CN116117096B - 一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，技术方案包括以下步骤：步骤S1、铁水预处理；步骤S2、顶底复吹转炉；步骤S3、RH精炼：依次进行预抽真空、铝氧升温、脱碳、脱氧、合金化、净循环、破空；钢水温度以温度控制系数α进行调控，温度控制系数α＝0.204+0.01T‑8[Si]‑5[Mn]‑3[Als]；步骤S4、连铸：钢水从炉中流入到钢包，钢水经过结晶器、二冷区冷却后逐渐凝固成型；控制中间包中钢水过热度为1℃～25℃，二冷区中设置有至少两对电磁搅拌辊，制备的无取向电工钢包括按质量百分比计数的成分：[C]≤0.003％；1.5％≤[Si]≤3.5％；0.2％≤[Mn]≤0.6％；[P]≤0.02％；[S]≤0.004％；[N]≤0.003％；[Als]≤1.0％；[Sn]≤0.065％；[Ti]和[Nb]和[V]和[As]的总量≤0.01％，余量为Fe和杂质，本发明的优点在于提高等轴晶率，有效地抑制了瓦楞状缺陷。

Description

一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯及其制备方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，尤其涉及一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯及其制备方法。

背景技术

电工钢是指含硅量在0.5％～6.5％的超低碳硅铁合金，属于软磁材料。电工钢按晶粒排列方向性可分为无取向电工钢和取向电工钢，其中取向电工钢主要应用在大、中、小型变压器上；无取向电工钢应用在家用电器、新能源汽车、大型发电机、中小型电机等。伴随着新能效标准的发布，在新能源汽车产业、智能制造、航天、军工等领域对电工钢的减薄、表面质量、平整度、厚度均匀性、降低损耗和提高磁感方面提出了新要求。

目前瓦楞状缺陷是电工钢产品常见的缺陷之一，主要表现为产品表面沿轧向出现凹凸不平的瓦楞状，这种缺陷会使叠片系数降低2％～4％，磁性能变坏和绝缘层膜间电阻变低。造成这种缺陷的主要原因是连铸坯中柱状晶尺寸和数量过大，热轧过程中不能彻底破碎，后续的冷轧和退火工序也难以使{100}和<011>纤维织构再结晶。为了抑制此种缺陷，需要降低连铸坯中的柱状晶率，提高连铸坯中的等轴晶率。

现有公开号为CN111748740 A名称为一种无瓦楞状缺陷且磁性能优良的无取向硅钢及其生产方法的中国专利，其中公开了：包括C≤0.003％、Si、Mn、Al、S、N、P、Ti、V、Nb，其它为Fe及不可避免的夹杂，且同时满足Si+Al≥3.0％。生产方法，其步骤如下：采用洁净钢的冶炼方法进行冶炼，并连铸成坯，钢水连铸成坯时不进行电磁搅拌，通过连铸工艺的调整使铸坯中的柱状晶率控制在50-80％；将连铸坯加热保温后进行粗轧，粗轧总压下量≥90％，粗轧首道次压下量≥40％，进行卷取；进行常化并保温；经酸洗后进行冷轧；采用连续退火炉进行再结晶退火并保温；涂层。提高热轧中的粗轧压下量，以及冷轧过程中前两道次的压下量，减少冷轧道次。

但是存在以下问题：

在钢水连铸时不进行电磁搅拌，通过连铸工艺的调整使铸坯的柱状晶率控制在50％-80％，但是也使等轴晶率保持在20％～50％。因为柱状晶在冷轧退火后发现了明显的晶粒簇，中心层的{001}组分以及表层的{111}组分，在板厚方向的织构梯度较大，预拉伸后，板状组分的各向异性流动在宏观上表现为明显的起皱，容易出现瓦楞状缺陷。

发明内容

针对上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯及其制备方法，其优点在于通过利用温度控制系数α，根据不同目标成分及过热度对钢水温度进行调节，再配以合适的二冷区电磁搅拌位置及参数，使连铸坯等轴晶率达到50％～75％，有效地抑制了瓦楞状缺陷，提高了产品磁性能。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、铁水预处理；

步骤S2、顶底复吹转炉；

步骤S3、RH精炼：

依次进行预抽真空、铝氧升温、脱碳、脱氧、合金化、净循环、破空；

钢水温度以温度控制系数α进行调控，温度控制系数α＝0.204+0.01T-8[Si]-5[Mn]-3[Als]，其中T为预设的中间包钢水过热度，[Si]为中间包钢水中Si的目标百分比含量，[Mn]为中间包钢水中Mn的目标百分比含量，[Als]为中间包钢水中[Als]的目标百分比含量；

