CN116254472A - 一种改进的低温高磁感取向硅钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种改进的低温高磁感取向硅钢及其制备方法，该钢的原料成分按质量百分为：C：0.015～0.2％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.01～1.0％，P：0.010％～0.055％；S:0.001～0.03％，Als：0.010～0.055％，N：0.0050～0.020％，Cu：0.01～0.40％，Sn：0.01～0.1％，Cr：0.015～0.40％，Ti：0.001～0.005％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。本发明在不增加设备的前提下，通过对钢种成分的设计和生产工艺控制，使钢中抑制剂形态发生变化，抑制剂更加细小弥散。相比传统高磁感取向硅钢的制造，可降低铸坯加热温度100～150℃，且最终成品磁性能稳定，其典型磁钢B8≥1.9T。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的高磁感取向硅钢的制备方法，尤其是低板坯加热温度下的含铜高磁感取向硅钢制备方法。
背景技术
取向硅钢分为普通取向硅钢(即CGO钢)和高磁感取向硅钢(即Hi-B钢)。目前，世界上主要的取向硅钢生产工艺有四种，分别是高温CGO、高温Hi-B、低温CGO和低温Hi-B。高温CGO钢(主要以MnS作为抑制剂)或Hi-B钢(主要以AlN+MnS作为抑制剂)生产技术较为成熟，但热轧加热需要在1300～1400℃进行，这样导致在高温条件下设备容易损坏，故障较多，能耗高，产量低，生产成本高等不足，低温取向硅钢生产技术成为发展趋势。取向硅钢生产工艺中，Hi-B钢的磁性能和应用性能明显优于CGO钢，因此Hi-B钢也将逐步取代CGO钢。低温加热Hi-B钢制造技术是最先进的技术，其核心技术是抑制剂的选择和后工序的渗氮，由于成本最低，性能好，产品的市场竞争力最强。
取向硅钢中加入铜，主要是用于通过二次冷轧法生产普通取向硅钢。为了降低铸坯加热温度，必须在抑制剂中排除MnS或弱化MnS的作用，而以AlN、Cu2S等取而代之。这是因为，AlN和Cu2S等固溶温度比MnS低，更适合实现低温加热。上世纪六十至七十年代末，采用AlN和Cu2S作为抑制剂的，且具有较低热轧工序板坯加热温度的CGO钢被开发出来以后，由于其采用的是含中间完全脱碳退火的两次冷轧法，即在对热轧板进行两次冷轧的中间过程，进行一次称之为中间退火的热处理，在中间退火时将钢板中的碳量降低到30ppm以下(称之为中间完全脱碳退火)，第二次冷轧到成品厚度后，直接涂氧化镁退火隔离剂或经低温回复退火后，涂氧化镁退火隔离剂进行高温退火及后续处理。采用二次冷轧法生产，成本较高。
Hi-B钢利用低温板坯加热温度生产，主要是AlN为主抑制剂，后工序采用渗氮的工艺。目前典型的降低铸坯加热温度的工艺路径为：炼钢、精炼、连铸、板坯加热(1250℃以下)、热轧、常化，冷轧(至成品厚度)、脱碳退火后再渗氮处理、高温退火。高温退火升温过程中形成(A1,Si)N质点，在二次再结晶发生前阻碍初次晶粒长大。脱碳退火后初次晶粒的合适尺寸为18～30μm。该工艺可以将铸坯加热温度降低至1200℃以下，是目前取向硅钢工业生产中铸坯加热所采用的最低温度。此工艺生产的低温高磁感取向硅钢的工艺控制窗口狭窄，对炼钢成分，氧化层的控制，初次再结晶晶粒的大小，渗氮过程均匀化，高温退火升温速度气氛控制等都有严格的要求，其中任何一个环节出现偏差都会造成低温高磁感取向硅钢磁性的波动，从而严重影响整卷钢的判级结果。
