CN108754326A - 一种无取向电工钢薄带及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无取向电工钢薄带及其生产方法，电工钢薄带所含化学成分及重量百分比为：C 0.0020‑0.0030％、Si 3.0‑3.20％、Mn 0.15‑0.25％、S 0.0006‑0.0010％、Al 1‑1.5％、N 0.0015‑0.0025％、Sn 0.008‑0.012％；其余为Fe及不可避免的杂质。经过常化酸洗、冷轧成0.27mm和0.20mm产品，获得轧硬卷。

Description

一种无取向电工钢薄带及其生产方法
技术领域
本发明属于无取向电工钢生产的热处理技术领域，具体涉及一种无取向电工钢薄带及其生产方法。
背景技术
现代冷轧电工钢生产需要进行退火。现行退火采用连续退火炉完成，通用的退火是采用燃气燃烧的直接加热，然后再用完全隔离的辐射管加热。冷轧电工钢连续退火炉用保护气体(氮氢混合气体)防止(降低)高温条件下的表面氧化、内氧化和內氮化现象的发生，改善冷轧电工钢性能。保护气体维持正压阻止炉外气体的进入炉内。
冷轧电工钢连续退火的加热速度对最终产品的性能有显著影响，加热速度高可以改善产品性能。此外氧化程度也同样有显著影响产品性能，这一点在高牌号电工钢上尤为突出。
目前冷轧电工钢多采用连续退火生产线，为获得优良的高频性能，有效的手段是采用减薄带钢厚度，一般在0.35mm以下，甚至可以达到0.15mm。由于最终高频铁损中涡流损耗占主要因素，而产品晶粒尺寸的均匀性、晶粒大小以及带钢表面状态对涡流损耗有重要影响，因此通过最终退火过程中加热速率控制、表面氧化(含内氧化)状态的控制，可以获得高频性能优良的无取向电工钢薄带。
为实现较高的加热速度，一般退火线加热炉前端采用无氧化加热(NOF)，采用明火燃烧的方式，对带钢进行加热，加热速度一般控制在数十℃(20～30℃/s)，尚不能满足产品质量进一步改善的需求，此外还不可避免的会造成带钢表面氧化，造成带钢性能(特别是铁损)的降低；而改进型的加热方式是采用辐射管加热(RTF)，但加热速度明显降低(≤20℃/s)。此外采用这两种加热方法，往往还会因为加热不均匀造成热应力，影响带钢板形。
采用感应加热可以获得理想的加热速度(300～400℃/s以上)，日本新日铁的专利CN02814192.X-《高磁场铁损和涂层特性优异的超高磁通密度单取向电工钢板及其制造方法》为了获得高磁感、低铁损的取向硅钢，在脱碳退火前要求加热速度＞100℃/s，实际是300℃/s或400℃/s。日本新日铁的专利CN200780014827.6-《高磁通密度的方向性电磁钢板的制造方法》和CN200780018947.3-《高磁通密度的方向性电磁钢板的制造方法》同样要求加热速度，为了快速加热要求感应加热。
日本新日铁的专利CN200880011115.3-《具有居里点的钢带的连续退火方法以及连续退火设备》在用高速钢等制造的工具或模具的热处理时(块状)，为了保证加热的均匀(防止、减小变形)、防止氧化和快速，采用盐浴加热。由于这种热处理处理的工件小，盐浴炉的体积小，盐是静止的。同时，为了钢中碳化物的溶解，加热时间长。由于工件的热处理温度比较高，同样盐浴的熔点也高。
但由于电工钢存在居里点(铁磁性消失温度)，采用感应加热提高钢带加热温度时，居里点温度以上感应加热的效率大幅度降低，加热速度收到制约。而其它方法的加热速度难以提高，需要新的高速加热方法。但采用电磁加热的方法，如何避免气氛中氧气、氮气带来的表面氧化是一个难题。
因此需要探索一种新的快速加热方法，在实现带钢较高加热速度的条件下，同时可以获得优良的表面质量。实现表面无氧化、晶粒尺寸均匀的产品，从而获得优良的高频性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种无取向电工钢薄带及其生产方法，目的是避免带钢在升温过程中与退火气氛的接触，实现表面无氧化(含内氧化)的硅钢薄带生产，通过这种方法处理后的无取向电工钢薄带高频铁损性能得到提升。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种无取向电工钢薄带，其所含化学成分及重量百分比为：C 0.0020-0.0030％、Si 3.0-3.20％、Mn 0.15-0.25％、S 0.0006-0.0010％、Al 1-1.5％、N 0.0015-0.0025％、Sn 0.008-0.012％；其余为Fe及不可避免的杂质。