步骤S4、连铸：

钢水从钢包流入到中间包，之后经过结晶器、二冷区冷却后逐渐凝固成型；

控制中间包中钢水过热度为1℃～25℃，二冷区中设置有至少两对电磁搅拌辊。

进一步的，在步骤S1中，铁水出站时控制含有的[S]≤0.003％，铁水裸露面积≥97％。

进一步的，在步骤S2中，转炉终点的目标为[C]：0.025％～0.065％，[O]：0.05％～0.08％，[P]≤0.018％，[S]≤0.005％。

进一步的，在步骤S2中，钢包渣层厚度≤60mm。

进一步的，在步骤S3中，合金加入顺序依次为铝、硅铁、金属锰。

进一步的，在步骤S3中，若-0.15≤α＜0，吹氧量为1Nm3/t，金属Al加入量为0.2kg/t；若0≤α＜0.15，吹氧量为0.5Nm3/t，金属Al加入量为0.1kg/t；若α≥0.15，则不需要升温；若α＜-0.15，停止工艺，更换钢种。

进一步的，在步骤S3中，预抽真空的真空度范围为30kpa～50kpa。

进一步的，在步骤S4中，电磁搅拌辊数量设置为三对，第一对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为2000mm～4100mm，第二对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为4200mm～5500mm，第三对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为5700mm～7000mm。

进一步的，在步骤S4中，电磁搅拌辊的工艺参数：电流：300A～400A，频率：4Hz～7Hz。

一种无取向电工钢，包括按质量百分比计数的成分：[C]≤0.003％；1.5％≤[Si]≤3.5％；0.2％≤[Mn]≤0.6％；[P]≤0.02％；[S]≤0.004％；[N]≤0.003％；[Als]≤1.0％；[Sn]≤0.065％；[Ti]和[Nb]和[V]和[As]的总量≤0.01％，余量为Fe和杂质。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过温度控制系数对钢液进行温度调节，再配合二冷区中的电磁搅拌辊进行搅拌，电磁搅拌辊通过产生电磁力，驱使钢水对流运动，使钢水内部进行充分地热量交换，以便更加精确地钢水的过热度，并且促进钢水内部的质量传递过程，提高钢水的均匀度，使连铸坯等轴晶率达到50％～75％，有效地抑制了瓦楞状缺陷，提高了产品磁性能。

2.因为在整个过程的组织演变中，柱状晶出现了明显地晶粒簇，在厚度方向上晶体织构梯度大，经过轧制之后，组织的各向异性流动表现在宏观就是容易起皱出现瓦楞状缺陷，而等轴晶组织的晶粒簇不明显，晶粒也呈弥散分布，晶体织构梯度大小，故不容易出现起皱，所以提高等轴晶率，以及降低柱状晶率，有效地抑制了瓦楞状缺陷。

3.铸坯凝固组织的形成从过热的钢液进入到结晶器中，钢水在结晶器中进行急速冷却，由于钢液具有极高的温度梯度和过冷度，会形成许多细小的等轴晶，细小的等轴晶形成激冷层；柱状晶主枝形成方向平行于热流方向，即平行于传热最快的方向，从形成单方向的柱状晶，形成柱状晶区；随着钢水逐渐推进到铸坯中心，未凝固的剩余钢水散发了一定热量，具有一定的过冷度，在无大龄现有形核核心的情况下，剩余钢液大量形核，在铸坯的中心处形成中心细小等轴晶区。

附图说明

图1是一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法的步骤示意图。

图2是实施例1中无取向电工钢的金相图。

图3是实施例2中无取向电工钢的金相图。

图4是实施例3中无取向电工钢的金相图。

图5是实施例4中无取向电工钢的金相图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1：

一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、铁水预处理：出站时控制[S]＝0.001％，铁水裸露面积≥97％。

步骤S2、顶底复吹转炉：转炉终点成分及温度为：[C]＝0.026％；[P]＝0.015％；[O]＝0.051％；[S]＝0.003％；钢包渣层厚度为60mm。

步骤S3、RH精炼：预设中间包钢液过热度为25℃，温度控制系数α＝0.204+0.01T-8[Si]-5[Mn]-3[Als](注：Als为酸熔铝)。本实施例中[Si]＝1.5％；[Mn]＝0.2％，[Als]＝0.3％，经计算α＝0.315，未进行铝氧升温操作，RH预抽真空度为31kpa。RH处理顺序依次为预抽真空→脱碳→脱氧→合金化→净循环→破空，合金加入顺序依次为金属铝→硅铁→金属锰。

