CN115558758B - 一种无取向硅钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无取向硅钢的制备方法，包括如下步骤：对铸坯进行加热；对加热后的铸坯依次进行粗轧、终轧和卷取，得到粗制硅钢；对粗制硅钢酸洗、冷轧后进行退火，得到无取向硅钢；其中，所述加热为使用步进式加热炉进行加热，在铸坯加热时，移动梁保持踏步运动。本发明还提供上述制备方法得到的无取向硅钢。本发明采用的制备方法，在铸坯加热过程中，控制移动梁进行踏步，减少铸坯与固定梁接触时间，从而减少相同铸坯不同位置的温度差异，进而减少固溶MnS、AlN的差异；并通过加热温度以及后粗轧、终轧和卷取温度的限制，得到的无取向硅钢具有优异的磁性能。本发明操作简单，指导性强，具有较大的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及硅钢制备领域，具体涉及一种无取向硅钢及其制备方法。
背景技术
中低牌号无取向硅钢为了提高磁性能，通常采用高温终轧高温卷取工艺，其加热炉温度高，保温时间长。铸坯在步进式加热炉中加热时与水梁接触，水梁包括固定梁和移动梁；水梁内部不断有循环水对其进行冷却，因此铸坯在加热时会在水梁处产生温差。而随着加热炉温度的升高，温差不断加大，同时由于铸坯与固定梁接触的时间较长，导致铸坯的长度方向加热温度不均，经过热轧、冷轧和连退后，产品晶粒长大程度不同，对电磁性能的影响严重。此外，通过在线连续铁损曲线发现，铸坯接触水梁的位置，经过后续的热轧、冷轧和连退后铁损低，铁损曲线出现低峰，而铸坯不接触水梁的位置，经过后续的热轧、冷轧和连退后铁损高，铁损曲线出现高峰，导致铸坯在线铁损曲线呈现有规律的波动。这是因为加热温度低时，MnS、AlN等在板坯中固溶量减少，后续二相粒子弥散析出少，晶粒易长大，铁损低；加热温度高时，MnS、AlN等在板坯中固溶量增加，后续二相粒子弥散析出多且平均尺寸减小，大量弥散的二相粒子阻碍退火过程中再结晶晶粒的长大，晶粒度变小导致电工钢铁损增加。同时，由于无铝无取向硅钢在钢液中不添加铝，不能采用传统的Al脱氧，因此脱氧不完全，夹杂物增加，杂质元素S含量较高，加剧了最终成品磁性能的不稳定性。磁性能的不稳定会严重影响成品整体性能，使得用户使用过程中生产出的铁芯一致性较差，因此，如何提升无铝无取向硅钢磁性能稳定性是目前亟待解决的问题。
中国专利文献CN102102141A公开了一种改善取向硅钢板组织均匀性的热轧工艺，该发明通过改变轧制厚度降低中间坏坯头尾的温度差别，使头尾温差缩小到17～40℃，从而减小头尾铁损的差别。但是该发明主要针对的是硅含量高于2.5％的取向硅钢，并且出炉温度为1290℃，对于中低牌号的无取向硅钢并不适用，在此工艺下，中低牌号无取向硅钢会出现大量夹杂物固溶，导致磁性能急剧恶化。另外，该发明主要解决热轧过程中由于头尾温差导致的头尾磁性能差距，并不适用于解决由于步进梁而导致的磁性能波动问题。中国专利文献CN114427023A公开了一种提升常规流程中低牌号无取向硅钢性能均匀性的方法，该发明通过采取不同温度卷取，使热轧板的头、尾冷却至常温时两者温差波动很小，即获得的性能一致性较高，使单卷在线铁损P1.5/50的极差小于0.1W/kg，标准方差小于0.015，且成品退火后整卷性能均一。但是该发明主要是通过控制卷取温度的方式来解决中低牌号铁损出现头尾高中间低的问题，并不能解决由于加热炉加热不均导致铁损出现波动曲线的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于现有中低牌号无取向硅钢磁性能的不稳定的问题，从而提供一种无取向硅钢及其制备方法。
为此，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种无取向硅钢的制备方法，包括如下步骤：
S1：对铸坯进行加热；
S2：对加热后的铸坯依次进行粗轧、终轧和卷取，得到粗制硅钢；
S3：对粗制硅钢酸洗、冷轧后进行退火，得到无取向硅钢；
步骤S1中，所述加热为使用步进式加热炉进行加热，在铸坯加热时，移动梁保持踏步运动。
所述踏步运动为，移动梁在铸坯加热时，每间隔10～20min上升接触铸坯，停留保持10～20min再降低。
进一步地，步骤S1中，加热时间t为：
其中，加热时间t单位为min；N为铸坯中氮的质量百分数；S为铸坯中硫的质量百分数；[]为取整符号。
步骤S1中，加热炉温度T为：
其中，加热炉温度T单位为℃；S为铸坯中硫的质量百分数；[]为取整符号。
步骤S2中，当加热炉温度＞1100℃时，粗轧出口厚度设定为35mm，采用大压下方式进行粗轧轧制；或，当加热炉温度≤1100℃时，粗轧出口厚度设定为45mm，采用小压下方式进行粗轧轧制。
步骤S1铸坯中，以质量百分数计，碳≤0.0025％，1.5％≤硅≤2.0％，0.25％≤锰≤0.55％，0.01％≤磷≤0.04％，硫≤0.0050％，氮≤0.0020％。
步骤S2中，粗轧出口温度在920～940℃；
终轧温度在855～875℃；
卷取温度在630～650℃。
步骤S3中，退火温度920～950℃，退火时间60～120s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体。
本发明还提供上述制备方法制得的无取向硅钢，所述无取向硅钢为中低牌号无铝无取向硅钢。
本发明技术方案，具有如下优点：
(1)本发明采用的制备方法，在铸坯加热过程中，控制移动梁进行踏步，减少铸坯与固定梁接触时间，从而减少相同铸坯不同位置的温度差异，进而减少固溶MnS、AlN的差异。
(2)本发明通过S含量控制加热炉温度，通过N和S的含量控制加热时间，这是由于硅钢中的不利夹杂物尤以MnS和AlN为主。铸坯加热时，MnS和AlN逐渐固溶，在随后的热轧过程中，由于钢带温度降低，其固溶度下降，MnS和AlN弥散析出。板坯加热温度越高，其固溶量越多，沉淀析出物数量也越多，越细小；板坯加热温度越低，不但沉淀析出物数量越少，而且析出物的尺寸较粗大。因此当S、N含量高时，板坯加热温度尽量低一些，这样MnS和AlN数量相对高温减少；当S、N含量低时，板坯加热温度可以高一些，对夹杂物影响不大。本发明适用于无铝无取向硅钢，在铸坯加热过程中主要形成的夹杂物以MnS为主，因此仅通过S含量控制加热炉温度。
无取向硅钢铸坯再加热处理主要是为了促进铸坯中的析出物长大，避免热轧阶段析出物细小弥散析出，因此对保温时间(即加热时间有一定要求)，该钢中形成的夹杂物有MnS和AlN，因此通过N和S的含量控制加热时间。
