CN113458142B - 一种中温普通取向硅钢及其制备方法 - Google Patents

一种中温普通取向硅钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种中温普通取向硅钢及其制备方法，依次包括加热、除鳞、控制轧制、控制冷却、卷取；加热、控制轧制、控制冷却、卷取过程中分别控制硅钢边部组织类型、边部脱碳宽度、边部晶粒大小，从而降低了后续冷轧工序的裂口率和提高了成材率。本申请提供的一种中温普通取向硅钢的制备方法，通过改善加热炉气氛、优化控制轧制工艺、优化控制冷却工艺以及调整板坯的装钢间距。制备后的硅钢边部硬度明显降低，在后续冷轧工序中，严重裂口率显著降低。

Description

一种中温普通取向硅钢及其制备方法
技术领域
本申请涉及硅钢制造行业，尤其涉及一种中温普通取向硅钢及其制备方法。
背景技术
取向硅钢根据性能情况可分为高磁感取向硅钢(HiB)和普通取向硅钢(CGO)其中普通取向硅钢根据板坯加热温度又可分为高温取向硅钢(板坯加热温度大于1350℃)和中温取向硅钢(板坯加热温度1250℃-1320℃)。
在现有钢坯处理工艺中，生产的取向硅钢，在酸洗、切边、冷轧的加工过程中常出现边部裂纹，裂口甚至断带的现象，严重影响到了产品成材率，进而影响到硅钢厂生产成本。
所以针对于该缺陷，亟需出现一种中温普通取向硅钢的制备方法。
发明内容
本申请提供一种中温普通取向硅钢及其制备方法，旨在解决硅钢在酸洗、切边、冷轧的加工过程中出现的边部裂纹，裂口甚至断带的问题。
为了实现以上目的，第一方面，本申请提出了一种中温取向硅钢制备方法。
根据本申请第一方面的实施例，中温取向硅钢包括以下步骤：将硅钢依次进行加热、除鳞、控制轧制、控制冷却和卷取，
其中控制轧制的步骤为：将除鳞后的硅钢进行往返轧制，轧制道次为4～6道次，终轧温度为≥1080℃，调整每一道次的压下率，其中每道次减厚压下率为0～48％，每道次减宽压下率为0～7％，至少一道次减厚压下率和减宽压下率大于0；
控制冷却的步骤包括：将控制轧制后的硅钢，进行控制冷却硅钢边部的冷却速率相对于硅钢中部的冷却速率低5％以上。
根据本申请第一方面的实施例，加热工艺为：硅钢出炉温度为1270℃～1320℃，加热时间240min～280min，加热高温段采用还原性气氛，空气过剩系数为≤1.0；加热低温段采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.0-2.0。
根据本申请第一方面的实施例，还原性气氛为空气与煤气比为0～0.8；弱氧化性气氛为空气与煤气比为0.9～1.5。
根据本申请第一方面的实施例，控制冷却为层流冷却。
根据本申请第一方面的实施例，除鳞工艺为：高压水除鳞压力≥20MPa，除鳞时间为7～10秒。
根据本申请第一方面的实施例，卷取工艺为：采用小间距或无间距装钢，其中，装钢间距为0～50mm。
根据本申请第一方面的实施例，控制轧制工艺包括：
粗轧，粗轧终轧温度要求≥1080℃，粗轧道次为5道次，粗轧后，中间坯厚度为38mm～50mm；精轧，精轧终轧温度≥890℃，轧制张力1-15MPa。
根据本申请第一方面的实施例，粗轧工序对硅钢进行调宽处理，减宽量≥10mm，进行调厚处理，厚度调至38mm～50mm。
根据本申请第一方面的实施例，第1道次的减厚压下率为≤18.0％，减宽压下率为≤3.0％；
第2道次的减厚压下率为21.0％～27.0％；
第3道次的减厚压下率为29.0％～36.0％，减宽压下率为3.0％～6.0％；
第4道次的减厚压下率为38.0％～45.0％；
第5道次的减厚压下率为24.0％～29.0％，减宽压下率为≤3.0％。
第二方面本申请提供了一种中温普通取向硅钢，采用如上述的中温普通取向硅钢的制备方法制备。
本申请的有益效果如下：通过改善加热炉气氛，优化轧制工艺、优化控制冷却工艺，降低硅钢边部硬度，在后续冷轧工序中，严重裂口率显著降低。通过控制硅钢边部组织的具体类型、晶粒尺寸及脱碳深度，提高硅钢边部冷加工性能，提高了硅钢边部在冷轧工序加工过程中的边部质量，从而降低了边部裂纹、大裂口以及断带的发生几率，提高了冷轧成材率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种中温普通取向硅钢的制备方法流程示意图；
