CN109055861B - 一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法。所述取向硅钢薄带包括如下化学成分及重量百分比：C：0.020～0.080％，Si：2.85～3.75％，Mn：0.01～0.30％，P：0.010～0.050％，Cu：0.02～0.06％，S：0.005～0.012％，Als：0.012～0.045％，N：0.0050～0.0135％，Ti：≤0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质。钢水连铸成板坯；板坯进入加热炉加热；热轧；常化酸洗；冷轧；渗氮；高温罩式退火；涂覆绝缘涂层及拉伸平整工艺制备得到。通过合金元素设计及钢水洁净度控制，并采用合适的炼钢、连铸、热轧、常化、冷轧、渗氮和高温退火等生产工艺，获得了轧制方向磁性能优良的薄规格高磁感取向硅钢产品，制造的高磁感取向硅钢成品薄带满足铁损P1.7/50≤1.05W/kg，磁感B8≥1.90T要求。

Description

一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法
技术领域
本发明属于硅钢技术领域，具体涉及一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法。
背景技术
取向硅钢也称冷轧变压器钢，是一种应用于变压器(铁芯)制造行业的重要硅铁合金，其生产工艺复杂，制造技术严格，被称为钢铁中的艺术品，高磁感取向硅钢被称为皇冠上的明珠。取向硅钢主要分为一般取向硅钢(CGO)和高磁感取向硅钢(HiB)，美国的高斯在1930年(N.P.Goss)首次发现，其Si含量在3％左右，由单一的高斯取向({110}<001>)晶粒组成。
高磁感取向硅钢制备方法主要有两种，一种是热轧前加热炉采用低温加热方式，后工序常化之后进行渗氮处理，该方法生产的硅钢称为低温高磁感取向硅钢(低温HiB钢)；另一种是在加热工序前加热炉采用高温对铸坯进行加热，该方法生产的硅钢称为高温高磁感取向硅钢(高温HiB钢)，国内生产高磁感取向硅钢以第一种方法为主。目前GB/T 2521.2-2016全工艺冷轧电工钢第2部分：晶粒取向钢带(片)中规定的厚度规格包括0.23mm、0.27mm、0.30和0.35mm四种，磁性能规定中最大比总损耗P1.7/50要求范围0.85～1.35W/kg，最小磁极化强度J800要求≥1.88T。
中国专利申请号为CN201510824300.6的文献，公开了一种低温高磁感取向硅钢的生产方法，其工艺为炼钢、铸坯、加热、热轧、常化后酸洗、第一次冷轧、脱碳退火、第二次冷轧、渗氮处理、常规高温退火，该方法在脱碳后进行第二次冷轧，在进行渗氮时可保证渗入的氮元素在钢板厚度方向上分布更加均匀，从而使铁损P1.7/50至少降低0.054W/kg，磁极化强度B800至少提升0.01T，但采用两次冷轧法生产高磁感取向硅钢产品，会导致成材率降低，能耗增高、生产成本增加等问题。
中国专利申请号为CN201410111557.2的文献，公开了一种采用一般取向硅钢热轧原料制造高磁感冷轧取向硅钢的生产方法，主要包括以下步骤：冶炼、真空处理、精炼并连铸成坯；热轧；常化酸洗；一次冷轧，压下率≥82％；脱碳退火；高温退火；拉伸平整退火，含酸洗、涂层和退火平整。通过一次或两次冷轧及大压下率有利于高斯织构与成核，提高产品的磁性能和取向度，从而提高取向硅钢的性能，但成品性能最大磁极化强度J800≤1.88T，满足不了高磁感取向硅钢产品磁性能要求。
发明内容
为克服上述问题不足，本发明提供了一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法，通过合金元素设计及钢水洁净度控制，并采用合适的炼钢、连铸、热轧、常化、冷轧、渗氮和高温退火等生产工艺，获得了轧制方向磁性能优良的薄规格高磁感取向硅钢产品，制造的高磁感取向硅钢成品薄带满足铁损P1.7/50≤1.05W/kg，磁感B8≥1.90T要求。
本发明采取的技术方案为：
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，所述取向硅钢薄带包括如下化学成分及重量百分比：C：0.020～0.080％，Si：2.85～3.75％，Mn：0.01～0.30％，P：0.010～0.050％，Cu：0.02～0.06％，S：0.005～0.012％，Als：0.012～0.045％，N：0.0050～0.0135％，Ti：≤0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质。
