CN1958812A - 一种生产取向硅钢的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生产取向硅钢的方法，普通取向硅钢板坯经过再加热，热轧，酸洗，冷轧，退火得到最终成品，其中在常规热轧之后立即喷水冷却到400℃～500℃；然后在此温度范围内进行一个道次或多个道次的轧制，总压下率为5～25％，将板坯轧至热轧最终厚度，然后喷水冷却到室温。本发明解决了现有技术能耗高、加热炉使用效率低、热轧板边裂大、生产性不好、成本高及板坯表面和心部的温差大等固有缺点，同时控制了最终二次再结晶的完善度，确保最终产品获得完善的高斯织构。本发明技术简单易行，可提高取向硅钢的磁性，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属制造领域，特别是涉及一种生产取向硅钢的方法。
背景技术
典型的取向硅钢生产方法如下：
用转炉(或电炉)炼钢，进行二次精炼及合金化，连铸成板坯，其基本化学成分为Si(2.5～4.5％)、C(0.01～0.10％)、Mn(0.03～0.1％)、S(0.012～0.050％)、Als(0.01～0.05％)、N(0.003～0.012％)，有的成分体系还含有Cu、Mo、Sb、B、Bi等元素中的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素；板坯在专用高温加热炉内加热到1350℃以上的温度，并进行30分钟以上的保温，使有利夹杂物充分固溶，以便在随后的热轧过程中在硅钢基体内析出细小、弥散的第二相质点，即抑制剂；典型的热轧生产过程中，一般采用六机架四辊连轧机进行六道次轧制到最终热轧板厚度，每道压下率递减，并增大冷却水量和提高冷却速度。普通取向硅钢的精轧开轧温度为1180℃左右，终轧温度为950℃，通过在这一温度范围内的六个道次的减薄，使板坯在此时发生动态再结晶。其中精轧机前三道次压下率＞40％，后三道压下率＜30％。热轧板常化(或不常化)后，进行酸洗，除去表面氧化铁皮；用一次冷轧或包括中间退火的两次以上冷轧法轧到成品厚度，进行脱碳退火和涂布以MgO为主要成分的退火隔离剂，把钢板中的[C]脱到不影响成品磁性的程度(一般应在30ppm以下)；高温退火过程中，钢板发生二次再结晶、Mg2SiO4底层形成及净化(除去钢中的S、N等对磁性有害的元素)等物理化学变化，获得取向度高、铁损低的取向硅钢；最后，经过涂布绝缘涂层和拉伸退火，得到商业应用形态的取向硅钢产品。
在取向硅钢的一般生产工艺过程中，热轧再加热工艺是利用煤气对加热炉中的板坯进行加热，达到1350℃以上，并进行30分钟以上的保温。这种加热方式存在板坯表面和心部的温差大的缺点。这样将导致有利夹杂固溶不充分、生产性差(边裂大)及易出现二次再结晶不完善等问题。
另外一种再加热工艺是先经煤气燃烧炉将板坯缓慢加热到约1250℃后，然后转入电磁感应加热炉以＞25℃/分钟的速度快速加热，使许多晶粒同时开始快速长大到彼此相碰，从而减少线晶。此方法的另外一个特点在于，由于加热速度快，降低高温在炉时间，可较好地解决了边裂问题，可将边裂减少到15mm以下，改善了取向硅钢的生产性，但不能完全消除边裂。
板坯的加热温度主要由以下两个因素所决定，其一是为了确保抑制剂的固溶以及热轧的轧制温度，一般要求加热温度高一些，这构成了温度下限；其二是为了防止板坯开裂与热轧卷边裂，通常要求加热温度低一些，这就构成了温度上限。传统的取向钢生产工艺中，为在热轧或热轧板的退火过程中形成细小、均匀的MnS等抑制剂，必须先将铸坯加热到1350～1390℃使铸坯中粗大的MnS析出物固溶。为克服高温加热技术带来晶粒尺寸不均等问题，开发了高温快速加热等取向硅钢再加热的方法，如日本特许公报平8-246055，平8-260054等所揭示的技术。但是这些方法都没有最终解决热轧板坯表面和心部温度相差很大的问题。
板坯的热轧过程主要由以下三个因素所决定，其一是为了促使MnS以细小弥散状更快和更均匀析出。这就要求开轧温度和终轧温度都要高一些；其二是为了在热轧过程中发生动态再结晶。这就要求轧制温度和轧制压下量有一定的配比关系。第三是为了使碳化物弥散分布，这就要求轧制之后快速冷却。典型的生产工艺中，采用六个道次的热精轧，将板坯轧至一定厚度(如2.3或2.5mm)，然后快速冷却。为了提高热轧效率及形成良好的热轧板组织，开发了例如热轧板一次退火，改变热轧道次之间停留时间，控制精轧终了温度和卷曲温度等取向硅钢热轧的方法，如日本特许公报平9-111347、平8-120344和平9-95736等所描述的技术。而所有这些专利都没有提到通过控制热轧织构来确保二次再结晶中产生完善高斯织构的方法。
发明内容
本发明的目的是解决传统高温板坯加热方法生产取向硅钢具有能耗高、加热炉使用效率低、热轧板边裂大、生产性不好、成本高及板坯表面和心部的温差大等固有缺点，以及由此产生的生产效率低且易出现二次再结晶不完善等问题。
