CN104928567A

CN104928567A - 具有良好加工性能的晶粒取向硅钢及其制造方法

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Publication number: CN104928567A
Application number: CN201510358308.8A
Authority: CN
Inventors: 吉亚明; 杨勇杰; 沈侃毅; 李国保; 赵自鹏; 吴美洪
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2015-09-23

Abstract

本发明公开了一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其包括：基板和涂覆于基板表面的无铬半有机涂层；所述基板的化学元素质量百分比含量为：Si：2.0～3.0％，Al：0.020～0.04％，Mn：0.06～0.45％，0＜O≤0.01％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的制造方法，其包括步骤：1)冶炼；2)热轧；3)冷轧；4)脱碳和渗氮；5)涂覆隔离剂；6)退火；7)去除隔离剂并进行热平整；8)涂覆无铬半有机涂层。本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢具备良好的磁性能、优良的耐腐蚀性和优异的加工性能，其具有良好的叠片系数且不易对加工模具产生磨损。

Description

具有良好加工性能的晶粒取向硅钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢材料及其制造方法，尤其涉及一种取向硅钢及其制造方法。

背景技术

晶粒取向硅钢是指硅含量在2.8wt.％-3.5wt.％范围之间，并采用冷轧和热处理工艺获得的具有{110}<001>织构而由此导致沿轧向的磁性能明显优于横向的磁性能。在生产过程中，此类钢板需要在较湿的H₂-N₂保护性气氛中进行连续脱碳退火处理，以将钢板中的碳含量降到30ppm以下，从而防止硅钢成品发生磁时效。在脱碳退火过程中，硅钢钢板表面形成以SiO₂为主的氧化层。在高温退火过程中，硅钢钢板表面的氧化层与钢板表面涂敷的氧化镁隔离剂发生固态扩散反应：2MgO+SiO₂→Mg₂SiO₄，形成硅酸镁玻璃膜底层。为此，通常在热拉伸平整退火阶段会在硅酸镁底层上会涂敷磷酸盐系涂层以进一步地改善硅钢钢板的表面特性和磁性能。

在硅钢材料上的硅酸镁底层为多晶陶瓷膜，其具有较高的硬度，因此，容易在冲片加工过程中对模具产生严重的磨损。为了在高温退火过程中不形成硅酸镁玻璃膜底层，公开号为US3785882A，公开日为1974年1月15日，名称为“在同一立方体边缘具有改进的磁性的硅钢及其制造方法”的美国专利文献公开了一种技术方案。该技术方案采用不与钢板表面氧化膜起反应的粗大的Al₂O₃替代MgO作为退火隔离剂，以避免在高温退火过程中形成硅酸镁玻璃膜底层。然而，该技术方案并不能完全消除钢板近表面的氧化物夹杂。

为了消除硅钢板材近表面的氧化物夹杂，公开号为CN1612943A，公开日为2005年5月4日，名称为“镜面取向硅钢板的制造方法”中国专利文献记载了一种在以水浆状涂布退火分离剂的镜面取向硅钢板的制造方法，其包括步骤：将涂布干燥以氧化铝作为主成分的退火分离剂后的带入水分量控制为1.5％或1.5％以下，同时控制成品退火的气氛气体的水蒸气分压，消除起因于界面上的抑制剂反应的二次再结晶的波动(不稳定化)，使得磁特性稳定化，并通过控制脱碳退火露点使钢板表面形成的氧化层不含铁氧化物(Fe₂SiO₄、FeO等)，再涂敷Al₂O₃为主成分的退火隔离剂，并控制隔离剂带入水分和成品退火中的水蒸气分压，以改善二次再结晶稳定性。

上述中国和美国专利文献均从降低铁损的角度出发，在高温退火过程中不形成玻璃膜底层，但是为了获得相应的技术效果，热轧板要经过常化热处理，高温退火后的样板要涂覆张力涂层来达到降低铁损的目的。此外，上述技术方案中的钢板表面附着的是无机张力涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢,该硅钢具有良好的磁性能、优良的耐腐蚀性和优异的加工性能。

为了实现上述目的，本发明提出了一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其包括：基板和涂覆于基板表面的无铬半有机涂层；其中，基板的化学元素质量百分比含量为：Si：2.0～3.0％，Al：0.020～0.04％，Mn：0.06～0.45％，0＜O≤0.01％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的基板中的各化学元素的设计原理为：

