CN111663081A - 一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 - Google Patents
一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111663081A CN111663081A CN202010661555.6A CN202010661555A CN111663081A CN 111663081 A CN111663081 A CN 111663081A CN 202010661555 A CN202010661555 A CN 202010661555A CN 111663081 A CN111663081 A CN 111663081A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- temperature
- annealing
- heating
- oriented silicon
- silicon steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 239000010955 niobium Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 229910000976 Electrical steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 53
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 19
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 90
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 45
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 claims abstract description 33
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 4
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 2
- 239000003112 inhibitor Substances 0.000 abstract description 46
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 abstract description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 abstract description 4
- 239000000047 product Substances 0.000 description 33
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 26
- 230000008569 process Effects 0.000 description 23
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000011161 development Methods 0.000 description 8
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 7
- 238000009628 steelmaking Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 5
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 229910001566 austenite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 3
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 3
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 3
- 206010010356 Congenital anomaly Diseases 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001567 cementite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N iron silicon Chemical compound [Si].[Fe] XWHPIFXRKKHEKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N iron;methane Chemical compound C.[Fe].[Fe].[Fe] KSOKAHYVTMZFBJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005381 magnetic domain Effects 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- -1 niobium carbides Chemical class 0.000 description 1
- 229910017464 nitrogen compound Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000002436 steel type Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
- C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
- C21D8/1255—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest with diffusion of elements, e.g. decarburising, nitriding
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
- C21D8/1277—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a particular surface treatment
- C21D8/1283—Application of a separating or insulating coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing Of Steel Electrode Plates (AREA)
Abstract
一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其组分及wt%为：Si：2.90~3.30%，Als：0.0220~0.0325%，Nb：0.003~0.030%，Mn：0.07~0.12%，S：0.0030~0.0090%，N：0.0060~0.0095%，Ti≤0.0015%，Cu+Sn+Cr≤0.03%；生产方法：冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热；经常规粗轧及精轧、常化退火并冷轧至成品厚度；脱碳退火；渗氮退火；涂敷以MgO为主的高温退火隔离剂；根据初次晶粒直径进行多段变速升温的高温退火；进行磁性能检测，待用。本发明通过采用Nb合金化，在保证产品磁性能不低于1.80T的前提下，不依赖于除Nb以外的其他辅助抑制剂元素；且其对于抑制剂Als的控制范围较小，不仅成本降低，且成分的控制难度也降低，相对于常规低温钢板1200℃加热温度，本发明能降低加热温度6‑77℃，能进一步减少生产能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种取向硅钢及生产方法，具体地属于一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法。
背景技术
社会的持续发展目标对国民经济各个环节提出了更高的节能降耗要求。电能作为清洁高效的二次能源，支撑了我国国民经济的健康发展。随着大量电力建设工程完成和经济水平的提高，全社会用电量持续增加，并且其在能源消费中的比例越来越高。输配电过程中损耗约占全部发电量的6.6％，而其中变压器损耗约占一般以上，巨大的电能损耗也越来越受到关注。因此，当前社会发展提出了降低变压器能耗、建设清洁高效电网要求。
取向硅钢作为铁芯的重要原材料，它的磁性能直接影响变压器的损耗和能量传输效率。开发具有优异磁性能的取向硅钢是提升变压器效率的主要措施。取向硅钢磁性能主要包括高磁感和低铁损两个指标。一方面，取向硅钢磁感越高时，变压器铁芯的设计磁通值越高，产品安全性提升。较高的磁导率使得硅钢片励磁过程中铁损降低，并且能够适当减小铁芯截面积从而达到减轻铁芯体积和重量的效果。自上个世纪六十年代以来，日本钢铁公司(NSC)和川崎钢铁公司(RG-H)先后开发生产出高磁感取向硅钢产品，即磁感应强度B800高于1.8T的电工钢产品。高性能取向硅钢要求具备较低的铁损值，低铁损意味着铁芯工作过程中能耗更低。研发者们通过致力于开发薄厚度规格、改善成品晶粒组织、开发高张力绝缘涂层和磁畴细化技术，不断降低取向硅钢产品的铁损。因此，在提高产品性能的过程中必须兼顾磁感和铁损两个方面。
按照热轧板坯加热温度范围取向硅钢的生产方法可以分为高温板坯加热方法(加热温度1350℃～1400℃)、中温板坯加热方法(加热温度1250℃～1300℃)和低温板坯加热制备法(加热温度1120～1250℃)。从抑制剂技术上看，高温板坯加热法和中温板坯加热法属于采用固有抑制剂技术，即利用较高温度使炼钢成分形成的析出相完全固溶获得所需抑制剂；而低温板坯加热法则由于析出相成分含量较低，因此所需板坯加热温度也较低，是需要通过后序热处理获得抑制剂增强的技术。
由于采用低温板坯加热法制备取向硅钢成功减少了热轧加热和轧制过程中氧化铁皮多、合金烧损大、耗能多、设备维修频率高且寿命短、产品成材率低等诸多问题，因而显著降低了取向硅钢的制造成本，自该技术发明以来一直是主要发展趋势。
