CN104846177A - 一种利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法，工艺路线为：冶炼及铸造→热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火。本发明以取向硅钢低温加热为前提，省略了常化工序，同时将传统工艺中的缓慢加热高温长时间退火改为连续退火，大大缩短了生产工期，达到了节约成本和提高效率的目的。最终制备产品的磁性能远高于传统无取向硅钢，略低于商用取向硅钢。在一些取向硅钢和无取向硅钢可以共用的领域中，可以起到较好的效果。

Description

一种利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法

技术领域

本发明涉及一种取向硅钢的生产方法，尤其是一种短流程，低成本，低能耗制备取向硅钢的生产方法。

背景技术

硅钢作为各类电机和变压器的核心材料之一，主要用来制作铁芯。随着机电产业的不断发展，对硅钢的需求也在增加。取向硅钢被誉为钢铁行业中的“工艺品”，其优良的性能一直被推崇。但其生产流程长、工艺难度大，能耗和物耗大、制备成本高昂。目前国家对节能降耗工作非常重视，***提出了“采取坚决措施促进节能减排”的要求。原有繁琐的取向硅钢工艺目前不能满足我国对取向硅钢的需求。同时，由于取向硅钢工艺复杂，其价格一直高居不下。

而正是因为取向硅钢的价格太过昂贵，在实际生产生活中，原本有些应用取向硅钢作为定向磁场的铁芯材料，例如小型电源变压器、电磁开关、稳压器等被无取向硅钢材料所代替。无取向硅钢代替取向硅钢的应用虽然节约了大量的生产成本，但由于其低磁感、高铁损的特性，在实际应用的过程中带来了巨大的能源损耗。为了解决上述问题，一种新型的低成本取向硅钢制备，来代替较低使用标准的取向硅钢就具有很重要的实际意义：一方面相对于取向硅钢来说，大大地节约了成本；另一方面相对于无取向硅钢来说，磁性能有显著的提高，节省了能耗。

尽管目前已有一些专利对传统取向硅钢制备工艺有了一定的精简改进，但制备用时仍然太长，不能满足现在需求。“一种节能型高生产效率的普通取向硅钢制造方法(CN102534363A)”介绍了一种将二次再结晶退火和高温净化分开进行的制备方法，长时间的高温净化仍然耗费大量的成本，且二次再结晶退火用时较长，不适合在连续炉中进行。专利“薄板坯连铸连轧工艺生产低成本取向硅钢的方法(CN101433911A)”主要通过调节拉坯速度来控制终轧温度以达到短流程、低能耗的目的，同时省略了常化工艺，但对最终长时间的高温退火未做改进。美国专利US0537398A1中通过应用卷取工艺取代常化工艺，缩短工艺流程，从而使取向硅钢的制备成本有所降低，并且磁性能得到提升，但是此工艺仍然是针对普通取向硅钢而言的。在最终退火阶段未做改进，无法有效地缩短制备时间，制备成本依然高昂。日本JFE公司开发了无抑制剂制备取向硅钢的方法，这种制备技术利用大角度高能晶界二次再结晶理论。在保证磁性能的前提下，省略了MgO涂层和高温净化工序，降低制备成本。然而这种制备方法中的二次再结晶只能在缓慢升温过程中发生，二次再结晶退火时间较长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本、磁性能略低于目前商用取向硅钢的制备方法，以取向硅钢低温加热轧制为前提，利用少量的抑制剂产生二次再结晶，省略了常化工艺。将传统取向硅钢的高温退火改为连续退火进行实施，起到节能降耗，提高生产效率的作用。

1工艺路线：

冶炼及连铸→热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火

2工艺参数

2.1冶炼及连铸

表1本发明的成分(wt％)如下：

Si	C	Mn	S	Al
					2.8～3.2	0.04～0.06	0.04～0.06	0.02～0.03	0.01～0.02

本发明中原始材料中含有较高比例的C，主要为了阻止初次再结晶晶粒长大，使初次再结晶晶粒均匀细小，有利于二次再结晶的进行。同时可以改善热、冷加工性。Mn、S元素的加入，可以利用其抑制作用，在二次再结晶阶段有利用Goss取向晶粒的异常长大。与此同时，材料中加入一定比例的Al元素，可以在材料制备过程中固溶析出AlN粒子，辅助MnS产生抑制作用。

2.2热轧工艺

经冶炼及连铸后得到铸坯厚度为28～30mm的铸块，在1200～1280℃温度范围内保温30～60min，最终轧至为2.0～2.3mm厚度的钢板，确保终轧温度高于850℃。热轧温度的设定，根据2.8～3.2％Si电工钢，MnS粒子的固溶温度公式为： $\log \left[\left(\mathrm{pctMn}\right)\left(\mathrm{pctS}\right)\right]=-\frac{14855}{T}+6.82.$

参照表1给出的原始材料成分，可以计算出，加热温度为1239℃时，MnS粒子可以完全固溶。依此可以推测在1200℃时，MnS粒子的固溶量已经达到了比较大的比例。较高的终轧温度有利于热轧板的晶粒尺寸增加，提高最终的磁性能，同时延长了抑制剂的析出时间，增加抑制剂的析出量。

2.3一次冷轧工艺

热轧板经酸洗后开始第一次冷轧，冷轧前将样品预热至100～150℃，保温5～10min，防止样品在冷轧过程中发生脆裂现象，一次冷轧后钢板厚度在0.46～0.72mm范围内，控制压下率为65％～80％。

2.4中间退火工艺

经过一次冷轧至不同厚度的板材，以250～350℃/min的升温速度快速加热至850～900℃保温5～6min，中间退火的保护气氛为H₂：N₂＝1：1。一次冷轧后的样品经过中间退火可以调节组织，有利于提高最终磁性能，而且可以使初次再结晶晶粒尺寸均匀，有利于二次再结晶。