Si：材料中的Si主要是为了增加材料电阻率，降低涡流损耗，对于本技术方案来说，Si低于2.0％材料损耗偏高，Si高于3.0％材质加工性能劣化同时脱碳效率低。

Al：Al与N形成AlN，其为主要抑制剂，Al在0.02～0.04％范围内可以保证成品具有高斯结构。

Mn：Mn作为辅助抑制剂，其在0.06～0.45％范围内可以起到合适的抑制能力。

O：对于本技术方案来说，O高于0.01％将影响产品的表面和冲片性能。

较之于现有技术中的硅钢通常在基板上涂覆底层+涂层，本发明的晶粒取向硅钢仅在其表面涂覆有半有机涂层，而没有底层。一方面，基板表面不具有玻璃膜底层，从而避免了钢板在加工过程中对模具产生严重的磨损；另一方面，在基板表面不会形成硬度高且附着性差的表面张力涂层，从而不会影响硅钢的加工性能。

本技术方案中的半有机涂层是指涂层中既含有无机物又含有有机物的涂层。

进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述无铬半有机涂层的干膜厚度为0.2-10μm。

进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述半有机涂层的有效成分包括磷酸盐和有机树脂。

更进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述磷酸盐为磷酸铝或磷酸锌或磷酸镁。

更进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述有机树脂为水溶性环氧树脂或氨基树脂。

进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述其他不可避免的杂质中的C≤0.003％。

将杂质中的C含量控制在0.003％以下的目的在于防止产品磁失效。

进一步地，在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢中，上述O元素集中分布在基板表面。

本发明的另一目的在于提供一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的制造方法，其包括步骤：

(1)冶炼；

(2)热轧；

(3)冷轧；

(4)脱碳和渗氮；

(5)涂覆隔离剂；

(6)退火；

(7)去除隔离剂并进行热平整；

(8)涂覆无铬半有机涂层。

由于本发明的晶粒取向硅钢中的硅含量控制在2.0～3.0％范围之间，其低于现有的常规取向硅钢中的硅含量，鉴于此，基于本发明的技术方案，可以省去常规的常化热处理步骤，在热轧步骤后直接冷轧。

本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢通过对化学成分的优化设计，结合上述合理制造工艺可以获得不同于现有技术的硅钢产品，最终使得本发明所述的晶粒取向硅钢的磁性能优异、耐腐蚀性能优良且加工性能良好，尤其是具备较好的加工冲片性能和良好的叠片系数。

进一步地，在上述步骤(4)中，冷轧板在800-880℃的湿的氮氢混合气氛中进行脱碳处理，控制氧化度即pH₂O/pH₂)为0.15-0.40；接着在湿的氮氢混合气氛中进行渗氮处理，控制氧化度为0.05-0.3，将冷轧板中的氮含量控制在200-350ppm。需要说明的是，板中的氮在后续的退火步骤中会被分解掉。

更进一步地，在上述步骤(6)中，在干的氮氢混合气氛中进行退火，退火温度为1150～1250℃，保温15～60小时，在升温到退火温度之前，控制氮氢混合气氛中的氮气比例为50-90％。

更进一步地，在上述步骤(7)中，去除基板表面的隔离剂后，将基板在干的氮氢保护气氛中进行750～950℃的热处理，热处理时间大于5s以保证基板平整。

需要说明的是，在上述技术方案中，热处理时间必须超过5s，本技术方案对于热处理时间的上限没有特别的限定，只要能够实现硅钢基板平整即可，然而，热处理的时间越长，生产成本就越高，因此出于提高生产制造经济效益的目的，该热处理时间不宜过长。

更进一步地，在上述步骤(8)中，在基板表面涂敷无铬半有机涂层，在200-450℃板温条件下烘烤成膜。

进一步地，在上述步骤(5)中，采用含有氯化物的氧化镁作为隔离剂，其中氯化物的质量百分含量为1-20％。

进一步地，在上述步骤(3)中，采用酸连轧的方式用一次冷轧法制得冷轧板。

本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢具备良好的磁性能、优良的耐腐蚀性和优异的加工性能。

另外，由于在本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的基板表面没有形成玻璃膜底层，因此，该硅钢具有良好的叠片系数，且不容易对加工模具产生严重磨损。

