CN104073714A

CN104073714A - 表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN104073714A
Application number: CN201310106517.4A
Authority: CN
Inventors: 张峰; 王彦伟; 章培莉; 朱简如; 陈凌云; 马长松; 吕学钧
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-01

Abstract

表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一种以上，总量不超过0.2%，其余为Fe及不可避免的夹杂；其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)²+b，a=0.03～0.10，b=0～0.20。本发明通过控制无取向电工钢板磷含量，热轧精轧入口温度，冷轧工作辊辊面粗糙度，以及控制冷轧道次或者机架压下率，实现了无瓦楞状缺陷的高磁感、低铁损无取向电工钢板生产，具有操作简便、控制方便、节能环保、易于实现，成本低廉、磁性优良等特点，热轧带钢无须采用常化处理。

Description

表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及无取向电工钢板及其制造方法，尤其涉及表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法。

背景技术

硅含量较高的无取向电工钢板，成品带钢表面沿轧制方向会出现凸凹不平的波纹，类似瓦楞状，俗称“瓦楞状缺陷”。该缺陷会降低成品带钢的叠片系数，导致成品带钢磁性变差和绝缘膜层间电阻降低，从而降低终端产品的使用寿命和综合性能。因此，绝大多数用户都明确要求，不允许成品带钢存在瓦楞状缺陷。

瓦楞状缺陷的产生机理可以解释如下：板坯中的等轴晶率较低，而柱状晶粗大、发达。柱状晶生长方向〈001〉，该方向为（001）法向，也是热流梯度最大方向。这样在热轧过程中，粗大的柱状晶因动态回复和再结晶缓慢而不能彻底破碎。而板板坯柱状晶极易沿热流方向长大，并形成具有一定取向关系的粗大柱状晶，造成轧制过程中的不均匀变形，热轧结束后板厚中心主要是纤维组织，并在后续生产中无奥氏体与铁素体相变，以后的冷轧和退火过程中难以再结晶，使得组织均匀性无法消除，遗传至成品，最终形成凸凹不平的瓦楞状缺陷。

磷的作用与硅类似，可以明显改善成品带钢的电阻率，促进成品带钢的晶粒长大，从而提高成品带钢的磁感，降低成品带钢的铁损。因此，磷往往被作为有益元素加入到钢中。此外，磷是强铁素体形成元素，即使向钢中添加微量的磷，也会产生明显的柱状晶生长效果，同时引起成品带钢的晶粒细化。由于后续生产中，带钢内部无奥氏体与铁素体相变，冷轧过程中，粗大的柱状晶不能彻底破碎，以后的退火过程中难以再结晶，使得组织均匀性无法消除，遗传至成品，最终形成凸凹不平的瓦楞状缺陷。

通常，治理瓦楞状缺陷的方法主要有，采用电磁搅拌，提高板坯等轴晶率。例如日本专利昭49-39526；增加钢中碳、锰含量，降低热轧相变温度。例如日本专利昭48-49617，中国专利CN101275198、CN1548569，CN101139681等；采用低温浇铸，提高板坯等轴晶率。例如日本专利昭53-14609，平2-192853；提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，使带钢充分再结晶。例如日本专利昭49-27420、昭49-38813、昭53-2332、昭61-69923，中国专利CN1611616，CN1548569；采用常化处理，使带钢组织充分再结晶。例如，日本专利昭61-127817等。

以上方法视钢种牌号、生产工艺、加工成本以及成品磁性、表面状态等需求不同，可以单独使用或者配合使用。上述方法分别具有以下特点和要求：

采用电磁搅拌，提高板坯等轴晶率。该法采用电磁搅拌，通过强电磁力对粗大的柱状晶进行破碎，其效果最为有效。它可以明显减少板坯柱状晶率以及提高板坯等轴晶率，尤其是采用二次或以上电磁搅拌，还可以有效抑制中心区形成二次柱状晶。此法的主要缺点是，搅拌效果取决于钢中硅含量、磷含量以及电磁搅拌次数。对于硅含量偏低、磷含量偏高的钢种而言，经过一次电磁搅拌后，板坯中的等轴晶比较容易聚集、结合，再次形成粗大的柱状晶，因此需要采用二次或以上电磁搅拌，并严格控制钢液浇铸、冷却效果。此外，电磁搅拌的生产成本非常高。

