CN104178617A - 控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法 - Google Patents

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张元祥
方烽
王洋
卢翔
焦海涛
曹光明
李成刚
刘振宇
王国栋
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Abstract

本发明属于冶金技术领域,为了提高无取向硅钢的磁性能,提供一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法。方法为,将无取向硅钢钢液经中间包浇入双辊薄带连铸机,铸成厚度为2.5±0.3mm的铸带;将铸带冷却后进行卷取,对卷取的铸带经酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm薄带;薄带冷轧后进行快速退火,经退火薄带在冲片后采用去应力退火消除残余应力,得到无取向硅钢成品。无取向硅钢成品的磁性能:铁损值P15/504.76~7.34W/kg,磁感B501.793~1.840T。本发明通过控制快速热处理结合薄带连铸生产的无取向硅钢,技术简单易于实现,其组织和织构成分可控,退火效率高,产品磁性能提高明显。

Description

控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金技术领域,具体涉及一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法。
背景技术
[0002] 无取向硅钢,又名无取向电工钢,是一种含碳很低的S1-Fe合金,钢板/带中晶粒呈无规则取向分布,产品公称厚度为0.35、0.5mm和0.65mm,主要用于制造电动机和发电机。硅钢片的磁性能不仅直接关系到电能的损耗,而且决定了电机、变压器等产品的性能、体积、重量和成本,为了降低电能消耗,提高电机使用效率,达到节能降耗的目的,降低成品铁损值和提高磁感应强度是无取向硅钢制造行业一直追求的目标。
[0003] 传统工艺中采用“连铸一热轧一常化一酸洗一冷轧一退火”流程进行低铁损、高磁感无取向电工钢的生产,不仅工艺复杂、流程冗长,而且冶炼和加工成本过高。双辊薄带连铸生产高品质硅钢是一种节能、环保的短流程生产技术,钢水在双辊薄带连铸机上旋转的具有冷却作用的双辊间直接形成I~5mm厚的薄带,冷速可达12~104°C /s,从而可以省去热轧、常化工艺直接进行冷轧。但是,目前在双辊薄带连铸生产硅钢过程中,对影响无取向硅钢磁性能的控制方法 ,尤其对其组织与织构的控制方法研究较少。
[0004] 影响无取向硅钢磁性能的因素主要包括退火组织中晶粒尺寸和织构特征。而退火时,加热速率、均热温度、保温时间和冷却速率是影响再结晶晶粒长大和织构形成的主要因素。近年来,新一代的快速退火技术脱颖而出,该技术是利用先进的感应或电阻加热(加热速率可达~5000°C/s),可以使带钢在非常短的时间内(几秒甚至几十秒分之一)完成升温过程,大大提高退火效率,实现对温度路径的控制,为材料提供了更具灵活性和柔性化的组织-性能控制手段。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了提高无取向硅钢的磁性能,提供一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法。该方法将双辊薄带连铸的无取向硅钢带,在省略热轧、常化等工艺基础上,经直接冷轧至成品厚度后进行快速加热退火处理,可有效控制和改善无取向硅钢的组织与织构,进而影响最终产品的磁性能。本专利在国家自然科学基金项目(U1260204 ;51174059)资助下完成。
[0006] 一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,包括以下步骤:
