CN103695791B - 一种高磁感取向硅钢及生产方法 - Google Patents

Abstract

一种高磁感取向硅钢，其组分及wt%为：C：0.055%～0.095%、Si：2.95%～3.25%、Mn：0.050%～0.090%、P：≤0.01%、S：0.010～0.025%、N：0.006%～0.010%、Cr：0.05%～0.5%、Als：0.020%～0.030%、Bi：0.002%～0.1%，Se：0.01%～0.06%、Sb：0.01%～0.06%；生产步骤：将铸坯加热；热轧；常化处理；采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法常规轧制至成品厚度；脱碳退火；涂布以氧化镁为主要成分的隔离剂；采用二次保温的高温退火：退火温度在800～1100℃时保温5～20个小时；温度在1170～1220℃时保温5～25个小时，并在全氢气氛下进行；拉伸及平整退火；在钢板表面涂布绝缘层。本发明通过单独添加或复合添加Sb、Se及Bi晶界偏聚元素，提高了取向硅钢的磁感应强度B₈₀₀不低于1.95T，且磁性稳定。

Description

一种高磁感取向硅钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种取向硅钢及其生产方法，具体地属于一种高磁感取向硅钢及生产方法。

背景技术

取向硅钢是广泛用于制作变压器的铁心材料，铁心作为变压器的主要组成部分之一，其性能的好坏将直接影响到变压器能否经济可靠地运行。磁感应强度高、铁损低是取向硅钢最重要的特性。磁感应强度代表材料的磁化能力，钢板的磁感应强度越高，铁芯的激磁电流（即空载电流）越低，铜损和铁损都降低，可节省电能。同时高磁感取向硅钢片磁致伸缩低，可以大大降低变压器的噪音，减少环境污染。

为了进一步提高取向硅钢磁感应强度，目前国内外有关高磁感取向硅钢的研究众多，已有很多这方面的发明专利。

经检索：日本专利特开2000-144249专利文献所公开的一种“皮膜及磁性优良的取向硅钢生产方法”，其炼钢时添加了Se、Sb、Ni，热轧加热温度为1430℃，并采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法，脱碳退火时，控制750℃前及到达均热温度前的升温速度，及室温～750℃的升温速度：5～50℃/s，750℃～840℃的升温速度：0.2～50℃/s，控制分压比0.20～0.60之间，高温退火时以25℃/h的速度升温到1150℃，1200℃保温5小时，可得到皮膜及磁性优良的取向硅钢0.30mm，B₈₀₀：1.955，P_1.7/50：0.93w/kg。其特点虽在板宽方向及长度方向均无缺陷，附着性均匀，硅酸镁皮膜优良，且磁性优良，但此方法中热轧加热温度太高，而且由于要控制脱碳退火过程中的升温速度，势必对生产效率有所影响。

日本专利特开2001-47194专利文献，其公开了一种“铁损极低的高磁感取向电工钢板的生产方法”。该文献为复合添加Bi、Cr，生产含Bi：0.005%～0.05%的皮膜优良的高磁感取向电工钢方法，控制连铸时中包内的溶钢温度与液相线温度差ΔT在10℃以上以使Bi均匀分散，稳定得到良好位向的二次再结晶。由于Bi抑制氧化反应，改变了脱碳退火板所形成的SiO₂膜，添加Cr来消除Bi的氧化抑制效果。板坯在感应炉中1400℃温度下加热后热轧到2.6mm，在1150℃温度下常化，采用25℃/s急冷方式，酸洗、200℃时效轧制到0.35mm，高温退火时氮气保护气氛中以30℃/s速度升温到850℃，850℃开始到1050℃，在25%N₂+75H₂保护气氛中以12.5℃/s速度升温，再以25℃/h的速度升温到1200℃，1200℃保温8小时，B₈₀₀：1.98T，P_1.7/50：1.04w/kg。在添加Bi的同时不使皮膜恶化，最大限度改善磁性，稳定生产铁损及磁感极优的取向电工钢的生产方法。此方法中需控制高温退火中从室温升温到850℃时的升温速度为30℃/s，势必对生产效率有所影响。

