CN1231703A - 由薄板坯生产晶粒取向电工钢带的方法 - Google Patents

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Abstract

在晶粒取向电工钢板的生产中,对薄板坯连铸条件加以控制以便能够获得有利的凝固组织和析出物。所述钢中初始碳含量低于300ppm,酸溶铝的初始含量比所述类型的钢正常使用的量高。在所述方法的最后几个步骤中,对所述退火钢板进行渗氮,以使有限量的氮进入钢板中。这就进而消除了对控制晶粒尺寸过程的严格要求,并且能够获得品质稳定的产品。

Description

由薄板坯生产晶粒取向电工钢带的方法
发明领域
本发明涉及一种由薄板坯生产晶粒取向的电工钢带的方法，更确切而言，是涉及一种能够简化晶粒取向电工钢的生产，且又能获得稳定且品质优异的产品的方法。
本领域的现状
晶粒取向电工硅钢薄板一般分为两种主要类型，它们的不同之处实质上在于在800As/m的磁场作用下测得的相应磁感应强度的大小，此感应值被称作B800值；传统的晶粒取向产品的B800低于约1890mT，而高导磁率的产品的B800高于1900mT。如考虑铁芯损耗值则可进行进一步细分，铁损值用给定磁感应强度和频率条件下的W/kg表示。
所述产品基本上都有着同样的应用领域，主要用于变压器铁芯的生产。在那些其高导磁率和低铁损的优势能够补偿与传统产品相比的高成本的场合，高磁导率晶粒取向钢获得应用。
在电工钢带的生产中，所述的晶粒取向通过利用细小析出的第二相获得，在生产的最后阶段之一的二次再结晶过程中，所述第二相在一定温度以下阻碍铁(体心立方)的晶粒或晶体的长大。超过这一温度范围，依据一个复杂的过程，有着一棱边与轧制方向平行和一对角平面与带材的表面平行(戈斯组织)的晶体就选择性地生长。
所述的第二相，即在凝固的钢基体内的非金属析出物，被用来阻止晶粒的长大，其类型，对于传统的晶粒取向钢而言，主要是硫化物和/或硒化物，尤其是锰的硫化物和/或硒化物，对于高导磁率的晶粒取向钢而言，则是氮化物，尤其是含铝的氮化物。
晶粒取向电工钢生产方法的固有复杂性归因于下述事实，即所述的第二相在连铸板坯以相对慢的速度冷却时，会以粗大的形式析出，这对于获得所要求的效果是不合适，因此必须加以溶解并使其以适当形式重新析出，具有适当形式的第二相必须保留直到在最后的二次再结晶阶段中，获得了有着所要求的尺寸和取向的晶粒的时刻。
由上，可能会产生下面的想法，即：连铸过程中更快的冷却速度应该能改善板坯中夹杂物的状态，从而使得在板坯轧制成为钢带的过程中各阶段的控制变得不那么复杂。然而，已发现，薄板坯的连铸尽管有着比传统的连铸高得多的冷却速度，但其本身并不足以获得所必需的品质。
长期以来，本申请人一直在研究利用薄板坯或钢带连铸技术的可能性，至今，这种技术基本上不仅用于碳钢，也用于更复杂的材料如电工硅钢上。在这一领域，不仅对于传统的晶粒取向钢而且对于高磁性能的晶粒取向钢，均获得了非常重要的结果。
本发明的描述
本发明的目的是改进传统的晶粒取向电工钢的生产，以一种创新的方式利用薄钢板坯连铸技术并对形变过程作特定改进。
尤其是，所采用的连铸方法应能获得特定的等轴与柱状晶粒之比，以及特定的等轴晶粒尺寸和尺寸受到限制的析出相。
本发明涉及一种上述归于传统类型的硅钢带的生产方法，该方法中，硅钢的生产包括：连铸、高温退火、热轧、单步或带有中间退火的多步冷轧，对如此获得的冷轧钢带进行退火以实现一次退火和脱碳，再对所述钢带用退火隔离剂加以涂覆并装箱退火，以进行最终的二次再结晶处理，所述方法的特征在于其为如下各步骤的有机结合：