此外，本发明的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的基板表面所涂覆的涂层不含有害金属元素铬，由此对周边环境所产生的污染影响小，环保效益好。

采用本发明所述的制造方法能够获得磁性能良好、耐腐蚀性优良且加工性能优异的晶粒取向硅钢。与此同时，本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的制造方法省去了常化热处理步骤，简化了生产工艺，降低了生产成本。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例A1-A6和对比例B1-B2

按照下列步骤制造本发明实施例A1-A6中的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢以及对比例B1-B2中的钢板：

(1)冶炼：采用转炉或电炉炼钢，钢水经二次精炼和连铸后得到连铸坯；

(2)热轧：加热板坯，热轧温度为1100-1200℃，将板坯轧制成2.0-3.5mm热轧板；

(3)冷轧：经酸洗后，采用酸连轧的方式用一次冷轧法制得冷轧板，压下率大于80％；

(4)脱碳和渗氮：冷轧板在800-880℃的湿N₂+H₂保护气体中进行脱碳处理，控制氧化度为0.15-0.40，通过脱碳退火将钢板中的碳降低到30ppm以下，然后在湿的N₂+H₂气氛中进行渗氮处理，控制氧化度为0.05-0.3，控制冷轧板中的氮含量为200-350ppm；

(5)涂覆隔离剂：采用含有氯化物的氧化镁作为隔离剂，其中氯化物的质量百分含量为1-20％，其中，氧化镁的[CAA-40％](30℃)值(即氧化镁的柠檬酸活性值)大于80s；

(6)退火：在干的氮氢混合气氛中进行退火，退火温度为1150～1250℃，保温15-60小时，在升温到退火温度之前，控制氮氢混合气氛中的氮气比例为50-90％；

(7)去除隔离剂并进行热平整:去除基板表面的隔离剂后，将基板在干的氮氢保护气氛中进行750～950℃的热处理，热处理时间大于5s以保证基板平整；

(8)涂覆无铬半有机涂层：在基板表面涂敷无铬半有机涂层，在200-450℃板温条件下烘烤成膜，控制干膜厚度为0.2-10μm。

需要说明的是，对比例B1-B2在上述步骤(7)后，不进行步骤(8)，即不在基板表面涂覆无铬半有机涂层，而是涂覆无机张力涂层，烘干后在850℃温度下，在干的氮氢混合保护气氛中热拉升平整并进行涂层烧结。

本技术方案通过SEM观察涂层截面照片来测定涂覆于基板表面涂层的膜厚。

表1列出了本案实施例A1-A6以及对比例B1-B2中的各成品钢板的化学元素质量百分配比。

表1.(wt.％，余量为Fe以及除了C以外的其他不可避免的杂质)

序号	Si	Al	Mn	O	C
						A1	2.56	0.025	0.15	0.002	0.0008
A2	2.72	0.028	0.15	0.005	0.0008
						A3	2.74	0.028	0.16	0.003	0.001
A4	2.86	0.029	0.18	0.004	0.0007
						A5	2.92	0.032	0.17	0.005	0.0006
A6	2.96	0.027	0.20	0.001	0.0005
						B1	3.25	0.027	0.20	0.002	0.0023
B2	3.33	0.028	0.19	0.003	0.0025

表2列出了实施例A1-A6和对比例B1-B2中涂覆于钢板基板表面的隔离剂和涂层的各项参数。0.003％

表2.

表3列出了实施例A1-A6和对比例B1-B2的具体工艺参数。

表3.

对实施例A1-A6和对比例B1-B2中各钢板的性能评价方法规定如下：

1)涂层附着性测试：对实施例A1-A6和对比例B1-B2中各钢板沿钢板的轧向取300mm×30mm的试样，采用试样紧紧围绕在不同直径铜棒弯曲180°后根据样板表面涂层是否出现脱落来判定涂覆于钢板表面涂层的附着性，用弯曲不脱落的最小铜棒直径表示附着性大小。

2)腐蚀性测试：对实施例A1-A6和对比例B1-B2中各钢板取样，样板在50℃×91RH％(相对湿度)的恒温恒湿条件下放置7天，通过前后重量的变化来评价钢板的耐腐蚀性(评价符号为：◎优；○一般；△较差)；

3)磁性能测试：对实施例A1-A6和对比例B1-B2中各钢板取样，采用经消除应力退火的爱泼斯坦方圈测量，测量方向为沿着钢板的轧制方向。

表4列出了本案实施例A1-A6和对比例B1-B2中各钢板的性能参数。

表4.

