CN104451372A - 一种高磁感高硅无取向硅钢板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电工钢板制造领域，特别涉及一种高磁感高硅无取向硅钢板及其制备方法。本发明的高磁感无取向硅钢板化学成分按照重量百分比为：Si:6.4~6.6%，Ce:0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe；其制备方法是首先冶炼钢水，然后在氩气气氛保护下进行铸轧得到无取向高硅钢薄带，将高硅钢薄带冷却至900~1100℃进行热轧，得到厚度为1.0~1.3mm的热轧板，将热轧板冷却至150~500℃进行温轧后酸洗、退火，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品。本发明的技术方案是添加微合金化元素Ce并采用匹配的铸轧、热轧和温轧相结合的制造工艺，显著提高高硅无取向硅钢薄板的磁感应强度。

Description

一种高磁感高硅无取向硅钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于电工钢板制造领域，特别涉及一种高磁感高硅无取向硅钢板及其制备方法。

背景技术

无取向电工钢广泛应用于电动机、变压器和磁屏蔽等电器元件的铁芯材料。目前，大规模工业化生产和应用的无取向电工钢的硅含量一般低于3.wt%。当硅含量达到6.5.wt%，无取向电工钢的综合磁性能将表现为极低的中高频铁损、近乎于零的饱和磁致伸缩、高磁导率和低矫顽力，特别适用于制作低噪音、低铁损变压器和电动机的铁芯材料，也成为高频电子元件的首选材料，甚至可应用于国防工业的尖端武器，市场前景广泛。但是由于6.5wt.%Si钢的低温塑性和韧性极差，常规生产工艺很难将其制备成薄板。

1978年，Tsuya和Arail采用快速凝固方法成功地制备出Fe-6.5wt.%Si合金薄带，引发了世界范围对6.5wt.%Si合金研究的热潮。不过，由于薄带成品宽度受限且产品厚度规格单一这一技术瓶颈迟迟未能解决，使该技术实现工业化生产举步维艰，到目前为止仍未实现产业化。二十世纪八十年代，日本钢管公司通过采用轧制和化学气相沉积(CVD)方法制造备出了Fe-6.5wt.%Si合金薄板，初步实现无取向6.5wt.%Si钢的工业化试制，并于1993年实现了规模化生产。其产品厚度规格分为0.5、0.35、0.2和0.1mm等。其中0.5mm及以上厚度规格薄板基于轧制方法制备，厚度低于0.2mm薄板基于渗硅方法，并分为梯度硅和无梯度硅两种产品。但是由于其渗硅基板是基于常规工艺经过大压下量轧制获得，极易形成高强度恶化磁感应强度的γ纤维织构，很难通过后续热处理工艺完全消除，因此，基于CVD法制备的6.5wt.%Si无取向硅钢的磁感应强度普遍偏低。此外，渗硅过程需要基板长时间维持在高温状态下，耗能极高，并且渗硅介质采用剧毒且腐蚀性极强的SiCl₄，为防止有毒气体泄露危害环境，生产设备对密封性要求极高，日常维护复杂。而且，利用该方法制备的6.5%Si无取向电工钢薄板的磁感应强度偏低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高磁感高硅无取向硅钢板及其制备方法，目的是通过添加微合金化元素Ce并采用匹配的轧制及热处理工艺，提高无取向硅钢的磁感应强度的，解决现有生产流程工艺复杂、制造工序多、设备要求高、能耗大、环境负荷大、磁性能不理想等问题。

本发明的高磁感高硅无取向硅钢板，其化学成分按照重量百分比为：Si: 6.4~6.6 %，Ce: 0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe，0.20mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.362T，B25≥1.492T，B50≥1.602T，0.30mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.424T，B25≥1.537T，B50≥1.628T，0.50mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.429T，B25≥1.523T， B50≥1.604T。

实现本发明目的的技术方案按照以下步骤进行：

（1）冶炼：采用熔炼炉按重量百分比冶炼成分为：Si: 6.4~6.6 %，Ce: 0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe的液态无取向硅钢钢水；

（2）铸轧：将液态钢水于1430~1500℃浇铸到中间包内，在氩气气氛保护下，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为10~100℃，熔池中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为20~80m/min，导出2.0~4.0mm厚、100~1000mm宽的无取向高硅钢薄带；

