CN104911322A

CN104911322A - 一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法

Info

Publication number: CN104911322A
Application number: CN201510280487.8A
Authority: CN
Inventors: 秦镜; 杨平; 毛卫民
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: CN104911322B

Abstract

一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，属于金属材料制备技术领域。按以下步骤进行：（1）含6.0~6.6%Si高硅钢真空感应熔炼铸锭；（2）800~1100℃锻造；（3）1150±10℃加热后热轧；（4）950±10℃常化后油淬；（5）600~650℃温轧；（6）780~800℃退火后油淬；（7）200~350℃冷轧；（8）H₂+N₂气氛中进行脱碳退火；（9）NH₃+H₂+N₂混合气氛中渗氮处理；（10）涂覆MgO涂层后经过二次再结晶退火制备出取向高硅钢薄板。本发明采用温轧加冷轧代替一次冷轧法、常化时油淬代替水冷以及冷轧前的热处理，减少高硅钢有序相析出，从而减少边裂、提高成品率；设备要求简单，便于推广应用。

Description

一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法

技术领域

本发明涉及一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，属于金属材料制备技术领域。

技术背景

高硅钢一般指含4.5～6.7％Si的Si-Fe合金，通用的高硅钢为6.5％Si-Fe。6.5％Si高硅钢的电阻率ρ＝82μΩ·cm，比3％Si硅钢约高一倍(3％Si硅钢ρ＝48μΩ·cm)，饱和磁感B_s＝1.80T，相对于3％Si硅钢较低(3％Si硅钢为B_s＝2.03T)，磁致伸缩系数λ_s近似为零，磁各向异性常数K₁比3％Si硅钢约低40％。由于高硅钢电阻率更高，磁致伸缩系数更小，铁损更低，在较高频率下具有优异的软磁性能，在节能降噪等领域具有广泛的应用前景。

由于硅含量高，有序相的出现使得高硅钢变得硬且脆，加工性能急剧下降，导致轧制成形困难，为了解决高硅钢室温加工脆性的问题，一方面，人们通过采用微合金化法、合理的轧制及热处理工艺，来抑制高硅钢有序化转变，对高硅钢进行逐步增韧增塑处理，轧制出高硅钢薄板。另一方面，有人为了避免低温塑性变形，采用新的制备工艺，如采用快速凝固法，化学气相沉积(CVD)法，热浸扩散法等。目前，真正实现工业化生产的只有日本JFE公司通过CVD法制得的0.1～0.5mm厚的高硅钢薄板，产品名称为“Super Core”(Haiji H,Okada K,Hiratani T,Abe M and Ninomiya M.Journal of Magnetism and MagneticMaterials.1996(160):109.)。但是，快速凝固法生产的薄带宽度和厚度有限，CVD和热浸法工艺复杂，设备腐蚀、环境污染严重，而采用轧制法制备的薄板具有成分均匀、表面质量好等优点，具有很高的工业应用价值。

近年来，有关轧制法制备高硅钢薄板主要为无取向高硅钢，但对取向高硅钢制备鲜有报道。这是因为取向硅钢制备工艺复杂，合金成分控制严格，抑制剂粒子的尺寸、分布、数量的准确控制，特别是织构控制达到了极致水平。而提高硅含量会延缓或阻碍二次再结晶的发展，初次晶粒长大需要更强的抑制剂来抑制，这无疑增加了取向硅钢的制备难度，因此不能完全套用传统取向硅钢的生产工艺，需要在原工艺的基础上加以改进。日本早在上世纪80年代末到90年代初，曾以MnS、AlN、TiC或VC作为抑制剂，对连铸坯采用一系列的热轧、温轧和冷轧工艺，加上必要的中间退火、脱碳退火最终退火获得高斯织构，制备出取向高硅钢(昭63-069915、63-069917、63-089622)；还有采用低温加热的AlN方案和以后渗氮处理方法，以(Al,Si)N作为抑制剂，经过热轧、常化、冷轧及脱碳退火，然后再渗氮处理，最后二次再结晶退火，制备出取向高硅钢(平4-224625、平4-228525、平4-362134、平4-080321)。但由于成材率低，技术难度大，到目前为止，还没有完全采用轧制法大批量生产取向高硅钢的报道，距离产业化推广仍有很大差距。国内方面，CN102002567A公开了一种利用定向凝固技术获得高硅钢柱状晶，通过热轧、温轧、冷轧及二次再结晶退火制出取向高硅钢板，虽简化了工艺流程，但由于初始组织为柱状晶，具有晶粒形状各向异性、晶体学各向异性以及尺寸粗大等特点，会对后续轧制及退火工艺下的组织及加工性能产生影响，如组织不均匀、相比等轴晶更容易开裂等，CN104372238A公开了一种利用双辊薄带连铸技术获得高硅钢铸带，经过热轧、温轧、冷轧、初次再结晶及二次再结晶退火制出高磁感取向高硅钢薄板，特点是省去了高温退火前脱碳流程，磁感达到了Hi-B取向高硅钢的水平，但存在初次再结晶组织不均匀的情况，二次晶粒尺寸过大也会影响铁损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，降低热轧前板坯加热温度，在固有抑制剂的基础上，通过渗氮处理追加抑制剂的方法增强抑制力；采用温轧加冷轧代替一次冷轧法、常化时油淬代替水冷、以及冷轧前的热处理，以减少边裂、提高高硅钢薄板成品率，同时对生产设备要求相对简单，有利于实际应用。

