CN115449696A - 一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，包括如下步骤：转炉冶炼后出钢；RH精炼处理，精炼处理过程真空度小于67Pa处理时间≥18min，且合金加入后保持真空度小于67Pa循环时间≥8min；钢水在连铸进行保护浇注；板坯加热后热轧；再依次进行常化、冷轧、脱碳退火及渗氮、涂覆退火隔离剂、高温退火、拉伸平整退火、涂层、激光刻痕后进行成品分卷包装。一种如所述生产方法所生产的低温高磁感取向硅钢。有益效果是：本发明既节约合金成本，又降低连铸电能损耗，实现磁感强度B800≥1.936，P17/50≤0.741W/kg产品的稳定批量生产，可满足变压器低能耗、低噪音等特殊需求。
Description
技术领域
本发明涉及取向硅钢板技术领域，具体涉及一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法。
背景技术
取向硅钢是电力、电子工业中不可缺少的重要软磁功能材料，主要用于制造各种电力变压器、配电变压器及大型发电机定子，具有高磁感、低铁损特性。由于取向硅钢的制造工艺和设备复杂，成分控制严格，杂质含量要求极低，制造工序长和影响性能因素多，因此其产品质量常被认为是衡量一个国家特殊钢制造技术水平的重要标志。
取向硅钢对常规元素的含量要求极为严格，对加入的有益夹杂元素要求严格控制在一定的范围之内，同时对有害的残余元素及氧化物夹杂尽可能降低去除，从而获得晶粒取向度高、方向性强的高磁感、低铁损的取向硅钢。取向硅钢的磁性能除了与化学成分有关外，还与晶粒取向、晶粒尺寸、晶体缺陷、析出物和夹杂物、内应力等因素密切相关。
低温加热渗氮取向电工钢采用低温板坯加热技术，板坯加热温度低于1250℃，以AlN为主要抑制剂。低温板坯加热技术的制造工艺为：炼钢→连铸浇注→热轧→常化和酸洗→冷轧→脱碳退火及渗氮→涂布MgO→高温退火→拉伸平整及涂绝缘涂层。与传统高温加热工艺相比，低温板坯加热技术生产取向硅钢由于具有减少能耗和污染，降低生产成本等优势而受到广泛关注，成为目前电工钢生产企业的研发热点。
通过添加偏析元素或提高钢质纯净度提高低温加热渗氮取向电工钢成品磁感强度方面的研究已深入开展，主要有以下基本内容：
日本新日铁高嵨邦秀等公开了一种通过加Bi提高磁感应强度的方法(日本公开特许公报，平6-88174,89805,207216,212265(1994)；平7-166240,166241(1995)；平8-269571(1996))，该方法通过加Bi(或Pb)在晶界偏聚阻碍初次晶粒长大，并使AlN形态发生变化，所以可以提高磁感强度B800。加Bi后初次晶粒尺寸小，二次再结晶温度提高，成品沿轧向和横向的二次晶粒尺寸都增大，轧向为10～100mm，横向为5～50mm，二次晶粒位向好，0.23mm厚板B800可达1.98T，加Bi可以明显提高磁感强度，但加Bi后易产生热轧边裂，且在高温退火过程中Bi逸出破坏底层，使成品底层质量变差。
CN104561795A公开了一种B800≥1.94T的高磁感取向硅钢及生产方法，该方法通过控制渗氮工艺，在距钢板表面10～20mm深处生成合适的抑制剂且抑制剂分布均匀，控制精轧的终轧温度不低于930℃。该方法提供一种在不添加Cr的条件下，磁感应强度能达到B800≥1.94T，P17/50≤0.88w/kg，且工艺适应范围宽泛的高磁感取向硅钢及生产方法。
CN107746942A公开了一种B800≥1.962T低温高磁感取向硅钢及生产方法，该方法通过单独或复合添加Bi、P、Cu、Sb、Cr和As中的一种或几种，通过1100～1200℃低温热轧和1000～1150℃常化处理，经过一次冷轧、脱碳退火、渗氮处理、涂氧化镁隔离涂层、二次保温的高温退火等，使成品钢板获得磁感应强度B800不低于1.962T的超高磁感效果，且磁性稳定。
CN103695791A公开了一种高磁感取向硅钢及生产方法，该方法通过单独添加或复合添加Sb、Se及Bi晶界偏聚元素，并采用二次保温的高温退火工艺，最终获得磁感应强度B800不低于1.95T且磁性能稳定的取向硅钢产品。