也有含铜HiB钢，抑制剂是以AlN为主，CuSe为辅。(特开2002-212635)以AlN为主抑制剂，以Cu-Se为辅助抑制剂，Cu-Se化合物固溶后洗出的速度非常快，成品良好的辅助抑制剂。精轧终轧温度为900～1100℃，卷取温度为500～600℃。成分为C：0.01～0.1％；Si：2.5～4.5％；Al：0.015～0.036％；N：0.003～0.008％；Cu：0.02～0.15％；Se：0.007～0.025％，其余为Fe和不可避免的夹杂。
具体而言，中国发明专利申请CN 109112283 A公开了一种‘低温高磁感取向硅钢的制备方法’，(申请号：CN 201810972584.7，申请日：2018.08.24)，该制备方法包括冶炼、铸造、热轧、卷取、酸洗、冷轧、脱碳退火、渗氮处理和涂层、高温退火、拉伸平整退火和涂布绝缘涂层工序；该申请明以AlN+Bi为主要抑制剂，P、Cu、Sn、Sb、Cr和As中的一种或几种且(P+Cu+Sn+Sb+Cr+As≤80％)作为辅助抑制剂，采用低温热轧和热轧板酸洗处理，经一次冷轧、脱碳渗氮、涂氧化镁隔离涂层、二次保温的高温退火、拉伸平整退火和涂布绝缘涂层；该技术方案的抑制剂以AlN为主并添加了Bi，需要的板坯热轧温度较高(1180～1230℃)，对应的板坯加热温度会更高，会增加生产的困难，同时加热过程能耗也大幅增加。
中国发明专利ZL201510845174.2公开了‘一种含铜低温高磁感取向硅钢的制备方法’，(申请日：2015-11-26，授权公告号：CN 105420597 B)，该发明的制备方法的原料成分中提高Als和N含量，以AlN和Sn为抑制剂；通过调整高温退火工艺，将升温段气氛由N2:H2＝1:3调整到1:1，该技术方案的抑制剂以AlN为主，Cu2S为辅，还有Sn，需要的板坯加热温度高，该技术采用两次冷轧，中间加脱碳退火的工艺，增加了工序后，工艺流程更长。
发明内容
基于上述现有技术的存在的问题和缺点，本发明的目的是提供一种改进的低温高磁感取向硅钢及其制备方法，钢的成分中确保Cu的含量，采用AlN和Cu2S为主抑制剂，结合一次冷轧，后工序渗氮，三次保温高温退火，实现低温(≤1250℃)高磁感取向硅钢的生产。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种改进的低温高磁感取向硅钢，该钢的原料成分按质量百分为：
C：0.015～0.2％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.01～1.0％，P：0.010％～0.055％；S:0.001～0.03％，Als：0.010～0.055％，N：0.0050～0.020％，Cu：0.01～0.40％，Sn：0.01～0.1％，Cr：0.015～0.40％，Ti：0.001～0.005％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。
该钢采用冶炼-连铸-铸坯加热-热轧-卷取-酸洗-一次冷轧-脱碳退火-渗氮-MgO涂层-三次保温高温退火-平整-涂敷绝缘层步骤制备。
该钢在冶炼步骤原料成分按质量百分为：
C：0.01～0.1％，Si：2.9～3.6％，Mn：0.01～0.4％，P：0.01％～0.05％；S:0.001～0.03％，Als：0.02～0.05％，N：0.0060～0.0150％，Cu：0.1～0.30％，Sn：0.02～0.08％，Cr：0.015～0.30％，Ti：0.001～0.003％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。
该钢的原料成分按质量百分为：含有Ni：0.005％～1.5％以及Cu：0.01～1.5％中的至少一种。
该钢的原料成分按质量百分进一步含有V：0～0.0050％。
