CN107779727A - 一种取向硅钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种取向硅钢的生产方法，该方法包括：将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯；对所述铸坯进行热轧，获得热轧板；对所述热轧板进行常化处理，获得钢板；对所述钢板进行冷轧；将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理；将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理；对经过氮化处理后的钢板进行涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板；在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。本发明的上述技术方案改善了现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。

Description

一种取向硅钢的生产方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备加工技术领域，尤其涉及方法一种取向硅钢的生产方法。
背景技术
随着大型变压器和节能配变市场的发展，对原材料取向电工钢的磁性能要求也越来越高，市场在这一领域竞争越来越激烈，因此提升磁感和降低铁损是各个高磁感取向硅钢生产企业的重要方向。
在取向硅钢生产中，热轧板沿板厚方向的组织和织构是不均匀的，这对取向硅钢二次再结晶发展有重大影响，通常常化退火控制析出一定数量细小的ALN，同时使热轧板组织更均匀和再结晶晶粒数量更多。其中合适尺寸ALN将抑制脱碳退火时的一次再结晶晶粒长大，再配合后期渗氮所获得的补充抑制剂达到控制二次再结晶质量的目的。现有方法中，公开了一种两段式常化工艺生产取向硅钢的方法，该方法可以控制合适尺寸的ALN体积比为30～80％，ALN的波动范围较大，如果后续通过渗氮工序对渗氮量进行调节，虽然可以改善抑制剂稳定性，但是渗氮量的波动会对表面造成影响，会造成基体点状裸露的缺陷，因此得到的取向硅钢的磁性能和轧制性能不佳。
由此可知，现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供一种取向硅钢的生产方法，用以改善现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
本申请实施例提供了一种取向硅钢的生产方法，包括：
将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯，其中，所述铸坯的成分的重量百分比如下：0.03％＜C≤0.08％、2.6％≤Si≤4％、0.07％≤Mn≤0.2％、0.005％≤S≤0.01％、0.01％≤Als≤0.03％、0.004％≤N≤0.01％、0.02％≤Sn≤0.2％，其余为Fe和杂质；
对所述铸坯进行热轧，获得热轧板；
对所述热轧板进行常化处理，获得钢板，其中常化处理包括三段常化，其中，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却；
对所述钢板进行冷轧；
将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理；
将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理；
对经过氮化处理后的钢板进行涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板；
在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。
可选地，所述热轧包括：粗轧和精轧，其中粗轧的两轧机采用1+5道次轧制模式，精轧的轧机采用7道次轧制模式。
可选地，在冷轧过程中，控制冷轧压下率≥75％。
可选地，在热轧过程中，热轧温度为1100～1250℃，卷取温度为500～700℃。
可选地，所述热轧板的目标厚度为2.0-2.8mm。
可选地，所述冷轧过程中，将所述钢板轧制成厚度为0.15mm～0.30mm的钢板。
可选地，在所述脱碳退火处理过程中，控制脱碳退火处理的露点温度为40～70℃，气氛为氮气和氢气，脱碳退火温度为750～870℃，脱碳退火时间为100～270秒。
可选地，所述氮化处理的温度为600～910℃，气氛为氮气、氢气和氨气的混合气体，所述氨气在所述混合气体中的体积百分比为1～15％。
可选地，所述隔离层为MgO涂层。
可选地，所述高温退火过程中，高温退火的温度为1150℃～1250℃；高温退火的时间大于3小时。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的一种取向硅钢的生产方法，一方面，本发明中通过二次精炼和连铸获得铸坯中，将锡元素的质量百分比控制在0.02％～0.2％之间，增加了铸坯中Sn元素的含量，可以利用Sn元素在晶界的偏析，为方形ALN析出提供形核，从而进一步促进方形ALN的析出，故而可以控制20～100nm方形ALN的析出物的稳定性，另一方面，由于本发明的方法对所述热轧板进行常化处理，并且常化处理包括三段常化，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却，通过三段常化之间冷却速度合理调配，可以使合适尺寸的方形ALN的析出厚度范围转移到距钢板表面150μm～500μm，并且增大析出的ALN密度，由于γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，在常化后快速冷却过程中基本抑制了＜20nm的针状ALN的析出，剩余Al元素在渗氮后析出。并通过三段常化延长了常化时间，各段之间冷却速度合理调配，基体组织均匀性较原工艺明显改善，故而可以提高取向硅钢的磁性能，并且由于增加的第三段常化的温度更低，降低了常化后快速冷却的起始温度，从而降低热轧板常化退火后的脆性，因此改善了常化板冷轧可轧性。改善了现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1本发明一种较优实施例中取向硅钢的生产方法的流程图。
