CN103302104B - 热轧硅钢的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热轧硅钢的制造方法，包括：对硅钢板坯的加热工序、粗轧工序和精轧工序，所述加热工序在加热炉内进行，加热炉分为预热段、加热段和均热段，其特征在于，预热段满足下述式(1)，其中，VTp：预热段升温速率，单位：℃/min，t：板坯在加热炉内的总加热时间，t＝180～240min，TC：板坯入炉初始温度，单位：℃；均热段满足下述式(2-1)或(2-2)，当硅钢中的硅含量≥1.5重量％时，满足-10℃≤TS≤30℃(2-1)当硅钢中的硅含量＜1.5重量％时，满足10℃≤Ts≤80℃(2-2)其中，TS：均热段升温量，即整个板坯刚出炉的温度与加热段末的温度差，单位：℃；加热段升温量满足下述式(3)：加热段升温量＝(整个板坯刚出炉的温度-均热段升温量)-预热段末温度(3)。

Description

热轧硅钢的制造方法
技术领域
本发明涉及热轧硅钢的制造方法，具体地，涉及热轧硅钢制造中的硅钢边部质量缺陷的改善方法。
背景技术
在热轧硅钢生产过程中，应力集中和温度变化剧烈的硅钢边部，易在轧制过程中产生各种缺陷，从而影响硅钢的整体质量，降低产品的成材率，进而降低生产效益。其中，边部线状缺陷是热轧硅钢常见的边部缺陷之一。有研究表明，板坯边角部在轧制过程中始终处于低温和高应力应变状态，平轧时轧辊对轧件向内的摩擦力造成角部金属受到强烈的拉应力作用并最终流动到轧件上表面，随着平轧后道次的进行，新生成的边界推动着原始的边界向远离板坯边部方向移动，而同时强烈的拉应力状态有可能诱发“黑线”缺陷的产生。
目前，已有各种改善上述边部缺陷的报道。例如，专利文献1公布了一种连铸结晶器，通过将结晶器短板侧壁设置成圆弧形，四个角设置成圆角，获得弧形圆角的铸坯侧面，使板坯在热轧过程中不出现棱角翻边，避免边角部分的过快冷却来消除纵向条状黑线、翘皮缺陷。专利文献2公布了通过控制硅钢粗轧、精轧时的板坯表面与一定深度位置的温度梯度来获得良好硅钢表面质量的方法。文献3使用孔型辊和凸形压力调宽机(SSP)模块对板坯侧面进行凹形成形来避免缺陷的产生，具有一定的缺点：孔型辊容易产生严重的划伤，凸形SSP模块造成压下不稳定从而导致轧制不稳定。文献4、5是通过数值模拟计算的方式研究粗轧时板坯边角部金属在立一平轧制过程中的基本流动规律，对不同立辊形状对轧件边角部金属流动的影响规律作了计算。但该研究结果没有经过生产验证，且同样是属于粗轧立辊压下的改进方法。文献6是为了消除其生产过程中的机械损伤而对粗轧机立辊进行了改进设计和改造。另外，生产实践中也有人尝试对所使用的压力调宽机(SSP)模块进行改造，以对板坯侧面进行凹形成形，但由于凸面SSP模块在轧制时与板坯接触不稳定，造成两侧金属流动不对称，在其后的粗轧过程中板形控制困难。
但，至目前为止的文献中，均是研究粗轧立辊和轧件形状对缺陷距边部距离(边距)的模拟计算和实际改进，目前尚无通过改变轧件温度，特别是改变轧件横断面温度分布来消除、改善缺陷的报道。
现有技术文献：
1.中国实用新型专利ZL200720067413.7
2.美国专利US5572892A
3.山口晴生，草场芳昭，山田建夫.不锈钢钢板边缘裂纹缺陷控制技术.国外钢铁，1996(12)：48-52.
4.Xiong Shangwu，J.M.C.Rodrigues，P.A.F.Martins.Threedimensional modelling of thevertical-horizontal rolling process[J]，Finite Elements in Analysis and Design，2003，39：1023-1037.
5.Xiong Shangwu，Liu Xianghua，Wang Guodong，et al.Three-dimensionalthermo-mechanical finite element simulation of the vertical-horizontal rolling process[J].Journalof Materials Processing Technology.2001，11：89-97.
