CN117721277A - 一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于取向硅钢制造技术领域,具体为一种高磁感取向电工钢及其脱碳渗氮工艺,辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800℃之后进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段且控制脱碳、渗氮、冷却的温度和时间,处理后的高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm,碳含量≤30ppm,渗氮量为210~230ppm,可以实现高磁感取向电工钢的稳定生产。
Description
技术领域
本发明涉及取向硅钢制造技术领域,具体为一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺。
背景技术
取向硅钢脱碳渗氮工序一般采用3段式炉进行生产,一般使用酸洗常化后一次成型的成品厚度的为原料板,使用辐射管加热炉段加热,1#均热炉段均热、2#均热炉段均热炉进行脱碳渗氮的生产工艺。其目的在于获得适合的初次再结晶的组织、形成合适的结构的氧化薄膜、渗氮得到足够的抑制力以及均匀良好的氧化镁涂层。然而因隧道式高温退火炉工艺的特殊性,一方面为了高温退火工序形成底层的过程中氧化还原反应能够顺利进行,需要脱碳渗氮形成的氧化薄膜结构与所涂氧化镁的特性相互之间有一定的适配性。另一方面为了高温退火工序能够顺利完全发生二次再结晶,渗氮提供的抑制力要足够,初次再结晶晶粒大小要合适,避免抑制力不够或太强而导致二次再结晶过程不受控发生长大,导致高斯织构未长大或向偏离角偏大,最终影响成品的性能。现有的脱碳渗氮工艺制备的高磁感取向电工钢的质量不稳定,不能稳定的满足后续加工需要。
发明内容
为解决现有技术存在的问题,本发明的主要目的是提出一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺。
为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800~840℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为820~850℃,脱碳时间为175~185s;
渗氮段温度为830~900℃,渗氮时间为55~65s;
冷却段出口温度为700~750℃,冷却时间为55~65s。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺的优选方案,其中:所述步骤S1中,将感应加热炉置于辐射管加热炉的中间实现混合加热。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺的优选方案,其中:所述步骤S1中,将电工钢温度在2~3s加热至800~840℃。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺的优选方案,其中:所述步骤S2中,渗氮工艺在N2+H2+NH3混合气氛下进行,混合气氛中含有3~5vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺的优选方案,其中:所述步骤S2中,均热炉头部采用干湿气氛组合,通过控制通入混合气的氢气与水的体积比来调整炉内的气氛,可以直接影响脱碳的效率,本发明通过控制脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.1~0.2,可以实现快速脱碳的目的,可以使最终碳含量稳定降在30ppm以下。
为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种高磁感取向电工钢,其特征在于,采用上述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺制备得到。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢的碳含量≤30ppm。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢的渗氮量为210~230ppm。
本发明的有益效果如下:
本发明提出一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800℃之后进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段且控制脱碳、渗氮、冷却的温度和时间,处理后的高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm,碳含量≤30ppm,渗氮量为210~230ppm,可以实现高磁感取向电工钢的稳定生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图;
图2为本发明实施例1制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图3为本发明实施例2制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图;
图4为本发明实施例2制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图5为本发明实施例3制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图;
图6为本发明实施例3制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图7为本发明实施例4制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图;
图8为本发明实施例4制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图9为本发明对比例1制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图;
图10为本发明对比例1制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图11为本发明对比例2制备的高磁感取向电工钢成品晶粒图;
图12为本发明实施例1制备的高磁感取向电工钢的成品表面质量图;
图13为本发明对比例1制备的高磁感取向电工钢的成品表面质量图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800~840℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为820~850℃,脱碳时间为175~185s;
渗氮段温度为830~900℃,渗氮时间为55~65s;
冷却段出口温度为700~750℃,冷却时间为55~65s。
优选的,所述步骤S1中,将感应加热炉置于辐射管加热炉的中间实现混合加热;将电工钢温度在2~3s加热至800~840℃。通过超过100℃/s的升温速度达到快速加热的目的,可以获得细化晶粒以及避免钢带过度氧化的效果,以此来影响初次再结晶以及脱碳形成氧化膜的过程。
优选的,均热炉主要作用是提供脱碳、氧化层形成以及完成初次再结晶的能量;冷却段温度主要作用是控制晶粒的长大以及冷却钢带作用。脱碳、渗氮、冷却的目的是达到控制电工钢晶粒大小以及提高钢卷组织均匀性的目的,本发明可以用较宽二次再结晶发生温度来实现过程的顺利进行,降低工艺对设备的要求。
优选的,所述步骤S2中,渗氮工艺在N2+H2+NH3混合气氛下进行,混合气氛中含有3~5vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。混合气氛的流量为5~6m3/h。对于本发明高磁感取向电工钢而言,碳属于不利元素。但是为了热处理过程中的抑制剂元素的固溶以及利于后工序轧制加工,需要一定含量的碳,但钢带中碳含量也不能过高,需要协调不同厚度冷轧产品的脱碳退火时间和初次晶粒的长大;N元素是低温取向电工钢主要抑制剂AlN的形成元素,原料成分中相对Al含量而言,氮含量是不足的,为了补充二次再结晶所需的抑制力,需要在本工序利用混合气氛的氮元素,然后再在隧道式高温退火炉升温析出氮化铝抑制剂来完成二次再结晶过程。
优选的,所述步骤S2中,均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.1~0.2。本发明制备的高磁感取向电工钢钢卷表面会形成一层致密的氧化层,其结构主要是外层的铁的氧化物以及内层二氧化硅氧化物,为了提高电工钢表面质量,脱碳后氧化层结构组成需要一定的要求,通过控制均热炉脱碳段氢气与水的体积比,得到合理的氧化层结构,以此来实现提高表面质量的目的。
根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:
