CN104726670A

CN104726670A - 一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法

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Publication number: CN104726670A
Application number: CN201310724665.2A
Authority: CN
Inventors: 蒋奇武; 游清雷; 金文旭; 张海利; 付勇军; 张静; 庞树芳; 贾志伟; 王晓达; 苏皓璐; 李莉; 李雪彦
Original assignee: Angang Steel Co Ltd
Current assignee: Angang Steel Co Ltd
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-12-23
Also published as: CN104726670B

Abstract

本发明公开一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法，包括铁水预处理→冶炼→LF炉外精炼→中薄板坯连铸连轧→常化酸洗→冷轧→脱碳退火及涂MgO→高温退火→热拉伸平整及涂绝缘层→重卷包装；钢的成分按重量百分比为C0.01～0.1，Si2.5～3.5，Mn0.05～0.20，P0.005～0.02，S0.005～0.03，Als0.005～0.02，N0.006～0.010，余量为Fe和不可避免杂质。热轧后工序综合成材率提高5%以上，磁感B8提高到1.88T以上，铁损P1.7降低至1.20W/kg以下。

Description

一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法

技术领域

本发明属钢铁冶金领域，涉及一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法。

背景技术

取向硅钢是晶粒的易磁化方向平行于轧向、含硅量3%左右的电工钢，以技术含量高、工艺复杂的特点被称为钢铁产品中的“艺术品”，是应用在电力、电子工业中重要的软磁合金之一。

普通磁感取向硅钢（GO钢）通用的制备方法为二次冷轧法，成分上以炼钢容易控制的五大元素进行设计，不添加其它合金元素，工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→常化酸洗→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→脱碳退火及涂MgO→高温退火→热拉伸平整及涂绝缘层→重卷包装。高磁感取向硅钢（HiB钢）通用的制造工艺为新日铁所研发的在成分中添加适量Cu、Sn、Sb等合金的一次冷轧法。二者的区别主要体现在成分中是否添加合金元素。二次冷轧法的生产方式虽然稳定，但很难得到高的磁感，又因生产工序长，成材率也很难达到较高的水平；常规一次冷轧法由于添加了其它合金元素，造成冶炼难度增大，成本增加，且不利于节约能源。

而连铸过程中，采用厚板坯进行生产时，需采用缓慢的冷却速度，这使铸坯中析出的第二相粒子发生聚集粗大，在热轧时需通过提高铸坯的加热温度，以保证第二相粒子的重新固溶，便于在热轧过程中的析出，以保证产品能够得到完善的二次再结晶组织。采用薄板坯时，由于采用漏斗形结晶器以及高的拉速生产，使铸坯表面易出现卷渣、夹渣等缺陷，影响了产品的磁性能。厚板坯生产需提高板坯的加热温度，而用薄板坯生产则易产生铸坯表面缺陷。

发明内容

本发明提供一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法，以减量化的成分设计（不加合金），采用中薄板坯连铸连轧（ASP）技术和一次冷轧法相结合，高效率的生产低成本高性能取向硅钢，在大幅度提高取向硅钢磁性能及成材率的同时，降低能源消耗。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

（1）成分设计

冶炼成分范围如表1所示。

表1化学成分(wt%)

C

Si

Mn

P

S

Als

N

Fe

0.01～0.1

2.5～3.5

0.05～0.20

0.005～0.02

0.005～0.03

0.005～0.02

0.006～0.010

余量

（2）工艺流程

铁水预处理→冶炼→LF炉外精炼→中薄板坯连铸连轧（ASP）→常化酸洗→冷轧→脱碳退火及涂MgO→高温退火→热拉伸平整及涂绝缘层→重卷包装

（3）工艺参数

1）冶炼连铸

铁水经预处理后，用转炉冶炼，LF炉精炼，采用中薄板坯连铸技术，拉坯速度为1.5-2.5m/min，连铸坯厚度为100-200mm，连铸时冷却速度提高，保证MnS和AlN等第二相粒子的析出尺寸细小，在后工序可提高抑制能力。

