CN116287623B - 一种取向硅钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种取向硅钢及其制备方法，属于钢材制备技术领域；方法包括：对表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢的一侧进行调节剂的涂覆，调节剂为水性溶液，后进行卷取，得到钢卷；对钢卷进行退火处理，且涂覆有调节剂的钢卷一侧朝上，得到硅钢；通过向冷轧钢板的一侧喷涂调节剂，含硼化合物在高温下生成硼酐，产生液相促进局部隔离剂自身烧结，产生收缩，避免高温分解气体局部聚集产生气包，碳酸氢盐在低温下释放一定的气体，有利于钢卷在初期较低温度条件下层间形成气体通道，从而有利于高温气体释放，水溶性树脂在干燥和后期炉内升温过程，先液化成液态进一步促进MgO成球或块状聚合，促进MgO按照雾滴范围聚合烧结成颗粒状，进一步促进透气性。

Description

一种取向硅钢及其制备方法
技术领域
本申请涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种取向硅钢及其制备方法。
背景技术
取向硅钢是一种软磁功能材料，主要用作变压器铁心。取向硅钢的生产流程长、工艺复杂，包括炼钢、热轧、常化退火、冷轧、脱碳退火、高温退火、热拉伸平整等工序。在脱碳退火工序，钢板经过脱碳、渗氮处理后，在表面涂敷一层MgO高温退火隔离剂，经干燥炉干燥后卷取。
随后，钢卷由卧式翻转为立式，送入高温退火炉，将钢卷罩上内罩后进行高温退火，此工序温度最高达1200摄氏度，且均热段保温时间长达20余小时，钢卷在长时间高温状态极易变形。特别是在钢卷内圈上端部，极易产生鼓包的缺陷(即气包缺陷)，如图4所示，长度可达200-1500米，严重影响生产运行，成材率大幅度降低，造成较大经济损失。
发明内容
本申请提供了一种取向硅钢及其制备方法，以改善目前硅钢的制备易出现气包缺陷的问题。
申请人在发明过程中发现：产生气包缺陷的原因为：在高温退火炉中，一方面，由于炉体结构庞大，可以同时容纳上百个钢卷，且每个钢卷的重量高达20吨，炉内介质燃烧方式、烧嘴布置等结构使得大吨位钢卷受热不均匀，上端部受热温度高且温度梯度大，下端部受热温度低，外层受热快，内层受热慢。另一方面，钢卷层与层间涂敷有MgO隔离剂，MgO为热的不良导体，这使得钢卷受热主要靠径向传热而非周向传热。针对钢卷内圈上端部区域，在高温退火升温过程中，其情况尤为特殊，其受热方式为二维传热，一是通过内圈金属材质的套筒向其横向传热，二是从钢卷顶部向下通过金属基体进行纵向传热，一方面由于内圈和外圈温度差异大、上端和下端温度差异大，该区域钢卷受到较大的内部热应力，另一方面钢卷在高温下受到自身的热膨胀力以及套筒向其施加的横向压应力，上述力的综合作用使得钢卷层间间隙减小、透气性变差，层间MgO释放的水汽、钢板净化过程中产生的氮气、氧气、硫化氢等气体由于没有畅通的排出通道而聚集，致使钢卷在高温下局部变形，产生表面鼓包的缺陷(即气包缺陷)。
第一方面，本申请提供了一种取向硅钢的制备方法，所述方法包括：
对表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢的一侧进行调节剂的涂覆，所述调节剂为水性溶液，所述调节剂的成分包括含硼化合物、碳酸氢盐、纤维素和水溶性树脂，所述含硼化合物包括硼酸和/或硼酸盐，后进行卷取，得到钢卷；
对所述钢卷进行退火处理，且涂覆有调节剂的所述钢卷一侧朝上，得到硅钢。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂中溶质的质量浓度为10％～30％。