步骤S4、连铸：中间包钢液过热度为24℃。启用3对辊式电磁搅拌装置，其安装位置：第一对距结晶器液面距离为2100mm；第二对距结晶器液面距离为4200mm；第三对距结晶器液面距离5800mm。电磁搅拌装置的工艺参数为，电流：300A，频率：4Hz。

采用上述的生产方法制备而成的无取向电工钢的成分按质量百分比为：[C]＝0.0025％；[Si]＝1.49％；[Mn]＝0.2％；[P]＝0.019％；[S]＝0.0015％；[N]＝0.0030％；[Als]＝0.31％；[Ti]+[Nb]+[V]+[As]＝0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。所制备的无取向电工钢连铸坯等轴晶率为60％。

实施例2：

步骤S1、铁水预处理：出站时控制[S]＝0.0019％，铁水裸露面积≥97％。

步骤S2、顶底复吹转炉：转炉终点成分及温度为：[C]＝0.04％；[P]＝0.018％；[O]＝0.082％；[S]＝0.0041％；钢包渣层厚度为56mm。

步骤S3、RH精炼：预设中间包钢液过热度为10℃，[Si]＝3.5％；[Mn]＝0.4％，[Als]＝0.6％，经计算α＝-0.024，，吹氧量为200Nm3，金属Al加入量为40kg，RH预抽真空度为41kpa。RH处理顺序依次为预抽真空→铝氧升温→脱碳→脱氧→合金化→净循环→破空，合金加入顺序依次为金属铝→硅铁→金属锰。

步骤S4、连铸：中间包钢液过热度为9℃。启用3对辊式电磁搅拌装置，其安装位置：第一对距结晶器液面距离为3200mm；第二对距结晶器液面距离为4600mm；第三对距结晶器液面距离6000mm。电磁搅拌装置的工艺参数为，电流：350A，频率：5Hz。

采用上述的生产方法制备而成的无取向电工钢的成分按质量百分比为：[C]＝0.0030％；[Si]＝3.4％；[Mn]＝0.41％；[P]＝0.02％；[S]＝0.002％；[N]＝0.0028％；[Als]＝0.6％；[Sn]＝0.05％；[Ti]+[Nb]+[V]+[As]＝0.0091％，其余为Fe和不可避免的杂质。所制备的无取向电工钢连铸坯等轴晶率为72％。

实施例3：

步骤S1、铁水预处理：出站时控制[S]＝0.003％，铁水裸露面积≥97％。

步骤S2、顶底复吹转炉：转炉终点成分及温度为：[C]＝0.063％；[P]＝0.010％；[O]＝0.063％；[S]＝0.005％；钢包渣层厚度为51mm。

步骤S3、RH精炼：预设中间包钢液过热度为15℃，[Si]＝2.9％；[Mn]＝0.58％，[Als]＝0.95％，经计算α＝0.0645，吹氧量为100Nm3，金属Al加入量为20kg，RH预抽真空度为50kpa。RH处理顺序依次为预抽真空→铝氧升温→脱碳→脱氧→合金化→净循环→破空，合金加入顺序依次为金属铝→硅铁→金属锰。

步骤S4、连铸：中间包钢液过热度为15℃。启用3对辊式电磁搅拌装置，其安装位置：第一对距结晶器液面距离为4000mm；第二对距结晶器液面距离为5480mm；第三对距结晶器液面距离6790mm。电磁搅拌装置的工艺参数为，电流：400A，频率：7Hz。

采用上述的生产方法制备而成的无取向电工钢的成分按质量百分比为：[C]＝0.0020％；[Si]＝2.9％；[Mn]＝0.58％；[P]＝0.011％；[S]＝0.0038％；[N]＝0.0026％；[Als]＝0.95％；[Ti]+[Nb]+[V]+[As]＝0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。所制备的无取向电工钢连铸坯等轴晶率为75％。

实施例4：

步骤S1、铁水预处理：出站时控制[S]＝0.0021％，铁水裸露面积≥97％。

步骤S2、顶底复吹转炉：转炉终点成分及温度为：[C]＝0.043％；[P]＝0.012％；[O]＝0.071％；[S]＝0.004％；钢包渣层厚度为60mm。

步骤S3、RH精炼：预设中间包钢液过热度为23℃，[Si]＝3.0％；[Mn]＝0.38％，[Als]＝0.53％，经计算α＝0.1591，，未进行铝氧升温操作，RH预抽真空度为35kpa。RH处理顺序依次为预抽真空→脱碳→脱氧→合金化→净循环→破空，合金加入顺序依次为金属铝→硅铁→金属锰。

