CN108504932A - 一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，按以下步骤进行：(1)冶炼钢水，其成分按照质量百分比为：C 0.002～0.01％，Si 2.8～3.5％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.2～1.0％，Sn 0.01～0.2％，Sb 0.01～0.2％，S<0.005％，P 0.02～0.2％，N<0.005％，余量为Fe；(2)将钢水用双辊薄带连铸机铸轧成薄带；(3)在600～1100℃进行热轧，空冷；(4)将热轧薄带进行一步冷轧或两步冷轧后，制成极薄带退火处理。本发明制备出的无取向硅钢极薄带具有更好的磁性能，方法具有短流程、易控制、低能耗的特点。

Description

一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法
技术领域
本发明属于无取向硅钢技术领域，具体涉及一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法。
背景技术
硅钢是军事工业和电力、电子最重要软磁材料。按晶粒取向分类，硅钢可分为无取向、单取向和双取向硅钢；无取向硅钢的晶粒取向随机，在各个方向上具有均匀的磁性特征，大中型电机和发电机的铁芯多采用无取向硅钢作为铁芯材料；如今，随着变频电动机的出现，电机的工作方式发生了很大的变化。电机转速随频率的增高而加快，转速由原来的几千rpm提高到最高可达几万rpm；高频状态下无取向硅钢的铁损主要以涡流损耗(Pe)为主，涡流损耗与工作频率和钢板厚度的平方成正比，减小硅钢片的厚度是降低铁芯损耗的一种重要手段；因此，无取向硅钢极薄带在中高频下铁芯损耗低、磁感应强度高、磁噪音小等优良优点得到广泛关注；薄带连铸过程以两个反向旋转的冷却辊为结晶器，钢液浇注后快速凝固，同时承受一定的塑性变形，由钢液直接形成1～5mm厚的薄带，是一种典型的近终形成形工艺。薄带连铸制备出的原始铸带织构存在大量的{001}<uvw>取向的晶粒，可以优化最终成品板织构，且组织较均匀，可提高最终成品板的磁性能；由此可见，双辊薄带连铸技术在生产无取向硅钢极薄带上具有一定的优势。
传统制备无取向硅钢极薄带的方法是通过230～250mm的厚板坯加热后热连轧再常化再冷轧等工序制得；但由于压下率过大，总压缩比高达5000，导致最终晶粒尺寸较小，铁损值增大；并且，织构恶化，退火后存在较强的不利γ织构，使磁感应强度降低。利用双辊薄带连铸技术制备极薄带，织构恶化和晶粒尺寸过小的问题有望得到改善；因此，基于双辊薄带连铸技术，如何制备出低铁损、高磁感的无取向硅钢极薄带是亟需探索的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，通过改进冷轧工艺，简化步骤的同时，获得性能优良的无取向硅钢极薄带。
本发明的方法按以下步骤进行：
1、冶炼钢水，其成分按照质量百分比为：C 0.002～0.01％，Si 2.8～3.5％，Mn0.1～0.3％，Al 0.2～1.0％，Sn 0.01～0.2％，Sb 0.01～0.2％，S<0.005％，P 0.02～0.2％，N<0.005％，余量为Fe元素和不可避免杂质；
2、将钢水用双辊薄带连铸机铸轧成薄带，厚度1～4mm；
3、当薄带温度下降至600～1100℃进行热轧，热轧压下率为10～40％，随后空冷至室温，获得热轧薄带；
4、将热轧薄带进行一步冷轧或两步冷轧后，制成厚度0.05～0.20mm极薄带，再退火处理，制成无取向硅钢极薄带；其中退火处理的温度为800～1200℃，时间为0.5～5min。
上述方法中，当采用两步冷轧时，控制第二次冷轧压下率为3～20％，并且第一次冷轧之后进行再结晶退火处理，再结晶退火处理的温度为800～1200℃，时间为0.5～5min。
上述方法中，当采用一步冷轧时，获得的无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.40～1.45T，B50＝1.66～1.68T，铁损P10/50＝1.19～1.67W/kg，P10/400＝12～17W/kg，P10/1000＝40～48W/kg，P15/1000＝91～100W/kg。
上述方法中，当采用两步冷轧时，获得的无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.30～1.36T，B50＝1.58～1.61T，铁损P10/50＝1.12～1.15W/kg，P10/400＝12～14W/kg，P10/1000＝40～44W/kg，P15/1000＝98～102W/kg。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)与传统厚板坯制备流程工艺相比，在双辊薄带连铸条件下无论是一步冷轧还是两步冷轧，总的轧制变形量较小，铸带中的{001}<0vw>织构可一定程度地保留下来，并且，有利于提高成品板的晶粒尺寸，从而改善无取向硅钢的磁性能；