作为一种可选的实施方式，所述溶质中，所述含硼化合物的质量份数为50～70份、所述碳酸氢盐的质量份数为15～30份、所述纤维素的质量份数为1～3份、所述水溶性树脂的质量份数5～15份。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂的涂覆量为0.5～10g/m2。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂的涂覆宽度w1＝(0.2～0.5)*w，其中，w为所述冷轧带钢的宽度。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂的涂覆区域为所述冷轧带钢的头部，所述头部的长度为20～1500m。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂的涂覆方式为喷涂，所述喷涂的雾滴尺寸为50～200μm。
作为一种可选的实施方式，所述调节剂的涂覆方式为喷涂，所述喷涂的喷雾冲击压力为1～5Bar。
作为一种可选的实施方式，所述水溶性树脂包括聚乙烯醇和水性丙烯酸中的至少一种。
第二方面，本申请提供了一种取向硅钢，所述硅钢采用第一方面所述的取向硅钢的制备方法制得。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
本申请实施例提供的该方法，通过向冷轧钢板的一侧喷涂调节剂，调节剂中的硼酸或硼酸盐在高温下生成硼酐，硼酐熔点400℃，产生液相促进局部隔离剂自身烧结，产生收缩，使得层间透气性变好，有利于气体释放，避免高温分解气体局部聚集产生气包，调节剂中的碳酸氢盐在200～300℃低温下释放一定的CO2等气体，这些向外气体释放，有利于钢卷在初期较低温度条件下层间形成气体通道，从而有利于高温气体释放；调节剂中的水溶性树脂在干燥和后期炉内升温过程，先液化成液态进一步促进MgO成球或块状聚合，促进MgO按照雾滴范围聚合烧结成颗粒状，进一步促进透气性，树脂在400℃以上高温条件下分解成H2O和CO2放出，不带入其他杂质元素；从而达到改善目前硅钢的制备易出现气包缺陷问题的目的。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的生产系统的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的调节剂的涂覆区域示意图；
图4为背景技术提供的气包缺陷的形貌示意图。
附图标记：1-冷轧带钢，2-脱碳渗氮炉，3-隔离剂涂机，4-干燥炉，5-带钢卷取机，6-调节剂涂机，7-调节剂。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
取向硅钢是一种软磁功能材料，主要用作变压器铁心。取向硅钢的生产流程长、工艺复杂，包括炼钢、热轧、常化退火、冷轧、脱碳退火、高温退火、热拉伸平整等工序。在脱碳退火工序，钢板经过脱碳、渗氮处理后，在表面涂敷一层MgO高温退火隔离剂，经干燥炉干燥后卷取。
随后，钢卷由卧式翻转为立式，送入高温退火炉，将钢卷罩上内罩后进行高温退火，此工序温度最高达1200摄氏度，且均热段保温时间长达20余小时，钢卷在长时间高温状态极易变形。特别是在钢卷内圈，极易产生鼓包的缺陷(即气包缺陷)，如图4所示，长度可达200-1500米，严重影响生产运行，成材率大幅度降低，造成较大经济损失。
申请人在发明过程中发现：在高温退火炉中，一方面，由于炉体结构庞大，可以同时容纳上百个钢卷，且每个钢卷的重量高达20吨，炉内介质燃烧方式、烧嘴布置等结构使得大吨位钢卷受热不均匀，上端部受热温度高且温度梯度大，下端部受热温度低，外层受热快，内层受热慢。另一方面，钢卷层与层间涂敷有MgO隔离剂，MgO为热的不良导体，这使得钢卷受热主要靠径向传热而非周向传热。针对钢卷内圈上端部区域，在高温退火升温过程中，其情况尤为特殊，其受热方式为二维传热，一是通过内圈金属材质的套筒向其横向传热，二是从钢卷顶部向下通过金属基体进行纵向传热，一方面由于内圈和外圈温度差异大、上端和下端温度差异大，该区域钢卷受到较大的内部热应力，另一方面钢卷在高温下受到自身的热膨胀力以及套筒向其施加的横向压应力，上述力的综合作用使得钢卷层间间隙减小、透气性变差，层间MgO释放的水汽、钢板净化过程中产生的氮气、氧气、硫化氢等气体由于没有畅通的排出通道而聚集，致使钢卷在高温下局部变形，产生表面鼓包的缺陷(即气包缺陷)。
