CN111100978A

CN111100978A - 一种能提高涂层附着性能的取向硅钢及其制备方法

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Publication number: CN111100978A
Application number: CN201911127354.1A
Authority: CN
Inventors: 杨佳欣; 申明辉; 郭小龙; 胡守天; 田文洲; 陈博; 高洋; 付刚; 常松; 尹建国
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-11-18
Filing date: 2019-11-18
Publication date: 2020-05-05
Anticipated expiration: 2039-11-18
Also published as: CN111100978B

Abstract

一种能显著提高涂层附着性能的取向硅钢，其组分及wt%为：C：0.015～0.095%，Si：2.80～3.60%，Als：0.020～0.035%，N：0.0050～0.0100％，Mn：0.010～1.00%，S：0.0030～0.03％。制备方法：冶炼结束后浇铸成坯；低温或高温热轧；经常规冷却后卷取；常化；一次冷轧；脱碳退火；渗氮处理；涂布高温退火隔离剂去除硅酸镁底层；常规高温退火；拉伸平整退火；涂布有机水性醇酸树脂绝缘涂料并常规烘干。本发明在保证获得B800≥1.80T，P17≤1.60W/kg成品性能、0.15mm～0.50mm厚度，并通过涂敷有机水性醇酸树脂绝缘涂层，能提高涂层附着性使附着性达A级比例不低于98%，并使取向硅钢片冲片性能刃模一次的冲片数量比现有品种提高5~12倍。

Description

一种能提高涂层附着性能的取向硅钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧取向硅钢及制备方法，确切的属于一种能提高涂层附着性能的取向硅钢及其制备方法。

背景技术

在发电电机制造过程中，客户为改善铁芯铁损降低产品能耗，开发采用取向硅钢替代无取向硅钢来制造定子铁芯，以此提高轭部、齿部的导磁能力。在磁性能上，要求典型磁感设计值能达到1.7T以上，这样取向硅钢具有完全优势。在力学性能上，要求轧向抗拉强度达到350N/mm2，并且越大越好，因此取向硅钢厚度越大(抗拉强度提高)则越合适。同样，用户对此类电机用取向硅钢的表面有特殊要求，传统取向硅钢因在表面形成的是硅酸镁底层，导致表面硬度高，难以冲压加工成型(掉渣、拉丝、毛刺高等)，因此用户希望开发出无硅酸镁底层表面特殊涂层的电机用易冲压成型的取向硅钢。本类无硅酸镁底层表面特殊涂层的取向硅钢有一定的市场前景。

经检索：

中国专利申请号为CN201510823247.8的文献，公开了《一种厚度≤0.20mm低温高磁感取向硅钢的生产方法》：其工艺：冶炼并浇铸成坯；对铸坯加热；常规分段热轧；卷取后常化；冷轧；脱碳退火；渗氮；还原处理；涂覆高温退火隔离剂；按照不同温度阶段采用不同的气氛进行高温退火：拉伸、平整、涂覆绝缘层及再退火。该文献虽经过一次冷轧大压下率制备厚度≤0.20mm，产品磁感不低于1.92T，附着性优于C级水平，且适用成分范围较宽，但并未对涂层与钢基界面之间存在的表面为传统取向硅钢硅酸镁底层+T2张力涂层的模式，不利于冲压加工的问题予以解决。

中国专利申请号为CN201310666117.9的文献，公开了《一种高磁感取向硅钢及其生产方法》，其化学成分重量百分比为：C 0.055～0.095％，Si 2.95～3.25％，Mn 0.050～0.090％，P≤0.01％，S 0.010～0.025％，N 0.006～0.010％，Cr 0.05～0.5％，Als 0.020～0.030％，Bi0.002～0.1％，Se 0.01～0.06％，Sb 0.01～0.06％，其余为Fe和其它不可避免的杂质；生产步骤：将铸坯加热，热轧，常化处理，采用一次冷轧法或含中间退火的二次冷轧法常规轧制至成品厚度，脱碳退火，涂布以氧化镁为主要成分的隔离剂，采用二次保温的高温退火，拉伸及平整退火，在钢板表面涂布绝缘层；该文献虽通过单独添加或复合添加Sb、Se及Bi晶界偏聚元素，提高了取向硅钢磁感应强度，B800不低于1.95T，且磁性稳定，但同样未对涂层与钢基界面之间存在的表面为传统取向硅钢硅酸镁底层+T2张力涂层的模式，不利于冲压加工的问题予以解决。