（3）热轧：将高硅钢薄带冷却至900~1100℃进行热轧，得到厚度为1.0~1.3mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至400~500℃进行温轧，每道次压下量为5~10%，得到厚度为0.30~0.60mm的温轧板，再于150~250℃进行温轧，每道次压下量为3%~5%，得到0.20、0.30、0.50mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：对温轧板进行酸洗以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：对酸洗后的冷轧板在氢气气氛中退火，退火温度为850~1150℃，退火时间10min~1h，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品。

其中，所述的步骤（5）中的酸洗采用质量浓度为2~10%的盐酸，酸洗温度50-90℃，酸洗时间2-10min。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

薄带铸轧是一种短流程、近终形制造技术，可将液态钢水直接凝固得到1~5mm厚的薄板，不仅节能降耗，而且能够提高生产效率、降低生产成本。利用薄带铸轧技术生产6.5%Si无取向硅钢板能解决现有生产流程工艺复杂、制造工序多、设备要求高、能耗大、环境负荷大和磁性能不理想等问题。

无取向硅钢磁性能恶化的关键因素之一是钢中大量细小的析出物或夹杂物，设法使析出物或夹杂物粗大化和无害化是改善无取向硅钢磁性能的重要途径。Ce元素具有极强的化学活性，一方面，它极易与钢液中的杂质元素如氧、硫以及一些低熔点夹杂物反应生成高熔点化合物，而这些高熔点夹杂物在冶炼过程中易于上浮和去除，从而净化钢液；另一方面，细小的MnS、AlN等析出物易于附着在铈的氧化物或硫化物上生长进而形成粗大的复合析出物，从而大幅减少细小MnS、AlN的数量。这对于改善高硅无取向硅钢的磁性能非常有利。

本发明是将薄带铸轧的亚快速凝固特性与Ce微合金化相结合，有助于使钢液更加洁净，使细小的析出物或夹杂物（如MnS、AlN等）的数量更少，从而达到改善6.5%Si无取向硅钢板磁性能的目的。本发明还在铸轧过程中对中间包和熔池进行氩气气氛保护，目的是防止钢水中的Ce元素因与空气中的氧、氮反应而损失以及大量Ce的氧化物和氮化物的形成。

总结起来，本发明的有益效果是：

（1）本发明的技术方案大幅缩短了高硅无取向硅钢薄板的制造流程，显著降低了生产成本、能耗及污染物排放，是一种低成本、短流程制造技术；

（2）本发明的技术方案是添加微合金化元素Ce并采用匹配的铸轧、热轧和温轧相结合的制造工艺，显著提高高硅无取向硅钢薄板的磁感应强度。

附图说明

图1 是本发明的工艺流程示意图；

其中：1：熔炼炉；2：中间包；3：结晶辊；4：熔池；5：铸带；6：热轧机；7：温轧机；8：酸洗槽；9：退火炉。

具体实施方式

本发明的工艺过程如图1所示。

实施例1

本实施例的高磁感高硅无取向硅钢板化学成分按照重量百分比为：Si:6.4 %，Ce: 0.005%，N：0.0029%，S：0.002%，P：0.012%，O：0.0023%，C：0.0031%，余量为Fe。

本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼：利用熔炼炉1冶炼出满足高硅钢化学成分要求的钢水，得到化学组分按重量百分比为Si:6.4 %，Ce: 0.005%，N：0.0029%，S：0.002%，P：0.012%，O：0.0023%，C：0.0031%，余量为Fe的液态钢水；

（2）铸轧：将上述的液态钢水于1430℃浇铸到中间包2内，在氩气气氛保护下，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为10℃，熔池4中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为20m/min，导出2.0mm厚、100mm宽的铸带5；

（3）热轧：将铸带5冷却至900℃经热轧机6进行热轧，得到厚度为1.0mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至400℃经温轧机7进行温轧，每道次压下量为10%，得到厚度为0.6mm的温轧板，再于150℃进行温轧，每道次压下量为3%，得到0.50mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：在酸洗槽8中进行酸洗，酸洗采用质量浓度为10%的盐酸浓度，酸洗温度50℃，酸洗时间2min，以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：薄板在氢气气氛中于退火炉9中进行退火，退火制度为980℃退火10min，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品。