传统的低温取向硅钢采用固溶温度较低的AlN或添加微量MnS作为主要抑制剂来控制初次晶粒长大。由于热轧板坯中N、S等析出相形成元素含量较低，因此并不需要较高加热温度。但是在高温退火之前，需要采用渗氮处理来对钢板中析出相数量进行补充，在高温条件下继续保持良好的初次晶粒抑制剂作用，同时保障二次再结晶异常长大发育完善。这样热轧工序铸坯加热温度降到1250℃以下，同时产品达到高温板坯技术的性能。
低温取向硅钢技术特点决定了初次晶粒的控制是其生产过程中的技术难点，一旦二次晶粒异常长大前初次晶粒长大粗化，二次再结晶将发育不完全，使产品性能恶化。为了能在较低板坯加热温度下固溶的成分体系下获得较好的磁性能，通常采用微合金化、添加晶界偏聚元素或析出相形成元素来辅助进行初次晶粒的控制。目前采用微合金化方法生产低温取向硅钢技术如下所述:
日本专利(JP1-230721,1989-09-04)文献，阐述了一种在以AlN为主要抑制剂、铸坯加热温度为1150～1250℃的基础上，同时添加0.05～0.1％Sn元素辅助抑制初次晶粒尺寸的技术，要求w(Al)/w(Si)≥0.008；在脱碳退火和采用含(NH3+N2)混合气体渗氮处理后高温退火，可生产0.18～0.50mm规格取向硅钢产品，磁性能达到高磁感取向硅钢水平。该技术由于采用Sn控制初次晶粒在18～30μm，初次晶粒分布范围仍然较宽，故不利于产品磁性能稳定性。同时该技术对Al含量有严格控制范围，炼钢过程对Als控制难度极大。
美国专利文献(USA Pat:6451128)，阐述了一种以AlN+Cu2S为主要抑制剂，其添加0.003～0.008％B，0.15％～0.17％Cr和0.03％～0.07％Ni为辅助抑制剂元素，并在1050～1250℃进行板坯加热生产取向硅钢技术，产品磁感高于1.90T且能用于节能变压器。但是该技术由于在脱碳和渗氮工序中采用同步渗氮和脱碳热处理工艺，同时要求渗氮氮含量严格按照抑制剂形成元素含量[Cu]、[Ni]、[Cr]进行控制。而同步渗氮脱碳热处理对设备要求较高，湿气条件对渗氮设备有影响且渗氮含量难以控制，因此最终会导致初次再结晶状态极不稳定，因此在实际生产中难以实现。
日本专利(JP平6-17201、JP平3-111516)中阐述了一种在1150～1250℃进行热轧、采用AlN为主要抑制剂、添加0.05～0.1％Sn，0.04～0.05％Sb作为初次晶粒抑制元素的低温高磁感取向硅钢生产技术。该技术中Als含量要求较低为0.007～0.0012％，利用高温退火过程中升温阶段的气氛控制进行增氮，控制二次再结晶前氮含量为0.015～0.020％，产品达到高磁感水平。但是该技术同时要求高温退火在875℃下均热24～48h，这时的高温退火较低温状态下时间延长，大大高温退火工序设备处理能力。同时高温退火过程中增氮能力有限且氮含量难以监测控制。一旦氮含量控制出现波动，产品性能恶化严重。
铌(Nb)元素是强的碳氮化合物形成元素，通常作为一种常用的合金化元素被用来控制金属材料晶粒尺寸和均匀度。目前Nb在低温取向硅钢中的抑制剂元素应用研究还处于初始阶段，但Nb添加入取向硅钢后，即使在较低板坯加热温度下仍然能够获得细小弥散析出相，通常形成100nm以下的碳氮化物。如经检索的：
中国专利公开号为CN 105714039的文献，通过添加0.04～0.1％的Nb元素，使形成的Nb(C,N)作为主要抑制剂、再经过7～10min的脱碳退火，后进行多段温度保温的高温退火制度制备了磁感强度在1.8T以上的取向硅钢。该技术不涉及传统低温钢的渗氮工艺，但成分中还需要Cu2S，(Cu，Mn)S和晶界偏聚元素Cr作为辅助抑制的控制难度大。
综上所述，以上文献对生产低温取向硅钢制备过程中的抑制剂和辅助抑制剂成分进行了改进和工艺说明，主要技术措施为：通过添加晶粒抑制剂形成元素Sn、Sb、B、Cr、Cu、Nb等控制初次晶粒来发育完善二次再结晶。其中对于添加辅助抑制剂元素尤其是添加Nb元素时，钢种成分和高温退火工艺要求繁琐，因而生产成本较高。在低温取向硅钢采用微合金化和复合抑制剂技术时，初次晶粒对二次再结晶及产品性能影响很大。然而，控制初次再结晶状态并在不同初次晶粒尺寸下，稳定获得优异磁性能产品的难度也大。因此，以上技术在制备过程中要么依赖的辅助抑制剂元素构成较复杂，成分控制要求高；要么缺少对脱碳退火后初次晶粒状态控制和发展完善二次再结晶的方法，产品的磁性能一般。
发明内容
本发明针对现有低温取向硅钢初次再结晶存在的：由于难以稳定控制而导致产品磁性能不佳的不足，提供一种在保证产品磁性能不低于1.80T的前提下，通过添加辅助抑制剂元素Nb，在能控制初次再结晶作用的同时，对于关键抑制剂成分Als的控制范围要求较小，不仅使炼钢成本得到降低，成分的控制难度也得到降低，由于Nb元素的添加还可以使热轧板坯加热温度降低6-77℃，进一步减少生产能耗的低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法。
实现上述目的的具体措施:
一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：Si：2.90～3.30％，Als：0.0220～0.0325％，Nb：0.003～0.030％，Mn：0.07～0.12％，S：0.0030～0.0090％，N：0.0060～0.0095％，Ti≤0.0015％，Cu+Sn+Cr≤0.03％，其余为Fe和不可避免夹杂物。
优选地：Als重量百分比含量为：0.0235％～0.0315％。