6.高文芳，颜正国，宋平，饶克伟，陈方武，孔勇江.荫罩框架钢冷轧薄板边部线状缺陷研究[J]，炼钢，2003，19(1).
发明内容
鉴于上述技术问题，本发明人进行了反复大量的试验，发现，在热轧硅钢的制造方法中，通过改变加热工序，可以很好地降低硅钢边部的缺陷发生率，进而，改***轧工序可以进一步降低硅钢边部的缺陷发生率。发明人基于上述发现，完成了本发明。
即，本发明旨在提供一种热轧硅钢的制造方法，通过改变加热工序和粗轧工序，达到改善硅钢边部缺陷的目的，通过本发明的制造方法，能够生产具有良好表面质量的热轧硅钢。
具体地，本发明的技术方案如下：
1.一种热轧硅钢的制造方法，包括：对硅钢板坯的加热工序、粗轧工序和精轧工序，所述加热工序在加热炉内进行，加热炉分为预热段、加热段和均热段，
其特征在于，
预热段满足下述式(1)，
其中，VTp：预热段升温速率，单位：℃/min，
t：板坯在加热炉内的总加热时间，t＝180～240min，
TC：板坯入炉初始温度，单位：℃；
均热段满足下述式(2-1)或(2-2)，
当硅钢中的硅含量≥1.5重量％时，满足-10℃≤TS≤30℃    (2-1)
当硅钢中的硅含量＜1.5重量％时，满足10℃≤Ts≤80℃     (2-2)
其中，TS：均热段升温量，即整个板坯刚出炉的温度与加热段末的温度差，单位：℃；
加热段升温量满足下述式(3)：
加热段升温量＝(整个板坯刚出炉的温度-均热段升温量)-预热段末温度(3)
所述预热段是指从入炉处起至距离该入炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述均热段是指从出炉处起至距离该出炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述加热段是指预热段与均热段之间的部分。
2.根据(1)所述的热轧硅钢的制造方法，在所述粗轧工序中，使用1-6道次立辊侧压。
3.根据(2)所述的热轧硅钢的制造方法，所述立辊侧压的每次压下量为10-40cm。
4.根据(2)所述的热轧硅钢的制造方法，粗轧使用3-8道次水平压下，累计压下率70-90％。
5.根据(2)所述的热轧硅钢的制造方法，自整个板坯刚出炉至粗轧末道次轧制完毕的时间不超过360秒。
6.根据(2)所述的热轧硅钢的制造方法，在粗轧工序中使用压力调宽机，压力调宽机的侧压量在10～180cm的范围内。
发明效果
根据本发明的热轧硅钢的制造方法，能够降低热轧硅钢制造中的边部缺陷发生率，从而能够生产具有良好表面质量的热轧硅钢。
附图说明
图1表示板坯粗轧边角部金属流动规律。
图2表示本发明的加热工序获得的铸坯断面温度分布。
图3表示通过本发明的加热方法获得的粗轧后的具有凹形侧面的中间坯。
图4、图5是显示热轧硅钢边部线状裂纹缺陷的照片(图4为在线检测照片，图5为实物照片)。
图6表示通过本发明的加热方法制造出的硅钢边部照片。
图7是热轧硅钢的制造过程示意图。
具体实施方式
热轧硅钢的制造方法主要包括硅钢板坯的加热工序、粗轧工序和精轧工序，进而，还可以根据需要通过卷取工序将其卷起制成硅钢卷，即硅钢热卷。
发明人根据生产实际测温、观察、模拟计算，得出结论，对于热轧硅钢，边部缺陷的产生是因为在粗轧的水平轧制和立辊轧制过程中，板坯侧面上下棱边部分别翻转至上下表面而形成(如图1所示)。对于不同钢种，棱边翻转至表面后，有4种可能的形成机理。
原因(1)
对于热导率低、塑性差的钢种：板坯棱边受空冷影响最大，温度最低，经轧制翻转到硅钢表面后形成缺陷。由于棱边温度低，翻转后与周围组织变形抗力不一致，因而在轧制延展时产生裂纹，且在随后的轧制中不能焊合，形成沿轧制方向的缺陷。
原因(2)
对于γ-α相变温度较高的钢种：板坯棱边部金属在粗轧时处于两相区，由于铁素体的变形应力比奥氏体相低1/4，变形集中在铁素体相，在后续的轧制过程中易造成局部变形增加，导致铁素体相最终断裂而形成缺陷。