(3)本发明限定通过调整出口厚度控制粗轧出口温度，当加热温度高时，采取大压下的方式，加快板坯轧制过程中温度的降低；当加热温度低，则采取小压下的方式，减慢板坯轧制过程中温度的降低，以此保证粗轧出口温度稳定控制，进而实现不同加热条件下终轧温度和卷取温度的稳定控制，通过多个热轧参数互相配合，最终实现无铝无取向硅钢磁性能的稳定控制，其中提高终轧温度可以促进热轧板的再结晶，增加成品中有利织构组分，降低铁损，提高磁感。卷取温度对成品的晶粒大小没有显著的影响，但提高卷取温度能增加成品中有利织构组分，降低铁损，提高磁感。但过高的终轧温度和卷取温度会导致钢板表面氧化皮增厚，后道工序难以清洗干净。因此需要将终轧温度和卷取温度稳定控制在一定范围内。
(4)本发明操作简单，指导性强，解决了由于铁损波动过大导致客户生产出来的电机等产品性能不够稳定，影响了客户的使用的问题，为利用现有设备生产中低牌号无铝无取向硅钢提供了一种切实可行且行之有效的途径，具有较大的经济效益和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为实施例1和对比例1得到的硅钢的在线铁损曲线对比；
图2为实施例2和对比例2得到的硅钢的在线铁损曲线对比；
图3为实施例1和对比例3得到的硅钢的在线铁损曲线对比；
图4为实施例1和对比例4得到的硅钢的在线铁损曲线对比；
图5为实施例1和对比例5得到的硅钢的在线铁损曲线对比。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行，所述试剂均为市售标准试剂。
以下具体实施例是对本发明的进一步说明，所举案例并不能列举出本发明的全部实施方式，仅以其中部分实施方式为例进行说明，具体实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比成分含量为：C：0.002％，Si：1.89％，Mn：0.29％，P：0.017％，S：0.0019％，N：0.0003％，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度为1110℃，在铸坯加热未出钢过程中，在铸坯加热时，移动梁每间隔15min上升接触铸坯，停留保持15min再降低，铸坯在炉时间为180min。
(2)对加热后的铸坯采用大压下方式进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为35mm，粗轧出口温度为930℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度为860℃，卷取温度为650℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为930℃，退火时间90s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体，得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能铁损P1.5/50为3.918W/kg，磁感B50为1.697T。
实施例2
本实施例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比成分含量为：C：0.0015％，Si：1.79％，Mn：0.40％，P：0.033％，S：0.0035％，N：0.0016％，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度为1070℃，在铸坯加热未出钢过程中，在铸坯加热时，移动梁每间隔10min上升接触铸坯，停留保持10min再降低，铸坯在炉时间为190min。
(2)对加热后的铸坯采用小压下方式进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为45mm，粗轧出口温度为930℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度为855℃，卷取温度为630℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为940℃，退火时间100s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能铁损P1.5/50为3.882W/kg，磁感B50为1.694T。
对比例1
本对比例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比和实施例1相同，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度1155℃，未进行移动梁踏步，铸坯在加热炉中全程接触固定梁，铸坯在炉时间180min；
(2)对加热后的铸坯进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为40mm，粗轧出口温度为955℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度870℃，卷取温度为650℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为930℃，退火时间为90s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能磁性能铁损P1.5/50为4.149W/kg，磁感B50为1.702T。
对比例2
本对比例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比和实施例2相同，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度1070℃，未进行移动梁踏步，铸坯在加热炉中全程接触固定梁，铸坯在炉时间150min；
(2)对加热后的铸坯进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为45mm，粗轧出口温度为930℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度855℃，卷取温度为630℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为940℃，退火时间为100s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能磁性能铁损P1.5/50为4.391W/kg，磁感B50为1.705T
