CN105525087B

CN105525087B - 一种提高取向硅钢底层质量的方法

Info

Publication number: CN105525087B
Application number: CN201510652940.3A
Authority: CN
Inventors: 彭志华; 李晓强; 梁康宁; 钟洁容; 陈丽儿; 郑潮英; 罗开东; 梁建强
Original assignee: Guangdong Yingquan High-Tech Materials Co Ltd
Current assignee: Guangdong Yingquan High-Tech Materials Co Ltd
Priority date: 2015-10-10
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2035-10-10
Also published as: CN105525087A

Abstract

本发明公开了一种提高取向硅钢底层质量的方法。本发明所述方法包括以下步骤：（1）调整钢坯化学成分；（2）钢板在酸洗后，用金属刷滚筒对其表面进行打磨；（3）在连续退火前用超声波对钢板进行清洗；清洗后再用清水对钢板进行冲洗；（4）调节回复退火时的条件；（5）在主要成分为氧化镁的隔离涂层中添加二氧化钛和碳酸镁；（6）调节钢卷高温退火时的条件。通过本发明上述方法，可以解决现有的取向硅钢底层质量差或质量不稳定的问题，具有很好的工业应用前景。

Description

一种提高取向硅钢底层质量的方法

技术领域

本发明涉及取向硅钢生产领域，具体涉及一种提高取向硅钢底层质量的方法。

技术背景

在取向硅钢生产过程中，在经过炼钢、连铸板坯、热连轧、酸洗、冷轧、连续退火(脱碳退火、回复退火等)等工序后，需进行高温退火，在抑制剂的作用下完成二次再结晶过程，最后在高保温阶段净化钢质，以获得良好的磁性。在高温退火之前，需在钢带表面涂覆成份以氧化镁(MgO)为主的隔离涂层。隔离涂层不仅可以防止钢带在高温退火时产生粘结，更重要的是在高温退火二次升温阶段，在温度达到900℃以上时，氧化镁与钢带表面上的SiO₂氧化膜发生化学反应，生成成份以硅酸镁(Mg2SiO₄)为主的玻璃质薄膜。质量良好的玻璃质薄膜紧密附着在钢板表面，不仅具有很好的绝缘和防锈能力，而且因其膨胀系数比硅钢小，能对钢带表面产生一定的张力，具有减少钢板磁致伸缩和显著降低钢板铁损的作用。这层玻璃膜硬度高，与钢带结合牢固，是硅钢绝缘涂层的理想底层，因此通常称之为硅酸镁底层(或底层)。底层的质量与产品的外观质量亦具有密切的关系，如底层质量良好，则硅钢带涂绝缘涂层并烘干、烧结后，表面颜色均匀，带有特殊的光泽；如底层不良，则钢带颜色不均、色泽暗淡，甚至产生露晶、亮点等缺陷。

综上所述，取向硅钢的底层质量，对取向硅钢的磁性、外观质量、绝缘电阻和防锈能力等均具有重要影响。然而，影响底层质量的因素非常复杂，材料的化学成份、钢带表面的洁净度、钢带在连续退火过程中产生的氧化膜的成份和厚度、氧化镁的质量和水化率、隔离涂料中添加剂的成份及其质量、隔离涂层的涂布质量以及高温退火工艺等，均对最终形成的底层质量具有密切的关系。因此，提高底层的质量，是取向硅钢生产过程中需重点攻克的关键技术之一。尤其是对于含铜低温取向硅钢的生产，由于其工艺的特殊性，在高温退火前进行的回复退火温度较低，在钢带表面难以生成理想的SiO₂膜，因此在高温退火阶段难以生成质量良好、厚度适宜的的硅酸镁底层，从而对取向硅钢成品的质量产生了重大的影响。

发明内容

本发明的目的在于解决目前取向硅钢底层质量存在的不稳定或者质量差等问题，提供一种提高取向硅钢硅酸镁底层质量的方法，该方法可以提高产品性能。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种提高取向硅钢底层质量的方法，包括如下步骤：