原因(3)
易发生过烧钢种：板坯棱边、侧面因过烧而形成缺陷遗留在钢板表面边部成为边部线状缺陷。
原因(4)
铁皮难去除的钢种：板坯棱边氧化层难以去除而遗留在钢板表面边部成为边部线状缺陷。
本发明中，改善热轧硅钢边部质量，仅涉及加热工序和粗轧工序，对于精轧工序没有特别限制，使用目前的热轧硅钢的制造方法中的精轧工序即可。
以下对本发明所涉及的各个工序进行详细说明。
1.加热工序
加热工序在加热炉内进行，对于加热炉没有特别限定，可以使用热轧硅钢中常用的步进梁式加热炉，烧嘴类型可以是常规烧嘴或蓄热式烧嘴。
热轧硅钢的加热炉一般分为三个段：预热段、加热段和均热段。但某些新式热轧加热炉没有严格的上述分段(比如脉冲式加热炉)，本发明中所述的各段按以下原则定义：
所述预热段是指从入炉处起至距离该入炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述均热段是指从出炉处起至距离该出炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述加热段是指预热段与均热段之间的部分。
现有的加热制度的加热特点是预热段温度较低而加热段温度高，同时均热段温度和出炉温度相当，以使板坯在加热段吸收的热量继续向芯部传导，达到板坯横断面温度均匀化的目的。但使用这种加热制度生产的特定钢种的硅钢的边部线状缺陷发生率很高，严重的可达80％以上，往往需要通过切边来去除缺陷。
本发明中，对加热工序的要求如下：
(1)提高均热段温度
目的是为了获得图2所示的板坯横断面温度分布，即获得较高的板坯表面温度，特别是获得了较高的板坯棱边部温度。其目的有3个。
①消除因上述原因(1)而产生的缺陷：较高的板坯棱边部(温度)提高了其在粗轧时的塑形，降低了翻边后的棱边与其周边结构的延展性差异，降低缺陷程度或避免了缺陷的产生。
②消除因上述原因(2)而产生的缺陷：由于板坯棱边部在加热时获得了较高的温度，粗轧过程中处于相变点以上(或到粗轧最后道次时才发生相变)，避免了由于相变而产生缺陷。
③粗轧时表面横向延展大，减少缺陷距离边部距离：上下表面由于温度高而具有较小的变形抗力，轧制时获得较大延展，减少了棱边部翻边至表面的边距。该结果已经为实际生产所证实，图3就是加热工艺调整后获得的粗轧后的具有凹形侧面的中间坯。
因此，在本发明中，均热段满足下述式(2-1)或(2-2)，
当硅钢中的硅含量≥1.5重量％时，满足-10℃≤TS≤30℃    (2-1)
当硅钢中的硅含量＜1.5重量％时，满足10℃≤Ts≤80℃     (2-2)
其中，TS表示均热段升温量，即整个板坯出炉时的温度与整个板坯在加热段末的温度的差，单位：℃。
通过提高均热段温度，可以消除由于上述原因(1)、(2)而产生的缺陷。
(2)提高预热段温度
在本发明中，提高预热段温度是由于在后述的加热段中降低了温度，为保证同样生产节奏，不增加板坯在炉时间，必须提高其它段的加热温度才可以弥补因加热段温度降低对板坯吸热的影响。
因此，预热段满足下述式(1)，
其中，VTp：预热段升温速率，单位：℃/min，
t：板坯在加热炉内的总加热时间，t＝180～240min，
TC：板坯入炉初始温度，单位：℃；
(3)降低加热段温度
降低加热段温度可以防止板坯棱边部过烧，避免因上述原因(3)而产生的线状缺陷；同时由于加热温度高时氧化过程加快，氧化物的成分也随温度的升高而改变，出炉时易形成层状铁皮，难以去除，因此降低加热段温度还可以避免由于上述原因(4)而产生的边部线状缺陷。
但实际上，加热段由于在炉时间不同、出炉温度不同，因此炉气温度设定不做具体要求，可以根据预热段温度与均热段升温量来确定。
由于本技术已经对预热段和均热段加热方法进行了限定，因此加热段温度根据实际生产时确定，具体而言：加热段板坯升温量满足下述式(3)：
