CN117821725A

CN117821725A - 一种具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法

Info

Publication number: CN117821725A
Application number: CN202211199283.8A
Authority: CN
Inventors: 韩丹; 章华兵; 姜英财; 李军; 胡治宁; 李顺超; 郭万青; 崔光华
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2024-04-05

Abstract

本发明提供了一种具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：热轧经加热的钢坯；退火热轧钢板；冷轧经退火的钢板至目标厚度；脱碳退火经冷轧的钢板；涂覆隔离剂并烘干卷取；在钢卷端面进行隔离剂二次喷涂；对所得钢板进行二次再结晶的高温退火；进行平整退火并涂覆绝缘涂层；其中，涂覆隔离剂并烘干卷取时，隔离剂厚度控制在10～15g/m²，卷取过程中控制卷取张力范围在50‑100N/m²。

Description

一种具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及一种取向电工钢板的制造方法，更具体地，涉及一种具有优异通板性的薄规格(0.15-0.23mm)取向电工钢板的制造方法。

背景技术

电工钢板通常分为晶粒取向电工钢板和无取向电工钢板。其中，晶粒取向电工钢板含约3％的硅并具有晶粒取向为(110)[001]晶体织构，其沿轧制方向具有优良的磁性能，可用作变压器、发动机、发电机和其它电子设备的铁心材料。

常规的电工钢板生产工艺流程为炼铁→炼钢→热轧→酸洗常化→冷轧→脱碳退火→渗氮→隔离涂层→高温退火→绝缘涂层→最终退火→成品分剪→包装。其中高温退火前涂的隔离涂层主要有两方面作用：(1)与钢板表面的二氧化硅发生反应生产硅酸镁玻璃膜底层；(2)作为隔离剂避免高温退火过程中层与层之间发生粘结。当前的主流生产工艺是使用氧化镁为主的绝缘涂层，将一定比例的水与氧化镁粉末在配液槽中搅拌成均匀的悬浊液，通过涂层辊将涂层涂敷在带钢表面，并进行快速烘干，在带钢表面形成均匀的粉末涂层，卷取形成脱碳退火钢卷。

以上生产工艺的弊端在于，由于氧化镁涂液表面张力的作用，涂液涂到带钢上烘干前，边部涂液会往中部收缩，在带钢最边部产生缩边效应，导致烘干后带钢最边部约1～3mm内没有粉末涂层覆盖。没有粉末涂层覆盖的部分缺少隔离，经过高温退火，带钢极易产生层与层之间的粘结。粘结的带钢在后工序开卷时容易在边部产生边裂，甚至在开卷机直接拉断或者无法开卷直接报废，厚度越薄、硅含量越高的带钢，粘结现象越严重，高温退火后通板性越差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种可有效避免高温退火过程中带钢最边部层与层之间的粘结，能得到一种具有优异通板性的电工钢板的制造方法。

其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。

一种具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：热轧经加热的钢坯；退火热轧钢板；冷轧经退火的钢板至目标厚度；脱碳退火经冷轧的钢板；涂覆隔离剂并烘干卷取；在钢卷端面进行隔离剂二次喷涂；对所得钢板进行二次再结晶的高温退火；进行平整退火并涂覆绝缘涂层；

其特点为，涂覆隔离剂并烘干卷取时，隔离剂厚度控制在10～15g/m²，卷取过程中控制卷取张力范围在50-100N/m²。

作为本技术方案的进一步改进，控制卷取后的钢卷隔离剂积占比k为 0.05～0.15；积占比k计算公式如下：

k＝m/(Π(R²-r²)×w×ρ_硅钢)

其中，m为卷取后钢卷称重重量，Π为常数，R为卷取后钢卷外径，r为卷取后钢卷内径，w为带钢宽度，ρ为硅钢密度，取7.85kg/dm³。

也作为本技术方案的进一步改进，所述隔离剂由以下组份组成:氧化镁粉 75～94.5％,氧化钙粉5～20％，硫酸锑0.5～5％。更进一步，氧化镁粉和氧化钙粉粒度粒径介于1μm～10μm。

