CN110257700A - 一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，该方法可以提高硅钢产品的磁感应强度，降低铁损，改善耐腐蚀性能和涂层附着性能。通过针对涂层成分和钢锭元素的选择，以及控制二次再结晶过程，采取高温加热后冷却，再等温相变的中间退火方式，以及特定的激光熔覆工艺，使得最终的取向硅钢钢带或钢板产品，不仅磁性能优异，涂层质量良好，并且使用性能完全能够满足高容量变压器等电工钢商品应用的需求，工艺流程可适用于大规模生产。

Description

一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及金属加工领域，具体的说，是一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法。
背景技术
电工钢亦称硅钢，是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料，也是当今世界上用量最大的功能材料，更是冶金企业采用先进技术较多、生产难度大的品种，是所有钢铁材料中的“艺术品”，其产量和质量是一个国家冶金工业是否强大的重要标志之一，在国民经济和社会发展中占有十分重要的地位。作为变压器铁芯或其他电器部件的取向娃钢，一般要求耗电量少、效率窩、体积小和加工性能好。
取向硅钢的制备工艺中，退火和涂层制备步骤对取向娃钢的质量影响最大，其工艺步骤的好坏直接影响取向硅钢的铁损和磁感应强度，并且影响后续硅钢应用的使用寿命和性能质量。虽然取向硅钢的热处理工艺已经发展了很多年，但现在效果仍然不够理想，尤其是退火和涂层制备方式的选择，还存在许多争议。现有技术中制造的取向硅钢存在铁损高、磁感应强度低，综合磁性能有待提高，涂层结构疏松、表面粗糙，硅钢耐腐蚀性能差等缺陷。如何改进取向硅钢的热处理工艺，获得性能优异的取向硅钢产品，是电工钢产业关注已久且有待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，该方法可以提高硅钢产品的磁感应强度，降低铁损，改善耐腐蚀性能和涂层附着性能。
所述制造方法的钢锭组成成分包括：C:0.003%～0.005%，Si:3.5%～5.0%，Mn:1.0%～1.5%，Sb:0.01%～0.20%。
所述制造方法包括以下步骤：
步骤1) 中间退火：将冷轧后的硅钢采用辐射式高温加热炉加热到800℃～950℃，保温1～2h后冷却至200～250℃，再将冷却后的硅钢经输送辊道送入低温炉进行400～500℃的等温相变处理，保温时间10～40s，冷却至室温。
步骤2) 激光熔覆：采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层，涂层成分包含：20～25％Mg，12～15％Ti，10～13％Al，6.5～8.5％Cr，5.0～6.0％B，2.0～3.0％Sb，0.1～0.5％Si，百分比为质量百分比。
步骤3) 最终退火：在75%H2和25%N2气氛下，以50℃/h的升温速度加热到1150～1250℃，然后在100%高纯H2下保温20～24小时，随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却，获得取向硅钢钢带或钢板的最终产品。
所述制造方法在步骤1)中间退火之前，还包括如下步骤：
步骤a) 冶炼：用转炉或电炉炼钢，钢水经精炼和连铸后，获得薄钢锭。
步骤b) 热轧：将所述薄钢锭加热到1150～1250℃，热轧成具有1.5～3.5mm厚度的热轧钢带或钢板。
步骤c) 冷轧：将所述热轧钢带或钢板轧制成0.3～0.5mm的冷轧板，最终压下率大于80％。
所述隔离涂层的厚度为20～50μm。
所述激光熔覆步骤中，在取向硅钢表面制备隔离涂层，工艺参数为：激光扫描速度为1～5mm/s，扫描功率为2700～3300KW，光斑直径为1～5mm，送粉速率为2～5g/min。
所述激光熔覆步骤中，所述保护气体为氩气。
所述制造方法的钢锭组分及重量百分比含量为：C:0.003%～0.005%，Si:3.5%～5.0%，Mn:1.0%～1.5%，Sb:0.01%～0.20%，P:0.01%～0.02%，Als:0.008%～0.010%，S<0.01%，N<0.01%，余量由Fe 和不可避免杂质。
所述最终产品的磁感B8=1.88～1.95T，铁损P17/50=1.05～1.15W/kg。
与现有技术相比，本发明的优点是：通过针对涂层成分和钢锭元素的选择，以及控制二次再结晶过程，采取高温加热后冷却，再等温相变的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式，以及特定的激光熔覆工艺，使得最终的取向硅钢钢带或钢板产品，不仅磁性能优异，涂层质量良好，并且使用性能完全能够满足高容量变压器等电工钢商品应用的需求，工艺流程可适用于大规模生产。
具体实施方式