中国专利申请号为CN201210315658.2的文献，公开了《一种高磁感取向硅钢及其制造方法》，其化学元素重量百分含量为：C 0.035～0.120％，Si 2.9～4.5％，Mn 0.05～0.20％，P 0.005～0.050％，S 0.005～0.012％，Als 0.015～0.035％，N 0.001～0.010％，Cr 0.05～0.30％，Sn0.005～0.090％，V≤0.0100％，Ti≤0.0100％，微量元素Sb、Bi、Ni和Mo的至少其中之一，且满足Sb+Bi+Ni+Mo：0.0015～0.0250％，余量为Fe和其它不可避免的杂质；该文献还公开了该高磁感取向硅钢的制造方法：冶炼和浇铸后获得板坯，热轧，常化退火，冷轧，脱碳退火，渗氮处理，在钢板上进行MgO涂层后进行高温退火，涂敷绝缘涂层以及热拉伸平整退火后得到高磁感取向硅钢，其虽采用低温热轧并渗氮处理的一次轧制工艺，但同样未对涂层与钢基界面之间存在的表面为传统取向硅钢硅酸镁底层+T2张力涂层的模式，不利于冲压加工的问题予以解决。

发明内容

本发明在于克服现有技术存在的不足，提供一种在保证获得B800≥1.80T，P17≤1.60W/kg成品性能、0.15mm～0.50mm厚度，并通过涂敷有机水性醇酸树脂绝缘涂层，能提高涂层附着性使附着性达A级比例不低于98％，并使取向硅钢片冲片性能刃模一次的冲片数量比现有品种提高5～12倍的取向硅钢及制备方法。

实现上述目的的措施：

一种能显著提高涂层附着性能的取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.020～0.095％，Si：2.80～3.60％，Als：0.020～0.035％，N：0.0050～0.0100％，Mn：0.010～1.00％，S：0.0030～0.03％，其余为铁和不可避免的杂质。

其在于：按重量百分比添加有P：0.003～0.055％、或Cu：0.003～0.120％、或Sn：0.003～0.200％、或Bi：0.003～0.100％、或Sb：0.003～0.100％、或Cr：0.003～0.100％、或As：0.003～0.055％，或其中几种元素的复合，当全部添加时，满足：P+Cu+Sn+Bi+Sb+Cr+As之和≤1.80％。

制备一种能提高涂层附着性能的取向硅钢的方法，其步骤：

1)冶炼结束后浇铸成坯，并对铸坯加热，其加热温度控制在1100～1400℃；

2)进行低温或高温热轧：所述低温热轧温度区间在1100至小于1260℃；所述高温热轧温度区间在1260～1400℃；常规粗轧后进行精轧，并控制精轧终轧温度在850～1100℃，热轧后板厚度在2.0～2.8mm；

3)经常规冷却后进行卷取，卷取温度在560～600℃；

4)进行常化，常化温度在1000℃～1150℃，并在此温度下保温30～180s；

5)进行一次冷轧，其中至少进行一道次时效轧制，时效温度在160-250℃，成品厚度为0.15mm～0.50mm；

6)进行脱碳退火，脱碳退火温度在750～900℃，并在此温度下保温60～180s，炉内露点为15～55℃；保护气氛为湿式H₂和N₂混合气体，其中H₂体积占量为15～80％；

7)进行渗氮处理：需要说明的是当板坯加热温度在1260～1400℃时，不进行渗氮处理；当板坯加热温度在1100至小于1260℃时，进行渗氮处理，渗入氮含量在50～350ppm；