同样作为本技术方案的进一步改进，待喷涂的钢板含2.0～4.5wt％的硅。更进一步，待喷涂的所述钢板还含有0.035～0.120wt％的C、0.05～0.20wt％的 Mn、0.002～0.012wt％的S、0.015～0.035wt％的Als、0.001～0.010wt％的N，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

作为本发明的优选实施例，热轧前，钢坯在1380℃以下温度范围内进行加热，经热轧得到2.0～3.0mm的热轧钢板；然后在1000～1150℃进行热轧退火，并进行酸洗和冷轧得到0.15～0.35mm厚的冷轧钢板；然后在800～900℃的温度范围内在含氢气和氮气的潮湿气氛中进行脱碳退火得到钢板。

作为本发明的另一优选实施例，对所得钢板进行二次再结晶的高温退火时，在氮气和氢气的混合气氛中将退火温度升高至高于1100℃，并在完成二次再结晶后，在氢气含量高于50％还原性气氛中采用高于1150℃均匀加热至少20小时。

还作为本技术方案的进一步改进，采用雾化式静电喷涂方法进行隔离剂二次喷涂；使雾化了的隔离剂涂料微粒在直流高压电场中带上负电荷，并在静电场的作用下，定向地流向带正电荷脱碳退火钢卷的端面带钢裸露的边缘，中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。

更进一步的，所述静电喷涂方法中，包括一连接压缩空气控制系统的喷枪，喷枪接高频高压直电流的负极，钢卷接正极；涂料经压缩空气送喷枪，在喷枪内借助另一股压缩空气压力雾化，雾化后的涂料微粒进入电磁场中带上负电荷后定向飞到正电荷的钢卷端面。进一步，所述压缩空气控制系统控制输出压缩空气压力为0.1～1MPa；输出直流电压为8～12V，工作电流为50～200mA；喷枪与钢卷端面的距离为10～50cm。

优选的，二次喷涂时，隔离剂与水的配比为1:5到1:10。

采用上述技术方案的制造方法，提供了一种与以往方法不同的制造取向电工钢板的方法，在常规晶粒取向电工钢板制造工艺基础上，通过在脱碳退火后的钢卷端面进行隔离剂二次喷涂，覆盖钢卷最边缘的裸露部位，并进行高温退火使二次喷涂的隔离剂与带钢最边缘裸露部位反应生成玻璃膜底层，以避免高温退火过程中带钢最边部层与层之间的粘结，制造具有优异通板性的电工钢板。

附图说明

图1为本发明中实施静电喷涂的装置结构示意图。

图中：1——压缩空气控制系统，2——高频高压静电发生器，3——喷枪， 4——隔离剂涂料罐，5——带负电荷的涂料微粒，6——钢卷支撑座，7——脱碳退火钢卷。

具体实施方式

本发明提供的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，是基于常规晶粒取向电工钢板的制造工艺的进一步改进，包括如下步骤：制造钢坯；再热钢坯；热轧上述经再热的钢坯；退火经热轧的钢坯；冷轧经退火的钢板，以调整钢板至目标厚度；脱碳退火经冷轧的钢板；涂覆隔离剂并烘干卷取；在钢卷端面进行隔离剂二次喷涂；对所得钢板进行二次再结晶的高温退火；进行平整退火并涂覆绝缘涂层。

本发明并不限制最初钢坯的组成，但理想的是待喷涂的钢板含2.0～4.5wt％硅。钢坯更优选含Si：2.0～4.5wt％，C：0.035～0.120wt％，Mn：0.05～0.20wt％， S：0.002～0.012wt％，Als：0.015～0.035wt％，N：0.001～0.010wt％，余量为 Fe和不可避免的杂质。

Si含量控制范围设计考虑：Si提高钢板的电阻，对降低涡流损耗非常有效，如果Si含量低于2.0wt％，不能有效降低成品的涡流损耗，而如果Si含量高于 4.5wt％，钢板可轧性变差。