进一步地，所述取向硅钢薄带优选为包括如下化学成分及重量百分比：C：0.048～0.068％，Si：3.04～3.32％，Mn：0.18～0.26％，P：0.032～0.046％，Cu：0.04～0.06％，S：0.006～0.008％，Als：0.022～0.034％，N：0.0080～0.0120％，Ti：≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
上述合金配方中，本发明合理控制了各合金元素的含量范围，以保证取向硅钢具有较低的铁损和优异的磁感性能，C元素的含量控制在0.020～0.080％，如果其含量低于此范围则钢已无相变，铸坯在高温加热时晶粒粗化，成品晶粒尺寸细小，影响磁性能；而高于此范围时，造成后工序脱碳困难，影响正常生产；Si含量控制在3.04～3.32％，如果低于此含量范围取向硅钢成品铁损P1.7/50升高，高于此范围取向硅钢成品磁感B8降低；Mn、S是取向硅钢的重要抑制剂，两者成分控制范围将决定取向硅钢成品磁性能控制及加工性能；N和Als是本发明制备的取向硅钢主要抑制剂；P可沿晶界偏聚加强抑制能力，提高初次再结晶织构中{110}组分，二次晶粒小，可改善成品磁性；常化析出的AlN以Cu2S为核心，本发明范围Cu含量控制可提升取向硅钢成品磁性能；TiN可与MnS形成粗大复合析出物，对二次再结晶发展不利，超过本发明范围将影响取向硅钢成品磁性能。
所述取向硅钢薄带的厚度为0.20～0.35mm，铁损P1.7/50≤1.05W/kg，磁感B8≥1.90T。
本发明还提供了所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带的制备方法，包括以下步骤：
(1)钢水连铸成板坯；
(2)板坯进入加热炉加热；
(3)热轧；
(4)常化酸洗；
(5)冷轧；
(6)渗氮；
(7)高温罩式退火；
(8)涂覆绝缘涂层及拉伸平整。
步骤(1)中，板坯厚度为200～260mm；板坯进加热炉之前需冷却到520℃以上，优选为620～680℃。
步骤(2)中，所述加热炉的加热温度为1000～1220℃，加热时间≥220min。进一步地，加热温度优选为1150～1180℃，加热时间优选为220～280min。
步骤(3)中，所述热轧的终轧温度在880～980℃，卷取温度在560～640℃。进一步地，所述终轧温度优选为900～940℃，卷取温度优选为560～585℃
步骤(3)中，热轧后得到热压板的厚度为2.0～2.8mm。
步骤(4)中，常化后直接进行酸洗，常化温度900～1020℃，速度18～24m/min；酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为65～85℃，速度与常化工艺保持一致。
步骤(5)中，一次冷轧在单机架可逆轧机上进行，5～6道次轧制轧至目标厚度，一次冷轧的总压下率范围在85～92％。
步骤(6)中，渗氮在渗氮炉中进行，渗氮温度为800～950℃，保温时间为60～180s。
步骤(7)中，退火温度为1080～1220℃，保温时间为12～48h；步骤(8)中，平整压下率为1.5％～4.5％。进一步地，优选为：退火温度1172～1183℃，保温时间为36～48h。
与现有技术相比，本发明生产的低铁损高磁感取向电工钢薄带具有以下优点：
本发明通过合金元素设计及钢水洁净度控制，并采用合适的炼钢、连铸、热轧、常化、冷轧、渗氮和高温退火等生产工艺试制出磁性能优良的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其成品轧制方向的磁性能优异，铁损低、磁感高，且磁性能波动小，其铁损P1.7/50≤1.05W/kg，磁感B8≥1.90T，满足高端变压器用户的需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其化学成分重量百分比为C：0.055，Si：3.25，Mn：0.23，P：0.040，Als：0.025，Cu：0.04，S：0.007，N:0.011，Ti：0.0015，其余为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法为：钢水连续浇铸和液芯压下成厚度210mm的板坯，板坯冷却至620℃进入加热炉加热保温，加热炉的温度在1160℃，加热时间为245min；再经过5道次粗轧和七机架连轧轧制成2.0mm厚度的热轧板；热轧板经过常化、酸洗、冷轧、渗氮、高温罩式退火、绝缘涂层及拉伸平整而制成0.23mm厚度的取向电工钢薄带成品。