8)涂布高温退火隔离剂去除硅酸镁底层，并控制单面涂布量在2.0～10.0g/m²；

9)进行常规高温退火；

10)进行拉伸平整退火，其退火温度在650～900℃；

11)涂布有机水性醇酸树脂绝缘涂料并常规烘干，单面涂布厚度在1～10μm。

其在于：所述高温退火隔离剂的组成及重量百分比含量：Al₂O₃：0.50～10％、或SiO₂：5～50％，或CaCl₂：0.50～15％，或MgCl₂：0.50～15％，或其中两种及以上的复合，其余为MgO。

其在于：所述有机水性醇酸树脂绝缘涂料的组成及重量百分比含量为：醇酸树脂：0.50～20％、氨基树脂：0.50～20％、钛白粉：0.50～30％、硫酸钡：0.50～30％，其余为水；并满足涂层经常规烘干后不挥发分含量在30～80％。

本发明各元素及主要工艺的机理及作用

C，碳为取向硅钢制造的重要元素，小于0.03％C时，特别是小于0.02％C的3.25％Si钢已无相变，铸坯在加热时晶粒明显粗化，热轧带沿板厚方向中心区的形变晶粒粗大，<110>纤维织构强，冷轧和脱碳退火后残存有形变晶粒，高温退火后二次再结晶不完全，使磁性降低，但碳含量过高，会造成脱碳困难，因此，碳含量为0.020％～0.095％。

Si，取向电工钢中加入Si能够增加电阻率，降低铁损，但是Si含量增加会导致加工脆性，因此，为保证加工性需控制Si的含量，Si含量在2.80％～3.60％之间。

Mn、S，在≥1320℃加热的高温取向硅钢生产中，Mn、S为有利析出MnS形成元素，而在1100℃～1200℃低温热轧工艺取向钢生产中，则以AlN为主要抑制剂，而Mn含量提高可降低涡流损耗，因此控制Mn含量在0.010％～1.00％，S含量在0.0030％～0.0300％。

Als、N，为有利析出AlN形成元素，本发明强调1100℃～1400℃低温或高温板坯加热热轧，因此Als：0.020％～0.035％，N：0.0050％～0.0100％。

P、Cu、Sn、Bi等为界面富集元素，极易在相界、晶界富集，从而阻止第二相和基体晶粒的长大，本发明以P、Cu、Sn、Bi等为辅助抑制剂，但P、Cu、Sn、Bi等含量过高易造成热轧边裂大，因此(P+Cu+Sn+Bi+Sb+Cr+As)≤1.80％。

本发明之所以控制钢坯的加热温度在1100℃～1400℃，是由于须保证铸坯中的AlN部分固溶或完全充分固溶，在后工序中形成尺寸适宜的AlN第二相质点。

本发明之所以限定终轧温度在850℃～1100℃范围内，保证在较高的温区范围内进行热轧，是由于须保证在较高的温区范围内进行热轧，以及较高的终轧温度，在热轧过程中不析出大颗粒的AlN等第二相质点。

本发明之所以控制常化温度在1000℃～1150℃，并在此温度下保温30～180s，是由于为了保证尺寸适宜的AlN第二相质点完成固溶，形成(或渗氮处理时形成)有利的第二相。在低于1000℃的温度下进行常化，由于温度低，AlN难以固溶；高于1150℃钢带晶粒粗化，导致初次再结晶退火后晶粒长大，同时增加成本。

本发明之所以限定铸坯加热温度在1100℃～1260℃时，在后工序中须进行渗氮处理，加热温度在1260℃～1400℃时后工序不需进行渗氮处理，是由于铸坯加热温度在1100℃～1260℃时，铸坯中的AlN只能部分固溶，须在退火工序中进行渗氮处理以增加AlN第二相质点的含量，保证足够的抑制力以获得完善的二次再结晶组织和织构(获得抑制剂法)；加热温度在1260℃～1400℃时，铸坯中的AlN可完全充分固溶，在热轧板常化和退火工序中即可获得足够量的AlN第二相质点，保证足够的抑制力以获得完善的二次再结晶组织和织构(固有抑制剂法)，因此不需进行渗氮处理。

