CN110218945A - 一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢及其制备方法，所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.003％，Si：1.0％～2.2％，Mn：0.6～1.5％，Als：0.1～0.4％，S≤0.0030％，P≤0.02％，Cu≤0.1％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中1.5Mn％≤Si％+2Al％≤2.5Mn％；其制备方法为：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层。本发明通过合金体系的合理设计，不要额外增置生产设备，在现有薄板坯连铸连轧生产线上可以顺利实施。利用铁素体轧制获得的热轧组织为再结晶晶粒，避免了沿轧向伸长的纤维状组织的存在，为无瓦楞缺陷产品的生产提供了热轧组织基础。

Description

一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢及其制备方法
技术领域
本发明属于无取向电工钢制备技术领域，具体涉及一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢及其制备方法。
背景技术
薄板坯连铸连轧直接轧制技术将连铸、连轧工艺有机地结合起来，具有工艺流程短、铸坯直接入炉热量损失小，生产节奏紧凑，且可以节省大量的热量降低生产成本，因此广泛应用在中低牌号无取向硅钢的生产过程中，长期的生产实践表明，采用薄板坯流程具有磁感高(比传统流程高0.02T以上)的优势，可以不采用常化工艺、不添加稀有合金元素的前提下获得高磁感电工钢产品。
但和传统厚板坯流程相比，薄板坯连铸连轧具有铸坯薄，冷却速度快，柱状晶发达的特点，发达的柱状晶组织在高温轧制过程中未能完全动态回复和再结晶，形成的带状组织，通过组织遗传导致最终成品形成瓦楞状缺陷，存在瓦楞状缺陷将会大幅恶化电机性能，因此一般不为电机用户所接受。
在传统厚板坯流程中，当Si+2Al含量大于1.7％时，即使存在不大于0.01％的C，由于热加工过程中不存在相变，铸坯中粗大的{100}柱状晶无法在热轧过程中得以破碎，从而产生瓦楞状缺陷。而薄板坯流程由于流程特点，电工钢铸坯的铸态组织中柱状晶尤为发达，当Si含量在1.0％左右时，即使C含量在0.01％左右，都会存在一定程度的瓦楞状缺陷。
为消除瓦楞状缺陷，最为有效的手段是采用电磁搅拌，通过合理的工艺匹配，在铸坯中获得50％以上的等轴晶，从而获得无瓦楞缺陷最终产品。由于薄板坯流程冷却速度快，铸坯出结晶器铸坯很快就完全凝固，因此无法采用该方法。
也有采用低过热度浇钢的方法以防止形成粗大的铸态组织，但由于低过热度会带来断浇等生产事故，同时由于较低的过热度会导致钢液粘度增加，夹杂物上浮困难，导致带钢夹杂缺陷明显升高。因此推广困难。薄板坯连铸流程由于冷速快，夹杂上浮困难，表面质量较差，采用低过热度浇钢的方法，会进一步加剧表面问题。
针对中牌号无取向硅钢，通常也可以通过热轧卷常化退火使粗大的变形铁素体再结晶，从而减轻或者消除瓦楞状缺陷，但会大幅增加生产成本，不适用于生产中低牌号无取向硅钢，而在Si含量更高的无取向硅钢中，由于热轧纤维状组织过于明显，即使通过增加常化工序也不能完全消除。
因此需要探索一种在不需要对设备进行大幅改造的前提下，通过合理的工艺匹配，实现不经过常化处理的无瓦楞状缺陷的中低牌号无取向硅钢。
发明内容
本发明提供了一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢及其制备方法，通过连铸液芯部分二冷水比水量控制、配合液芯轻压下，控制铸坯入炉温度以及在炉时间，配合热轧前两道次大压缩比，并配合终轧铁素体轧制，结合高温卷取，通过变形铁素体静态再结晶，获得再结晶热轧组织，从而实现表面质量良好无瓦楞状缺陷的中高牌号无取向电工钢生产，同时最终产品强度降低，易于冲片加工。
本发明采取的技术方案为：
一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.003％，Si：1.0％～2.2％，Mn：0.6～1.5％，Als：0.1～0.4％，S≤0.0030％，P≤0.02％，Cu≤0.1％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中1.5Mn％≤Si％+2Al％≤2.5Mn％。
