CN110283981B - 一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法:经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成坯;对铸坯常规加热;经酸洗后进行一次性冷轧;退火;高温退火;拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。本发明能在不改变现有生产工艺、钢种成分,以及脱碳退火过程中的渗氮时间条件,并在渗氮量不低于200PPm的前提下,使低温HiB的氧含量至少提高到不低于680PPm,进而使磁性能由现有的1.905T提高至不低于1.91T,且操作简单,极易实施。

Description

一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法
技术领域
本发明涉及一种取向硅钢的生产方法,确切地属于一种高磁感渗氮取向硅钢的生产方法尤其为一种提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法。
背景技术
随着国家电网事业的发展趋势,特高压型、S13型级以上的节能降耗型变压器成为主流,会使低温高磁感取向硅钢(低温HiB)的应用范围以及市场对其磁性需求会更高。由于低温HiB是通过后天渗氮的方式获得抑制剂,因此提高磁性的关键工序是其在冷轧后初次退火过程中的渗氮以及氧化。如何在特定渗氮量的范围内,提高低温HiB的氧含量是解决提高磁性能的关键。也是本技术领域技术人员所面临的问题。
目前,提高低温HiB氧含量以及获得渗氮量≥200ppm主要有以下几种方法:
1、通过改变渗氮温度,在单位时间内提升渗氮效率增加渗氮量;
2、改变不同的渗氮方式,如喷射方式,在单位时间内提升渗氮效率增加渗氮量;
3、通过改变钢中亲氧成分例如Cr、Sn元素的含量,使其在脱碳退火中更容易氧化,从而增加钢中氧含量。
以上三种方式中,从生产实践的结果来看,第一及第三种方式,均需要对低温HiB成分设计以及初次退火工艺进行大的变革,这对于成熟生产企业来讲,失败风险相对较高。
第二种方式则需要硬性的固定资产投资、设备改造等,并且只能解决低温HiB渗氮量≥200ppm问题,对于氧含量的提高问题并得不到解决。
现有技术一般针对低温HiB获得≥200ppm的方法介绍地很多,但实际中,要获得优良磁性的低温HiB钢,在渗氮量≥200ppm的条件下,必须还要关注氧含量。低温HiB钢磁感随着氧含量升高而升高,主要原理是氧含量升高,低温HiB钢的底层形成完全,在渗氮量≥200ppm有利于氮化物夹杂形成,高斯组分织构发育更完善,从而提高磁感。本发明就是为了既得到≥200ppm的渗氮量,又要提高氧含量,从而提高低温HiB钢磁性。
现有技术也有对高磁感硅钢的氧含量有予以关注的,但是渗氮量、氧含量均较低,如经检索的:
中国专利申请号为CN201110415831.1的文献,公开了《一种高磁感取向硅钢带渗氮处理方法》。该文献介绍了高磁感取向硅钢的渗氮方法,但是按照该文献得到渗氮量只能维持在120ppm~180ppm;氧含量维持在400ppm~450ppm,提高低温HiB磁性的能力有限。因为该专利的氮含量没有达到≥200ppm的范围,氮化物夹杂组分偏少,有效抑制力不足,高斯组分织构发育不完全,磁感难以提高。
大多数为提高高磁感硅钢的性能,仍然是通过提高钢的渗氮量予以提高其磁性能的,而未对钢的氧含量予以关注,如经检索的:
中国专利申请号为CN201310348135.2的文献,公开了《一种利用纳米复合电沉积技术对取向硅钢渗氮的方法》,该文献可以显著提高低温HiB渗氮量至220ppm~260ppm。该文献由于仅关注了渗氮量的增加,即虽然渗氮量达到了220ppm~260ppm,但是由于未与关注氧含量的增加,该专利得到的氧含量为250ppm~450ppm,氧含量不足导致在渗氮量≥200ppm的条件下,低温HiB钢底层形成不致密,即使渗氮量很高,但是氮化物夹杂形成过程中,氮会通过不致密的底层间隙溢出向钢带表面逃跑,导致钢带内部高斯组分织构发育不完全,所以还是无法满足高磁感硅钢磁性能的进一步提高的要求。
中国专利申请号为CN201420326832.8的文献,公开了《一种取向硅钢渗氮用喷梁》,该文献虽然渗氮量已达到200ppm~240ppm,但其需要安装专用设备,导致投资及生产成本增加,且也未与关注氧含量的增加,所以仍然无法满足高磁感硅钢磁性能的进一步提高的要求。
发明内容
本发明在于克服现有技术存在的不足,提供一种在不改变现有生产工艺、钢种成分,以及初次退火过程中的渗氮时间条件,并在渗氮量不低于200PPm的前提下,使低温HiB的氧含量至少提高到不低于680PPm,进而使磁性能由现有的1.905T提高至不低于1.91T的低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法。
现上述目的的措施:
一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法,其步骤:
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为2.8%~3.3%,C含量为400ppm~700ppm,N含量在65ppm~85ppm,Als含量为240ppm~305ppm,其余为Fe以及其他杂质元素。
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在820℃~860℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为38%~45%;退火时间为140s;
其间:脱碳退火的前100s的时间内,控制退火炉内的PH2O/PH2的分压比为:在基础分压比的基础上加上递增的分压比;所述基础分压比是在0.4~0.6内任取的一个值;所述递增的分压比是指:每退火25s增加分压比0.05;
