CN105018847B - 一种基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板及其制造方法，钢板成分按质量百分比为C 0.002~0.08%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.30%，S 0.015~0.04%，Als 0.005~0.05%，N 0.003~0.010%，Ti 0.01~0.5%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；其产品厚度在0.05~0.15mm；方法包括：（1）冶炼钢水；（2）连铸获得铸带；（3）冷却后热轧再卷取；（4）常化退火后进行控制冷却；（5）酸洗后一次冷轧，然后，一次中间退火；（6）酸洗后二次冷轧，然后二次中间退火；（7）酸洗后三次冷轧；（8）脱碳退火；（9）涂覆退火隔离剂；（10）高温退火后纯净化退火。本发明的方法简单、有效，具有短流程、易控制、低能耗的特点。
Description
技术领域
本发明属于电工钢制造领域，具体涉及一种基于双辊薄带连铸的极薄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，主要用于生产变压器铁芯，是电力行业发展不可或缺的材料之一。取向硅钢的磁性能指标主要包括磁感应强度（B）和铁损（Pr），铁损直接关系到变压器等输变电产品服役时的铁芯损耗，可以说，取向硅钢产品发展的历史就是铁损不断下降的历史；目前，人们致力于获得更低铁损的取向硅钢，以满足快速发展的电子工业对磁性材料的需求，能够使铁芯体积减小，而且可以节省大量的电能。通过研究与实践，人们认识到，通过减薄板厚实现铁损大幅度降低是行之有效的方法；但是，采用二次再结晶方法生产取向硅钢时，成品的厚度存在一个极限，一般约为0.15mm左右，当成品低于此厚度时，由于抑制剂在高温退火过程中的分解和扩散加剧，导致抑制能力下降，成品的二次再结晶不完善，或者无法发生二次再结晶，导致磁性能和稳定性都极差。
当前，人们利用三次再结晶工艺获得厚度≤0.15mm的取向硅钢薄带，其驱动力是各不同位向的晶粒自由表面能差，具体工艺为：在对工业生产的取向硅钢成品酸洗后，冷轧至0.15mm及以下，再退火获得取向硅钢薄带。上述生产工艺存在的缺陷为：冷轧时薄带容易裂边、断带，冷轧效率低。针对上述生产工艺的不足，专利CN 1562511A公开了一种新的取向硅钢薄带的制造方法，其具体方法为：以二次再结晶后的成品取向硅钢板为原料，酸洗后采用异步冷轧，再经退火获得厚度为0.06~0.1mm的取向硅钢薄带。专利CN1562511A公开的方法与常规的取向硅钢薄带生产工艺相比，以异步冷轧代替了同步冷轧，改善了板形；但是，该专利和现行的工艺都是利用三次再结晶的方法获得取向硅钢薄带，均以取向硅钢的成品板为原料，而取向硅钢的传统生产流程存在产品缺陷多、成材率低、能源消耗大、环境污染严重等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板及其制造方法，充分发挥双辊薄带连铸技术在取向硅钢组织、织构及抑制剂调控上的优势和潜力，通过成分设计和流程控制，获得极薄取向硅钢产品，并具有短流程、易控制、低能耗的特点。
本发明的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的成分按质量百分比为C 0.002~0.08%，Si 2.8~3.4%，Mn 0.05~0.30%，S 0.015~0.04%，Als 0.005~0.05%，N 0.003~0.010%，Ti 0.01~0.5%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe。
上述的极薄取向硅钢的磁感B8为1.72~1.84T。
上述的极薄取向硅钢的铁损P10/400为6.6~8.2W/kg，铁损P10/1000为19.1~27.4W/kg。
上述的极薄取向硅钢的厚度在0.05~0.15mm。
本发明的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法包括以下步骤：
1、按设定成分冶炼钢水，成分按质量百分比为：C 0.002~0.08%，Si 2.8~3.4%，Mn0.05~0.30%，S 0.015~0.04%，Als 0.005~0.05%，N 0.003~0.010%，Ti 0.01~0.5%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；
2、采用双辊薄带连铸装置，将钢水经中间包浇入由两个结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，控制熔池上表面过热度为10~70℃，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并以20~60m/min的速度导出，获得铸带；
3、铸带经冷却机组以20~100℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为900~1150℃，热轧压下率为15~50%，终轧温度在850℃以上，热轧后以20~100℃/s的速度冷却至650℃以下并卷取，获得热轧卷；