步骤S4、连铸：中间包钢液过热度为22℃。启用2对辊式电磁搅拌装置，其安装位置：第一对距结晶器液面距离为3000mm；第二对距结晶器液面距离为6450mm。电磁搅拌装置的工艺参数为，电流：400A，频率：5Hz。

采用上述的生产方法制备而成的无取向电工钢的成分按质量百分比为：[C]＝0.0027％；[Si]＝3.0％；[Mn]＝0.38％；[P]＝0.014％；[S]＝0.0031％；[N]＝0.0030％；[Als]＝0.53％；[Ti]+[Nb]+[V]+[As]＝0.01％，其余为Fe和不可避免的杂质。所制备的无取向电工钢连铸坯等轴晶率为51％。

电工钢组织检测：

试样准备：从实施例1～4制备的铸坯中分别取连铸坯纵截面，对应地记作试样1～4。

检测结果：

试样1：金相组织见图2，晶粒度为6级，组织图像可见等轴晶和狭长的柱状晶。组织中未见中心偏析和明显的白亮带，并且组织中裂痕、缩孔和中心疏松等质量缺陷。

试样2：金相组织见图3，晶粒度为6.5级，组织图像可见等轴晶和狭长的柱状晶，组织外弧侧的等轴晶中夹杂细小的等轴晶粒。组织中未见中心偏析和明显的白亮带，并且组织中裂痕、缩孔和中心疏松等质量缺陷。

试样3：金相组织见图4，晶粒度为5.5级，组织图像可见等轴晶和狭长的柱状晶，组织外弧侧可见少许柱状晶，组织内弧侧可见细密的等轴晶。组织中未见中心偏析和明显的白亮带，并且组织中裂痕、缩孔和中心疏松等质量缺陷。

试样4：金相组织见图5，晶粒度为6级，组织图像可见等轴晶和狭长的柱状晶，组织外弧侧可见少许柱状晶，组织内弧侧可见细密的等轴晶。组织中未见中心偏析和明显的白亮带，并且组织中裂痕、缩孔和中心疏松等质量缺陷。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、铁水预处理；

步骤S2、顶底复吹转炉；

步骤S3、RH精炼：

依次进行预抽真空、铝氧升温、脱碳、脱氧、合金化、净循环、破空；

钢水温度以温度控制系数α进行调控，温度控制系数α＝0.204+0.01T-8[Si]-5[Mn]-3[Als]，其中T为预设的中间包钢水过热度，[Si]为中间包钢水中Si的目标百分比含量，[Mn]为中间包钢水中Mn的目标百分比含量，[Als]为中间包钢水中[Als]的目标百分比含量；在步骤S3中，若-0.15≤α＜0，吹氧量为1Nm3/t，金属Al加入量为0.2kg/t；若0≤α＜0.15，吹氧量为0.5Nm3/t，金属Al加入量为0.1kg/t；若α≥0.15，则不需要升温；若α＜-0.15，停止工艺，更换钢种；

步骤S4、连铸：

钢水从钢包流入到中间包，之后经过结晶器、二冷区冷却后逐渐凝固成型；

控制中间包中钢水过热度为1℃～25℃，二冷区中设置有至少两对电磁搅拌辊。

2.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，铁水出站时控制含有的[S]≤0.003％，铁水裸露面积≥97％。

3.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，转炉终点的目标为[C]：0.025％～0.065％，[O]：0.05％～0.08％，[P]≤0.018％，[S]≤0.005％。

4.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S2中，钢包渣层厚度≤60mm。

5.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，合金加入顺序依次为铝、硅铁、金属锰。

6.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，预抽真空的真空度范围为30kpa～50kpa。

7.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，电磁搅拌辊数量设置为三对，第一对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为2000mm～4100mm，第二对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为4200mm～5500mm，第三对电磁搅拌辊距结晶器液面距离为5700mm～7000mm。

8.根据权利要求1所述的一种高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法，其特征在于：在步骤S4中，电磁搅拌辊的工艺参数：电流：300A～400A，频率：4Hz～7Hz。

9.一种如权利要求1～8中任一项所述的高等轴晶率无取向电工钢连铸坯的制备方法得到的无取向电工钢，其特征在于：包括按质量百分比计数的成分：[C]≤0.003％；1.5％≤[Si]≤3.5％；0.2％≤[Mn]≤0.6％；[P]≤0.02％；[S]≤0.004％；[N]≤0.003％；[Als]≤1.0％；[Sn]≤0.065％；[Ti]和[Nb]和[V]和[As]的总量≤0.01％，余量为Fe和杂质。