CN103898409A - 降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法。特别之处是，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.04～0.06％，Si：2.80～3.40％，Mn：0.04～0.06％，Nb：0.04～0.12％，S：0.01～0.02％，N：0.0085～0.012％，Als:0.01～0.025％,Cu：0.07～0.08％,Cr≤0.03％，P≤0.02％，余量Fe。本发明通过优化取向硅钢抑制剂的成分，解决传统流程铸坯加热温度高带来的加热炉寿命短、晶粒粗大、边裂严重及能耗大的问题。按照本发明，可使连铸板坯的加热温度降低到1250℃以下，从而提高成材率并降低生产成本，获得低温取向硅钢。

Description

降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法

技术领域

    本发明涉及一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法，属高附加值低温取向硅钢技术领域。 

背景技术

取向硅钢是各类变压器、镇流器、放大器、稳压器、继电器、整流器、电磁开关等定向磁场电器产品制作铁芯的核心材料。取向硅钢主要借助其特定的成分降低涡流损耗，利用Goss取向晶粒在轧向上优异的磁化性能，降低磁致损耗并大幅度提高磁感水平。

取向硅钢生产的核心技术是利用细小弥散的抑制剂抑制一次再结晶的正常晶粒生长，利用不同取向晶粒的表面能差，发展二次再结晶获得Goss织构。目前取向硅钢的生产基本基于传统流程，采用的抑制剂主要有MnS和AlN两类。析出物的抑制能力和析出物体积分数成正比，与尺寸成反比，提高弥散度的条件是在析出温度下具有高的过饱和度及低的长大速率。只有这样抑制剂才能起到有效抑制初次晶粒长大、促进二次再结晶发展的关键作用，并使成品获得稳定的磁性能。为使抑制剂充分固溶，铸坯的加热温度要高（通常1350℃以上），导致烧损高达5％，产生大量的炉渣，每生产4000吨需停炉清理，炉子寿命短。同时由于加热温度高，晶粒粗大，硅在晶界偏析，边裂严重，成材率低，能源消耗大，制造成本高。因此，开发低温取向硅钢是一个亟待解决的难题。

因此，为了稳定地实现铸坯的低温加热工艺（1250℃以下），保证抑制剂具有强的抑制能力的条件下，抑制剂在低温能够固溶，在高温退火时，达到抑制初次晶粒正常长大的目的，并最终获得磁性能优异的取向硅钢，迫切需要开发作为低温取向硅钢抑制剂的组成成分，以满足低温取向硅钢生产的需要。

发明内容

本发明旨在克服已有技术的缺陷，而提供一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法，通过优化取向硅钢抑制剂的成分，解决传统流程铸坯加热温度高带来的加热炉寿命短、晶粒粗大、边裂严重以及能源消耗大的问题，从而降低取向硅钢板坯的加热温度，获得低温取向硅钢。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其特别之处是，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.04～0.06％，Si：2.80～3.40％，Mn：0.04～0.06％，Nb：0.04～0.12％，S：0.01～0.02％，N：0.0085～0.012％，Als: 0.01～0.025％,Cu：0.07～0.08％, Cr≤0.03％，P≤0.02％，余量Fe。

进一步地，所述降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其化学成分按照重量百分比配比优选如下：C：0.04～0.06％，Si：3.0～3.20％，Mn：0.04～0.05％，Nb：0.04～0.10％，S：0.015～0.02％，N：0.0085～0.010％，Als: 0.015～0.020％,Cu：0.07～0.08％, Cr≤0.03％，P≤0.01％，余量Fe。

进一步地，所述降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其主抑制剂为Nb(C，N)，辅助抑制剂为AlN 、Cu₂S、 (Cu,Mn)S和晶界偏聚元素Cr，析出物尺寸为5～60nm，且弥散分布在基体中。

上述降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂配方中主要元素的作用分析如下：

硅：硅含量对磁性的影响非常敏感。随硅含量的增加，电阻率提高，涡流损耗降低；随硅含量提高，成品晶粒粗大，磁滞损耗降低；另外，硅还可降低晶体的各向异性，随硅含量的增加，晶体更易被磁化，磁损也减少。因此，硅含量提高，铁损明显降低。但硅在α-相中的固溶度比在γ-相中大，在相变时易沿晶界偏聚，从而产生内裂和边裂。随着硅含量的提高，会抑制二次再结晶的发展速度。因此本发明选取2.80%～3.40%Si。