本发明的取向高硅钢方法按以下步骤进行：

1、采用真空感应熔炼浇注高硅钢铸锭；

2、铸锭锻造后的锻坯经过1150±10℃加热30～40min后，经过4～5个道次热轧至2～2.3mm厚，终轧温度880～900℃，热轧后油淬；

3、热轧板经过950±10℃保温100～120s常化后油淬；

4、常化板在酸洗去除氧化皮后，经过6～7个道次温轧至0.6～0.7mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

5、温轧板经过780～800℃保温100～120s退火后油淬；

6、温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过6～8个道次冷轧至0.2～0.3mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350±10℃保温2～3min；

7、冷轧板在40％～50％H₂+N₂气氛中进行830～850℃脱碳退火，时间为3～4min，水浴温度为65～68℃；

8、减薄高硅钢表面氧化层后，在含10～15％NH₃干的70～75％H₂+N₂气氛中750±10℃渗氮处理，时间为60～90s，渗氮后的氮含量为130～240ppm；

9、涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以200～300℃/h的速度升温至400±10℃，换30％～50％H₂+N₂气氛，继续升至600±10℃，保温3～4h，再以10～20℃/h的速度升温至1150±10℃，再以30～40℃/h的速度升温至1200±10℃,保温8～10h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700±10℃换N₂气氛，200～300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。

上述方法中，所述高硅钢的化学成分按重量百分比为：C 0.01～0.015％，Si6.0～6.6％，Mn 0.1～0.2％，S 0.005～0.007％，Al 0.01～0.03％，N 0.006～0.008％，Fe余量。

上述方法中，所述的铸锭在800～1100℃锻造成20～30mm厚板坯。

上述方法中，步骤(8)所述的高硅钢表面氧化层减薄采用的是机械磨光或HF溶液酸洗的方法。目的是去除脱碳退火过程中表面生成的致密SiO₂氧化膜，有利于后续渗氮。

上述方法中，所述的取向高硅钢成品板厚度为0.2～0.3mm，二次再结晶晶粒尺寸为3～10mm。

上述方法中，所述的取向高硅钢成品板具有高磁感低铁损的特点，磁性能为：铁损P1.0/50＝0.3～0.6W/kg，P1.5/50＝0.9～1.5W/kg；磁感B8＝1.55～1.61T，B50＝1.77～1.80T。

本发明的优点在于，通过特殊的轧制及热处理工艺，大大提高高硅钢薄板的成品率；通过添加固有抑制剂及渗氮处理追加抑制剂的方法，制备出磁性能优良的取向高硅钢薄板。特殊之处在于以下几点：

(1)降低了热轧前板坯加热温度，热轧之后油淬代替喷水冷却、常化后油淬代替水冷，不仅在一定程度上能够抑制有序相的析出，同时也可以防止冷却速度过快、应力集中引发开裂；

(2)温轧加冷轧代替一次冷轧法，区别于常规低温加热渗氮钢工艺，也区别于传统CGO取向硅钢的二次冷轧法，先温轧可以避开高硅钢的室温脆性，通过塑性变形降低高硅钢的有序度，为后续中等压下率的冷轧奠定基础；

(3)冷轧前的热处理目的是发生回复和部分再结晶，采用油淬也是为了抑制有序相的析出；

(4)渗氮前减薄高硅钢表面氧化层有利于后续渗氮，在固有抑制剂的基础上，通过渗氮处理追加抑制剂的方法增强了抑制力。

通过采取以上措施可以大大降低轧制过程中高硅钢开裂的几率，从而提高取向高硅钢薄板的成品率，并且成品板二次晶粒尺寸适中，具有高磁感低铁损的特点，对设备要求相对简单，具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本发明实施例2中成品板宏观组织图，图中RD表示轧向，TD表示横向；

