CN107058875A - 一种1‑5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种1～5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法。按以下步骤进行：(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.002～0.005％，Si 0.5～2.0％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.2～0.5％，P 0.01～0.04％，S 0.002～0.005％，N≤0.002％，O≤0.002％，Al≤0.002％，Nb≤0.002％，V≤0.002％，Ti≤0.002％，余量为Fe及不可避免杂质；(2)薄带连铸过程后形成铸带；(3)在惰性气氛条件下进行热轧并卷取；(4)重新开卷除氧化铁皮并涂抹隔离剂后卷曲；(5)热轧卷在氢气气氛下进行罩式退火；(6)清除隔离剂重新卷取获得成品。本发明的方法利用超洁净无取向硅钢凝固组织热处理{100}取向晶粒异常长大的过程获得理想晶粒尺寸和发达织构，提高了电磁屏蔽钢板的磁均匀性和磁性能。

Description

一种1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种1～5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法。
背景技术
随着我国制造业水平的整体提高，大量电气设备的投入使用，电磁污染防护日益重要，磁屏蔽材料的需求量增多，对我国相关材料的研发提出更高要求。例如，强磁场下工作的大型粒子对撞机磁加速器、医用核磁共振断层摄影扫描设备和磁屏蔽壳体、磁浮动式列车路基、超电导发电和超电导蓄电等核心设备都要求进行良好的磁屏蔽性能。此外，输配电变压器、大电机、地铁、电车和汽车等造成城市噪音，也需要磁屏蔽。而高级计算机和精密电子仪器，为防止产生的磁噪声影响设备精度也需要进行电磁屏蔽。同时，为防止磁场污染对人健康和生活的影响，磁屏蔽材料的用量日益增多，特别是厚度大于1.5mm的高性能电磁厚板需求量日益增多。
磁屏蔽钢板用作直流至10kHz范围内的磁场环境隔离屏蔽。典型的磁屏蔽对象是高能加速器电磁铁，设备在直流磁场下工作，对周围环境产生磁辐射效应，所以需要用磁屏蔽材料进行包覆。评价磁屏蔽钢使用要素主要是下列要素：(1)综合磁性能较好，直流磁场屏蔽材料要求具有高导磁率μ、高使用磁感应强度B、和高饱和磁感应强度Bs。对弱磁场的磁屏蔽要求导磁率μ高(如最大导磁率μm)。对强磁场的磁屏蔽和电磁铁多要求磁感应强度B高(如励磁电流20～80A/m下的磁感应强度B0.2～B0.8值)，良好的退磁性能，也就是矫顽力Hc低，以减少退磁线圈匝数和退磁电流。(2)磁均匀性高，即板面磁各向异性小，屏蔽壳体漏磁率小。(3)成型性能好，主要指冲片性(对电磁铁而言)和切削加工性(对磁屏蔽而言)以及焊接性好。(4)综合结构强度，指材料强度、韧性、疲劳强度和弯曲(成形)加工性。(5)综合成本因素，这是限制坡莫合金等特殊功能材料应用的主要因素。
目前，电工纯铁热轧厚板(碳含量<0.005％)是使用最广泛的强磁场的磁屏蔽材料，而弱磁场的磁屏蔽材料多用坡莫合金和取向硅钢，但是坡莫合金贵金属Ni含量在35～90％，使用成本极高。而高能加速器屏蔽板和电磁铁用0.5～1.5mm厚冷轧电工纯铁或低硅钢制造。但是，一般的电工纯铁热轧板和冷轧板在厚板和磁性方面已不能满足上述的强磁场磁屏蔽和电磁铁要求。当前普遍的做法是通过超纯净炼钢技术获得纯铁(99.8％～99.9％Fe)电工钢板，特别是电工钢热轧厚板，以满足上述使用环境中对磁性能的要求。通过显著降低钢中杂质元素和夹杂物含量消除内应力，促进板带组织晶粒粗大，降低畴壁移动阻力，提高直流磁性(Hc，μ和B值)。但是，纯铁热轧板带热变形过程中存在的大压缩比和反复相变会细化组织，而且产生一些不利织构，使得板带磁性能降低，而且磁均匀性也不是很好。
磁屏蔽板材料要求防护方向上具有优良导磁性能，也就是板厚方向尽量平行于<001>向，需要热加工过程的带坯和冷却过程存在相变的板坯显然无法做到这一点。而双辊薄带连铸技术，以转动的两个铸辊为结晶器，将液态钢水直接注入铸辊和侧封板组成的熔池内，由液态钢水直接凝固形成厚度为1～6mm薄带，可不需经过连铸、加热、热轧和常化等生产工序。其工艺特点是液态金属在结晶凝固时温度梯度方向与体心立方金属<001>晶向平行，可以显著控制铸态组织的晶体取向。更重要的现象是铸态组织经过后续热处理过程可以获得晶粒异常长大组织，晶粒直径3～15mm并且具有发达{100}<0vw>取向的晶粒，也就是可以使≥85％晶粒<001>∥板面法向，而且存在两个极易磁化的<001>方向在板面上，从而获得良好磁屏蔽特性。
目前，国内在这方面没有相关技术报道，而日本的专利则主要是通过热轧板的热处理获得较大晶粒和有利织构。如公开号：平6-248343、平3-271325、平4-143220、平6-145784、平6-306475、平9-157743公开的内容，多涉及纯净钢冶炼和热轧带热处理工艺实现厚板坯屏蔽材料，但是大晶粒尺寸难以获得，而且优良织构比例不高。
发明内容
针对磁屏蔽材料的性能要求以及常规流程的技术特点限制，本发明的目的在于提供一种1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，基于薄带连铸亚快速凝固+铸带热处理流程获得的发达{100}<0vw>织构，实现铸带磁性能的极大提高。
本发明的技术方案是：
一种1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.002～0.005％，Si 0.5～2.0％，Mn 0.4～1.0％，Cr 0.2～0.5％，P 0.01～0.04％，S 0.002～0.005％，N≤0.002％，O≤0.002％，Al≤0.002％，Nb≤0.002％，V≤0.002％，Ti≤0.002％，余量为Fe及不可避免杂质；