序号	B₅₀(T)	P_15/50(W/kg)	附着性	冲片次数(毛刺50μm)	耐腐性
						A1	1.99	1.12	Ф15	>200万次	◎
A2	1.98	1.09	Ф15	>200万次	◎
						A3	1.97	1.11	Ф15	>200万次	◎
A4	1.97	1.12	Ф15	>200万次	◎
						A5	1.97	1.11	Ф15	>200万次	◎
A6	1.96	0.99	Ф15	>200万次	◎
						B1	1.97	1.10	Ф30	<50万次	△
B2	1.96	0.98	Ф40	<50万次	△

结合表1和表4可以看出，虽然实施例A1-A6的各钢板中的硅含量控制在2.0～3.0wt.％之间(低于常规取向硅钢的硅含量)，但是，实施例A1-A6中的各钢板的磁性能与对比例B1-B2中的各钢板的磁性能相当。

另外，由表4可以看出，实施例A1-A6中的各钢板的铁损均不大于1.12W/kg，附着性Ф15铜棒弯曲不脱落，冲片次数(毛刺50μm)均超过200万次，并且耐腐蚀性优良。较之于实施例A1-A6，对比例B1-B2的钢板的冲片次数(毛刺50μm)都不到50万次，并且耐腐蚀性较差，附着性也低于本案实施例。

由此可知，本发明的技术方案通过合理的成分设计+制造工艺，获得了磁性能良好、耐腐蚀性优良且加工性能优异的晶粒取向硅钢。

本发明所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢基板表面无玻璃膜底层，仅涂覆有无铬半有机涂层，不易磨损钢板加工模具且环保性好。

因此，本发明所述的晶粒取向硅钢适用于生产制造EI铁心、分块式铁心、链式铁心以及大型电机扇形片铁心。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，包括：基板和涂覆于基板表面的无铬半有机涂层；所述基板的化学元素质量百分比含量为：Si：2.0～3.0％，Al：0.020～0.04％，Mn：0.06～0.45％，0＜O≤0.01％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述无铬半有机涂层的干膜厚度为0.2-10μm。

3.如权利要求1所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述半有机涂层的有效成分包括磷酸盐和有机树脂。

4.如权利要求3所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述磷酸盐为磷酸铝或磷酸锌或磷酸镁。

5.如权利要求3所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述有机树脂为水溶性环氧树脂或氨基树脂。

6.如权利要求1所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述其他不可避免的杂质中的C≤0.003％。

7.如权利要求1所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢，其特征在于，所述O元素集中分布在基板表面。

8.如权利要求1-7中任意一项所述的具有良好加工性能的晶粒取向硅钢的制造方法，其包括步骤：

(1)冶炼；

(2)热轧；

(3)冷轧；

(4)脱碳和渗氮；

(5)涂覆隔离剂；

(6)退火；

(7)去除隔离剂并进行热平整；

(8)涂覆无铬半有机涂层。

9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(4)中，冷轧板在800-880℃的湿的氮氢混合气氛中进行脱碳处理，控制氧化度为0.15-0.40；接着在湿的氮氢混合气氛中进行渗氮处理，控制氧化度为0.05-0.3，将冷轧板中的氮含量控制在200-350ppm。

10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(6)中，在干的氮氢混合气氛中进行退火，退火温度为1150～1250℃，保温15-60小时以上，在升温到退火温度之前，控制氮氢混合气氛中的氮气比例为50-90％。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(7)中，去除基板表面的隔离剂后，将基板在干的氮氢保护气氛中进行750～950℃的热处理，热处理时间大于5s以保证基板平整。

12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(8)中，在基板表面涂敷无铬半有机涂层，在200-450℃板温条件下烘烤成膜。

13.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(5)中，采用含有氯化物的氧化镁作为隔离剂，其中氯化物的质量百分含量为1-20％。

14.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，采用酸连轧的方式用一次冷轧法制得冷轧板。