进一步地，所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，优选包括以下重量百分比的化学成分：C：0.0013～0.0025％，Si：1.60％～2.02％，Mn：0.85～1.41％，Als：0.15～0.20％，S≤0.0015％，P≤0.02％，Cu：0.025～0.05％，N≤0.0016％，Ti：0.0013～0.0016％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中1.66Mn％≤Si％+2Al％≤2.24Mn％。
上述无取向电工钢成分中，各元素在钢中的作用如下：
C：C≤0.003％，碳含量过高，会使产品磁时效严重，因此必须在成品连续退火时进行脱碳处理，一方面会导致产量降低，另一方面会因为带钢表面氧化降低电磁性能，一般来说，Si含量升高，C含量可适当放宽，优选控制在0.0025％以下，可以采用干气氛退火，进一步提升产量和性能。
Si：1.0％≤Si≤2.2％，Si是增加电工钢电阻的重要合金元素，可以显著降低铁损。Si含量低于1.0％，即使C含量≤0.003％，也不会发生瓦楞缺陷；而Si含量≥2.2％后，必须采用常化工序，才能消除瓦楞状缺陷。
Mn：00.6％≤Mn≤1.5％，Mn不但能够起到提高钢带的电阻率，降低铁损之作用；由于Mn是强奥氏体形成元素，通过添加合适的Mn含量，可以使铸坯在入炉和加热过程中，发生相变，从而细化在进入热轧机前的铸态组织。为确保在加热过程中具备一定数量的奥氏体相，要求Si、Al、Mn含量之间满足如下配比：1.5Mn％≤Si％+2Al％≤2.5Mn％。
P：在高Si钢中，P的晶界偏聚作用，会容易产生脆化现象，严重恶化产品弯曲次数，且提高产品强度，因此P含量需要控制在0.02％以下，优选控制在0.015％以下。
Al：0.1％≤Al≤0.4％，Al和Si一样是增加电阻元素，是电工钢最重要的合金元素之一，但Al对铸态组织的发展起到促进作用，因此应该适当限制，最好不超过0.4％，而当Al≤0.1％时，容易形成细小的AlN，抑制最终产品晶粒长大，导致铁损增加。
S：S含量降低，铁损明显下降，为满足需求，S含量需控制在0.0030％以下，优选S含量＜0.0015％。
N：N含量超过0.004％，铁损明显增加，优选N含量＜0.0020％。
Ti：小于0.004％，原则上钢中Ti含量越低越好，但从炼钢成本和可操作性的角度，钢中的Ti含量应控制在0.004％以下，优选0.0025％。
Cu：Cu≤0.1％，由于S含量很低、加热温度低，生产细小CuXS的比例少，对电磁性能影响较小，优选Cu＜0.05％。
本发明还提供了一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层。
进一步地，所述连铸连轧工艺中，连铸拉速控制在3.0～4.5m/min；连铸坯厚度70～90mm。
所述连铸连轧工艺中，连铸时采用液芯压下，控制液芯压下量在10～20％，，压下量太大导致后续热轧压缩比不够，无法破碎柱状晶；液芯部分1-3段采用弱冷方式进行，二冷水比水量控制在2.1L/kg以下，优选为1.89～1.99L/kg。
所述连铸连轧工艺中，坯入炉温度控制在850℃以下，优选为836～850℃；
铸坯加热温度控制在950～1100℃，加热时间控制在1h以内，优选为0.5h，通过相变破碎柱状晶，但温度不能太低，太低导致铸坯加热时间过长，不能满足高效化生产需要。
所述连铸连轧工艺中，热轧第一道次压下率控制在55～60％；第二道次压下率控制在55％以上，优选为55～65％，促进热轧板高温再结晶，破碎铸态组织。
所述连铸连轧工艺中，终轧温度控制在750～850℃，优选为790～820℃，尽可能低的终轧温度形成在晶界具有细小再结晶晶粒的变形组织；卷取温度控制在700℃以上，优选为730～760℃，使形变铁素体发生静态再结晶，获得近似等轴晶；热轧卷厚度控制在2.0～3.0mm。
所述酸洗冷轧工艺中，可以采用酸洗冷连轧直接轧制成最终产品，也可通过先酸洗，后单机架冷轧至产品厚度。
所述连续退火工艺中，退火温度为800～950℃，退火时间≥90秒，采用N2+H2混合气体，采用干气氛退火，露点温度≤0℃，。
进一步地，所述退火温度优选为860～930℃，退火时间优选为90～180秒，露点温度优选为-10～-25℃。