为实现上述目的，本发明主要包括热轧步骤：
在热轧之后立即喷水冷却到400℃～500℃；然后在此温度范围内进行一个道次或多个道次的轧制，总压下率为5～25％，将板坯轧至热最轧终板厚度，然后喷水冷却到室温。
我们知道，再结晶织构的形成取决于再结晶晶粒的形核与长大过程的相对重要性。不同的再结晶工艺导致每一种晶体学取向的出现频率是不均匀的，即取向的体积百分含量不同。研究发现在再结晶过程中，图1中的{110}、{100}、{112}、{100}分别代表晶体的不同取向(织构)。可见，当再结晶驱动力相同时，{111}和{112}取向优先形核，而{100}取向则较难形核。
取向硅钢二次再结晶中{110}<001>高斯织构的发展至少在两个方面依赖于热轧组织特征：(1)热轧组织中应含有取向准确的高斯取向晶粒作为二次再结晶核心；(2)热轧组织中应含有较多的有利织构取向以益于高斯织构充分发展。这些有利织构取向通常包括{110}<001>，{111}<112>等织构。正如我们所知，热轧过程同时包括了变形，动态回复和动态再结晶过程。而变形过程和动态再结晶过程都对热轧织构的形成有重要的影响。由于热轧织构同时受到温度和压下量的影响，对于板坯表面和心部温度不一样的情况，热轧织构在板坯的不同层也表现出不同的织构类型。同时由织构转变机理也可知，在热轧过程中必须在板坯的各个层内都形成一定的{111}<112>取向的晶核，因为这些晶核承担着在二次再结晶过程中向{110}<001>取向转变的任务。如果这些晶核的数量不足，将影响最终的二次再结晶的完善程度。而又以在各个层出现的{111}<112>织构的强弱最为关键。因此该变形织构将是最终形成高斯织构的基础。所以作为调控织构变化的一种手段，综合考虑再加热制度和热轧工艺制度，在热轧过程中尽可能产生强的{111}<112>织构，并利用织构的遗传性，在随后的冷轧和退火过程中，调控各阶段的织构，并最终形成强的{110}<001>高斯织构，以提高磁性。
采用该工艺后，在热轧过程中能够同时出现较强的{110}<001>和{111}<112>织构，克服传统工艺中再加热与热轧之后{111}<112>织构普遍较弱的情况。本发明提供的这种热轧工艺可以有利于在热轧过程中提高{111}<112>织构，从而在二次再结晶后形成强的{110}<001>高斯织构。
在上述工艺的基础上，更佳的情况是，对再加热工艺步骤进行改进，使之与热轧工艺相辅相成，进一步提高产品质量。该再加热工艺为：
将普通取向硅钢板坯放入加热炉内，加热到1280℃～1310℃，并保温20～45分钟，以确保板坯表面和心部温差小于15℃。然后以5℃/分钟以上的速度将板坯快速升温到1350℃以上，再保温30分钟以上。
这种再加热工艺的优点在于板坯表面和心部温度差小，板坯表面和心部达到最佳的温度和变形条件。板坯中的柱状晶组织相对细小，有利夹杂固溶充分，成品磁性能好。
本发明通过上述方法，控制不同取向晶粒的形核速率，并达到在热轧过程产生大量{111}<112>取向晶核的目的，并最终控制最终二次再结晶的完善度，以获得完善的高斯织构。同时，降低板表面与心部温度的差，来消除板表面与心部组织的差别，对获得稳定、完善的二次再结晶成品组织非常有利，这使得本发明的方法与其它方法相比有很大的优越性。本发明此工艺实现技术简单易行，可提高取向硅钢的磁性，因而具有良好的应用前景。
附图说明
图1是一些低晶面指数再结晶晶粒的形核速率(N)与再结晶驱动力(D)之间的关系图。
具体实施方式
实施例1
用500kg真空炉炼钢，化学成分(Wt％)为C＝0.055，Si＝3.8，Als＝0.030，N＝0.008，Mn＝0.05，Sn＝0.005，Cu＝0.03，P＝0.01，S＝0.020。通过对此成分铸坯在不同工艺((A)利用煤气直接加热到固溶温度；B)本发明工艺)下，板坯表面和心部进行埋入热电偶进行温度测量，结果本发明引起的表面和中心温度差最小(表1)。
利用本发明工艺先将板坯分别加热到1280℃，1295℃和1310℃，然后在各个温度下保温20，30，45分钟，再以5，15℃/分钟的速度将板坯快速升温到1380℃，保温45分钟或升温到1350℃，保温30分钟。然后利用下面典型工艺进行实验直到最终成品：热粗轧至40mm，并利用通常6道次热精轧工艺将其轧至2.5mm；一次冷轧到0.85mm；880℃中间退火；二次冷轧到0.30mm；850℃，140s脱碳退火；最后MgO涂层，并在1200℃进行25h的高温退火，测量磁性，得到下表结果。
表1再加热工艺对实验板坯的影响
| 再加热条件 | 再加热最终温度，℃ | 再加热最终保温时间，分钟 | 到达再加热最终温度时表面和中心的温差，℃ | 二次再结晶不良率，％ | B8，T | P17/50，W/kg | |
