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CN111139407A - 一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法 - Google Patents

一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法 Download PDF

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CN111139407A CN202010136052.7A CN202010136052A CN111139407A CN 111139407 A CN111139407 A CN 111139407A CN 202010136052 A CN202010136052 A CN 202010136052A CN 111139407 A CN111139407 A CN 111139407A
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Abstract

本发明公开了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，包括：将铁水经炼钢、热轧、酸洗和一次冷轧后形成带钢，在所述带钢退火时进行渗氮处理后，再经二次冷轧包括高温退火、拉伸热平整退火和成品剪切含激光刻痕工艺，从而得到成品；所述铁水中sol.Al的成分为0.010～0.035％，C的成分为0.030～0.070％。本发明的生产工艺控制难度相对后天获得抑制剂法生产低，产品性能接近Hi‑B钢且部分产品具有高磁感。取得稳定易行便于控制的方法，合适优良性能产品的制造工艺，低成本和高性能的综合优势。

Description

一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法
技术领域
本发明涉及一种电工钢生产方法，尤其是一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法。
背景技术
取向硅钢按{110}<001>取向度和磁性能不同分为普通取向硅钢(ConventionalGrain-oriented Silicon Steel,CGO)和高磁感取向硅钢(High Magnetic InductionGrain-oriented Silicon Steel,Hi-B)两类。都追求低铁损、高磁感应强度、磁致伸缩小等电磁功能要求。
CGO和Hi-B性能比较
Figure BDA0002397363580000011
取向电工钢生产利用3％左右的Si-Fe合金在碳小于0.025％时在任何温度下加热都为单一α相而不发生相变，这利于二次再结晶发展高斯取向晶粒长大，获得良好电磁性能的钢板。工艺流程和参数控制的核心目标是利用在高温退火时通过二次再结晶过程形成良好的高斯{110}<001>位向织构，需要在初次再结晶组织中有足够强度的高斯取向晶粒作为二次再结晶的晶核，创造可促进高斯取向晶粒初次晶核异常长大的环境条件，如细小的初次结晶晶粒等，同时利用合适数量和尺寸的弥散分布的抑制剂(如ALN、MnS、Cu2S等)保持初次再结晶晶粒细小，并在高温退火950-1150℃抑制剂分解时去除晶粒生长的抑制，以钢板变形能和表面能为动力完成高斯取向晶粒的二次再结晶异常长大，得到良好电磁性能的产品。
抑制剂在取向硅钢生产中的作用极为关键。为使成品获得单一高斯织构并具有优良的磁性能，通常采用细小弥散的第二相质点及单元素溶质为抑制剂，通过钉扎作用与晶界偏聚作用，在二次再结晶开始前，保持初次再结晶晶粒细小，并使具有{110}<001>位向的初次晶粒(二次晶核)能在最终高温退火升温阶段吞并周围其它初次晶粒，发生二次再结晶而异常长大形成优良的高斯取向晶体结构。
目前，按抑制剂形成方式及板坯均热温度不同，工业生产技术分为先天固有抑制剂法高温板坯加热技术、先天固有抑制剂法中温板坯加热技术、后天获得抑制剂法低温板坯加热技术3种生产技术所采用的板坯均热温度分别1350-1400,1250-1300和1100-1200℃。
采用先天固有抑制剂法生产过程中，冶炼时便加入足够的抑制剂形成元素，板坯需通过高温或中温加热使凝固时析出的粗大析出相(AlN,MnS,MnSe,Cu 2S等)完全固溶或尽可能充分固溶，再于随后的热轧或常化过程中以细小弥散状重新析出，从而达到所需的抑制剂强度。
采用后天获得抑制剂法生产Hi-B钢过程中，冶炼时可调整钢中抑制剂形成元素的含量，板坯通过低温加热后不要求抑制剂固溶，但需要热轧板常化热处理，在最终高温退火之前必须对钢板进行渗氮处理，因此获得新的细小弥散状氮化物抑制剂以加强抑制能力。
目前工业化生产采用先天固有抑制剂法高温板坯加热技术的产品性能最好但能源消耗大成本高已经很少采用，后天获得抑制剂法生产Hi-B钢性能优异综合成本优良但工艺控制难度大，先天固有抑制剂法中温板坯加热技术产品性能低于后天获得抑制剂法生产Hi-B钢，但工艺控制相对容易生产易行稳定，综合成本低。
发明内容
应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为如权利要求所述的本公开提供进一步的解释。
针对上述问题，本发明使用易稳定运行控制的先天固有抑制剂为主，增加渗氮的后天获得抑制剂，形成复合稳定、足够使用的ALN为主的抑制剂能力，采用1300℃以下的中温板坯加热，普通加热炉设备就能生产。同时中间退火取得部分常化功能，取得低铁损高磁感，两次冷轧加退火降低了Hi-B钢冷轧困难，产品整体性能接近Hi-B钢水平，更加稳定易于生产，综合效益好。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，包括：
将铁水经炼钢、热轧、酸洗和一次冷轧后形成带钢，在所述带钢退火时进行渗氮处理后，再经二次冷轧包括高温退火、拉伸热平整退火和成品剪切含激光刻痕工艺，从而得到成品；
所述铁水中sol.Al的成分为0.010～0.035％，C的成分为0.030～0.070％。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述一次冷轧和所述高温退火的工艺之间，所述带钢进行中间脱碳退火，并同时进行渗氮，再进行二次冷轧和涂隔离剂。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述一次冷轧和所述高温退火的工艺之间，所述带钢进行中间退火，在二次冷轧时进行脱碳退火及渗氮涂隔离剂。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述铁水中加入先天抑制剂，所述先天抑制剂包括ALN、Cu2S、MnS、BN，在所述渗氮工艺中加入后天抑制剂。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述渗氮时的温度范围为700～900℃。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述热轧时的加热温度为1270～1290℃。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述二次冷轧的压下率范围为60～75％。