(ⅰ)．连铸一种具有如下组成的薄板坯：2-5.5wt％Si,0.05-0.4wt％Mn,＜250ppm(S+5.04Se),30-130ppmN,0.05-0.35wt％Cu,15-300ppmC,200-400ppmAl，余者为铁和少量的杂质，其厚度为40-70mm，优选50-60mm之间，浇注速度为3-5m/min，浇注时钢的过热小于30℃，优选小于20℃，对这样的冷却速度可使板坯完全凝固时间为30-100秒，优选为30-60秒，结晶器振动的振幅为1-10mm，振动频率为200-400周/分；
(ⅱ)．对如此获得的板坯进行均匀化处理并热轧，之后，应至少在所获得的钢带离开最后的轧台5秒钟后再使钢带冷却；
(ⅲ)直接将所述钢带送去冷轧，省去了通常的退火阶段；
(ⅳ)对钢带进行单步或如有必要，进行带有中间退火的多步冷轧最后阶段的压缩比至少为80％，而且，进行最后阶段的轧制时，至少两个轧制道次的轧制温度保持在至少200℃；
(ⅴ)．对所述的冷轧钢带进行连续退火，总的时间为100-350S，温度为850-1050℃，退火气氛为湿的氮/氢气氛，其中的pH2O/PH2为0.3-0.7；
(ⅵ)．用退火隔离剂对所述钢带加以涂敷，卷取钢带并对其装箱退火，在加热过程中其退火气氛的组成如下：900℃以下时为混有至少30％VOL(体积)氮的氢气，1100-1200℃以下时为混有至少40％VOL(体积)氮的氢气，然后，钢卷材在该温度下在纯氢气氛中保持。
热轧时，所述板坯轧制的初始温度为1000-1200℃，终轧温度为850-1050℃。
所述钢的组成与传统钢的不同之处在于所述钢有望获得非常低的、介于15-100ppm间的碳含量。
铜的含量也可达800-2000ppm。
连铸期间，连铸参量的选择应使等轴晶与柱状晶之比为35-75％，等轴晶粒的尺寸小于1.5mm，第二相的平均尺寸不大于0.06μm。
这样的中间产品对于所述方法余下部分的顺利实施以及对于最终产品的品质而言都是至关重要的。
如果在脱碳退火期间，温度保持在950℃以下，可对随后的装箱退火的气氛中的氮含量加以控制，以使扩散至钢带中的氮量小于50ppm。
这种氮的吸收在脱碳退火后，在连续作业炉中也可以获得，即将钢带在一种如含最高达10％VOL(体积)的NH3的渗氮气氛中，于900-1050℃之间，优选在1000℃以上保持。在这种情况下，必须存在水蒸汽，其量介于0.5-100g/m3之间。
所述方法的上述步骤可以说明如下。
板坯形成后的钢的处理以及由这些处理所能得到的结果强烈依赖于钢的凝固方式、所限定的钢中晶粒的类型和尺寸，以及非金属析出物的分布和尺寸。例如，非常低的冷却速度会加强某些元素的偏析，这些元素在熔融的铁中比在凝固的铁中有着更高的溶解度，从而建立了这些元素的浓度梯度，而且促进粗大且分布不理想的非金属析出物的形成，从而对电工钢板的最后性能产生有害影响。
对所述薄板坯的连铸条件加以选择，以获得比传统连铸(板坯厚度约200-250mm)所得到的数目(通常约25％)还要高的等轴晶粒，以及获得尤其有利于形成高品质最终产品的晶体尺寸和细小的析出物分布。尤其是，高的铝含量，析出物的细小尺寸和在最高达1300℃的温度下所述薄板坯的退火能够在已热轧的钢带中获得易于在某种程度上能控制晶粒尺寸的氮化铝析出物。
同样地，必须考虑利用非常低的含碳量，优选利用比形成γ相所需碳量还要低的含碳量的可能性，以限制铝的氮化物的溶解，铝的氮化物在α相中的溶解度远远低于其在γ相中的溶解度。
在板坯形成之后，已证实的相对细小的铝的氮化物析出相的存在能够使随后的若干热处理过程的重要性被降低，也允许提高脱碳温度而又不存在晶粒长大失控的危险；也有可能在随后的一个步骤中实现氮的高温吸收，从而使氮更好地扩散至钢带内部，以及恰好在这一步骤中进一步形成铝的氮化物。
给定量的铝的氮化物的形成可增强其对晶粒长大的阻碍作用，结果，提高了最终产品的品质，从而使这类产品肯定能达到更高的品质水平。