增加钢中碳、锰含量，降低热轧相变温度。该法主要是通过增加钢中碳、锰含量，使板坯加热和热轧时发生相变，促进动态回复和再结晶，以消除粗大形变晶粒。此法的主要缺点是，以后退火要脱碳，容易产生内氧化层和内氮化层，恶化钢的磁性。大幅增加钢中锰含量，还会显著增加钢的制造成本，恶化连铸浇铸状态，并导致热轧、冷轧过程出现轧制波动。

采用低温浇铸，提高板坯等轴晶率。该法主要是通过降低浇铸过程的钢液过热度，减少板坯中的柱状晶率，提高等轴晶所占比率。此法的主要缺点是，要求钢液过热度范围很窄，难以有效控制，同时也影响连铸正常操作，过低的钢水过热度还会劣化成品电磁性能。

提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，使带钢充分再结晶。该法主要是通过提高板坯出炉温度，调整板坯升温速率，控制精轧终轧温度，以及控制热轧首、末道次压下率，以破碎板坯中的粗大柱状晶，抑制粗大形变晶粒的发展，并使带钢充分再结晶。此法的主要缺点是，提高板坯出炉温度会造成MnS、AlN等夹杂物固溶加剧，进而恶化成品带钢的磁性。同时，为确保带钢再结晶效果，还对钢中的杂质元素S、N等含量提出严格要求。另外，含磷钢种热轧板坯加热过程中材质偏软，提高出炉温度和在炉时间，板坯比较容易产生“塌腰”，从而影响热轧稳定生产。

采用常化处理，使带钢充分再结晶。采用一次冷轧法时，硅含量较高的钢种必须进行常化处理，其目的之一就是，使热轧板中的再结晶率增多，防止出现瓦楞状缺陷。此法的主要缺点是，生产成本很高，不适用于附加值较低的中低牌号硅钢。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板及其制造方法，实现了无瓦楞状缺陷的高磁感、低铁损无取向电工钢板生产，具有操作简便、控制方便、节能环保、易于实现，成本低廉、磁性优良等特点。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

本发明通过控制无取向电工钢板磷含量，热轧精轧入口温度，冷轧工作辊辊面粗糙度，以及控制冷轧道次或者机架压下率；同时，连铸浇铸时使用二次或以下电磁搅拌，或者不使用电磁搅拌，板坯拉速正常，并可以保持较高钢水过热度，以及热轧板坯加热时保持正常的出炉温度、终轧温度、卷取温度，热轧带钢无须采用常化处理。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，

表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一种以上，总量不超过0.2%，其余为Fe及不可避免的夹杂。

具有上述化学成分的板坯经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得；依次经过热轧、酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。

表面状态良好的高磁感、低铁损无取向电工钢板，通过控制磷含量，以改善热轧结晶效果和控制成品带钢晶粒尺寸，要求[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)²+b，a=0.03～0.10，b=0～0.20。

热轧过程中，板坯出炉温度控制在1000～1250℃，终轧温度控制在800～1000℃，卷取温度控制在500～800℃，并且要求热轧精轧入口中间坯温度确保≥970℃。

冷轧时各道次或机架的工作辊，至少有一对辊面粗糙度≤0.40um，冷轧时各道次或机架累计压下率≥77%，最后道次或机架压下率≤20%。

在本发明成分设计中：

C：0.005%以下。C是强烈抑制晶粒长大的元素，容易造成带钢铁损增加，并产生严重的磁时效。同时，C还能扩大γ相区，并在常化处理时，使α与γ两相区转变量增加，从而显著降低Ac1点，并对结晶组织起细化作用，因此必须控制在0.005%以下。