一种高磁感取向电工钢,其特征在于,采用上述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺制备得到。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢的碳含量≤30ppm。
作为本发明所述的一种高磁感取向电工钢的优选方案,其中:高磁感取向电工钢的渗氮量为210~230ppm。
以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
实施例1
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度2s迅速加热至820℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为820℃,脱碳时间为180s;均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.15;
渗氮段温度为840℃,渗氮时间为60s;混合气氛的流量为5m3/h;混合气氛含有4vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
冷却段出口温度为700℃,冷却时间为60s。
本实施例制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图如图1所示,成品晶粒图如图2所示,表面质量图如图12所示,其表面质量好,氧化层中二氧化硅含量为803ppm,晶粒平均尺寸为24.5μm,碳含量为29ppm,渗氮量为211ppm。
实施例2
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度2.5s迅速加热至830℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为830℃,脱碳时间为175s;均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.2;
渗氮段温度为890℃,渗氮时间为65s;混合气氛的流量为6m3/h;混合气氛含有3vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
冷却段出口温度为750℃,冷却时间为55s。
本实施例制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图如图3所示,成品晶粒图如图4所示,其氧化层中二氧化硅含量为947ppm,晶粒平均尺寸为27μm,碳含量为22ppm,渗氮量为228ppm。
实施例3
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度3s迅速加热至830℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为830℃,脱碳时间为185s;均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.1;
渗氮段温度为890℃,渗氮时间为55s;混合气氛的流量为5.5m3/h;混合气氛含有5vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
冷却段出口温度为730℃,冷却时间为65s。
本实施例制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图如图5所示,成品晶粒图如图6所示,其氧化层中二氧化硅含量为851ppm,晶粒平均尺寸为25.5μm,碳含量为26ppm,渗氮量为223ppm。
实施例4
一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度3s迅速加热至840℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为840℃,脱碳时间为180s;均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.15;
渗氮段温度为840℃,渗氮时间为60s;混合气氛的流量为5m3/h;混合气氛含有4vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
冷却段出口温度为720℃,冷却时间为60s。
本实施例制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图如图7所示,成品晶粒图如图8所示,其氧化层中二氧化硅含量为902ppm,晶粒平均尺寸为24.6μm,碳含量为15ppm,渗氮量为221ppm。
对比例1
与实施例1的不同之处在于,步骤S1中使电工钢温度2s迅速加热至790℃;步骤S2中脱碳段温度为800℃,均热炉内氢气与水的体积比为0.4。
本对比例制备的高磁感取向电工钢脱碳后金相图如图9所示,成品晶粒图如图10所示,表面质量图如图13所示,表面质量差,其氧化层中二氧化硅含量为597ppm,晶粒平均尺寸为30μm,碳含量为35ppm,渗氮量为203ppm。本对比例均热炉脱碳段温度偏低,导致二氧化硅含量偏低且碳含量、晶粒尺寸偏大且不均匀,导致磁性波动,表面质量差。
对比例2
与实施例1的不同之处在于,步骤S2中渗氮段温度为1000℃。
本对比例制备的高磁感取向电工钢的成品晶粒图如图11所示,其氧化层中二氧化硅含量为702ppm,晶粒平均尺寸为33μm,碳含量为30ppm,渗氮量为260ppm。本对比例渗氮温度过高导致渗氮量偏大、晶粒尺寸偏大,导致磁性波动,表面质量差。
由本发明实施例和对比例可以看出,本发明辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800℃之后进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段且控制脱碳、渗氮、冷却的温度和时间,处理后的高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm,碳含量≤30ppm,渗氮量为210~230ppm,可以实现高磁感取向电工钢的稳定生产。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是在本发明的发明构思下,利用本发明说明书内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,包括如下步骤:
S1、辐射管加热炉段加热采用感应加热和辐射管加热的混合加热模式,使电工钢温度迅速加热至800~840℃;
S2、之后电工钢进入均热炉,均热炉包括脱碳、渗氮、冷却三段:
脱碳段温度为820~850℃,脱碳时间为175~185s;
渗氮段温度为830~900℃,渗氮时间为55~65s;
冷却段出口温度为700~750℃,冷却时间为55~65s。
2.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,其特征在于,所述步骤S1中,将感应加热炉置于辐射管加热炉的中间实现混合加热。
3.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,其特征在于,所述步骤S1中,将电工钢温度在2~3s加热至800~840℃。
4.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,其特征在于,所述步骤S2中,渗氮工艺在N2+H2+NH3混合气氛下进行,混合气氛中含有3~5vol%的NH3,且N2和H2的体积比为1:1。
5.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,其特征在于,所述步骤S2中,所述步骤S1中,渗氮工艺的混合气氛中NH3的流量为5~6m3/h。
6.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺,其特征在于,所述步骤S2中,均热炉头部采用干湿气氛组合,脱碳前段与中段尾部的氢气与水的体积比为0.1~0.2。
7.一种高磁感取向电工钢,其特征在于,采用权利要求1-6任一项所述的高磁感取向电工钢的脱碳渗氮工艺制备得到。
8.根据权利要求7所述的高磁感取向电工钢,其特征在于,高磁感取向电工钢氧化层中二氧化硅含量为800~950ppm,晶粒平均尺寸为24~28μm。
9.根据权利要求7所述的高磁感取向电工钢,其特征在于,高磁感取向电工钢的碳含量≤30ppm。
10.根据权利要求7所述的高磁感取向电工钢,其特征在于,高磁感取向电工钢的渗氮量为210~230ppm。
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CN109136503A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-04 | 武汉钢铁有限公司 | 低温高磁感取向硅钢的制备方法 |
CN115584380A (zh) * | 2022-10-26 | 2023-01-10 | 内蒙古工业大学 | 一种高磁感取向硅钢脱碳渗氮工艺 |
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