CN1850430A - 一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法。其技术方案是：薄板坯工艺的厚度为50～120mm，板坯的化学成分是：C为0.030～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；先将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时；再进行热轧，快速冷却和卷取；然后按一次或者二次冷轧法，轧制至板厚≤0.30mm；再进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。本发明生产工艺简单、可省略热轧板常化、加热温度和最终高温退火温度低；所制造的薄板坯工艺取向电工钢板具有磁感高、铁损低的特点。

Description

一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法
一、技术领域：
本发明属于取向电工钢板技术领域。尤其涉及一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法。
二、背景技术
对于薄板坯连铸机，冷却强度大，冷却速度快。在快速凝固过程中析出的氧化物、硫化物和氮化物细小。后滕裕规等的实验研究表明(后滕裕规等：急速凝固时钢中氧化物的析出特性，铁と钢，1997，vol.83，No.12，p.61。周德光，傅杰，王中丙，李晶，许中波，柳得鲁，康永林，陈贵江，李烈军：CSP薄板坯的铸态组织特征，2002年薄板坯连铸连轧国际研讨会，广州，2002年12月。柳得鲁，陈南京，霍向东，王元立，傅杰，康永林：EAF-CSP工艺低碳钢中的纳米级沉淀粒子研究，2002年薄板坯连铸连轧国际研讨会，广州，2002年12月)，当快速凝固时时，氧化物、硫化物和氮化物尺寸细小。对于取向电工钢，希望析出的MnS和AlN等析出物细小和均匀，薄板坯连铸工艺对于取向电工钢的生产有利。
由于薄板坯铸态组织晶粒尺寸细小均匀、析出物细小均匀，靠近铸坯表面层和中心层的差别很小，偏析也少，因此，薄板坯工艺有利于生产取向电工钢(阿姆科的Conroll连铸-连轧厂的运行效果，《国际钢时代》中文版，1998年9月，p.8)。
另外，对于薄板坯连铸连轧工艺，由于连铸坯全部直接轧制，没有铸坯的冷却一再加热过程，可以充分利用铸坯的热量，大量节约能源，与传统的厚板坯工艺相比，可节约能源60％(谢泰丰，梁永林：不同流程连铸连轧工艺的综合经济比较与选择，轧钢，18(2001)，No.2，pp.25-27)。对于取向电工钢，不仅可以大量节约能源，还可避免连铸坯的冷却过程和再加热过程中可能出现的内部裂纹甚至断坯而造成的废品率增加。对于取向电工钢，由于铸坯的温度均匀性好，边裂减少(阿姆科的Conroll连铸-连轧厂的运行效果，《国际钢时代》中文版，1998年9月，p.8)。由此可见，薄板坯工艺与传统的厚板坯工艺相比，成材率提高。
目前，工业上采用板坯低温加热工艺的生产方法是以AlN为抑制剂，二次再结晶开始之前进行渗氮处理(Fortunati et al：Us patent，Patent No.Us 6296719B1，October 2，2001；原势二郎等：微合金化提高退火后磁感的取向电工钢的生产方法，武钢技术，35(1997)，第6期，pp.48-50)，或者以AlN为主抑制剂，以Cu2S和MnS为辅助抑制剂(Chol Gyu Seung etal：浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其手段就是向钢中渗氮，使之与钢中原有的元素结合，形成有抑制剂功能的AlN析出物。板坯低温加热工艺中所采用的抑制剂主要为AlN，因为AlN的固溶温度比MnS的要低，更适合实现低温加热。按AlN方案将板坯加热温度降到1150～1200℃时，为获得完整的二次再结晶组织、高磁性和好的玻璃膜，必须作相应的成分调整和工艺改进。新日铁研究的Hi-B新工艺(小松肇等：磁束密度の高い一方向性硅素钢板の制造方，Int.c：C21D8/12，日本公开特许公报，特公昭62240315.1987.02.21)的特点是：以AlN为抑制剂，板坯加热温度降到1150～1250℃，脱碳退火后在含NH3的H2+N2气氛中进行渗氮处理，采用一次冷轧法可生产0.18～0.50mm厚产品，且更易制成无玻璃膜的新产品。住友金属提出以AlN为抑制剂的低碳1.5％Mn2.2％si的取向电工钢工艺来降低板坯加热温度(何忠治编著，电工钢，北京：冶金工业出版社，1996，796，802-803，811-813，839-840；何忠治：电工钢的最近发展，金属功能材料，1997，4(6)：pp.243～245)。韩国浦项钢铁公司提出以AlN为主抑制剂，Cu2S和MnS为辅助抑制剂，板坯在1250～1320℃加热，生产一般取向电工钢及高磁感取向电工钢工艺(Chol Gyu Seung et al：浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其板坯成分为：C 0.035％～0.05％，Si2.9％～3.3％，P＜0.015％，Als 0.011％～0.017％，N 0.008％～0.012％，S＜0.007％，Ni和/或Cr 0.06％～0.08％，Mn 0.32％，Cu＜0.6％，且Mn/s≥20.0，Cu/Mn＞1.5。
