CN107164693A - 一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁材料制备领域，涉及一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法。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 4.0～7.0％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.01～0.04％，S 0.02～0.03％，N 0.008～0.020％，Nb 0.02～0.05％，V 0.01～0.04％，O≤0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。在高硅钢中添加Mn，Al，Nb，V等第二相形成元素，这些元素在铸带热处理时均匀弥散析出，进而抑制铁素体晶粒正常长大，促使出现异常长大，优化了铸带的织构，改善了可加工性。之后铸带进行低温温轧，进一步降低高硅钢的有序度，最终实现了冷轧过程。因此，本发明方法制备高硅钢冷轧薄带流程短，效率高，最终产品板形良好，可在工艺上广泛实现，具有广阔的应用前景。

Description

一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法
技术领域
本发明属于钢铁材料制备领域，涉及一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法。
背景技术
普通硅钢中硅含量一般控制在3.5％(质量比，下同)以下。研究表明，增加硅钢中的硅含量至4.0～6.7％(称为高硅钢)会显著增加电阻率和磁导率，降低矫顽力，因而降低了铁损，优化了硅钢的性能。尤其当硅含量为6.5％时，硅钢不仅铁损较低，且磁致伸缩系数接近于0，对节约能耗、降低噪音具有重要的意义。但较高的硅含量提高了硅钢的屈服强度和抗拉强度，同时降低了伸长率。因此，高硅钢既硬又脆，很难采用常规连铸、热轧、冷轧方式大规模生产成品厚度的板材。
针对高硅钢的可加工性较差，难以加工制备的特点，学者们提出了多种新型的制备方法。日本学者Arai等在Journal of applied physics,64(1988)5373-5375，Annealingeffect on grain texture of cold-rolled 4.5％Si-Fe ribbons prepared by a rapidquenching method中报道了采用薄带快淬的方式制备0.28mm高硅钢薄带，随后采用轧制变形方式制备得到0.06mm后的冷轧带。由于该方法之别的高硅钢薄而窄，尺寸受限制，难以实现规模化生产。
随后，日本钢管公司Yamaji等在Journal of Magnetism and MagneticMaterials，133(1994)187-189，Magnetic properties and workability of 6.5％silicon steel sheet manufactured in continuous CVD siliconizing line中采用化学沉积法以普通的3.0％Si钢为原料，利用SiCl4为介质实现渗硅，最终得到厚度为0.05～0.30mm的6.5％Si钢薄带，该方法虽然实现了规模化生产，但由于渗硅反应之后的扩散退火时间较长，导致能耗较高，生产成本较高。双辊薄带连铸技术是近年来兴起的一种短流程高效的薄带制备技术，其主要的技术特点为可以直接由液态金属制备2～5mm的薄带材。该方法生产成本较低，适合于制备高硅钢这类附加值较高的钢铁产品。
东北大学李昊泽等在Materials Characterization,88(2014)1-6,Characterization of microstructure,texture and magnetic properties in twin-roll casting high silicon non-oriented electrical steel中报道了采用薄带连铸制备6.5％Si铸带，并随后采用1050℃热轧，接着250℃条件下冷轧得到0.50mm高硅钢冷轧板。该方法基于薄带连铸，采用热轧和温轧的方式，虽可以成功制备高硅钢成品板，但由于轧制规程复杂，且需采用较高温度的热轧，不利于能耗的降低和生产成本的降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，通过对薄带连铸条件下组织、织构和析出物的整体认识，重新设计高硅钢成分，添加了抑制剂形成元素。并利用热处理过程使铸带出现了异常长大，显著优化了铸带的织构，进而改善了高硅钢塑性，采用冷轧的办法得到了高硅钢成品。
本发明的技术方案是：
一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，通过短流程薄带连铸技术制备高硅钢铸带，随后对铸带进行热处理，利用异常长大现象控制织构，改善可加工性，并利用轧制变形得到板形良好的高硅钢冷轧薄带，其具体的工艺流程为：
(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 4.0～7.0％，Mn0.1～0.3％，Al 0.01～0.04％，S 0.02～0.03％，N 0.008～0.020％，Nb 0.02～0.05％，V 0.01～0.04％，O≤0.002％，余量为Fe；
(2)薄带连铸过程：将中间包预热，预热温度1200～1250℃，随后将钢水浇入到中间包中，控制过热度为20～60℃，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，最终铸带厚度为2.0～5.0mm；
