CN105039853B - 一种极薄取向硅钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种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）冷却后热轧并卷取；（4）常化退火后控制冷却；（5）酸洗后冷轧，然后中间退火；（6）酸洗后二次冷轧，然后脱碳退火；（7）涂覆退火隔离剂；（8）高温退火和纯净化退火。本发明的制造方法简单有效，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，特别涉及一种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，沿轧向磁化时具有磁感高、铁损低的特点，主要用于生产变压器铁芯。随着电子工业的发展，人们对取向硅钢的性能要求越来越高，希望其磁感更高、铁损更低。降低铁损，不仅可以节省大量电能，还可以延长变压器的运转时间，简化变压器的冷却装置。当前，降低成品厚度成为实现取向硅钢低铁损化的主要方法之一。但是，采用原有的二次再结晶方法生产取向硅钢的成品厚度有一个极限，一般约为0.15mm左右，当低于此厚度时，成品的二次再结晶不完善，或者无法发生二次再结晶，导致磁性能很差，无法达到所需的服役性能。
为了获得厚度≤0.15mm的取向硅钢薄带，人们开发了三次再结晶的生产工艺，其具体工艺为：利用取向硅钢传统生产工艺获得0.20~0.35mm厚的二次再结晶取向硅钢，对成品板进行酸洗，去除表面的玻璃膜和绝缘膜后冷轧至0.15mm及以下，压下率控制在60~80%，随后经750~1000℃退火利用三次再结晶得到取向硅钢极薄带。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，采用异步轧制的方法冷轧成0.06~0.1mm的极薄带，在700~980℃范围内退火，得到取向硅钢薄带。虽然专利CN 1562511A公开的方法可改善板形，提高了冷轧效率。但是，该专利和现行的工艺均需要利用取向硅钢的成品板作为原料，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极薄取向硅钢板及其制造方法，通过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，采用新的化学成分设计，获得高磁感取向硅钢产品，该方法具有短流程、易控制、低能耗的特点。
本发明的极薄取向硅钢的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。
上述的极薄取向硅钢的磁感B8为1.75~1.86T。
上述的极薄取向硅钢的铁损P10/400为6.1~7.8W/kg，铁损P10/1000为18.3~26.7W/kg。
上述的极薄取向硅钢的厚度在0.05~0.15mm。
本发明的极薄取向硅钢的制造方法按以下步骤进行：
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%；然后进行中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得中间退火板；
6、将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70~95%；然后进行脱碳退火，温度为800~900℃，时间为3~10min；
7、在脱碳退火后的板材表面涂覆退火隔离剂；
8、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，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。
双辊薄带连铸是以两个反向旋转的冷却辊为结晶器，用液态金属直接生产薄带材的技术；利用其所具有的亚快速凝固（102~104℃/s）特性，可获得较之常规连铸坯更加均质、细小的初始凝固组织，有利于后续的组织、织构控制；在亚快速凝固条件下，可以在铸带坯中固溶更多的抑制剂形成元素，从而获得更多、更弥散的抑制剂粒子，提高抑制力；此外，利用薄带连铸技术获得的铸带坯厚度通常仅为1~5mm，远小于常规连铸坯厚度（50~200mm），可以大大简化热轧工序，并且更容易获得较薄的热轧板。这些都将有利于制备极薄取向硅钢板；可见，将双辊薄带连铸技术应用到极薄取向硅钢板的生产上具有无可比拟的优越性。
本发明的特点和有益效果是：
（1）在成分中添加的Ti元素既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，细化初始凝固组织，还可以在热轧及常化时形成细小、弥散的Ti2S、Ti4C2S2等析出物，辅助抑制剂，有利于制备出极薄取向硅钢板；
（2）基于双辊薄带连铸技术，利用二次再结晶方法制备出0.05~0.15mm厚的极薄取向硅钢板，突破了传统的三次再结晶制备方法；
（3）大大简化了极薄取向硅钢的生产工艺流程，制造方法简单、有效，具有短流程、易控制、低能耗的特点。
附图说明
图1为本发明的极薄取向硅钢板的制造方法流程示意图。
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。
本发明实施例中采用的退火隔离剂为氧化镁。
本发明实施例中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
极薄取向硅钢的钢水成分按照质量百分比为C 0.06%，Si 3.2%，Mn 0.22%，S0.026%，Als 0.02%，N 0.009%，Ti 0.07%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.81 T，铁损P10/400为6.5 W/kg，铁损P10/1000为22.1 W/kg，厚度在0.1mm；
制造方法为：
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60℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为1000℃，热轧压下率为35%，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5min；；常化处理后的冷却速度为25℃/s；冷却至常温获得常化板；
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%；然后进行中间退火，温度为900℃，时间为6min，获得中间退火板；
将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85%；然后进行脱碳退火，温度为850℃，时间为5min；
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C0.04%，Si 3.0%，Mn 0.04%，S 0.05%，Als 0.02%，N 0.02%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；方法同上，产品的磁感B8为1.68T，铁损P10/400为10.7 W/kg，铁损P10/1000为28.3W/kg。
实施例2