申请人意图通过改善钢卷的透气性来改善产生表面鼓包的缺陷(即气包缺陷)的问题，申请人发现在取向硅钢的脱碳退火工序，经脱碳退火、渗氮、涂布MgO隔离剂、干燥等流程，干燥炉内或者出干燥炉时待表面的MgO隔离剂干燥后，在一侧(即图3中D侧)单面喷涂调节剂，然后借助内圈套筒卷取成卷，钢卷涂有调节剂一侧朝上放置进行高温退火，能够改善气包缺陷的问题。
如图1所示，本申请实施例提供了一种取向硅钢的制备方法，所述方法包括：
S0.得到表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢；
具体而言，本实施例中，表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢的制备过程如下：
S0.1.对铁水进行冶炼和连铸，得到铸坯；其中，铸坯的成分以质量分数计包括：C：0.04％～0.08％；Si：3.0％～4.0％；Mn：0.03％～0.22％；S：0.005％～0.020％；Als：0.0235％～0.0345％；N：0.0050％～0.0130％；Sn：0.01％～0.15％；Cr：0.03％～0.4％；Cu：0.01％～0.8％；Bi：0.005％～0.10％，其余为Fe和不可避免杂质元素。
S0.2.对铸坯进行热轧、常化和冷轧，得到冷轧带钢。在一些实施例中，热轧的温度为1100～1200℃，热轧终点的热轧带钢厚度为2.0～3.0mm，常化采用两段式常化，常化的温度为1070～1130℃；冷轧终点的冷轧带钢厚度为0.18～0.35mm。
S0.3.对所述冷轧带钢进行脱碳和渗氮处理，后进行隔离剂的涂覆和干燥，得到表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢。
S1.对表面涂覆有隔离剂的冷轧带钢的一侧进行调节剂的涂覆，所述调节剂为水性溶液，所述调节剂的成分包括含硼化合物、碳酸氢盐、纤维素和水溶性树脂，所述含硼化合物包括硼酸和/或硼酸盐，后进行卷取，得到钢卷；
在一些实施例中，所述调节剂中溶质的质量浓度为10％～30％。溶质中，所述含硼化合物的质量份数为50～70份、所述碳酸氢盐的质量份数为15～30份、所述纤维素的质量份数为1～3份、所述水溶性树脂的质量份数5～15份。本实施例中，调节剂的溶剂可以选自水；水溶性树脂可以选自聚乙烯醇和水性丙烯酸中的至少一种。
在一些实施例中，调节剂的涂覆量为0.5～10g/m2。调节剂的涂覆宽度w1＝(0.2～0.5)*w，其中，w为所述冷轧带钢的宽度。所述调节剂的涂覆区域为所述冷轧带钢的头部，所述头部的长度为20～1500m。
在一些实施例中，调节剂的涂覆方式为喷涂，所述喷涂的雾滴尺寸为50～200μm。
控制喷涂的雾滴尺寸为50～200μm能够润湿冷轧带钢表面的MgO隔离剂涂层，若雾滴太小，起不到润湿效果；而雾滴太大，容易引起局部反应不均匀。
在一些实施例中，所述调节剂的涂覆方式为喷涂，所述喷涂的喷雾冲击压力为1～5Bar。
控制喷涂的喷雾冲击压力为1～5Bar，若压力太小，雾滴易悬浮在空气中而不直接喷射在钢板上，调节剂的有效作用率低；而压力太大，会破坏带钢表面已有的MgO隔离剂涂层。
S2.对所述钢卷进行退火处理，且涂覆有调节剂的所述钢卷一侧朝上，得到硅钢。
如图2所示，本申请实施例提供了一种取向硅钢的制备系统，系统包括：带钢输送通道和依次设于带钢输送通道上的脱碳渗氮炉、隔离剂涂机、干燥炉、调节剂涂机和带钢卷取机。
基于一个总的发明构思，本申请实施例还提供了一种取向硅钢，所述硅钢采用如上提供的取向硅钢的制备方法制得。