比较好的是，本发明进一步提供了一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述组分进一步包括：
Si：2.5～3.5％；Mn：0.05～0.45％；Cu:0.020～0.055％；S≤0.015％；S≤0.015％；N≤0.010％；Ni：0.02～0.15％；Cr：0.03～0.20％，其余为Fe和不可避免的不纯物。
本发明采用中温板坯加热技术，以先天固有抑制剂为主、后天获得抑制剂为辅助的复合抑制剂法，降低产品铁损。不需要热轧板常化处理，以二次冷轧中间退火取得部分常化温度范围取得产品高磁感。
本发明的生产工艺控制难度相对后天获得抑制剂法生产低，产品性能接近Hi-B钢且部分产品具有超高磁感。取得稳定易行便于控制的方法，合适优良性能产品的制造工艺，低成本和高性能的综合优势。
具体实施方式
本说明书公开了结合本发明特征的一或多个实施例。所公开的实施例仅仅例示本发明。本发明的范围不限于所公开的实施例。本发明由所附的权利要求是来限定。
说明书中引用的“一个实施例”、“一实施例”、“一示例性实施例”等等表明所述的实施例可以包括特殊特征、结构或特性，但所有实施例不必包含该特殊特征、结构或特性。此外，这些短语不必涉及相同的实施例。此外，在联系一实施例描述特殊特征、机构或特性时，就认为联系其他实施例(无论是否明确描述)实现这种特征、结构或特性在本领域的技术人员的知识范围之内。
此外，应理解，这里使用的空间描述(例如，之上、之下、上方、左边、右边、下方、顶部、底部、垂直、水平等等)仅用于说明的目的，且这里所描述的结构的实际实现方式可以是按任何定向或方式来在空间上排列。
本发明的生产方法详细说明如下：
按照如下化学成分组成板坯：
C：0.030～0.070％；Si：2.5～3.5％；Mn：0.05～0.45％；Cu:0.020～0.055％；S≤0.015％；sol.Al：0.010～0.035％；S≤0.015％；，N≤0.010％；Ni：0.02～0.15％；Cr：0.03～0.20％，其余为Fe和不可避免的不纯物。
具体的工艺流程包括：
上述板坯经炼铁---炼钢---热轧---酸洗---一次冷轧---退火(渗氮)---二次冷轧---涂隔离剂高温退火---拉伸热平整退火---成品剪切或激光刻痕。
在上述工艺中，板坯经1300℃以下的温度加热后热轧2.3～2.5mm，不经常化，酸洗后冷轧到0.6～1.5mm厚度，经800～850℃脱碳退火并经通入NH3渗氮处理，二次冷轧到成品厚度，然后涂布退火隔离剂和高温退火。
板坯在1300℃以下的温度加热，钢中的AlN，CuS等抑制剂元素处于完全固溶状态，但有一定量自由态的Al，通过在二次再结晶发生之前向钢中渗氮，形成辅助抑制剂。
该发明可以稳定地生产0.20～0.35mm规格的取向电磁钢板。
较佳实施例中，炼钢可由转炉或电炉冶炼，之后是真空脱气处理和连铸，连铸坯加电磁搅拌。热轧成热卷后酸洗，经过两次冷轧和中间退火渗氮后，得到0.18～0.35mm的钢带。
采用同样的上述板坯组成，工艺流程还有一种方式：上述板坯经1300℃以下的温度加热后热轧2.3～2.5mm，不经常化，经酸洗后冷轧到0.6～1.5mm厚度，经800～950℃中间退火，二次冷轧到成品厚度，经800～850℃脱碳退火并经通入NH3渗氮处理，然后涂布退火隔离剂和高温退火。
在本发明的工艺生产过程中，采用高锰成分，目的扩大γ相区，可以减少碳含量促进初次晶粒细小均匀，同时降低脱碳退火压力。如果提高C含量，可加大γ相，但也会加大中间脱碳退火压力。加铜的作用也是提高γ相，降低AIN的固溶温度，同时采用低S，1250～1300℃加热AIN可固溶，在热轧相变区冷却后析出细小均匀的ALN，形成主要的先天固溶ALN抑制剂。
其次，Al与N结合生成AlN，在一次再结晶完成之后，向钢中渗氮形成(Al·Si)N，因此要有一定量自由态的Al，渗氮后在高温退火阶段转化成ALN\SiN作为后天获得抑制剂作为补充辅助抑制剂。
第三，本发明的生产方法提高了sol.Al，目的得到高磁感低铁损，但过高的ALs会使成品磁性不均匀。
此外，Ni和Cr使初次晶粒更细小均匀，并扩大热轧温度范围。
加少量的B可以形成BN辅助抑制剂。
50-75％的二次冷轧压下率产生足够的变形能，取得成品的良好性能。中间退火温度在部分γ相变温度，目的使用ALN固溶和再析出。
实施例1本实施例的试验材料的成分如下表1：
表1：
Figure BDA0002397363580000081
工艺过程：
将上述成分的板坯分别轧制至2.3mm厚度的热轧板，经酸洗，二次冷轧至最终板厚，具体如表2所示。
表2：
Figure BDA0002397363580000082
冷轧后脱碳退火，工艺为830℃×330秒，气氛为湿保护气氛，紧接着是渗氮处理，工艺条件是800℃×60秒，气氛为H2+N2+NH3的混合气体，然后二次冷轧后涂布以MgO为主剂的隔离涂层，经1170～1190℃×24小时的高温退火，其结果如下所示。
Figure BDA0002397363580000091
在本发明的生产方法中，当取向电工钢板二次再结晶的晶粒长大过程是钢板表面层的高斯晶核向中心层吞食其它晶粒，并且贯穿表面。为了得到取向性优良的二次再结晶晶粒，最终冷轧压下率要在合适的范围内，产生的变形能要与有效抑制剂能力匹配，而且经脱碳退火后钢板表面层和中心层要有差异为好。因此，选择适宜的预冷轧压下率和最终冷轧压下率，匹配合适的有效抑制剂才能生产出磁性能优良的薄规格取向电磁钢板。
此例中，如果二次压下率大于75％，初次再结晶织构中{110}<001>位向的组分减少，二次再结晶不完善。
在渗氮过程中，作为先天固有抑制剂的ALN、CuS，由于长期大批量稳定的生产，控制情况稳定，利于后工序控制，这是稳定性大大优于后天获得抑制剂法的。本例采用先天固有抑制剂为主，后天获得抑制剂作为辅助补充，后工序基本不会产生无牌号性能作废产品。而且渗氮量多少波动对最终性能影响较小，易于生产控制。渗氮量的匹配是重点。
渗氮处理之前要调整好一次再结晶的晶粒度，使之达到一定尺寸范围才能获得磁性能优良的产品。
渗氮温度应在700～900℃之间，最好在800℃左右，一旦超过900℃，钢板的织构就会发生改变，使二次再结晶不良，渗氮时间没有特别的限定，在30～60秒内为宜。保护气氛为H2+N2中添加NH3，是低露点的干气氛。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (8)