图2为本发明实施例2中成品板{200}极图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。

实施例1

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.015％，Si6.24％，Mn 0.16％，S 0.0054％，Al 0.013％，N 0.006％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成20mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为30min，经过4个道次热轧至2.0mm厚，终轧温度885℃，热轧后油淬；

热轧板经过940℃保温120s常化后油淬；

常化板在酸洗去除氧化皮后，经过6个道次温轧至0.67mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

温轧板经过800℃保温110s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过8个道次冷轧至0.23mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350℃保温2min；

将冷轧板在40％H₂+N₂气氛中进行830℃脱碳退火，时间为3min，水浴温度为65℃；

采用机械磨光法减薄高硅钢表面氧化层后，在含10％NH₃干的70％H₂+N₂气氛中740℃渗氮处理，时间为60s，渗氮后氮含量为130ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以200℃/h的速度升温至400℃，换30％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温3h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温10h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。磁性能为：铁损P1.0/50＝0.42W/kg，P1.5/50＝1.16W/kg；磁感B8＝1.55T，B50＝1.78T。

实施例2

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.010％，Si6.43％，Mn 0.17％，S 0.0052％，Al 0.012％，N 0.007％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成23mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为30min，经过4个道次热轧至2.1mm厚，终轧温度880℃，热轧后油淬；

热轧板经过950℃保温120s常化后油淬；

常化板在酸洗去除氧化皮后，经过7个道次温轧至0.62mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

温轧板经过780℃保温120s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过8个道次冷轧至0.20mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350℃保温2min；

将冷轧板在45％H₂+N₂气氛中进行850℃脱碳退火，时间为3.5min，水浴温度为68℃；

采用机械磨光法减薄高硅钢表面氧化层后，在含15％NH₃干的75％H₂+N₂气氛中750℃渗氮处理，时间为90s，渗氮后氮含量为230ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以200℃/h的速度升温至400℃，换40％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温4h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温10h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，200℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板，宏观组织如图1所示，{200}极图如图2所示。成品板磁性能为：铁损P1.0/50＝0.33W/kg，P1.5/50＝0.90W/kg；磁感B8＝1.61T，B50＝1.80T。

实施例3

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.013％，Si6.50％，Mn 0.15％，S 0.0053％，Al 0.016％，N 0.008％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成25mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为30min，经过4个道次热轧至2.3mm厚，终轧温度890℃，热轧后油淬；

热轧板经过945℃保温100s常化后油淬；

常化板在酸洗去除氧化皮后，经过6个道次温轧至0.7mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

温轧板经过790℃保温120s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过7个道次冷轧至0.27mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350℃保温2min；

将冷轧板在50％H₂+N₂气氛中进行840℃脱碳退火，时间为4min，水浴温度为67℃；

采用机械磨光法减薄高硅钢表面氧化层后，在含14％NH₃干的70％H₂+N₂气氛中760℃渗氮处理，时间为60s，渗氮后氮含量为140ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以250℃/h的速度升温至400℃，换50％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温3h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温8h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。磁性能为：铁损P1.0/50＝0.59W/kg，P1.5/50＝1.50W/kg；磁感B8＝1.55T，B50＝1.77T。

实施例4

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.015％，Si6.52％，Mn 0.18％，S 0.0054％，Al 0.02％，N 0.006％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成27mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为35min，经过4个道次热轧至2.2mm厚，终轧温度885℃，热轧后油淬；

热轧板经过950℃保温120s常化后油淬；

温轧板经过800℃保温120s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过7个道次冷轧至0.27mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350℃保温3min；

将冷轧板在40％H₂+N₂气氛中进行850℃脱碳退火，时间为3min，水浴温度为65℃；

采用HF酸溶液酸洗减薄高硅钢表面氧化层后，在含11％NH₃干的72％H₂+N₂气氛中750℃渗氮处理，时间为60s，渗氮后氮含量为160ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以250℃/h的速度升温至400℃，换50％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温4h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温9h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，200℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。磁性能为：铁损P1.0/50＝0.46W/kg，P1.5/50＝1.24W/kg；磁感B8＝1.57T，B50＝1.79T。

实施例5

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.015％，Si6.46％，Mn 0.16％，S 0.006％，Al 0.018％，N 0.007％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成28mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为40min，经过5个道次热轧至2.1mm厚，终轧温度895℃，热轧后油淬；

热轧板经过940℃保温120s常化后油淬；

常化板在酸洗去除氧化皮后，经过7个道次温轧至0.6mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

温轧板经过790℃保温100s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过8个道次冷轧至0.23mm厚，每道次冷轧之间需回炉经360℃保温3min；