优选地：Nb重量百分比含量为：0.005％～0.026％。
优选地：S重量百分比含量为：0.0030％～0.0073％。
优选地：N重量百分比含量为：0.0066～0.0083％。
生产一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢的方法，其步骤：
1)冶炼并浇铸成坯；
2)对铸坯加热，加热温度按照以下公式(1)进行确定：
T＝1377-0.76×Als×106-0.165×Nb×106 (1)
式中：T—表示为铸坯加热温度，单位：℃；
Als及Nb—分别为本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
3)经过常规粗轧及精轧、常化退火并冷轧至成品厚度；
4)对冷轧板进行脱碳退火：脱碳气氛为湿式N2+H2混合气，其中混合气中H2比例范围为20％～80％，并控制水蒸气和氢气的分压比均在0.21～0.26；控制脱碳退火时钢带温度在840±3℃，脱碳退火时间t按照如下公式(2)进行确定：
92.2+0.56×Nb×106≤t≤247.8+0.64×Nb×106(2)
式中：t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
5)进行渗氮退火：渗氮退火温度在780～900℃，退火气氛为干式NH3+N2+H2混合气，渗氮退火时间在30～60s；渗氮退火结束时最终氮含量在0.016～0.030％；
说明：退火气氛中各气体均不为零；
6)在钢带表面涂敷以MgO为主的高温退火隔离剂；
7)根据初次晶粒直径进行多段变速升温的高温退火：
A、确定初次晶粒尺寸D：
按照如下公式(3)计算脱碳退火后初次晶粒直径D：
D＝9.7+0.165×Nb×106-0.19×t-0.021×Nb×106(3)
式中：D—表示初次晶粒尺寸，单位：μm
t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—表示本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
B、依据初次晶粒直径D大小确定高温退火中的缓升温温度区间：
当初次晶粒尺寸D≤20μm时，缓升温温度区间在980～1020℃；
当初次晶粒尺寸D＞20μm且≤24μm时，缓升温温度区1020～1060℃；
当初次晶粒尺寸D＞24μm时，缓升温温度区间在1060～1100℃；此阶段升温速率控制在20～50℃/h；采用纯N2气氛；
C、按照以下步骤对各段进行高温退火：
初升温阶段：
该阶段，在不超过60min内将温度升至650～680℃，并在该温度下内保温3～3.5h；
该阶段升温气氛为纯N2气氛；
第1段快速升温阶段：
在升温速率为20～50℃/h下，再依据所确定的初次晶粒尺寸D，升温至本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的最低温度值；该升温过程中采用纯N2气氛；
第2段缓升温阶段：
根据本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的温度范围进行升温，该阶段升温速率在8～12.5℃/h；气氛由纯N2切换为N2:H2＝1:2～3的混合气；
第3段升温阶段：
继续加热，在升温速率为25～55℃/h下升温至1180～1220℃；该阶段退火气氛仍为N2:H2＝1:2～3的混合气；当温度达到1180～1220℃后，将混合气氛切换为纯H2气氛，并在该温度下保温不低于10h；
8)高温退火结束，进行磁性能检测，待用。
优选地：高温退火中，最后升温阶段升温速率为29～45℃/h。
本发明通过在取向硅钢中添加适量Nb元素，实现了热轧板坯加热温度的降低，同时通过试验得到了Nb含量和脱碳退火时间对脱碳退火后晶粒尺寸的影响关系，利用在不同初次晶粒尺寸所需要的二次再结晶温度区间，进行缓升温来发展完善二次再结晶组织，生产出磁性优异的含Nb低温取向硅钢。相比于现有技术，本发明不仅降低热轧板坯加热温度减少能耗，同时适应成分范围和热处理工艺范围较广，针对不同退火工艺提出了稳定获得较高磁感和低铁损产品的生产方法。
本发明中各元素及主要工序的作用及机理
Si：Si对取向硅钢的材料加工和产品磁性能都有重要影响。Si不仅有一定的固溶强化作用，还是稳定奥氏体的重要元素。其在碳化物中的溶解度极小，在热处理过程中强烈抑制渗碳体形成，促进碳向残余奥氏体中富集，提高残余奥氏体的稳定性。同时Si能够降低硅铁合金的磁致伸缩并提高电阻，从而降低铁芯工作时的铁损和噪音。Si含量如高于本发明所限定值，会降低钢的高温塑性，增加炼钢、连铸和热轧过程的缺陷发生率。如低于本发明所限定值，产品铁损较低，难以生产高牌号产品。因此将Si控制在2.90～3.30％范围内。
Als和N为主要抑制剂AlN形成元素。如果Als、N含量过低，则主要抑制剂数量较少，严重影响产品磁性能；如果Als、N含量过高，则在低温取向硅钢板坯加热温度范围内会导致过多的抑制剂元素无法固溶，从而使得抑制剂变得粗大失去抑制作用。如果为了提高加热温度，则会带来能耗过高，设备损耗过大和产品板形缺陷等众多问题。因此本发明将Als控制在0.0220～0.0325％，N控制在0.0060～0.0095％范围内。进一步根据试制结果将Als优化控制范围控制为0.0235～0.0315％，N的优化控制范围为0.0062～0.0083％.