碳：小于0.02%碳3.25%硅钢已无相变，铸坯高温加热时晶粒粗化，<110>纤维织构强，经冷轧，脱碳退火后仍有形变晶粒，高温退火后的二次再结晶也不完全，致使硅钢产品磁性降低。Hi-B钢中碳含量较高，目的是使热轧板在高温常化时保证有20%～30%的γ-相（<20%时，易出现线晶，>30%时，易出现小晶粒，都会使二次再结晶不完善），快冷时可获得大量细小弥散的AlN。但碳含量过高，会使后续工艺脱碳困难，MnS的固溶温度升高，即铸坯加热温度提高。本发明选取0.04%～0.06%C。

铌：铌是强的碳化物、氮化物和碳氮化物形成元素，铌的碳氮化物颗粒大小与数量以及弥散度都与取向硅钢中的抑制剂具有相似的特性，且铌的沉淀相非常稳定，粗化率非常小，可保持非常细小的尺寸。此外，Nb(C，N)的固溶温度比MnS和AlN低，可实现板坯的低温加热。但钢中铌含量过高铸坯易产生裂纹。本发明选取0.04%～0.12%Nb。

铝和氮：铝与硅的作用相近，提高电阻率，降低铁损，铝的影响相当于2.5倍的硅，促进晶粒长大，缩小奥氏体区，从而在热轧过程中不发生相变。因此，为了促使在热轧过程中发生相变，一定要降低铝含量。Al在0.005%～0.14%范围内能形成细小的AlN质点，在退火时阻碍晶粒长大，这正是取向硅钢所需要的；但是，Al在降低铁损的同时也降低钢的塑性和磁感应强度。此外，Al和N含量过低，常化后析出的细小AlN减少，二次再结晶发展不完全。综合考虑，本发明选取0.015%～0.025%Al_s，0.0085%～0.012%N。

锰、硫和铜：S与Mn形成细小MnS可强烈阻碍成品退火时的晶粒长大，S还可提高矫顽力和磁滞损耗。但MnS为抑制剂的板坯加热温度达1400℃以上，为了降低板坯的加热温度，本发明将MnS作为辅助抑制剂，并添加一定量的Cu。这是由于加Cu可以析出（Cu，Mn）S或C₂S粒子，其析出温度比MnS低80～100℃，降低板坯加热温度，且析出物更细小、弥散。因此本发明选取0.04%～0.06%Mn，0.010%～0.020%S，0.07%～0.08%Cu。

铬：沿晶界偏聚增强抑制能力，使随后脱碳退火时的初次晶粒更加的细小均匀，更好的保证二次再结晶过程的完善。同时能改善玻璃膜的质量，得到优质的玻璃膜。本发明加入微量的铬（Cr≤0.03％）作为辅助抑制剂。

本发明所述降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂的制备方法，包括连铸工序、轧制工序、常化工序，其中：

所述连铸工序的工艺参数控制如下：将连铸板坯进均热炉前的温度控制在900℃以上，板坯拉速为3～4.5m/min；

所述轧制工序的工艺参数控制如下：将板坯在均热炉中加热到1100～1200℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1050～1150℃，精轧机的终轧温度为850～950℃，末架轧机的速度（即终轧速度）为6～8m/s，轧后以大于50℃/s的冷速快速冷却到550～600℃进行卷取；

所述常化工序的工艺参数控制如下：将热轧试样加热到1100～1120℃，保温2～4min，随炉冷却到900～960℃，保温2～4min，然后淬沸水冷却。

热轧板经常化处理后的常化板表层为均匀的再结晶组织，沿板厚方向为不均匀分布的显微组织；常化板中的抑制剂主要有Nb(C，N)、AlN及复合析出的(Cu,Mn)S等，析出物尺寸为5～60nm，且弥散分布在基体中。

