CN107245644B - 基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法 - Google Patents

基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种基于薄带连铸的高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法。按质量百分比计，所述的钢水成分是：C≤0.005％，Si 2.6～3.2％，Mn 0.005～0.3％，Al 0.1～0.5％，P 0.005～0.05％，S≤0.003％，N≤0.003％，O≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。无取向硅钢的厚度为0.10～0.20mm，其制备方法包括：冶炼、薄带连铸、酸洗、温轧、两阶段冷轧、成品退火及涂层处理。本发明基于双辊薄带连铸技术，消除常规的铸坯再热及热轧工艺，通过对铸带中柱状晶比例、温轧、冷轧压下量的控制，增强退火板中有利的{100}及{110}<001>织构，改善板形及组织均匀性，提高磁性能。本发明工艺流程短，能耗低，产品磁感高、铁损低。

Description

基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种基于薄带连铸的高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法。
背景技术
无取向硅钢是电机及发动机的重要铁芯材料。随着变频技术的发展，人们对无取向硅钢片提出了更高的性能要求。对于牵引电机而言，内部的无取向硅钢不仅要求低铁损(尤其是高频下的低铁损)来提高电机效率，而且要求高磁感来增强转矩。在高频下，涡流损耗占铁损的主要部分，其值与材料厚度的平方成正比。因此，降低硅钢铁损最为有效的方法就是减薄带钢厚度，这就增加了0.2mm及以下规格无取向硅钢的需求。然而，厚度的减薄对应着冷轧压下率的增加，相应的再结晶织构和磁感值将会显著恶化。因此，开发薄规格无取向硅钢的一个难点就是织构的优化和磁感值的提高。
目前，无取向硅钢的生产主要是采用厚板坯连铸连轧技术。但是，常规流程的大压下热轧产生大量不利织构(如：α(<110>//RD)和γ(<111>//ND)织构)，这不利于无取向硅钢磁感应强度的提高，限制了超低铁损薄规格电工钢开发，成为发展的瓶颈。已有的薄规格无取向硅钢制备技术中，专利公开号CN101269384公布了一种通过控制成分并采用两阶段冷轧来制备无取向硅钢薄带的方法，但其磁感值(B50)最高仅为1.67T。专利公开号CN104294022A报导了一种高磁感无取向硅钢的制备方法，专利公开号CN104480386也报导了高速电机用0.2mm厚无取向硅钢及生产方法，这两种方法均采用常规流程生产无取向硅钢薄带，通过二次冷轧+中间脱碳退火的方法来增强退火板中有利的λ(<100>//ND)和η(<100>//RD)织构，产品磁感值提升到1.68T以上。专利公开号CN103882299A则报道了一种高铝薄规格电工钢的生产方法，通过提高Al元素含量提高电阻率，减少再结晶织构中的(111)组分、增加(100)组分。以上专利涉及的方法均是在常规厚板坯连铸+热轧的基础上，通过优化合金成分及轧制工艺来改善磁性能，冶炼、合金成本较高且工艺流程沉长，同时部分方法磁感值提高相对有限。
双辊薄带连铸是一种典型的近终形成型技术，其流程是将钢液直接浇注到由两个旋转的铸辊及侧封板组成的熔池内，在快速冷却条件下直接凝固形成1～5mm的薄带，可以省去常规的铸坯加热及热轧等工艺，具有节能、环保等特点。此外，其在无取向硅钢组织及织构控制方面也有一定的优势。相关的研究表明，利用薄带连铸生产的0.35～0.5mm无取向硅钢中存在较强的{100}<001>织构。因此，开发薄带连铸薄规格无取向硅钢是一个极具潜力的发展方向。目前，关于薄带连铸生产无取向硅钢薄带的研究报道较少，仅CN104451372、CN103060701报导了一种高硅无取向硅钢薄板的生产方法，鉴于高硅钢较差的加工性能，其工业化生产将会受阻。因此，开发薄带连铸具有高成形性、高磁性能的中低硅薄规格无取向硅钢具有重要意义。
发明内容
针对目前上有技术存在的问题，本发明提供了一种基于薄带连铸的高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢的制备方法，通过控制铸带成分、组织以及冷轧工艺参数来获得高磁性能薄规格无取向硅钢。
本发明的技术方案是：
一种基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，按照以下步骤进行：
(1)薄带连铸：将真空冶炼炉中冶炼好的钢水从中间包浇入由两个旋转的结晶辊和两块侧封板组成的熔池内，直接凝固形成1.5～2.5mm的铸带；钢水浇注温度为1530～1570℃，铸辊材质为钢辊，拉速为6～10m/min，铸带出辊后以40℃/s以下的速度冷却至700～750℃，然后进行卷曲，使获得铸带中柱状晶比例达70％以上；
(2)酸洗：将铸带进行酸洗，去除氧化铁皮，酸洗液中HCl含量为100～200g/L，温度为70～85℃；
(3)温轧：将铸带进行2～3道次温轧，温轧温度150～200℃，道次压下率13～25％，总压下率30～50％；
(4)冷轧：冷轧总压下率为80％～95％，采用两阶段冷轧，第一次冷轧总压下率控制在35％～75％，冷轧道次控制在2～5道，道次压下量15～25％；然后进行中间退火，温度为900～1050℃，时间3～6min，保护气氛为N2；随后进行第二次冷轧，总压下率控制在42％～87％，最后一道次压下率控制在9～14％，其它道次压下量为15～25％；
(5)退火：在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40～60℃/s的速度升至700～850℃，再以20～35℃/s的速度升至900～1050℃，保温3～6min，张力控制在0.1～0.6MPa；然后以35℃/s以下的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品。