C含量控制范围设计考虑：C含量需要与Si含量匹配，确保再热的钢坯和钢板获得适当比例的奥氏体相(γ相)。提高γ相比例，可以利用相变轧制得到更多微细的热轧显微组织、减少(100)<011>不利织构的强度，防止出现细晶。由于氮在γ相中的固溶度比在α相中大10倍，因此提高γ相比例，还可以保证热轧钢板退火后快冷时获得大量细小的AlN，这有利于初次晶粒细小均匀，促进二次再结晶的发展。

Mn、S含量控制范围设计考虑：主要目标是改善热轧可生产性。由于S的晶界偏聚，当Mn/S比过低时，热轧钢坯时易发生热脆，为改善热加工性，Mn/S 比控制在2.5～3.5，这是因为Mn明显降低S的固溶度，并形成化合物。此外， Mn在脱碳退火气氛中易氧化，从而对底层的形成产生影响。S含量高，易出现线晶，且最终高温退火时脱S困难。此外，Mn和S还可以生成二次再结晶所需的抑制剂MnS。

Als、N含量控制范围设计考虑：Als和N时是高磁感取向硅钢中的主要抑制剂AlN的构成元素。为了获得强度适中的抑制力，需要精确控制钢坯中的Als、 N的控制范围，并调整AlN的尺寸和分布状态，确保取向度好的高斯晶核发生完善的二次再结晶，得到优良磁性能。

钢坯在1380℃以下温度范围内进行再加热，经热轧得到2.0～3.0mm的热轧钢板。然后在1000～1150℃进行热轧退火，并进行酸洗和冷轧得到0.15～0.35mm 厚的冷轧钢板。然后在约800～900℃的温度范围内在含氢气和氮气的潮湿气氛中进行脱碳退火得到脱碳退火钢板。脱碳退火钢板使用涂层辊进行常规隔离剂涂层并烘干卷取。

在上述步骤的基础上，本发明的关键创新点在于，通过控制脱碳退火卷隔离剂厚度和卷取张力将隔离剂积占比控制在一定范围，制备一种专门的静电喷涂用隔离剂涂料，对脱碳退火卷的端面，采用雾化式静电喷涂方法进行隔离剂二次喷涂。使雾化了的隔离剂涂料微粒在直流高压电场中带上负电荷，并在静电场的作用下，定向地流向带正电荷脱碳退火卷的端面带钢裸露的边缘，中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜，对由于边部缩边导致没有隔离剂粉末覆盖的钢卷端面的金属裸露带电部分进行全覆盖喷涂，而已经覆盖隔离剂的部分由于隔离剂的绝缘效果不带电，不会造成重复喷涂，也不会对钢卷质量造成不良影响。

进一步，进行如下的工艺条件控制：

(1)、脱碳退火钢卷使用涂层机涂敷的常规隔离剂厚度控制在10～15g/m²。

(2)、脱碳退火钢卷卷取过程中控制卷取张力范围在50-100N/m²。

(3)、通过控制隔离剂厚度和卷取张力，控制卷取后的钢卷隔离剂积占比 k为0.05～0.15。积占比k计算公式如下：

k＝m/(Π(R²-r²)×w×ρ_硅钢)

据产出钢卷的积占比k计算公式进行调整，当计算得到的积占比＜0.05时，通过可增加卷取张力或减少隔离剂厚度，增大后续产出钢卷的积占比，反之则往相反的方向调整。

(4)、如图1所示，上述静电喷涂方法的实现装置包括有：压缩空气控制系统1，高频高压静电发生器2，带喷头的喷枪3，隔离剂涂料罐4。高频高压直电流，通过喷枪3在钢卷(即图中的脱碳退火钢卷7)端面周围形成强大的电磁场(喷枪接负极，钢卷接正极)，涂料在压力罐中由压缩空气送喷枪，在喷枪内借助另一股压缩空气压力使之雾化，雾化了的涂料微粒进入电磁场中带上了负电荷，形成了待负电荷的涂料微粒5，因而定向飞到正电荷的钢卷端面裸露金属表面；即在图1中安放在钢卷支撑座6上的脱碳退火钢卷7的左侧端面进行喷涂。