具体实施方式
本发明实施例提供一种取向硅钢的生产方法，用以改善现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
为了解决上述现有技术存在的技术问题，本申请实施例提供的技术方案的总体思路如下：
一种取向硅钢的生产方法，包括：将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯，其中，所述铸坯的成分的重量百分比如下：0.03％＜C≤0.08％、2.6％≤Si≤4％、0.07％≤Mn≤0.2％、0.005％≤S≤0.01％、0.01％≤Als≤0.03％、0.004％≤N≤0.01％、0.02％≤Sn≤0.2％，其余为Fe和杂质；对所述铸坯进行热轧，获得热轧板；对所述热轧板进行常化处理，获得钢板，其中常化处理包括三段常化，其中，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却；对所述钢板进行冷轧；将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理；将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理；对经过氮化处理后的钢板进行涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板；在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。
上述方法中，一方面，通过二次精炼和连铸获得铸坯中，将锡元素的质量百分比控制在0.02％～0.2％之间，增加了铸坯中Sn元素的含量，可以利用Sn元素在晶界的偏析，为方形ALN析出提供形核，从而进一步促进方形ALN的析出，故而可以控制20～100nm方形ALN的析出物的稳定性，另一方面，由于本发明的方法对所述热轧板进行常化处理，并且常化处理包括三段常化，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却，通过三段常化之间冷却速度合理调配，可以使合适尺寸的方形ALN的析出厚度范围转移到距钢板表面150μm～500μm，并且增大析出的ALN密度，由于γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，在常化后快速冷却过程中基本抑制了＜20nm的针状ALN的析出，剩余Al元素在渗氮后析出。并通过三段常化延长了常化时间，各段之间冷却速度合理调配，基体组织均匀性较原工艺明显改善，故而可以提高取向硅钢的磁性能，并且由于增加的第三段常化的温度更低，降低了常化后快速冷却的起始温度，从而降低热轧板常化退火后的脆性，因此改善了常化板冷轧可轧性。改善了现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本发明实施例以及实施例中的具体特征是对本发明技术方案的详细的说明，而不是对本发明技术方案的限定，在不冲突的情况下，本发明实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
在本实施例中，提供了一种取向硅钢的生产方法，请参见图1，上述方法包括：
步骤S101：将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯，其中，所述铸坯的成分的重量百分比如下：0.03％＜C≤0.08％、2.6％≤Si≤4％、0.07％≤Mn≤0.2％、0.005％≤S≤0.01％、0.01％≤Als≤0.03％、0.004％≤N≤0.01％、0.02％≤Sn≤0.2％，其余为Fe和杂质；
步骤S102：对所述铸坯进行热轧，获得热轧板。
步骤S103：对所述热轧板进行常化处理，获得钢板，其中常化处理包括三段常化，其中，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却；
步骤S104：对所述钢板进行冷轧；
步骤S105：将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理；
步骤S106：将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理；
步骤S107：对经过氮化处理后的钢板进行涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板；
步骤S108：在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。
