CN101275201A - 一种取向电工钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取向电工钢及其制造方法，所述取向电工钢的化学成分的重量百分比为C 0.01～0.04，Si 1.0～1.8，Mn 0.15～0.20，S≤0.005，P≤0.02，Al≤0.006，N≤0.006，Cu 0.8～1.2，Ti≤0.005，其余为不可避免的杂质和Fe。制造该取向电工钢的方法为：冶炼浇铸成钢坯；热轧，钢坯在炉内的加热温度为1000～1200℃；冷轧；中间退火；二次再结晶退火，对轧到成品厚度的钢板进行连续式二次再结晶退火，退火温度为800℃～900℃，退火时间为40～60min；绝缘涂层及烘干。本方法实现了固溶温度低于1200℃的板坯低温加热技术和连续式二次再结晶退火技术，降低了生产成本，提高生产效率。

Description

一种取向电工钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及冷轧取向电工钢板制造工艺，特别属于以固溶温度低于1200℃的板坯低温加热技术，以及连续式二次再结晶退火技术实现的取向电工钢及其制造方法。

背景技术

传统取向电工钢的基本化学成分为：C0.01～0.10％，Si2.5～4.5％，Mn0.03～0.1％，S0.012～0.050％，Als0.01～0.05％，N0.003～0.012％，有的成分体系还含有Cu、Mo、Sb、Cr、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；

现有技术生产取向电工钢一般采用板坯高温加热的方法，具体步骤如下：

用转炉(或电炉)炼钢，进行二次精炼及合金化，连铸成板坯，板坯在专用高温加热炉内加热到1400℃左右的温度，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电工钢基体内析出细小、弥散的第二相质点，即抑制剂；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、铁损低的取向电工钢；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电工钢产品。

该方法具有以下缺点：

(1)抑制剂从炼钢开始就形成，并在其后的各工序都发挥作用，必须对它进行控制与调整；

(2)板坯内的柱状晶发达，晶界氧化，导致边裂严重，后工序生产性差；

(3)必须使用专用的高温加热炉对板坯高温加热，加热温度高达1400℃，为传统加热炉的温度极限，轧线温降的控制也达到了现有热轧技术的极限。同时，由于高温加热，板坯表面融渣严重，对加热炉必须频繁修补，导致炉子的作业率低下，维护费用高；

(4)板坯的厚度一般为200~250mm，为了加热均匀，必须长时间加热，所以能耗较高，进而导致热轧卷的边裂大，致使冷轧工序生产困难，成材率低，成本高。

(5)必须进行长时间(约150小时)的高温罩式退火，退火时材料成卷状，钢卷内外受热不均匀，且钢卷长时间加热产生严重的蠕变，形成所谓的“大象脚”，进而导致钢卷表面质量及板形差，性能不均匀等缺陷，严重影响产品的成材率。

由于传统的高温板坯加热工艺存在固有的缺陷，为了改进工艺，在生产实践和研究工作中，人们逐渐探索出一些改进传统工艺的新生产方法，现简述如下：

(1)中温取向电工钢生产方法

俄罗斯的新利佩茨克冶金厂、VIZ等厂采用中温取向电工钢生产技术，板坯加热温度1250～1300℃，化学成分中含较高的Cu(0.4～0.7％)，以AlN和Cu为抑制剂。该方法的抑制剂与高温法类似，也是一种先天性的抑制剂。但可以完全避免高温加热带来的边裂问题，缺点是只能生产一般取向电工钢，不能生产高磁感取向电工钢；产品的板形和底层质量也较差。

(2)不含抑制剂成分的制造方法

使材料高度纯化，将Se、S、N、O的含量分别减少至30ppm，从而排除了Se、S、N、O等偏析带来的影响，使高能晶界与其他晶界在移动速度方面差别明显化，且晶界移动速度随材料高度纯化而加大。

下面对以上提到的两种方法进行详细比较。

中温取向电工钢生产方法采用以AlN为主、Cu的化合物为辅的抑制工艺方案，板坯加热温度为1250～1300℃，采用两次冷轧，一次冷轧后脱碳退火，二次冷轧后涂MgO、进行高温退火，涂绝缘涂层。与传统工艺相比，该工艺有如下特点：