对比例3
本对比例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比和实施例1相同，和实施例1的区别仅在于，加热时步进梁的踏步方式不同，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度为1110℃，在铸坯加热未出钢过程中，在铸坯加热时，移动梁仅前30min上升接触铸坯，停留保持10min后下降，铸坯在炉时间为180min。
(2)对加热后的铸坯进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为35mm，粗轧出口温度为930℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度为860℃，卷取温度为650℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为930℃，退火时间90s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体，得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能铁损P1.5/50为4.098W/kg，磁感B50为1.698T。
对比例4
本对比例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比和实施例1相同，和实施例1的区别仅在于，加热时加热时间和加热温度并不依照：
以及
具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度为1160℃，在铸坯加热未出钢过程中，在铸坯加热时，移动梁每间隔15min上升接触铸坯，停留保持15min再降低，铸坯在炉时间为215min。
(2)对加热后的铸坯进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为35mm，粗轧出口温度为980℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度为900℃，卷取温度为680℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为930℃，退火时间90s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体，得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能铁损P1.5/50为4.276W/kg，磁感B50为1.699T。
对比例5
本对比例提供一种无取向硅钢的制备方法，铸坯的化学成分及重量百分比和实施例1相同，和实施例1的区别仅在于，粗轧时粗轧出口厚度为45mm，具体制备方法如下：
(1)对铸坯进行加热，加热炉温度为1110℃，在铸坯加热未出钢过程中，在铸坯加热时，移动梁每间隔15min上升接触铸坯，停留保持15min再降低，铸坯在炉时间为180min。
(2)对加热后的铸坯采进行粗轧轧制，粗轧出口厚度为45mm，粗轧出口温度为970℃，经过粗轧后进行终轧和卷取，其中终轧温度为885℃，卷取温度为665℃，得到粗制硅钢。
(3)对粗制硅钢酸洗、冷轧至成品厚度后进行成品退火，成品退火温度为930℃，退火时间90s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体，得到无取向硅钢。
所述无取向硅钢磁性能铁损P1.5/50为4.182W/kg，磁感B50为1.698T。
试验例
测试实施例1-2和对比例1-5得到的硅钢使用在线铁损仪测试其在线铁损曲线，将实施例1和对比例1进行比较，实施例2和对比例2进行比较，实施例1和对比例3进行比较，实施例1和对比例4进行比较，实施例1和对比例5进行比较，如图1、图2、图3、图4和图5所示，可以看出对比例的在线铁损曲线显示波动较大。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种无取向硅钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对铸坯进行加热；
S2：对加热后的铸坯依次进行粗轧、终轧和卷取，得到粗制硅钢；
S3：对粗制硅钢酸洗、冷轧后进行退火，得到无取向硅钢；
步骤S1中，所述加热为使用步进式加热炉进行加热，在铸坯加热时，移动梁保持踏步运动；
所述踏步运动为，移动梁在铸坯加热时，每间隔10～20min上升接触铸坯，停留保持10～20min再降低；
步骤S1中，加热时间t为：
；
其中，加热时间t单位为min；N为铸坯中氮的质量百分数；S为铸坯中硫的质量百分数；为取整符号；
步骤S1中，加热炉温度T为：
；
其中，加热炉温度T单位为℃；S为铸坯中硫的质量百分数；为取整符号。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，当加热炉温度＞1100℃时，粗轧出口厚度设定为35mm；或，当加热炉温度≤1100℃时，粗轧出口厚度设定为45mm。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1铸坯中，以质量百分数计，碳≤0.0025%，1.5%≤硅≤2.0%，0.25%≤锰≤0.55%，0.01%≤磷≤0.04%，硫≤0.0050%，氮≤0.0020%。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，粗轧出口温度为920～940℃；
终轧温度为855～875℃；
卷取温度为630～650℃。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，退火温度920～950℃，退火时间60～120 s，退火时使用氮氢混合气体作为保护气体。
6.一种无取向硅钢，由权利要求1-5任一项所述的制备方法制得，其特征在于，所述无取向硅钢为中低牌号无铝无取向硅钢。
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