2.5二次冷轧工艺

不同厚度的样品在中间退火后，为了防止表面氧化，紧接着进行第二次冷轧，压下率控制在68％～50％范围内，最终均轧至0.20～0.23mm厚度。

2.6连续退火工艺

对二次冷轧板脱碳退火，以250～350℃/min的升温速度快速加热二次冷轧板至850～900℃，保温6～8min，在保温过程中，控制N₂：H₂＝3：2，水浴温度为65～70℃。相对于工业制备取向硅钢，本实验使用较长的脱碳时间，一方面可以使脱碳进行的比较完全，另一方面也可以完全初次再结晶，以保证二次再结晶前晶粒尺寸均匀。

脱碳结束后的样品以250～350℃/min的升温速度快速加热至1050～1100℃的温度下最终退火，设置最终退火的保温时间为5～10min，保温期间通入H₂。在高温的环境下使钢板快速发生二次再结晶。

本发明以低温热轧为前提，省略了常化和MgO涂层工艺，使生产更加紧凑，同时将长时间的高温退火改为连续退火，缩短了工艺流程和生产时间，大大地提高了生产效率。同时，本发明产品的最终性能较传统无取向硅钢大大提高，略低于商用取向硅钢，可以在一些无取向硅钢和取向硅钢共用的领域中，作为替代品使用，达到高效节能的目的。

附图说明

图1为本发明实施例连续退火工艺。

图2为1050℃保温温度下5min退火后取向硅钢成品的金相组织，其中a-1表示二次冷轧压下率为50％，a-2表示二次冷轧压下率为60％，a-3表示二次冷轧压下率为68％。

图3为1050℃保温温度下10min退火后取向硅钢成品的金相组织，其中b-1表示二次冷轧压下率为50％，b-2表示二次冷轧压下率为60％，b-3表示二次冷轧压下率为68％。

具体实施方式

1工艺路线

冶炼及连铸→热轧→一次冷轧→中间退火→二次冷轧→连续退火

2工艺参数

2.1冶炼及连铸

经过冶炼所得取向硅钢成分如表2，铸坯的原始厚度为30mm。

表2成分(wt％)

Si	C	Mn	S	Al
					3	0.05	0.05	0.02	0.017

2.2热轧工艺

将原始铸坯在1200℃下保温30min，加热处理后五道次热轧至2mm厚度的热轧板材。

2.3一次冷轧工艺

在150℃下预热10min，一次冷轧压下率控制为77.5％、71.5％、64％三个参量。经过一次冷轧后钢板的厚度分别为0.46mm、0.56mm、0.72mm。

2.4中间退火工艺

将不同厚度的冷轧板以300℃/min的加热速度快速加热至850℃，保温5min，期间的保护气氛为H₂：N₂＝1：1。

2.5二次冷轧工艺

设置第二次冷轧压下率分别为50％、60％、68％，将厚度为0.46mm、0.56mm、0.72mm的中间退火板第二次冷轧，得到最终的厚度均为0.23mm。

2.6连续退火

将二次冷轧板以300℃/min的加热速度快速加热至850℃开始脱碳，保温8min，保温期间脱碳气氛比例为H₂：N₂＝2：3，水浴温度为65℃。

脱碳退火后以300℃/min的升温速度快速升温至1050℃，分别保温5min，10min。保温过程中保护气体为H₂，见图1。

图2、3所示取向硅钢经过不同冷轧压下率，1050℃保温温度下5min、10min退火后成品板的金相组织。可以看出，5min退火，部分样品已经发生明显的二次再结晶现象，10min退火，二次再结晶基本完成。从表3列出不同工艺下产品的磁性能可知，所有产品礠感均高于1.75T，铁损大致在5W/kg以下，满足工业上对一般无取向电工钢的要求。最终退火时间为10min的不同冷轧率样品，礠感均接近2T，铁损也很低，可以作为低要求取向电工钢的替代品。其中尤以77.5％+50％、64％+68％冷轧压下率下样品，经过10min退火后的磁性能最好。

表3 各实施例中产品的磁性能

Claims (3)

1.一种利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法，其特征在于：

1）冶炼及铸造：冶炼化学成分重量比为C0.04%~0.06%、Si2.8%~3.2%、Mn0.04%~0.06%、S0.02%~0.03%、Al0.01%~0.02%，余量为Fe和不可避免杂质，铸坯厚度为28~32mm；

2）热轧工艺：将铸坯在1200~1280℃温度下保温30~60min，经热轧获得2~2.3mm厚度的热轧钢板；

3）一次冷轧：压下率控制在65%~80%范围，轧后钢板厚度为0.46~0.72mm；

4）中间退火：在保护气氛下，以250~350℃/min的升温速度快速加热至850~900℃，保温5~6min；

5）二次冷轧：压下率控制在68%~50%范围，轧后钢板厚度为0.20~0.23mm；

6）连续退火：将二次冷轧板以250~350℃/min的升温速度快速加热至850~900℃，在保护气氛下保温6~8min，水浴温度控制为65~70℃；脱碳结束后，以250~350℃/min的升温速度快速升温至1050~1100℃，保护气氛下保温5~10min。

2.如权利要求1所述的利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法，其特征在于：所述步骤4）中间退火期间保护气氛为H₂：N₂=1：1。

3.如权利要求1所述的利用连续退火制备低成本取向硅钢的方法，其特征在于：所述步骤6）连续退火脱碳期间，控制保护气氛比例为N₂：H₂=3：2；脱碳结束后，保温期间通入H₂保护。