日本专利号为JP2003293103的文献,对添加Bi的板坯在加热炉内加热至1230℃，保温60分钟后，在感应炉中加热到1400℃，保温30分钟后进行热轧至2.5mm厚。900℃常化，进行一次冷轧，经1000℃中间退火，冷轧至0.23mm厚度；在850℃温度下，分压比为0.50进行脱碳退火，脱碳退火后涂布含5%MgCl₂的以MgO为主的退火隔离剂；高温退火时800℃～1000℃范围内滞留20小时，其升温速度一定，在1.5℃/h以上。采用此方法生产的取向硅钢磁感为B₈₀₀1.96T以上，但1.5℃/h的升温速度对生产效率有所影响。

国内也有不少专家进行了有关高磁感低铁损的研究，通过提高硅含量来制造高磁感低铁损取向硅钢。中国专利申请号：200610019092的专利文献，其特点是含4%Si的基础上，通过调整钢中的Mn、Al、N和C含量，以Mns和AlN为强抑制剂，控制热轧板坯加热温度、终轧温度和卷取温度以及热轧后退火处理和冷轧工艺，保证4%Si的硅钢在60～100℃下冷轧成0.30～0.35mm厚，经高温退火后，可获得优异的磁性能，B _［10］ ＝18600～19400高斯，W _［15/50］ ＝0.67～0.90W/kg、W _［17/50］ ＝0.90～1.25W/kg的低铁损高磁感冷轧取向硅钢及其制造方法。此方法中Si含量过高，存在冷轧硬化的现象，工业化生产困难，且磁感B₈₀₀未达到1.95T以上。

中国申请号为：88101506的专利文献，公开了一种高磁性冷轧取向硅钢的成分和生产工艺：化学成分(wt%)Si:3.0～3.5、Als:0.010～0.04、N₂:0.0050～0.010,以AlN、Mn、Mo、Cu和Sn作初次再结晶抑制剂的热轧带钢，在冷轧前用慢冷的常化制度及在PH₂O/PH₂为0.17～1.23的气氛下连续退火生产厚度为0.25～0.30mm、磁感高于1.95T、铁损小于1.00w/kg。

以往的发明中通过添加或调整钢中的成分，或者在后工序通过减薄板厚等措施来生产高磁感低铁损的取向硅钢，容易存在二次再结晶不稳定或由于成分的添加引起钢带表面质量等问题；通过控制脱碳退火或高温退火过程中的升温速度也会引起大生产适用性的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种磁感应强度B₈₀₀不低于1.97T，且磁性稳定的高磁感取向硅钢及其生产方法。

实现上述目的的措施：

一种高磁感取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.055%～0.095%、Si：2.95%～3.25%、Mn：0.050%～0.090%、P：≤0.01%、S：0.010～0.025%、N：0.006%～0.010%、Cr：0.05%～0.5%、Als：0.020%～0.030%、Bi：0.002%～0.1%，Se：0.01%～0.06%、Sb：0.01%～0.06%，其余为Fe及不可避免的杂质；磁感应强度B₈₀₀不低于1.95T。

生产一种高磁感取向硅钢的方法，其步骤：

1）将铸坯加热到1320℃～1400℃；

2）进行热轧：控制粗轧结束温度不低于1200℃，控制精轧开轧温度不低于1000℃，热轧板厚度控制为成品厚度的8～14倍；

3）进行常化处理，控制常化温度在900～1200℃，常化时间1～3分钟；

4）经酸洗后采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法常规轧制至成品厚度，并控制总压下率在80～95%；

5）进行脱碳退火，退火温度控制在800～900℃，并在此温度下保温60～300秒，控制退火分压比在0.2～0.6；

6）按照常规涂布以氧化镁为主要成分的隔离剂，并进行干燥退火；

7）采用二次保温的高温退火：

退火温度在800～1100℃时，保温5～20个小时，并在50～100%的氮气+50～0%的氢气气氛下进行，其中，退火温度在自850℃升温至1050℃时，控制升温速度在8～50℃/小时；