加热段板坯升温量＝(出炉温度-均热段升温量)-预热段末温度(3)
其中：
所述出炉温度是指整个板坯刚出炉时的温度，也即板坯加热的目标温度；
所述均热段升温量如前所述，是指整个板坯刚出炉的温度与整个板坯在加热段末的温度的差，单位：℃；
所述预热段末温度是指整个板坯刚离开预热段时的温度。
根据以上计算的加热段升温量，结合实际生产节奏(板坯在炉内行进速度)设定加热段炉气温度。
2.粗轧工序
本发明中，对粗轧工序中的各个术语定义如下：
侧压量是指板坯收到宽度方向上的变形力而导致的实际宽度减小量。变形力可以来自立辊，也可以来自压力调宽机。
立辊侧压是指立辊对板坯的实际压下量，即板坯经立辊后的减宽量；
每次压下量是指板坯每次经过立辊轧制后的减宽量；
水平压下是指板坯在受到水平辊的压力而产生变形。
累计压下率是指板坯轧制终了出口厚度与轧制开始入口厚度的百分比。
SSP的侧压量是指板坯经过SSP压下后的减宽量；
本发明中，可以使用现有的热轧硅钢制造方法中常用的粗轧设备进行粗轧工序。粗轧设备可以使用两辊轧机或四辊轧机。
关于粗轧工序中各个参数的设定，可以参照目前通用的参数。但是，如果将粗轧工序中的部分参数设定如下，可以进一步消除热轧硅钢的边部缺陷发生率。
(1)侧压量
本发明中，使用1-6道次立辊侧压，每次压下量为10-40cm，优选3道次立辊侧压，每次压下量为30cm；
(2)水平压下
本发明中，使用3-8道次水平辊压下，累计压下率为70-90％。
(3)除鳞水
为防止表面温降过大，板坯自加热炉抽出至中间辊道，粗轧区域使用水道次数不多于4道。
(4)粗轧时间
为防止表面温降过大，粗轧应快速生产，自整个板坯刚出炉至粗轧末道次轧制完毕的时间不超过360秒。
(5)压力调宽机(SSP)
根据需要，在粗轧工序中也可以使用SSP。使用凹面轮廓的SSP模块有助于缩小边部缺陷距边部距离，因此可以减少后工序的切边量，从而提高成材率。若使用SSP，其侧压量要求在10-180cm的范围。
3.精轧工序
本发明的热轧硅钢的制造方法中，改善热轧硅钢边部质量并不涉及精轧工序的改进，因此对于精轧工序没有特别限制，使用目前热轧硅钢的制造方法中常用的精轧设备即可，一般为5-7机架4辊轧机。
4.卷取工序
根据需要，还可以将本发明的热轧硅钢卷起制成热轧硅钢卷，即硅钢热卷。
实施例
以下，结合实施例和比较例详细说明本发明的技术方案，但本发明并不局限于这些实施例。
生产中使用的原材料和设备如下所示：
板坯材料：本发明使用宝山钢铁股份有限公司生产的不同硅含量的硅钢板坯，也可以使用市售品。
加热炉：步进梁式加热炉，蓄热烧嘴；
压力调宽机(SSP)：含入口侧导板、出入口夹送辊、压紧辊的调宽机；
粗轧设备：双机架，第1机架为两辊轧机，无立辊，第二机架为可逆轧制的四辊轧机，含立辊；
精轧设备：7机架四辊轧机；
实施例1～5
硅钢板坯A(硅含量为2.1重量％)依次经过如下工序制造热轧硅钢。
(1)加热工序
按照表1所示的加热条件，分别将实施例1～5的板坯投入加热炉中，依次经过预热段、加热段和均热段三个阶段的加热工序后出炉。
(2)粗轧工序
按照表1所示，设定侧压量、水平压下量、除鳞水步骤中的粗轧区域使用水道次数、以及粗轧时间，将完成加热工序后的硅钢板坯送入粗轧设备进行粗轧工序。
实施例5中使用了压力调宽机，实施例1～4不使用压力调宽机。
(3)精轧工序
将粗轧后的板坯送入精轧设备进行精轧工序。
参数设定如下：
穿带速度9-11m/s，目标厚度为2.0-2.6mm。
然后，对获得的各热轧硅钢分别进行边部缺陷发生率的评价。
使用带钢表面质量在线检测仪对热轧硅钢上下表面全长范围进行全覆盖式拍照，然后通过人工检查上下表面两侧4个部位全长范围的表面质量，以距离边部15mm为标准，以上范围出现连续5米，或超出10个边部线状缺陷即为该热轧硅钢不合格。试验时生产多卷带钢，则：
缺陷发生率＝不合格硅钢数量/硅钢生产卷数×％
