CN1851023A

CN1851023A - 一种低碳高锰取向电工钢板及其制造方法

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Publication number: CN1851023A
Application number: CNA2006100190961A
Authority: CN
Inventors: 吴开明
Original assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE
Current assignee: Wuhan University of Science and Engineering WUSE; Wuhan University of Science and Technology WHUST
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2006-10-25
Anticipated expiration: 2026-05-18
Also published as: CN100436631C

Abstract

本发明涉及一种低碳高锰取向电工钢板及其制造方法。其技术方案是：将一种新钢种板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时；进行热轧，快速冷却和卷取；再按一次冷轧法轧制至板厚≤0.35mm；然后进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。该板坯的化学成分是：C为0.004～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、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。本发明具有加热温度和最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)、冷轧工艺简单、脱碳量小、成材率高的特点；所制造的厚板坯工艺低碳高锰一般取向电工钢板成本低、铁损低。

Description

一种低碳高锰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。尤其涉及一种低碳高锰取向电工钢板及其制造方法。

二、背景技术

现在工业上生产取向电工钢板有三种代表性技术：(1)以MnS为主要抑制剂的二次冷轧法；(2)以AlN+MnS为抑制剂，实施≥80％总压下率的一次冷轧法；(3)以MnS(和/或MnSe)+Sb为抑制剂的二次冷轧法。在上述三种技术中，为保证获得稳定的高磁性，必须使抑制剂完全固溶，必须在高温(1400℃左右)下加热板坯。

在取向电工钢生产工艺中，为了控制再结晶过程并获得一定的织构，抑制剂是必不可少的。传统的抑制剂以MnS、AlN为主，近年来，人们(李文达：冷轧取向电工钢片中的抑制相系，特殊钢，19(1998)，PP.1-7；T.Kubota，M.Fujikura，Y.Ushigami：Recent progress andfuture trend on grain-oriented silicon steel，Journal of Magnetism and Magnetic Materials，215-216(2000)，pp.69-73；N.Takahashi，Y.Suga，H.Kobayashi：Recent developments in orientedsilicon steel，Journal of Magnetism and Magnetic Materials，160(1996)，pp.98-101；S.Mishra，V.Kumar：Co-precipitation of copper-manganese sulphide in Fe-3％Si steel，Materials Science andEngineering B32(1995)，PP.177-184；朱文英：板坯低温加热工艺生产取向电工钢片，上海金属，23(2001)，pp.33-37)在研究板坯低温加热时，为保证抑制剂强度，加入了除MnS以外，还加入其他的析出物，如氮化物和晶界析出元素等来强化抑制剂。

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，在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 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。

取向电工钢的各制造厂家都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。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种加热温度低、最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)、一次冷轧工艺、铁损低、成材率高、脱碳量小、制造成本低的厚板坯工艺低碳高锰低硅一般取向电工钢板(≥1.85T)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：将一种新钢种板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时；进行热轧，快速冷却和卷取，快速冷却的冷却速度为10～200℃/秒；再按一次冷轧法轧制至板厚≤0.35mm；然后进行脱碳退火和初次再结晶，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。

这种新钢种板坯的化学成分是：C为0.004～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、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)，板坯厚度为150～300mm。

其中：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℃，轧制后驰豫时间为1～800秒，驰豫是指在温度基本不变的情况下保持一定时间。然后得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消了热轧带卷的常化退火。

一次冷轧法为总压下率≥80％，直接轧制到最终厚度。

脱碳退火和初次再结晶的温度为800～900℃，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1～60分钟。

高温退火为快速加热至400℃，再以10～100℃/小时的加热速度加热至650℃，然后以20℃/小时的加热速度加热至1100～1200℃，在1100～1200℃保温15～30小时，最后冷却；在400～1200℃的加热过程中采用的保护气氛为N₂ 25％+H₂ 75％，保温阶段用保护气氛为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化学成分，选择AlN和Nb(C，N)为抑制剂，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。使本发明具有加热温度和最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)、冷轧工艺简单、脱碳量小、成材率高、生产率高的特点，所制造的厚板坯工艺低碳高锰低硅一般取向电工钢板(≥1.85T)成本低、铁损低。具体表现在：

1、本发明采用AlN和Nb(C，N)为抑制剂，由于AlN和Nb(C，N)的固溶温度比MnS低，因此板坯的加热温度可降至1200～1320℃；

2、本发明新钢种中的Si较低(2.1～2.4％)、Mn较高(1.2～1.8％)，故可以改善铸坯、热轧带和冷轧带的塑性、减少边裂和断带，提高成材率；

3、本发明新钢种中的C低(0.008～0.03％)，可减少初次再结晶的脱碳量，提高生产率。

4、本发明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)；

5、本发明通过调整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，抑制一次晶粒长大，获得B₁₀≥1.85T的取向电工钢板的制造方法；

6、本发明采用AlN和Nb(C，N)为抑制剂，可以用较低的最终退火温度(1100～1200℃)，获得一般取向电工钢板；

7、本发明通过调整Si、Als、Nb、C、N、P的含量，以及调整热轧、冷轧和热处理的工艺参数，采用一次冷轧法，工艺简单。

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 一种低碳高锰取向电工钢板的制造方法

一种新钢种板坯，板坯厚度为150～300mm，其化学成分是，C为0.006wt％、Si为2.1wt％、Mn为1.6wt％、Als为0.03wt％、Nb为0.03wt％、N为0.0070wt％、P为0.013wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和NbN。