Si：0.8%～2.0%。Si能显著增加钢的电阻率，改善成品带钢的磁性。Si含量低于0.8%时，钢的电磁性能不佳，Si含量高于2.0%时，热轧过程不会发生相变，不采用常化处理时，难以消除瓦楞状缺陷。

Al：0.2%～1.0%。Al是增加钢的电阻率的有效元素，Al含量低于0.2%时，钢的电磁性能不稳定，Al含量高于1.0%时，将使冶炼浇注困难，制造成本增加。

Mn：0.2%～1.0%。Mn与Si、Al元素相同，可以增加钢的电阻率，同时改善电工钢表面状态，因此有必要添加0.2%以上的含量。同时，Mn含量高于1.0%时，将使冶炼浇注困难，制造成本增加。

S：0.005%以下。超过0.005%将使MnS等S化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

N：0.005%以下。超过0.005%将使AlN等N化物析出量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

O：0.005%以下。超过0.005%将使Al₂O₃等O化物夹杂量大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。

Sb、Sn、Ca、Mg、RE：总量控制在0.2%以下。能够净化钢液，提高钢水纯净度，改善成品织构，抑制消除应力退火过程中的增氮，改善成品带钢的电磁性能。

本发明的表面状态良好的高磁感、低铁损无取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：

1)无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一种以上，总量不超过0.2%，其余为Fe及不可避免的夹杂，按照上述化学成分，经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)²+b，a=0.03～0.10，b=0～0.20；

2)板坯经过加热后，分别进行粗轧、精轧、冷却、卷取；其中，板坯出炉温度为1000～1250℃，终轧温度为800～1000℃，卷取温度为500～800℃，并且热轧精轧入口中间坯温度≥970℃；

3)酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板；其中，冷轧时各道次或机架的工作辊，至少有一对辊面粗糙度≤0.40um，冷轧时各道次或机架累计压下率≥77%，最后道次或机架压下率≤20%。

在本发明制造方法中：

冷轧过程中，采用一次或以上的轧制法。各道次或机架的工作辊，至少有一对辊面粗糙度≤0.40um，最后道次或机架压下率≤20%，以确保成品板型，轧制后的成品板不出现边裂，并为后续退火、涂层提供有利条件。要求各道次或机架累计压下率≥77%，以尽可能的破碎热轧结束后，没有破碎的粗大柱状晶，抑制粗大形变晶粒的发展，并为成品带钢的退火过程充分再结晶提供有利条件。

在本发明的化学成分下，采用上述控制方法后，可以在连铸时使用二次或以下电磁搅拌，或者不使用电磁搅拌。板坯浇铸速度正常，并且可以保持较高的钢水过热度，钢液平均过热度为10～35℃，最高可以达到45℃，而确保板坯中有30%或以上数量的等轴晶率。

通过合理控制不同钢种的磷含量，在通常的板坯出炉温度下，通过控制热轧精轧入口中间坯温度，即可以确保热轧板内的组织达到良好的结晶效果，提高热轧带钢纤维组织的再结晶率，改善热轧带钢的组织均匀性，有利于改善成品带钢表面的瓦楞状缺陷。热轧带钢无须采用常化处理。对于热轧过程中，没有破碎的粗大柱状晶，以及为控制含磷钢种轧破、边裂，冷轧时采用提高总的压下率，继续破碎粗大等轴晶率，以抑制粗大形变晶粒的发展。

这与其它发明通过采用强电磁搅拌力破碎板坯中的柱状晶，使之尽可能的转变为细小的等轴晶，以大幅提高板坯中的等轴晶率；或者通过大幅提高C、Mn含量，提高加热过程中的板坯出炉温度，使板坯内部发生γ→α相变，同时利用高温状态扩大板坯内部的再结晶组织，提高板坯再结晶率截然不同。这些发明除需要大幅增加设备投资、增加能源消耗外，更为重要的是，电磁搅拌工艺难以和化学成分、钢水过热度准确匹配，尤其是在低硅含量以及在钢水过热度控制不当时，电磁搅拌的控制效果不稳定，难以达到预期效果；而采用提高C、Mn含量或者提高板坯出炉温度时，加热炉的加热负荷分布会前移，造成板坯高温时间段较长，板坯容易产生“塌腰”缺陷，并且直接影响成品带钢的磁性。