(2)两步冷轧法中，第二次冷轧采取3～20％的小变形量，可以在不同晶粒之间造成适当的储存能差异，在随后的再结晶退火过程中，通过应变诱发晶界迁移机制，晶界由储存能低的一侧向储存能高的一侧迁移进而获得较大的晶粒；因此，两步冷轧法制备出的无取向硅钢极薄带具有更好的磁性能；
(3)制备方法简单、有效，具有短流程、易控制、低能耗的特点；
(4)两步冷轧法中，如果第二次压下率过小，亚晶界两侧储存能差异不明显，晶界迁移速率慢，导致最终晶粒尺寸增大不明显；如果第二次压下率过大，形成大量剪切带，退火时发生再结晶形核长大，晶粒生长受到抑制，导致晶粒尺寸较小；因此，合理的第二次冷轧压下率为3～20％；
(5)除了控制二次冷轧压下率，还应考虑最终退火温度的影响；退火温度过高，晶粒尺寸显著增大，磁化困难。退火温度过低，晶粒尺寸较小；因此，选择合理的退火温度是保证磁感性能的重要条件。
附图说明
图1是本发明的基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法流程示意图；
图中：1、钢包，2、双辊薄带连铸机，3、薄带，4、热轧机，5、冷轧机，6、退火炉；
图2是本发明实施例1得到的无取向硅钢极薄带的金相组织图；
图3是本发明实施例1得到的无取向硅钢极薄带的中心层织构图；
图4是本发明实施例2得到的无取向硅钢极薄带的金相组织图；
图5是本发明实施例3得到的无取向硅钢极薄带的金相组织图；
图6是本发明实施例3得到的无取向硅钢极薄带的中心层织构图；
图7是本发明实施例4得到的无取向硅钢极薄带的金相组织图；
图8是对比例1得到的薄带的金相组织图；
图9是对比例1得到的薄带的中心层织构图；
具体实施方式
本发明的方法流程如图1所示。
本发明实施例中的金相组织观测采用的设备为Leica光学显微镜。
本发明实施例中织构检测采用Bruker D8 Discover型X射线衍射仪。
本发明实施例中磁性能检测采用MATS-2010M硅钢磁性能测量装置。
本发明实施例中进行一步冷轧时，冷轧压下率为93～95％；采用两步冷轧时，第一次冷轧的压下率为93～96％。
实施例1
冶炼钢水，其成分按照质量百分比为：C 0.002％，Si 3.0％，Mn 0.1％，Al0.66％，Sn 0.2％，Sb 0.05％，S<0.005％，P 0.08％，N<0.005％，余量为Fe和不可避免杂质；
将钢水用双辊薄带连铸机铸轧成薄带，厚度2mm；
当薄带温度下降至900℃进行热轧，热轧压下率为25％，随后空冷至室温，获得热轧薄带；热轧薄带厚度1.5mm；
将热轧薄带进行一步冷轧，制成0.10mm的极薄带(压下率93％)，再退火处理，制成无取向硅钢极薄带；其中退火处理的温度为1000℃，时间为2min；
无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.45T，B50＝1.68T，铁损P10/50＝1.67W/kg，P10/400＝16.02W/kg，P10/1000＝47.09W/kg，P15/1000＝99.2W/kg；
无取向硅钢极薄带的显微组织如图2所示，平均晶粒尺寸25μm；织构如图3所示，存在较强的α’织构和不利的{111}织构。
实施例2
方法同实施例1，不同点在于：
(1)钢水成分按照质量百分比为：C 0.003％，Si 3.5％，Mn 0.18％，Al 1.0％，Sn0.08％，Sb 0.2％，P 0.1％；
(2)薄带厚度2.5mm；
(3)600～1100℃进行热轧，压下率为20％；热轧薄带厚度2mm；
(4)将热轧薄带进行一步冷轧，制成0.10mm厚的极薄带(压下率95％)；退火处理的温度为1200℃，时间为0.5min；
无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.40T，B50＝1.66T，铁损P10/50＝1.19W/kg，P10/400＝12.65W/kg，P10/1000＝40.62W/kg，P15/1000＝91.14W/kg；
无取向硅钢极薄带的显微组织如图4所示，平均晶粒尺寸64μm。
实施例3
方法同实施例1，不同点在于：
(1)钢水成分按照质量百分比为：C 0.01％，Si 3.1％，Mn 0.3％，Al 0.7％，Sn0.01％，Sb 0.12％，P 0.15％；
(2)薄带厚度2.2mm；
(3)600～1100℃进行热轧，压下率为18％；热轧薄带厚度1.8mm；
(4)将热轧薄带进行两步冷轧，第一次冷轧至0.118mm(压下率93％)，然后在1100℃再结晶退火1min，第二次冷轧至制成厚度0.10mm的极薄带，压下率15％，在1000℃退火处理2min，制成无取向硅钢极薄带；