优选的，其所含化学成分及重量百分比为：C 0.0025％、Si 3.13％、Mn 0.20％、S0.0008％、Al 1.05％、N 0.0020％、Sn 0.01％；其余为Fe及不可避免的杂质。
所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用板坯连铸→热轧→常化→冷轧，得电工钢薄带。
所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用CSP连铸连轧→常化→冷轧，得电工钢薄带。
所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用薄带连铸→常化→冷轧，得电工钢薄带。
所述生产方法还包括对制得的电工钢薄带在连续退火中采用盐浴加热的步骤。
所述盐浴加热采用氯化钠系熔盐、氯化钡系熔盐或者氯化铝系熔盐。
氯化钠系熔盐由氯化钠与氯化锌、氯化锰或氯化镁中的任意一种或多种组成，所述熔盐的熔点为200-500℃。作为第一种优选的氯化钠系熔盐，所述熔盐由氯化钠与氯化锌组成，每一摩尔熔盐中，氯化锌的含量为0.4-0.9摩尔。所述氯化锌的含量为0.68摩尔，熔盐的熔点为260℃。作为第二种优选的氯化钠系熔盐，所述熔盐由氯化钠与氯化锰组成，每一摩尔熔盐中，氯化钠的含量为0.45-0.63摩尔。所述氯化钠的含量为0.55摩尔，熔盐的熔点为440℃。作为第三种优选的氯化钠系熔盐，所述熔盐由氯化钠与氯化镁组成，每一摩尔熔盐中，氯化镁的含量为0.35-0.50摩尔。所述氯化镁的含量为0.43摩尔，熔盐的熔点为460℃。采用上述配比的熔盐，能够满足进入加热炉的钢带表面温度升高、表面结晶能够被迅速熔化。
氯化铝系熔盐由氯化铝与氯化钾或氯化钠中的任意一种或两种组成，所述熔盐的熔点为110-240℃。作为第一种优选的氯化铝系熔盐，所述熔盐由氯化铝与氯化钾组成，每一摩尔熔盐中，氯化铝的含量在0.4-0.7摩尔。所述氯化铝的含量在0.5-0.7摩尔之间时，熔盐的熔点为130℃；氧化铝的含量在0.4-0.5摩尔之间时，熔盐的熔点为240℃。作为第二种优选的氯化铝系熔盐，所述熔盐由氯化铝与氯化钠组成，每一摩尔熔盐中，氯化铝的含量在0.42-0.65摩尔。所述氯化铝的含量在0.5-0.65摩尔之间时，熔盐的熔点为110℃；氯化铝的含量在0.42-0.5摩尔之间时，熔盐的熔点为150℃。
氯化钡系熔盐由氯化钡与氯化钙、氯化钾或氯化钠中的任意一种或多种组成，所述熔盐的熔点为600-700℃。作为第一种优选的氯化钡系熔盐，所述熔盐由氯化钡与氯化钙组成，每一摩尔熔盐中，氯化钙的含量为0.52-0.70摩尔。所述氯化钙的含量为0.64摩尔，熔盐的熔点为608℃。作为第一种优选的氯化钡系熔盐，所述熔盐由氯化钡与氯化钾组成，每一摩尔熔盐中，氯化钾的含量为0.55-0.73摩尔。所述氯化钠的含量为0.555摩尔，熔盐的熔点为649℃。作为第三种优选的氯化钡系熔盐，所述熔盐由氯化钡与氯化钠组成，每一摩尔熔盐中，氯化钠的含量为0.50-0.70摩尔。所述氯化钠的含量为0.601摩尔，熔盐的熔点为650℃。
本发明的有益效果：由于熔盐依附在带钢表面，热交换效率高，加热速度快，同时熔盐均匀分布在带钢表面，实现了带钢与气氛的隔绝，可以避免高温带钢与空气接触后氧化，可以进一步提升表面质量和优良的高频性能。
液体盐是完全覆盖钢板，被加热的带钢温度均匀、变形小。大幅度降低了温度差造成的钢板应力从而引起钢板的变形。能够实现快速加热和氧化的减轻，使退火后的电工钢磁性能提高。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明设置净化装置的结构示意图。