上述控制要求中，磷的范围至关重要，并与硅、铝含量相关。一方面，硅、铝含量越高，磷含量应该越低。因为磷容易导致冷脆，造成成品带钢冷轧过程中产生边裂、轧破；热轧、冷轧纤维组织发达，还会导致粗大形变晶粒发展，成品带钢表面容易产生瓦楞状缺陷，并且成品带钢晶粒细化，劣化成品带钢的电磁性能。同时，如上所述，磷的作用与硅类似，可以明显改善成品带钢的电阻率，促进成品带钢的晶粒长大，从而提高成品带钢的磁感，降低成品带钢的铁损。因此，合适的磷含量对于表面状态良好的高磁感、低铁损无取向电工钢板至关重要。

为确保含磷钢种的成品表面状态，避免高温状态下含磷钢种，板坯材质偏软容易产生“塌腰”缺陷，而降低板坯出炉温度容易引起板坯加热不充分，热轧板晶粒生长不充分，粗大形变晶粒发展以及纤维组织发达等，可以通过控制精轧入口中间坯温度来保证热轧板再结晶效果，抑制粗大形变晶粒发展。

对于热轧过程中，未能有效破碎的粗大柱状晶，利用提高冷轧累计压下率的方式，进一步破碎粗大柱状晶，抑制粗大形变晶粒的发展。大压下容易产生边裂、轧破，尤其是对于含磷钢种。因此，冷轧时各道次或机架的工作辊，至少有一对辊面粗糙度≤0.40um，最后道次或机架压下率≤20％，以确保成品板型，轧制后的成品板不出现边裂，并为后续退火、涂层提供有利条件。按照本发明上述方法生产的无取向电工钢板，表面状态良好，具有高磁感、低铁损等特点。

附图说明

图1为1.0％Si、0.02％P钢常规工艺对应的热轧板再结晶组织。

图2为1.0％Si、0.05％P钢常规工艺对应的热轧板再结晶组织。

图3为1.0％Si、0.08％P钢常规工艺对应的热轧板再结晶组织。

图4为热轧精轧入口温度和成品瓦楞状缺陷发生率的关系。

图5为冷轧总压下率72％和成品带钢表面瓦楞状缺陷的关系。

图6为冷轧总压下率75％和成品带钢表面瓦楞状缺陷的关系。

图7为冷轧总压下率77％和成品带钢表面瓦楞状缺陷的关系。

具体实施方式

表1所示化学成分的溶钢，经300吨转炉冶炼、RH精炼以及连续铸钢后，得到170mm～250mm厚、800mm～1400mm宽的板坯。经1150℃×3h加热后，终轧温度850℃，卷取温度570℃，成为1.6mm～4.0mm厚、800mm～1400mm宽的热卷。然后进行酸洗、冷轧，成为0.5mm厚的冷卷，最后经退火处理后，测试成品钢卷的电磁、力学性能，检测成品钢卷的表面状态，结果见表2。

表1 单位：重量百分比

	类型	C	Si	Mn	P	S	Al	N	O	Sb	Sn	Fe
													实施例1	A	22	0.81	0.53	0.07	23	0.69	15	8	0.05	＜10	其余
实施例2	A	24	0.81	0.26	0.04	36	0.78	11	9	＜10	0.04	其余
													实施例3	A	18	0.83	0.26	0.09	26	0.39	17	14	0.04	＜10	其余
实施例4	B	14	1.02	0.28	0.05	20	0.34	20	16	0.05	＜10	其余
													实施例5	C	11	1.28	0.57	0.05	21	0.27	22	11	0.04	＜10	其余
实施例6	C	27	1.26	0.31	0.04	28	0.91	18	24	0.02	0.04	其余
													实施例7	C	16	1.28	0.88	0.06	18	0.41	26	10	0.05	＜10	其余
实施例8	D	29	1.45	0.97	0.07	31	0.27	18	16	＜10	＜10	其余
													实施例9	D	18	1.43	0.29	0.06	29	0.32	28	22	＜10	＜10	其余