附图简述
现在在下面附图中，以一种严格示例性且非限制性方式对根据本发明的方法进行描述，其中：
图1是由根据未添加氨的实施例2获得的B800值的曲线图；
图2是由根据添加3％VOL(体积)的氨的实施例2获得的B800值的曲线图；
图3是由根据添加10％VOL(体积)氨的实施例2获得的B800值的曲线图。
现在，将采用若干实施例对本发明进行说明，然而，这些实施例仅仅作为说明实例，并不会对本发明本身的应用的各种可能及范围造成限制。
实施例1
生产出一些钢，它们的组成示于表1中：
                   表1类型    Si％    Cppm     Mn％    Cu％    Sppm    Alsppm NppmA       3.15    20       0.10    0.17    80      300    40B       3.20    100      0.13    0.18    70      260    90C       3.20    250      0.09    0.10    60      320    80D       3.15    120      0.10    0.15    70      280    80
将A、B和C三种类型的钢连铸成50mm厚的薄板坯，其浇注速度为4.8米/分，凝固时间为60秒，过热温度是32℃，结晶器振动频率为260周/分，振动振幅为3mm，所得到的等轴与柱状晶粒之比为59％，等轴晶粒的平均尺寸为1.05mm，析出物(第二相)的平均尺寸为0.04μm。
钢D被连铸成240mm厚，所得到的等轴与柱状晶粒之比为23％。
上述所有的板坯都在1230℃均匀化处理20分钟并进行热轧，而未采用预轧制，热轧的最终厚度为2.1mm；一些钢带在离开最后的轧台后立即冷却，而对于其它所有的钢带，冷却则是在钢带离开最后的轧台后7秒时才开始的。所有热轧钢带均未进行退火处理。
然后，所述的钢带经5个轧制道次，被单步冷轧至最终厚度为0.29mm，其中在第三和第四个道次时的轧制温度为210℃。
根据如下制度对所述冷轧钢带进行连续退火：在PH2O/PH2为0.50的一种湿气氛中，于870℃脱碳处理60秒，再于PH2O/PH2为0.03的氢-氮(75∶25)的气氛中，在900℃进行第二次退火10秒。
然后将所述钢带用传统的MgO基退火隔离剂加以涂覆，依据下面的制度进行装箱退火：快速加热到650℃，在此温度停留10小时，在H2-N2(70∶30)的气氛中以30℃/小时的速度加热至120℃，在氢气氛中，于此温度保温20小时。
经过通常的最终处理后，对磁性能进行测试，并于表2中示出：
               表2类型 根据本发明的延迟冷却     立即冷却
  B800(mT) P17(w/kg)   B800(mT)  P17(w/kg)A     1880     1.09        1870      1.16B     1850     1.23        1830      1.37C     1890     1.03        1870      1.19D     1520     2.35        1530      2.48
实施例2
组成如表3所示的钢连铸成薄板坯并被轧制成0.29mm厚的冷轧钢带，如同实施例1那样。
                 表3Si％    Cppm   Mn％  Cu％  Sppm  Alsppm  Nppm3.10    50     0.08  0.10  100   320     75
