CN104805351A

CN104805351A - 一种超细晶粒高硅电工钢薄板及其制造方法

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Publication number: CN104805351A
Application number: CN201510196003.1A
Authority: CN
Inventors: 刘海涛; 王项龙; 李昊泽; 安灵子; 张宝光; 刘文强; 赵士淇; 曹光明; 李成刚; 刘振宇; 王国栋
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2035-04-23
Also published as: CN104805351B

Abstract

本发明属于电工钢制造领域，具体涉及一种超细晶粒高硅电工钢薄板及其制造方法。本发明的超细晶粒高硅电工钢薄板成分含2.5~6.8%Si，0.0005~0.01%O或S，0.03~0.2%稀土元素，0.002~0.01%C，0.05~1.5%Mn，0.02~1.5%Al，P<0.1%，N<0.01%，余量为Fe，平均晶粒尺寸为10~20μm；制造方法是在冶炼中向钢水加入稀土元素，将冶炼好的钢水经中间包浇入由两个反向旋转的结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并导出，得到厚度为1~5mm、宽度为100~2000mm的超细晶粒高硅电工钢薄板。本发明能有效细化高硅电工钢的初始铸态组织，制备出的高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸远远小于其它铸造方法，超细的晶粒结构有助于改善高硅电工钢薄板的韧、塑性能。

Description

一种超细晶粒高硅电工钢薄板及其制造方法

技术领域

本发明属于电工钢制造领域，具体涉及一种超细晶粒高硅电工钢薄板及其制造方法。

背景技术

高硅电工钢具有优良的软磁性能。例如，含Si量为6.5wt.%的高硅电工钢，在高频条件下具有高电阻、高磁导率、高磁化强度、趋近于零的磁致伸缩、非常低的涡流和磁滞损耗等。因此，高硅电工钢是一种制造高频电机和高频变压器铁芯的理想材料。然而，随着Si含量的增加，材料的韧性和塑性变差，制造变得困难。特别是当Si含量增加至6.5wt.%时，有序相的出现使材料的韧性和塑性急剧恶化，硬而脆，难以通过常规的冷轧方法进行生产。

近年来，针对高硅电工钢陆续开发了一些新技术，例如，定向凝固、定向再结晶、化学气相沉积（CVD）和双辊薄带连铸等。其中，CVD法已被日本钢管公司成功应用于6.5%Si高硅电工钢的生产，其特征是将传统的含Si约3%的薄板冷轧到成品厚度，再在退火过程中采用CVD法将Si渗透到基板中，从而制备出6.5%Si高硅电工钢，此方法巧妙地避开了高硅电工钢难以冷轧的难题，但是，由于其工艺复杂、设备腐蚀严重、污染大等缺点，没有得到广泛应用。薄带连铸是近年兴起的新兴工艺技术，其特点是利用两个反向旋转的结晶辊将熔融的钢水直接生产出1~5mm的薄带，该方法生产高硅电工钢具有短流程、节能减排、高生产效率、低生产成本等显著优势，但是，利用双辊连铸生产出来的高硅电工钢薄带的初始组织较粗大，薄板的在塑、韧性上急剧恶化，后续加工过程中难以冷轧，因此，如何细化高硅电工钢薄带的初始组织成为利用双辊薄带连铸生产高硅电工钢所面临的一个亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超细晶粒高硅电工钢薄板及其制造方法，目的是细化高硅电工钢的凝固组织，获得超细的晶粒结构，有效改善材料的塑、韧性能，为后续加工过程的冷轧工序提供便利条件。

本发明的超细晶粒高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.002~0.01%C，0.05~1.5%Mn，0.02~1.5%Al，P <0.1%，N <0.01%，2.5~6.8%Si，0.0005~0.01%O或S，0.03~0.2%稀土元素，余量为Fe；高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸为10~20 μm。

其中所述的稀土元素是La、Y中的一种或两种。

上述超细晶粒高硅电工钢薄板的制造方法按照以下步骤进行：

（1）冶炼钢水，钢水成分按照质量百分比为0.002~0.01%C，0.05~1.5%Mn，0.02~1.5%Al，P <0.1%，N <0.01%，2.5~6.8%Si，并控制钢水中氧或硫质量分数为0.0005~0.01%，冶炼中向钢水加入质量分数为0.03~0.2%的稀土元素；

（2）将冶炼好的钢水经中间包浇入由两个反向旋转的结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，控制熔池上表面过热度为10~70℃，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并导出，其中熔池内钢水与结晶辊辊面的接触弧长度为100~250mm，接触时间为0.2~0.4s，结晶辊转速为20~60m/min，得到厚度为1~5mm、宽度为100~2000mm的超细晶粒高硅电工钢薄板。

