CN104313469A - 一种超低碳取向硅钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钢铁制造领域，特别涉及一种超低碳取向硅钢板及其制造方法。本发明的超低碳取向硅钢板的化学成分按照质量百分比为：C<0.003%，Si2.8~3.4%，Mn0.05~0.20%，S0.015~0.03%，P<0.01%，O<0.004%，Cu0~0.6%，Sn0~0.2%，余量为Fe，其制造方法包括冶炼、双辊连铸、常化、酸洗、一次冷轧、中间退火、二次冷轧、初次再结晶退火、涂MgO隔离剂、高温退火和涂绝缘层工序。本发明基于双辊薄带连铸技术，采用超低碳的成分设计，取消了传统生产流程中的热轧及脱碳工序，采用的工艺简化、稳定，有助于降低生产成本、能耗及污染物排放，是一种取向硅钢板的低成本、短流程制造方法，得到的超低碳取向硅钢板满足使用要求。
Description
技术领域
本发明属于钢铁制造领域，特别涉及一种超低碳取向硅钢板及其制造方法。
背景技术
取向硅钢是一种重要的软磁材料，按照磁性能可分为普通取向硅钢和高磁感取向硅钢两类。取向硅钢具有强烈的高斯织构，即绝大部分晶粒的最易磁化方向（<001>轴）平行于轧制方向，从而沿轧向具有低铁损和高磁感应强度，主要用于生产变压器铁芯。取向硅钢的制造主要有高温加热和低温加热两种生产工艺，这两种工艺都存在工艺复杂、能耗大以及环境污染严重等问题。此外，我国已经成为世界上最大的硅钢生产国和消费国，但缺乏独立自主的制造技术，取向硅钢的生产和应用受制于人。因此，亟需开展短流程、低成本、易控制的取向硅钢生产新工艺研究。
取向硅钢对化学成分要求极为严格，规定的成分范围很窄。一般地，普通和高磁感取向硅钢的碳含量分别为0.03~0.05%和0.04%~0.08%。在取向硅钢的制备流程中，冷轧到成品厚度的钢带需进行脱碳退火，其目的之一是保证后续的高温退火时处于单一的铁素体相以发展完善的二次再结晶。此外，还有一个重要目的是消除成品的磁时效。取向硅钢成品中多余的碳元素会引起磁时效，铁芯在长期运转时，特别是温度升高到50~80℃时，这些碳原子将以细小的ε-碳化物的形式析出，从而使取向硅钢磁性能降低。为了消除磁时效，需将取向硅钢成品中的碳降低至0.003%以下，但是如果脱碳退火时的工艺条件控制不好，将影响脱碳效果，进而引起磁时效，使取向硅钢的磁性能降低。
添加0.03~0.08%的碳对取向硅钢的常规流程下的制备具有重要意义。热轧及常化时，取向硅钢处于奥氏体和铁素体两相区，可利用抑制剂形成元素在两相中的固溶度积差来获得预期的抑制剂粒子。如采用超低碳成分设计，则取向硅钢在铸造、热轧、常化时都将处于铁素体单相区。常规流程下，铸坯需经多道次的高温热轧，抑制剂形成元素很容易析出并粗化，二次再结晶可能难以完善。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种超低碳取向硅钢板及其制造方法，目的是通过合理的成分设计和工艺流程，解决取向硅钢传统生产流程冗长、工序繁多、制造难度大、生产成本高和能耗及排放大的问题。
本发明的超低碳取向硅钢板，其化学成分按照质量百分比为：C <0.003%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.20%，S 0.015~0.03%，P<0.01%，O<0.004%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，余量为Fe。
本发明的超低碳取向硅钢板的制造方法，按照以下步骤进行：
（1）按照化学成分重量百分数计为：C <0.003%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.20%，S 0.015~0.03%，P<0.01%，O<0.004%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，余量为Fe冶炼钢水；