图中标记为：
1、钢带，2、加热炉，3、均热炉，4、预热器，5、熔盐泵，6、燃气加热器，7、电加热器，8、喷嘴，9、引入管，10、容器，11、排出口，12、真空管，13、真空装置。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
通过冶炼、连铸、热轧，然后酸洗冷轧到成品厚度和宽度的电工钢带，需要进行退火获得需要的性能。
本发明公开了一种无取向电工钢薄带，其所含化学成分及重量百分比为：C0.0020-0.0030％、Si 3.0-3.20％、Mn 0.15-0.25％、S 0.0006-0.0010％、Al 1-1.5％、N0.0015-0.0025％、Sn 0.008-0.012％；其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明涉及到的原料经过转炉冶炼、真空处理后，可以采用以下方式获得：1)常规板坯连铸→热轧→常化→冷轧；2)CSP连铸连轧→常化→冷轧；3)薄带连铸→常化→冷轧。轧硬卷的厚度一般在0.35mm及以下厚度，常用的厚度规格有0.30mm、0.27mm、0.25mm、0.20mm等规格，宽度不限。上述方法制得的电工薄钢带，具有优良的高频性能以及磁性能。
冷轧后的无取向电工钢薄带经过表面清洗后，进入盐浴炉，通过不同的熔盐，将带钢快速加热到退火温度或退火温度以下，然后进入均热炉进行均热，获得需要的组织和性能。如图1所示，盐浴炉采用循环加热输送系统进行循环加热，其包括熔盐输送管路、从熔盐输送管路的进口端到出口端方向依次设置的熔盐预热器4和熔盐加热器组，熔盐输送管路的进出口分别与加热炉2的熔盐进出口连接，加热炉内填充高温液态熔盐，退火电工钢带被加热炉内的熔盐完全覆盖，由于熔盐的导热性好，被加热的电工钢带受热均匀(板形容易控制)、加热速度非常高。该循环加热输送系统还包括通过熔盐泵5将预热器预热后的熔盐导入熔盐加热器组进行加热，之后从熔盐输送管路的出口导入加热炉的进口。
熔盐加热器组包括用于对预热器4预热后的熔盐进行加热的燃气加热器6和用于对燃气加热器6加热后的熔盐进一步加热的电加热器7。优选的，熔盐泵设于预热器与燃气加热器之间的输送管道上。
具体而言，加热炉2内的熔盐，通过预热器4的预热(采用加热炉排出的废气，通过换热器对流经换热器的熔盐进行初次加热，提高能源利用效率，加热温度相对较低)后，被熔盐泵5送到燃气加热器6加热(可以采用煤气、天然气作为燃烧介质，在换热器内进行燃烧，熔盐从换热器外部回路中通过的过程通过热传导进行间接加热，加热温度接近工艺需要的温度)，之后再通过电加热器7的直接加热，将熔盐温度准确升高到电工钢薄带的退火工艺温度，通过管道输送到喷嘴8、喷射到钢带上。熔盐依靠逆向流动到钢带入口。钢带在运行过程中被加热，而熔盐被冷却。冷的熔盐再从钢带入口端设置的熔盐出口被送入预热器，循环上述加热过程，完成熔盐的加热循环，实现连续带钢的连续快速加热。
如图2所示，为了除去熔盐中的水分等易挥发物质，保持熔盐的非氧化性，使电工钢带被加热时，基本不氧化，上述循环加热输送系统中最好设置净化装置，净化装置容器10和用于对容器10内部进行抽真空的真空装置13，容器10的进口通过引入管9与加热炉2的熔盐导出口连接，容器10的排出口11通过排出管与熔盐加热管路连接。
采用上述净化装置，电工钢连续退火炉中加热钢带后的熔盐，通过引入管9排入容器10中，在真空保持的条件下，熔盐中的水分等容易挥发物质被排出，保持从熔盐排出口排出的熔盐的纯净度。容器10上的真空管接口通过真空管12连接到真空设备。通过真空净化后的熔盐，从排出口排出。然后进入熔盐加热循环系统加热后，送入加热炉加热钢带。真空装置可以采用现有的真空设备实现，比如真空抽滤机等。在容器的排出口最好设有过滤结构，避免熔盐通过真空管导出。
优选的，引入管9与容器壁相切。或者，引入管与容器壁倾斜连接，倾斜角度为0-5°。使进入容器的熔盐在容器壁旋转、然后慢慢落下，增加了熔盐暴露在真空中的时间，提高熔盐的纯净度。
下面通过优选的实施例进行详细说明：