本发明之所以控制脱碳退火温度在750～900℃，并在此温度下保温60～180s，炉内露点为在15～55℃，保护气氛为湿的H₂和N₂混合气体，H₂体积含量：15～80％，目的是：完成初次再结晶，使基体中有足够数量的[110](001)晶粒(二次晶核)以及有利于它们长大的初次再结晶组织和织构；将钢中碳脱到0.0030％以下，保证以后高温退火处于单一的α相；在钢带表面形成致密均匀的SiO₂薄膜。

渗氮处理的目的是：保证钢中有足够的氮含量以生成AlN和(Si,Al)N，形成有利的第二相，高温退火中抑制初次晶粒的正常长大，促进二次再结晶的完善。

本发明之所以涂布以MgO为主要成分的高温退火隔离剂，并在MgO中添加Al₂O₃、SiO₂，CaCl₂，MgCl₂中的一种或几种，是由于添加这些可以生成易于清除的薄的硅酸镁底层，利于消除硅酸镁底层。

本发明之所以在拉伸平整退火后涂布有机水性醇酸树脂绝缘涂料，是由于须增加钢板成品表面的绝缘性能，同时通过醇酸树脂、氨基树脂、钛白粉、硫酸钡的合理配比，又可增加涂层的附着性，降低钢板的表面硬度，还有利于钢板完成冲压加工成型。

本发明与现有技术相比，在保证获得B800≥1.80T，P17≤1.60W/kg成品性能、0.15mm～0.50mm厚度，并通过涂敷有机水性醇酸树脂绝缘涂层，能提高涂层附着性使附着性达A级比例不低于98％，并使取向硅钢片冲片性能刃模一次的冲片数量比现有品种提高5～12倍。

附图说明

图1为本发明涂层后的钢板表面情况图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表；

表3为本发明各实施例及对比例中高温退火隔离剂及有机水性醇酸树脂绝缘涂料组成列表；

表4为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

3)经常规冷却后进行卷取，卷取温度在560～600℃；

9)进行常规高温退火；

10)进行拉伸平整退火，其退火温度在650～900℃；

表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt％)

续表1

表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表

表3本发明各实施例及对比例中高温退火隔离剂及

有机水性醇酸树脂绝缘涂料组成列表

说明：表3中有机水性醇酸树脂绝缘涂料除所列物料外，其余均为水。

表4本发明各实施例及对比例性能检测情况列表

从表4的结果分析，对比例Q1中Als＜0.020％，Als含量偏低，脱碳(渗氮)后AlN析出数量减少，高温退火中抑制力降低，热轧加热温度＜1100℃，终轧温度＜850℃，加热过程中AlN不能完全固溶，且终轧温度偏低，将析出大颗粒的AlN，后工序中有效的AlN析出减少，常化时间＜30s，小颗粒AlN不能完全固溶，脱碳(渗氮)后有效析出数量减少，从而导致高温退火中抑制力降低，成品磁性能降低；对比例Q2中Als＞0.035％，Als与N的固溶度积偏高，在1100℃～1400℃加热情况下难以完全固溶，导致脱碳(渗氮)后有效析出数量减少，从而导致高温退火中抑制力降低，热轧加热温度＞1400℃，加热温度偏高，铸坯晶粒尺寸长大，从而导致热轧板、初次再结晶退火板晶粒尺寸长大，同时，加热温度偏高，将加剧铸坯烧损，成材率降低，常化时间＞180s，常化时间太长将导致有利析出聚集、粗化，从而导致后工序退火中抑制力降低，同时，加热时间太长，热轧板晶粒长大，从而导致初次再结晶退火板晶粒尺寸长大，二次再结晶不稳定，成品磁性能降低；对比例Q3中(P+Cu+Sn+Bi+Sb+Cr+As)＞1.80％，界面富集元素含量过高，热轧边裂极大，生产难以顺利开展，常化温度＜1000℃，常化中小颗粒的AlN难以固溶，脱碳(渗氮)后有效析出数量减少，从而导致高温退火中抑制力降低，成品磁性能降低。