按质量百分比计，所述的钢水成分是：C≤0.005％，Si 2.6～3.2％，Mn 0.005～0.3％，Al 0.1～0.5％，P 0.005～0.05％，S≤0.003％，N≤0.003％，O≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质。
所述的无取向硅钢的厚度为0.10～0.20mm。
所述的无取向硅钢的铁损值P15/50为1.95～2.26W/kg，P10/400为11.5～15.1W/kg，磁感值B50为1.69～1.73T。
所述的步骤(1)中，获得铸带中柱状晶比例优选为70～90％。
所述的步骤(1)中，冷却速度优选为20～30℃/s。
所述的步骤(5)中，冷却速度优选为20～35℃/s。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)本发明采用超低碳Fe-Si合金，严格控制C、N、O、S等元素，从而减少硅钢薄带中的第二相粒子，降低其对晶粒长大的抑制及其对磁畴的钉扎作用，从而降低铁损。
(2)本发明通过对浇注参数的控制，提高铸带中的{100}织构，从而增强{100}织构的遗传作用，增加退火板中的Cube({001}<100>)及η有利织构。
(3)本发明薄带连铸的快速凝固使得铸带中热应力较大，本发明中铸带先经150～200℃温轧，从而减少冷轧时边裂及断带的发生，改善铸带的成形性，提高成材率。
(4)本发明采用两阶段冷轧，通过冷轧压下量的控制，一方面可以增加最终冷轧板中的剪切带组织，另一方面增加冷轧板中{100}组分的保留，从而提高退火板中有利织构组分，同时有效改善组织均匀性。
(5)本发明通过对退火速率及张力进行控制，能够更好的改善成品板形和磁性能。
(6)本发明生产流程短、绿色环保，能耗低，生产成本低，而且产品磁感高、铁损低。
附图说明
图1为本发明的薄带连铸高磁感、薄规格无取向硅钢生产工艺示意图，其中：1：钢包；2：中间包；3侧封板；4：铸辊；5：卷取机；6：无取向硅钢铸带；7：酸洗机组；8：温轧及冷轧机组；9：退火炉；10：冷轧机组；11：退火涂层联合机组。
图2为本发明实施例2中铸带的组织。
图3为本发明实施例2中退火板的组织。
图4为本发明实施例2中退火板宏观织构ODF图。
具体实施方式
在具体实施过程中，如图1所示，本发明的薄带连铸高磁感、薄规格无取向硅钢生产工艺如下：
首先，按设定成分冶炼钢水，将钢包1中冶炼好的钢水，从中间包2浇入由两个旋转的铸辊4(结晶辊)和两块侧封板3组成的熔池，利用薄带连铸机的铸辊4铸轧成薄带，经卷取机5卷取成无取向硅钢铸带6；
然后，将无取向硅钢铸带6经酸洗机组7进行酸洗、温轧及冷轧机组8进行温轧及第一阶段冷轧、退火炉9进行退火、冷轧机组10进行第二阶段冷轧，以及退火涂层联合机组11进行成品退火和涂层处理，获得无取向硅钢薄带。
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，按照化学成分(质量百分比)C 0.004％，Si 2.9％，Mn 0.005％，Al0.15％，P 0.03％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1530℃，利用薄带连铸机铸轧成2.2mm厚的铸带，拉速8m/min。铸带出辊后以约30℃/s速度冷却至720℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为73％。经75℃的110g/L的盐酸酸洗后进行三道次温轧，温轧温度200℃，总压下率45％，道次压下量14～17％。然后进行两道次冷轧，总压下率42％，道次压下率18～24％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为1030℃，时间为3min。然后第二次冷轧至0.2mm厚，总压下率71％，最后一道次压下率为13％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40℃/s的速度升至800℃，再以30℃/s的速度升至1050℃，然后保温3min，张力控制在0.2MPa。然后以约20℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.2mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.72T，铁损P15/50为2.08W/kg，P10/400为15.10W/kg。
实施例2
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.003％，Si 3.0％，Mn 0.1％，Al0.2％，P 0.03％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1530℃，利用薄带连铸机铸轧成2.0mm厚的铸带，拉速7m/min。铸带出辊后以约30℃/s速度冷却至700℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为75％。经75℃的110g/L的盐酸酸洗后进行三道次温轧，温轧温度200℃，总压下率50％，道次压下量15～20％。然后进行三道次冷轧，总压下率53％，道次压下率15～23％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为1030℃，时间为3min。然后第二次冷轧至0.2mm厚，总压下率60％，最后一道次压下率为10％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40℃/s的速度升至800℃，再以30℃/s的速度升至1050℃，保温3min，张力控制在0.2MPa。然后以约25℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
如图2所示，上述铸带的组织以柱状晶为主，存在少量的等轴晶。如图3-图4所示，上述0.2mm厚无取向硅钢退火板的组织和织构，可以看出其组织较为均匀，退火板织构以Goss及Cube为主，γ组分较弱。横纵向平均磁感B50为1.716T，铁损P15/50为2.14W/kg，P10/400为14.32W/kg。
实施例3