该钢的原料成分中Mn/S的比例大于6，优选大于30，Als/N的比例为3～4。
该钢在成品状态的晶粒平均尺寸为10～50mm。
该钢有主要抑制剂AlN，辅助抑制剂Cu2S和Sn，所述Sn为在晶界偏聚的辅助抑制剂，其中，Cu优选的范围为0.02～0.30％，Sn优选的范围为0.02～0.08％。
该钢基体中Ni的质量百分含量为Cu和Sn的质量百分含量之和的0.1～1倍。
该钢的成品磁感B8为1.90～1.95T，铁损为P17/50为0.6～1.2W/kg。
一种如所述的改进的低温高磁钢取向硅钢的制备方法，该方法包括冶炼-连铸-铸坯加热-热轧-卷取-酸洗-一次冷轧-脱碳退火-渗氮-MgO涂层-三次保温高温退火-平整-涂敷绝缘层步骤，其中：
冶炼：采用转炉或电炉炼钢，钢水出钢碳含量范围0.01～0.08％，然后经二次精炼处理；
连铸：钢水采用连铸工艺制备坯料，连铸时钢水过热度5～25℃，控制钢中Als损失量不超过100ppm，连铸坯厚度为50～250mm，浇注速度0.5～6.0m/min；
铸坯加热：连铸坯在加热炉内加热，所述热轧加热温度为1100～1250℃，加热时间1～300min，均温时间1～60min；
热轧：保证1050～1200℃的开轧温度，800℃以上的终轧温度，最终轧成2.0～2.5mm厚度的热轧板；
卷取：卷取温度不超过650℃，轧制完成后快速卷取；
常化退火：对热轧卷进行常化退火，常化温度为850～1150℃，并在此温度下保温30～180s；常化退火后进行冷却，冷却速度10～100℃/sec；
酸洗：常规酸洗工艺；
一次冷轧：进行一道次时效轧制，时效温度160～260℃，轧至成品厚度0.23mm～0.30mm；
脱碳退火：经过一次冷轧后，脱碳退火温度在750～900℃，保温时间在60～180s，露点在60℃以下，保护气氛为H2、N2的湿式混合气体，其中H2体积含量在15～80％；
渗氮处理：将钢板温度在2s内升温至880～920℃，渗氮温度为700～1000℃，渗氮气氛为NH3、N2和H2的混合气，并控制渗入氮量在50～350ppm；
MgO涂层：对上述脱碳退火后的钢板进行MgO为主要成分的高温退火隔离剂；
三次保温高温退火：当退火温度升至500～700℃时，进行第一次保温，保温时间在1～40个小时；再升温到800～1050℃，在升温过程中，当退火温度到900～1050℃时，进行第二次保温，保温时间在2～10小时；之后升温至1150～1230℃进行第三次保温，在开始到此退火阶段，退火气氛为纯氮气或氮气与氢气的混合气体，在1150～1230℃，进行第三次保温，保温时间在5～40个小时，并在全氢气氛下进行；
拉伸、平整、涂覆绝缘涂层：高温退火板经热拉伸平整退火，在表面涂覆绝缘涂料，得到磁性优良的高磁感取向硅钢。
在所述热轧步骤，铸坯加热温度1100～1250℃，保证1050-1200℃的开轧温度，热轧终轧温度不低于850℃，轧板厚度为2.0～2.8mm。
在所述常化退火步骤，对热轧卷采用两段式退火常化，控制第一段退火常化温度为1050～1150℃，控制第二段退火常化温度为900～950℃。
在所述冷轧步骤，控制冷轧轧制压下率不低于85％。
所述渗氮处理后渗入氮含量为50～260ppm。
在所述三次保温高温退火步骤，进行第一、二次保温前，控制升温速度在5～60℃/小时。
在所述三次保温高温退火步骤，采用罩式炉或环形炉中进行常规高温退火，退火温度≤1230℃。
与现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：
一、本发明的制备方法的原料成分中提高Als和N含量，以AlN为主要抑制剂，将Als含量控制在0.010～0.055％，相应的N含量按下式控制：N含量(ppm)＝Als含量(ppm)/3～4。提高Als和N含量，一方面提高抑制剂的含量，增强抑制力，另一方面提高了二次再结晶温度，改善二次再结晶的稳定性。