表1：
由表1可知，加热工序和粗轧工序都按照本发明的方法制造的实施例1～5，边部缺陷发生率均在3.0％以下。
实施例6～10
使用实施例1～5中的硅钢板坯A(硅含量为2.1重量％)，除了粗轧工序按照表2所示进行之外，其余都与实施例1～5同样地制造实施例6～10的硅钢。
采用与实施例1～5同样的评价方法，对实施例6～10的硅钢进行边部缺陷发生率的评价。
表2：
由表2可知，加热工序使用本发明的方法而粗轧工序仍然使用现有技术制造的实施例6～10，边部缺陷发生率为3.5％-5.0％，略高于加热工序和粗轧工序都按照本发明的方法制造的实施例1～5的硅钢。
实施例11～15
使用硅含量为0.5重量％的硅钢板坯B，除了加热工序采用表3所示之外，其余都和实施例1～5同样，制造实施例11～15的硅钢，并按照与实施例1～5同样的方法评价边部缺陷发生率。
表3：
由表3可知，对于硅含量为0.5重量％的硅钢板坯，按照本发明的加热方法和粗轧方法，同样能够将边部缺陷发生率控制在较低的水平。
比较例1～5
比较例1～3采用硅钢板坯A(硅含量为2.1重量％)、比较例4～5采用硅钢板坯B(硅含量为0.5重量％)，比较例1～5分别按照表4所示的参数依次进行加热工序和粗轧工序，除此之外，与实施例1～5一样，制造比较例1～5的硅钢，并按照与实施例1～5同样的方法评价边部缺陷发生率。
表4：
由表4可知，按照目前的制造方法生产的热轧硅钢，即比较例1～5，边部缺陷发生率分别为11％、8％、7％、8％、6％，明显大于本发明的实施例1～15的热轧硅钢的边部缺陷发生率。
由上述实施例1～15以及比较例1～5可知，制造热轧硅钢时，使用本发明的加热工序可以明显地降低边部缺陷发生率，同时采用本发明的加热工序和粗轧工序可以更好地降低边部缺陷发生率。
因此，理想的是同时采用本发明的加热工序和粗轧工序。
工业实用性
本发明的制造方法可以有效降低热轧硅钢的边部缺陷，能够生产出具有良好表面质量的热轧硅钢，因此，可广泛应用于硅钢热卷的生产。

Claims (6)

1.一种热轧硅钢的制造方法，包括：对硅钢板坯的加热工序、粗轧工序和精轧工序，所述加热工序在加热炉内进行，加热炉分为预热段、加热段和均热段，
其特征在于，
预热段满足下述式(1)，
其中，VTp：预热段升温速率，单位：℃/min，
t：板坯在加热炉内的总加热时间，t＝180～240min，
TC：板坯入炉初始温度，单位：℃；
均热段满足下述式(2-1)或(2-2)，
当硅钢中的硅含量≥1.5重量％时，满足-10℃≤TS≤30℃ (2-1)
当硅钢中的硅含量＜1.5重量％时，满足10℃≤Ts≤80℃  (2-2)
其中，TS：均热段升温量，即整个板坯刚出炉的温度与加热段末的温度差，单位：℃；
加热段升温量满足下述式(3)：
加热段升温量＝(整个板坯刚出炉的温度-均热段升温量)-预热段末温度(3)
所述预热段是指从入炉处起至距离该入炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述均热段是指从出炉处起至距离该出炉处1/6～1/3炉长的距离；
所述加热段是指预热段与均热段之间的部分。
2.根据权利要求1所述的热轧硅钢的制造方法，在所述粗轧工序中，使用1-6道次立辊侧压。
3.根据权利要求2所述的热轧硅钢的制造方法，所述立辊侧压的每次压下量为10-40cm。
4.根据权利要求2所述的热轧硅钢的制造方法，粗轧使用3-8道次水平压下，累计压下率70-90％。
5.根据权利要求2所述的热轧硅钢的制造方法，自整个板坯刚出炉至粗轧末道次轧制完毕的时间不超过360秒。
6.根据权利要求2所述的热轧硅钢的制造方法，在粗轧工序中使用压力调宽机，压力调宽机的侧压量在10～180cm的范围内。
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