本发明通过合金体系的合理设计，不要额外增置生产设备，在现有薄板坯连铸连轧生产线上可以顺利实施。利用铁素体轧制获得的热轧组织为再结晶晶粒，避免了沿轧向伸长的纤维状组织的存在，为无瓦楞缺陷产品的生产提供了热轧组织基础。热轧板无需常化处理，连退也不需要脱碳退火，即可获得无瓦楞状缺陷，且表面质量优良的高磁感无取向电工钢。
附图说明
图1为实施例1中制备无瓦楞状缺陷的无取向电工钢过程中热轧板的金相组织图；
图2为实施例1(a)和比较例1(b)中的无取向电工钢的表面质量图；
图3为比较例1中制备无取向电工钢过程中热轧板的金相组织图。
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
一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.0018％，Si：1.60％，Mn：0.85％，P：0.019％，Als：0.15％，N：0.0016％，S：0.0010％；Ti：0.0015％，Cu：0.025％，Si+2Al＝2.24Mn，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层；
其中，连铸连轧工艺中，中包过热度25℃，结晶器出口厚度90mm，液芯压下至75mm，连铸拉速3.5mm，铸坯液芯部分1-3段二冷水比水量1.98L/kg，铸坯进加热炉温度840℃，加热炉温度1000℃，在炉时间0.5h，热轧前两道次压下率分别为56％、60％，终轧温度790℃，卷取温度740℃，热轧板厚度2.5mm；连铸连轧工艺后得到的热轧板的形貌如附图1所示，热轧组织为再结晶晶粒，晶粒较为均匀。
酸洗冷轧工艺中，经酸洗连轧机组冷轧成0.50mm产品；
连续退火工艺中，经860℃连续退火180秒，退火炉露点温度为-10℃。
本实施例得到的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢成品的表面如图2所示，可见其表面质量良好。
本实施例得到的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢成品的的磁学和力学性能如表1所示，相较比较例1，本发明实施例1得到的无取向电工钢的表面质量良好，强度相较比较例1降低30MPa。
表1发明例和实施例检测性能比较
备注：√为表面状态良好，表示带钢表面光滑，手摸无触感，无高度≥3μm的瓦楞缺陷，叠装系数≥97％；有上述定义的任一表现，则视为为表面质量不良。
比较例1
一种无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.00012％，Si：1.63％，Mn：0.35％，P：0.010％，Als：0.35％，N：0.0012％，S：0.0015％；Ti：0.0019％，Cu：0.05％，Si+2Al＝6.66Mn，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述无取向电工钢的制备方法同实施例1，只是在连铸连轧工艺中，中包过热度18℃，结晶器出口厚度90mm，液芯压下至70mm，连铸拉速3.5mm，铸坯液芯部分1-3段二冷水比水量2.4L/kg，铸坯进加热炉温度950℃，加热炉温度1130℃，在炉时间30min，热轧前两道次压下率分别为48％、50％，终轧温度890℃，卷取温度680℃，热轧板厚度2.5mm。
连铸连轧工艺后得到的热轧板的形貌如附图3所示，热轧板表层存在细小的再结晶晶粒，在带钢的厚度中部存在沿轧向拉长的形变组织。
本比较例得到的无取向电工钢成品的表面如图2所示，可见其表面存在较严重的瓦楞状缺陷。
本比较例得到的无取向电工钢成品的的磁学和力学性能如表1所示。
实施例2
一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.0013％，Si：2.02％，Mn：1.41％，P：0.008％，Als：0.16％，N：0.0015％，S：0.0008％；Ti：0.0013％，Cu：0.05％，Si+2Al＝1.66Mn，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层；
具体为：钢水经冶炼后连铸，结晶器出口厚度90mm，液芯压下至80mm，连铸拉速3.2mm，铸坯液芯部分1-3段二冷水比水量1.95L/kg，铸坯进加热炉温度850℃，加热炉温度980℃，在炉时间0.5h，热轧前两道次压下率分别为55％、62％，终轧温度820℃，卷取温度760℃，热轧板厚度2.5mm，热轧板经酸洗后，单机架冷轧至0.50mm，经930℃连续退火90秒，退火炉露点-20℃。