(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1200～1250℃，控制过热度为40～70℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速30～55m/min，控制熔池液位高度100～180mm，控制铸带厚度1.0～5.0mm；
(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧开轧温度950～1000℃，终轧温度900～980℃，压下量3～5％，制成热轧铸带；
(4)将热轧铸带以20～30℃/s的速率冷却至400～500℃卷取；
(5)将热卷带去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(6)热卷进入罩式炉进行热处理，在露点-30℃以下纯H2流通的条件下，先以50～150℃/h的速度升温至900～1100℃，保温10～30h进行退火；
(7)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，获得高性能电磁屏蔽取向硅钢。
所述冶炼钢水的成分中，使用Si、Mn作为脱氧剂，控制Al、Nb、V、Ti杂质元素含量。
所述厚度为1-5mm热卷由薄带连铸流程获得，采用小热轧压下量控制，并且经过铁素体单相区温度上沿保温热处理。
所述的铸带经过热处理后获得具有直径3～8mm和发达{100}<0vw>取向的晶粒，≥85％晶粒<001>∥ND向。
所述的高性能电磁钢板的磁性能为：B1≥1.53T，B5≥1.67T。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
1、本发明将充分利用薄带连铸亚快速凝固过程对晶体取向的控制作用，获得发达{100}<0vw>取向的柱状晶组织，为后续异常长大获得有利织构的必要条件；
2、本发明充分利用超洁净无取向硅钢凝固组织热处理{100}取向晶粒异常长大的过程获得理想晶粒尺寸和发达织构，洁净基体磁性能优异，显著区别于其他专利和研究中所用的第二相粒子抑制剂诱发的二次再结晶行为；
3、本发明利用铸带中形成的特殊低迁移速率晶界促进异常长大过程，并且使异常长大晶粒间晶界存在比例较高的重位点阵晶界Σ1、Σ3和Σ5晶界，使得磁化过程中磁滞损耗降低，加工过程中不容易造成应力集中，提高基体塑性和韧性。
4、本发明成品磁性能进一步提高，周向磁性能均匀，易于加工和使用，而且生产成本大大降低，促进产品大规模应用。
附图说明
图1为本发明的取向硅钢的制备方法流程示意图；
图2为本发明实施例1中的产品低倍组织图。
具体实施方式
在具体实施过程中，采用的薄带连铸机为专利(公开号CN103551532A)公开的薄带连铸机。如图1所示，基于薄带连铸技术制备1-5mm电磁屏蔽板的方法流程如下：通过钢包冶炼钢水浇入中间包内，经过布流水口流入薄带连铸机，在两个旋转的铜结晶辊和侧封板组成的结晶器内形成熔池，钢水凝固后形成铸带；经过一道次小压下量热平整后进行卷取；热轧带在保护气氛下进行热处理，获得理想磁屏蔽钢带卷。
本发明实施例中，观测显微组织采用Zeiss Ultra 55型扫描电镜，采用的氢气体积纯度为99.9％，采用的氮气体积纯度为99.9％。
下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中，1～5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.005％，Si 1.5％，Mn0.2％，Cr 0.5％，P 0.04％，S 0.005％，N 0.002％，O 0.002％，Al 0.002％，Nb 0.002％，V0.002％，Ti 0.002％，余量为Fe；
(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1230℃，控制过热度为50℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速55m/min，控制熔池液位高度150mm，控制铸带厚度2.5mm；
(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧开轧温度975℃，终轧温度900℃，压下量5％，制成热轧铸带；
(4)将热轧铸带以30℃/s的速率冷却至500℃卷取；
(5)将热卷带去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(6)热卷进入罩式炉进行热处理，在露点-35℃纯H2流通的条件下，先以50℃/h的速度升温至985℃，保温10h进行退火；
(7)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，获得高性能电磁屏蔽取向硅钢。
铸带经过热处理后平均晶粒尺寸8mm，85％晶粒<001>∥ND向，热处理后带钢：B1≥1.59T，B5≥1.72T。
如图2所示，从产品低倍组织可以看出，原始铸带组织经过异常长大后晶粒长透板厚方向，板面尺寸达到5mm以上，而且晶体取向为发达的{100}取向。
实施例2
本实施例中，1～5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.003％，Si 0.5％，Mn1.0％，Cr 0.5％，P 0.04％，S 0.002％，N 0.002％，O 0.002％，Al 0.002％，Nb 0.002％，V0.002％，Ti 0.002％，余量为Fe；
(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1250℃，控制过热度为70℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速30m/min，控制熔池液位高度180mm，控制铸带厚度5.0mm；