(a)在成分上采用较高的Cu(约0.5％)，容易形成γ相，有助于降低AlN的固溶温度；另外，Cu形成平衡态固溶温度为1200～1250℃的CuxS(MnS为1315～1320℃)使板坯加热温度降低，约1250～1300℃。同时采用与之相应的低的板坯进精轧机温度(＜1050℃)，以取得细小、弥散的AlN和Cu化物，热轧板不进行常化处理。对于低S的成分(＜0.01％，新利佩茨克)，形成含Cu的弥散相(Cu₂Si和CuMnO₄)，起辅助抑制剂的作用。

(b)仍然采用二次冷轧法工艺，在中间厚度脱碳退火，而在第二次冷轧不经再结晶退火、直接进行涂MgO的高温退火。这种工艺是对Armco工艺的简化，有利于降低成本。

(c)采用较厚板坯(250mm)，板坯增厚，减少了烧损，提高热轧加热炉生产率。

对于上述第二种方法，在专利CN02131893和专利CN99125153.9中分别进行了详细介绍。专利CN02131893发现，使用不含抑制剂成分的原材料制造取向电工钢的情况下，通过在残留0.005～0.025％C的状态下实现最终退火(二次再结晶退火)，提高磁感强度。脱碳退火后，在非氧化性或低氧化性气氛中进行高温连续退火或高温箱式退火，可大幅提高磁性；另外，在上述二次再结晶退火过程中，通过向后半的高温区域中导入氢气，可同时实现脱碳退火。

专利CN99125153.9提供了一种不使用抑制剂和表面能的作用，而使原材料高度纯化，特别是将Se、S、N、O的含量分别减少至30ppm，按照特定条件使再结晶后高斯织构高度发达的取向电工钢制造方法。存在于钢板中的Al、Se等元素容易在晶界，特别是结构杂乱的高能量晶界偏析。对于(Al，Si)N、(Mn，Cu)_xS等不能细小弥散析出的情况，Se、S、N的偏析效果比由析出物引起的取向选择机构产生更大的影响，结果可认为高能晶界与其他晶界在移动速度方面没有什么差别。

如果使原材料高度纯化，从而排除了Se、S、N、O等的影响，使高能晶界与其他晶界在移动速度方面差别明显化，且晶界移动速度随材料高度纯化而加大，因此可认为即使在无抑制剂成分的高纯度成分体系中，也可以在再结晶结束的晶粒成长过程中使高斯晶粒优先成长。

为便于比较，上述取向钢技术的化学成分范围列于下表：

发明内容

本发明的目的是通过提供一种取向电工钢及其制造方法，解决高温板坯加热技术的固有缺陷，在取向电工钢的制造工艺方面实现固溶温度低于1200℃的板坯低温加热技术和连续式二次再结晶退火技术，从而降低生产成本，提高生产效率。

本发明实现上述目的的技术方案为：提供一种取向电工钢，其化学成分重量百分比为：C 0.01～0.04，Si 1.0～1.8，Mn 0.15～0.20，S≤0.005，P≤0.02，Al≤0.006，N≤0.006，Cu 0.8～1.2，Ti≤0.005，其余为不可避免的杂质和Fe。

该电工钢化学成份中主要元素的作用如下：

a)碳

碳是扩大γ相区元素，其主要作用是在热轧过程中，使钢中含有一定量的γ相，通过 $\mathrm{\γ}\↔\mathrm{\α}$ 相变细化组织，并使之沿板厚方向呈现出特定的组织梯度，即板中心晶粒组织细小；板表面附近晶粒粗大，易于使二次再结晶完善。但C含量过高，脱碳退火过程变得困难，因此设定C0.01～0.04(重量百分比)。

b)硅

含量在Si1.0～1.8(重量百分比)，硅显著提高电阻率，减少涡流损耗，降低铁损。但如果Si含量过高，回复和再结晶温度提高，使析出的抑制剂粗大，抑制力降低，二次再结晶困难。优选的，设定Si含量在1.0～1.8(重量百分比)之间，可降低铁损、同时保证可制造性。

c)锰

主要作用是使初次再结晶晶粒细小均匀，促进二次再结晶发展。含量在0.15～0.20(重量百分比)。

d)硫

含量≤0.005(重量百分比)，硫主要与Mn、Cu一起形成(Mn，Cu)xS。S含量过低，冶炼困难；S含量过高，将影响Cu的析出形态，另外，二次再结晶退火时需要漫长的高温净化时间。优选的，设定S的含量≤0.003。