二、本发明的制备方法的原料成分中添加Cu，以Cu的第二相析出物Cu2S作为辅助抑制剂，进一步增强抑制力，在成分中加入晶界偏聚元素Sn，其含量控制在0.01～0.1％，Sn在晶界偏聚可以有效阻碍其它具有尺寸优势而又偏离高斯位向晶粒的异常长大，改善二次再结晶后晶粒取向度，提高磁感。该抑制剂形成的第二相析出物，脱碳渗氮后，高温退火前，析出物更加细小弥散。
三、本发明的制备方法中通过调整高温退火工艺，将升温气氛N2比例适当调高，由于AlN在低温升温段大量形成，提高N2比例，有利于促进AlN形成，并防止AlN过早分解，解决连续生产中由于Als提高而出现的尾部铁损曲线波动现象。
四、本发明的低温高磁感取向硅钢采用降低铸坯加热温度生产，与高温高磁感取向硅钢相比，低温高磁钢取向硅钢铸坯加热温度降低到1150～1250℃，在热轧过程中，氧化渣量、烧损量；热轧边裂数量明显减少，低温高磁感取向硅钢具有成材率高、制造成本低等优势。
五、本发明与现有技术相比，通过单独或复合添加P、Cu、Sn、Sb、Cr和Ni中的一种或几种，通过1100℃～1200℃低温热轧和热轧板900℃～1150℃常化处理，经一次冷轧(压下率≥90％)、脱碳退火、渗氮处理、涂氧化镁隔离涂层、三次保温的高温退火等，使成品钢板获得磁感应强度B8不低于1.90T的超高磁感效果，且磁性能稳定。
这样，本发明可以为我国钢铁企业高磁感取向硅钢的大批量生产提供支持。
附图说明
图1本发明改进的低温高磁感取向硅钢得到的抑制剂形态；
图2对比例取向硅钢得到的抑制剂形态；
图3本发明改进的低温高磁感取向硅钢得到的脱碳退火和渗氮后的初次晶粒(横截面)；
图4对比例取向硅钢得到的脱碳退火和渗氮后的初次晶粒(横截面)；
图5为本发明改进的低温高磁感取向硅钢得到的成品晶粒；
图6为对比例取向硅钢得到的成品晶粒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
一种含铜低温高磁钢取向硅钢的制备方法，所述炼钢过程中各原料成分中主要元素质量百分含量为：
C：0.015～0.2％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.01～1.0％，P：0.010％～0.055％；S:0.001～0.025％，Als：0.010～0.055％，N：0.0050～0.020％，Cu：0.01～0.40％，Sn：0.02～0.1％，Cr：0.015～0.40％，Ti：0.001～0.005％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。
本发明的含铜低温高磁感取向硅钢的制备方法，包括如下步骤：
1)冶炼：采用转炉或电炉炼钢，冶炼钢水出钢碳含量范围：0.01％～0.08％，钢水经二次精炼处理；
2)连铸：钢水采用连铸工艺进行生产获得坯料，钢水过热度5～25℃，控制钢中Als损失量不超过100ppm，浇注速度0.5～6.0m/min；
3)铸坯加热：板坯在加热炉内加热，所述热轧加热温度为1100～1250℃，加热时间1～300min，均温时间1～60min；
4)热轧：保证1050～1200℃的开轧温度，800℃以上的终轧温度，最好保证1070～1130℃的开轧温度，850℃以上的终轧温度，最终轧成2.0～2.8mm厚度的热轧板；
5)卷取：卷取温度不超过600℃，轧制完成后快速卷取；
6)常化退火：对热轧卷进行常化退火，采用两段式退火常化，控制第一段退火常化温度为1050～1150℃，控制第二段退火常化温度为900～950℃；常化温度范围在900～1150℃，并在此温度下保温30～180s；常化退火后进行冷却，冷却速度10～100℃/sec；