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.004％，Si 2.8％，Mn 0.04％，Al0.4％，P 0.04％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1540℃，利用薄带连铸机铸轧成2.1mm厚的铸带，拉速10m/min。铸带出辊后以约30℃/s速度冷却至740℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为79％。经80℃的140g/L的盐酸酸洗后进行三道次温轧，温轧温度200℃，总压下率47％，道次压下量14～19％。然后进行三道次冷轧，总压下率68％，道次压下率15～25％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为1030℃，时间为3min。然后第二次冷轧至0.2mm厚，总压下率43％，最后一道次压下率为13％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40℃/s的速度升至830℃，再以30℃/s的速度升至1050℃，保温3min，张力控制在0.3MPa。然后以约20℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.2mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.704T，铁损P15/50为2.26W/kg，P10/400为13.4W/kg。
实施例4
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.004％，Si 3.2％，Mn 0.04％，Al0.3％，P 0.05％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1550℃，利用薄带连铸机铸轧成1.8mm厚的铸带，拉速6m/min。铸带出辊后以约20℃/s速度冷却至740℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为86％。经70℃的180g/L的盐酸酸洗后进行两道次温轧，温轧温度180℃，总压下率38％，道次压下量18～20％。然后进行两道次冷轧，总压下率37％，道次压下率17～20％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为950℃，时间为5min。然后第二次冷轧至0.15mm厚，总压下率78.5％，最后一道次压下率为12％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40℃/s的速度升至800℃，再以25℃/s的速度升至退火温度为1000℃，保温4min，张力控制在0.4MPa。然后以约25℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.15mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.694T，铁损P15/50为2.13W/kg，P10/400为13.11W/kg。
实施例5
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.004％，Si 2.8％，Mn 0.1％，Al0.4％，P 0.04％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1560℃，利用薄带连铸机铸轧成2.2mm厚的铸带，拉速8m/min。铸带出辊后以约20℃/s速度冷却至710℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为84％。经83℃的150g/L的盐酸酸洗后进行三道次温轧，温轧温度200℃，总压下率50％，道次压下量14～22％。然后进行三道次冷轧，总压下率55％，道次压下率15～25％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为900℃，时间为5min。然后第二次冷轧至0.15mm厚，总压下率70％，最后一道次压下率为12％，其他道次压下量18～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以50℃/s的速度升至800℃，再以25℃/s的速度升至1020℃，保温3min，张力控制在0.2MPa。然后以约25℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.15mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.689T，铁损P15/50为2.11W/kg，P10/400为12.01W/kg。
实施例6
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.004％，Si 3.0％，Mn 0.05％，Al0.2％，P 0.03％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1560℃，利用薄带连铸机铸轧成2.0mm厚的铸带，拉速8m/min。铸带出辊后以约25℃/s速度冷却至750℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为90％。经70℃的120g/L的盐酸酸洗后进行两道次温轧，温轧温度200℃，总压下率40％，道次压下量15～25％。然后进行三道次冷轧，总压下率71％，道次压下率21～25％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为950℃，时间为5min。然后第二次冷轧至0.15mm厚，总压下率57％，最后一道次压下率为12％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以55℃/s的速度升至750℃，再以30℃/s的速度升至980℃，保温4min，张力控制在0.3MPa。然后以约20℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.15mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.714T，铁损P15/50为2.02W/kg，P10/400为12.21W/kg。