(1)调整钢坯化学成分：Als为0.015～0.022wt％，且满足Als/N＝1.5～2.5；Sn为0.02～0.10wt％；Sb为0.01～0.05wt％；Cr为0.006～0.05wt％；V为0.001～0.02wt％；Cu为0.40～0.60wt％；

(2)钢板在酸洗后，用金属刷辊筒对钢板表面进行打磨，清除钢板表面的内氧化层。刷辊筒直径为200～400mm，刷丝直径为0.2～0.8mm，转速为200～2000rpm；

(3)连续退火前用超声波对钢板进行清洗，超声清洗后用清水对钢板进行冲洗，并使钢板表面残留水的pH值为7～9，然后用粗糙的挤水辊把多余的水挤掉；

(4)回复退火温度为500～600℃，保护气氛为加湿的氢氮混合气，加湿温度为50～70℃；回复退火后，钢带以5～30℃/S的速度冷却到100～300℃，然后淬入30～100℃的水中，时间2～15秒；

(5)在主要成份为硅钢级氧化镁的隔离涂层中添加TiO₂和MgCO₃化合物，其中TiO₂添加量是原材料中Als质量的1.0～2.0倍，且其粒径分布中80％的颗粒粒径≤1μm；MgCO₃的添加量为氧化镁质量的0.5～10wt％；隔离涂层烘干后含水率为1.5～6％；

(6)钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和600～700℃的低保温后，以10～25℃/S的速度升温至800～950℃，保温2～15小时，并控制炉内气氛分压比P_H2O/P_H2≤0.05；保温结束后继续缓慢升温至高保温温度，进行净化钢质。

作为一种优选技术方案，上述步骤(1)中，所述调整钢坯化学成分为：Als为0.018～0.02wt％，且满足Als/N＝1.5～2.5；Sn为0.02～0.10wt％；Sb为0.01～0.05wt％；Cr为0.006～0.05wt％；V为0.001～0.02wt％；Cu为0.40～0.60wt％。

作为一种优选技术方案，上述步骤(2)中，所述刷辊筒直径为200～400mm，刷丝直径为0.2～0.8mm，转速为200～2000rpm。

作为一种优选技术方案，上述步骤(3)中，所述超声清洗液为0.5～5wt％的氢氧化钠溶液，并添加0.2～2wt％的硅酸钠；所述挤水辊的表面粗糙度为Ra6.3～100。

作为一种优选技术方案，上述步骤(4)中，回复退火保护气氛中氧含量为50～500ppm。

作为一种优选技术方案，上述步骤(6)中，所述高保温温度为1200℃。

本发明全文中提到的钢坯、钢板、钢卷、钢带均是不同生产过程中对于钢板的称谓，指代的确为同一物品。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过调整钢坯化学成分具有如下优点：酸溶铝(Als)作为构成取向硅钢主要抑制剂AlN的元素，对磁性的影响很明显。在一定范围内，提高Als含量可显著降低取向硅钢的铁损，但Als含量过高，在高温退火过程中，钢中的铝扩散到钢带表面，把SiO₂膜还原，使底层质量变坏。在以AlN为主要抑制剂的取向硅钢生产方案中，Als含量通常规定为0.02～0.03％,优选值为0.025～0.028％，而含铜取向硅钢优选值为0.020～0.025％。本发明降低了Als的含量，优选值为0.018～0.02％，以减少铝对底层的影响。为避免磁性下降，添加锡、锑、钒等等可加强抑制力的元素；锡(Sn)能在较低的温度下完全固溶，在脱碳退火后沿初次晶粒晶界偏聚，使二次晶核数量增多，加强抑制力，确保二次再结晶完善。因此添加锡能弥补降低Als后造成AlN抑制力下降的问题。但锡含量过高，在脱碳时在钢板表面富集，阻碍SiO₂膜形成，导致底层不良，因此把Sn含量控制在0.10％以下；锑(Sb)的作用与锡相似；铬(Cr)可促进退火时钢板氧化，并促进高温退火时Mg₂SiO₄底层的形成，可明显改善底层质量；钒(V)与N结合，可作为辅助抑制剂，使二次再结晶更完善，提高产品磁性；铜(Cu)是构成Cu₂S抑制剂的元素，同时铜还可以降低钢板表面锡的浓度，改善底层质量；