本发明申请人在长期的实践中发现，现有技术中，通常两段式常化工艺来生成取向硅钢，可以将控制合适尺寸ALN的体积比在30～80％，但是其波动范围较大，并且如果通过氮化工艺进行渗氮量调节，虽然可以改善抑制剂稳定性，但渗氮量的波动会对表面造成影响，造成基体点状裸露的缺陷，并且现有方法中铸坯中Sn元素的含量较低，不利于ALN的析出，从而影响最终取向硅钢的磁性能和轧制性。因此，为了提高取向硅钢的磁性能和轧制性能，本发明的生产方法在常化过程中增加了第三段常化，可以使γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，同时通过三段常化之间冷却速度合理调配，使尺寸20～100nm方形ALN的析出厚度范围转移到距钢板表面150μm～500μm，从而使得上述ALN析出对取向硅钢的再结晶过程控制和磁性能改善有利。另外，本发明通过在铸坯成分增加Sn元素的含量，利用Sn元素在晶界的偏析，为方形ALN析出提供形核，更进一步促进方形ALN的析出。
下面结合图1，对本发明提供的取向硅钢的生产方法予以详细介绍。
首先，执行步骤S101：将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯，其中，所述铸坯的成分的重量百分比如下：0.03％＜C≤0.08％、2.6％≤Si≤4％、0.07％≤Mn≤0.2％、0.005％≤S≤0.01％、0.01％≤Als≤0.03％、0.004％≤N≤0.01％、0.02％≤Sn≤0.2％，其余为Fe和杂质。
具体来说，本发明通过将铸坯中锡元素的重量控制在0.02％≤Sn≤0.2％，即在铸坯成分增加Sn元素的含量，可以利用Sn元素在晶界的偏析，为方形ALN析出提供形核，更进一步促进方形ALN的析出，从而为提高取向硅钢的磁性能提供条件。
然后执行步骤S102：对所述铸坯进行热轧，获得热轧板。
具体来说，为了保证热轧的效果，本发明实施例中热轧温度为1100～1250℃，卷取温度为500～700℃，热轧包括粗轧和精轧，其中，粗轧的两轧机采用1+5道次轧制模式，精轧的轧机采用7道次轧制模式。并且所述热轧板的目标厚度为2.0-2.8mm。
接下来执行步骤S103：对所述热轧板进行常化处理，获得钢板，其中常化处理包括三段常化，其中，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却；
具体来说，本申请发明人通过长期的实践发现，常化后钢板内ALN析出物主要是以三种尺寸和形态存在：
第一种，尺寸小于20nm的针状ALN；一般在热轧卷取时析出，这种ALN在常化时高温下固溶消失，但本申请发明热发现在常规两段式常化工艺中，常化后快速冷却完成γ→α相变阶段，上述尺寸小于20nm的针状ALNALN会重新析出，且由于两段式常化后表层冷速更大，主要集中在常化后钢板距表层250μm以内的范围；
第二种，尺寸为20～100nm的方形ALN，上述方形ALN在γ→α相变阶段析出，但相比于第一种ALN，该种ALN需要更高的温度，并且在析出过程中冷却速度对其析出的稳定性有影响，冷却速度缓慢有利于其稳定析出并生长，该种方形ALN主要存于距表层400μm～650μm的范围；
第三种，尺寸＞100nm粗大块状ALN，只在炼钢连铸和热轧的高温下形成，后续常化过程基本无变化。
上述三种ALN析出物中，只有尺寸20～100nm方形ALN对后续脱碳退火和高温退火过程中对组织再结晶控制和磁性能的控制有效。
在具体的实施过程中，本发明常化过程中加入第三段常化，使γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，同时通过三段常化之间冷却速度合理调配，使尺寸20～100nm方形AlN的析出厚度范围转移到距钢板表面150μm～500μm，并且析出密度显著增大。而该厚度范围是取向硅钢GOSS晶核的主要存在范围，因此有利于对取向硅钢的再结晶过程控制和磁性能改善有利。而且由于γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，在常化后快速冷却过程中基本抑制了＜20nm的针状AlN的析出，剩余Al元素在渗氮后析出。此外，通过三段常化延长了常化时间，并且各段之间冷却速度合理调配，基体组织均匀性较原工艺明显改善。由于加入的常化第三段温度更低，使常化后的温度从900℃左右降低到800℃左右，从而降低了常化后快速冷却的起始温度，从而可以降低热轧板常化退火后的脆性，因此改善了常化板冷轧可轧性，故而可以提高最终取向硅钢的磁性能和可轧制性能。
接下来执行步骤S104：对所述钢板进行冷轧。
作为优选，所述冷轧过程中，控制冷轧压下率≥75％，将所述钢板轧制成厚度为0.15mm～0.30mm的钢板。
接下来执行步骤S105：将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理。
在具体的实施过程中，为了提高脱碳退火的效果，本实施例在所述脱碳退火处理过程中，控制脱碳退火处理的露点温度为40～70℃，气氛为氮气和氢气，脱碳退火温度为750～870℃，脱碳退火时间为100～270秒。
接下来执行步骤S106：将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理。
为了保证氮化处理的效果，所述氮化处理的温度为600～910℃，气氛为氮气、氢气和氨气的混合气体。作为优选，所述氨气在所述混合气体中的体积百分比为1～15％。
再执行步骤S107：对经过氮化处理后的钢板涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板。
具体来说，作为优选，上述隔离层为MgO涂层，所述高温退火过程中，所述高温退火的温度为1150℃～1250℃，高温退火的时间大于3小时，从而保证高温退火的效果。