CN102443679A公开了一种超低氧化夹杂物钢的生产方法，该方法采取两次真空处理工艺，第一次真空处理利用碳脱氧，降低钢中自由氧含量；第二次真空处理时夹杂物充分上浮，以利于自由氧的排除。该方法可以将钢中氧含量稳定控制在5ppm以下，并且实现单浇次平均连浇3罐以上，该方法虽然可以有效去除氧化物夹杂，但二次真空处理中间需要进行LF炉处理，处理周期较长，生产和时间成本较高。
CN102517429A公开了一种用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法，该方法提供了一种制造成本低，消除钢板表面夹杂、重皮等缺陷，磁性能稳定，连铸工艺宽松的用薄板坯连铸连轧生产高磁感取向硅钢的方法。该方法主要采用薄板坯连铸工艺获得铸坯，铸坯的组织(等轴晶与柱状晶比例)不做严格要求，经热轧板常化、冷轧、脱碳退火等工艺为后面的二次再结晶打下基础，最终成品具有磁性能均匀、表面质量好、底层优良的特点。该方法利用连铸连轧生产技术，成本显著降低，成品磁性能稳定，但磁感强度未明显提高。
以上专利大多采用添加微量合金元素或增加工艺路线等方法生产高磁感取向硅钢，不仅增加合金成本，而且工艺更复杂，现场生产控制难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，包括如下步骤：
转炉冶炼后出钢；
RH精炼处理，精炼处理过程真空度小于67Pa处理时间≥18min，且合金加入后保持真空度小于67Pa循环时间≥8min；
钢水在连铸进行保护浇注；
钢水在连铸保护浇注成板坯；
再依次进行常化、冷轧、脱碳退火及渗氮、涂覆退火隔离剂、高温退火、拉伸平整退火、涂层、激光刻痕后进行成品分卷包装。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步：转炉冶炼出钢温度≥1640℃，出钢氧含量≤800ppm。
进一步：对钢水先经氩站处理后至RH精炼处理。
进一步：对钢水在连铸保护浇注成板坯时，二冷区不使用电磁搅拌，浇注钢水过热度20～40℃，连铸铸坯等轴晶率≤18％。
进一步：板坯加热温度在1120～1250℃，加热时间≤280min。
进一步：常化采用常规两段式常化，冷轧采用一次冷轧至目标厚度，退火隔离剂为氧化镁隔离剂。
进一步：低温高磁感取向硅钢连铸坯中成分按质量百分比计为：C：0.020～0.095％，Si：3.15～3.60％，Als：0.015～0.035％，N：0.0060～0.0100％，Mn：0.06～1.00％，S：0.0040～0.0300％，P：0.01～0.05％，Sn：0.01～0.20％,其余为铁和不可避免的杂质。
基于上述技术方案，本发明还提供一种所述生产方法所生产的低温高磁感取向硅钢。
进一步：低温高磁感取向硅钢的磁感强度B800≥1.936。
本发明与现有技术相比，不添加Bi、Sb等辅助抑制剂元素，在不使用二冷区电磁搅拌的条件下，通过RH精炼工艺改进降低钢中氧化物夹杂总量，提高钢质洁净度和抑制剂在板坯中的均匀分布，同时热轧加热过程防止抑制剂粗化，确保最终高温退火二次再结晶晶粒正常长大，最终成品磁感强度明显提高；
本发明既节约合金成本，又降低连铸电能损耗，实现磁感强度B800≥1.936，P17/50≤0.741W/kg产品的稳定批量生产，可满足变压器低能耗、低噪音等特殊需求。
本发明主要工艺的机理及作用：
本发明之所以对转炉出钢温度和出钢氧含量进行严格控制，是在满足正常生产的前提下，尽可能降低因脱氧而生成的Al2O3和SiO2氧化物夹杂数量，合适的出钢温度也为后续氧化物夹杂去除创造条件，转炉出钢氧含量越高，脱氧生成的一次和二次脱氧产物越多，后续精炼和连铸过程采用各种方法只能去除部分的氧化物夹杂，最终可能会造成钢中氧化物夹杂数量增加，控制出钢氧含量是从源头控制氧化物夹杂数量，减小后续氧化物夹杂去除难度，出钢脱氧后氩站吹氩及RH精炼处理，氧化物夹杂会碰撞长大上浮至顶渣，合适的出钢温度可提高氧化物夹杂碰撞几率和上浮速度，提高氧化物夹杂去除效率。