将该板坯加热至1270℃，保温3小时；再进行热轧，热轧工艺的最后3道次的压下率在15％，终轧温度为860℃，轧制后驰豫50秒，然后进行快速冷却，快速冷却的冷却速度为30℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消了热轧带卷的常化退火。热轧后快速冷却和卷取，快速冷却的冷却速度为10～200℃/秒；

再进行一次冷轧，总压下率≥85％，直接轧制到最终厚度。然后进行脱碳退火，脱碳退火温度在840℃在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为30℃，在炉时间为30分钟。

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℃/小时的加热速度加热至600℃，再以20℃/小时的加热速度加热至1120℃，在1120℃保温28小时，然后冷却。在400～1120℃的加热过程中采用保护气氛N₂ 25％+H₂ 75％，保温阶段用保护气氛为100％ H₂。

本实施例1采用一次冷轧工艺，省略了热轧板常化(退火)，加热温度低，最终高温退火温度低、成材率高、脱碳量小、生产率高；所制成的低碳高锰低硅一般取向电工钢板具有铁损低、制造成本低的特点。经测定，该板坯化学成分和成品磁性的结果如表1所示。

表1 板坯成分及成品磁性

板坯化学成分，wt％							磁性
板坯化学成分，wt％							磁性		C	Si	Mn	P	Als	Nb	N	B₁₀，T	W_17/50，W/kg
0.006	2.1	1.6	0.013	0.03	0.03	0.007	1.86	1.26	C	Si	Mn	P	Als	Nb	N	B₁₀，T	W_17/50，W/kg

实例2 一种低碳高锰取向电工钢板的制造方法

一种新钢种板坯，厚度为150～300mm，其化学成分是：C为0.010wt％、Si为2.3wt％、Mn为1.5wt％、Als为0.02wt％、Nb为0.06wt％、N为0.009wt％、P为0.013wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN、NbC和NbN。

将该板坯加热至1300℃，保温3小时；再进行热轧，热轧工艺的最后3道次的压下率在20％，终轧温度为1000℃，轧制后驰豫40秒；然后进行快速冷却和卷取，快速冷却的冷却速度为40℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。

再进行一次冷轧，总压下率≥82％，直接轧制到最终厚度。然后进行脱碳退火和初次再结晶，温度为830℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为35℃，在炉时间为30分钟。

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℃/小时的加热速度加热至1170℃，在1170℃保温25小时，然后冷却。在400～1170℃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采用一次冷轧工艺，省略了热轧板常化(退火)，加热温度和最终高温退火温度低、成材率高、脱碳量小、生产率高；所制成的低碳高锰低硅一般取向电工钢板具有铁损低、制造成本低的特点。经测定，该板坯化学成分和成品磁性的结果如表2所示。

表2 板坯成分及成品磁性

板坯化学成分，wt％							磁性
板坯化学成分，wt％							磁性		C0.010	Si2.3	Mn1.5	P0.013	Als0.02	Nb0.06	N0.009	B₁₀，T1.87	W_17/50，W/kg1.21

实例3 一种低碳高锰取向电工钢板的制造方法

一种新钢种板坯，厚度为150～300mm，其化学成分是：C为0.020wt％、Si为2.3wt％、Mn为1.5wt％、Als为0.015wt％、Nb为0.11wt％、N为0.011wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和NbC。

将该板坯加热至1260℃，保温3小时；进行热轧，热轧工艺的最后1道次的压下率在28％，终轧温度为980℃，轧制后驰豫45秒；然后进行快速冷却和卷取，快速冷却的冷却速度为50℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。

再进行一次冷轧，总压下率≥88％，直接轧制到最终厚度。然后进行脱碳退火，脱碳退火温度在880℃在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为35℃，在炉时间为24分钟。

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600℃，再以25℃/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采用一次冷轧工艺，省略了热轧板常化(退火)，加热温度和最终高温退火温度低、成材率高、脱碳量小、生产率高；所制成的低碳高锰低硅一般取向电工钢板具有铁损低、制造成本低的特点。经测定，该板坯化学成分和成品磁性的结果如表3所示。

表3 板坯成分及成品磁性

板坯化学成分，wt％							磁性
板坯化学成分，wt％							磁性		C0.020	Si2.3	Mn1.5	P0.014	Als0.015	Nb0.11	N0.011	B₁₀，T1.88	W_17/50，W/kg1.15

Claims

1、一种低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于板坯的化学成分是，C为0.004～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、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)；将钢板板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时；进行热轧，快速冷却和卷取；再按一次冷轧法轧制至板厚≤0.35mm；然后进行脱碳退火和初次再结晶，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所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。

3、根据权利要求1所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的热轧的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间为1～800秒。

4、根据权利要求1所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的快速冷却的冷却速度为10～200℃/秒。

5、根据权利要求1所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的一次冷轧法为总压下率≥80％，直接轧制到最终厚度。

6、根据权利要求1所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的脱碳退火和初次再结晶的温度为800～900℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间为1～60分钟。

7、根据权利要求1所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的高温退火为快速加热至400℃，再以10～100℃/小时的加热速度加热至600℃，然后以20～50℃/小时的加热速度加热至1100～1200℃，保温15～30小时，最后冷却；在400～1200℃的加热过程中采用的保护气氛为N₂25％+H₂75％，保温阶段用保护气氛为100％H₂。

8、根据权利要求1～7项中任一项所述的低碳高锰取向电工钢板的制造方法所制造的低碳高锰取向电工钢板。