沿平行于轧制方向测试得到的磁性能如表1所示，其中，磁感应强度B8，B25和B50分别在磁场频率50Hz，磁场强度分别为800、2500和5000A/m条件下测得，单位为T；铁损W10/50、W10/400和W10/1000分别在磁场频率50Hz、400Hz、1000 Hz，磁感应强度1T、1T、1T条件下测得，单位为W/kg。

对比例1

对比例1中的高硅钢成分按重量百分比为：Si：6.5%，N：0.0027%，S：0.003%，P：0.011%，O：0.0027%，C：0.0037%，，余量为Fe。

其制备方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼：利用熔炼炉1冶炼出满足高硅钢化学成分要求的钢水，得到化学组分按重量百分比为Si：6.5%，N：0.0027%，S：0.003%，P：0.011%，O：0.0027%，C：0.0037%，，余量为Fe的液态钢水；

（2）铸轧：将上述的液态钢水于1435℃浇铸到中间包2内，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为50 ℃，熔池4中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为20m/min，导出2.0mm厚、100mm宽的铸带5；

（3）热轧：将铸带冷却至900℃经热轧机6进行热轧，得到厚度为1.0mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至400℃经温轧机7进行温轧，每道次压下量为10%，得到厚度为0.6mm的温轧板，再于150℃进行温轧，每道次压下量为3%，得到0.50mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：在酸洗槽8中进行酸洗，酸洗采用质量浓度为10%的盐酸浓度，酸洗温度50℃，酸洗时间2min，以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：薄板在氢气气氛中于退火炉9中进行退火，退火制度为980℃下退火10min，得到高硅无取向硅钢薄板产品，沿平行于轧制方向测试得到的磁性能如表2所示。

从表2和表1的对比可以看出，本发明的添加了Ce元素的高磁感无取向硅钢薄板产品比一般的高硅无取向硅钢薄板产品相比，提高了磁感应强度，降低了铁损。

实施例2

本实施例的高磁感高硅无取向硅钢板化学成分按照重量百分比为：Si:6.4 %，Ce: 0.01%，N：0.0029%，S：0.002%，P：0.012%，O：0.0023%，C：0.0031%，余量为Fe。

本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼：利用熔炼炉1冶炼出满足高硅钢化学成分要求的钢水，得到化学组分按重量百分比为Si:6.4 %，Ce: 0.001%，N：0.0029%，S：0.002%，P：0.012%，O：0.0023%，C：0.0031%，余量为Fe的液态钢水；

（2）铸轧：将上述的液态钢水于1430℃浇铸到中间包2内，在氩气气氛保护下，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为20℃，熔池4中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为20m/min，导出2.0mm厚、100mm宽的铸带5；

（3）热轧：将铸带5冷却至900℃经热轧机6进行热轧，得到厚度为1.0mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至400℃经温轧机7进行温轧，每道次压下量为10%，得到厚度为0.6mm的温轧板，再于150℃进行温轧，每道次压下量为3%，得到0.50mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：在酸洗槽8中进行酸洗，酸洗采用质量浓度为10%的盐酸浓度，酸洗温度50℃，酸洗时间2min，以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：薄板在氢气气氛中于退火炉9中进行退火，退火制度为850℃退火30min得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品。

沿平行于轧制方向测试得到的磁性能如表3所示，其中，磁感应强度B8，B25和B50分别在磁场频率50Hz，磁场强度分别为800、2500和5000A/m条件下测得，单位为T；铁损W10/50、W10/400和W10/1000分别在磁场频率50Hz、400Hz、1000 Hz，磁感应强度1T、1T、1T条件下测得，单位为W/kg。

实施例3

本实施例的高磁感无取向硅钢板化学成分按照重量百分比为：Si：6.5 %，Ce：0.014%，N：0.0032%，S：0.0027%，P：0.018%，O：0.0025%，C：0.0041%，余量为Fe。

本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼：利用熔炼炉1冶炼出满足高硅钢化学成分要求的钢水，得到化学组分按重量百分比为Si：6.5 %，Ce：0.014%，N：0.0032%，S：0.0027%，P：0.018%，O：0.0025%，C：0.0041%，余量为Fe的液态钢水；

