CN109609734B

CN109609734B - 一种冷轧无取向硅钢的制备方法

Info

Publication number: CN109609734B
Application number: CN201910012540.4A
Authority: CN
Inventors: 李准; 陈圣林; 万政武; 王雄奎; 杨朝; 程迪夫; 杨光; 吕黎; 詹东方
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-01-07
Filing date: 2019-01-07
Publication date: 2020-11-03
Anticipated expiration: 2039-01-07
Also published as: CN109609734A

Abstract

一种冷轧无取向硅钢的制备方法，包括步骤：1)冶炼并连铸成板坯：其成分组成及重量百分比含量，C≤0.0030％、Si2.90％～3.50％、Mn0.15％～0.30％、Als0.80％～1.5％、P≤0.008％、S≤0.0020％、N≤0.0025％、Ti≤0.0020％、Nb≤0.0020％、V≤0.0020％；2)铸坯加热；3)热轧；4)卷取；5)常化；6)冷轧；7)退火：升温速度v满足20+2.15×(W_Si+W_Als)≤v≤80‑3.85×(W_Si+W_Als)。本发明能够得到铁损P_1.5/50≤2.40W/kg、磁感B₅₀≥1.68T，厚度为0.50mm高牌号的冷轧无取向硅钢。

Description

一种冷轧无取向硅钢的制备方法

技术领域

本发明涉及无取向硅钢的制备技术领域，尤其涉及一种厚度为0.50mm高牌号的冷轧无取向硅钢的制备方法。

背景技术

无取向硅钢因其优异的磁性能，长期以来一直用做旋转电机铁芯材料。随着节能环保要求的不断提高，进一步提高无取向硅钢的磁性能成为用户和生产厂商面临的重要问题。

衡量冷轧无取向硅钢磁性能指标主要有磁感和铁损，对于0.50mm的冷轧无取向硅钢，用铁损P_1.5/50和磁感B₅₀两个指标来衡量其性能。目前0.50mm厚中高牌号冷轧无取向硅钢产品铁损P_1.5/50已经降低到2.30～2.40W/kg甚至更低，但磁感B₅₀仅能达到1.62～1.66T，再进一步提高磁感比较困难，这也成为需要解决的问题之一。

目前，提高冷轧无取向硅钢产品的磁性能的方法为通过改变成品中晶粒位向降低铁损P_1.5/50以及通过控制成品有利面织构的比例提高磁感B₅₀。如文献“快速加热工艺对高磁感取向硅钢织构和磁性能的影响，武汉工程职业技术学院学报，2009，Vol.21No.1”中，通过对高磁感取向硅钢冷轧片进行脱碳退火前的快速加热处理研究快速加热对产品磁性能的影响，结果表明脱碳退火前的快速加热对初次再结晶平均晶粒尺寸影响不大，但对初次再结晶织构有影响。快速加热处理后，样品中的{110}晶粒尺寸减小，数量增多，有利于提高二次再结晶整体取向的准确性，有效提高磁感。又如文献“钢带的快速加热工艺研究，武汉工程职业技术学院学报，2010，Vol.22No.2”中，通过采用感应快速加热设备对0.3～0.7mm厚钢带进行了快速加热实验，结果表明升温阶段，钢带平均升温速度可以达到100℃/s以上，达到了快速加热的效果。再如申请号为201711430630.2的中国发明专利申请，其公开了一种取向硅钢的感应加热渗氮方法，其通过冶炼、连铸后对铸坯加热并热轧、常化、冷轧及脱碳工序；在感应渗氮炉内进行两段式渗氮，在干式N₂气氛下冷却至室温，涂隔离剂、高温净化退火后待用。该发明得到的氮化物多且均匀，渗层深度可到钢板厚度中心部位，钢板厚度中心部位AlN颗粒在每平方微米上达到1～1.5个，磁性能稳定；同时氨气消耗量减少不低于40％，且操作简便，易于实施，易于大规模生产。再如文献“Park J.T.，Effect of HeatingRate on the Development of Annealing Texture in Nonoriented ElectricalSteels，ISIJ International,Vol.43(2003)，No.10，pp.1611～1614”中研究表明，大于10℃/s速度快升温可提高有利织构组分，提高磁性能。

发明内容

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种冷轧无取向硅钢的制备方法，能够得到铁损P_1.5/50≤2.40W/kg、磁感B₅₀≥1.68T，厚度为0.50mm高牌号的冷轧无取向硅钢。

为实现上述目的，本发明所设计的冷轧无取向硅钢的制备方法，包括步骤：

1)冶炼并连铸成板坯

冷轧无取向硅钢的成分组成及重量百分比含量为，C≤0.0030％、Si:2.90％～3.50％、Mn:0.15％～0.30％、Als:0.80％～1.5％、P≤0.008％、S≤0.0020％、N≤0.0025％、Ti≤0.0020％、Nb≤0.0020％、V≤0.0020％，其余为Fe和其它不可避免的残余元素；