本发明之所以对RH精炼处理真空度下循环时间进行严格控制，一方面可以充分循环脱气成分更均匀，更重要是确保循环去除氧化物夹杂效果，转炉脱氧产物主要在RH精炼进行去除，特别是大于50μ的氧化物夹杂，经过RH精炼循环可以完全去除，RH精炼工序也会加入硅铁、锰铁等合金进行成分微调，加入时料钟抽气、合金中含有杂质、合金二次氧化等因素也会造成钢中氧化物夹杂数量再次上升，因此有必要在合金加入后循环均匀的同时，增加合适的循环时间确保二次氧化物夹杂的去除。
本发明之所以不使用二冷区电磁搅拌并确保铸坯等轴晶率≤18％，是为了确保AlN在板坯中均匀分布，高温加热取向硅钢由于使用MnS抑制剂，钢中硫元素含量较高，铸坯凝固过程易发生硫偏析分布不均匀，使用二冷区电磁搅拌可减轻硫偏析提高磁性能，低温加热渗氮取向电工钢采用低温板坯加热技术，钢中硫元素含量较低，不使用二冷区电磁搅拌硫偏析也不严重，等轴晶凝固速度慢，枝状晶间隔宽，γ相分布不均匀，以后析出的AlN也不均匀，控制合适浇注过热度和等轴晶率≤18％，析出的AlN细小且分布均匀，脱碳退火后初次晶粒也较小，磁感强度明显提高。
本发明之所以控制浇注过热度在20～40℃，一方面考虑到现场生产的稳定顺行，过热度过低，连铸浇注容易发生堵水口等情况，过热度过高容易发生漏钢事故，另一方面，合适的过热度可以保证浇注过程中氧化物夹杂上浮长大去除，浇注过程中，氧化物夹杂可以在中间包和结晶器中上浮碰撞长大，上浮后进入保护渣中从而去除，控制浇注过热度20～40℃，钢液流动性好为氧化物夹杂上浮去除提供动力学条件。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，包括如下步骤：
1)转炉冶炼后出钢，出钢温度≥1640℃，出钢氧含量≤800ppm；
2)钢水经氩站处理后至RH精炼处理，精炼处理过程真空度小于67Pa处理时间≥18min，且合金加入后必须保持真空度小于67Pa循环时间≥8min，其中，合金包含：硅铁、金属锰、冷却剂等；
3)钢水在连铸保护浇注成板坯，二冷区不使用电磁搅拌，浇注钢水过热度20～40℃，连铸铸坯等轴晶率≤18％；
4)板坯加热后热轧，其加热温度在1120～1250℃，加热时间≤280min；
5)热轧板经常规两段式常化后一次冷轧至目标厚度，然后脱碳退火及渗氮处理后，涂覆氧化镁隔离剂至环形炉高温退火，经拉伸平整退火、涂层、激光刻痕后进行成品分卷包装。
本发明通过提供一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，解决随着硅含量提高成品磁感强度下降、二次再结晶不稳定造成磁性能异常的技术问题，本发明在连铸二冷区不用电磁搅拌的条件下，通过严格控制铸坯等轴晶率和钢中氧化物夹杂总量，匹配合适的热轧工艺，来达到提高取向硅钢磁感强度的效果。
进一步的：
低温高磁感取向硅钢连铸坯中成分按质量百分比计为：C：0.020～0.095％，Si：3.15～3.60％，Als：0.015～0.035％，N：0.0060～0.0100％，Mn：0.06～1.00％，S：0.0040～0.0300％，P：0.01～0.05％，Sn：0.01～0.20％,其余为铁和不可避免的杂质。
更进一步：
C：0.042～0.062％，Si：3.15～3.35％，Als：0.025～0.027％，N：0.0060～0.0080％，Mn：0.08～0.12％，S：0.0040～0.0080％，P：0.015～0.025％，Sn：0.03～0.05％。
最优选为：
C：0.05％，Si：3.25％，Als：0.026％，N：0.007％，Mn：0.11％，S：0.006％，P：0.020，Sn：0.04％。
表1低温高磁感取向硅钢的主要成分(wt％)
实施例1
按表1中的化学成分进行高磁感取向硅钢冶炼，其中步骤3)连铸浇注中钢水过热度控制在20～40℃，不使用二冷区电磁搅拌，铸坯中等轴晶率均小于18％，其主要工艺参数如表2所示。
表2实施例及对比例的主要工艺参数
用1～8#号炉次铸坯生产的同一厚度规格(0.23mm厚刻痕)高磁感取向硅钢成品磁性能情况如表3所示：