2）热轧

板坯采用热送热装，装炉温度控制在300℃以上，由于采用中薄板坯连铸技术，板坯厚度低在连铸过程中析出的MnS及AlN等有利的第二相尺寸小，在热轧的加热过程中可以更易回熔，从而可以降低热轧的加热温度。因此，本技术加热温度设置为1100-1250℃，粗轧采用3+1模式（即第一架粗轧机轧制3个道次，第二架粗轧机轧制1个道次），提高了每个道次的压下率，更容易产生大的剪切变形，而这种剪切变形对取向硅钢中的高斯织构产生和遗传有重要的作用。中间坯厚度为25-40mm，经热卷箱卷取后掉头，保证整卷以及头尾温度和组织的均匀性。入精轧温度≥1050℃，以保证在两相区进行精轧，为MnS和AlN的析出提供有利条件，热轧板厚度为1.8-2.5mm，卷取温度控制在550℃以下，使热轧时析出的第二相尺寸细小弥散，在后续工艺过程中起到良好的抑制作用。另外，由于采用中薄板坯的低温加热，热轧板无边裂，常化时减少了剪边尺寸，提高了常化工序的成材率。

3）常化

采用两段式常化处理，前段以4～9℃/s的速度快速升温至1100～1180℃，保温1-3min，后段在850-980℃下保温2-3min，再以8～12℃/s的速度进行急冷。为保证热轧精轧过程析出的细小MnS粒子不粗化，常化的保温时间不能过长。常化后进行急冷的目的是控制AlN的析出尺寸细小及弥散的分布状态，为高斯晶粒在后工序的遗传和二次再结晶提供强有力的抑制力。

4）冷轧

采用二十辊森吉米尔轧机进行冷轧，压下率为83～88%。控制较大的冷轧压下率，通过大的剪切变形使钢板在初次再结晶时形成位向更加准确的高斯晶核，并形成较强的{111}<112>织构，以有利于在高温退火过程中高斯晶粒的反常长大，形成位向准确的高斯织构，提高磁感。

5）脱碳退火及涂MgO

脱碳退火以15℃～25℃/s的升温速度，快速将钢板升温至750～890℃，并保温3～8min的退火工艺，水浴温度为45-75℃，保护气氛中N₂的体积比为70%～80%，其余为H₂。保证生产时炉内气氛中P_H2O/P_H2在0.2～0.6之间，从而使形成的氧化层中Fe₂SiO₄/SiO₂=0.1～0.5，可以保证高温退火形成良好的硅酸镁底层。采用快速的升温速度用以提高钢板的形核率，保证初次再结晶的晶粒尺寸细小，有利于使准确的高斯晶粒在高温退火时发生二次再结晶。

6）高温退火

在650℃到二次再结晶开始温度前采用30-50℃/h的快速升温，二次再结晶开始阶段采用7-15℃/h的缓慢升温。短时间达到二次再结晶温度，减少了第二相在二次再结晶开始前的熟化，使热轧和常化过程中所形成细小弥散的MnS和AlN更好的发挥抑制作用；二次再结晶开始时采用较慢的升温速度，使抑制剂的熟化速度降低，可使位向准确的高斯晶粒有充分的时间进行反常长大。

7）热拉伸平整

高温退火卷经热拉伸平整及涂绝缘层，再经过重卷包装入库。

本发明的成分设计仅采用C、Si、Mn、P、S、Als、N元素不添加其它合金元素；采用中薄板坯连铸连轧，提高连铸冷却速度，改善了原始的铸坯组织，铸坯中析出的MnS粒子更加细小，在降低热轧加热温度的同时又保证了二次再结晶所需的抑制能力，大大的节约了能源和提高产品的磁性能；省掉了中间退火和二次冷轧工序，提高了生产效率和成材率的同时节约了能源消耗，热轧后工序综合成材率提高5%以上；采用二段式常化工艺和一次大压下率冷轧法，将磁感B8提高到1.88T以上，铁损P1.7降低至1.20W/kg以下。

具体实施方式

1实施例1

1.1成分

冶炼一罐钢，化学成分见表2。

表2化学成分(wt%)