工业生产取向电工钢一直采用的铸坯高温加热工艺，可以获得稳定的高磁性，但缺点是氧化渣多，烧损量可达5％，成材率低；要经常清理炉底，产量降低；燃料费用高；炉子寿命短；制造成本高；产品表面缺陷多。
取向电工钢的制造一直在试图降低铸坯的加热温度。新日铁和住友金属降低板坯加热温度的主要方法为以AlN为主抑制剂，进行渗氮处理，工艺环节多，技术复杂，难度高。韩国浦项钢铁公司以AlN为主抑制剂，Cu2S和MnS为辅助抑制剂的成分复杂、加热温度高、最终退火温度高。美国的薄板坯工艺以AlN为主抑制剂，以MnS/MnSe和Cu2S以及Sn为辅助抑制剂，成分复杂、需要高温常化(Fortunati et al：US patent，Patent No.Us 6296719B1，October 2，2001)。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种化学成分合理、制造成本低、可省略热轧板常化(退火)、加热温度和最终高温退火温度低、磁感高、铁损低、生产工艺简单的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：薄板坯工艺的厚度为50～120mm，板坯的化学成分是：C为0.030～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；先将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时；再进行热轧，快速冷却和卷取；然后按一次或者二次冷轧法，轧制至板厚≤0.30mm；再进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。
其中：薄板坯工艺是，板坯拉速为3～6m/min，钢水过热度为20～40℃，板坯的等轴晶率为30-80％。抑制剂Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
热轧工艺的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～1000秒，驰豫是指在温度基本不变的情况下保持一定时间。然后进行快速冷却，冷却速度为10～200℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
一冷轧法为一次冷轧大压下，总压下率≥80％，直接进行脱碳退火；二次冷轧法为第一次冷轧后进行中间退火，中间退火温度为800～1050℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为1～50℃，在炉时间为5～3000秒，第二次冷轧压下率为40～70％，二次冷轧法的中间厚度为0.50～0.90mm。
脱碳退火温度在900℃以下，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间小于1～60分钟；高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以15～50℃/小时速度加热至1100～1200℃，保温为15～30小时，然后冷却；在400～1200℃加热过程采用保护气氛N2 25％+H2 75％，保温阶段用保护气100％ H2。
由于采用上述技术方案，本发明通过合理设计取向电工钢的成分，选择AlN和Nb(C，N)为抑制剂，板坯在1200～1320℃温度范围加热，经热轧、冷轧及热处理，尤其是通过控制热轧各道次压下量和终轧温度以及热轧带弛豫和冷却得到均匀细小的析出物和组织。本发明在不增加新设备的情况下，即可制造出具有(110)(001)高取向度二次再结晶、磁感高、铁损低的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板。
本发明的钢种化学成分设计合理、生产工艺简单、可省略热轧板常化(退火)、加热温度和最终高温退火温度低。主要表现在：
1、由于薄板坯连铸机冷却强度大，冷却速度快，得到的组织比较细小，在快速凝固过程中析出的碳化物和氮化物均匀细小。同时由于薄板坯连铸坯没有冷却一再加热过程，与传统厚板坯工艺相比，抑制剂的固溶温度可以适当降低。
2、本发明由于采用由于AlN和Nb(C，N)作为抑制剂，它们的固溶温度比MnS低，因此可以把板坯加热温度降至1150～1300℃。
3、由于薄板坯连铸机冷却强度大，冷却速度快，在快速凝固过程中析出的碳化物和氮化物和氮化物均匀细小，再通过控制热轧各道次压下量、终轧温度、热轧带弛豫和快速冷却可以得到均匀细小的析出物和组织，因此省略热轧板常化退火(常化)。
4、通过调整Als、Nb、C、N的含量，以及通过控制热轧各道次压下量、终轧温度、热轧带弛豫和快速冷却得到均匀细小的析出物和组织，可以保证晶粒长大抑制剂强度，显著抑制一次晶粒长大，获得稳定磁性，确保磁性高于一般取向电工钢板水平，获得B10≥1.89T的高磁感取向电工钢，从而改进晶粒取向电工钢板的制造方法。
5、由于采用AlN和Nb(C，N)为抑制剂，可以采用较低的最终退火温度(1100～1200℃)，获得高磁感的取向电工钢。
四、具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述。
实例1  一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法