(3)铸带出辊后，在氮气的气氛条件下，以40～110℃/s的速率冷却450～650℃卷取；
(4)将铸带卷去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(5)铸带卷进行罩式炉进行热处理，在氮气氢气混合气氛条件下以50～150℃/h的速度升温至950～1150℃，随后保温5～20h进行退火，控制露点小于-30℃；
(6)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，然后在氮气气氛条件下进行温轧，开轧温度为500～550℃，终轧温度为380～450℃，总压下量为40～50％，得到温轧带；
(7)将温轧带去氧化铁皮，随后在20～150℃条件下进行多道次冷轧，总压下量为70～85％，获得冷轧薄带。
所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，添加Mn，Al，Nb，V，N和S第二相形成元素，并控制C和O的含量。
所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，铸带经过热处理之后得到5～40mm的强{100}取向的晶粒。
所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，最终成品的冷轧薄带厚度为0.20～0.50mm。
所述的步骤(5)氮气氢气混合气氛中，氮气的体积比例为5～50％。
所述的步骤(7)多道次冷轧中，每道次压下量为3～8％。
本发明的设计思想是：
本发明基于薄带连铸，采用特殊的成分设计，结合后续的热处理过程，显著提高了铸带的可加工性，简化了轧制变形规程是本专利的特点。薄带连铸制备较快的凝固速度能将大部分的第二相形成元素固溶在铸带基体中，这些抑制剂元素在后续的铸带热处理过程中析出，起到钉扎铁素体晶界的作用，进而促使铸带中出现异常长大现象，改善了铸带的织构，进而提高了铸带的可加工性。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
1、本发明通过在铸带中添加Mn，Al，Nb，V，S，N等第二相形成元素，这些元素在后续的铸带热处理中均匀弥散析出，进而抑制铁素体晶粒的正常长大，促使出现异常长大的现象，得到强的{100}织构。
2、本发明铸带经热处理之后，消除了溶质元素在枝晶间和晶界附近的微观偏析，提高了高硅钢的可加工性，有利于实现后续的轧制变形。
3、本发明热处理铸带直接在较低温度下实现变形，能显著的节约能耗，且有利于迅速降低合金的有序度，提高塑性，使后面的冷轧能顺利进行。
附图说明
图1为本发明实施例中的的基于薄带连铸技术的取向硅钢快速二次再结晶的制备方法流程图。
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，基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法流程如下：按设定成分冶炼钢水，进入薄带连铸机完成薄带连铸过程，出铸机后的铸带进行热处理，再经低温温轧和冷轧，形成表面质量优良、板形良好的冷轧薄带。
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，基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，按以下步骤进行：
按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.003％，Si 6.49％，Mn0.22％，Al 0.02％，S 0.025％，N 0.011％，Nb 0.03％，V 0.04％，O 0.0015％，其余为Fe。
薄带连铸过程：将中间包预热，预热温度为1200℃，随后将钢水浇入到中间包中，控制过热度为25℃，钢水通过中间包流入连个反向旋转的结晶辊之间凝固为薄带，控制铸速45m/min，厚度为2.2mm；
铸带出辊之后，在氮气气氛条件下，以80℃/s的速率冷却至550℃进行卷取，获得铸带卷；
将铸带卷酸洗去除表面氧化铁皮，并涂覆Al2O3隔离剂后重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为15μm，得到涂层铸带卷；
将涂层铸带卷以50℃/h的升温速度加热至1100℃，并保温10h，得到热处理铸带；退火气氛为氮气和氢气的混合气氛，其中氮气所占体积比例为25％，控制混合气氛的露点为-35℃；
将热处理铸带开卷后，在氮气气氛条件下，进行温轧，开轧温度为500±5℃，终轧温度为390±5℃，总压下量45％，制成温轧带；
将温轧带酸洗去除氧化铁皮后，然后在80～100℃条件下冷轧，每道次压下量为3％，总压下量为75％，得到冷轧薄带，厚度为0.3mm。
实施例2
本实施例中，基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，按以下步骤进行：
按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.003％，Si 6.1％，Mn 0.30％，Al 0.018％，S 0.03％，N 0.020％，Nb 0.014％，V 0.04％，O 0.001％，其余为Fe。
薄带连铸过程：将中间包预热，预热温度为1250℃，随后将钢水浇入到中间包中，控制过热度为50℃，钢水通过中间包流入连个反向旋转的结晶辊之间凝固为薄带，控制铸速40m/min，厚度为2.5mm；
铸带出辊之后，在氮气气氛条件下，以60℃/s的速率冷却至600℃进行卷取，获得铸带卷；