该硅钢系统是基于上述方法来实现制备的，该方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该硅钢采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
实施例1-3和对比例1-4
一种取向硅钢的制备方法，方法包括：
低温高磁感取向硅钢冶炼成分：C：0.054％，Si：3.25％，Mn：0.085％，S：0.015％，Als：0.0245％，N：0.0065％，Sn：0.18％，Cr：0.08％，其余为Fe和不可避免杂质元素。铸坯经高温退火炉1150℃加热后，热轧至2.5mm，在常化退火炉进行两段式退火，随后冷轧至0.20mm。在脱碳退火机组，钢板依次进行脱碳、渗氮、均匀涂覆MgO隔离剂、干燥、喷涂调节剂C、带套筒卷取，随后钢卷由卧式变为立式，进入高温退火炉进行最高1200℃退火，出炉后经热拉伸平整机组进行消除应力退火和涂敷绝缘涂层。
其中，在D侧单面喷涂调节剂C，然后借助内圈套筒卷取成卷，钢卷D侧朝上放置进行高温退火。调节剂C为水性溶液，溶质成分是：硼酸或硼酸盐、碳酸氢盐、纤维素、水溶性树脂等，溶剂是纯水；调节剂C的浓度为23％；带钢宽度为1200mm，喷涂宽度为500mm，喷涂长度为1000m。
各实施例和对比例的主要参数控制如下：
实施例1-3和对比例1-4的缺陷情况如下表所示：
气包程度 其它缺陷
实施例1 无气包 无
实施例2 无气包 无
实施例3 无气包 无
对比例1 严重 无
对比例2 中度 大块露晶
对比例3 轻微 密集点状露晶
对比例4 严重 无
由上表可得，采用本申请实施例提供的方法能够明显改善硅钢表面产生气包缺陷的问题，同时也不会引起其他的表面缺陷。
本申请的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本申请范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
在本申请中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
对表面涂覆有MgO隔离剂的冷轧带钢的一侧进行调节剂的涂覆，所述调节剂为水性溶液，所述调节剂的成分包括含硼化合物、碳酸氢盐、纤维素和水溶性树脂，所述含硼化合物包括硼酸和/或硼酸盐，后进行卷取，得到钢卷；
对所述钢卷进行退火处理，且涂覆有调节剂的所述钢卷一侧朝上，出炉后经热拉伸平整机组进行消除应力退火和涂敷绝缘涂层，得到硅钢；所述调节剂中溶质的质量浓度为10%~30%，所述溶质中，所述含硼化合物的质量份数为50~70份、所述碳酸氢盐的质量份数为15~30份、所述纤维素的质量份数为1~3份、所述水溶性树脂的质量份数5~15份，所述调节剂的涂覆量为0.5~10g/m2，所述调节剂的涂覆方式为喷涂，所述喷涂的雾滴尺寸为50~200μm，所述喷涂的喷雾冲击压力为1~5Bar。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述调节剂的涂覆宽度w1=(0.2~0.5)*w，其中，w为所述冷轧带钢的宽度。
3.根据权利要求1所述的取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述调节剂的涂覆区域为所述冷轧带钢的头部，所述头部的长度为20~1500m。
4.根据权利要求1所述的取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述水溶性树脂包括聚乙烯醇和水性丙烯酸中的至少一种。
5.一种取向硅钢，其特征在于，所述硅钢采用权利要求1至4中任一项所述的取向硅钢的制备方法制得。
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