激光熔覆技术亦称激光包覆或激光熔敷，是激光表面改性技术的一种重要方法，通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度激光束辐照加热，使熔覆材料和基材表面薄层发生熔化，并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的填料熔覆层，以弥补基体所缺少的高性能，显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、抗氧化等性能。由于激光束的高能密度能产生近似绝热的快速加热，因而激光熔覆对基材的热影响较小，能够在很短时间内将覆层材料不为基体冲淡而获得低稀释率的覆层，这样，既保证了原熔覆材料的优异性能，对基材的热效应又可减小到最小限度，引起变形和开裂的趋向小。所以它既可以满足对材料表面的使用要求，又不改变材料的整体特性。换言之，激光熔覆在低成本的材料上制成了高性能的表面。
本发明的取向硅钢钢带或钢板的制造方法，由于精确控制涂层中Mg、Ti、Al、Cr、B、Sb和Si元素的含量和比例，在二次再结晶过程中，有利于涂层材料在高温退火升温过程中更早地形成底层，使钢中抑制剂更稳定，进而有利于提高磁感应强度。并且，本发明之所以采取高温加热后冷却，再等温相变的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式，是为了改善退火生成的氧化层，降低其与涂层材料可能发生的化学反应，避免产生限制磁畴移动的钉扎点，进而改善取向硅钢的铁损。
下面结合实施例和对比例对本专利进一步详细说明。
实施例1：
一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1) 中间退火：将冷轧后的硅钢采用辐射式高温加热炉加热到800℃，保温2h后冷却至200℃，再将冷却后的硅钢经输送辊道送入低温炉进行400℃的等温相变处理，保温时间10s，冷却至室温。
步骤2) 激光熔覆：采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层，厚度为20μm，涂层成分包含：20％Mg，15％Ti，10％Al，8.5％Cr，6.0％B，3.0％Sb，0.5％Si，百分比为质量百分比。激光扫描速度为1mm/s，扫描功率为2700KW，光斑直径为2mm，送粉速率为3g/min，保护气体为氩气。
步骤3) 最终退火：在75%H2和25%N2气氛下，以50℃/h的升温速度加热到1150℃，然后在100%高纯H2下保温20小时，随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却，获得取向硅钢钢带或钢板的最终产品。
所述制造方法在步骤1)中间退火之前，还包括如下步骤：
步骤a) 冶炼：用转炉或电炉炼钢，钢水经精炼和连铸后，获得薄钢锭。
步骤b) 热轧：将所述薄钢锭加热到1150℃，热轧成具有1.5mm厚度的热轧钢带或钢板。
步骤c) 冷轧：将所述热轧钢带或钢板轧制成0.5mm的冷轧板，最终压下率大于80％。
所述制造方法的钢锭组分及重量百分比含量为：C:0.003%%，Si:3.5%%，Mn:1.5%，Sb: 0.20%，P:0.01%%，Als:0.008%%，S<0.01%，N<0.01%，余量由Fe 和不可避免杂质。
所述最终产品的磁感B8=1.88T，铁损P17/50=1.15W/kg。
实施例2：
一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1) 中间退火：将冷轧后的硅钢采用辐射式高温加热炉加热到950℃，保温1h后冷却至250℃，再将冷却后的硅钢经输送辊道送入低温炉进行450℃的等温相变处理，保温时间40s，冷却至室温。
步骤2) 激光熔覆：采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层，厚度为30μm，涂层成分包含：23％Mg，14％Ti，12％Al，8.5％Cr，5.5％B，2.5％Sb，0.3％Si，百分比为质量百分比。激光扫描速度为3mm/s，扫描功率为3300KW，光斑直径为5mm，送粉速率为5g/min，保护气体为氩气。
步骤3) 最终退火：在75%H2和25%N2气氛下，以50℃/h的升温速度加热到1250℃，然后在100%高纯H2下保温24小时，随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却，获得取向硅钢钢带或钢板的最终产品。
所述制造方法在步骤1)中间退火之前，还包括如下步骤：
步骤a) 冶炼：用转炉或电炉炼钢，钢水经精炼和连铸后，获得薄钢锭。
步骤b) 热轧：将所述薄钢锭加热到1200℃，热轧成具有3.5mm厚度的热轧钢带或钢板。
步骤c) 冷轧：将所述热轧钢带或钢板轧制成0.5mm的冷轧板，最终压下率大于80％。
所述制造方法的钢锭组分及重量百分比含量为：C:0.005%，Si:5.0%，Mn:1.5%，Sb:0.01%，P:0.01%，Als:0.010%，S<0.01%，N<0.01%，余量由Fe 和不可避免杂质。
所述最终产品的磁感B8=1.95T，铁损P17/50=1.10W/kg。
实施例3：
一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：
步骤1) 中间退火：将冷轧后的硅钢采用辐射式高温加热炉加热到880℃，保温1.5h后冷却至230℃，再将冷却后的硅钢经输送辊道送入低温炉进行450℃的等温相变处理，保温时间30s，冷却至室温。