[0007] (I)无取向硅钢的化学成分按照质量百分比为:C:<0.005%,S1:0.5%~1.4%,Mn:0.2%~0.4%, Al:0.2%~0.4%,0..( 0.005%, S..( 0.005%, N..( 0.008%,其余为Fe和不可避免的杂质;将无取向硅钢冶炼成钢液,控制浇注温度为1540~1600°C,将钢液经中间包浇入双辊薄带连铸机的熔池内,熔池由旋转的钢辊和侧封板组成,钢水与钢辊的结晶辊面接触后快速凝固并成形,得到厚度为2.5±0.3mm的铸带;所述铸带的铸态组织为单相铁素体,表层晶粒比较细小,次表层为较大的柱状晶,中心层为细小等轴晶,平均晶粒尺寸为360~400μπι ;
[0008] (2)将铸带空冷至温度500~700°C后进行卷取;
[0009] (3)对卷取的铸带经酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm厚度的薄带;
[0010] (4)将薄带进行快速退火,保护气氛为体积分数分别为30% H2和70% N2,加热速率变化范围为25~300°C /s,退火温度为950±5°C,升温阶段和保温阶段时间共为5min,然后空冷至室温;随着加热速率增加,晶粒尺寸略有减小,300°C /s时晶粒尺寸约为38 μ m,有利织构即Goss织构和Cube织构强度提高比较明显,对于磁性能不利的Y组分织构降低;在25°C /s的条件下,Y组分中{111}〈112〉面积分数为3.52%,而对应的Goss织构面积分数为4.43%,在300°C /s的条件下Y组分中{111}〈112〉面积分数降至2.23%,而对应的Goss织构面积分数达到4.83% ;
[0011] (5)退火后的薄带在冲片后采用750°C X2h去应力退火消除残余应力,得到无取向硅钢成品。
[0012] 对无取向硅钢成品的磁性能采用单片测量,铁损值P15/5(l为4.76~7.34W/kg,磁感B50 为 1.793 ~1.840T。
[0013] 本发明的基本原理为:双辊薄带连铸生产无取向硅钢在控制铸带组织和织构方面具有独特的优势。首先,双辊薄带连铸工艺的成形特点决定了铸带组织比传统热轧组织的晶粒更加粗大,其铸带晶粒尺寸相当于传统热轧后经过常化处理的冷轧坯料,有利于增加Goss和Cube等有利织构,而且由于热轧织构的消失,冷轧退火后,减少了热轧过程中形成的Y织构的遗传作用。其次,双辊薄带连铸工艺冷却速度很快,凝固时容易生成{100}〈0胃> 位向的柱状晶,{100}面织构非常发达,如图1所示。因此通过合理控制铸轧参数,获得具有理想组织和织构的薄带坯,通过后续冷轧及热处理工艺,从而获得具有良好磁性能的无取向硅钢。通过快速加热退火处理的方法,能有效抑制回复进行,提高再结晶形核前的形变储能,未释放的储能能够促进形核和大角度晶界的迁移,而形核率的增加和晶界迁移率的提高对再结晶组织和织构产生较大的影响,进而可以控制和改善无取向硅钢的磁性能,特别是对于薄带铸轧硅钢,由于其铸态组织具有晶粒均匀粗大,柱状晶和等轴晶比例可控,织构较漫散等特点,薄带连铸无取向硅钢冷轧之后进行快速热处理,能够抑制对无取向硅钢性能不利的Y织构,获得理想的立方和高斯织构,同时还能控制退火后组织状态,达到退火后组织与织构可控的目的。
[0014] 本发明的优势在于:
[0015] 1、本发明的材料学原理在于快速热处理技术可以从本质上影响材料的回复、再结晶和晶粒长大,其特点和优异效果为快速热处理技术简单易于实现,同时大大提高退火效率,实现对温度路径的控制,结合薄带连铸生产的无取向硅钢的组织和织构成分特点,为薄带连铸无取向硅钢材料提供了更具灵活的组织-性能控制手段,可以获得具有良好磁性能的高效电机钢,达到降低电能消耗、提高电机使用效率、节约能源的目的。
[0016] 2、本发明采用双辊薄带连铸的方法,较常规工艺省略热轧、常化等工艺,是一种节能、环保的短流程生产技术。
[0017] 3、本发明技术简单易于实现,退火效率高,产品磁性能提高明显,对无取向硅钢成品的磁性能采用单片测量,铁损值P15/5(l为4.76~7.34W/kg,磁感B5tl为1.793~1.840T。
附图说明
[0018] 图1实施例1中铸得的铸带典型金相组织微观取向图;
[0019] 图2实施例1~3中冷轧薄带快速热处理后的金相显微组织图;