| 煤气直接加热 | 1380 | 45 | 25 | 18 | 1.828 | 1.30 | |
| 1350 | 30 | 24 | 22 | 1.821 | 1.33 | ||
| 1280℃+20分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 15 | 10 | 1.830 | 1.29 |
| 1350 | 30 | 15 | 13 | 1.829 | 1.31 | ||
| 1280℃+20分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 12 | 7.5 | 1.831 | 1.25 |
| 1280℃+45分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 10 | 5 | 1.834 | 1.25 |
| 1280℃+45分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 8 | 4 | 1.835 | 1.23 |
| 1295℃+20分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 14 | 6 | 1.832 | 1.28 |
| 1295℃+20分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 13 | 5 | 1.837 | 1.22 |
| 1350 | 30 | 13 | 7 | 1.836 | 1.23 | ||
| 1295℃+30分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 11 | 4.5 | 1.841 | 1.26 |
| 1350 | 30 | 10 | 6 | 1.837 | 1.22 | ||
| 1295℃+30分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 8 | 3.5 | 1.844 | 1.22 |
| 1295℃+45分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 10 | 4 | 1.846 | 1.23 |
| 1295℃+45分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 7 | 2.5 | 1.847 | 1.20 |
| 1310℃+20分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 12 | 4 | 1.843 | 1.21 |
| 1310℃+20分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 9 | 2.5 | 1.847 | 1.21 |
| 1350 | 30 | 9 | 4 | 1.843 | 1.22 | ||
| 1310℃+30分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 9 | 2.5 | 1.850 | 1.23 |
| 1310℃+30分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 8 | 2 | 1.851 | 1.21 |
| 1310℃+45分钟 | 5℃/分钟 | 1380 | 45 | 7 | 2 | 1.851 | 1.20 |
| 1350 | 30 | 7 | 3 | 1.850 | 1.21 | ||
| 1310℃+45分钟 | 15℃/分钟 | 1380 | 45 | 5 | 2 | 1.852 | 1.19 |
| 1350 | 30 | 5 | 3 | 1.851 | 1.19 |
B8，T磁感，P17/50，w/kg铁损
试验结果标明，本发明的工艺通过降低板表面与心部温度的差，来消除板表面与心部组织的差别，对获得稳定、完善的二次再结晶成品组织非常有利，大大提高了产品的磁感，降低了铁损。使得本发明的方法与其它方法相比有很大的优越性。
实施例2
利用上述实验中冶炼的取向硅钢，及表1中的两种再加热温度时间制度(直接加热1380℃和先加热到1310℃，并保温45分钟，再以15℃/分钟加热到1380℃，将铸锭升温到1380℃，保温45分钟)。经过热粗轧至40mm。然后利用通常6道次热精轧工艺直接将热轧坯轧至2.5mm或在精轧六个道次之后立即喷水冷却到400℃，450℃和500℃；然后在此温度范围内进行1个道次或2个道次的轧制，总压下率为5～25％，将板坯轧至2.5mm，然后喷水冷却到室温。然后一次冷轧到0.85mm；880℃中间退火；二次冷轧到0.30mm；850℃，140s脱碳退火；最后MgO涂层，并在1200℃进行25h的高温退火并测量磁性得到表2结果。