将铸带卷酸洗去除表面氧化铁皮，并涂覆Al2O3隔离剂后重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10μm，得到涂层铸带卷；
将涂层铸带卷以80℃/h的升温速度加热至1150℃，并保温8h，得到热处理铸带；退火气氛为氮气和氢气的混合气氛，其中氮气所占体积比例为50％，控制混合气氛的露点为-30℃；
将热处理铸带开卷后，在氮气气氛条件下，进行温轧，开轧温度为520±5℃，终轧温度为400±5℃，总压下量50％，制成温轧带；
将温轧带酸洗去除氧化铁皮后，然后在100～120℃条件下冷轧，每道次压下量为8％，总压下量为72％，得到冷轧薄带，厚度为0.35mm。
实施例3
本实施例中，基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，按以下步骤进行：
按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：C 0.002％，Si 6.7％，Mn 0.18％，Al 0.03％，S 0.022％，N 0.009％，Nb 0.02％，V 0.01％，O 0.001％，其余为Fe。
薄带连铸过程：将中间包预热，预热温度为1230℃，随后将钢水浇入到中间包中，控制过热度为30℃，钢水通过中间包流入连个反向旋转的结晶辊之间凝固为薄带，控制铸速50m/min，厚度为3.0mm；
铸带出辊之后，在氮气气氛条件下，以90℃/s的速率冷却至580℃进行卷取，获得铸带卷；
将铸带卷酸洗去除表面氧化铁皮，并涂覆Al2O3隔离剂后重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为20μm，得到涂层铸带卷；
将涂层铸带卷以100℃/h的升温速度加热至950℃，并保温20h，得到热处理铸带；退火气氛为氮气和氢气的混合气氛，其中氮气所占体积比例为20％，控制混合气氛的露点为-45℃；
将热处理铸带开卷后，在氮气气氛条件下，进行温轧，开轧温度为545±5℃，终轧温度为440±5℃，总压下量42％，制成温轧带；
将温轧带酸洗去除氧化铁皮后，然后在70～130℃条件下冷轧，每道次压下量为4～6％，总压下量为71.2％，得到冷轧薄带，厚度为0.5mm。
实施例结果表明，本发明在高硅钢中添加Mn、Al、Nb、V等第二相形成元素，这些元素在铸带热处理时均匀弥散析出，进而抑制铁素体晶粒正常长大，促使出现异常长大，优化了铸带的织构，改善了可加工性。之后铸带进行低温温轧，进一步降低高硅钢的有序度，最终实现了冷轧过程。因此，本发明方法制备高硅钢冷轧薄带流程短，效率高，最终产品板形良好，可在工艺上广泛实现，具有广阔的应用前景。

Claims (6)

1.一种基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，通过短流程薄带连铸技术制备高硅钢铸带，随后对铸带进行热处理，利用异常长大现象控制织构，改善可加工性，并利用轧制变形得到板形良好的高硅钢冷轧薄带，其具体的工艺流程为：
(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 4.0～7.0％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.01～0.04％，S 0.02～0.03％，N 0.008～0.020％，Nb 0.02～0.05％，V 0.01～0.04％，O≤0.002％，余量为Fe；
(2)薄带连铸过程：将中间包预热，预热温度1200～1250℃，随后将钢水浇入到中间包中，控制过热度为20～60℃，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，最终铸带厚度为2.0～5.0mm；
(3)铸带出辊后，在氮气的气氛条件下，以40～110℃/s的速率冷却450～650℃卷取；
(4)将铸带卷去除氧化皮，然后涂Al2O3隔离剂后进行重新卷取，Al2O3隔离剂颗粒度为10～20μm；
(5)铸带卷进行罩式炉进行热处理，在氮气氢气混合气氛条件下以50～150℃/h的速度升温至950～1150℃，随后保温5～20h进行退火，控制露点小于-30℃；
(6)将热处理后带卷重新开卷清理隔离剂后重新卷取，然后在氮气气氛条件下进行温轧，开轧温度为500～550℃，终轧温度为380～450℃，总压下量为40～50％，得到温轧带；
(7)将温轧带去氧化铁皮，随后在20～150℃条件下进行多道次冷轧，总压下量为70～85％，获得冷轧薄带。
2.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，添加Mn，Al，Nb，V，N和S第二相形成元素，并控制C和O的含量。
3.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，铸带经过热处理之后得到5～40mm的强{100}取向的晶粒。
4.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，最终成品的冷轧薄带厚度为0.20～0.50mm。
5.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)氮气氢气混合气氛中，氮气的体积比例为5～50％。
6.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高硅钢冷轧带钢的制备方法，其特征在于，所述的步骤(7)多道次冷轧中，每道次压下量为3～8％。
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