无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.36T，B50＝1.61T，铁损P10/50＝1.15W/kg，P10/400＝12.58W/kg，P10/1000＝40.41W/kg，P15/1000＝98.59W/kg；
无取向硅钢极薄带的显微组织如图5所示，平均晶粒尺寸150μm；织构如图6所示，γ织构强度很弱。
实施例4
方法同实施例1，不同点在于：
(1)钢水成分按照质量百分比为：C 0.003％，Si 2.8％，Mn 0.12％，Al 0.2％，Sn0.05％，Sb 0.01％，P 0.12％；
(2)薄带厚度3mm；
(3)600～1100℃进行热轧，压下率为17％；热轧薄带厚度2.5mm；
(4)将热轧薄带进行两步冷轧，第一次冷轧至0.105mm(压下率96％)，然后在1000℃再结晶退火2min，第二次冷轧至制成厚度0.10mm的极薄带，压下率5％，在1200℃退火处理0.5min，制成无取向硅钢极薄带；
无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.30T，B50＝1.58T，铁损P10/50＝1.12W/kg，P10/400＝13.17W/kg，P10/1000＝43.31W/kg，P15/1000＝101.06W/kg；
无取向硅钢极薄带的显微组织如图7所示，平均晶粒尺寸193μm。
比较例1
针对一次冷轧方案采用不同工艺进行对比试验，与实施例1的不同点在于：
(1)不进行热轧，空冷至室温后一次冷轧至0.10mm，在1000℃退火2min；
(2)制成的薄带的磁感B8＝1.39T，B50＝1.65T，铁损P10/50＝2W/kg，P10/400＝19.08W/kg，P10/1000＝54.52W/kg，P15/1000＝110.3W/kg；
薄带的显微组织如图8所示，平均晶粒尺寸为20μm；织构如图9所示，存在强烈的{111}织构。
比较例2
针对两次冷轧方案采用不同工艺进行对比试验，与实施例3的不同点在于：
(1)第一次冷轧至0.14mm，在1100℃再结晶退火1min，第二次冷轧至0.10mm，压下率为28.6％，1000℃退火2min；
(2)制成的薄带的磁感B8＝1.25T，B50＝1.51T，铁损P10/50＝1.78W/kg，P10/400＝13.89W/kg，P10/1000＝45.56W/kg，P15/1000＝112.48W/kg。

Claims (4)

1.一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，其特征在于按以下步骤进行：
(1)冶炼钢水，其成分按照质量百分比为：C 0.002～0.01％，Si 2.8～3.5％，Mn 0.1～0.3％，Al 0.2～1.0％，Sn 0.01～0.2％，Sb 0.01～0.2％，S<0.005％，P 0.02～0.2％，N<0.005％，余量为Fe元素和不可避免杂质；
(2)将钢水用双辊薄带连铸机铸轧成薄带，厚度1～4mm；
(3)当薄带温度下降至600～1100℃进行热轧，热轧压下率为10～40％，随后空冷至室温，获得热轧薄带；
(4)将热轧薄带进行一步冷轧或两步冷轧后，制成厚度0.05～0.20mm极薄带，再退火处理，制成无取向硅钢极薄带；其中退火处理的温度为800～1200℃，时间为0.5～5min。
2.根据权利要求1所述的一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，其特征在于当采用两步冷轧时，控制第二次冷轧压下率为3～20％，并且第一次冷轧之后进行再结晶退火处理，再结晶退火处理的温度为800～1200℃，时间为0.5～5min。
3.根据权利要求1所述的一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，其特征在于当采用一步冷轧时，获得的无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.40～1.45T，B50＝1.66～1.68T，铁损P10/50＝1.19～1.67W/kg，P10/400＝12～17W/kg，P10/1000＝40～48W/kg，P15/1000＝91～100W/kg。
4.根据权利要求1所述的一种基于薄带连铸制备无取向硅钢极薄带的方法，其特征在于当采用两步冷轧时，获得的无取向硅钢极薄带的磁感B8＝1.30～1.36T，B50＝1.58～1.61T，铁损P10/50＝1.12～1.15W/kg，P10/400＝12～14W/kg，P10/1000＝40～44W/kg，P15/1000＝98～102W/kg。
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