CN106755875A - 高磁感无取向高硅钢连续退火工艺 - Google Patents

高磁感无取向高硅钢连续退火工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，属于高硅钢技术领域。它包括在保护气氛作用下的升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺；升温加热段退火工艺的条件为：控制热处理温度在1000～1150℃，薄带坯料停留时间为20～60s；第一段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在800～900℃之间，薄带坯料停留时间为1～5min；第二段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在950～1250℃之间，薄带坯料停留时间为1～15min；最终获得高磁感无取向高硅钢薄带成品。本发明在保证钢板磁感强度不变的基础上，降低了铁损。

Description

高磁感无取向高硅钢连续退火工艺
技术领域
本发明属于高硅钢技术领域，具体地属于一种高磁感无取向高硅钢连续退火工艺。
背景技术
高硅钢一般是指质量分数含4.5％～6.7％Si的Fe-Si合金，而通用高硅钢是指质量分数含6.5％Si的Fe-Si合金。自从1900年哈德菲尔德发现加Si能改善钢的磁性能以来，人们就尝试通过增加钢中Si含量来降低铁损(PT)从而改善硅钢的磁性能。1928年舒尔茨(A.Schulze)发现含6.5％Si的Fe-Si合金的磁致伸缩(λs)近似为零。1942年鲁德(W.E.Ruder)指出由于含6.5％Si的Fe-Si合金的磁各向异性常数K1和λs比含3％Si的Fe-Si合金更低，而电阻率ρ更高，所以铁损(PT)更低。1964年布朗(D.Brown)等证明含6.5％Si的Fe-Si合金单晶体比含3％Si的Fe-Si合金单晶体的P10/50低0.2W/kg，λs低90％，Kl低30％。从而得出钢中含Si量为6.5％时，能获得最好的综合磁性能。
对于无取向硅钢的性能指标主要包括材料铁损、磁感和磁各向异性等。影响无取向电工钢磁感应强度的主要因素是化学成分和晶体织构。通常硅、铝、锰等含量提高，导致磁感应强度降低，对于无取向电工钢来说，理想的晶体织构为{100}<uvw>面织构，一般有{100}<011>，{111}<112>，{110}<001>和{112}<011>等织构组成。通过调整成分和改善制造工艺加强{100}组分和减弱{111}组分是提高无取向电工钢磁感的重要途径。
无取向电工钢的铁损由磁滞损耗Ph、涡流损耗Pe和反常损耗Pa等组成。影响磁滞损耗Ph的因素有晶体织构、杂质、夹杂物、内应力、晶粒尺寸、钢板厚度、钢板表面状态和主要化学成分等。无取向电工钢中{100}面织构高，Ph降低；平均晶粒尺寸大，晶界所占面积减小，Ph降低，但也导致Pe增大；硅元素降低铁的K1和λs，磁化更容易，Ph降低，同时硅元素又提高电阻率，Pe降低，退火工艺对晶体织构和晶粒尺寸均有影响。
中国发明专利申请(申请公布号：CN105369125A，申请公布日：2016-03-02)公开了一种无取向高硅钢薄板及制备方法，该专利申请的制备方法采用双辊铸轧机制备高硅钢坯料，经热轧、温轧、冷轧至工艺厚度，再经酸洗和退火制备出高硅钢成品，其中退火工艺为采用加热段温度控制在1000～1150℃，并使钢带停留20～60s；控制均热段温度在800～950℃，钢带停留时间在3～10min；保护气体为N2及H2的混合气，其中H2比例控制在不低于25％，或全H2，炉内气体露点控制在-30～20℃。但该专利申请的退火工艺无法同时兼顾磁感和铁损，当退火温度低于900℃时，钢板的磁感较高，退火后钢板晶粒细小但铁损也较高；当退火温度高于950℃时，退火后试样中{100}组分下降，钢板磁感下降，钢板晶粒粗大，铁损降低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供了一种高磁感无取向高硅钢连续退火工艺；通过对生产制备的高磁感无取向高硅钢的薄带坯料分级进行热处理，具体包括在保护气氛作用下的升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺，保证了生产的钢板磁感强度不变，且降低了铁损。
为了实现上述目的，本发明公开了一种高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，所述高磁感无取向高硅钢的薄带坯料通过如下步骤获得：