一种新钢种取向电工钢，板坯厚度为60mm，其化学成分是：C为0.035wt％、Si为3.12wt％、Als为0.02wt％、Nb为0.04wt％、N为0.0080wt％、P为0.013wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
板坯拉速为4.5m/min，钢水过热度为20～30℃，得到等轴晶率在55％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的保温温度为1190℃，保温2小时。再进行热轧，热轧轧至2.2mm；热轧工艺的最后3道次的压下率在15％，终轧温度为900℃，轧制后驰豫时间40秒。然后进行快速冷却和卷取，冷却速度为40℃/秒。得到析出物和组织都细小均匀的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
再采用二次冷轧法，一次冷轧至0.7mm，然后进行中间退火，中间退火温度为900℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25℃，在炉时间为600秒，第二次冷轧压下率为57％，轧至最终厚度为0.30mm。
然后进行脱碳退火，脱碳退火温度在880℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25℃，在炉时间小于0.8小时。
最后涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至650℃，再以20℃/小时速度加热至1180℃，在1180℃保温20小时，然后冷却。在400～1180℃加热过程采用保护气氛N2 25％+H2 75％，保温阶段用保护气100％ H2。
本实施例1的钢种化学成分设计合理、生产工艺简单、可省略热轧板常化(退火)、加热温度和最终高温退火温度低。本实施例1在不增加新设备的情况下，即可制造出具有(110)(001)高取向度二次再结晶、磁感高、铁损低产品质量提高的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板。经测定，板坯化学成分和成品磁性结果如表1所示：
表1  板坯成分及成品磁性
                           板坯化学成分，wt％               磁性
  C0.035   Si3.12   P0.013   Als0.02   Nb0.04   N0.0080   B10，T1.89   W17/50，W/kg1.21
实例2  一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法
一种新钢种取向电工钢板，板坯厚度为60mm，其化学成分是：C为0.045wt％、Si为3.18wt％、Als为0.01wt％、Nb为0.09wt％、N为0.010wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
铸坯拉速为4.3m/min，钢水过热度为20～30℃，得到等轴晶率在60％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的保温温度为1200℃，保温2小时。再进行热轧，快速冷却和卷取。热轧轧至2.2mm，热轧工艺的最后2道次的压下率在25％，终轧温度为950℃，轧制后驰豫时间60秒。然后进行快速冷却，冷却速度为40℃/秒。得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，本实施例取消热轧带卷的常化退火。
再用二次冷轧法进行冷轧，第一次冷轧至0.7mm，然后进行中间退火，中间退火温度为1000℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为45℃，在炉时间为900秒，第二次冷轧压下率为57％，轧至最终厚度为0.30mm。
然后进行脱碳退火，脱碳退火温度在890℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为35℃，在炉时间小于0.9小时。
最后涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至650℃，再以20℃/小时速度加热至1200℃，在1200℃保温20小时，然后冷却。在400～1200℃加热过程采用保护气氛N2 25％+H2 75％，保温阶段用保护气100％ H2。
本实施例2的钢种化学成分设计合理、生产工艺简单、可省略热轧板常化(退火)、加热温度和最终高温退火温度低。本实施例2在不增加新设备的情况下，即可制造出具有(110)(001)高取向度二次再结晶、磁感高、铁损低产品质量提高的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板。经测定，板坯化学成分和成品磁性结果如表2所示：
表2  板坯成分及成品磁性
                           板坯化学成分，wt％           磁性
  C0.045   Si3.18   P0.014   Als0.01   Nb0.09   N0.010   B10，T1.93   W17/50，W/kg1.01
实例3  一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法