7)酸洗：常规酸洗工艺；
8)冷轧：冷轧控制轧制压下率不低于90％。采用温轧工艺，先将钢板进行预热，之后再轧。成品厚度小于等于0.30mm；
9)脱碳退火和渗氮处理：经过一次冷轧后，脱碳退火温度在750～900℃，保温时间在60～180s，露点在65℃以下，保护气氛为H2、N2的湿式混合气体，其中H2体积含量在15～80％；脱碳退火后将钢板温度在2s内升温至880～920℃，渗氮温度为700～1000℃，渗氮气氛为NH3、N2和H2的混合气，并控制渗入氮量在50～350ppm；
10)MgO涂层：对上述脱碳退火后的钢板进行MgO为主要成分的高温退火隔离剂涂覆；
11)高温退火：当退火温度升至500～700℃时，进行第一次保温，保温时间在10～40个小时；再升温到800～1050℃，其间，控制升温速度在5～60℃/小时；在900～1050℃时，进行第二次保温；保温时间在2～10个小时；随后升温至在1150～1230℃，升温速度在5～60℃/小时；此退火阶段，退火气氛为纯N2或N2与H2的混合气体，混合气体中H2占的体积百分比不超过50％；当退火温度升至1150～1230℃时，进行第三次保温，保温时间在5～40个小时，并在全氢气氛下进行；
12)拉伸、平整、涂覆绝缘涂层：高温退火板经热拉伸平整退火，在表面涂覆绝缘涂料，得到磁性优良的高磁感取向硅钢。
本发明采用的各合金元素的作用及机理如下：
C：C为取向硅钢制造的重要元素，C含量过高时，钢材强度硬度提高，加工及脱碳困难；过低时，在Si含量较高时不易发生相变；C含量小于0.03％时，特别是C含量小于0.02％、Si含量为3.25％的钢已无相变，铸坯加热和热轧时晶粒明显粗大，热轧带钢沿板厚方向中心区的形变晶粒粗大，并且由于<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，磁性降低；因此，碳含量为0.015～0.2％；
Si：Si元素在取向硅钢中可起到增加电阻率、降低铁芯损耗和降低磁致伸缩系数的作用，一般如果Si含量较低时，则材料电阻率升高较少甚至降低，使铁芯损耗增大；但Si含量较高时，钢的脆性将增加显著，冷轧加工困难；因此，为保证加工性能需要控制Si的含量，Si含量为2.5～4.0％。
Mn：Mn元素一方面可以提高材料的电阻率，降低铁损，另一方面在钢中可形成抑制剂有助于细化磁畴以及二次再结晶发展，钢中的S和Mn结合可生成MnS，形成分散细小的析出物，可显著细化磁畴，有助于高斯晶粒的发展；当Mn含量过高时，会增大奥氏体转变区间，促进奥氏体相变，细化初次再结晶晶粒，使二次再结晶不稳定；过低时起不到抑制作用；在加热温度≥1360℃的高温取向硅钢生产中，Mn、S结合有利于形成MnS，因此S≥0.025％，但本发明强调1100℃～1250℃低温轧制，且以AlN和Cu2S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％，优选地：Mn含量在0.05～0.3％。
P：P为晶界偏析元素，有辅助抑制剂的作用。P在二次再结晶过程中，即使在约1000℃的高温下仍有晶界偏析的作用，可以延缓AlN过早氧化分解，有利于二次再结晶，可提高二次再结晶温度，促进高斯晶粒聚集长大，一方面可通过增加高斯取向晶粒的数量来降低铁损，提高磁感，也可有效提高硅钢的电阻率，降低铁损；若P添加的质量百分比低于0.01％，则不能有效地发挥上述作用；P还可以明显提高电阻率，降低涡流损耗。若P的添加质量百分比高于0.08％，不但会降低渗氮效率，含量高时使钢材脆性显著增加，还会使冷轧可轧性变差，冷轧容易发生开裂。基于上述理由，在一些优选的实施方式中，添加P的质量百分比可以优选地设置为0.010～0.055％。