其中，所述的熔池的高度为80~220mm。

所述的结晶辊的直径为500~1000mm。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

（1）本发明利用稀土这一类活泼的金属极易与氧、硫等结合形成高熔点的稀土氧化物或硫化物的特点，使这类化合物与双辊薄带连铸过程相配合，充当异质形核质点以及钉扎晶界的作用，极大地细化了高硅电工钢的凝固组织，获得了超细的晶粒结构，有效改善了材料的塑、韧性能，为后续加工过程的冷轧工序提供便利条件；

（2）本发明的熔池内钢水过热度是通过调整钢包的浇钢温度控制的，并通过ΔT=T-Tr-Ts公式计算得出，其中，ΔT为过热度，T为浇钢温度，Tr为钢水出炉后流至熔池过程中的温降，Ts为凝固开始温度，其单位均为℃，获得超细晶粒薄带所需的合理浇钢温度为1540~1600℃，以使熔池的上表面钢水过热度为10~70℃；

（3）本发明中结晶辊的直径为500~1000mm，熔池内钢水与结晶辊辊面的接触弧长度可通过调整熔池的高度进行控制，并通过公式计算得出，其中，H为熔池高度，r为结晶辊半径，L为接触弧长度，浇注时熔池的高度为80~220mm，熔池内钢水与结晶辊辊面的接触弧长度为100~250mm。

（4）本发明熔池内钢水与结晶辊辊面的接触时间可通过结晶辊的转速进行调节，并通过公式计算得出，其中，t为接触时间，L为接触弧长度，v为结晶辊转速，制备薄带坯所需的结晶辊的合理转速为20~60m/min，熔池内钢水与结晶辊辊面的接触时间为0.2~0.4s。

本发明方法能够有效细化高硅电工钢的初始铸态组织，制备出的高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸仅为10~20μm，远远小于其它铸造方法。本发明的制造工艺简单、有效，这种超细的晶粒结构有助于改善高硅电工钢薄板的韧、塑性能。

附图说明

图1 为本发明的双辊薄带连铸制备高硅电工钢薄板的工艺过程示意图；

其中：1：钢包；2：中间包；3：结晶辊；4：熔池；5：高硅电工钢薄板；

图2 为本发明实施例1中的超细晶粒高硅电工钢薄带的金相组织图；

图3 为对比例1中的高硅电工钢薄带的金相组织图。

具体实施方式

本发明的制备超细晶粒高硅电工钢薄板的工艺过程如图1所示，具体的实施步骤为：

冶炼含Si质量分数为2.5~6.8%的钢水并使钢水中氧或硫质量分数为0.0005~0.01%，加入质量分数为0.03~0.2%的稀土元素La、Y中的一种或两种，钢水的成分还包括质量分数为0.002~0.01%的C，0.05~1.5%的Mn，0.02~1.5%的Al， P <0.1%，N <0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质。

钢包1内的钢水倒入中间包2内，中间包2内的钢水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内钢水的过热度为10~70℃，钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为100~250mm，接触时间为0.2~0.4s，钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，形成厚度为1~5 mm、宽度为100~2000mm的高硅电工钢薄板5。

实施例1

本实施例的超细晶粒高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.002%C，0.05%Mn，0.02%Al，0.005%P，0.002%N，6.8%Si，0.0005%O，0.03%稀土元素La和Y，余量为Fe；高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸为16μm。

（1）冶炼钢水，钢水成分按照质量百分比为0.002%C，0.05%Mn，0.02%Al，0.005%P，0.002%N， 6.8%Si，并控制钢水中氧质量分数为0.0005%，冶炼中向钢水加入质量分数为0.03%的稀土元素La和Y；

（2）将冶炼好的钢水经中间包2浇入由两个反向旋转的结晶辊3和两块侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4的高度为80~220mm，控制熔池4上表面过热度为10℃，熔池内的钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，熔池4内钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为100mm，接触时间为0.2s，结晶辊转速为400m/min，得到厚度为1.5mm、宽度为110mm的超细晶粒高硅电工钢薄板5，如图2所示，高硅电工钢薄板具有细小、均匀的凝固组织，平均晶粒尺寸仅为16μm。

对比例1

对比例中的冶高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.002%C，0.05%Mn，0.02%Al，0.005%P，0.002%N，6.8%Si，0.0005%O，余量为Fe。

