晶粒取向硅钢薄板的方法，这种硅钢薄板可以用作变压器的铁芯或其它类似器件。
通常，晶粒取向硅钢薄板是用作变压器或其它电力设备的铁芯。就它们的磁特性而言，需要硅钢薄板有很强的磁感应和较小的沿冷轧方向的铁损，为了具备这些特性，晶粒取向硅钢薄板必须具有立方(110)〔001〕织构。
这种(110)〔001〕织构是通过二次再结晶获得的，而这种二次再结晶是一种反常的晶粒长大形式。这是说，通过正常的再结晶获得细密晶粒，而具有特殊取向的晶粒，即具有(110)〔001〕取向的晶粒基本上是反常长大的，从而形成了二次再结晶。二次再结晶的驱动力是由晶界能和称为二次晶粒及初始细晶粒间的大小差别来决定的。从而，如果要促进取向为(110)〔001〕的二次再结晶晶粒的长大，就必须抑制初始再结晶晶粒的长大，而且与此同时，要使用添加如MnS，AlN，BN等其它析出相的方法。
对于制造高磁通密度晶粒取向硅钢薄板已经提出了多种技术，其中一种为日本专利499,331。按照此专利的方法，硅的添加量为3％，为抑制初始再结晶晶粒的长大还添加AlN和MnS。另外，最终的冷轧压下率提高到81-95％，因而提高了磁通密度。
作为减少高磁通密度晶粒取向硅钢薄板的铁损的方法，它提出增加硅的含量，而且减少钢片的厚度。但是，如果增加硅的含量，并减少钢片的厚度，则二次再结晶变得不稳定，而且磁性降低。因此，需要一种稳定二次再结晶的方法，现在已经提出了多种技术，作为在硅含量高和钢片厚度低的情况下稳定二次再结晶的方法，其中之一为日本专利公报No.昭60-4886，它提出添加Sn和Cu。根据此方法，添加0.05-1.0％的Sn以稳定二次再结晶，添加Cu以改善由于添加Sn而引起的玻璃膜劣化。
添加Sn和Cu对于稳定二次再结晶和提高磁通密度是有效的。但添加Sn和Cu显著地增加了热轧钢板卷表面的裂纹，这些表面裂纹在冷轧时可引起钢板断裂，因而降低了产量和成品率。
韩国专利公报No.91-043339提出了一种方法，即添加2至4种在钢水中溶解度低的元素。也就是Sn、Cu、Sb、Cr、Ni、Pb、Mo和Nb之中选2到4种元素，其添加量与AlN＋MnS总重量之比应该在1-5范围内。该专利宣称，如果做了这种添加，细析出的AlN和MnS的长大就会被抑制，从而稳定了二次再结晶。但是，在此方法中，Sn和Cu的添加量超出一定范围，在热轧过程中就会产生裂纹，其结果就是实际成品率降低。
日本专利公开公报No.昭-49-72118提出了一种添加Cu以稳定二次再结晶的方法，按照此方法，添加的Cu与存在于钢水中的S反应生成Cu2S，这可与已经存在的抑制剂一道加强对晶粒长大的抑制，从而稳定了二次再结晶。但是通过本发明者的调查研究，添加Cu对于稳定二次再结晶并没有显著作用，甚至还引起了反作用，如热轧过程中出现表面裂纹，和产生脱碳缺陷。
日本专利昭57-014737和昭56-4613提出了一种向晶粒取向硅钢薄板中添加Mo的方法，添加Mo是为了防止在热轧过程中由S引起的热轧裂纹。这对于防止热轧中的表面裂纹非常有效，但如果单独添加Mo的话，会导致脱碳不足。
本发明的目的在于提供一种用于制造具有强磁性的高磁通密度晶粒取向薄硅钢板的方法。根据本发明，通常仍添加AlN和MnS以抑制初始再结晶晶粒的长大，并且按适当的数量添加Sn、Cr、Ni和Mo，从而稳定二次再结晶，并提高产量和成品率。
本发明详细内容如下所述。