e)酸溶铝(Alsol.)和氮(N)：在钢中含有适量的Alsol.和N对稳定磁性很必要，即[％Alsol.]＝0.001～0.006，[％N]＝0.0015～0.0055时，板坯加热温度降低，磁性稳定。优选的，设定Alsol.≤0.0045％以及N含量在0.0015～0.0040(重量百分比)之间。

f)铜

含量在0.8～1.2(重量百分比)，加Cu可以增加γ相含量，可适当降低C含量，提高热轧板及初次再结晶退火后的{110}<001>位向晶粒，减少{100}<001>位向晶粒，促进二次再结晶；Cu除与S析出(Cu，Mn)xS或CuxS粒子外，还大量弥散析出ε-Cu相。ε-Cu相在晶界上的稳定性可使一次再结晶生长受到限制，起到了抑制的作用，提高成品磁性。Cu含量过低，ε-Cu相析出少，抑制效果不明显；但含量超过2％将降低钢的电阻率，影响铁损，因此本发明中将Cu含量控制在0.8～1.2(重量百分比)之间。优选设定Cu含量在0.9～1.0％之间。

g)钛

Ti及Nb、V等细化晶粒元素由于会形成稳定的碳、氮化物，难以在后步工艺中去除而影响成品的磁性能；因此其含量应该限制在0.005％以下，Ti的优选范围为Ti≤0.002％。

本发明制造上述取向电工钢的方法包含以下步骤：

1)冶炼浇铸成钢坯；

2)热轧，钢坯在炉内的加热温度为1000～1200℃；

3)冷轧；

4)中间退火；

5)二次再结晶退火

对轧到成品厚度的钢板进行连续式二次再结晶退火：退火温度为800℃～900℃，退火时间为40～60min；

6)绝缘涂层及烘干。

所述步骤2)中加热后保温1～2h，小于1200℃开轧，800℃以上的温度终轧，轧成2.0～2.5mm厚度的热轧板，轧后层流冷却或空冷，600℃以下温度卷取。

所述步骤3)中热轧板不进行常化而直接冷轧，用带中间退火的二次以上冷轧法轧到成品板厚度，最终压下率在55～65％。

所述步骤4)中以20～30℃/sec的速度升温，在600～700℃下保温至少5min，保护气中H₂为5～10％，其余为N₂，露点为40～50℃，以大于5℃/sec的速度冷却。

所述步骤5)中保护气中H2为70～80％，其余为N2，露点为30～40℃，以小于3℃/sec的速度冷却。

所述步骤6)中涂液按以下配方配制：300ml Mg(H₂PO₄)₂、290ml胶体SiO₂、22.5g CrO₃、3.40g粉末SiO₂、130ml H₂O，进行绝缘涂层并在750℃下烘烤、干燥。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1.本发明由于采用连续式二次再结晶退火，极大地简化了取向电工钢的制造工艺，提高了生产效率。

2.第二次冷轧后采用直接进行连续式二次再结晶退火的方式，可获得位向准确的GOSS晶核，获得较高的磁感。

3.采用绝缘涂层而不采用玻璃膜底层的方式，提高了加工性能。

具体实施方式

实施例1：

用500kg真空炉炼钢，浇铸形成钢坯的化学成分如表1所示。将上述钢坯加热至1200℃、保温1小时进行热轧，终轧温度为850～870℃，轧后层流冷却，500～520℃卷取，形成厚度2.5mm的带钢。上述带钢经酸洗后冷轧到0.76mm，进行中间退火：以20℃/sec.的速度升温，700℃×5min.，5％H₂+95％N₂，D.P＝40℃，以大于5℃/sec.的速度冷却。将钢带冷轧至0.30mm厚度，直接进行连续式二次再结晶退火：850℃×60min，75％H₂+25％N₂，D.P＝40℃，以小于3℃/sec.的速度冷却。此后进行涂绝缘层，测量铁损值P_17/50和磁感强度值B₈，测量结果也列于表1。