无取向硅钢薄带成分：0.0025％C、3.13％Si、0.20％Mn、0.0008％S、1.05％Al、0.0020％N、0.01％Sn，其他为Fe及不可避免的杂质，经转炉、RH真空处理、连铸、热轧成2.0mm后的热轧卷，经过常化酸洗、冷轧成0.27mm和0.20mm产品，获得轧硬卷。然后按照本发明方法进行处理，采用盐浴将钢带加热到工艺退火温度后，进入均温段(SF)，保温一段时间后进行冷却、涂层，获得最终产品。
分别采用不同的熔盐体系对带钢进行加热，由于熔盐体系的不同，熔盐熔点不一样，采用BaCl2系熔盐熔点高达900℃～1200℃，加热速度最快；NaCl系和AlCl3系熔盐熔点在850℃～870℃，加热速度相对较低。因此采用BaCl2系熔盐对带钢进行加热时，可以将通过熔盐配比，将带钢直接加热到工艺温度，然后进行保温；而采用NaCl系和AlCl3系熔盐时，带钢可以加热到850℃～870℃左右，然后带钢进入均热段后，依靠均热段热量继续将带钢进行升温。
比较例中0.27mm和0.20mm带钢分别采用无氧化加热(NOF)或辐射管加热(RTF)将带钢加热到工艺退火温度，然后进入均温段，保温一段时间后进行冷却、涂层，获得最终产品。
实施例和比较例的电工钢成品分别截取500×500mm测试样板，在磁性能测量设备上测量纵铁损P1.0/1000、磁感B50附表1。
附表1中，实施例3种采用的是KCl摩尔含量为0.70、BaCl2摩尔含量为0.30的BaCl2系熔盐，0.27mm产品熔盐加热温度为980℃，均热段设置为980℃；0.20mm产品熔盐加热温度为950℃，均热段设置为950℃；实施例4采用MgCl2摩尔含量为0.45、NaCl摩尔含量为0.55的NaCl系熔盐，熔盐加热温度为850℃，然后0.27mm和0.20mm产品均热段分别设定为980℃和950℃，实施例5采用AlCl3摩尔含量为0.65、KCl摩尔含量为0.35的AlCl3系熔盐，熔盐加热温度为890℃，然后0.27mm和0.20mm产品均热段分别设定为980℃和950℃。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无取向电工钢薄带，其特征在于，其所含化学成分及重量百分比为：C 0.0020-0.0030％、Si 3.0-3.20％、Mn 0.15-0.25％、S 0.0006-0.0010％、Al 1-1.5％、N 0.0015-0.0025％、Sn 0.008-0.012％；其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述无取向电工钢薄带，其特征在于，其所含化学成分及重量百分比为：C 0.0025％、Si 3.13％、Mn 0.20％、S 0.0008％、Al 1.05％、N 0.0020％、Sn 0.01％；其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述无取向电工钢薄带的生产方法，其特征在于，所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用板坯连铸→热轧→常化→冷轧，得电工钢薄带。
4.根据权利要求1所述无取向电工钢薄带的生产方法，其特征在于，所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用CSP连铸连轧→常化→冷轧，得电工钢薄带。
5.根据权利要求1所述无取向电工钢薄带的生产方法，其特征在于，所述生产方法是将上述配方量的原料经转炉、RH真空处理后，采用薄带连铸→常化→冷轧，得电工钢薄带。
6.采用权利要求3-5任一项所述无取向电工钢薄带的生产方法，其特征在于，所述生产方法还包括对制得的电工钢薄带在连续退火中采用盐浴加热的步骤。
7.采用权利要求6所述无取向电工钢薄带的生产方法，其特征在于，所述盐浴加热采用氯化钠系熔盐、氯化钡系熔盐或者氯化铝系熔盐。
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