图2是本申请实施例提供的改进前的第一种中温普通取向硅钢的示意图；
图3是本申请实施例提供的改进后的第一种中温普通取向硅钢的示意图；
图4是本申请实施例提供的改进前后的中温普通取向硅钢的边部硬度示意图；
图5是本申请实施例提供的改进前的第二种中温普通取向硅钢的示意图；
图6是本申请实施例提供的改进前的第三种中温普通取向硅钢的示意图；
图7是本申请实施例提供的改进后的第二种中温普通取向硅钢的示意图。
在附图中，附图未必按照实际的比例绘制。其中，图中各附图标记为：
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
申请人在注意到现有的中温普通取向硅钢在经过冷轧工艺后，易出现微裂痕、小裂口、乃至严重的边裂，最终造成大裂变，直至断带事故。申请人通过进一步研究发现，中温普通取向硅钢中由于硅含量较高，晶粒粗大，脆性大，在加热过程中易出现晶粒过分长大，板坯的边角部更容易脱碳，因此硅钢边部的质量更难控制。
对于取向硅钢在冷轧过程出现的边部质量问题，目前的基本做法是从优化和改进冷轧本身工序，通过改进冷轧工艺来预防和降低边部裂纹的产生，从而降低大裂口和断带的发生率。
而这些做法都是基于既定的原料加工性能的基础上进行，并没有如何研究改进原料本身的冷加工性能，若此时原料本身的加工性能就很差，仅仅改变冷轧工艺是无法降低冷轧过程硅钢的断口率或断带率。
基于申请人发现的上述问题，申请人对中温取向硅钢制备方法进行改进，下面对本申请实施例进行进一步描述。
本申请实施例的取向硅钢各金相组织性质或特点如下：
铁素体：碳溶于α-Fe晶格间隙中形成的间隙固溶体称为铁素体，属bcc结构，呈等轴多边形晶粒分布，用符号F表示。其组织和性能与纯铁相似，具有良好的塑性和韧性，而强度与硬度较低(30-100HB)。
再结晶铁素体：含有铁素体的金属再经历了变形处理后，其内部的组织是会被破坏的，原来的铁素体晶粒可能被破坏，如果将变形后的金属在某一温度下进行回火处理，那么就会发生再结晶现象，形成再结晶铁素体。
形变铁素体：形变会导致碳的扩散速度加快，铁素体的快速形核实由于碳快速扩散控制的结果。
渗碳体：渗碳体是碳和铁以一定比例化合成的金属化合物，用分子式Fe3C表示，其含碳量为6.69％，在合金中形成(Fe,M)3C。渗碳体硬而脆，塑性和冲击韧度几乎为零，脆性很大，硬度为800HB。在钢铁中常呈网络状、半网状、片状、针片状和粒状分布。
珠光体：由铁素体和渗碳体组成的机械混合物称为珠光体，用符号P表示。其力学性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较高，硬度适中，有一定的塑性。珠光体是钢的共析转变产物，其形态是铁素体和渗碳体彼此相间形如指纹，呈层状排列。按碳化物分布形态又可分为片状珠光体和球状珠光体二种。
马氏体：碳在α-Fe中的过饱和固溶体称为马氏体。马氏体有很高的强度和硬度，但塑性很差，几乎为零，不能承受冲击载荷。
取向硅钢热卷组织基本为铁素体为体心立方结构，根据柯垂尔(Cottrell)模型，当以晶粒尺寸为变量时，满足以下条件时萌生脆性裂纹：
σyKyd1/2≥Cμγ (1)
而σy满足Hall-Petch公式，即：
σy＝σ0+Kyd-1/2 (2)
将公式(2)带入公式(1)，可得
Ky(σ0d1/2+Ky)≥Cμγ (3)
式中：σy为屈服应力；Ky为Petch斜率；d为晶粒尺寸；C为与应力状态相关的常数；γ为破裂有效表面能；σ0为晶格摩擦应力。
从公式(3)中可知，增加σ0、d，降低γ均增加脆性断裂倾向。钢中的第二相均会减小破裂有效表面能γ而增加脆性断裂倾向。同时也可以得出晶粒尺寸越大越容易增加脆性断裂倾向。对取向硅钢而言，σ0可以看成是一个定值，如果不考虑第二相对脆性的影响，公式(3)右边也是定值，那么热卷铁素体晶粒尺寸越大，公式(3)左边值越大，越容易大于公式(3)右边值，脆性裂纹萌生几率越高，从而增加了热卷的脆性。
图1是本申请实施例提供的一种中温普通取向硅钢的制备方法流程示意图，图2是本申请实施例提供的改进前的第一种中温普通取向硅钢的示意图；图3是本申请实施例提供的改进后的第一种中温普通取向硅钢的示意图。