1.一种优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，包括：
将铁水经炼钢、热轧、酸洗和一次冷轧后形成带钢，在所述带钢退火时进行渗氮处理后，再经二次冷轧包括高温退火、拉伸热平整退火和成品剪切含激光刻痕工艺，从而得到成品；
所述铁水中sol.Al的成分为0.010～0.035％，C的成分为0.030～0.070％。
2.根据权利要求1所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述一次冷轧和所述高温退火的工艺之间，所述带钢进行中间脱碳退火，并同时进行渗氮，再进行二次冷轧和涂隔离剂。
3.根据权利要求1所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述一次冷轧和所述高温退火的工艺之间，所述带钢进行中间退火，在二次冷轧时进行脱碳退火及渗氮涂隔离剂。
4.根据权利要求2或3所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
在所述铁水中加入先天抑制剂，所述先天抑制剂包括ALN、Cu2S、MnS、BN，在所述渗氮工艺中加入后天抑制剂。
5.根据权利要求4所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述渗氮时的温度范围为700～900℃。
6.根据权利要求5所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述热轧时的加热温度为1270～1290℃。
7.根据权利要求5所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述二次冷轧的压下率范围为60～75％。
8.根据权利要求6所述的优化的低铁损高磁感取向电工钢生产方法，其特征在于，
所述组分进一步包括：
Si：2.5～3.5％；Mn：0.05～0.45％；Cu:0.020～0.055％；S≤0.015％；S≤0.015％；N≤0.010％；Ni：0.02～0.15％；Cr：0.03～0.20％，其余为Fe和不可避免的不纯物。
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