（2）钢水经双辊连铸机形成薄带，空冷至室温；
（3）将空冷的薄带加热至850~1150℃，保温2~6分钟，随后以10~100℃/s的冷却速度冷却至室温，得到常化板，常化板经酸洗去掉表层氧化铁皮；
（4）对酸洗后的常化板进行冷轧，控制总压下率为50~80%，得到冷轧板；
（5）将冷轧板加热至800~950℃，保温2~6分钟，得到中间退火板，对中间退火板进行第二次冷轧，得到0.27mm或0.35mm厚的冷轧板；
（6）将步骤（5）中的冷轧板加热至800~950℃，保温2~6分钟，得到初次再结晶退火板，在初次再结晶退火板上涂MgO隔离剂，防止在后续高温退火时发生粘结；
（7）在H2和N2的混合气体气氛中，将涂有隔离剂的初次再结晶退火板以10~25℃/h的速率，加热至1200~1220℃，并在100%H2中保温15~20h，随后冷却至室温，得到高温退火板，在高温退火板的表面涂覆绝缘层，得到取向硅钢成品板。
其中，所述的薄带厚度为1~9mm、宽度为100~1200mm。
所述的H2和N2混合气体中，H2的体积分数为75%。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
本发明的超低碳取向硅钢板采用了超低碳设计，并通过尽量减少合金元素的添加，达到取向硅钢的使用要求，降低了生产成本。
本发明的一种超低碳取向硅钢板及其制造方法，包括冶炼、双辊连铸、常化、酸洗、一次冷轧、中间退火、二次冷轧、初次再结晶退火、涂MgO隔离剂、高温退火、涂绝缘层工序，其中双辊薄带连铸所具有的亚快速凝固特性可以使铸带中的抑制剂形成元素最大限度的处于固溶状态，使抑制剂的析出更易在后续工序中进行控制，而在薄带连铸亚快速凝固条件下，铸带厚度接近传统流程中的热轧板厚度，可省去热轧工序，在常化阶段对抑制剂进行控制，这使得抑制剂的控制更集中、容易。
本发明基于双辊薄带连铸技术，采用超低碳的成分设计，取消了传统生产流程中的热轧及脱碳工序，采用的工艺简化、稳定，有助于降低生产成本、能耗及污染物排放，是一种取向硅钢板的低成本、短流程制造方法。
附图说明
图1 是本发明的超低碳取向硅钢板的制造工艺过程示意图；
其中：1：熔炼炉；2：双辊连铸机；3：薄带；4：常化炉；5：酸洗机；6：冷轧机；7：退火炉；8：冷轧机；9：退火炉；10：MgO涂覆机；11：高温退火炉；12：绝缘层涂覆机；
图2 是本发明实施例1中制备的超低碳取向硅钢成品板的低倍组织；
图3 是本发明比较例1中制备的超低碳取向硅钢成品板的低倍组织。
具体实施方式
实施例1
本发明的超低碳取向硅钢板，其化学成分按照质量百分比为：C 0.002%，Si 3.1%，Mn 0.07%，S 0.02%，P 0.006%，O 0.002%，Cu 0.06%，Sn 0.06%，余量为Fe。
本发明的超低碳取向硅钢板的制造方法，如图1所示，按照以下步骤进行：
（1）采用熔炼炉1，按照化学成分重量百分数计为：C 0.002%，Si 3.1%，Mn 0.07%，S 0.02%，P 0.006%，O 0.002%，Cu 0.06%，Sn 0.06%，余量为Fe冶炼钢水；
（2）钢水经双辊连铸机2形成厚度为1mm、宽度为100mm的薄带3，空冷至室温；
（3）将空冷的薄带3加热至850℃，保温6分钟，随后以10℃/s的冷却速度在常化炉4中冷却至室温，得到常化板，常化板经酸洗机5酸洗去掉表层氧化铁皮；
（4）对酸洗后的常化板经冷轧机6进行冷轧，控制总压下率为50%，得到冷轧板；
（5）将冷轧板在退火炉9中加热至950℃，保温2分钟，得到中间退火板，对中间退火板进行第二次冷轧，得到0.27mm厚的冷轧板；
（6）将步骤（5）中的冷轧板加热至800℃，保温4分钟，得到初次再结晶退火板，在初次再结晶退火板上采用MgO涂覆机10涂MgO隔离剂；