如图1所示，根据本申请第一方面的实施例，中温取向硅钢包括以下步骤：
步骤S1：将硅钢依次进行加热。
步骤S2：除鳞。
步骤S3：控制轧制，其中控制轧制的步骤为：将除鳞后的硅钢进行往返轧制，轧制道次为4～6道次，终轧温度为≥1080℃，调整每一道次的压下率，其中每道次减厚压下率为0～48％，每道次减宽压下率为0～7％，至少一道次减厚压下率和减宽压下率大于0。
步骤S4：控制冷却，控制冷却的步骤为：将控制轧制后的硅钢，进行控制冷却硅钢边部的冷却速率相对于硅钢中部的冷却速率低5％以上。
步骤S5：卷取。
使得取向硅钢板坯边部组织性能变化，具体的，
边部组织形成：细小均匀的再结晶铁素体和形变铁素体，同时避免形成粗大型铁素体；近边部组织形成：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体(或者珠光体)，避免形成过多的马氏体；远离边部组织(也即取向硅钢中部)形成：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体。
请参见图2和图3，通过对取向硅钢板坯进行控制轧制，控制发生动态再结晶或静态再结晶来细化边部晶粒，可见，在图2中取向硅钢的边部晶粒已经长大，而在图3中取向硅钢的边部晶粒细小均匀，基本为再结晶铁素体和形变铁素体组织。在一些示例中，取向硅钢近边部表面平均晶粒直径小于等于40μm。
通过对取向硅钢板坯进行控制冷却，使硅钢边部的冷却速率相对于硅钢中部的冷却速率低5％以上，从而使得边部组织相对于中部组织冷却更缓慢，也即降温速度不剧烈，使得边部不形成过多马氏体组织，或不形成马氏体组织，进而降低了边部硬度。
需要说明的是，上述轧制道次可根据实际情况进行灵活选择，在此不做限定，下面以轧制道次为5道次为例进行说明，除鳞后的硅钢进行5次往返轧制，轧制温度大于1080摄氏度，每道次压下率设置为不同大小，具体的，每道次减厚压下率为0～48％，每道次减宽压下率为0～7％，至少一道次减厚压下率和减宽压下率大于0。其中，减厚压下率是指，取向硅钢板坯在水平轧机中被轧制减去的厚度与轧制之前的厚度之比。
可以理解的是，例如，第一道次减厚压下率和第二道次减厚压下率同为25％，虽然减厚压下率相同，但是前述第一道次减厚压下量和第二道次压下量不同。
还需说明的是，每道次都会进行减宽压下和减厚压下的操作，其中压下操作可细分为实际压下对应压下率大于0；或者其他压下方式对应压下率为0，此时，轧机仅仅起到定宽或定厚的作用，不起实际减宽和减厚作用。
在一些实施例中，如步骤S1所示，在加热工艺中，硅钢出炉温度为1270℃～1320℃，加热时间240min～280min，加热高温段采用还原性气氛，空气过剩系数为≤1.0；加热低温段采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.0-2.0。
通过将取向硅钢板坯置于加热炉中加热，控制加热炉内的气氛组分，控制了炉内残氧含量，进一步控制组织类型，使边部组织形成：细小均匀的再结晶铁素体和形变铁素体，同时避免形成粗大型铁素体；近边部组织形成：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体(或者珠光体)，避免形成过多的马氏体；远离边部组织(也即取向硅钢中部)形成：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体。
控制加热炉内的气氛组分，进一步控制取向硅钢板坯近边部的平均晶粒直径小于等于40μm。
同时，控制硅钢板坯边部脱碳宽度小于等于20mm。
需要说明的是，加热炉内高温段和低温段所采取气氛成分相似，具体的，通过调整焦炉煤气、高炉煤气、转炉煤气与空气之间的比例关系，进而实现还原性气氛和弱氧化性气体之间的转化。
具体的还原性气氛为煤气多于空气，不充分燃烧，此时空气过剩系数小于1。弱氧化性气氛为煤气少于空气，充分燃烧，此时空气过剩系数大于1。空气过剩系数指：燃烧所用的实际空气量与理论空气量的比值。