本发明的硅钢薄板按重量百分比含有：0.01-0.1％的C，2.5-4.0％的Si，0.04-0.15％的Mn，0.005-0.04％的P，0.015-0.04％的S，0.01-0.05％的Al，0.002-0.01％的N，以及少量的Cu、Sn、Cr和Mo作为抑制剂稳定剂。首先，用连续浇注或铸模浇注将钢铸成板坯，然后，将板坯热轧至厚度2.3mm，再后将其冷轧到最终厚度0.30或0.2mm，冷轧工艺中的最终压下率超过80％。另外，抑制剂稳定元素Sn、Cr、Ni和Mo按下列数量添加：0.01-0.04％的Sn，0.02-0.12％的Cr、0.02-0.12％的Ni，0.01-0.08％的Mo。另外，应保持四种元素的总量在0.06-0.2％范围内，按照这种方法，就可制造出具有强磁性的高磁通密度晶粒取向硅钢薄板。
现在解释一下提出配料组分限制范围的原因。
对于Si，如果其添加量低于1.5％，则铁损将加重；如果其添量超过4.0％，钢将变脆，因而使得钢不可能承受冷轧。所以，它的添加量应在2.5-4.0％范围内，而且最好在2.8-3.8％范围内。
对于C，它可形成一合适的热轧结构，并对冷轧产生高的应变能量。因此它的添加量最低应为0.01％。如果它的添加量超过0.1％，将在脱碳过程中出现问题，并降低磁性。因此，它的添加量最好在0.01-0.10范围内。
Mn可防止热轧裂纹的形成并抑制初始再结晶晶粒的长大，其需要量超过0.04％，但是如果它的添加量超过0.15％，将在热轧过程中难于完全溶解于再热炉中的固溶体中。因此它的添加量范围应限制在0.04-0.15％，最好在0.05-0.12％范围内。
在常规制钢工艺中P的低限为0.005％，如果它的含量超过0.04％，钢将变得很难进行冷轧。因此它的添加量范围应为0.005-0.04％。
S构成MnS以抑制初始再结晶晶粒的长大，它的需要量为0.015％，但是如果它的添加量超过0.04％，则在最后的退火过程中，难于脱硫，从而加重了铁损。因此，S应该在0.015-0.04％范围内。
添加Al生成AlN以抑制初始再结晶晶粒的长大，其需要量最低为0.01％。如果它的含量超过0.05％，AlN的沉淀将过量，同时它作为初始再结晶晶粒长大的抑制剂的作用将会减弱。因此它的添加量范围应为0.01-0.05％。
考虑到AlN的含量，N的添加量范围应在0.002-0.01％内。
元素Sn、Cr、Ni、和Mo在钢水中的溶解度比较低，如果添加了这些元素，它们离析在析出相周围，因而可以保护用作初始再结晶晶粒长大抑制剂的析出细粒，从而可以稳定二次再结晶。如果添加Sn、Cr、Ni和Mo中的多种元素，就会加强这种作用，这是因为在析出相周围形成了更复杂的保护膜，所以，将这些元素一起添加比只添加其中一种元素会有更好的效果。
如果Sn的添加量低于0.01％，对于稳定二次再结晶无显著效果，而当它的添加量超过0.04％时，钢的可冷轧性又将恶化，而且造成脱碳不足。因此，它的添加量最好应限制在0.01-0.04％范围内。
如果Cr的添加量低于0.02％，它不会产生显著作用，而当它的添加量超过0.12％时，又会带来脱碳不足的后果。所以，它的添加量最好应限制在0.02-0.12％范围内。
如果Ni的添加量低于0.02％，将毫无效果，而当它的添加量超过0.12％时，其作用完全不会再增强。所以，其所需添加范围最好为0.02-0.12％。
Mo显示出防止热轧裂纹的作用，它的合适添加量范围为0.01-0.08％。
如果添加了Sn、Cr、Ni和Mo元素，Mo和Ni对MnS的析出起作用，同时Cr和Sn促进AlN的析出。其结果，AlN和MnS的析出相都得到了稳定。
但是，如果Sn、Cr、Ni和Mo的添加量过多，会产生热轧裂纹，断裂和脱碳不足。考虑到防止初始再结晶晶粒长大的抑制剂应当稳定，以及防止脆化，表面缺陷和脱碳不足诸因素，Sn、Cr、Ni和Mo的总量最好应限制在0.06-0.20％范围内。