对比例Q1中采用常规MgO隔离剂(MgO含量≧99％)，导致最终产品界面含硅酸镁底层，产品冲片性差，绝缘涂料中醇酸树脂等含量低，涂层附着性A级比例低；对比例Q2中采用常规MgO隔离剂(MgO含量≧99％)，导致最终产品界面含硅酸镁底层，产品冲片性差，绝缘涂料中醇酸树脂等含量低，涂层附着性A级比例低；对比例Q3中(P+Cu+Sn+Bi+Sb+Cr+As)＞1.80％，界面富集元素含量过高，热轧边裂极大，生产难以顺利开展，同样采用常规MgO隔离剂(MgO含量≧99％)，导致最终产品界面含硅酸镁底层，产品冲片性差，绝缘涂料中醇酸树脂等含量低，涂层附着性A级比例低。

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

1.一种能提高涂层附着性能的取向硅钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.020～0.095%，Si：2.80～3.60%， Als：0.020～0.035%，N：0.0050～0.0100％，Mn：0.010～1.00%，S：0.0030～0.03％，其余为铁和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的一种能提高涂层附着性能的取向硅钢，其特征在于：按重量百分比添加有P：0.003～0.055%、或Cu：0.003～0.120%、或Sn：0.003～0.200%、或Bi：0.003～0.100%、或Sb：0.003～0.100%、或Cr：0.003～0.100%、或As：0.003～0.055%，或其中几种元素的复合，当全部添加时，满足： P+ Cu+ Sn + Bi +Sb+ Cr+ As之和≤1.80%。

3.制备如权利要求1所述的一种能提高涂层附着性能的取向硅钢的方法，其步骤：

1）冶炼结束后浇铸成坯，并对铸坯加热，其加热温度控制在1100~1400℃；

2）进行低温或高温热轧：所述低温热轧温度区间在1100至小于1260℃；所述高温热轧温度区间在1260~1400℃；常规粗轧后进行精轧，并控制精轧终轧温度在850～1100℃，热轧后板厚度在2.0～2.8mm；

3）经常规冷却后进行卷取，卷取温度在560~600℃；

4）进行常化，常化温度在1000℃～1150℃，并在此温度下保温30～180s；

5）进行一次冷轧，其中至少进行一道次时效轧制，时效温度在160-250℃，成品厚度为0.15mm～0.50mm；

6）进行脱碳退火，脱碳退火温度在750～900℃，并在此温度下保温60～180s，炉内露点为15～55℃；保护气氛为湿式H₂和N₂混合气体，其中H₂体积占量为15～80％；

7）进行渗氮处理：需要说明的是当板坯加热温度在1260~1400℃时，不进行渗氮处理；当板坯加热温度在1100至小于1260℃时，进行渗氮处理，渗入氮含量在50～350ppm；

8）涂布高温退火隔离剂去除硅酸镁底层，并控制单面涂布量在2.0～10.0g/m²；

9）进行常规高温退火；

10）进行拉伸平整退火，其退火温度在650~900℃；

11）涂布有机水性醇酸树脂绝缘涂料并常规烘干，单面涂布厚度在1～10μm。

4.如权利要求3所述的制备一种能提高涂层附着性能的取向硅钢的方法，其特征在于：所述高温退火隔离剂的组成及重量百分比含量：Al₂O₃：0.50~10%、或SiO₂：5~50%，或CaCl₂：0.50~15%，或MgCl₂：0.50~15%，或其中两种及以上的复合，其余为MgO。

5.如权利要求3所述的制备一种能提高涂层附着性能的取向硅钢的方法，其特征在于：所述有机水性醇酸树脂绝缘涂料的组成及重量百分比含量为：醇酸树脂：0.50~20%、氨基树脂：0.50~20%、钛白粉：0.50~30%、硫酸钡：0.50~30%，其余为水；并满足涂层经常规烘干后不挥发分含量在30~80%。