表1化学成分及相应的磁性值

编号	C(％)	Si(％)	Mn(％)	S(％)	P(％)	Cu(％)	Alsol.(％)	N(％)	Ti(％)	P17/50(W/kg)	B8(T)
												1	0.03	1.15	0.20	0.004	0.020	0.80	0.0030	0.0030	0.002	1.35	1.860
2	0.04	1.00	0.16	0.002	0.015	1.20	0.0050	0.0025	0.003	1.32	1.865
												3	0.02	1.35	0.15	0.005	0.020	1.00	0.0040	0.0015	0.001	1.31	1.878
4	0.01	1.20	0.20	0.003	0.015	0.90	0.0060	0.0020	0.005	1.33	1.865
												5	0.02	1.80	0.17	0.004	0.020	1.15	0.0030	0.0030	0.004	1.30	1.870

P_17/50为铁损值；B₈为磁感值

实施例2：

用500kg真空炉炼钢，采用表1中3的化学成分浇铸形成钢坯，将钢坯加热至1170℃、保温1.5h进行热轧，终轧温度为870℃，厚度2.5mm，轧后层流冷却，500℃卷取。带钢经酸洗后冷轧到0.76mm，进行中间退火：以20℃/sec.的速度升温，700℃×5min.，5％H₂+95％N₂，D.P＝40℃，以6℃/sec.的速度冷却。将带钢冷轧至0.30mm厚度，直接进行不同条件下的连续式二次再结晶退火，此后进行涂绝缘层，测量磁性能。连续式二次再结晶退火条件及磁性能测量结果比较列于表2。

表2实验钢连续式二次再结晶退火条件与磁性能

实施例3：

用500kg真空炉炼钢，采用表1中的2、3化学成分和表3所示的热轧条件。带钢一次冷轧到0.76mm，中间退火条件如表4，进行直接进行连续式二次再结晶退火：850℃×60min，75％H₂+25％N₂，D.P＝40℃，以3℃/sec.的速度冷却。此后进行涂绝缘层，测量磁性能。交叉实验结果如表5所示。

表3实验钢热轧条件            单位℃

	加热温度	终轧温度	卷取温度	厚度(mm)
					G	1000	900	500	2.0
H	1200	850	520	2.5

表4实验钢中间退火条件

	升温速度℃/s	加热温度℃	加热时间min	气氛          露点℃
					I	20	600	4	5％H2+95％N2  40
J	30	700	5	5％H2+95％N2  50

表5实验结果

	B8(T)	P17/50(W/kg)
			2GI	1.861	1.38
2GJ	1.862	1.38
			3HI	1.853	1.46
3HJ	1.855	1.41
			3EH	1.850	1.48

Claims (8)

1. 一种取向电工钢，其特征在于化学成分重量百分比为：

C 0.01～0.04，Si 1.0～1.8，Mn 0.15～0.20，S≤0.005，P≤0.02，Al≤0.006，N≤0.006，Cu 0.8～1.2，Ti≤0.005，其余为不可避免的杂质和Fe。

2. 如权利要求1所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

1)冶炼浇铸成钢坯；

2)热轧；

3)冷轧；

4)中间退火；

5)二次再结晶退火；

6)绝缘涂层及烘干。

3. 如权利要求2所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，钢坯在炉内的加热到1000～1200℃。

4. 如权利要求3所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤2)中，加热后保温1～2h，小于1200℃开轧，800℃以上的温度终轧，轧成2.0～2.5mm厚度的热轧板，轧后层流冷却或空冷，600℃以下温度卷取。

5. 如权利要求2或3所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中热轧板不进行常化而直接冷轧，用带中间退火的二次以上冷轧法轧到成品板厚度，最终压下率在55～65％。

6. 如权利要求2或3所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤4)中以20～30℃/sec的速度升温，在600～700℃下保温至少5min，保护气中H₂为5～10％，其余为N₂，露点为40～50℃，以大于5℃/sec的速度冷却。

7. 如权利要求2或3所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤5)中对轧到成品厚度的钢板进行连续式二次再结晶退火：退火温度为800℃～900℃，退火时间为40～60min。

8. 如权利要求7所述的取向电工钢的制造方法，其特征在于：所述步骤5)中保护气中H₂为70～80％，其余为N₂，露点为30～40℃，以小于3℃/sec的速度冷却。