热轧常化板按照取向硅钢的一般一次冷轧生产工艺，即酸洗，冷轧和退火生产取向硅钢产品。

采用上述技术方案的本发明，与现有技术相比，其突出的特点是：

①提供了板坯低温加热取向硅钢基体元素和抑制剂元素组成成分配方，本发明采用Nb(C，N)作为低温取向硅钢的主抑制剂，是由于硅钢中铌碳化物完全固溶温度约为1250℃以下，而MnS为抑制剂的板坯加热温度达1400℃以上，AlN达1300℃以上，显然，铌化物的固溶温度比传统抑制剂的低，较低的板坯再加热温度能够有效地降低生产成本。

②针对热轧和常化处理过程，在热轧中采用高温快速轧制和快速冷却以便尽量减少Nb(C，N)和 AlN等质点的析出。热轧后经常化处理，使Nb(C，N)和 AlN等质点以合适的尺寸和分布析出，析出物尺寸控制在5～60nm。按照本发明取向硅钢抑制剂配方，可使连铸板坯的加热温度降低到1250℃以下，从而提高成材率和降低生产成本。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，目的仅在于更好的理解本发明内容。因此，所举之例并非限制本发明的保护范围。

实施例1：按照本发明低温取向硅钢的化学成分进行冶炼，其化学成分按照重量百分比配比如下：：C：0.04％，Si：2.80％，Mn：0.06％，Nb：0.04％，S：0.02％，N：0.012％，Als: 0.025％,Cu：0.08％, Cr：0.03％，P：0.02％，余量Fe。通过转炉冶炼，LF和RH精炼，板坯连铸后，板坯进均热炉前的温度为900℃，板坯拉速为3.0m/min。将板坯在均热炉中加热到1100℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1050℃，精轧机的终轧温度为850℃，终轧速度为6m/s，轧后以50℃/s的冷速快速冷却到550℃进行卷取。随后将热轧试样加热到1100℃，保温4min，随炉冷却到900℃，保温4min，然后淬沸水冷却。热轧常化板按照传统取向硅钢的一次冷轧的生产工艺生产取向硅钢。经测试产品的铁损P_1.7=1.45w/kg，磁感B₈=1.78T，达到国标GB2521-1996规定的30Q150的性能指标。

实施例2：按照本发明低温取向硅钢的化学成分进行冶炼，其化学成分按照重量百分比配比如下：：C：0.06％，Si：3.40％，Mn：0.04％，Nb：0.12％，S：0.01％，N：0.0085％，Als: 0.01％,Cu：0.07％, Cr：0.02％，P：0.015％，余量Fe。通过转炉冶炼，LF和RH精炼，板坯连铸后，板坯进均热炉前的温度为925℃，板坯拉速为4.5m/min。将板坯在均热炉中加热到1200℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1150℃，精轧机的终轧温度为950℃，终轧速度为8m/s，轧后以65℃/s的冷速快速冷却到600℃进行卷取。随后将热轧试样加热到1120℃，保温2min，随炉冷却到960℃，保温2min，然后淬沸水冷却。热轧常化板按照传统取向硅钢的一次冷轧的生产工艺生产取向硅钢。经测试产品的铁损P_1.7=1.46w/kg，磁感B₈=1.79T，达到国标GB2521-1996规定的30Q150的性能指标。

实施例3：按照本发明低温取向硅钢的化学成分进行冶炼，其化学成分按照重量百分比配比如下：：C：0.047％，Si：3.05％，Mn：0.047％，Nb：0.045％，S：0.016％，N：0.0095％，Als: 0.016％,Cu：0.074％, Cr：0.022％，P：0.016％，余量Fe。通过转炉冶炼，LF和RH精炼，板坯连铸后，板坯进均热炉前的温度为911℃，板坯拉速为4.2m/min。将板坯在均热炉中加热到1180℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1120℃，精轧机的终轧温度为920℃，终轧速度为6.7m/s，轧后以56℃/s的冷速快速冷却到570℃进行卷取。随后将热轧试样加热到1115℃，保温3min，随炉冷却到940℃，保温3min，然后淬沸水冷却。热轧常化板按照传统取向硅钢的一次冷轧的生产工艺生产取向硅钢。经测试产品的铁损P_1.7=1.37w/kg，磁感B₈=1.84T，达到国标GB2521-1996规定的30Q140的性能指标。