1)冶炼，按照设计组份及重量百分含量进行常规钢水冶炼，控制钢液的出钢温度为1480～1550℃；
2)铸轧，将所得钢液在防氧化气氛保护下浇铸到同步等径双辊铸轧机中，控制铸轧速度为25～50m/min，得到厚度为1.0～3.0mm的铸轧板坯；
3)热轧，在防氧化气氛保护下对铸轧板坯进行热轧，控制热轧温度为900～1200℃，并控制首道次压下率不小于20％，其余各道次压下率在8～15％，总压下率不低于60％，获得厚度为0.8～1.0mm的热轧板坯；
4)温轧，在防氧化气氛保护下对热轧板坯进行温轧，控制温轧温度为300～800℃，并控制各道次压下率在3～20％，总压下率控制在45～70％，获得厚度为0.30～0.45mm的温轧薄带；
5)冷轧，对所得温轧薄带进行冷轧，控制冷轧温度为100～200℃，并控制各道次压下率在1～10％，最终获得厚度为0.10～0.30mm的冷轧薄带；
6)酸洗，对所得冷轧薄带进行酸洗，控制酸洗温度为60～90℃，酸洗液的质量百分浓度为8～20％，酸洗时间为1～10min；
所述连续退火工艺是对上述高磁感无取向高硅钢的薄带坯料分级进行热处理的过程，它包括在保护气氛作用下的升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺；所述升温加热段退火工艺的条件为：控制热处理温度在1000～1150℃，薄带坯料停留时间为20～60s；所述第一段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在800～900℃之间，薄带坯料停留时间为1～5min；所述第二段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在950～1250℃之间，薄带坯料停留时间为1～15min；最终获得高磁感无取向高硅钢薄带成品。
进一步地，所述升温加热段退火工艺的条件为：控制热处理温度在1100～1150℃之间，薄带坯料停留时间为25～35s。
再进一步地，所述第一段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在850～900℃之间，薄带坯料停留时间为3～5min。
更进一步地，所述第二段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在1000～1200℃之间，薄带坯料停留时间为5～10min。
更进一步地，所述保护气氛为单一组份氢气，或者为氢气与氮气的混合气体，且混合气体中氢气的质量浓度不低于25％。
更进一步地，所述升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺中的气氛露点控制在-30～0℃。
本发明连续退火工艺的原理：
无取向电工钢冷轧板内常见的晶粒取向按储存能由低至高的顺序排列为{001}<100>、{112}<110>、{111}<110>、{111}<112>。因此变形基体内{111}<110>、{111}<112>取向的晶粒在退火过程中率先发生再结晶而被吞噬，{001}<110>、{112}<110>取向的晶粒则在退火后续阶段才发生再结晶，因此适当提高退火温度可以提高钢板磁感；但是退火温度过高时，各位向的晶粒可能同时发生再结晶，钢板磁感反而下降。
一般再结晶晶粒尺寸d与温度T间满足如下关系式：
QN为再结晶形核激活能，Qv为晶界移动激活能，在大多数情况下，QN和Qv基本保持相等，即初次再结晶晶粒尺寸与再结晶温度无关，而当冷轧板完成再结晶后，继续加热过程中晶粒发生长大，退火温度升高晶粒粗大，退火时间延长晶粒粗大，但对晶粒的取向几乎没有影响。
因此本发明采用两段式均热退火工艺，第一阶段：冷轧板在800～900℃退火1～5分钟，在此期间冷轧板完成初次再结晶；第二阶段：将完成初次再结晶的钢板加热到950℃～1250℃，保温1～15分钟，使得初次再结晶晶粒继续长大。
有益效果：
本发明通过控制高磁感无取向高硅钢的薄带坯料的热处理过程，将现有的均热退火工艺采用两段式均热退火，并控制每一段钢板的退火温度和停留时间，在保证钢板磁感强度不变的基础上，钢板铁损下降10～20％，生产的高磁感无取向高硅钢综合性能优异，具备较好的应用前景。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
表1为实施例1～4、对比例1～4在连续退火工艺中的工艺参数。
表1本发明各实施例和对比例的连续退火工艺参数