实施例7
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.003％，Si 3.0％，Mn 0.05％，Al0.2％，P 0.005％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1550℃，利用薄带连铸机铸轧成1.8mm厚的铸带，拉速10m/min。铸带出辊后以约30℃/s速度冷却至720℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为85％。经75℃的150g/L的盐酸酸洗后进行三道次温轧，温轧温度200℃，总压下率44％，道次压下量13～18％。然后进行四道次冷轧，总压下率65％，道次压下率15～20％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为950℃，时间为5min。然后第二次冷轧至0.1mm厚，总压下率71％，最后一道次压下率为10％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以50℃/s的速度升至750℃，再以25℃/s的速度升至950℃，保温5min，张力控制在0.1MPa。然后以约25℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.1mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.73T，铁损P15/50为1.95W/kg，P10/400为11.5W/kg。
实施例8
本实施例中，按照化学成分(质量百分比)C 0.003％，Si 3.0％，Mn 0.1％，Al0.2％，P 0.005％，S 0.003％，N 0.003％，O 0.003％，其余为Fe及不可避免杂质，冶炼钢水。控制钢水浇铸温度为1570℃，利用薄带连铸机铸轧成1.8mm厚的铸带，拉速8m/min。铸带出辊后以约30℃/s速度冷却至720℃进行卷曲，然后冷至室温，铸带中柱状晶比例为82％。经75℃的150g/L的盐酸酸洗后进行两道次温轧，温轧温度200℃，总压下率33％，道次压下量13～20％。然后进行两道次冷轧，总压下率41％，道次压下率16～25％。然后在N2中进行中间退火，退火温度为950℃，时间为5min。然后第二次冷轧至0.1mm厚，总压下率86％，最后一道次压下率为11％，其他道次压下量15～25％。在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以60℃/s的速度升至700℃，再以30℃/s的速度升至900℃，保温5min，张力控制在0.1MPa。然后以约20℃/s的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品板。
上述0.1mm厚无取向硅钢薄带横纵向平均磁感B50为1.71T，铁损P15/50为1.97W/kg，P10/400为11.8W/kg。
实施例结果表明，本发明基于双辊薄带连铸技术，消除常规的铸坯再热及热轧工艺，通过对铸带中柱状晶比例、温轧、冷轧压下量的控制，增强退火板中有利的{100}及{110}<001>织构，改善板形及组织均匀性，提高磁性能。

Claims (5)

1.一种基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：
(1)薄带连铸：将真空冶炼炉中冶炼好的钢水从中间包浇入由两个旋转的结晶辊和两块侧封板组成的熔池内，直接凝固形成1.5～2.5mm的铸带；钢水浇注温度为1530～1570℃，铸辊材质为钢辊，拉速为6～10m/min，铸带出辊后以40℃/s以下的速度冷却至700～750℃，然后进行卷曲，使获得铸带中柱状晶比例达70％以上；
(2)酸洗：将铸带进行酸洗，去除氧化铁皮，酸洗液中HCl含量为100～200g/L，温度为70～85℃；
(3)温轧：将铸带进行2～3道次温轧，温轧温度150～200℃，道次压下率13～25％，总压下率30～50％；
(4)冷轧：冷轧总压下率为80％～95％，采用两阶段冷轧，第一次冷轧总压下率控制在35％～75％，冷轧道次控制在2～5道，道次压下量15～25％；然后进行中间退火，温度为900～1050℃，时间3～6min，保护气氛为N2；随后进行第二次冷轧，总压下率控制在42％～87％，最后一道次压下率控制在9～14％，其它道次压下量为15～25％；
(5)退火：在体积比N2：H2＝3:1的保护气氛下进行成品退火，先以40～60℃/s的速度升至700～850℃，再以20～35℃/s的速度升至900～1050℃，保温3～6min，张力控制在0.1～0.6MPa；然后以35℃/s以下的速度冷至室温，经涂层后得到无取向硅钢成品；
按质量百分比计，所述的钢水成分是：C≤0.005％，Si 2.9～3.2％，Mn 0.005～0.3％，Al 0.15～0.5％，P 0.005～0.05％，S≤0.003％，N≤0.003％，O≤0.003％，余量为Fe及不可避免杂质；
所述的无取向硅钢的铁损值P15/50为1.95～2.26W/kg，P10/400为11.5～15.1W/kg，磁感值B50为1.69～1.73T。
2.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，其特征在于，所述的无取向硅钢的厚度为0.10～0.20mm。
3.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，获得铸带中柱状晶比例优选为70～90％。
4.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)中，冷却速度优选为20～30℃/s。
5.根据权利要求1所述的基于薄带连铸高磁感、低铁损薄规格无取向硅钢制备方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，冷却速度优选为20～35℃/s。
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