一种新钢种取向电工钢板，板坯厚度为60mm，其化学成分是：C为0.040wt％、Si为3.15wt％、Als为0.03wt％、Nb为0.06wt％、N为0.0090wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
铸坯拉速为5.0m/min，钢水过热度为20～30℃，得到等轴晶率在65％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的保温温度为1210℃，保温2小时。再进行热轧，快速冷却和卷取；热轧轧至2.2mm，热轧工艺的最后3道次的压下率在20％，终轧温度为930℃，轧制后驰豫时间50秒，然后进行快速冷却，冷却速度为50℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，本实施例取消热轧带卷的常化退火。
然后利用一次冷轧法进行冷轧，直接冷轧至0.3mm。再进行脱碳退火，脱碳退火温度在890℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为45℃，在炉时间小于0.9小时；涂氧化镁隔离层后成卷。
最后进行高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至650℃，再以20℃/小时速度加热至1190℃，在1190℃保温20小时，然后冷却。在400～1190℃加热过程采用保护气氛N2 25％+H2 75％，保温阶段用保护气100％ H2。
本实施例3的钢种化学成分设计合理、生产工艺简单、可省略热轧板常化(退火)、加热温度和最终高温退火温度低。本实施例3在不增加新设备的情况下，即可制造出具有(110)(001)高取向度二次再结晶、磁感高、铁损低产品质量提高的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板。经测定，板坯化学成分和成品磁性结果如表3所示：
表3  板坯成分及成品磁性
                            板坯化学成分，wt％             磁性
  C0.040   Si3.15   P0.014   Als0.03   Nb0.06   N0.0090   B10，T1.92   W17/50，W/kg1.09

Claims (7)

1、一种薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于薄板坯工艺的厚度为50～120mm，板坯的化学成分是：C为0.030～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；先将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时；再进行热轧，快速冷却和卷取；然后按一次或者二次冷轧法，轧制至板厚≤0.30mm；再进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。
2、根据权利要求1所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的薄板坯工艺是，板坯拉速为3～6m/min，钢水过热度为20～40℃，板坯的等轴晶率为30-80％。
3、根据权利要求1所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的抑制剂Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
4、根据权利要求1所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的热轧工艺的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～600秒，然后进行快速冷却，冷却速度为10～200℃/秒。
5、根据权利要求1所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的一冷轧法为一次冷轧大压下，总压下率≥80％，直接进行脱碳退火；二次冷轧法为第一次冷轧后进行中间退火，中间退火温度为800～1050℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为1～50℃，在炉时间为5～3000秒，第二次冷轧压下率为40～70％，二次冷轧法的中间厚度为0.50～0.90mm。
6、根据权利要求1所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的脱碳退火温度在900℃以下，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间小于1～60分钟；高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以15～50℃/小时速度加热至1100～1200℃，保温为15～30小时，然后冷却；在400～1200℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气100％H2。
7、根据权利要求1～6项中任一项所述的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板的制造方法所制造的薄板坯工艺高磁感取向电工钢板。
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