2)铸坯加热

将铸坯加热至1050～1150℃，保温时间为60～180分钟；

3)热轧

控制终轧温度在800～900℃；

4)卷取

控制卷取温度≥600℃，卷取后的钢卷进入保温坑，缓慢降温；

5)常化

常化温度为880～940℃，常化时间为50～140秒，然后钢带进行常规酸洗；

6)冷轧

将钢带轧至成品厚度为0.50mm；

7)退火

退火过程中钢带的升温速度v满足公式(1)；

20+2.15×(W_Si+W_Als)≤v≤80-3.85×(W_Si+W_Als) 公式(1)

式(1)中，v为退火过程中钢带升温速度，单位℃/s；

W_Si为成分中Si含量，单位％wt；

W_Als为成分中Als含量，单位％wt。

与现有技术相比，本发明的冷轧无取向硅钢的制备方法中首先对钢种化学成分进行改进。以下将具体说明本发明冷轧无取向硅钢化学成分对冷轧无取向硅钢性能的关系。

C元素为有害元素，该元素含量过高时可扩大γ相区使相变温度降低，含量过高时在退火工序也要脱C，同时阻碍晶粒长大，因此要求其含量≤0.0030％。

S元素为有害元素，可与Mn形成MnS夹杂，可严重阻碍晶粒长大，进而恶化磁性能，要求其含量≤0.0020％。

N元素为有害元素，含量过高时可与Al元素形成AlN，可严重阻碍晶粒长大，同时在退火过程中也易形成内氮化层，恶化成品磁性能，要求其含量≤0.0025％。

P元素，当钢种Si、Als元素含量高且碳元素含量较低时，磷元素含量过高可大大增加钢带的脆性，给生产带来难度，其含量要求≤0.008％。

Ti、V、Nb元素为有害元素，易与C、N形成Ti(N，C)、V(N，C)及Nb(N，C)，强烈阻止晶粒长大，对铁损恶化严重，因此控制Ti、Nb、V分别≤0.0020％。

Si元素，是降低铁损的有效元素，它能增加电阻率，降低铁损；Si含量过高将会导致钢带变脆进而会给冷加工带来很大困难，特别是当钢带成品厚度较薄时；但Si含量过低，铁损降低程度减弱，本发明主要应用于高牌号无取向电工钢生产，对成品铁损有一定的要求，因此而控制Si含量在2.90％～3.50％。

Als元素，与Si作用相似，提高电阻率，降低铁损，同时也可使(100)组分增高和(111)组分降低，改善磁性值；但Als含量过高时易堵塞中包，铸坯表面也易结疤，进而导致钢带成品表面缺陷增多，尤其是钢带成品厚度较薄时，因此控制Als含量在0.80％～1.5％。

Mn元素，改善热轧塑性和热轧板组织促使(100)和(110)组分加强，(111)组分减弱，改善磁性能；但Mn扩大γ相区，降低成品退火温度不利于晶粒长大，进而影响铁损。因此，Mn含量应控制0.15％～0.30％。

其次，本发明对冷轧无取向硅钢的制备工艺进行优化，以下对各步骤进行详细说明。

控制铸坯加热温度在1050～1150℃，是由于加热温度低于1050℃时，钢坯温度低，在热轧时轧机负荷过大，压下困难，易损坏设备，导致生产难度加大；若加热温度高于1150℃，会使板坯中的AlN、MnS等析出固溶，继而在热轧时析出细小的夹杂物，抑制后工序退火时晶粒长大，进而恶化磁性。

常化温度在880～940℃保温50～140秒，使热轧板完成再结晶且晶粒均匀；同时有利织构(100)、(110)组分增加，提高产品磁性。在低于880℃的时常化，由于温度较低，晶粒细小不易长大，对最终成品性不利；当温度高于940℃时，晶粒尺寸相对较大，冷轧时钢板脆性变大，不利于冷轧通板性，且成本增加。

退火工序中，本发明之所以限定升温速度v满足公式(1)的要求的原因为，无取向硅钢牌号与Si和Als元素有较大关系，随着无取向牌号的升高Si和Als元素的含量也增加，而该元素含量的增加会导致成品中最佳晶粒尺寸随之变化，这两种元素对成品磁性能影响较大，因此本发明在大量实验的基础上，对退火工序中升温速度v与(W_Si+W_Als)含量进行拟合，得到公式(1)。

作为优选方案，所述冷轧无取向硅钢的成分组成及重量百分比含量为，C≤0.0030％、Si:3.1～3.23％、Mn:0.18～0.27％、Als:0.81～0.83％、P≤0.008％、S≤0.0020％、N≤0.0025％、Ti≤0.0020％、Nb≤0.0020％、V≤0.0020％，其余为Fe和其它不可避免的残余元素。