热轧的终轧温度为940℃，卷取温度为580℃；常化后直接进行酸洗，常化温度912℃，速度24m/min；酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为78℃，酸洗速度为24m/min；一次冷轧5道次轧至0.23mm厚度；渗氮温度为820℃，保温时间为120s；高温罩式退火温度为1180℃，保温时间36h；拉伸平整压下率为4％。
经上述工艺制造的冷轧取向电工钢薄带表面质量优良，成品的轧制方向铁损P1.7/50为0.95W/kg，磁感B8为1.91T，磁性能优异。
实施例2
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其化学成分重量百分比为C：0.065，Si：3.15，Mn：0.20，P：0.035，Als：0.030，Cu：0.05，S：0.008，N:0.012，Ti：0.0010，其余为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法为：钢水连续浇铸和液芯压下成厚度220mm的板坯，板坯冷却至640℃进入加热炉加热保温，加热炉的温度在1150℃，加热时间为255min；再经过5道次粗轧和七机架连轧轧制成2.2mm厚度的热轧板；热轧板经过常化、酸洗、冷轧、渗氮、高温罩式退火、绝缘涂层及拉伸平整而制成0.27mm厚度的取向电工钢薄带成品。
热轧的终轧温度为920℃，卷取温度为560℃；常化后直接进行酸洗，常化温度934℃，速度20m/min；酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为76℃，酸洗速度为20m/min；一次冷轧5道次轧至0.27mm厚度；渗氮温度为846℃，保温时间为100s；高温罩式退火温度为1175℃，保温时间42h；拉伸平整压下率为4％。
经上述工艺制造的冷轧取向电工钢薄带表面质量优良，成品的轧制方向铁损P1.7/50为0.98W/kg，磁感B8为1.91T，磁性能优异。
实施例3
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其化学成分重量百分比为C：0.055，Si：3.10，Mn：0.25，P：0.035，Als：0.025，Cu：0.045，S：0.008，N:0.010，Ti：0.0012，其余为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法为：钢水连续浇铸和液芯压下成厚度230mm的板坯，板坯冷却至630℃进入加热炉加热保温，加热炉的温度在1180℃，加热时间为220min；再经过5道次粗轧和七机架连轧轧制成2.3mm厚度的热轧板；热轧板经过常化、酸洗、冷轧、渗氮、高温罩式退火、绝缘涂层及拉伸平整而制成0.30mm厚度的取向电工钢薄带成品。
热轧的终轧温度为900℃，卷取温度为560℃；常化后直接进行酸洗，常化温度976℃，速度20m/min；酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为75℃，酸洗速度为20m/min；一次冷轧5道次轧至0.30mm厚度；渗氮温度为925℃，保温时间为80s；高温罩式退火温度为1180℃，保温时间48h；拉伸平整压下率为3％。
经上述工艺制造的冷轧取向电工钢薄带表面质量优良，成品的轧制方向铁损P1.7/50为1.02W/kg，磁感B8为1.92T，磁性能优异。
实施例4
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其化学成分重量百分比为C：0.055，Si：3.20，Mn：0.25，P：0.045，Als：0.025，Cu：0.06，S：0.006，N:0.008，Ti：0.0011，其余为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法为：钢水连续浇铸和液芯压下成厚度240mm的板坯，板坯冷却至680℃进入加热炉加热保温，加热炉的温度在1180℃，加热时间为280min；再经过5道次粗轧和七机架连轧轧制成2.4mm厚度的热轧板；热轧板经过常化、酸洗、冷轧、渗氮、高温罩式退火、绝缘涂层及拉伸平整而制成0.35mm厚度的取向电工钢薄带成品。
热轧的终轧温度为900℃，卷取温度为560℃；常化后直接进行酸洗，常化温度1020℃，速度18m/min；酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为75℃，酸洗速度为18m/min；一次冷轧5道次轧至0.35mm厚度；渗氮温度为950℃，保温时间为60s；高温罩式退火温度为1180℃，保温时间48h；拉伸平整压下率为3％。