当退火温度在1170～1220℃时，在此温度下保温5～25个小时，并在全氢气氛下进行；

8）进行拉伸及平整退火，控制其退火温度不超过800℃；

9）在钢板表面涂布绝缘层。

本发明中各元素对高磁感取向硅钢性能的影响

碳（C）：间隙式固溶元素使热轧时γ-相数量增多；热轧板中析出细小弥散Fe3C，可阻碍初次晶粒长大；改善热、冷加工性，防止热轧板产生横裂；＜0.03%，特别是＜0.02%，二次再结晶不完善，线晶；过高，脱碳困难，使MnS固溶温度提高，即铸坯加热温度提高

硅（Si）：提高电阻率，降低铁损，促进二次再结晶，硅含量控制在3.15～3.4%，并适当增加碳含量来降低铁损，硅含量过高，冷轧加工困难

锰（Mn）：使初次晶粒细小均匀，促进二次再结晶，提高B₈值，锰与硫量的乘积即[Mn%×S%]=（11～17）×10^-4；Mn在脱碳退火后形成MnO可作为MgO与SiO2的反应触媒，改善玻璃膜质量

磷（P）：使初次晶粒细小均匀，促进二次再结晶，提高B₈值

硫（S）：置换式固溶元素，MnS是取向硅钢重要抑制剂，[Mn%×S%]=（11～17）×10^-4，促进二次再结晶。乘积过高，铸坯中MnS过于粗大，加热温度提高，晶粒粗化，热轧加工性和磁性降低。Mn高阻碍高温净化时脱硫，硫过高也使脱硫困难。

硒（Se）:硒与锰形成MnS，MnS析出质点与锑沿晶界偏聚共同作用，抑制初次晶粒长大。

酸溶铝（Als）：与N形成AlN，AlN是高磁感取向硅钢的重要抑制剂，促进二次再结晶。

氮（N）：间隙式固溶元素，与Als形成Aln，AlN是高磁感取向硅钢的重要抑制剂，促进二次再结晶。

锡（Sn）：在热轧卷取和热轧板常化后沿晶界偏聚，加强抑制力；在进行冷轧时效轧制时有效的固溶碳和氮量增多，使脱碳退火后初次晶粒更细小均匀，二次晶核数量增多，减小二次晶粒尺寸。

锑（Sb）、铋（Bi）：再结晶时Bi在结晶晶粒边界析出阻碍初次晶粒长大，使二次再结晶温度上升，提高磁感应强度，Sb也有同样效果，从融点沸点来看，Bi最合适，其沸点低在高温时产生金属蒸汽，也具有防止氧化及氮化的效果，高温退火时通过气化可以去除。但Bi防碍玻璃膜生成，不能单独使用，当含量大于0.05%时在炼钢时添加困难。

铬（Cr）：铬提高电阻率，改善力学性能，铬本身不偏聚，脱碳退火时促进钢板氧化，可以防止Bi添加钢的玻璃膜恶化及在高温退火时脱落，添加范围0.05%～0.5%，大于0.5%时使磁性恶化。

（2）生产工艺对高磁感取向硅钢性能的影响

1）热轧加热温度对磁性的影响

高磁感取向硅钢以MnS、AlN为主要抑制剂，必须经过高温加热使铸坯中＞1μm的粗大MnS固溶，在热轧过程中再以≤50nm的细小弥散状MnS析出，在平衡状态下MnS固溶温度约为1320℃，故规定热轧加热温度在1320～1400℃范围。

2）常化温度对磁性的影响

AlN为高磁感取向硅钢主要抑制剂之一，热轧板必须在氮气下经过高温常化，目的是为析出大量细小AlN，同时使热轧板组织更均匀和再结晶晶粒更多。

3）脱碳退火工艺对磁性的影响

脱碳退火目的是完成初次再结晶、使基体中有足够数量的（110）[001]初次晶粒（二次晶核）以及有利于它们长大的初次再结晶织构和组织；将钢中的碳脱到0.003%以下，保证以后高温退火时处于单一的α相，发展完善的二次再结晶组织和去除钢中的硫和氮，并消除产品的磁时效；在钢带表面形成致密均匀的SiO2薄膜。