通过进行连续浇注或铸模浇注，将按照上述方法制备的钢铸成板坯。然后对板坯进行热轧。通过冷轧将热轧后的钢板压缩至最终厚度规格。然后进行脱碳退火，然后涂覆包含作为主要配料MgO的退火隔离层。然后在1200℃温度下进行最终退火，然后进行热轧平整工艺，然后涂覆隔离膜，从而完成了厚度为0.23-0.30mm，具有强磁性的高磁通密度晶粒取向硅钢薄板的制造。
下面叙述几个具体实际例子。
实施例1
一炉熔化的钢水包含3.25％的Si，0.07％的Mn，0.075％的C、0.026％的酸溶性Al，0.025％的S，0.008％的N和少量的Cu、Sn、Cr、Ni必Mo。Cu、Sn、Cr、Ni和Mo按下列表1中的比例添加。然后用连续浇注法将钢水铸成板坯，热轧至厚度为3.3mm，在1125℃温度下退火，然后，冷轧至厚度0.3mm。然后进行包括脱碳退火的常规取向性硅钢的制造工艺。
这些硅钢要经受磁性，热轧裂纹深度，冷轧断裂率和实际成品率的试验。
结果列在下面的表1中。
表1
| 钢水 | 第三元素(重量百分比(％))Cu Sn Cr Mi Ho | 磁性总量 BIo(T) W17/50(w/kg) | 产 量Cracks ofhot rllg mm Fract％ Yld％ |
| Com1 0.1 0.1 - - - 0.2 1.92 0.98 36.5 45.2 46.6Com2 0.15 - - - - 0.15 1.84 1.37 28.0 36.9 12.1Com3 - 0.01 0.01 0.01 0.01 0.04 1.86 1.31 5.0 9.1 34.5Invt1 - 0.01 0.02 0.02 0.01 0.06 1.90 1.07 4.5 7.5 81.0Invt2 - 0.04 0.04 0.04 0.03 0.15 1.93 0.96 4.5 7.3 85.7Invt3 - 0.04 0.05 0.05 0.06 0.20 1.94 0.97 5.4 9.6 83.1Com4 - 0.04 0.08 0.08 0.05 0.25 1.93 0.97 31 32.8 46.8 | |||
在上表中，“Com”表示对比的炉水，而“invt”表示本发明的炉水。另外，“crack of hot rllg”表示热轧过程中产生的裂纹平均深度，“fract”表示冷轧过程中出现断裂的百分比，也就是，断裂/钢卷数X100，而“YLd”表示形状和磁性都合格的实际成品率。
如上面表1中所示，在对比炉水1情况中，添加Cu和Sn，它的磁性强，但热轧过程中产生裂纹和冷轧过程中出现的断裂很严重，成品率也低，因而它不适于大批量生产。同时，对比试件2中只添加了铜，它的磁性和产量都很差。
在对比炉水3中添加的Sn、Cr、Ni和Mo太少，其磁性和产量都下降了，同时，在对比炉水4中添加的Sn、Cr、Ni和Mo太多，其磁性强，但其产量低下。
另一方面，本发明的炉水1和3，其中按照本发明所给出的组份范围添加Sn、Cr、Ni和Mo。它们不仅磁性强，而且在热轧裂纹冷轧断裂及成品率方面显示出优良性能。从而证实了它们适于作为工业产品。
实施例2
熔化的钢水通过添加下列元素构成：3.27％的Si，0.065％的Mn，0.070％的C，0.027％的Al，0.023％的S和0.007％的N，以及少量的Sn、Cr、Ni和Mo。通过在其中一种中不添加第三元素，和通过在其余的钢水中改变Sn、Cr、Ni和Mo的添加量，使该钢水分成6个不同种类。通过连续浇注将这些钢水浇铸成板坯，然后热轧至厚度2.3mm，然后，通过冷轧压缩厚度至0.23mm。然后进行包括脱碳退火的常规制造工艺。然后对磁性，热轧裂纹，冷轧断裂和成品率与Sn、Cr、Ni和Mo的添加量变化之间的关系进行检验，于是获得如下表2中所示的结果。