表2再加热工艺+热轧组合实验结果
| 再加热工艺(再加热升温模式) | 回复区轧制 | 热轧织构分析(距表面1/4层取向密度) | 再结晶分析(二次再结晶不良率，％) | 磁性分析 | ||||
| 回复区轧制道次 | 压下率％ | 回复区轧制温度℃ | {111}<112> | {110}<001> | B8，T | P17/50，W/kg | ||
| A | 0 | 0 | 0 | 0 | 17.2 | 18 | 1.828 | 1.30 |
| 1 | 5 | 400 | 1.4 | 17.9 | 10 | 1.828 | 1.30 | |
| 2 | 5 | 400 | 1.5 | 18.5 | 8 | 1.829 | 1.31 | |
| 2 | 5 | 450 | 2.3 | 17.6 | 5 | 1.829 | 1.30 | |
| 2 | 5 | 500 | 2.7 | 14.2 | 2.5 | 1.831 | 1.29 | |
| 2 | 15 | 400 | 1.9 | 11.3 | 6 | 1.836 | 1.31 | |
| 2 | 15 | 450 | 2.7 | 16.3 | 5 | 1.841 | 1.29 | |
| 2 | 15 | 500 | 3.0 | 13.0 | 4 | 1.843 | 1.29 | |
| 2 | 25 | 400 | 2.2 | 14.2 | 5 | 1.839 | 1.29 | |
| 2 | 25 | 450 | 2.9 | 11.8 | 4 | 1.844 | 1.30 | |
| 1 | 25 | 500 | 3.1 | 15.2 | 2.5 | 1.847 | 1.29 | |
| 2 | 25 | 500 | 3.2 | 15.6 | 2 | 1.849 | 1.29 | |
| B | 0 | 0 | 0 | 1 | 18.1 | 2 | 1.852 | 1.19 |
| 1 | 5 | 400 | 2.0 | 18.7 | 1.9 | 1.852 | 1.20 | |
| 2 | 5 | 400 | 2.2 | 19.1 | 1.9 | 1.852 | 1.21 | |
| 2 | 5 | 450 | 2.4 | 16.1 | 1.9 | 1.852 | 1.19 | |
| 2 | 5 | 500 | 3.2 | 13.4 | 1.5 | 1.854 | 1.18 | |
| 2 | 15 | 400 | 3.1 | 13.5 | 1.8 | 1.853 | 1.18 | |
| 2 | 15 | 450 | 3.6 | 14.8 | 1 | 1.854 | 1.16 | |
| 2 | 15 | 500 | 4.2 | 15.1 | 0.5 | 1.856 | 1.17 | |
| 2 | 25 | 400 | 2.0 | 12.6 | 0.5 | 1.856 | 1.15 | |
| 2 | 25 | 450 | 4.8 | 11.5 | ＜0.5 | 1.857 | 1.15 | |
| 1 | 25 | 500 | 5.2 | 16.9 | ＜0.5 | 1.858 | 1.15 | |
| 2 | 25 | 500 | 5.4 | 17.2 | ＜0.5 | 1.858 | 1.14 |
A直接加热1380℃；
B先加热到1310℃，并保温45分钟，再以15℃/分钟加热到1380℃，将铸锭升温到1380℃，保温45分钟。
测试结果标明，本发明工艺通过在热轧过程产生大量{111}<112>取向晶核，并最终控制最终二次再结晶的完善度，以获得完善的高斯织构，大大提高了产品的磁感，降低了铁损。此工艺实现技术简单易行，生产性好、成本低，具有良好的应用前景。
Claims (3)
1.一种生产取向硅钢的方法，该方法包括将普通取向硅钢板坯经过再加热，热轧，酸洗，冷轧，退火得到取向硅钢产品的步骤，其特征在于：在热轧之后立即喷水冷却到400℃～500℃；然后在此温度范围内进行一个道次或多个道次的轧制，总压下率为5～25％，将板坯轧至热轧最终厚度，然后喷水冷却到室温。
2.根据权利要求1所述的生产取向硅钢的方法，其特征在于：在所述再加热步骤中，将板坯加热到1280℃～1310℃，保温20～45分钟，然后将板坯以5℃/分钟以上的速度升温到1350℃以上，再保温30分钟以上。
3.根据权利要求2所述的生产取向硅钢的方法，其特征在于：在将板坯加热到1280℃～1310℃，并保温20～45分钟后，板坯表面和心部温差小于15℃。
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