(2)本发明彻底清除钢板表面难以用酸洗方式去除的内氧化层，从而达到以下效果：1)提高脱碳效果；2)降低冷轧难度、提高板形质量，从而提高隔离涂层的涂布效果，提高底层的均匀性；3)避免内氧化层中Al₂O₃等化合物对底层的破坏；

(3)本发明使用超声清洗具有比常规刷洗更好的脱脂和除污效果，能提高钢板表面的清洁度，提高底层质量。清洗后使钢板保留弱碱性，并采用表面粗糙的挤水辊，目的是让钢板表面残留少量的硅酸盐和氢氧化钠。硅酸盐在连续退火过程中，可加速形成SiO₂和Fe₂SiO₄，改善底层质量；钢板表面存在少量的钠离子有利于提高底层附着性和均匀性；

(4)因脱碳退火时形成的氧化膜在二次冷轧时被碾薄，有时还产生开裂和脱落。本发明为改善底层质量，采用加湿的气氛对钢带进行回复退火，让钢带表面能在较低的回复温度下形成较好的SiO₂和Fe₂SiO₄氧化膜。退火后把钢带淬入水中，目的是让钢带表面进一步氧化，使氧化膜具有适宜的成份和厚度，以利于改善底层的质量；

(5)TiO₂在高温下逐渐分解，释放氧原子，与钢中扩散到表面的Al结合，防止Al妨碍硅酸镁底层的形成。TiO₂分解使Ti渗入钢中会引起铁损增高，磁性变坏，使用过多的TiO₂还导致生产成本上上升。因此本发明根据钢中Als的含量来确定隔离剂中TiO₂的含量，以达到最优的效果。本发明采用粒径较小的TiO₂，可提高其分散性和活性，有利于形成较好的底层。碳酸镁分解温度为540℃，在钢卷高温退火快速升温和低保温阶段释放气体，加快钢卷各圈间隔离涂层中化合水的排出，避免高温下水对底层的破坏，减少底层缺陷的产生；

(6)在常规高温退火的低保温阶段和高保温阶段之间，增加一个中保温阶段，使钢卷在800～950℃间的某一温度进行保温过程中，在连续退火时钢板表面生成的Fe₂SiO₄在一定的温度和分压比条件下被还原成SiO₂，从而使钢板表面氧化膜中SiO₂的含量增加，有利于提高底层的质量。同时本发明措施能使钢卷内外温度进一步均匀化，使钢卷在均一的温度状态下进行二次再结晶和形成硅酸镁底层，提高产品质量。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明做进一步阐述。但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

1.钢坯化学成份中，与底层质量有影响的化学元素的含量(重量百分比)分别为：Als：0.019％、Als/N＝2.0；Sn：0.055％；Sb：0.02％；Cr：0.02％；V：0.002％；Cu：0.51％。

2.经炼钢、连铸板坯、热轧等工序后，钢板在盐酸中酸洗，然后用辊筒直径为300mm、刷丝直径为0.5mm、转速为1000rpm的金属丝刷辊筒对钢板表面进行打磨，彻底清除钢板表面的内氧化层。

3.钢板经一次冷轧后进行连续脱碳退火、经二次冷轧后进行连续回复退火，连续退火前用超声波对钢板进行脱脂、清洗，超声清洗液为1.5％的氢氧化钠溶液，并添加0.5％的硅酸钠。超声清洗时间为15秒，然后用清水对钢板进行冲洗，冲洗后钢板表面残留水的PH值为8.0，然后用表面粗糙度为Ra100的挤水辊把钢板上多余的水挤掉。

4.回复退火温度为560℃，保护气氛为加湿的氢氮混合气，加湿温度为65℃,保护气氛中氧含量为100ppm。回复退火后，钢带以13℃/S的速度冷却到220℃，然后淬入70℃的水中，时间6秒。