在连续退火工艺之前，钢带还需要一系列工艺处理过程，如冶炼、铸轧、热轧、温轧、冷轧及酸洗后得到钢带。具体工艺参数如表2和表3。
表2本发明各实施例的冶炼、铸轧、轧制工艺
表3本发明各实施例的酸洗工艺
实施例 酸洗温度(℃) 酸液的质量浓度(％) 酸洗时间(min)
1 85 15 3
2 70 15 7
3 70 10 8
4 75 15 6
由上述各实施例1～4和对比例1～4的工艺过程制备得到产品的性能参数如表4。
表4本发明各实施例和对比例制备所得产品的性能结果列表
由表4可知，本发明的各实施例在保证主要工艺参数均在规定范围时，可获得磁性性能良好的高硅钢成品，其中磁感B8为1.36～1.38T，铁损P0.5/2000为24.3～28.1W/kg，P1.0/1000为30.0～38.50W/kg，P1.0/400为8.8～10.1W/kg，P1.5/50为1.8～2.4W/kg，在保证钢板磁感强度不变的基础上，降低了铁损。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，所述高磁感无取向高硅钢的薄带坯料通过如下步骤获得：
1)冶炼，按照设计组份及重量百分含量进行常规钢水冶炼，控制钢液的出钢温度为1480～1550℃；
2)铸轧，将所得钢液在防氧化气氛保护下浇铸到同步等径双辊铸轧机中，控制铸轧速度为25～50m/min，得到厚度为1.0～3.0mm的铸轧板坯；
3)热轧，在防氧化气氛保护下对铸轧板坯进行热轧，控制热轧温度为900～1200℃，并控制首道次压下率不小于20％，其余各道次压下率在8～15％，总压下率不低于60％，获得厚度为0.8～1.0mm的热轧板坯；
4)温轧，在防氧化气氛保护下对热轧板坯进行温轧，控制温轧温度为300～800℃，并控制各道次压下率在3～20％，总压下率控制在45～70％，获得厚度为0.30～0.45mm的温轧薄带；
5)冷轧，对所得温轧薄带进行冷轧，控制冷轧温度为100～200℃，并控制各道次压下率在1～10％，最终获得厚度为0.10～0.30mm的冷轧薄带；
6)酸洗，对所得冷轧薄带进行酸洗，控制酸洗温度为60～90℃，酸洗液的质量百分浓度为8～20％，酸洗时间为1～10min；
其特征在于：
所述连续退火工艺是对上述高磁感无取向高硅钢的薄带坯料分级进行热处理的过程，它包括在保护气氛作用下的升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺；所述升温加热段退火工艺的条件为：控制热处理温度在1000～1150℃，薄带坯料停留时间为20～60s；所述第一段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在800～900℃之间，薄带坯料停留时间为1～5min；所述第二段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在950～1250℃之间，薄带坯料停留时间为1～15min；最终获得高磁感无取向高硅钢薄带成品。
2.根据权利要求1所述的高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，其特征在于：所述升温加热段退火工艺的条件为：控制热处理温度在1100～1150℃之间，薄带坯料停留时间为25～35s。
3.根据权利要求1所述的高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，其特征在于：所述第一段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在850～900℃之间，薄带坯料停留时间为3～5min。
4.根据权利要求1所述的高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，其特征在于：所述第二段均热退火工艺的条件为：控制热处理温度在1000～1200℃之间，薄带坯料停留时间为5～10min。
5.根据权利要求1～4任一项所述的高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，其特征在于：所述保护气氛为单一组份氢气，或者为氢气与氮气的混合气体，且混合气体中氢气的质量浓度不低于25％。
6.根据权利要求5所述的高磁感无取向高硅钢连续退火工艺，其特征在于：所述升温加热段退火工艺、第一段均热退火工艺和第二段均热退火工艺中的气氛露点控制在-30～0℃。
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