Nb为本发明中主要辅助抑制剂元素。Nb作为较强的抑制剂形成元素，在取向硅钢热轧后就形成了尺寸100nm以下的以Nb(C，N)为主的细小弥散析出物。这类尺寸析出物起到有效弥补低温钢渗氮前内在抑制剂数量不足，显著抑制初次再结晶晶粒长大的作用。但是Nb含量过高，形成的铌的碳化物过多，从而导致脱碳困难和最终第二相残留过多，也会影响产品磁性能。因此本发明将Nb含量设定为0.003～0.03％。进一步根据试制结果，Nb元素的优选控制范围为0.005～0.026％。
Mn和S也是取向硅钢中重要抑制剂元素，在渗氮前是主要抑制剂也起到抑制初次再结晶作用。但是相较于传统的高温取向硅钢，低温钢对先天抑制剂需求数量减少，并且本发明中添加了Nb作为先天抑制剂的补充，因此Mn和S的设计也更低。结合本发明板坯加热温度范围，Mn的控制范围为0.07～0.12％，S的控制范围为0.0030～0.0090％。
Ti在低温高磁感取向硅钢中为磁性有害元素，因为在炼钢过程中Ti就容易和N反应形成TiN等第二相析出，这类析出不仅影响有效抑制剂AlN，NbN的形成，而且在高温退火过程中无法消除，最终残留在成品中。由于TiN第二相的残留，产品磁性能会降低。因此，本技术要求Ti≤0.0015％，
本发明之所以限定Cu+Sn+Cr≤0.03％，是由于其为补充抑制剂元素和晶界偏析元素。当这类元素总含量过高，不仅容易导致板坯加热边裂过大影响热轧卷板形和冷轧加工性，同时会导致其他类型析出相过多，影响本专利中AlN和Nb的碳氮化合物的抑制剂作用，因此控制这类元素的总含量在一定标准以下。
本发明之所以提出采用公式(1)T＝1377-0.76×[Als]×106-0.1×[Nb]×106确板定坯加热温度，是因为板坯加热过程中会同时存在抑制剂的析出与固溶过程，由于当钢中较低Als含量时需要较高温度来固溶获得充足的有效抑制剂，而较高Als的板坯则要防止加热温度过高而使得抑制剂粗化，因此为了获得较好磁性能，板坯加热温度与Als含量存在负相关关系。同时Nb元素的添加增加了铸坯100nm以下尺寸的细小弥散含铌碳氮化合物析出相的数量，因此能够弥补抑制剂含量不足，故根据Nb含量增加也能够相应地降低板坯加热温度。依据试制确定了板坯加热温度的合适范围。
本发明之所以依据脱碳时间和铌含量通过公式(3)，即D＝9.7+0.165×(Nb×106)-0.19×t-0.021×(Nb×106)来进行确定初次晶粒尺寸D，是由于初次再结晶晶粒的长大正比于退火时间，并且与强抑制剂元素Nb有重要关系。低温取向硅钢由于炼钢成分所形成以AlN为主的内在抑制剂数量较少对初次晶粒长大的抑制效果不强，而添加强的碳氮化合物析出元素Nb，会在脱碳前就形成细小弥散析出相，对脱碳退火后初次晶粒长大有较强阻碍作用。本发明技术通过不同Nb含量的取向硅钢脱碳退火过程中初次晶粒长大的试制得到了晶粒尺寸与Nb含量和退火时间的关系式(3)。
本发明之所以依据初次晶粒直径大小确定高温退火中的缓升温温度区间，即：当初次晶粒尺寸≤20μm时，缓升温温度区间在980℃～1020℃；当初次晶粒尺寸在大于20至≤24μm时，缓升温温度区1020℃～1060℃；当初次晶粒尺寸大于24μm时，缓升温温度区间在1060℃～1100℃，是由于初次晶粒尺寸越大，其在二次再结晶过程中长大的驱动力越小，发生二次再结晶的温度会越高，初次晶粒尺寸与二次再结晶开始温度范围存在正相关的关系。同时高温退火气氛也对二次再结晶发生有影响，高氮气比例的混合气能够抑制析出相的分解从而阻碍二次再结晶发生，而氢气则有助于抑制剂的分解。为了促进二次再结晶完善程度，本发明在相应的温度范围内进行的低速率升温可以延长二次再结晶发育时间，同时采用合适的混合气成分维持抑制剂状态保障二次再结晶在该段时间内充分进行。
本发明通过采用微量元素Nb合金化制造低温取向硅钢，与现有技术相比，在保证产品磁性能不低于1.80T的前提下，其解决了低温钢初次再结晶长大难以控制、或添加辅助抑制剂元素时工艺复杂及成本增加的问题，不依赖于除Nb以外的其他辅助抑制剂元素，针对不同成分原料提供相应热处理工艺方案，保障二次再结晶发育充分；在能控制初次再结晶作用的同时，对于关键抑制剂成分Als的控制范围要求较小，不仅使炼钢成本得到降低，成分的控制难度也得到降低，相对于常规低温钢板坯1200℃加热温度，本发明降低加热温度为6-77℃，进一步减少生产能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明予以详细描述。
表1为本发明各实施例及对比例的化学组分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的取值列表；
表3为本发明各实施例及对比例的性能及效果情况列表。
本发明各实施例均按以下步骤生产：
1)冶炼并浇铸成坯；
2)对铸坯加热，加热温度按照以下公式(1)进行确定：
T＝1377-0.76×Als×106-0.165×Nb×106 (1)
式中：T—表示为铸坯加热温度，单位：℃；
Als及Nb—分别为本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
3)经过常规粗轧及精轧、常化退火并冷轧至成品厚度；
4)对冷轧板进行脱碳退火：脱碳气氛为湿式N2+H2混合气，其中混合气中H2比例范围为20％～80％，并控制水蒸气和氢气的分压比均在0.21～0.26；控制脱碳退火时钢带温度在840±3℃，脱碳退火时间t按照如下公式(2)进行确定：
92.2+0.56×Nb×106≤t≤247.8+0.64×Nb×106(2)
式中：t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
5)进行渗氮退火：渗氮退火温度在780～900℃，退火气氛为干式NH3+N2+H2混合气，渗氮退火时间在30～60s；渗氮退火结束时最终氮含量在0.016～0.030％；
说明：退火气氛中各气体均不为零；