将冷轧板在45％H₂+N₂气氛中进行850℃脱碳退火，时间为3.5min，水浴温度为65℃；

采用HF酸溶液酸洗减薄高硅钢表面氧化层后，在含15％NH₃干的74％H₂+N₂气氛中750℃渗氮处理，时间为90s，渗氮后氮含量为220ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以300℃/h的速度升温至400℃，换50％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温3h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温10h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。磁性能为：铁损P1.0/50＝0.38W/kg，P1.5/50＝1.13W/kg；磁感B8＝1.57T，B50＝1.79T。

实施例6

按设计的成分真空感应熔炼浇注铸锭，其成分按重量百分比含C 0.012％，Si6.5％，Mn 0.17％，S 0.0054％，Al 0.025％，N 0.006％，Fe余量；

将铸锭在800～1100℃温度范围内锻造成30mm厚板坯；

锻坯经过1150℃加热，时间为40min，经过5个道次热轧至2.0mm厚，终轧温度890℃，热轧后油淬；

热轧板经过950℃保温120s常化后油淬；

常化板在酸洗去除氧化皮后，经过7个道次温轧至0.65mm厚，温轧温度范围为600～650℃；

温轧板经过800℃保温120s退火后油淬；

将温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200～350℃温度范围内经过8个道次冷轧至0.30mm厚，每道次冷轧之间需回炉经340℃保温3min；

将冷轧板在40％H₂+N₂气氛中进行850℃脱碳退火，时间为4min，水浴温度为66℃；

采用机械磨光减薄高硅钢表面氧化层后，在含15％NH₃干的75％H₂+N₂气氛中750℃渗氮处理，时间为90s，渗氮后氮含量为240ppm；

涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以300℃/h的速度升温至400℃，换50％H₂+N₂气氛，继续升至600℃，保温4h，再以15℃/h的速度升温至1150℃，再以30℃/h的速度升温至1200℃,保温9h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700℃换N₂气氛，300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。磁性能为：铁损P1.0/50＝0.40W/kg，P1.5/50＝1.14W/kg；磁感B8＝1.59T，B50＝1.80T。

Claims

1.一种利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，按以下步骤进行：

(a)采用真空感应熔炼浇注高硅钢铸锭；

(b)铸锭锻造后的锻坯经过1150±10℃加热30~40min后，经过4~5个道次热轧至2~2.3mm厚，终轧温度880~900℃，热轧后油淬；

(c)热轧板经过950±10℃保温100~120s常化后油淬；

(d)常化板在酸洗去除氧化皮后，经过6~7个道次温轧至0.6~0.7mm厚，温轧温度范围为600~650℃；

(e)温轧板经过780~800℃保温100~120s退火后油淬；

(f)温轧退火板在酸洗去除氧化皮后，在200~350℃温度范围内经过6~8个道次冷轧至0.2~0.3mm厚，每道次冷轧之间需回炉经350±10℃保温2~3min；

(g)冷轧板在40%~50%H₂+N₂气氛中进行830~850℃脱碳退火，时间为3~4min，水浴温度为65~68℃；

(h)减薄高硅钢表面氧化层后，在含10~15%NH₃干的70~75%H₂+N₂气氛中750±10℃渗氮处理，时间为60~90s，渗氮后的氮含量为130~240ppm；

(i)涂覆MgO涂层后，在氮气流通的条件下，入炉以200~300℃/h的速度升温至400±10℃，换30%~50%H₂+N₂气氛，继续升至600±10℃，保温3~4h，再以10~20℃/h的速度升温至1150±10℃，再以30~40℃/h的速度升温至1200±10℃,保温8~10h进行净化退火，最后随炉冷却，降温至700±10℃换N₂气氛，200~300℃出炉，表面用水清洗后涂绝缘涂层，获得取向高硅钢成品板。

2.如权利要求1所述的利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，所述高硅钢的化学成分按重量百分比为：C 0.01~0.015%，Si 6.0~6.6%，Mn 0.1~0.2%，S 0.005~0.007%，Al 0.01~0.03%，N 0.006~0.008%，Fe余量。

3.如权利要求1所述的利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，所述的铸锭在800~1100℃锻造成20~30mm厚板坯。

4.如权利要求1所述的利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，步骤(h)所述的高硅钢表面氧化层减薄采用的是机械磨光或HF溶液酸洗的方法。

5.如权利要求1所述的利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，所述的取向高硅钢成品板厚度为0.2~0.3mm，二次再结晶晶粒尺寸为3~10mm。

6.如权利要求1所述的利用轧制制备取向高硅钢薄板的方法，其特征在于，所述的取向高硅钢成品板具有高磁感低铁损的特点，磁性能为：铁损P1.0/50=0.3~0.6W/kg，P1.5/50=0.9~1.5W/kg；磁感B8=1.55~1.61T，B50=1.77~1.80T。