依据不同的循环，连续退火处理了三种钢带：在PH2O/PH2为0.45的H2-N2(75∶25)气氛中，于T1℃温度下脱碳处理；在含X％NH3和PH2O/PH2为0.03的H2-N2(75∶25)的气氛中，于T2℃温度下加热。
如此所获得的钢带，利用了三个不同的X值，按照实施例1那样的方式被装箱退火处理。
对于每一个X值而言，所使用的T1和T2值均是不同的；所述钢带按照实施例1那样进行了精轧并对所获得的磁性能作了测量；结果示于附图的图表上，由图可以看出，在连续作业炉终端处引入氨有可能会明显拓宽T1和T2的温度范围，同时，有可能获得更好的产品，降低了温度控制的关键性作用而钢带品质的稳定性得以改善。

Claims (12)

1．生产硅钢带的方法，其中硅钢的生产过程为连铸、高温退火、热轧、单步或带有中间退火的多步冷轧，对如此获得的冷轧钢带进行退火以完成一次退火和脱碳，再用退火隔离剂对钢带加以涂覆并进行最终二次再结晶处理所需的装箱退火，所述方法的特征在于其为下述各步骤的有机结合：
(ⅰ)连铸具有下述组成的薄板坯：2-5.5wt％Si,0.05-0.4wt％Mn,＜250ppm S+5.04Se,30-130ppm N,0.05-0.35wt％Cu,15-300ppm C,200-400ppm Al，余者为铁和少量的杂质，所述薄板坯厚度为40-70mm，优选50-60mm，浇注速度为3-5米/分，浇注时钢的过热小于30℃，优选小于20℃，调整冷却速度以使完全凝固时间为30-100秒，优选为30-60秒，结晶器振动的振幅为1-10mm，振动频率为200-400周/分；
(ⅱ)对如此获得的板坯均匀化处理并热轧，之后，至少在钢带离开最后的轧台后5秒时钢带才开始冷却；
(ⅲ)将所述钢带直接送去冷轧，而无需通常的退火步骤；
(ⅳ)对钢带进行单步或如有必要进行带有中间退火的多步冷轧，其最后阶段的压缩比至少为80％；
(ⅴ)对所述的冷轧钢带进行连续退火，总的时间为100-350秒，温度为850-1050℃，退火气氛为PH2O/PH2介于0.3-0.7间的湿氮/氢气氛；
(ⅵ)用退火隔离剂涂敷所述钢带，将其卷取并在一种加热期间有着下述组成的气氛中将钢卷材加以装箱退火：900℃以下为混有至少30％VOL(体积)氮的氢气，1100-1200℃以下为混有至少40％VOL(体积)氮的氢气，于纯氢气氛中在该温度下保温。
2．根据权利要求1的方法，其中在热轧期间，对所述板坯轧制的初始温度为1000-1200℃，终轧温度为850-1050℃。
3．根据上述权利要求中任一项的方法，其中所述钢的碳含量为15-100ppm。
4．根据上述权利要求中任一项的方法，其中所述钢的铜含量为800-2000ppm。
5．根据上述权利要求中任一项的方法，其中对连铸参量加以选择，以使等轴与柱状晶粒之比为35-75％。
6．根据上述权利要求中任一项的方法，其中等轴与柱状晶粒之比高于50％。
7．根据上述权利要求中任一项的方法，其中等轴晶粒尺寸小于1.5mm。
8．根据上述权利要求中任一项的方法，其中第二相的平均尺寸小于0.06μm。
9．根据上述权利要求中任一项的方法，其中在脱碳退火期间，温度应保持在950℃以下，对随后的装箱退火气氛中的氮含量加以控制，以使扩散至钢带中的氮量低于50ppm。
10．根据权利要求1-8中任一项的方法，其中，在脱碳退火之后，于一种渗氮气氛中，900-1050℃间，对所述钢带进行连续处理。
11．根据权利要求10的方法，其中的渗氮气氛含有最多为10％VOL.(体积)的NH3,0.5-100g/m3的水蒸汽。
12．根据上述权利要求中任一项的方法，其中在最后的冷轧阶段，在至少两个轧制道次中的温度保持在至少200℃。
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