（7）在体积百分比为75%H2+25%N2的气氛中，将涂有隔离剂的初次再结晶退火板在高温退火炉11中以10℃/h的速率，加热至1220℃，并在100%H2中保温20h，随后冷却至室温，得到高温退火板，采用绝缘层涂覆机12在高温退火板的表面涂覆绝缘层，得到超低碳取向硅钢成品板，其低倍组织图如图2所示，经检测取向硅钢成品板的磁感B8为1.84T。
比较例1
比较例1中除常化温度和时间外，化学成分及其他工艺参数均与实施例1相同。
如图1所示，采用熔炼炉1冶炼满足化学成分要求的钢水，钢水经双辊连铸机2形成厚度为1.0mm、宽度为100mm的薄带3，空冷至室温，随后，薄带在常化炉4中加热至800℃，保温7分钟，以10℃/s的冷却速度冷却至室温得到常化板，常化板在酸洗机5中进行酸洗，酸洗板在冷轧机6上进行一次冷轧，总压下率为55%，将一次冷轧板置于退火炉7中加热至950℃保温2分钟进行中间退火，再在冷轧机8上进行二次冷轧，形成0.27mm二次冷轧板，将二次冷轧板置于退火炉9中加热至800℃保温4分钟进行退火，再经MgO涂覆机10对再结晶退火板进行涂MgO操作，再在高温退火炉11中体积百分比为75%H2+25%N2的气氛中，将初次再结晶退火板以10℃/h的速率加热至1200℃，并在100%H2中保温20h，随后冷却至室温，再经绝缘层涂覆机12对退火板涂绝缘层，得到取向硅钢成品板，测得取向硅钢成品板的磁感B8为1.68T其低倍组织图如图3所示，可见，比较例1未得到完善的二次再结晶组织，还存在大量的细小晶粒。
比较例2
除中间退火温度和时间外，化学成分及其他工艺参数均与实施例1相同。
如图1所示，采用熔炼炉1冶炼满足化学成分要求的钢水，钢水经双辊连铸机2形成厚度为1.0mm、宽度为100mm的薄带3，空冷至室温，随后，薄带在常化炉4中加热至850℃，保温6分钟，以10℃/s的冷却速度冷却至室温得到常化板，常化板在酸洗机5中进行酸洗，酸洗板在冷轧机6上进行一次冷轧，总压下率为55%，将一次冷轧板置于退火炉7中加热至1050℃保温1.5分钟进行中间退火，再在冷轧机8上进行二次冷轧，形成0.27mm二次冷轧板，将二次冷轧板置于退火炉9中加热至800℃保温4分钟进行退火，再经MgO涂覆机10对再结晶退火板进行涂MgO操作，再在高温退火炉11中体积百分比为75%H2+25%N2的气氛中，将初次再结晶退火板以10℃/h的速率加热至1200℃，并在100%H2中保温20h，随后冷却至室温，再经绝缘层涂覆机12对退火板涂绝缘层，得到取向硅钢成品板，经检测取向硅钢成品板的磁感B8仅为1.71T。
实施例2
本发明的超低碳取向硅钢板，其化学成分按照质量百分比为：C 0.0025%，Si 2.8%，Mn 0.05%，S 0.03%，P 0.005%，O 0.002%，Cu 0.6%，余量为Fe。
本发明的超低碳取向硅钢板的制造方法，按照以下步骤进行：
（1）按照化学成分重量百分数计为：C 0.0025%，Si 2.8%，Mn 0.05%，S 0.03%，P 0.005%，O 0.002%，Cu 0.6%，余量为Fe冶炼钢水；
（2）钢水经双辊连铸机2形成厚度为7mm、宽度为500mm的薄带3，空冷至室温；
（3）将空冷的薄带3加热至950℃，保温4分钟，随后以40℃/s的冷却速度在常化炉4中冷却至室温，得到常化板，常化板经酸洗机5酸洗去掉表层氧化铁皮；
（4）对酸洗后的常化板经冷轧机6进行冷轧，控制总压下率为65%，得到冷轧板；
（5）将冷轧板在退火炉9中加热至850℃，保温4分钟，得到中间退火板，对中间退火板进行第二次冷轧，得到0.35mm厚的冷轧板；
（6）将步骤（5）中的冷轧板加热至950℃，保温2分钟，得到初次再结晶退火板，在初次再结晶退火板上采用MgO涂覆机10涂MgO隔离剂；
（7）在体积百分比为75%H2+25%N2的气氛中，将涂有隔离剂的初次再结晶退火板在高温退火炉11中以15℃/h的速率，加热至1210℃，并在100%H2中保温18h，随后冷却至室温，得到高温退火板，采用绝缘层涂覆机12在高温退火板的表面涂覆绝缘层，得到取向硅钢成品板，经检测，取向硅钢成品板的磁感B8为1.83T。