表2
| 钢水 | 第三元素(重量百分比(％))Sn Cr Ni Mo 总量 | 磁性BIOT) W17/50(w/kg) | 产 量Crack of Fractures％ Yld％hot rllg |
| Com1 - - - - 0.00 1.81 1.36 3.5 5.5 3.6Com2 0.00 0.08 0.03 0.02 0.13 1.85 1.18 5.5 4.1 36.5Com3 0.03 0.00 0.05 0.05 0.13 1.85 1.16 8.3 6.0 41.4Com4 0.03 0.02 0.00 0.08 0.13 1.84 1.26 5.2 6.7 25.3Com5 0.02 0.06 0.05 0.00 0.13 1.86 1.07 15.8 38.4 45.6Com6 0.07 0.02 0.02 0.02 0.13 1.92 0.92 53.6 72.4 54.2Invt1 0.02 0.04 0.04 0.03 0.13 1.91 0.90 4.8 5.0 82.5Invt2 0.03 0.02 0.05 0.03 0.13 1.93 0.89 4.5 5.1 85.4 | |||
如上表2所示，对比炉水l，其中完全不添加Sn、Cr、Ni和Mo，很少发现热轧裂纹。而且可冷轧性强，但它的磁性却极差，而且其成品率低于10％。同时，在添加Sn、Cr、Ni和Mo的情况下，尽管在所有炉水中Sn、Cr、Ni和Mo的总含量都是0.13％，如果像对比炉水2到5那样省略Sn、Cr、Ni和Mo中的任一种，其磁性和成品率都极度恶化。另外，如在对比炉水6的情况那样，其中Sn的添加量与本发明提出的范围不一致，它有磁性好，但是热轧裂纹和可冷轧性都恶化，而且在成品率上也是不能令人满意的。
而在另一方面，本发明的炉水1和2，其中使用了本发明的组份范围，显示出其磁性和产量都很好。
按照如上所述的本发明，向高磁通密度晶粒取向硅钢薄板中添加适量的第三元素Sn、Cr、Ni和Mo，钢水中AlN和MnS用于抑制初始再结晶晶粒的长大。结果是提供了一种产量高，厚度为0.23-0.30mm，具有强磁性的高磁通密度晶粒取向薄硅钢板的制造方法。因而本发明的制造方法很适于工业化大批量生产。
Claims (2)
1.一种制造具有高磁通密度晶粒取向硅钢薄板的方法，它包括：
制备钢板坯的步骤，该钢板坯包含(按重量百分比)：0.01-0.10％的C、2.5-4.0％的Si、0.04-0.15％的Mn、0.005-0.04％的P，0.015-0.04％的S、0.01-0.05％的Al，0.002-0.01 0％的N，0.01-0.04％的Sn，0.02-0.12％的Cr、0.02-0.12％的Ni，0.01-0.08％的Mo，其余为Fe和其它不可避免的杂质；Sn，Cr，Ni和Mo的总量为0.06-0.20％；
对上述钢板坯进行热轧至2.3～3.3mm并对该热轧过的钢板在1050～1150℃的温度范围内进行预退火以便在热轧过的钢板中形成MnS和AlN析出相，使得Mo和Ni离析在所述MnS析出相的周围，使得Cr和Sn离析在所述AlN析出相的周围；
对预退火过的钢板进行冷轧，以80％或更高的冷轧率冷轧预退过火的钢板，使其厚度降到0.30-0.23mm；
对冷轧过的钢板在800～870℃的温度范围内进行脱碳退火，并在1200℃的温度下进行最终高温退火。
2.按照权利要求1所述的用于制造高磁通密度晶粒取向硅钢薄板的方法，其中Si的添加量范围最好为2.8-3.8％。
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