4、将热轧卷进行一段常化退火或二段常化退火；一段常化法的温度为850~1150℃，时间为1~10min；二段常化法的高温段温度为1050~1150℃，时间为1~5min，低温段的温度为850~1050℃，时间为1~5min；常化处理后进行控制冷却，冷却速度为5~50℃/s，冷却至常温获得常化板；
5、将常化板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行一次冷轧，一次冷轧压下率为40~70%；然后进行一次中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得一次中间退火板；
6、将一次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行二次冷轧，二次冷轧压下率为40~70%；然后进行二次中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得二次中间退火板；
7、将二次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行三次冷轧，三次冷轧压下率为70~95%；
8、将三次冷轧板材脱碳退火，温度为800~900℃，时间为3~10min；
9、在脱碳退火后的板材表面涂覆退火隔离剂；
10、将涂覆退火隔离剂的板材加热至800±10℃，然后以10~30℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，再在1200±10℃保温至少20h，完成纯净化退火，最后经开卷、平整拉伸退火和绝缘层涂覆，制成极薄取向硅钢板。
上述的铸带的宽度为100~2000mm。
上述方法中，钢水与结晶辊辊面的接触弧长度为100~250mm，熔池的高度为80~220mm。
上述方法中，一次中间退火和二次中间退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
上述方法中，脱碳退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
上述方法中，高温退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为75%，纯净化退火时的气氛为氢气气氛。
双辊薄带连铸是一种用液态金属直接生产薄带材的技术，其具有亚快速凝固（102~104℃/s）的特性。在亚快速凝固条件下，可以在取向硅钢铸带坯中固溶更多的抑制剂形成元素，有利于在后续的处理过程中获得更多细小、弥散的抑制剂粒子，从而提高抑制力。此外，利用薄带连铸技术可以得到较之传统工艺更薄的热轧板。这些都将有利于制备极薄取向硅钢板。
本发明的特点和有益效果是：
（1）利用双辊薄带连铸技术、三步冷轧法及二次再结晶退火制备出极薄取向硅钢板，大大简化了现行的生产工艺，制造方法简单、有效，具有短流程、易控制、低能耗的特点；
（2）成分中添加的Ti元素可以在薄带连铸过程中与硫、氧等元素结合形成高熔点析出物，充当异质形核的核心，从而细化初始凝固组织，有利于后续的组织控制，并改善塑性和韧性，有利于冷轧；Ti元素还可以在热轧及常化时形成细小、弥散的TiS、TiMnS等析出物，可以与AlN和MnS一起抑制晶粒长大，提高抑制力，有利于形成细小而均匀的初次晶粒，从而获得极薄取向硅钢板。
附图说明
图1为本发明的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法工艺流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例和对比例中的接触弧长度为100~250mm，熔池的高度为80~220mm。
本发明实施例和对比例中采用的双辊连铸装置的结晶辊直径为500~1000mm。
本发明实施例和对比例中得到的铸带的宽度为100~2000mm。
本发明实施例和对比例中产品的磁性能数据是在MATS-2010M型磁性能测试仪上采用单片测试方法测试得到的。
本发明实施例中的退火隔离剂为氧化镁。
本发明实施例中一次中间退火和二次中间退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
本发明实施例中脱碳退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
本发明实施例中高温退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为75%，纯净化退火时的气氛为氢气气氛。
实施例1
极薄取向硅钢板的钢水成分按照质量百分比为C 0.06%，Si 3.1%，Mn 0.20%，S0.025%，Als 0.02%，N 0.009%，Ti 0.07%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.80T，铁损P10/400为6.7W/kg，铁损P10/1000为22.5W/kg，厚度0.1mm；
制造方法包括以下步骤：
按设定成分冶炼钢水，成分同上；
采用双辊薄带连铸装置，将钢水经中间包浇入由两个结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，控制熔池上表面过热度为40℃，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并以40m/min的速度导出，获得铸带；