通过在加热炉高温段采用还原性气氛、在低温段采用弱氧化性气氛以及控制炉内残氧含量，控制中温普通取向硅钢边部脱碳程度和边角部晶粒在加热炉中过分长大，进一步保证中温普通取向硅钢边部不产生裂痕。
在一些实施例中，如步骤S1所示，在加热工艺中，还原性气氛为空气与煤气比为0～0.8；弱氧化性气氛为空气与煤气比为0.9～1.5。
通过设置加热炉中的气体组分，进一步控制组织类型的控制要求以及边部脱碳深度小于20mm。
图4是本申请实施例提供的改进前后的中温普通取向硅钢的边部硬度示意图，请参见图4。
在一些实施例中，如步骤S4所示，控制冷却为层流冷却，层流冷却温度控制是根据精轧终轧的速度，取向硅钢板坯厚度，和精轧终轧温度综合决定层流冷却的参数。
需要说明的是，图4纵坐标为测得的取向硅钢板坯的边部硬度，单位为HRB。横坐标上“1”点为轧机工作侧，横坐标“113”点为轧机传动侧，可见改进后的取向硅钢的边部硬度相对于改进前的取向硅钢边部硬度有所降低，取向硅钢边部硬度降低，韧性和塑性相应提高，改进后的取向硅钢不容易出现边裂，断带的现象。
通过对取向硅钢板坯进行层流冷却处理，对取向硅钢板坯进行层流冷却，使硅钢边部的冷却速率相对于硅钢中部的冷却速率低5％以上，从而使得边部组织相对于中部组织冷却更缓慢，也即降温速度不剧烈，使得边部不形成过多马氏体组织，或不形成马氏体组织，进而降低了边部硬度。
一方面，可以改善取向硅钢的韧性和塑性，提高取向硅钢综合力学性能，另一方面，还可以减少取向硅钢表面氧化铁皮生成。
在一些实施例中，如步骤S2所示，在除鳞工艺中高压水除鳞压力大于等于20MPa，除鳞时间7～10秒。
取向硅钢板坯在步骤S1中高温环境中被氧化，在表面形成了一层致密的氧化铁(鳞皮)，在步骤S3控制轧制之前需要除去这一层氧化铁，否则，在后续轧制过程中，氧化铁会被轧辊入取向硅钢表面，加速辊道磨损，影响使用寿命。
在一些实施例中，如步骤S5所示，在板坯装炉工艺中，采用小间距或无间距装钢，其中，装钢间距为0～50mm。
合理调节装钢间距，能使取向硅钢板坯装钢同步进行，进而稳定轧制节奏，提高产量。
在一些实施例中，如步骤S3所示，控制轧制工艺包括：
粗轧，所述粗轧终轧温要求≥1080℃，粗轧道次为5道次，粗轧后，中间坯厚度为38mm～50mm；精轧，所述精轧终轧温度≥890℃，轧制张力1-15MPa。
精轧终轧温度是指取向硅钢经由最后一道精轧时的温度，通过设置精轧终轧温度为大于等于890℃，一方面，可以控制取向硅钢成材后各个部分的金相组织为
边部组织：细小均匀的再结晶铁素体和形变铁素体，同时避免形成粗大型铁素体；近边部组织：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体(或者珠光体)，避免形成过多的马氏体；远离边部(也即取向硅钢中部)形成：再结晶铁素体、形变铁素体和渗碳体。
另一方面，可以控制取向硅钢近边部表层晶粒直径小于等于40μm。
粗轧道次、中间坯厚度可根据实际情况灵活选择。
需要说明的是，将精轧轧制张力控制在1-15MPa，防止取向硅钢在轧制过程中跑偏，使取向硅钢保持良好的板形，横向延伸均匀。
在一些实施例中，粗轧工序对硅钢进行调宽处理，减宽量≥10mm，进行调厚处理，厚度调至38mm～50mm。
在粗轧工艺中，对硅钢进行横向纵向轧制，为后续精轧提供变形量。
在一些实施例中，粗轧工艺包括，
第1道次的减厚压下率为≤18.0％，减宽压下率为≤3.0％；
第2道次的减厚压下率为21.0％～27.0％；
第3道次的减厚压下率为29.0％～36.0％，减宽压下率为3.0％～6.0％；
第4道次的减厚压下率为38.0％～45.0％；
第5道次的减厚压下率为24.0％～29.0％，减宽压下率为≤3.0％。
通过设置相互配合的减厚压下率和减宽压下率控制取向硅钢发生动态再结晶或静态再结晶，细化边部晶粒。
根据本申请第二方面的实施例，提供了一种取向硅钢，采用前述任一中温普通取向硅钢制备方法制备。
图5是本申请实施例提供的改进前的第二种中温普通取向硅钢的示意图，图6是本申请实施例提供的改进前的第三种中温普通取向硅钢的示意图，图7是本申请实施例提供的改进后的第二种中温普通取向硅钢的示意图。