5.回复退火后，在钢板表面湿涂隔离涂层。隔离涂层的主要成份为硅钢级氧化镁，并添加TiO₂和MgCO₃等化合物。其中TiO₂添加量为原材料中Als质量的1.3倍，且其粒径分布中80％的颗粒粒径≤1μm；MgCO₃的添加量为2％。隔离涂层烘干后含水率为3.1％。

6.钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和650℃的低保温后，以20℃/S的速度升温至880℃，在炉内气氛分压比P_H2O/P_H2≤0.04的前提下保温6小时。保温结束后继续缓慢升温至高保温温度(约1200℃),进行净化钢质。

实施例2

1.钢坯化学成份中，与底层质量有影响的化学元素的含量(重量百分比)分别为：Als：0.018％、Als/N＝2.0；Sn：0.055％；Sb：0.02％；Cr：0.02％；V：0.002％；Cu：0.51％。

3.钢板经一次冷轧后进行连续脱碳退火、经二次冷轧后进行连续回复退火，连续退火前用超声波对钢板进行脱脂、清洗，超声清洗液为1.5％的氢氧化钠溶液，并添加1.5％的硅酸钠。超声清洗时间为10秒，然后用清水对钢板进行冲洗，冲洗后钢板表面残留水的PH值为7.5，然后用表面粗糙度为Ra50的挤水辊把钢板上多余的水挤掉。

4.回复退火温度为520℃，保护气氛为加湿的氢氮混合气，加湿温度为58℃，保护气氛中氧含量为300ppm。回复退火后，钢带以25℃/S的速度冷却到190℃，然后淬入85℃的水中，时间10秒。

5.回复退火后，在钢板表面湿涂隔离涂层。隔离涂层的主要成份为硅钢级氧化镁，并添加TiO₂和MgCO₃等化合物。其中TiO₂添加量为为原材料中Als的质量的1.2倍，且其粒径分布中80％的颗粒粒径≤1μm；MgCO₃的添加量为1％。隔离涂层烘干后含水率为2.0％。

6.钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和680℃的低保温后，以20℃/S的速度升温至830℃，在炉内气氛分压比P_H2O/P_H2≤0.02的前提下保温8小时。保温结束后继续缓慢升温至高保温温度(约1200℃)，进行净化钢质。

实施例3

1.钢坯化学成份中，与底层质量有影响的化学元素的含量(重量百分比)分别为：Als：0.018％、Als/N＝2.1；Sn：0.03％；Sb：0.03％；Cr：0.01％；V：0.002％；Cu：0.58％。

2.经炼钢、连铸板坯、热轧等工序后，钢板在盐酸中酸洗，然后用辊筒直径为250mm、刷丝直径为0.8mm、转速为1000rpm的金属丝刷辊筒对钢板表面进行打磨，彻底清除钢板表面的内氧化层。

3.钢板经一次冷轧后进行连续脱碳退火、经二次冷轧后进行连续回复退火，连续退火前用超声波对钢板进行脱脂、清洗，超声清洗液为3％的氢氧化钠溶液，并添加2％的硅酸钠。超声清洗时间为15秒，然后用清水对钢板进行冲洗，冲洗后钢板表面残留水的PH值为8.5，然后用表面粗糙度为Ra6.3的挤水辊把钢板上多余的水挤掉。

4.回复退火温度为540℃，保护气氛为加湿的氢氮混合气，加湿温度为70℃,保护气氛中氧含量为200ppm。回复退火后，钢带以10℃/S的速度冷却到270℃，然后淬入50℃的水中，时间3秒。

5.回复退火后，在钢板表面湿涂隔离涂层。隔离涂层的主要成份为硅钢级氧化镁，并添加TiO₂和MgCO₃等化合物。其中TiO₂添加量为原材料中Als的质量的1.7倍，且其粒径分布中80％的颗粒粒径≤1μm；MgCO₃的添加量为3％。隔离涂层烘干后含水率为3.9％。

6.钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和650℃的低保温后，以15℃/S的速度升温至930℃，在炉内气氛分压比P_H2O/P_H2≤0.05的前提下保温10小时。保温结束后继续缓慢升温至高保温温度(约1200℃),进行净化钢质。