(5)、上述静电喷涂方法中，压缩空气控制系统控制输出压缩空气压力为 0.1～1MPa。压力太低，无法使隔离剂涂料雾化，压力太高则破坏电场，控制不稳定。

(6)、上述静电喷涂方法中，电压与电流静电喷涂输入电压为220V交流电，输出直流电压为8～12V，工作电流一般为50～200mA。

(7)、上述静电喷涂方法中，喷枪与钢卷端面的距离直接影响电场强度，距离范围为10～50cm。

(8)、上述静电喷涂方法中，隔离剂与水的质量比介于1:5与1:10之间。

上述静电喷涂方法中，隔离剂各成分的质量百分比为:氧化镁粉75～94.5％, 氧化钙粉5～20％，硫酸锑0.5～5％。

本发明的创新点在于与常规隔离剂相比，静电喷涂用隔离剂增加一定比例的氧化钙和硫酸锑。氧化钙含量高使氧化镁水化率增高，吸水性强。如果用在常规隔离剂整板面涂敷会导致高温退火过程中钢卷中水分无法去除，需要尽可能减少氧化钙用量。但应用在边部隔离剂二次喷涂在带钢端面则不会影响钢卷中水分去除，使边部形成的硅酸镁底层钉扎结构更厚，隔离效果更好，从而减少粘结发生率。锑为表面活性元素和偏聚元素，可以在自由表面偏聚和晶界偏聚。在边部隔离剂中加硫酸锑，一方面可以用来改善玻璃膜的稳定性，减少粘结发生率；另一方面抑制边部二次晶粒尺寸，减少高温退火后边部带钢的硬度和脆性，即使发生粘结，开卷过程中粘结点容易脱开，不会往带钢中部延伸造成大的影响。

(9)、上述静电喷涂方法中，氧化镁粉和氧化钙粉粒度粒径介于1μm～10 μm。合适的粒径保证隔离剂可以进入钢板端面层与层之间的间隙沉积。

(10)、上述高温退火可采用取向电工钢的常规高温退火工艺，其中包括在氮气和氢气的混合气氛中将退火温度升高至高于1100℃，并在完成二次再结晶后，在氢气含量高于50％还原性气氛中采用高于1150℃均匀加热至少20小时。

(11)、最后，通过酸液去掉仍残留在经过高温退火钢板表面上没有反应的组分，然后涂覆常规含磷酸盐和胶体二氧化硅的绝缘涂层并进行热拉伸平整退火，从而获得通板性能的取向电工钢板。

以下通过具体的实施例对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。

将含Si：3.35wt％，C：0.046wt％，Mn：0.11wt％，S：0.005wt％，Als： 0.030wt％，N：0.0065wt％，余量为Fe和不可避免的杂质的钢坯在1215℃下再热，然后在1150℃下热轧退火并酸洗，随后采用单机架轧机轧到0.22mm。在 60℃的潮湿的氮气和氢气混合气氛下，采用850℃退火温度进行脱碳退火，随后涂敷MgO并烘干卷取。控制卷取后的隔离剂积占比k＝0.09～0.10。隔离剂使用质量百分比为90％氧化镁、8％氧化钙和2％硫酸锑的混合物。按照附图示意的静电喷涂装置分别在钢卷端面进行隔离剂二次喷涂。喷涂后钢卷装环形炉在25％N₂+75％H₂气氛下升温至1200℃，随后在100％H₂气氛下保温24小时后冷却。高温退火后的钢板表面经处理后，在热拉伸机组开卷，涂覆绝缘涂层与平整退火后得到成品。

下表1中，序号1-10为实施例，序号11-20为比较例。

表1：

由表1可见，采用本发明所述方法的实施例1至实施例10，都能有效预防钢卷粘结，而如比较例11到比较例15只涂覆一个端面时未涂覆的端面可能发生粘结。或如比较例16粒子的粒径不符合要求时，或如比较例17氧化镁比例过高时，或如比较例18到比较例20电压强度或涂覆距离不满足要求导致涂覆效果变差时，都不能有效避免粘结。