S：S元素含量过高时可降低二次再结晶的开始温度，使钢的磁性能恶化；较低时可使取向晶粒的数量增加，减小二次再结晶晶粒尺寸，改善硅钢磁性能，并且可与Mn形成MnS抑制剂，一定程度上影响初次再结晶晶粒尺寸；考虑到S是形成MnS、Cu2S等析出物的元素，通常认为，合适的MnS、Cu2S等析出物有利于抑制初次晶粒尺寸变动。控制S含量在0.0010％～0.0250％，优选地：S含量在0.0010～0.0120％。
Als：Al元素为抑制剂的主要元素之一，可在渗氮过程中与N元素结合形成AlN等硬质质点，过高时易产生粗大的相，过低时抑制效果不足；本发明强调1100℃～1250℃低温热轧并渗氮处理，因此Als：0.010％～0.055％，优选地Als：0.020％～0.050％。
N：在脱碳后，将渗氮使硅钢中形成抑制剂AlN，抑制剂弥撒分布时，可使冷轧后具有适当的组织，有助于确保初次再结晶晶粒尺寸；过高时一方面容易在铸坯表面产生气泡缺陷，一方面会使初次再结晶晶粒变得过于细小，使高斯晶粒的生长受到影响，比例含量不易控制，过低时抑制力不足；因此，N：0.0050％～0.0200％，优选地：N：0.0050％～0.01％。
Cu：Cu与Mn类似可以扩大γ相区，有助于获得细小AlN析出物。Cu除扩大γ相区外，在含量达到一定的情况下，比Mn优先与S结合形成Cu2S，具有抑制高固溶温度MnS形成的作用。考虑到添加Cu的质量百分比低于0.01％，不能发挥其上述作用；但若添加Cu的质量百分比高于0.40％，抑制剂能力过强。因此，在一些优选的实施方式中，Cu的质量百分比可以优选地被设置为0.01～0.40％，当Cu含量合适时，可与S形成精细的Cu2S，一方面可抑制初次再结晶晶粒的过度生长，使组织均匀，也可在二次再结晶过程中促进高斯晶粒的长大，优化最终产品的磁性能；此外，Cu能有效提高硅钢的电阻率，降低铁损，改善磁性；因此，在一些优选的实施方式中，Cu的质量百分比可以优选地被设置为0.1～0.30％。
Sn：Sn是晶界偏析元素，有辅助抑制剂的作用，可以弥补因Si含量提高或带钢厚度减薄等情况下，AlN析出物粗化导致的抑制力下降的问题，扩大工艺窗口，有利于成品磁性能稳定。适当的Sn元素可起到钉轧二次再结晶晶粒作用，起到稳定组织，改善织构的作用，考虑到Sn的质量百分比添加量低于0.03％，则不能有效获得上述效果；而Sn的质量百分比添加量过高，不但使玻璃层附着性变差，钢材脆性增加，会影响脱碳效率，还会造成底层质量不良，磁性能也不会得到改善，制造成本增加。因而，在一些优选的实施方式中，Sn的质量百分比可以优选地被限定为0.03～0.1％。
Cr：在一些优选的实施方式中，添加Cr可以提高电阻率，又有利于改善力学性能，并通过促进钢板氧化，可明显改善底层质量。Cr抑制了用于细化成品晶粒的制造工艺条件时发生的二次再结晶失败，结果可实现成品晶粒的细化。但是，如果小于0.03％，则效果较弱，为了使Cr的作用充分发挥出来，添加Cr的质量百分比可以高于0.05％，但考虑到当添加Cr高于0.40％，则会在脱碳过程中形成致密的氧化物层，无法充分降低C，会影响脱碳和渗氮效率。基于上述理由，在一些优选的实施方式中，添加Cr的质量百分比可以优选地设置为0.015～0.40％。
V和Ti：V和Ti是常用的钢微合金化元素。V在渗氮处理后形成VN，Ti由于其优先析出TiN，都是第二相，也有抑制剂作用，但由于成分设计中抑制剂能力设计已经满足，因此，不考虑利用V和Ti对再结晶的有益作用。此外，降低Ti、V的含量，还可以降低成品中VN和TiN夹杂物对成品磁性能的有害作用。因此，在本发明所述的技术方案中，Ti的质量百分比被限定为Ti≤0.0050％，V的质量百分比被限定为：V≤0.0050％。
Ni：钢中添加Ni，有利于形成细小、均匀的初次再结晶，同时扩大铸坯加热温度范围。