在退火时间大于100s至140s这个时间段,退火炉内分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛仍为湿式氮氢混合气;渗氮温度在850℃~900℃,渗氮时间为常规的20s~45s;通入的氨气流量在30~40m3/h;渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2在0.2~0.4,且炉内的分压比与钢种设定的氮含量的高低成正相关关系;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
优选地:基础分压比在0.07~0.15内任取的一个值。
本发明之所以在脱碳退火前100s的时间内,控制退火炉内的PH2O/PH2的分压比为:在基础分压比的基础上加上递增的分压比;所述基础分压比是在0.4~0.6内任取的一个值;所述递增的分压比是指:每退火25s增加分压比0.05。是由于在脱碳退火前段,尤其是前25s内,如果要获得较多组分的氧,退火炉内的分压比PH2O/PH2必须控制在0.4以上;之后按照每退火25s增加分压比0.05,是由于随着脱碳退火的进行,25S后如果继续维持在PH2O/PH2在0.4以内,造成SiO2组分异常增多并且粗化,在钢带次表层形成致密的氧化层,会阻碍脱碳。梯度增加分压比就是为了在获得足够的SiO2与脱碳之间取得平衡。
当退火时间大于100s至140s,分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;,是由于大于100s后,低温HiB中钢带中的脱碳过程基本完成大部分,在脱碳过程中,钢带中碳与水蒸气反应生产CO与H2,均为还原性气氛。当脱碳末段,100s至140s时,脱碳产生的还原性气氛已经减弱,有梯度地降低炉内的PH2O/PH2能够防止过氧化气氛造成带钢表面氧化,后续阻碍渗氮。
本发明之所以在渗氮阶段炉内的分压比控制在PH2O/PH2在0.2~0.4范围的任一值,是由于通过实践发现,渗氮过程中,适当采用该分压PH2O/PH2的湿气与氨气混合后在带钢表面形成FeO与氨基的络合物,能够有效促进渗氮,提高渗氮效率。
本发明在现有低温HiB脱碳退火炉设备和工艺条件基础上,不改变炉体设备结构,并使渗氮量不低于200PPm,通过工艺优化实现氧含量增加,实现低温HiB磁性更好。主要原理为:通过调整初次退火不同时间阶段的气氛PH2O/PH2分压比,使得氧含量高且是底层形成的反应物SiO2组分增多,进而提高低温HiB氧含量。通过在脱碳退火的渗氮阶段改变原有的干气氛渗氮环境,实现PH2O/PH2低分压比湿气环境渗氮,提高渗氮效率。在渗氮方式、渗氮时间、渗氮温度均不变的条件下保证渗氮量不低于200PPm。
与现有技术相比,本发明能在不改变现有生产工艺、钢种成分,以及脱碳退火过程中的渗氮时间条件,并在渗氮量不低于200PPm的前提下,使低温HiB的氧含量至少提高到不低于680PPm,进而使磁性能由现有的1.905T提高至不低于1.91T,且操作简单,极易实施。
具体实施方式
下面对本发明予以详细描述:
实施例1
一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法,其步骤:
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为2.85%,C含量为421ppm,N含量在68ppm,Als含量为260ppm,其余为Fe以及其他杂质元素;
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧,轧至厚度为0.27mm;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在835℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为39%;退火时间为140s;其间:在100s的退火时间内,选择基础分压比PH2O/PH2为0.4,并采用递增方式,即每退火25s增加分压比0.05;到100s时分压比为0.6;
在退火时间大于100s至140s此时间段,分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;到脱碳退火结束时,分压比为0.56。
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛仍为湿式氮氢混合气;渗氮温度在885℃,渗氮时间为常规的28s;通入的氨气流量在33m3/h;由于设定的N含量在68ppm,所以渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2为0.21;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
经检测,本实施例的氧含量为680PPm,比现有常规技术提高了36.2%;渗氮量为200PPm,;磁感为1.91T。
实施例2
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为3.02%,C含量为550ppm,N含量在72ppm,Als含量为275ppm,其余为Fe以及其他杂质元素;
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧,轧至厚度为0.27mm;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在828℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为40%;退火时间为140s;
其间:在100s的退火时间内,选择基础分压比PH2O/PH2为0.48,并采用递增方式,即每退火25s增加分压比0.05;到100s时分压比为0.68;
在退火时间大于100s至140s此时间段,分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;到脱碳退火结束时,分压比为0.64。