步骤2) 激光熔覆：采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层，厚度为40μm，涂层成分包含：25％Mg，13％Ti，11％Al，7.5％Cr，5.0％B，2.5％Sb，0.2％Si，百分比为质量百分比。激光扫描速度为3mm/s，扫描功率为3000KW，光斑直径为3mm，送粉速率为2g/min，保护气体为氩气。
步骤3) 最终退火：在75%H2和25%N2气氛下，以50℃/h的升温速度加热到1250℃，然后在100%高纯H2下保温20小时，随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却，获得取向硅钢钢带或钢板的最终产品。
所述制造方法在步骤1)中间退火之前，还包括如下步骤：
步骤a) 冶炼：用转炉或电炉炼钢，钢水经精炼和连铸后，获得薄钢锭。
步骤b) 热轧：将所述薄钢锭加热到1150℃，热轧成具有1.5mm厚度的热轧钢带或钢板。
步骤c) 冷轧：将所述热轧钢带或钢板轧制成0.3mm的冷轧板，最终压下率大于80％。
所述制造方法的钢锭组分及重量百分比含量为：C:0.003%%，Si:5.0%，Mn:1.3%，Sb:0.15%，P:0.02%，Als:0.008%，S<0.01%，N<0.01%，余量由Fe 和不可避免杂质。
所述最终产品的磁感B8=1.93T，铁损P17/50=1.05W/kg。
对比例1：
本发明的制造方法中，当改变涂层成分和钢锭元素的选择时，特别是涂层材料的Mg、Ti、Al、Cr、B、Sb和Si组成元素和含量发生改变，将影响最终产品的涂层质量不佳，疏松有孔洞，易剥离，耐腐蚀性能差等缺陷。
对比例2：
当退火工艺和涂层制备工艺或参数发生改变时，将导致硅钢微观结构变化，磁畴细化不足，涂层与硅钢发生氧化物之间的反应，增加磁滞损耗，综合磁性能降低，使用寿命下降。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，实验结果表明：本发明通过针对涂层成分和钢锭元素的选择，以及控制二次再结晶过程，采取高温加热后冷却，再等温相变的中间退火+特定气氛和温度时间参数下的最终退火的热处理方式，使得最终的取向硅钢钢带或钢板产品，不仅磁性能优异，涂层质量良好，并且使用性能完全能够满足高容量变压器等电工钢商品应用的需求，工艺流程可适用于大规模生产。
尽管已经示出和描述了本专利的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本专利的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种取向硅钢钢带或钢板的制造方法，其特征在于，所述制造方法的钢锭组成成分包括：C:0.003%～0.005%，Si:3.5%～5.0%，Mn:1.0%～1.5%，Sb:0.01%～0.20%；所述制造方法包括以下步骤：
步骤1) 中间退火：将冷轧后的硅钢采用辐射式高温加热炉加热到800℃～950℃，保温1～2h后冷却至200～250℃，再将冷却后的硅钢经输送辊道送入低温炉进行400～500℃的等温相变处理，保温时间10～40s，冷却至室温；
步骤2) 激光熔覆：采用激光熔覆技术在取向硅钢表面制备隔离涂层，涂层成分包含：20～25％Mg，12～15％Ti，10～13％Al，6.5～8.5％Cr，5.0～6.0％B，2.0～3.0％Sb，0.1～0.5％Si，百分比为质量百分比；
步骤3) 最终退火：在75%H2和25%N2气氛下，以50℃/h的升温速度加热到1150～1250℃，然后在100%高纯H2下保温20～24小时，随后在75%H2和25%N2气氛下随炉冷却，获得取向硅钢钢带或钢板的最终产品。
2.如权利要求1 所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法在步骤1)中间退火之前，还包括如下步骤：
步骤a) 冶炼：用转炉或电炉炼钢，钢水经精炼和连铸后，获得薄钢锭；
步骤b) 热轧：将所述薄钢锭加热到1150～1250℃，热轧成具有1.5～3.5mm厚度的热轧钢带或钢板；
步骤c) 冷轧：将所述热轧钢带或钢板轧制成0.3～0.5mm的冷轧板，最终压下率大于80％。
3.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述隔离涂层的厚度为20～50μm。
4.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述激光熔覆步骤中，在取向硅钢表面制备隔离涂层，工艺参数为：激光扫描速度为1～5mm/s，扫描功率为2700～3300KW，光斑直径为1～5mm，送粉速率为2～5g/min。
5.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述激光熔覆步骤中，所述保护气体为氩气。
6.如权利要求1或2所述的制造方法，其特征在于：所述制造方法的钢锭组分及重量百分比含量为：C:0.003%～0.005%，Si:3.5%～5.0%，Mn:1.0%～1.5%，Sb:0.01%～0.20%，P:0.01%～0.02%，Als:0.008%～0.010%，S<0.01%，N<0.01%，余量由Fe 和不可避免杂质。
7.如权利要求1至5所述的制造方法，其特征在于：所述最终产品的磁感B8=1.88～1.95T，铁损P17/50=1.05～1.15W/kg。
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