元素	C	Si	Mn	P	S	Als	N
								含量	0.03	2.9	0.08	0.005	0.02	0.01	0.006

1.2工艺

用LF炉进行炉外精炼，采用中薄板坯连铸连轧，拉速为1.6m/min，连铸坯厚度为120mm。板坯装炉温度为400℃，加热温度为1100℃，第一架粗轧机轧制3个道次，第二架粗轧机轧制1个道次，中间坯厚度为35mm，入精轧温度为1080℃，热轧板厚度为2.0mm，卷取温度为500℃。选取2卷钢（1#、2#），常化第一段以7℃/s升温至1120℃，保温2min；第二段为890℃保温2min，以10℃/s进行急冷；冷轧板厚度为0.30mm、压下率为85%；脱碳退火以18℃/s升温至800℃保温3min，水浴温度为50℃，保护气氛中N₂的体积比为73%，其余为H₂；高温退火二次再结晶开始前的升温速度为50℃/h，二次再结晶开始阶段采用10℃/h的升温速度；最终钢卷经热拉伸平整及涂绝缘层后进行成材率计算及磁性能检测。

1.3结果

（1）成材率

采用本发明制备的低成本高性能取向硅钢成材率见表3。

表3成材率（%）

工序	常化	冷轧	脱碳退火	高温退火	热拉伸平整	综合
							成材率	95	87	96	100	95	75.3

（2）磁性能

采用本发明制备的取向硅钢磁性能见表4。

表4磁性能

2对比例1

2.1成分

化学成分见表2。

2.2工艺

采用常规板坯，厚度为240mm，加热温度为1280℃，热轧板厚度为2.4mm。选取2卷钢（3#、4#），采用常规二次冷轧法。常化温度为1050℃，保温2min，水淬温度为55℃；一次冷轧压下率为72.1%，厚度为0.67mm；中间退火温度为880℃，保温4min，水浴温度45℃；二次冷轧压下率为55.2%，厚度为0.30mm；脱碳退火采用800℃保温3min，水浴温度为50℃；高温退火升温速度为20℃/h；最终钢卷经热拉伸平整及涂绝缘层后进行成材率计算及磁性能检测。

2.3结果

（1）成材率

采用常规板坯和二次冷轧法生产的取向硅钢成材率见表5。

表5各工序成材率（%）

工序	常化	一次冷轧	中间退火	二次冷轧	脱碳退火	高温退火	热拉伸平整	综合
									成材率	93	89	90	90	98	100	95	62.4

（2）磁性能

采用常规板坯和二次冷轧法生产的取向硅钢磁性能见6。

表6磁性能

3对比结果

（1）成材率

采用本发明方法和常规方法制备的取向硅钢热轧后各工序成材率见表7，可以看出采用本发明方式制备取向硅钢的成材率比传统的厚板坯和二次冷轧法提高了12.9%。

表7成材率及磁性能合格率

（2）磁性能

磁性能对比见表8。采用本发明生产的取向硅钢磁性能大大提高，铁损降低了一个牌号，磁感至少提高0.055T，均已达HiB120水平。

表8磁性能对比

4实施例2

4.1成分

化学成分见表9。

表9化学成分(wt%)

元素	C	Si	Mn	P	S	Als	N
								含量	0.05	3.4	0.20	0.018	0.010	0.02	0.010

4.2工艺

采用LF炉外精炼，执行中薄板坯连铸连轧工艺，连铸拉速为2.0m/min，连铸坯厚度为150mm，板坯装炉温度为350℃，热轧加热温度为1230℃，第一架粗轧机轧制3个道次，第二架粗轧机轧制1个道次，中间坯厚度为30mm，进精轧温度为1060℃，热轧板厚度为2.5mm；选取2卷原料（5#、6#），常化工艺前段以5℃/s的升温至1160℃保温1.5min，后段在920℃保温2min，再以12℃/s的速度急冷；冷轧板厚度为0.30mm，冷轧压下率为88%；脱碳退火以20℃/s升温至850℃保温5min，水浴温度为60℃，保护气氛中N₂的体积比为78%，其余为H₂；高温退火二次再结晶开始温度前的升温速度为30℃/h，二次再结晶开始阶段采用14℃/h的升温速度；最终钢卷经热拉伸平整及涂绝缘层后进行成材率计算及磁性能检测。