(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧开轧温度950℃，终轧温度900℃，压下量3％，制成热轧铸带；
(4)将热轧铸带以30℃/s的速率冷却至400℃卷取；
(5)将热卷带去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(6)热卷进入罩式炉进行热处理，在露点-35℃纯H2流通的条件下，先以150℃/h的速度升温至900℃，保温30h进行退火；
(7)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，获得高性能电磁屏蔽取向硅钢。
铸带经过热处理后获得具有直径3mm，90％晶粒<001>∥ND向的电磁屏蔽钢板,磁性能为：B1≥1.62T，B5≥1.75T。
实施例3
本实施例中，1～5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.0045％，Si 2.0％，Mn1.0％，Cr 0.2％，P 0.01％，S 0.002％，N 0.002％，O 0.002％，Al 0.002％，Nb 0.002％，V0.002％，Ti 0.002％，余量为Fe；
(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1240℃，控制过热度为40℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速55m/min，控制熔池液位高度100mm，控制铸带厚度1.0mm；
(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧开轧温度995℃，终轧温度980℃，压下量5％，制成热轧铸带；
(4)将热轧铸带以20℃/s的速率冷却至400℃卷取；
(5)将热卷带去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(6)热卷进入罩式炉进行热处理，在露点-40℃纯H2流通的条件下，先以50℃/h的速度升温至1100℃，保温20h进行退火；
(7)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，获得高性能电磁屏蔽取向硅钢。
铸带经过热处理后获得具有直径8mm和发达{100}<0vw>取向的晶粒，95％晶粒<001>∥ND向。电磁钢板的磁性能为：B1≥1.53T，B5≥1.67T。
实施例结果表明，本发明的方法利用超洁净无取向硅钢凝固组织热处理{100}取向晶粒异常长大的过程获得理想晶粒尺寸和发达织构，提高了电磁屏蔽钢板的磁均匀性和磁性能。

Claims (5)

1.一种1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，其特征在于，按以下步骤进行：
(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.002～0.005％，Si 0.5～2.0％，Mn 0.2～1.0％，Cr 0.2～0.5％，P 0.01～0.04％，S 0.002～0.005％，N≤0.002％，O≤0.002％，Al≤0.002％，Nb≤0.002％，V≤0.002％，Ti≤0.002％，余量为Fe及不可避免杂质；
(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1200～1250℃，控制过热度为40～70℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速30～55m/min，控制熔池液位高度100～180mm，控制铸带厚度1.0～5.0mm；
(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧开轧温度950～1000℃，终轧温度900～980℃，压下量3～5％，制成热轧铸带；
(4)将热轧铸带以20～30℃/s的速率冷却至400～500℃卷取；
(5)将热卷带去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(6)热卷进入罩式炉进行热处理，在露点-30℃以下纯H2流通的条件下，先以50～150℃/h的速度升温至900～1100℃，保温10～30h进行退火；
(7)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，获得高性能电磁屏蔽取向硅钢。
2.根据权利要求1所述的1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，其特征在于，所述冶炼钢水的成分中，使用Si、Mn作为脱氧剂，控制Al、Nb、V、Ti杂质元素含量。
3.根据权利要求1所述的1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，其特征在于，所述厚度为1-5mm热卷由薄带连铸流程获得，采用小热轧压下量控制，并且经过铁素体单相区温度上沿保温热处理。
4.根据权利要求1所述的1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，其特征在于，所述的铸带经过热处理后获得具有直径3～8mm和发达{100}<0vw>取向的晶粒，≥85％晶粒<001>∥ND向。
5.根据权利要求1所述的1-5mm厚度高性能电磁屏蔽钢板的制备方法，其特征在于，所述的高性能电磁钢板的磁性能为：B1≥1.53T，B5≥1.67T。
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