铸带经冷却机组以20~100℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为1000℃，热轧压下率为33.3%，终轧温度在850℃以上，热轧后以60℃/s的速度冷却至650℃以下并卷取，获得热轧卷；
将热轧卷进行一段常化退火，温度为1000℃，时间为6min；
将常化板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行一次冷轧，一次冷轧压下率为50%；然后进行一次中间退火，温度为900℃，时间为6min，获得一次中间退火板；
将一次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行二次冷轧，二次冷轧压下率为60%；然后进行二次中间退火，温度为900℃，时间为5min，获得二次中间退火板；
将二次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行三次冷轧，三次冷轧压下率为85%；
将三次冷轧板材脱碳退火，温度为850℃，时间为6min；
在脱碳退火后的板材表面涂覆退火隔离剂；
将涂覆退火隔离剂的板材加热至800±10℃，然后以20℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，再在1200±10℃保温20h，完成纯净化退火，最后经开卷、平整拉伸退火和绝缘层涂覆，制成极薄取向硅钢板；
采用不同成分的钢板按上述方法进行对比实验，钢水成分按照质量百分比为：0.04%C，3.0%Si，0.04%Mn，0.05%S，0.02%Als，0.02%N，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.64T，铁损P10/400为11.9W/kg，铁损P10/1000为28.8W/kg。
实施例2
极薄取向硅钢板的钢水成分按照质量百分比为C 0.002%，Si 2.8%，Mn 0.05%，S0.015%，Als 0.005%，N 0.003%，Ti 0.5%，Cu 0.3%，Sn 0.1%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.73T，铁损P10/400为8.0W/kg，铁损P10/1000为19.1W/kg，厚度0.05mm；
制造方法同实施例1，不同点在于：
（1）钢水成分同上；
（2）熔池上表面过热度为10℃，熔池内的钢水以60m/min的速度导出；
（3）铸带以20℃/s的速度冷却，热轧开轧温度为900℃，压下率为15%，热轧后以20℃/s的速度冷却；
（4）常化退火的温度为850℃，时间为10min；
（5）一次冷轧压下率为70%；一次中间退火温度为800℃，时间为10min；
（6）二次冷轧压下率为40%；二次中间退火温度为800℃，时间为10min；
（7）三次冷轧压下率为95%；
（8）脱碳退火温度为800，时间为10min；
（9）以10℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，在1200±10℃保温24h完成纯净化退火；
采用不同成分的钢板按上述方法进行对比实验，钢水成分按照质量百分比为：0.06%C，3.2%Si，0.03%Mn，0.03%S，0.12%Als，0.009%N，0.09%Ti，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.63T，铁损P10/400为10.9W/kg，铁损P10/1000为28.6W/kg。
实施例3
极薄取向硅钢板的钢水成分按照质量百分比为C 0.08%，Si 3.4%，Mn 0.30%，S0.04%，Als 0.05%，N 0.01%，Ti 0.01%，Cu 0.6%，Sn 0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.84T，铁损P10/400为6.7W/kg，铁损P10/1000为26.8W/kg，厚度0.15mm；
制造方法同实施例1，不同点在于：
（1）钢水成分同上；
（2）熔池上表面过热度为70℃，熔池内的钢水以20m/min的速度导出；
（3）铸带以100℃/s的速度冷却，热轧开轧温度为1150℃，压下率为50%，热轧后以100℃/s的速度冷却；
（4）常化退火的温度为1150℃，时间为1min；
（5）一次冷轧压下率为40%；一次中间退火温度为1000℃，时间为3min；
（6）二次冷轧压下率为70%；二次中间退火温度为1000℃，时间为3min；
（7）三次冷轧压下率为70%；
（8）脱碳退火温度为900℃，时间为3min；
（9）以30℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，在1200±10℃保温22h完成纯净化退火；
采用不同成分的钢板按上述方法进行对比实验，钢水成分按照质量百分比为：0.07%C，Si 2.9%，0.03%Mn，0.06%S，0.1%Als，0.02%N，0.3%Cu，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.68T，铁损P10/400为10.6W/kg，铁损P10/1000为31.3W/kg。
实施例4
极薄取向硅钢板的钢水成分同实施例1，磁感B8为1.81T，铁损P10/400为6.6W/kg，铁损P10/1000为22.3W/kg；