[0020] 图3实施例1~3中冷轧薄带快速热处理后的晶粒取向图;
[0021] 图4实施例1~3中冷轧薄带快速热处理后的织构图(1/2Η、φ2=45° )。
具体实施方式
[0022] 实施例1
[0023] 1、无取向硅钢按照化学成分质量百分比配制:C:0.0032 %,S1:1.39%,Mn:0.20%, Al:0.32%, O:0.0043%, S:0.004%, N:0.0072%,其余为 Fe 和不可避免的杂质;将无取向硅钢冶炼成钢液,控制浇注温度为1560±2°C,将钢液经中间包浇入双辊薄带连铸机的熔池内,熔池由旋转的钢辊和侧封板组成,钢水与钢辊的结晶辊面接触后快速凝固并成形,得到厚度为2.5±0.3mm的铸带,该铸带组织为单相铁素体,沿厚度方向不均匀,次表层为较大的柱状晶,平均晶粒尺寸约为360 μ m,如图1所示;
[0024] 2、将铸带空冷至699±1°C后进行卷取;
[0025] 3、对卷取的铸轧薄带酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm厚度薄带;
[0026] 4、薄带冷轧后切片(500X40X0.5mm3),进行快速退火试验,保护气氛为体积分数为30% H2+70% N2,加热速率为25°C /s,退火温度为950±5°C,升温阶段和保温阶段时间共为5min,然后空冷至室温;
[0027] 退火后,再结晶晶粒尺寸约为60μπι,见图2(a),微观取向中主要为〈11D//ND和<110>//ND取向,但是Y组分并不占优势,见图3(a) ;GoSS织构强度为4.13,面积分数达到4.43% ;Cube织构强度为1.36,面积分数达到1.52 %,对于磁性能不利的Y组分{111}〈112>取向强度为3.29,面积分数为3.52%,见图4(a);
[0028] 5、将切片冲片,冲裁成尺寸为30mm*10mm后,采用750°C X 2h去应力退火消除残余应力,得到成品无取向娃钢。
[0029] 对成品无取向硅钢的磁性能采用单片测量,磁感B5tl达到1.793T,铁损P15/5(l为6.76W/kg。
[0030] 实施例2
[0031] 1、无取向硅钢按照化学成分质量百分比配制:C:0.0032 %、Si:1.23%, Mn:0.41%,Al:0.20%, O:0.0043%, S:0.0042%,N:0.0052%,其余为 Fe 和不可避免的杂质;将无取向硅钢冶炼成钢液,控制浇注温度为1598±2°C,将钢液经中间包浇入双辊薄带连铸机的熔池内,熔池由旋转的钢辊和侧封板组成,钢水与钢辊的结晶辊面接触后快速凝固并成形,得到厚度为2.5±0.1mm的铸带,铸带组织为单相铁素体,表层和中下层为细小等轴晶,次表层为柱状晶,平均晶粒尺寸约为400 μ m ;
[0032] 2、将铸带空冷至601 ±1°C后进行卷取;
[0033] 3、 对卷取的铸轧薄带酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm厚度薄带;
[0034] 4、薄带冷轧后切片(500X40X0.5mm3),进行快速退火试验,保护气氛为体积分数为30% H2+70% N2,加热速率为100°C /s,退火温度为950±5°C,升温阶段和保温阶段时间共为5min,然后空冷至室温;
[0035] 退火后,再结晶晶粒尺寸约为40μπι,见图2(b);微观取向中主要为〈11D//ND和<110>//ND取向,见图3(b) ;Cube织构强度为1.48,面积分数1.62%, Goss织构强度为
3.83,面积分数4.06%,优势比较明显,而对于磁性能不利的Y组分{111}〈112>取向强度为2.93,面积分数3.04%,见图4(b);
[0036] 5、将切片冲片,冲裁成尺寸为30mm*10mm后,采用750°C X 2h去应力退火消除残余应力,得到成品无取向娃钢。
[0037] 对成品无取向硅钢的磁性能采用单片测量,磁感B5tl达到1.818T,铁损P15/5(l为4.76W/kg。
[0038] 实施例3
[0039] 1、无取向硅钢按照化学成分质量百分比配制:C:0.0032 %,S1:0.52%,Mn:
0.35%, Al:0.40%, O:0.0043%, S:0.0035%, N:0.0052%,其余为 Fe 和不可避免的杂质;将无取向硅钢冶炼成钢液,控制浇注温度为1542±2°C,将钢液经中间包浇入双辊薄带连铸机的熔池内,熔池由旋转的钢辊和侧封板组成,钢水与钢辊的结晶辊面接触后快速凝固并成形,得到厚度为2.5±0.2mm的铸带,铸带组织为单相铁素体,铸带组织不均匀,表层为细小等轴晶,次表层为粗大的柱状晶,平均晶粒尺寸约为390μπι ;
[0040] 2、将铸带空冷至501 ± I °C后进行卷取;
[0041] 3、将卷取的铸轧薄带酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm厚度薄带;
[0042] 4、薄带冷轧后切片(500X40X0.5mm3),进行快速退火试验,保护气氛为体积分数为30% H2+70% N2,加热速率为300°C /s,退火温度为950±5°C,升温阶段和保温阶段时间共为5min,然后空冷至室温;
[0043] 退火后,再结晶晶粒尺寸约为38 μ m ;由图3 (C)可以发现,有利织构Goss织构和Cube织构强度优势比较明显,对于磁性能不利的Y组分织构明显降低;Y组分中{111}〈112〉取向强度为2.08,面积分数2.23%,而对应的Goss织构强度最强,达到4.5,面积分数4.83%,立方织构强度为1.98,面积分数2.12%,见图4(c);
[0044] 5、将切片冲片,冲裁成尺寸为30mm*10mm后,采用750°C X2h去应力退火消除残余应力,得到成品无取向娃钢。
[0045] 对成品无取向硅钢的磁性能采用单片测量,磁感B5tl达到1.838T,铁损P15/5(l为7.34W/kg。

Claims (7)

1.一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)将冶炼成钢液的无取向硅钢经中间包浇入双辊薄带连铸机的熔池内,熔池由旋转的钢辊和侧封板组成,钢水与钢辊的结晶辊面接触后快速凝固并成形,得到厚度为.2.5±0.3mm 的铸带; (2)将铸带冷却后进行卷取; (3)对卷取的铸带经酸洗后直接一阶段冷轧,得到0.5mm厚度的薄带; (4)将薄带进行快速退火,在保护气氛下,加热速率范围为25~300°C /s,退火温度为.950±5°C,升温阶段和保温阶段时间共为5min,然后空冷至室温; (5)退火后的薄带在冲片后经消除残余应力处理,得到无取向硅钢成品。
2.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,步骤(1)所述的钢液的浇注温度为1540~1600°C。
3.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,所述步 骤(2)中,将铸带冷却至500~700°C。
4.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,步骤(4)所述的保护气氛为:体积分数分别为30% H2和70% N2。
5.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,步骤(5)所述的消除残余应力处理方法为:采用750°C X2h去应力退火。
6.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,所述无取向硅钢的化学成分按照质量百分比为:C:〈0.005%, S1:0.5%~.1.4%,Mn:0.2%~0.4%,A1:0.2%~0.4%,0:≤ 0.005%,S 0.005%,N 0.008%,其余为Fe和不可避免的杂质。
7.根据权利要求1所述的一种控制双辊薄带连铸无取向硅钢磁性能的快速热处理方法,其特征在于,所述无取向硅钢成品的铁损值P15/Kl为4.76~7.34ff/kg,磁感B5tl为.1.793 ~1.840T。
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