6)在钢带表面涂敷以MgO为主的高温退火隔离剂；
7)根据初次晶粒直径进行多段变速升温的高温退火：
A、确定初次晶粒尺寸D：
按照如下公式(3)计算脱碳退火后初次晶粒直径D：
D＝9.7+0.165×Nb×106-0.19×t-0.021×Nb×106(3)
式中：D—表示初次晶粒尺寸，单位：μm
t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—表示本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
B、依据初次晶粒直径D大小确定高温退火中的缓升温温度区间：
当初次晶粒尺寸D≤20μm时，缓升温温度区间在980～1020℃；
当初次晶粒尺寸D＞20μm且≤24μm时，缓升温温度区1020～1060℃；
当初次晶粒尺寸D＞24μm时，缓升温温度区间在1060～1100℃；此阶段升温速率控制在20～50℃/h；采用纯N2气氛；
C、按照以下步骤对各段进行高温退火：
初升温阶段：
该阶段，在不超过60min内将温度升至650～680℃，并在该温度下内保温3～3.5h；
该阶段升温气氛为纯N2气氛；
第1段快速升温阶段：
在升温速率为20～50℃/h下，再依据所确定的初次晶粒尺寸D，升温至本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的最低温度值；该升温过程中采用纯N2气氛；
第2段缓升温阶段：
根据本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的温度范围进行升温，该阶段升温速率在8～12.5℃/h；气氛由纯N2切换为N2:H2＝1:2～3的混合气；
第3段升温阶段：
继续加热，在升温速率为25～55℃/h下升温至1180～1220℃；该阶段退火气氛仍为N2:H2＝1:2～3的混合气；当温度达到1180～1220℃后，将混合气氛切换为纯H2气氛，并在该温度下保温不低于10h；
8)高温退火结束，进行磁性能检测，待用。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表
表2中：实施例的铸坯加热温度是根据公式(1)计算所得；实施例脱碳退火时间是根据公式(2)计算范围所得；初次晶粒尺寸D是根据公式(3)计算所得；公式中的Nb、Als的取值是表1中对应实施例中的含量。
续表2-1
续表2-2
表3本发明各实施例及对比例的成品的磁性能列表
从表3可以看出，采用本发明方法进行添加铌元素的低温取向硅钢制备，能够降低热轧板坯的加热温度，因此减少能源消耗，并且铌含量提高能够降低的板坯加热温度。本发明技术依据铌元素含量控制脱碳退火时间，同时依据初次再结晶尺寸在高温退火阶段进行相应温度区间的缓升温，产品磁感能达到1.81T以上。其中采用优选成分和工艺的实施例磁感更高，部分可以达到1.88T高磁感产品水平。
具体实施例仅为最佳例举，并非对本技术方案的限制性实施。
Claims (7)
1.一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：Si：2.90~3.30%，Als：0.0220~0.0325%，Nb：0.003~0.030%，Mn：0.07~0.12%，S：0.0030~0.0090%，N：0.0060~0.0095%，Ti≤0.0015%，Cu+Sn+Cr≤0.03%，其余为Fe和不可避免夹杂物。
2.如权利要求1所述的一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其特征在于：Als重量百分比含量为：0.0235%~0.0315%。
3.如权利要求1所述的一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其特征在于：Nb重量百分比含量为：0.005%~0.026%。
4.如权利要求1所述的一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其特征在于：S重量百分比含量为：0.0030%~0.0073%。
5.如权利要求1所述的一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢，其特征在于：N重量百分比含量为：0.0066~0.0083%。
6.生产如权利要求1所述的一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢的方法，其步骤：
1）冶炼并浇铸成坯；
2）对铸坯加热，加热温度按照以下公式（1）进行确定：
T = 1377 − 0.76 ×Als× 106 − 0.165 ×Nb× 106 （1）
式中：T—表示为铸坯加热温度，单位：℃；
Als及Nb—分别为本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
3）经过常规粗轧及精轧、常化退火并冷轧至成品厚度；
4）对冷轧板进行脱碳退火：脱碳气氛为湿式N2+H2混合气，其中混合气中H2比例范围为20%~80%，并控制水蒸气和氢气的分压比均在0.21~0.26；控制脱碳退火时钢带温度在840±3℃，脱碳退火时间t按照如下公式（2）进行确定：
92.2+0.56×Nb×106≤t≤247.8+0.64×Nb×106（2）
式中：t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
5）进行渗氮退火：渗氮退火温度在780~900℃，退火气氛为干式NH3+N2+H2混合气，渗氮退火时间在30~60s；渗氮退火结束时最终氮含量在0.016~0.030%；
说明：退火气氛中各气体均不为零；
6）在钢带表面涂敷以MgO为主的高温退火隔离剂；
7）根据初次晶粒直径进行多段变速升温的高温退火：
A、确定初次晶粒尺寸D：