经上述工艺制造的冷轧取向电工钢薄带表面质量优良，成品的轧制方向铁损P1.7/50为1.04W/kg，磁感B8为1.92T，磁性能优异。
对比例1
一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其化学成分重量百分比为C：0.065，Si：2.80，Mn：0.25，P：0.030，Als：0.035，Cu：0.06，S：0.010，N:0.014，Ti：0.0025，其余为Fe及不可避免的杂质；
其制备方法为：钢水连续浇铸和液芯压下成厚度200mm的板坯，板坯冷却至680℃进入加热炉加热保温，加热炉的温度在1200℃，加热时间为260min；再经过5道次粗轧和七机架连轧轧制成2.4mm厚度的热轧板；热轧板经过常化、酸洗、冷轧、渗氮、高温罩式退火、绝缘涂层及拉伸平整而制成0.27mm厚度的取向电工钢薄带成品。
热轧的终轧温度为920℃，卷取温度为560℃；常化温度为1030℃，盐酸酸洗温度为80℃；一次冷轧5道次轧至0.27mm厚度；渗氮温度为850℃，保温时间为55s，高温罩式退火温度为1180℃，保温时间48h；拉伸平整压下率为3％。
经上述工艺制造的冷轧取向电工钢薄带表面质量优良，成品的轧制方向铁损P1.7/50为1.35W/kg，磁感B8为1.88T，铁损P1.7/50性能较差。
上述参照实施例对一种低铁损高磁感取向硅钢薄带及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，所述取向硅钢薄带包括如下化学成分及重量百分比：C：0.020～0.080％，Si：2.85～3.75％，Mn：0.01～0.30％，P：0.010～0.050％，Cu：0.02～0.06％，S：0.005～0.012％，Als：0.012～0.045％，N：0.0050～0.0135％，Ti：≤0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述低铁损高磁感取向硅钢薄带的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)钢水连铸成板坯；
(2)板坯进入加热炉加热；
(3)热轧；
(4)常化酸洗；
(5)冷轧；
(6)渗氮；
(7)高温罩式退火；
(8)涂覆绝缘涂层及拉伸平整；
步骤(3)中，所述热轧的终轧温度在880～980℃，卷取温度在560～640℃；
步骤(4)中，常化后直接进行酸洗，常化温度900～1020℃，速度18～24m/min。
2.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，所述取向硅钢薄带包括如下化学成分及重量百分比：C：0.048～0.068％，Si：3.04～3.32％，Mn：0.18～0.26％，P：0.032～0.046％，Cu：0.04～0.06％，S：0.006～0.008％，Als：0.022～0.034％，N：0.0080～0.0120％，Ti：≤0.0015％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，所述取向硅钢薄带的铁损P1.7/50≤1.05W/kg，磁感B8≥1.90T。
4.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，步骤(2)中，所述加热炉的加热温度为1000～1220℃，加热时间≥220min。
5.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，步骤(4)中，酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为65～85℃，速度与常化工艺保持一致。
6.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，步骤(5)中，一次冷轧在单机架可逆轧机上进行，5～6道次轧制轧至目标厚度，一次冷轧的总压下率范围在85～92％。
7.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，步骤(6)中，渗氮在渗氮炉中进行，渗氮温度为800～950℃，保温时间为60～180s。
8.根据权利要求1所述的低铁损高磁感取向硅钢薄带，其特征在于，步骤(7)中，退火温度为1080～1220℃，保温时间为12～48h；步骤(8)中，平整压下率为1.5％～4.5％。
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