极薄取向硅钢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 0.01%，Cu 0.3%，Sn 0.1%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.75T，铁损P10/400为7.8W/kg，铁损P10/1000为18.6W/kg，厚度在0.05mm；
制造方法同实施例1，不同点在于：
（1）钢水成分同上；
（2）控制熔池上表面过热度为10℃，钢水以60m/min的速度导出；
（3）铸带经冷却机组以20℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为900℃，热轧压下率为15%，终轧温度在850℃以上，热轧后以20℃/s的速度冷却至650℃以下；
（4）一段常化法的温度为850℃，时间为10min；常化处理后的冷却速度为5℃/s；
（5）一次冷轧压下率为40%；中间退火温度为800℃，时间为10min；
（6）二次冷轧压下率为95%；然后进行脱碳退火，温度为800℃，时间为10min；
（7）将涂覆退火隔离剂的板材加热至800±10℃，然后以10℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，再在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C0.09%，Si 3.2%，Mn 0.10%，S 0.06%，Als 0.07%，N 0.009%，Ti 0.09%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；方法同上，产品的磁感B8为1.66T，铁损P10/400为10.6W/kg，铁损P10/1000为27.8W/kg。
实施例3
极薄取向硅钢的钢水成分按照质量百分比为C 0.08%，Si 3.4%，Mn 0.30%，S0.03%，Als 0.05%，N 0.01%，Ti 0.5%，Cu 0.6%，Sn 0.2%，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；磁感B8为1.86T，铁损P10/400为6.1W/kg，铁损P10/1000为26.3W/kg，厚度在0.15mm；
制造方法同实施例1，不同点在于：
（1）钢水成分同上；
（2）控制熔池上表面过热度为70℃，钢水以20m/min的速度导出；
（3）铸带经冷却机组以100℃/s的速度冷却后进行热轧，开轧温度为1150℃，热轧压下率为50%，终轧温度在850℃以上，热轧后以100℃/s的速度冷却至650℃以下；
（4）一段常化法的温度为1150℃，时间为1min；；常化处理后的冷却速度为50℃/s；
（5）一次冷轧压下率为70%；中间退火温度为1000℃，时间为3min；
（6）二次冷轧压下率为70%；然后进行脱碳退火，温度为900℃，时间为3min；
（7）将涂覆退火隔离剂的板材加热至800±10℃，然后以30℃/h的速度升温至1200±10℃完成高温退火，再在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0.07%C，2.9%Si，0.03%Mn，0.06%S，0.12%Als，0.007%N，0.3%Cu，O<0.004%，P<0.01%，余量为Fe；方法同上，产品的磁感B8为1.70T，铁损P10/400为10.3W/kg，铁损P10/1000为30.7W/kg。
实施例4
极薄取向硅钢的钢水成分同实施例1，磁感B8为1.83T，铁损P10/400为6.3W/kg，铁损P10/1000为21.6 W/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1000℃，时间为3min，低温段的温度为1000℃，时间为3min；常化处理后的冷却速度为5℃/s。
实施例5
极薄取向硅钢的钢水成分同实施例2，磁感B8为1.76T，铁损P10/400为7.6W/kg，铁损P10/1000为18.3W/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℃，时间为5min，低温段的温度为850℃，时间为5min；常化处理后的冷却速度为50℃/s。
实施例6
极薄取向硅钢的钢水成分同实施例3，磁感B8为1.84 T，铁损P10/400为6.6W/kg，铁损P10/1000为26.7W/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1150℃，时间为1min，低温段的温度为1050℃，时间为1min；常化处理后的冷却速度为25℃/s。
Claims (5)
1.一种极薄取向硅钢板，其特征在于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；该钢板的磁感B8为1.75~1.86T，铁损P10/400为6.1~7.8W/kg，铁损P10/1000为18.3~26.7W/kg，厚度在0.05~0.15mm。
2.一种权利要求1所述的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于按以下步骤进行：
（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%，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%，Sn0~0.2%，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；其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；
（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；常化退火后获得常化板；
（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%；然后进行中间退火，温度为800~1000℃，时间为3~10min，获得中间退火板；
（6）将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70~95%；然后进行脱碳退火，温度为800~900℃，时间为3~10min；
（7）在脱碳退火后的板材表面涂覆退火隔离剂；
（8）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。
3.根据权利要求2所述的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（5）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2所述的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（6）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2所述的极薄取向硅钢板的制造方法，其特征在于步骤（8）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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