CN109628851A - 一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法，按照Alr值范围来限定钢中的Als与N之间的成分关系之后，按照限定的成分冶炼并连铸成坯后加热并经过常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；并使得第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：T＝2037‑α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2，然后进行第二段常化退火、时效轧制至成品厚度、进行脱碳退火、常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火、涂布张力涂层、拉伸平整等等工序。

Description

一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法
技术领域
本申请涉及一种高磁感取硅钢的生产方法，尤其涉及一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法。
背景技术
取向硅钢片是一重要的软磁合金材料，通常利用其轧制方向上的优良磁化性能来制备变压器铁芯。衡量取向硅钢磁性能主要有以下两个参数：在一定磁场强度T条件下，检测硅钢片的磁感强度BT(单位T)；一定频率和一定磁感强度下励磁过程的铁损PT(单位W/kg)。
为了获得较高的磁感强度和较低的铁损，取向硅钢必须在高温退火工序之后获得良好的二次再结品组织，即具备良好位向的高斯取向，即晶体{110}面平行于轧制表面，<001>平行于轧向，以及合适的成品晶粒大小。
根据取向硅钢在800A/m场强下所测得的磁感B800将产品分为两类：B800＜1.890T，称之为一般取向硅钢(CGO)；B800≥1.890T，称为高磁感取向硅钢 (HiB或HGO)。
低温高磁感取向硅钢(低温HiB钢)的生产方法，采用较低加热温度就可固溶的AlN作为抑制剂。为降低固溶温度并对脱碳退火时初次再结晶长大起到合适抑制作用，低温HiB钢铸坯中的Al和N必须采取严格的成分控制。
而且低温HiB钢经冶炼浇铸获得的内在抑制剂，对钢卷最终高温退火中抑制能力是不够的，二次再结晶异常长大会不完全，还需要在脱碳退火之后进行渗氮处理，形成新的抑制剂以加强高温退火过程中AlN的抑制能力。因此，低温HiB钢的常化退火作用虽然也是对抑制剂析出的控制，但是主要是控制AlN 类抑制剂的析出，并且这类抑制剂的主要作用是加强对脱碳退火时初次再结晶晶粒长大的控制，从而保证二次再结晶异常长大中的驱动力。
实际常化生产过程中，热轧钢卷原料并非一成不变。即使严格控制炼钢和热轧工艺，不同炉次之间、同一炉次的不同铸坯顺序间、以及热轧批次之间产品状态存在不可避免的成分差异。当成分波动在后工艺可接受的正常围内，不会对成品性能产生较大影响，但是波动程度超出正常范围就会影响产品质量。前工序成分异常卷经过现有的常化、冷轧、脱碳、渗氮、高温退火等较长的工序后，无法得到性能相符的HiB产品。既降低了取向硅钢产品牌号率，也不利于降低制造成本。
用于制造直流变压器的高磁感取向硅钢片，磁性能要求B800≥1.910T、P1.7/50≤0.85W/kg(经刻痕)，制造难度较大，主要表现在投入产出比很低，无法集中量产。低温HiB钢生产过程中，要达到目标牌号集中产出，关键在各热处理环节相互适配，才能在最终高温退火之前形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，成具有优良磁性能的二次再结晶组织。
现有技术开发出一种常化工艺实施和常板状态检测判定的控制方法，及时有效地控制常化卷的稳定性，减少成品磁性能波动，提高取向HiB合格率。具体如下：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Als含量进行控制，并保温 20～30s；常化第一段钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制： 1182.1-0.400×106×[Als]≤T≤1237.9-0.495×106×[Als]。然后降低钢板温度至 890～910℃开始进行第二段常化，并保温100～120s。此发明虽然界定出不同Als 含量下，常化热处理高温段温度与钢种成分之间的联系，进行常化温度工艺控制，从而实现常化工艺与钢种成分的合理匹配，稳定生产出磁性优良的低温高磁感取向硅钢；但是，此发明仅仅利用了Als含量与常化热处理高温段温度之间的联系，制定常化温度，而Als包含AlN的铝含量和固溶铝，却忽略了N 的重要影响。尽管磁性能整体有所提高，但仍然达不到直流变压器用钢的磁性能要求，用该常化工艺无法实现集中量产。
发明内容
本发明提供了一种直流变压器用低铁损取向硅钢的生产方法，以解决或者部分解决通常在低温高磁感取向硅钢制造中，用Als含量与常化热处理高温段温度之间的联系，制定常化温度，但这种工艺忽略了N的重要影响，产品磁性能很难达到P1.7/50≤0.85W/kg(经刻痕)，无法满足直流变压器用钢需求的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法，
1)所适用钢的组分及重量百分比含量为：Si：3.00～3.35％、C：0.045～0.065％、Als：0.0220～0.0320％、Mn：0.080～0.090％、S：0.005～0.010％、N：0.006～0.010％、 Cu：0.014～0.015％、Sn：0.040～0.042％、Cr及Ni总含量小于0.25％，其余为 Fe和不可避免夹杂物；其中，Als与N之间的关系用剩铝Alr表示为：Alr＝Als (10-6)-(27/14)×N(10-6)；
2)按照上述成分冶炼并连铸成坯后加热，加热温度在1150～1250℃；
3)经常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；然后进行第二段常化退火；