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛仍为湿式氮氢混合气;渗氮温度在875℃,渗氮时间为常规的29s;通入的氨气流量在35m3/h;由于设定的N含量在72ppm,所以渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2为0.25;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
经检测,本实施例的氧含量为760PPm,比现有常规技术提高了51.2%;渗氮量为225PPm,;磁感为1.911T。
实施例3
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为3.2%,C含量为624ppm,N含量在83ppm,Als含量为298ppm,其余为Fe以及其他杂质元素;
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧,轧至厚度为0.27mm;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在845℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为41%;退火时间为140s;
其间:在100s的退火时间内,选择基础分压比PH2O/PH2为0.58,并采用递增方式,即每退火25s增加分压比0.05;到100s时分压比为0.78;
在退火时间大于100s至140s此时间段,分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;到脱碳退火结束时,分压比为0.74。
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛仍为湿式氮氢混合气;渗氮温度在890℃,渗氮时间为常规的28s;通入的氨气流量在38m3/h;由于设定的N含量在83ppm,所以渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2为0.38;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
经检测,本实施例的氧含量为1050PPm,比现有常规技术提高了110%;渗氮量为245PPm,;磁感为1.9113T。
实施例4
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为3.11%,C含量为606ppm,N含量在78ppm,Als含量为289ppm,其余为Fe以及其他杂质元素;
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧,轧至厚度为0.27mm;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在857℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为43%;退火时间为140s;
其间:在100s的退火时间内,选择基础分压比PH2O/PH2为0.52,并采用递增方式,即每退火25s增加分压比0.05;到100s时分压比为0.72;
在退火时间大于100s至140s此时间段,分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;到脱碳退火结束时,分压比为0.68。
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛仍为湿式氮氢混合气;渗氮温度在887℃,渗氮时间为常规的31s;通入的氨气流量在13m3/h;由于设定的N含量在78ppm,所以渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2为0.03;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
经检测,本实施例的氧含量为830PPm,比现有常规技术提高了66%;渗氮量为236PPm,;磁感为1.912T。
本具体实施方式仅为最佳例举,并非对本发明技术方案的限制性实施。

Claims (2)

1.一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法,其步骤:
1)经常规转炉冶炼、真空处理并连铸成低温HiB钢钢坯;铸坯的成分百分比含量为:Si含量为2.8%~3.3%,C含量为400ppm~700ppm,N含量在65ppm~85ppm,Als含量为240ppm~305ppm,其余为Fe以及其他杂质元素;
2)经对铸坯常规加热,并进行常规初轧精轧及卷取,钢板厚度为2.3±0.1mm;
3)经酸洗后进行一次性冷轧;
4)进行退火工艺:
A、首先按照炉内分压比递增与递减相结合的方式进行脱碳退火,退火温度控制在820℃~860℃,炉内气氛为湿式的氮氢混合气,其中氢气体积占比为38%~45%;退火时间为140s;
其间:脱碳退火的前100s的时间内,控制退火炉内的PH2O/PH2的分压比为:在基础分压比的基础上加上递增的分压比;所述基础分压比是在0.4~0.6内任取的一个值;所述递增的分压比是指:每退火25s增加分压比0.05;
在退火时间大于100s至140s这个时间段,退火炉内分压比采用递减方式,即每退火10s降低分压比0.01;
B、脱碳退火结束后,进入渗氮处理阶段,退火炉内的气氛在湿式氮氢混合气基础上并通入流量在30 ~40m3/h的氨气;渗氮温度在850℃~900℃,渗氮时间为常规的20s~45s;渗氮阶段炉内的分压比PH2O/PH2在0.2~0.4,且炉内的分压比与钢种设定的氮含量的高低成正相关关系;
5)常规进行高温退火;
6)进行拉伸平整、涂覆绝缘涂层及成品精整包装,待用。
2.如权利要求1所述一种能提高低温高磁感取向硅钢氧含量的生产方法,其特征在于:基础分压比在0.4~0.58内任取的一个值。
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