实施例4：按照本发明低温取向硅钢的化学成分进行冶炼，其化学成分按照重量百分比配比如下：：C：0.052％，Si：3.22％，Mn：0.043％，Nb：0.055％，S：0.013％，N：0.001％，Als: 0.020％,Cu：0.076％, Cr：0.023％，P：0.012％，余量Fe。通过转炉冶炼，LF和RH精炼，板坯连铸后，板坯进均热炉前的温度为921℃，板坯拉速为3.8m/min。将板坯在均热炉中加热到1190℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1120℃，精轧机的终轧温度为915℃，终轧速度为6.5m/s，轧后以58℃/s的冷速快速冷却到572℃进行卷取。随后将热轧试样加热到1116℃，保温3min，随炉冷却到945℃，保温3.5min，然后淬沸水冷却。热轧常化板按照传统取向硅钢的一次冷轧的生产工艺生产取向硅钢。经测试产品的铁损P_1.7=1.38w/kg，磁感B₈=1.83T，达到国标GB2521-1996规定的30Q140的性能指标。

实施例5：按照本发明低温取向硅钢的化学成分进行冶炼，其化学成分按照重量百分比配比如下：：C：0.054％，Si：3.08％，Mn：0.044％，Nb：0.056％，S：0.014％，N：0.0092％，Als: 0.021％,Cu：0.074％, Cr：0.026％，P：0.010％，余量Fe。通过转炉冶炼，LF和RH精炼，板坯连铸后，板坯进均热炉前的温度为905℃，板坯拉速为3.5m/min。将板坯在均热炉中加热到1195℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1125℃，精轧机的终轧温度为880℃，终轧速度为6.8m/s，轧后以62℃/s的冷速快速冷却到560℃进行卷取。随后将热轧试样加热到1112℃，保温3min，随炉冷却到925℃，保温4min，然后淬沸水冷却。热轧常化板按照传统取向硅钢的一次冷轧的生产工艺生产取向硅钢。经测试产品的铁损P1.7=1.36w/kg，磁感B8=1.82T，达到国标GB2521-1996规定的30Q140的性能指标。

Claims (4)

1.一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.04～0.06％，Si：2.80～3.40％，Mn：0.04～0.06％，Nb：0.04～0.12％，S：0.01～0.02％，N：0.0085～0.012％，Als: 0.01～0.025％,Cu：0.07～0.08％, Cr≤0.03％，P≤0.02％，余量Fe。

2.根据权利要求1所述的降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其特征在于，化学成分按照重量百分比配比如下：C：0.04～0.06％，Si：3.0～3.20％，Mn：0.04～0.05％，Nb：0.04～0.10％，S：0.015～0.02％，N：0.0085～0.010％，Als: 0.015～0.020％,Cu：0.07～0.08％, Cr≤0.03％，P≤0.01％，余量Fe。

3.根据权利要求1所述的降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂，其特征在于，主抑制剂为Nb(C，N)，辅助抑制剂为AlN 、Cu₂S、 (Cu,Mn)S和晶界偏聚元素Cr，析出物尺寸为5～60nm，且弥散分布在基体中。

4.一种如权利要求1所述降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂的制备方法，包括连铸工序、轧制工序、常化工序，其特征在于：

所述连铸工序的工艺参数控制如下：将连铸板坯进均热炉前的温度控制在900℃以上，板坯拉速为3～4.5m/min；

所述轧制工序的工艺参数控制如下：将板坯在均热炉中加热到1100～1200℃保温后进行粗轧和精轧，粗轧机的开轧温度为1050～1150℃，精轧机的终轧温度为850～950℃，末架轧机的速度（即终轧速度）为6～8m/s，轧后以大于50℃/s的冷速快速冷却到550～600℃进行卷取；

所述常化工序的工艺参数控制如下：将热轧试样加热到1100～1120℃，保温2～4min，随炉冷却到900～960℃，保温2～4min，然后淬沸水冷却。