比较例1

1.钢坯化学成份中，与底层质量有影响的化学元素的含量(重量百分比)分别为：Als：0.023％、Cu：0.49％、Cr：0.008％，不含Sn、Sb和V。

2.经炼钢、连铸板坯、热轧等工序后，钢板在盐酸中酸洗，酸洗后不对残留的内氧化层进行清除。

3.钢板经一次冷轧后进行连续脱碳退火、经二次冷轧后进行连续回复退火，连续退火前用2％的氢氧化钠溶液对钢板喷淋并用刷辊进行清洗，然后用大量清水对钢板表面进行冲洗，冲洗后钢板表面残留水的PH值为6.8。然后用表面粗糙度不大于Ra3.2的挤干辊把钢板上的水挤干。

4.回复退火保护气氛为干的氢氮混合气，氧含量＜5ppm。回复退火后，钢带不淬入水中。

5.回复退火后，在钢板表面湿涂隔离涂层。隔离涂层的主要成份为硅钢级氧化镁，并添加TiO₂。TiO₂添加量为氧化镁含量的5％，粒度为320目。隔离涂层烘干后含水率为1.4％。

6.钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和低保温后，以固定的二次升温速度直接升温至高保温温度(约1200℃),低保温和高保温之间的二次升温过程不进行保温。

实施效果:

Claims

1.一种提高取向硅钢底层质量的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

（1）调整钢坯化学成分：Als为0.015～0.022wt%，且满足Als/N=1.5～2.5；Sn为0.02～0.10wt%；Sb为0.01～0.05wt%；Cr为0.006～0.05wt%；V为0.001～0.02wt%；Cu为0.40～0.60wt%；

（2）钢板在酸洗后，用金属刷辊筒对钢板表面进行打磨，清除钢板表面的内氧化层;

刷辊筒直径为200～400mm，刷丝直径为0.2～0.8mm，转速为200～2000rpm；

（3）连续退火前用超声波对钢板进行清洗，超声清洗后用清水对钢板进行冲洗，并使钢板表面残留水的pH值为7～9，然后用挤水辊把多余的水挤掉；

（4）回复退火温度为500～600℃，保护气氛为加湿的氢氮混合气，加湿温度为50～70℃；回复退火后，钢带以5～30℃/S的速度冷却到100～300℃，然后淬入30～100℃ 的水中，时间2～15秒；

（5）在主要成份为硅钢级氧化镁的隔离涂层中添加TiO₂和MgCO₃化合物，其中TiO₂添加量是原材料中Als质量的1.0～2.0倍，且其粒径分布中80%的颗粒粒径≤1μm；MgCO₃的添加量为氧化镁质量的0.5～10wt%；隔离涂层烘干后含水率为1.5～6%；

（6）钢卷高温退火过程中，在经过快速升温和600～700℃ 的低保温后，以10～25℃ /S的速度升温至800～950℃ ，保温2～15小时，并控制炉内气氛分压比P_H2O/P_H2≤0.05；保温结束后继续缓慢升温至高保温温度1200℃，进行净化钢质。

2.根据权利要求1所述的提高取向硅钢底层质量的方法，其特征在于步骤（1）中，所述调整钢坯化学成分为：Als为0.018～0.02wt%，且满足Als/N=1.5～2.5；Sn为0.02～0.10wt%；Sb为0.01～0.05wt%；Cr为0.006～0.05wt%；V为0.001～0.02wt%；Cu为0.40～0.60wt%。

3.根据权利要求1所述的提高取向硅钢底层质量的方法，其特征在于步骤（2）中，所述刷辊筒直径为200～400mm，刷丝直径为0.2～0.8mm，转速为200～2000rpm。

4.根据权利要求1所述的提高取向硅钢底层质量的方法，其特征在于步骤（3）中，所述超声清洗液为0.5～5wt%的氢氧化钠溶液，并添加0.2～2wt%的硅酸钠；所述挤水辊的表面粗糙度为Ra6.3～100。

5.根据权利要求1所述的提高取向硅钢底层质量的方法，其特征在于步骤（4）中，回复退火保护气氛中氧含量为50～500ppm。