比较例1	A	11	0.80	0.55	0.11	35	0.70	15	13	0.08	＜10	其余
													比较例2	A	23	0.81	0.28	0.03	26	0.42	18	11	＜10	＜10	其余
比较例3	B	29	0.97	0.28	0.09	24	0.25	24	16	＜10	0.05	其余
													比较例4	B	17	1.02	0.41	0.02	29	0.35	16	11	＜10	＜10	其余
比较例5	C	18	1.32	0.57	0.08	30	0.27	19	9	＜10	＜10	其余
													比较例6	C	22	1.28	0.97	0.15	25	0.28	20	16	＜10	＜10	其余
比较例7	D	19	1.43	0.66	0.06	25	0.38	11	12	＜10	0.04	其余
													比较例8	D	22	1.47	0.31	0.02	28	0.49	22	12	＜10	0．02	其余

表2

备注：×不好；O良好“

“表面状态良好”定义为：肉眼直视、斜视时，带钢表面无瓦楞状缺陷条纹；手摸无触感；采用波纹仪测量沿板宽方向带钢表面厚度时，波纹厚度差低于40um。

高磁感低铁损，针对每个钢种，符合相应的判定条件。例如，对于A钢种，铁损低于控制上限，磁感高于控制下限，即为高磁感、低铁损。二者必须同时满足控制要求。

A，铁损≤5.20W/kg，磁感≥1.75T；

B，铁损≤4.90W/kg，磁感≥1.74T；

C，铁损≤3.90W/kg，磁感≥1.71T；

D，铁损≤3.70W/kg，磁感≥1.69T。

参见图1～图3，可以看出，随钢中磷含量的增加，热轧板纤维组织发达，粗大形变晶粒发展，需要采用本发明控制方法进行改善。

参见图4，随热轧精轧入口中间坯温度的提高，粗大的柱状晶组织生长得到有效抑制，热轧板再结晶组织充分，轧制过程均匀变形，板厚中心纤维组织降低，以后的冷轧和退火过程中容易再结晶，有利于消除凸凹不平的瓦楞状缺陷。

参见图5～图7，从中可以看出，总压下率≥77%以后，成品带钢表面的瓦楞状缺陷得以有效去除。

本发明通过控制无取向电工钢板磷含量，热轧精轧入口温度，冷轧工作辊辊面粗糙度，以及控制冷轧道次或者机架压下率，实现了无瓦楞状缺陷的高磁感、低铁损无取向电工钢板生产，具有操作简便、控制方便、节能环保、易于实现，成本低廉、磁性优良等特点。同时，连铸浇铸时使用二次或以下电磁搅拌，或者不使用电磁搅拌，板坯拉速正常，并可以保持较高钢水过热度，以及热轧板坯加热时保持正常的出炉温度、终轧温度、卷取温度，热轧带钢无须采用常化处理。

Claims

1.表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一种以上，总量不超过0.2%，其余为Fe及不可避免的夹杂，化学成分P的重量百分比控制要求为：[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)²+b；其中，a=0.03～0.10，b=0～0.20。

2.表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：

1)无取向电工钢板的化学成分重量百分比为：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一种以上，总量不超过0.2%，其余为Fe及不可避免的夹杂，其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)²+b，a=0.03～0.10，b=0～0.20；按照上述化学成分，经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯，板坯中有30%以上数量的等轴晶率；

3.如权利要求2所述的表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板的制造方法，其特征是，浇铸时，以0.4～1.6m/min的速度进行浇铸，钢液平均过热度为10～35℃。

4.如权利要求2所述的表面良好的高磁感低铁损无取向电工钢板的制造方法，其特征是，热轧精轧入口中间坯温度≥1000℃。