租后执行步骤S108：在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。
下面通过具体的实施例、对比例及其实验数据对本发明的技术方案和效果进行详细介绍：
表1是本发明实施例和对比例的生产方法的工艺参数，表2为本发明实施例和对比例的生产方法的实验结果，其中，B800表示取向硅钢的磁性能，数值越大表示磁性能越好，P1.7/50表示铁损值，即在频率50HZ,最大磁通密度为1.7T时的铁损值小于1.5W，从表2的结果可以看出，采用本发明的方法，相比现有技术(对比例1-6)而言，可以将取向硅钢的磁性能保持在1.93T以上，并降低取向硅钢的屈服强度，提高常化板伸长率，从而达到了提高取向硅钢的磁性能和轧制性能的技术效果。
表1
表2
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本申请实施例提供的一种取向硅钢的生产方法，一方面，本发明中通过二次精炼和连铸获得铸坯中，将锡元素的质量百分比控制在0.02％～0.2％之间，增加了铸坯中Sn元素的含量，可以利用Sn元素在晶界的偏析，为方形AlN析出提供形核，从而进一步促进方形AlN的析出，故而可以控制20～100nm方形AlN的析出物的稳定性，另一方面，由于本发明的方法对所述热轧板进行常化处理，并且常化处理包括三段常化，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S；第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S；第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却，通过三段常化之间冷却速度合理调配，可以使合适尺寸的方形AlN的析出厚度范围转移到距钢板表面150μm～500μm，并且增大析出的AlN密度，由于γ→α相变在缓慢冷却状态下完成，在常化后快速冷却过程中基本抑制了＜20nm的针状AlN的析出，剩余Al元素在渗氮后析出。并通过三段常化延长了常化时间，各段之间冷却速度合理调配，基体组织均匀性较原工艺明显改善，故而可以提高取向硅钢的磁性能，并且由于增加的第三段常化的温度更低，降低了常化后快速冷却的起始温度，从而降低热轧板常化退火后的脆性，因此改善了常化板冷轧可轧性。改善了现有技术中通过两段式常化工艺生产取向硅钢的方法存在磁性能和轧制性能不佳的技术问题。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种取向硅钢的生产方法，其特征在于，包括：
将铁水进行冶炼，并通过二次精炼和连铸获得铸坯，其中，所述铸坯的成分的重量百分比如下：0.03％＜C≤0.08％、2.6％≤Si≤4％、0.07％≤Mn≤0.2％、0.005％≤S≤0.01％、0.01％≤Als≤0.03％、0.004％≤N≤0.01％、0.02％≤Sn≤0.2％，其余为Fe和杂质；
对所述铸坯进行热轧，获得热轧板；
对所述热轧板进行常化处理，获得钢板，其中常化处理包括三段常化，其中，第一段常化的温度为1050～1150℃，第一常化时间为10～30sec，第一冷却速度为4～10℃/S，第二段常化的温度850～950℃，第二常化时间为50～200sec，第二冷却速度为7～14℃/S，第三段常化的温度700～840℃，第三常化时间10～50sec，然后进行冷却；
对所述钢板进行冷轧；
将冷轧后的钢板进行脱碳退火处理；
将经过脱碳退火处理后的钢板进行氮化处理；
对经过氮化处理后的钢板进行涂覆隔离层，然后高温退火，获得高温退火板；
在所述高温退火板的表面涂覆绝缘涂层，并经过拉伸平整退火获得取向硅钢。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热轧包括：粗轧和精轧，其中粗轧的两轧机采用1+5道次轧制模式，精轧的轧机采用7道次轧制模式。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在冷轧过程中，控制冷轧压下率≥75％。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在热轧过程中，热轧温度为1100～1250℃，卷取温度为500～700℃。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热轧板的目标厚度为2.0-2.8mm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷轧过程中，将所述钢板轧制成厚度为0.15mm～0.30mm的钢板。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述脱碳退火处理过程中，控制脱碳退火处理的露点温度为40～70℃，气氛为氮气和氢气，脱碳退火温度为750～870℃，脱碳退火时间为100～270秒。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述氮化处理的温度为600～910℃，气氛为氮气、氢气和氨气的混合气体，所述氨气在所述混合气体中的体积百分比为1～15％。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述隔离层为MgO涂层。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高温退火过程中，高温退火的温度为1150℃～1250℃，高温退火的时间大于3小时。
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