本发明提供了一种与以往方法不同的制造薄规格取向电工钢板的方法。在常规晶粒取向电工钢板制造工艺基础上，通过在脱碳退火后的钢卷端面进行雾化式静电隔离剂二次喷涂，精准覆盖钢卷最边缘的金属裸露带电部位，并进行高温退火使二次喷涂的隔离剂与带钢反应生成玻璃膜底层，有效隔离了带钢边部层与层之间的直接接触，避免了高温退火过程中形成粘结影响后工序开卷。考虑到该方法制造的钢板具有优异的通板性，因此本发明具有广阔的应用前景。

尽管上述优选实施方案已说明并描述了本发明，但不应理解为本发明仅限于此。本领域技术人员应该明白可在上述范围内作各种改进和变化而不脱离本发明的精神和权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：热轧经加热的钢坯；退火热轧钢板；冷轧经退火的钢板至目标厚度；脱碳退火经冷轧的钢板；涂覆隔离剂并烘干卷取；在钢卷端面进行隔离剂二次喷涂；对所得钢板进行二次再结晶的高温退火；进行平整退火并涂覆绝缘涂层；

其特征在于，涂覆隔离剂并烘干卷取时，隔离剂厚度控制在10～15g/m²，卷取过程中控制卷取张力范围在50-100N/m²。

2.根据权利要求1所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，控制卷取后的钢卷隔离剂积占比k为0.05～0.15；积占比k计算公式如下：

k＝m/(Π(R²-r²)×w×ρ_硅钢)

3.根据权利要求1所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，按质量百分比，所述隔离剂由以下组份组成:氧化镁粉75～94.5％,氧化钙粉5～20％，硫酸锑0.5～5％。

4.根据权利要求3所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，氧化镁粉和氧化钙粉粒度粒径介于1μm～10μm。

5.根据权利要求1所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，待喷涂的钢板含2.0～4.5wt％的硅。

6.根据权利要求5所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，待喷涂的所述钢板还含有0.035～0.120wt％的C、0.05～0.20wt％的Mn、0.002～0.012wt％的S、0.015～0.035wt％的Als、0.001～0.010wt％的N，以及余量的Fe和不可避免的杂质。

7.根据权利要求1所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，热轧前，钢坯在1380℃以下温度范围内进行加热，经热轧得到2.0～3.0mm的热轧钢板；然后在1000～1150℃进行热轧退火，并进行酸洗和冷轧得到0.15～0.35mm厚的冷轧钢板；然后在800～900℃的温度范围内在含氢气和氮气的潮湿气氛中进行脱碳退火得到钢板。

8.根据权利要求1或7所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，对所得钢板进行二次再结晶的高温退火时，在氮气和氢气的混合气氛中将退火温度升高至高于1100℃，并在完成二次再结晶后，在氢气含量高于50％还原性气氛中采用高于1150℃均匀加热至少20小时。

9.根据权利要求1所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，采用雾化式静电喷涂方法进行隔离剂二次喷涂；使雾化了的隔离剂涂料微粒在直流高压电场中带上负电荷，并在静电场的作用下，定向地流向带正电荷脱碳退火钢卷的端面带钢裸露的边缘，中和沉积成一层均匀、附着牢固的薄膜。

10.根据权利要求9所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，所述静电喷涂方法中，包括一连接压缩空气控制系统的喷枪，喷枪接高频高压直电流的负极，钢卷接正极；涂料经压缩空气送喷枪，在喷枪内借助另一股压缩空气压力雾化，雾化后的涂料微粒进入电磁场中带上负电荷后定向飞到正电荷的钢卷端面。

11.根据权利要求10所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，所述压缩空气控制系统控制输出压缩空气压力为0.1～1MPa；输出直流电压为8～12V，工作电流为50～200mA；喷枪与钢卷端面的距离为10～50cm。

12.根据权利要求9所述的具有优异通板性的薄规格取向电工钢板的制造方法，其特征在于，二次喷涂时，隔离剂与水的配比为1:5到1:10。