本发明的优点在于：与现有技术相比，本发明通过控制冷轧无取向硅钢中Si:2.90％～3.50％、Mn:0.15％～0.30％、Als:0.80％～1.5％，以及在退火工序中限定升温温度满足公式(1)提高有利织构系数比值Tp(定义见本发明中公式(2))进而改善冷轧无取向硅钢的磁性能。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有0.50mm厚高牌号冷轧无取向硅钢产品中存在的磁性能不佳的问题，本发明提供一种冷轧无取向硅钢的制备方法，具体地说，本发明通过优化冷轧无取向硅钢的化学成分和工艺以提高有利织构系数比值Tp进而改善冷轧无取向硅钢的磁性能，更具体地说，本发明控制冷轧无取向硅钢中Si:2.90％～3.50％、Mn:0.15％～0.30％、Als:0.80％～1.5％，以及在退火工序中限定升温温度满足公式(1)。以下将通过具体的实施例来对本发明冷轧无取向硅钢的制备方法的优选方式进行详细地说明。

实施例1～6

一种冷轧无取向硅钢的制备方法，包括步骤：

1)冶炼并连铸成板坯

2)铸坯加热

将铸坯加热至1050～1150℃，保温时间为60～180分钟；

3)热轧

控制终轧温度在800～900℃；

4)卷取

5)常化

6)冷轧

将钢带轧至成品厚度为0.50mm；

7)退火

退火过程中升温速度v满足公式(1)；

20+2.15×(W_Si+W_Als)≤v≤80-3.85×(W_Si+W_Als) 公式(1)

式(3)中，v为退火过程中钢带升温速度，单位℃/s；

W_Si为成分中Si含量，单位％wt；

W_Als为成分中Als含量，单位％wt。

表1为本发明实施例1～6及对比例1～3成分取值列表

表1

表2为本发明实施例及对比例的主要工艺参数

表2

表3本发明实施例及对比例得到冷轧无取向硅钢的性能

表3

表3中关于公式(2)和公式(3)的说明如下：

Tp＝-63.39+0.041×v+6.31×P_1.5/50+28.61×B₅₀ 公式(3)

公式(2)为本发明中有利织构系数的定义，选取对磁性能有利织构组分在反极图内密度值之和与对磁性不利织构组分在反极图内密度值之和的比值，利用此比值来衡量织构组比例；公式(3)为公式(2)中定义的有利织构系数Tp与退火工序中升温速度、成品铁损P_1.5/50和磁感B₅₀之间的关系，有利织构系数Tp与磁性值关系密切，成品中有利织构比例较高时成品磁性能优良，利用公式(3)可以快速计算出成品中有利织构系数，省去大量检测工作。

结合表3可以看出，对比例1～3中当钢带在成品退火过程中的加热速度不满足公式(1)要求时，有利织构系数较低，成品磁性差。其原因为因退火过程中升温速度慢，晶粒得到充分回复和再结晶，晶粒尺寸较大，恶化成品磁性能；当钢带退火过程中升温速度高于公式(1)的速度时，因钢带加热速度过快，晶粒来不及回复及长大，成品中有利织构(100)、(110)等组分比例减少，有利织构系数Tp较低，恶化磁性能。实施例1～6中退火工序采用满足本发明中公式(1)，试样最后的磁性能较好，实施例中成品铁损P_1.5/50≤2.40W/kg、磁感B₅₀≥1.68T；实际测量Tp值与理论计算Tp值数值接近，趋势相同，而且当在退火过程中钢带加热速度满足本发明中公式(1)时，成品中Tp值及磁性能P_1.5/50和B₅₀较好，对比例中钢带加热速度不满足本发明要求，性能恶化，同时也因退火速度不在本发明范围外，Tp值计算已产生较大偏差。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种冷轧无取向硅钢的制备方法，其特征在于，包括步骤：

1)冶炼并连铸成板坯

冷轧无取向硅钢的成分组成及重量百分比含量为，C≤0.0030％、Si:3.1～3.23％、Mn:0.18～0.27％、Als:0.81～0.83％、P≤0.008％、S≤0.0020％、N≤0.0025％、Ti≤0.0020％、Nb≤0.0020％、V≤0.0020％，其余为Fe和其它不可避免的残余元素；

2)铸坯加热

将铸坯加热至1050～1150℃，保温时间为60～160分钟；

3)热轧

控制终轧温度在800～900℃；

4)卷取

5)常化

常化温度为880～940℃，常化时间为50～140秒，然后钢卷进行常规酸洗；

6)冷轧

将钢带轧至成品厚度为0.50mm；

7)退火

退火过程中升温速度v满足公式(1)；

20+2.15×(W_Si+W_Als)≤v≤80-3.85×(W_Si+W_Als)公式(1)式(1)中，v为退火过程中钢带升温速度，单位℃/s；

W_Si为成分中Si含量，单位％wt；

W_Als为成分中Als含量，单位％wt。