按照如下公式（3）计算脱碳退火后初次晶粒直径D：
D=9.7+0.165×Nb×106−0.19×t−0.021×Nb×106（3）
式中：D—表示初次晶粒尺寸，单位：μm
t—表示脱碳退火时间，单位：s；
Nb—表示本发明钢成分中设定值，计算时用重量百分数带入公式计算；
B、依据初次晶粒直径D大小确定高温退火中的缓升温温度区间：
当初次晶粒尺寸D≤20μm时，缓升温温度区间在980~1020℃；
当初次晶粒尺寸D＞20μm且≤24μm时，缓升温温度区1020~1060℃；
当初次晶粒尺寸D＞24μm时，缓升温温度区间在1060~1100℃；此阶段升温速率控制在20~50℃/h；采用纯N2气氛；
C、按照以下步骤对各段进行高温退火：
初升温阶段：
该阶段，在不超过60min内将温度升至650~680℃，并在该温度下内保温3~3.5h；该阶段升温气氛为纯N2气氛；
第1段快速升温阶段：
在升温速率为20~50℃/h下，再依据所确定的初次晶粒尺寸D，升温至本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的最低温度值；该升温过程中采用纯N2气氛；
第2段缓升温阶段：
根据本步骤B中所确定的所属初次晶粒尺寸D范围的温度范围进行升温，该阶段升温速率在8~12.5℃/h；气氛由纯N2切换为N2:H2=1: 2~3的混合气；
第3段升温阶段：
继续加热，在升温速率为25~55℃/h下升温至1180~1220℃；该阶段退火气氛仍为N2:H2=1: 2~3的混合气；当温度达到1180~1220℃后，将混合气氛切换为纯H2气氛，并在该温度下保温不低于10h；
8）高温退火结束，进行磁性能检测，待用。
7.如权利要求6所述的生产一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢的方法，其特征在于：高温退火中，最后升温阶段升温速率为29~45℃/h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010661555.6A CN111663081B (zh) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | 一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010661555.6A CN111663081B (zh) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | 一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111663081A true CN111663081A (zh) | 2020-09-15 |
| CN111663081B CN111663081B (zh) | 2021-07-27 |
Family
ID=72391935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010661555.6A Active CN111663081B (zh) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | 一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111663081B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112941286A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 武汉钢铁有限公司 | 一种提高有效氮和底层质量的高磁感取向硅钢制造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02200732A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-09 | Nippon Steel Corp | 磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造法 |
| CN1850430A (zh) * | 2006-05-18 | 2006-10-25 | 武汉科技大学 | 一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法 |
| CN103781920A (zh) * | 2011-09-16 | 2014-05-07 | 杰富意钢铁株式会社 | 铁损特性优异的取向性电磁钢板的制造方法 |
| CN106661656A (zh) * | 2014-09-04 | 2017-05-10 | 杰富意钢铁株式会社 | 取向性电磁钢板的制造方法和氮化处理设备 |
-
2020
- 2020-07-10 CN CN202010661555.6A patent/CN111663081B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02200732A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-09 | Nippon Steel Corp | 磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造法 |
| CN1850430A (zh) * | 2006-05-18 | 2006-10-25 | 武汉科技大学 | 一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法 |