制造方法同实施例1，不同点在于：采用二段常化法进行常化退火，高温段温度为1050~1150℃，时间为1~5min，低温段的温度为850~1050℃，时间为1~5min；控制冷却速度为5~50℃/s。
实施例5
极薄取向硅钢板的钢水成分同实施例2，磁感B8为1.72T，铁损P10/400为8.2W/kg，铁损P10/1000为19.4W/kg；
制造方法同实施例2，不同点在于：采用二段常化法进行常化退火，高温段温度为1050~1150℃，时间为1~5min，低温段的温度为850~1050℃，时间为1~5min；控制冷却速度为5~50℃/s。
实施例6
极薄取向硅钢板的钢水成分同实施例3，磁感B8为1.82T，铁损P10/400为7.1W/kg，铁损P10/1000为27.4W/kg；
制造方法同实施例3，不同点在于：采用二段常化法进行常化退火，高温段温度为1050~1150℃，时间为1~5min，低温段的温度为850~1050℃，时间为1~5min；控制冷却速度为5~50℃/s。
Claims (5)
1.一种基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）按设定成分冶炼钢水，成分按质量百分比为：C 0.002~0.08%，Si 2.8~3.4%，Mn0.05~0.30%，S 0.015~0.04%，Als 0.005~0.05%，N 0.003~0.010%，Ti 0.01~0.5%，Cu 0~0.6%，Sn 0~0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；
（2）采用双辊薄带连铸装置，将钢水经中间包浇入由两个结晶辊和两块侧封板组成的空腔内形成熔池，控制熔池上表面过热度为10~70℃，熔池内的钢水随着结晶辊的转动凝固并以20~60m/min的速度导出，获得铸带；
（3）铸带经冷却机组以20~100℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为900~1150℃，热轧压下率为15~50%，终轧温度在850℃以上，热轧后以20~100℃/s的速度冷却至650℃以下并卷取，获得热轧卷；
（4）将热轧卷进行一段常化退火或二段常化退火；一段常化法的温度为850~1150℃，时间为1~10min；二段常化法的高温段温度为1050~1150℃，时间为1~5min，低温段的温度为850~1050℃，时间为1~5min；常化处理后进行控制冷却，冷却速度为5~50℃/s，冷却至常温获得常化板；
（5）将常化板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行一次冷轧，一次冷轧压下率为40~70%；然后进行一次中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得一次中间退火板；
（6）将一次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行二次冷轧，二次冷轧压下率为40~70%；然后进行二次中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得二次中间退火板；
（7）将二次中间退火板酸洗去除表面氧化铁皮，然后进行三次冷轧，三次冷轧压下率为70~95%；
（8）将三次冷轧板材脱碳退火，温度为800~900℃，时间为3~10min；
（9）在脱碳退火后的板材表面涂覆退火隔离剂；
（10）将涂覆退火隔离剂的板材加热至800±10℃，然后以10~30℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，再在1200±10℃保温至少20h，完成纯净化退火，最后经开卷、平整拉伸退火和绝缘层涂覆，制成极薄取向硅钢板，其磁感B8为1.72~1.84T，厚度在0.05~0.15mm，铁损P10/400为6.6~8.2W/kg，铁损P10/1000为19.1~27.4W/kg。
2.根据权利要求1所述的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（2）的钢水与结晶辊辊面的接触弧长度为100~250mm，熔池的高度为80~220mm。
3.根据权利要求1所述的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（5）和（6）的中间退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
4.根据权利要求1所述的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（9）的脱碳退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为50%，混合气体的露点为20~45℃。
5.根据权利要求1所述的基于双辊薄带连铸的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（10）的高温退火时的气氛为氢气和氮气的混合气氛，氢气的体积百分比为75%，纯净化退火时的气氛为氢气气氛。
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