其中，第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：
T＝2037-α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2
上式中：T表示热电偶所显示的退火炉内钢板实测温度，单位为℃；
Alr表示钢板中剩铝的含量，用纯小数相乘；钢板中Alr的含量控制在 117～148ppm；α，β表示常数系数，其中α取13～14，β取4.5～5.1；
4)时效轧制至成品厚度；
5)进行脱碳退火，并控制C含量在10ppm以下；再进行渗氮退火，控制最终N含量140～300ppm；
6)常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火；涂布张力涂层、拉伸平整及后序工序。
优选的，在步骤6)之后还包括：
7)进行激光照射刻痕。
优选的，脱碳退火温度t和第一段常化钢板温度T的关系为：t＝1030-T/5 ±10℃。
优选的，生产出的刻痕成品为B800≥1.910T、P1.7/50≤0.85W/kg的高磁感取向硅钢。
优选的，所述高磁感取向硅钢至少用于直流变压器。
本发明技术方案公开了一种直流变压器，包括使用上述方法生产的低温高磁感取向硅钢。
通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法，按照Alr值范围来限定钢中的Als与N之间的成分关系之后，按照限定的成分冶炼并连铸成坯后加热并经过常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；并使得第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：T＝2037-α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2，然后进行第二段常化退火、时效轧制至成品厚度、进行脱碳退火、常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火、涂布张力涂层、拉伸平整等等工序，由于本发明不仅仅考虑了Als单一因素的影响，同时考虑低温高磁感取向硅钢中，Als与N的作用，用Alr值来限定钢中的Als与N之间的关系，同时匹配合理的热处理工艺，最终形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，形成具有优良磁性能的二次再结晶组织，达到稳定生产磁性更优良的直流变压器所需产品的目标。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
具体实施方式
为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。
由于在现有方案的低温高磁感取向硅钢制造中，用Als含量与常化热处理高温段温度之间的联系，制定常化温度，但这种工艺忽略了N的重要影响，产品磁性能很难达到P1.7/50≤0.85W/kg(经刻痕)，无法满足直流变压器用钢需求。故而，在本发明的一个或者多个实施例中，用Alr值范围来限定钢中的Als与 N之间的关系，同时匹配合理的热处理工艺，最终形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，形成具有优良磁性能的二次再结晶组织，达到稳定生产磁性更优良产品的目的。
为了达到上述目的，本发明的一个或多个实施例用剩铝(Alr)表示Als 与N之间的关系：Alr＝Als(10-6)-(27/14)×N(10-6)＝(50～149)×10-6。这样做的原因是，由于铸坯加热温度低，AlN未完全固溶，以及铸坯加热温差、热轧板沿长度方向AlN析出量和Al含量不同造成磁性不均匀。
调整Alr＞0.01％(Alr＝Als-27/14N)，可使△B8＜0.02T。Alr高，抑制力强，当Alr＝(120～149)×10-6时淬在100℃水中，则析出细小AlN数量最多，可使产品二次再结晶完善，P17可降低0.1W/kg。因此用Alr值范围来限定Als与N 之间的关系，同时匹配合理的热处理工艺，最终形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，形成具有优良磁性能的二次再结晶组织，达到稳定生产磁性更优良产品的目的。
进一步的，由于常化后的AlN对脱碳退火时初次再结晶长大起抑制作用，保证二次再结晶异常长大的驱动力。故而本发明实施例中采用两段式常化工艺，第一段高温区温度T与钢种Alr值有关：T(℃)＝1240-2.1Alr～1310-1.8Alr，即Alr高，T降低，而T与退火温度t有关，t＝1030-T/5±10℃，即常化温度高，脱碳退火温度低，以保证合适的初次晶粒和初次再结晶织构。
下面介绍一种用于直流变压器的高磁感取向硅钢生产方法，其中，所述高磁感取向硅钢至少用于直流变压器。其步骤：
1)所适用钢的组分及重量百分比含量为：Si：3.00～3.35％、C：0.045～0.065％、Als：0.0220～0.0320％、Mn：0.080～0.090％、S：0.005～0.010％、N：0.006～0.010％、 Cu：0.014～0.015％、Sn：0.040～0.042％、Cr及Ni总含量小于0.25％，其余为 Fe和不可避免夹杂物；
2)按照上述成分冶炼并连铸成坯后加热，加热温度在1150～1250℃。在上述成分中，N和Als必须采取严格的成分控制，本发明实施例通过剩铝(Alr) 表示Als与N之间的关系：Alr＝Als(10-6)-(27/14)×N(10-6)＝(50～149) ×10-6。
3)经常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；然后进行第二段常化；
其中，钢板中Alr的含量控制在117～148ppm，此范围内的产品磁性能最好，经刻痕后，磁性能改善率也最佳；
其中，第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：
T＝2037-α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2