4）高温退火工艺对磁性的影响

本发明核心内容之一的高温退火，采用两次保温的高温退火工艺，其目的是：

①升温到850～1050℃通过二次再结晶形成单一（110）[001]织构，在升温过程中，当退火温度在800～1100℃时，保温5～20个小时，加强抑制初次晶粒长大的能力；

②1000～1100℃形成Mg₂SiO₄（硅酸镁或镁橄榄石）玻璃膜底层；

③1200℃附近保温进行净化退火，去除钢中硫和氮，同时二次晶粒吞并分散的残余初次晶粒，二次晶粒组织更完整，晶界更平直。

本发明与现有技术相比，通过单独添加或复合添加Sb、Se及Bi晶界偏聚元素，提高了取向硅钢的磁感应强度B₈₀₀不低于1.95T，且磁性稳定。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数及性能检测列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

1）将铸坯加热到1320℃～1400℃；

2）进行热轧：控制粗轧结束温度不低于1200℃，控制精轧开轧温度不低于1000℃，热轧板厚度控制为成品厚度的8～14倍；

3）进行常化处理，控制常化温度在900～1200℃，常化时间1～3分钟；

4）经酸洗后采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法常规轧制至成品厚度，并控制总压下率在80～95%；

5）进行脱碳退火，退火温度控制在800～900℃，并在此温度下保温60～300秒，控制退火分压比在0.2～0.6；

6）按照常规涂布以氧化镁为主要成分的隔离剂，并进行干燥退火；

7）采用二次保温的高温退火：

退火温度在800～1100℃时，保温5～20个小时，并在50～100%的氮气+50～0%的氢气气氛下进行，其中，退火温度在自850℃升温至1050℃时，控制升温速度在8～50℃/小时；

当退火温度在1170～1220℃时，在此温度下保温5～25个小时，并在全氢气氛下进行；

8）进行拉伸及平整退火，控制其退火温度不超过800℃；

9）在钢板表面涂布绝缘层。

说明：各实施例的成分与其工艺并非对应关系，只是举例而已。

表1本发明各实施例及对比例的组分取值列表（wt%）

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数及磁感情况列表

表2续

从表3可以看出，本发明的磁感均在1.95T以上，且磁性稳定。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (1)

1.生产一种高磁感取向硅钢的方法，其步骤：

1）将铸坯加热到1320℃～1400℃；其铸坯组分及重量百分比含量为：C：0.055%～0.095%、Si：2.95%～3.25%、Mn：0.050%～0.090%、P：≤0.01%、S：0.010～0.025%、N：0.006%～0.010%、Cr：0.05%～0.5%、Als：0.020%～0.030%、Bi：0.002%～0.1%，Se：0.01%～0.06%、Sb：0.01%～0.06%，其余为Fe及不可避免的杂质；磁感应强度B₈₀₀不低于1.95T；

2）进行热轧：控制粗轧结束温度不低于1200℃，控制精轧开轧温度不低于1000℃，热轧板厚度控制为成品厚度的8～14倍；

3）进行常化处理，控制常化温度在900～1200℃，常化时间1～3分钟；

4）经酸洗后采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法常规轧制至成品厚度，并控制总压下率在80～95%；

5）进行脱碳退火，退火温度控制在800～900℃，并在此温度下保温240～300秒，控制退火分压比在0.2～0.6；

6）按照常规涂布以氧化镁为主要成分的隔离剂，并进行干燥退火；

7）采用二次保温的高温退火：

退火温度在800～1100℃时，保温10个小时，并在50～100%的氮气+50～0%的氢气气氛下进行，其中，退火温度在自850℃升温至1050℃时，控制升温速度在8～50℃/小时；

当退火温度在1170～1220℃时，在此温度下保温20个小时，并在全氢气氛下进行；

8）进行拉伸及平整退火，控制其退火温度不超过800℃；

9）在钢板表面涂布绝缘层。