（2）铸轧：将上述的液态钢水于1480℃浇铸到中间包2内，在氩气气氛保护下，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为30℃，熔池4中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为60m/min，导出3mm厚、500mm宽的无取向高硅钢薄带5；

（3）热轧：将铸带冷却至1050℃经热轧机6进行热轧，得到厚度为1.2mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至450℃经温轧机7进行温轧，每道次压下量为5%，得到厚度为0.5mm的温轧板，再于200℃进行温轧，每道次压下量为4%，得到0.30mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：在酸洗槽8中进行酸洗，酸洗采用质量浓度为2%的盐酸浓度，酸洗温度90℃，酸洗时间5min，以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：薄板在氢气气氛中于退火炉9中进行退火，退火制度为980℃*10min，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品，沿平行于轧制方向测试得到的磁性能如表4所示。

 

实施例4

本实施例的高磁感高硅无取向硅钢板化学成分按照重量百分比为：Si：6.6 %，Ce：0.02%，N：0.0049%，S：0.003%，P：0.02%，O：0.003%，C：0.005%，余量为Fe。

    本实施例的制备方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼：利用熔炼炉1冶炼出满足高硅钢化学成分要求的钢水，得到化学组分按重量百分比为Si：6.6 %，Ce：0.02%，N：0.0049%，S：0.003%，P：0.02%，O：0.003%，C：0.005%，余量为Fe的液态钢水；

（2）铸轧：将上述的液态钢水于1500℃浇铸到中间包2内，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊3和侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4上表面的钢水的过热度为100℃，熔池4中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为80m/min，导出4mm厚、1000mm宽的铸带5；

（3）热轧：将铸带冷却至1100℃经热轧机6进行热轧，得到厚度为1.3mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至500℃经温轧机7进行温轧，每道次压下量为8%，得到厚度为0.3mm的温轧板，在250℃下进一步温轧至0.2mm，每道次压下量为5%；

（5）酸洗：在酸洗槽8中进行酸洗，酸洗采用质量浓度为5%的盐酸浓度，酸洗温度70℃，酸洗时间10min，以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：薄板在氢气气氛中于退火炉9中进行退火，退火制度为1150℃退火1h，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品，沿平行于轧制方向测试得到的磁性能如表5所示。

Claims (3)

1.一种高磁感高硅无取向硅钢板，其特征在于化学成分按照重量百分比为：Si: 6.4~6.6 %，Ce: 0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe，0.20mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.362T，B25≥1.492T，B50≥1.602T，0.30mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.424T，B25≥1.537T，B50≥1.628T，0.50mm厚硅钢板的磁感应强度B8≥1.429T，B25≥1.523T， B50≥1.604T。

2.权利要求1所述的一种高磁感高硅无取向硅钢板的制备方法，其特征在于按照以下步骤进行：

（1）冶炼：采用熔炼炉按重量百分比冶炼成分为：Si: 6.4~6.6 %，Ce: 0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量为Fe的液态无取向硅钢钢水；

（2）铸轧：将液态钢水于1430~1500℃浇铸到中间包内，在氩气气氛保护下，钢水经中间包流入由两个反向旋转的结晶辊和侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池上表面的钢水的过热度为10~100℃，熔池中的钢水经结晶辊凝固，控制结晶辊铸轧速度为20~80m/min，导出2.0~4.0mm厚、100~1000mm宽的高硅无取向硅钢薄带；

（3）热轧：将高硅钢薄带冷却至900~1100℃进行热轧，得到厚度为1.0~1.3mm的热轧板；

（4）温轧：将热轧板冷却至400~500℃进行温轧，每道次压下量为5~10%，得到厚度为0.30~0.60mm的温轧板，再于150~250℃进行温轧，每道次压下量为3%~5%，得到0.20、0.30、0.50mm厚的温轧薄板；

（5）酸洗：对温轧板进行酸洗以去除表面的氧化铁皮；

（6）退火：对酸洗后的冷轧板在氢气气氛中退火，退火温度为850~1150℃，退火时间10min~1h，得到高磁感高硅无取向硅钢薄板产品。

3.根据权利要求2所述的一种高磁感高硅无取向硅钢板的制备方法，其特征在于所述的步骤（5）中的酸洗采用质量浓度为2~10%的盐酸，酸洗温度50-90℃，酸洗时间2-10min。