4.3结果

（1）成材率

采用本发明制备低成本高性能取向硅钢的成材率见表10。

表10成材率（%）

工序	常化	冷轧	脱碳退火	高温退火	热拉伸平整	综合
							成材率	94	92	98	100	95	80.5

（2）磁性能

表11为采用本发明制备的取向硅钢磁性能。

表11磁性能

5对比例2

5.1成分

化学成分见表9。

5.2工艺

板坯厚度为220mm，热轧加热温度为1300℃，热轧板厚度为2.4mm；选取2卷原料（7#、8#），采用常规的二次冷轧法。常化工艺为1150℃×2min，水淬温度为55℃；一次冷轧压下率为72.1%，厚度为0.67mm；中间退火工艺为880℃×4min，水浴温度45℃；二次冷轧压下率为55.2%，厚度为0.30mm；脱碳退火采用800℃×3min，水浴温度为50℃；高温退火升温速度为20℃/h；最终钢卷经热拉伸平整及涂绝缘层后进行成材率计算及磁性能检测。

5.3结果

（1）成材率

采用常规二次冷轧法生产的取向硅钢成材率见表12。

表12成材率（%）

工序	常化	一次冷轧	中间退火	二次冷轧	脱碳退火	高温退火	热拉伸平整	综合
									成材率	95.5	88.5	97.5	92	97	100	96	70

（2）磁性能

采用常规二次冷轧法生产的取向硅钢磁性能见表13。

表13磁性能

6对比结果

（1）成材率

采用本发明方法和常规方法制备的取向硅钢热轧后各工序成材率见表14，可以看出采用本发明方式的成材率比传统的二次冷轧法提高了10.5%。

表14成材率及磁性能合格率

（2）磁性能

磁性能对比见表15。采用本发明生产的取向硅钢磁性能大大提高，铁损降低了一个牌号，磁感至少提高0.06T，均已达HiB120水平。

表15磁性能对比

Claims

1.一种短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法，其特征在于：所述方法包括铁水预处理→冶炼→LF炉外精炼→中薄板坯连铸连轧→常化酸洗→冷轧→脱碳退火及涂MgO→高温退火→热拉伸平整及涂绝缘层→重卷包装；所述的中薄板坯连铸连轧，拉坯速度为1.5-2.5m/min，连铸坯厚度为100-200mm，板坯采用热送热装，装炉温度控制在300℃以上，加热温度为1100-1250℃，粗扎后中间坯厚度为25-40mm，经热卷箱卷取后掉头，入精轧温度≥1050℃，热轧板厚度为1.8-2.5mm，卷取温度控制在550℃以下；所述的常化采用两段式，前段以4～9℃/s的速度快速升温至1100～1180℃，常化保温1-3min，后段在850-980℃下保温2-3min，再以8～12℃/s的速度进行急冷；所述的冷轧压下率为83%～88%；所述的脱碳退火以15～25℃/s的升温速度，快速将钢板升温至750～890℃，并保温3～8min，水浴温度为45-75℃，保护气氛中N₂的体积比为70%～80%，其余为H2；所述的高温退火在650℃到二次再结晶开始温度前采用30-50℃/h的快速升温，二次再结晶开始阶段采用7-15℃/h的缓慢升温。

2.根据权利要求1所述的短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法，其特征在于：所述钢的成分按重量百分比为C0.01%～0.1%，Si2.5%～3.5%，Mn0.05%～0.20%，P0.005%～0.02%，S0.005%～0.03%，Als0.005%～0.02%，N0.006%～0.010%，余量为Fe和不可避免杂质。

3.根据权利要求1所述的短流程中薄板坯制备高磁感取向硅钢的方法，其特征在于：所述的粗轧为第一架粗轧机轧制3个道次，第二架粗轧机轧制1个道次。