上式中：T表示热电偶所显示的退火炉内钢板实测温度，单位为℃；
Alr表示钢板中Alr的含量，用纯小数相乘；
α，β表示常数系数，其中α取13～14，β取4.5～5.1；
4)时效轧制至成品厚度；
5)进行脱碳退火，并控制C含量在10ppm以下；再进行渗氮退火，控制最终N含量140～300ppm；进一步的，脱碳退火温度t和第一段常化钢板温度 T的关系为：t＝1030-T/5±10℃。
6)常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火；涂布张力涂层、拉伸平整等后工序；
7)进行激光照射刻痕，进一步降低铁损。
进一步的，生产出的刻痕成品为B800≥1.910T、P1.7/50≤0.85W/kg的高磁感取向硅钢。
在采用上述生成方法制备了高磁感取向硅钢后，为了进一步说明和解释本发明，本发明实施例列举了本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表。
表1本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表：
从实施例表1可以看出，采用本发明方法匹配Alr与第一段常化钢板温度 T的最佳范围，对常化工艺进行调整控制钢卷的工艺及磁性能在合理范围内，生产出的刻痕成品B800≥1.910T、P1.7/50≤0.85W/kg的高磁感取向硅钢。
本具体实施方式仅为最佳例举，并非对木发明技术方案的限制性实施。
基于相同的发明构思，本发明实施例中还公开了一种直流变压器，包括使用上述一个或者多个实施例中的方法生产的低温高磁感取向硅钢。
通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
本发明公开了一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法，按照Alr值范围来限定钢中的Als与N之间的成分关系之后，按照限定的成分冶炼并连铸成坯后加热并经过常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；并使得第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：T＝2037-α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2，然后进行第二段常化退火、时效轧制至成品厚度、进行脱碳退火、常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火、涂布张力涂层、拉伸平整等等工序，由于本发明不仅仅考虑了Als单一因素的影响，同时考虑低温高磁感取向硅钢中，Als与N的作用，用Alr值来限定钢中的Als与N之间的关系，同时匹配合理的热处理工艺，最终形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，形成具有优良磁性能的二次再结晶组织，达到稳定生产磁性更优良的直流变压器所需产品的目标。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通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申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种低温高磁感取向硅钢的常化生产方法，其特征在于，
1)所适用钢的组分及重量百分比含量为：Si：3.00～3.35％、C：0.045～0.065％、Als：0.0220～0.0320％、Mn：0.080～0.090％、S：0.005～0.010％、N：0.006～0.010％、Cu：0.014～0.015％、Sn：0.040～0.042％、Cr及Ni总含量小于0.25％，其余为Fe和不可避免夹杂物；其中，Als与N之间的关系用剩铝Alr表示为：Alr＝Als(10-6)-(27/14)×N(10-6)；
2)按照上述成分冶炼并连铸成坯后加热，加热温度在1150～1250℃；
3)经常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Alr含量进行控制；然后进行第二段常化退火；
其中，第一段常化钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：
T＝2037-α×106×[Alr]+β×1010×[Alr]2
上式中：T表示热电偶所显示的退火炉内钢板实测温度，单位为℃；
Alr表示钢板中剩铝的含量，用纯小数相乘；钢板中Alr的含量控制在117～148ppm；α，β表示常数系数，其中α取13～14，β取4.5～5.1；
4)时效轧制至成品厚度；
5)进行脱碳退火，并控制C含量在10ppm以下；再进行渗氮退火，控制最终N含量140～300ppm；
6)常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火；涂布张力涂层、拉伸平整及后序工序。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤6)之后还包括：
7)进行激光照射刻痕。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，脱碳退火温度t和第一段常化钢板温度T的关系为：t＝1030-T/5±10℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，生产出的刻痕成品为B800≥1.910T、P1.7/50≤0.85W/kg的高磁感取向硅钢。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高磁感取向硅钢至少用于直流变压器。
6.一种直流变压器，其特征在于，包括使用上述权利要求1-5任一权项中的方法生产的低温高磁感取向硅钢。
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