实施例3
本发明的超低碳取向硅钢板，其化学成分按照质量百分比为：C 0.001%，Si 3.4%，Mn 0.2%，S 0.015%，P 0.006%，O 0.002%，Sn 0.2%，余量为Fe。
本发明的超低碳取向硅钢板的制造方法，按照以下步骤进行：
（1）按照化学成分重量百分数计为：C 0.001%，Si 3.4%，Mn 0.2%，S 0.015%，P 0.006%，O 0.002%，Sn 0.2%，余量为Fe冶炼钢水；
（2）钢水经双辊连铸机2形成厚度为9mm、宽度为1200mm的薄带3，空冷至室温；
（3）将空冷的薄带3加热至1150℃，保温2分钟，随后以100℃/s的冷却速度在常化炉4中冷却至室温，得到常化板，常化板经酸洗机5酸洗去掉表层氧化铁皮；
（4）对酸洗后的常化板经冷轧机6进行冷轧，控制总压下率为80%，得到冷轧板；
（5）将冷轧板在退火炉9中加热至800℃，保温6分钟，得到中间退火板，对中间退火板进行第二次冷轧，得到 0.35mm厚的冷轧板；
（6）将步骤（5）中的冷轧板加热至800℃，保温6分钟，得到初次再结晶退火板，在初次再结晶退火板上采用MgO涂覆机10涂MgO隔离剂；
（7）在体积百分比为75%H2+25%N2的气氛中，将涂有隔离剂的初次再结晶退火板在高温退火炉11中以25℃/h的速率，加热至1200℃，并在100%H2中保温15h，随后冷却至室温，得到高温退火板，采用绝缘层涂覆机12在高温退火板的表面涂覆绝缘层，得到取向硅钢成品，经检测，取向硅钢成品板的磁感B8为1.86T。
Claims (4)
1.一种超低碳取向硅钢板，其特征在于化学成分按照质量百分比为：C <0.003%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.20%，S 0.015~0.03%，P<0.01%，O<0.004%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的一种超低碳取向硅钢板的制造方法，其特征在于按照以下步骤进行：
（1）按照化学成分重量百分数计为：C <0.003%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.20%，S 0.015~0.03%，P<0.01%，O<0.004%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，余量为Fe冶炼钢水；
（2）钢水经双辊连铸机形成薄带，空冷至室温；
（3）将空冷的薄带加热至850~1150℃，保温2~6分钟，随后以10~100℃/s的冷却速度冷却至室温，得到常化板，常化板经酸洗去掉表层氧化铁皮；
（4）对酸洗后的常化板进行冷轧，控制总压下率为50~80%，得到冷轧板；
（5）将冷轧板加热至800~950℃，保温2~6分钟，得到中间退火板，对中间退火板进行第二次冷轧，得到0.27mm或0.35mm厚的冷轧板；
（6）将步骤（5）中的冷轧板加热至800~950℃，保温2~6分钟，得到初次再结晶退火板，在初次再结晶退火板上涂MgO隔离剂，防止在后续高温退火时发生粘结；
（7）在H2和N2的混合气体气氛中，将涂有隔离剂的初次再结晶退火板以10~25℃/h的速率，加热至1200~1220℃，并在100%H2中保温15~20h，随后冷却至室温，得到高温退火板，在高温退火板的表面涂覆绝缘层，得到取向硅钢成品板。
3.根据权利要求2所述的一种超低碳取向硅钢板的制造方法，其特征在于所述的薄带厚度为1~9mm、宽度为100~1200mm。
4.根据权利要求2所述的一种超低碳取向硅钢板的制造方法，其特征在于所述的H2和N2混合气体中，H2的体积分数为75%。
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