| CN103781920A (zh) * | 2011-09-16 | 2014-05-07 | 杰富意钢铁株式会社 | 铁损特性优异的取向性电磁钢板的制造方法 |
| CN106661656A (zh) * | 2014-09-04 | 2017-05-10 | 杰富意钢铁株式会社 | 取向性电磁钢板的制造方法和氮化处理设备 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112941286A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 武汉钢铁有限公司 | 一种提高有效氮和底层质量的高磁感取向硅钢制造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111663081B (zh) | 2021-07-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9997283B2 (en) | Grain-oriented electric steel sheet having superior magnetic property | |
| JP7454646B2 (ja) | 高磁気誘導方向性ケイ素鋼およびその製造方法 | |
| CN111663081B (zh) | 一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法 | |
| CN104294185B (zh) | 一种高效电机用无取向电工钢及生产方法 | |
| CN112226695A (zh) | 一种高性能热轧取向硅钢钢板及其生产方法 | |
| CN110640104B (zh) | 一种磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法 | |
| US4702780A (en) | Process for producing a grain oriented silicon steel sheet excellent in surface properties and magnetic characteristics | |
| JP5907202B2 (ja) | 方向性電磁鋼板の製造方法 | |
| JP2001158919A (ja) | 磁気特性および被膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法 | |
| KR101223117B1 (ko) | 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 이의 제조방법 | |
| CN113737089B (zh) | 一种低成本极低铝的无取向电工钢板及其制造方法 | |
| CN101348852A (zh) | 一种低温板坯加热生产取向电工钢的方法 | |
| JP2014208895A (ja) | 方向性電磁鋼板の製造方法 | |
| EP0253904B1 (en) | Method for the production of oriented silicon steel sheet having excellent magnetic property | |
| KR960006026B1 (ko) | 우수한 자기특성을 갖는 방향성 전기강판의 제조방법 | |
| KR101223108B1 (ko) | 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 이의 제조방법 | |
| KR19980018489A (ko) | 일방향성 규소강판의 제조방법 | |
| CN109825760A (zh) | 一种含硼无取向电工钢及其无头轧制的生产方法 | |
| JPH08283853A (ja) | 磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法 | |
| KR101223112B1 (ko) | 자성이 우수한 방향성 전기강판 및 이의 제조방법 | |
| CN114990448B (zh) | 无取向电工钢材及其制备方法 | |
| CN115704073B (zh) | 一种表面状态良好的无取向电工钢板及其制造方法 | |
| JPH0797628A (ja) | 磁束密度が高く、鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法 | |
| KR100276307B1 (ko) | 후물 방향성 전기강판의 제조방법 | |
| KR970007161B1 (ko) | 저철손 특성을 갖는 방향성 전기강판의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240102 Address after: 528000, Room 214-215, Building 1, No. 28, East 1st Block, Jiansha Road, Danzao Town, Nanhai District, Foshan City, Guangdong Province (Residence Declaration) Patentee after: Caigu Jindai (Foshan) metal composite material Co.,Ltd. Address before: 430081 No. 947 Heping Avenue, Qingshan District, Hubei, Wuhan Patentee before: WUHAN University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right |