钢包1内的钢水倒入中间包2内，中间包2内的钢水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内钢水的过热度为15℃，钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为100mm，接触时间为0.2s，钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，形成厚度为1.5mm、宽度为110mm的高硅电工钢薄板5，如图3所示，高硅电工钢薄板具有粗大、不均的凝固组织，平均晶粒尺寸为320μm。

实施例2

本实施例的超细晶粒高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.005%C，0.5%Mn，0.5%Al，0.05%P，0.005%N，2.5%Si，0.005%S，0.1%稀土元素Y，余量为Fe；高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸为10μm。

（1）冶炼钢水，钢水成分按照质量百分比为0.005%C，0.5%Mn，0.5%Al，0.05%P，0.005%N， 2.5%Si，并控制钢水中硫质量分数为0.005%，冶炼中向钢水加入质量分数为0.1%的稀土元素Y；

（2）将冶炼好的钢水经中间包2浇入由两个反向旋转的结晶辊3和两块侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4的高度为80~220mm，控制熔池4上表面过热度为35℃，熔池内的钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，熔池4内钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为160mm，接触时间为0.3s，结晶辊转速为20m/min，得到厚度为3.0mm、宽度为1000mm的超细晶粒高硅电工钢薄板5，高硅电工钢薄板具有细小、均匀的凝固组织，平均晶粒尺寸仅为10μm。

对比例2

对比例中的冶高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.005%C，0.5%Mn，0.5%Al，0.05%P，0.005%N，2.5%Si，0.005%S，余量为Fe。

钢包1内的钢水倒入中间包2内，中间包2内的钢水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内钢水的过热度为80℃，钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为160mm，接触时间为0.3s，钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，形成厚度为4 mm、宽度为1000mm的高硅电工钢薄板5，高硅电工钢薄板具有粗大、不均的凝固组织，平均晶粒尺寸为410μm。

实施例3

本实施例的超细晶粒高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.01%C，0.5%Mn，1.5%Al，0.09%P，0.008%N，5.0%Si，0.01%S，0.2%稀土元素La，余量为Fe；高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸为10~20μm。

（1）冶炼钢水，钢水成分按照质量百分比为0.01%C，0.5%Mn，1.5%Al，0.09%P，0.008%N， 5.0%Si，并控制钢水中硫质量分数为0.01%，冶炼中向钢水加入质量分数为0.2%的稀土元素La；

（2），将冶炼好的钢水经中间包2浇入由两个反向旋转的结晶辊3和两块侧封板组成的空腔内形成熔池4，熔池4的高度为80~220mm，控制熔池4上表面过热度为60℃，熔池内的钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，熔池4内钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为160mm，接触时间为0.38s，结晶辊转速为60m/min，得到厚度为4.5mm、宽度为2000mm的超细晶粒高硅电工钢薄板5，高硅电工钢薄板具有细小、均匀的凝固组织，平均晶粒尺寸仅为20μm。

对比例3

对比例中的高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.01%C，0.5%Mn，1.5%Al，0.09%P，0.008%N，5.0%Si，0.01%S，余量为Fe。

钢包1内的钢水倒入中间包2内，中间包2内的钢水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内钢水的过热度为20℃，钢水与结晶辊3辊面的接触弧长度为120mm，接触时间为0.23s，钢水随着结晶辊3的转动凝固并导出，形成厚度为2.0 mm、宽度为500mm的高硅电工钢薄板5，高硅电工钢薄板具有粗大、不均的凝固组织，平均晶粒尺寸为280μm。

Claims

1.一种超细晶粒高硅电工钢薄板，其成分按照质量百分比为：0.002~0.01%C，0.05~1.5%Mn，0.02~1.5%Al，P <0.1%，N <0.01%，其特征在于还含有：2.5~6.8%Si，0.0005~0.01%O或S，0.03~0.2%稀土元素，余量为Fe；高硅电工钢薄板的平均晶粒尺寸为10~20μm。

2.根据权利要求1所述的一种超细晶粒高硅电工钢薄板，其特征在于所述的稀土元素是La、Y中的一种或两种。

3.一种如权利要求1所述的超细晶粒高硅电工钢薄板的制造方法，其特征在于按照以下步骤进行：

4.根据权利要求3所述的一种超细晶粒高硅电工钢薄板的制造方法，其特征在于所述的熔池的高度为80~220mm。

5.根据权利要求3所述的一种超细晶粒高硅电工钢薄板的制造方法，其特征在于所述的结晶辊的直径为500~1000mm。