经上述工艺制成的冷轧无取向电工钢表面质量良好，肉眼观察无条纹，无瓦楞缺陷，成品铁损P1.5/50为3.05W/kg，磁感B50为1.70T，屈服强度305MPa。抗拉强度435MPa。
实施例3
一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.0025％，Si：1.70％，Mn：1.05％，P：0.0013％，Als：0.20％，N：0.0012％，S：0.00011％；Ti：0.0016％，Cu：0.03％，Si+2Al＝2Mn，其余为Fe及不可避免的杂质。
所述无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层；
具体为：钢水经冶炼后连铸，结晶器出口厚度90mm，液芯压下至70mm，连铸拉速3.8mm，铸坯液芯部分1-3段二冷水比水量1.90L/kg，铸坯进加热炉温度840℃，加热炉温度1020℃，在炉时间0.5h，热轧前两道次压下率分别为57％、60％，终轧温度810℃，卷取温度740℃，热轧板厚度2.5mm，热轧板经酸洗后，单机架冷轧至0.35mm，经900℃连续退火120秒，退火炉露点-25℃。
经上述工艺制成的冷轧无取向电工钢表面质量良好，肉眼观察无条纹，无瓦楞缺陷，成品铁损P1.5/50为2.83W/kg，磁感B50为1.69T，屈服强度280MPa。抗拉强度420MPa。
上述参照实施例对一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢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 (9)

1.一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：C≤0.003％，Si：1.0％～2.2％，Mn：0.6～1.5％，Als：0.1～0.4％，S≤0.0030％，P≤0.02％，Cu≤0.1％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，其余为Fe及不可避免的杂质，其中1.5Mn％≤Si％+2Al％≤2.5Mn％。
2.一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、RH处理、连铸连轧、酸洗冷轧、连续退火、涂覆绝缘涂层。
3.根据权利要求2所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧工艺中，连铸拉速控制在3.0～4.5m/min；连铸坯厚度70～90mm。
4.根据权利要求2所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧工艺中，连铸时采用液芯压下，控制液芯压下量在10～20％；液芯部分1-3段采用弱冷方式进行，二冷水比水量控制在2.1L/kg以下。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧工艺中，坯入炉温度控制在850℃以下；铸坯加热温度控制在950～1100℃；加热时间控制在1h以内。
6.根据权利要求2-4任意一项所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧工艺中，热轧第一道次压下率控制在55～60％；第二道次压下率控制在55％以上。
7.根据权利要求2-4任意一项所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连铸连轧工艺中，终轧温度控制在750～850℃；卷取温度控制在700℃以上；热轧卷厚度控制在2.0～3.0mm。
8.根据权利要求2-4任意一项所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述酸洗冷轧工艺中，可以采用酸洗冷连轧直接轧制成最终产品，也可通过先酸洗，后单机架冷轧至产品厚度。
9.根据权利要求2-4任意一项所述的无瓦楞状缺陷的无取向电工钢的制备方法，其特征在于，所述连续退火工艺中，退火温度为800～950℃，退火时间≥90秒，采用N2+H2混合气体，采用干气氛退火，露点温度≤0℃。
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