请参见图5至图7，在一些实施例中，改进前的取向硅钢冷硬卷端部易出现裂口和裂纹，而改进后的取向硅钢冷硬卷基本看不到裂口和裂纹。需要说明的是，根据取向硅钢冷硬卷裂口或裂纹发生率和裂口程度，可将取向硅钢冷硬卷分为不同的开裂情况。具体的取向硅钢冷硬卷端部开裂情况请参见下表1。
表1取向硅钢冷硬卷端部开裂情况
改进前开裂情况 改进后开裂情况
无 10％ 88.5％
轻微 35％ 7.5％
中等 20％ 2.5％
严重 35％ 1.5％
其中，表1中的轻微是指取向硅钢冷硬卷端部单侧裂纹数量少于3个，中等是指取向硅钢冷硬卷端部单侧裂纹数量3～20个，严重实质是指取向硅钢冷硬卷端部单侧裂纹数量多于20个。从表1中可以看出，改进前的硅钢冷硬卷中等和严重的裂口发生率达55％，严重影响后续轧制生产，改进后的硅钢冷硬卷开裂情况降至4％，大大提高后续的轧制生产良品率。
虽然已经参考优选实施例对本申请进行了描述，但在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将硅钢依次进行加热、除鳞、控制轧制、控制冷却和卷取，
其中所述控制轧制的步骤为：将除鳞后的硅钢进行往返轧制，轧制道次为4～6道次，终轧温度为≥1080℃，调整每一道次的压下率，其中每道次减厚压下率为0～48％，每道次减宽压下率为0～7％，至少一道次所述减厚压下率和所述减宽压下率大于0；
所述控制冷却的步骤包括：
将控制轧制后的硅钢，进行控制冷却硅钢边部的冷却速率相对于硅钢中部的冷却速率低5％以上；
加热高温段采用还原性气氛，空气过剩系数≤1.0；加热低温段采用弱氧化性气氛，空气过剩系数为1.0-2.0。
2.根据权利要求1所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述加热工艺为：
硅钢出炉温度为1270℃～1320℃，加热时间240min～280min。
3.根据权利要求2所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述还原性气氛为空气与煤气，所述空气与煤气体积比为0～0.8；所述弱氧化性气氛为空气与煤气，所述空气与煤气体积比为0.9～1.5。
4.根据权利要求1所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述控制冷却为层流冷却。
5.根据权利要求1所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述除鳞工艺为：
高压水除鳞压力≥20MPa，除鳞时间为7～10秒。
6.根据权利要求1所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述卷取包括板坯装炉工艺，所述板坯装炉工艺为：
采用小间距或无间距装钢，其中，装钢间距为0～50mm。
7.根据权利要求1所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，
所述控制轧制工艺包括：
粗轧，所述粗轧终轧温度要求≥1080℃，粗轧道次为5道次，粗轧后，中间坯厚度为38mm～50mm；
精轧，所述精轧终轧温度≥890℃，轧制张力1-15MPa。
8.根据权利要求7所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧工序对硅钢进行调宽处理，减宽量≥10mm，进行调厚处理，厚度调至38mm～50mm。
9.根据权利要求7所述的中温普通取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述粗轧工艺包括，
第1道次的减厚压下率为≤18.0％，减宽压下率为≤3.0％；
第2道次的减厚压下率为21.0％～27.0％；
第3道次的减厚压下率为29.0％～36.0％，减宽压下率为3.0％～6.0％；
第4道次的减厚压下率为38.0％～45.0％；
第5道次的减厚压下率为24.0％～29.0％，减宽压下率为≤3.0％。
10.一种中温普通取向硅钢，其特征在于，采用如权利要求1～9任一所述的中温普通取向硅钢的制备方法制备。
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