表3 1～8#炉次对应成品磁性能
| 炉号 | B8(T) | P17/50(W/kg) | 备注 |
| 1 | 1.903 | 0.868 | 对比例 |
| 2 | 1.906 | 0.857 | 对比例 |
| 3 | 1.898 | 0.873 | 对比例 |
| 4 | 1.905 | 0.863 | 对比例 |
| 5 | 1.936 | 0.736 | 实施例 |
| 6 | 1.938 | 0.728 | 实施例 |
| 7 | 1.937 | 0.741 | 实施例 |
| 8 | 1.939 | 0.733 | 实施例 |
从实施例1可以看出，出钢氧含量和RH循环时间是氧化物夹杂去除的关键控制手段，出钢氧含量越高，RH循环时间越短，越不利于钢水中氧化物夹杂去除，钢中氧化物夹杂数量增多，不利于高磁感取向硅钢高温退火过程中晶粒充分长大，造成成品磁性能偏差。
实施例2
按表1中的化学成分进行高磁感取向硅钢冶炼，其中转炉出钢温度≥1640℃，出钢氧含量≤800ppm进行控制，RH精炼处理过程真空度小于67Pa处理时间≥18min，且硅铁、金属锰、冷却剂等合金加入后必须保持真空度小于67Pa循环时间≥8min，连铸浇注关键工艺如表4所示。
表4实施例及对比例连铸关键工艺参数
用A～G炉次铸坯生产的同一厚度规格(0.23mm厚刻痕)高磁感取向硅钢成品磁性能情况如表5所示。
从实施例2可以看出，高磁感取向硅钢在二冷区使用电磁搅拌后，等轴晶率可达到70％左右，但成品磁感明显降低，原因可能是电磁搅拌影响铸坯中AlN析出尺寸及数量，浇注过热度控制在20～40℃，一方面保证浇注生产稳定，另一方面合适的过热度有利于浇注过程氧化物夹杂上浮长大去除。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
转炉冶炼后出钢；
RH精炼处理，精炼处理过程真空度小于67Pa处理时间≥18min，且合金加入后保持真空度小于67Pa循环时间≥8min；
钢水在连铸保护浇注成板坯；
板坯加热后热轧；
再依次进行常化、冷轧、脱碳退火及渗氮、涂覆退火隔离剂、高温退火、拉伸平整退火、涂层、激光刻痕后进行成品分卷包装。
2.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：转炉冶炼出钢温度≥1640℃，出钢氧含量≤800ppm。
3.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：对钢水先经氩站处理后至RH精炼处理。
4.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：对钢水在连铸保护浇注成板坯时，二冷区不使用电磁搅拌，浇注钢水过热度20～40℃，连铸铸坯等轴晶率≤18％。
5.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：板坯加热温度在1120～1250℃，加热时间≤280min。
6.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：常化采用常规两段式常化，冷轧采用一次冷轧至目标厚度，退火隔离剂为氧化镁隔离剂。
7.根据权利要求1所述的一种提高低温高磁感取向硅钢磁感强度的生产方法，其特征在于：低温高磁感取向硅钢连铸坯中成分按质量百分比计为：C：0.020～0.095％，Si：3.15～3.60％，Als：0.015～0.035％，N：0.0060～0.0100％，Mn：0.06～1.00％，S：0.0040～0.0300％，P：0.01～0.05％，Sn：0.01～0.20％,其余为铁和不可避免的杂质。
8.一种如权利要求1～7任一项所述生产方法所生产的低温高磁感取向硅钢。
9.根据权利要求8所述的低温高磁感取向硅钢的磁感强度B800≥1.936。
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