由成分设计可知，所述Hi-B钢中采用以AlN为主抑制剂，Cu2S、Sn为辅助抑制剂，同时添加一些对成品磁性能和表面质量有益的元素。。
本发明之所以控制铸坯的加热温度在1100℃～1250℃，在于若加热温度低于1100℃时，铸坯中的粗大AlN、Cu2S等析出物更难以固溶；若加热温度高于1250℃，会使铸坯晶粒粗化，能耗增加。优选地铸坯加热温度在1150～1250℃。
本发明之所以控制终轧温度在850℃以上，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Cu2S等第二相质点。
本发明之所以控制常化温度在850℃～1150℃，并保温30～180s，以保证尺寸适宜的AlN第二相质点能够尽可能多的固溶，并在常化快速冷却时生成细小弥散的AlN，形成有益的抑制剂。在低于850℃的温度下进行常化，由于温度低，AlN更难以固溶，冷却时的AlN析出产生不良的影响。
本发明之所以控制脱碳退火温度在750～900℃，并保温60～180s，露点在60℃以下，保护气氛为湿的H2和N2混合气体，H2体积含量：15～80％，以完成初次再结晶，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C含量脱到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。
本发明之所以进行渗氮处理，并控制渗入的氮含量在50～350ppm，在于保证钢中有足够的氮含量以生成AlN和(Si,Al)N，形成有益的抑制剂，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。涂布以MgO为主要成分的高温退火隔离剂。
本发明之所以进行三次保温的高温退火方式，是因为当退火温度升至500～700℃时，进行第一次保温，保温时间在10～40个小时，去除MgO涂层中的水。再升温到800～1050℃通过二次再结晶形成单一[110](001)织构，在升温过程中，当退火温度到900～1050℃的某一温度时，保温2～10小时，加强抑制初次晶粒长大的能力，促进二次再结晶的完善；1000～1100℃形成Mg2SiO4(硅酸镁或镁橄榄石))玻璃膜底层；1150～1230℃保温5～40个小时，进行净化退火，去除钢中硫和氮，同时二次晶粒吞并分散的残余晶粒，二次晶粒组织更完善，晶界更平直。
实施例
(1)冶炼：采用转炉或电炉炼钢，将硅钢原料成分如表1所示的成分进行冶炼；
(2)连铸：钢水采用连铸工艺进行生产获得坯料，钢水过热度5～25℃进行浇铸，控制钢中Als损失量不超过100ppm，连铸坯厚度为150～250mm，浇注速度0.5～6.0m/min；
(3)铸坯加热：板坯在加热炉内加热，所述热轧加热温度为1100～1250℃，加热时间1～300min，均温时间1～60min；
(4)热轧：常规热轧，保证1050～1200℃的开轧温度，800℃以上的终轧温度，最好保证1070-1180℃的开轧温度，850℃以上的终轧温度，最终轧成2.0～2.8mm厚度的热轧板；
(5)卷取：卷取温度不超过600℃，轧制完成后快速卷取；
(6)常化退火：对热轧卷进行常化退火，常化温度为850～1150℃，并在此温度下保温30～180s；常化退火后进行冷却，冷却速度10～100℃/sec；
(7)酸洗：常规酸洗工艺；
(8)冷轧：采用一次轧制法，至少进行一道次时效轧制，时效温度160～260℃，轧至成品厚度0.27mm、0.30mm；
(9)脱碳退火：经过一次冷轧后，脱碳退火温度在750～900℃，保温时间在60～180s，露点在60℃以下，保护气氛为H2、N2的湿式混合气体，其中H2体积含量在15～80％；
(10)进行渗氮处理：将钢板温度在2s内升温至880～920℃，渗氮温度为700～1000℃，渗氮气氛为NH3、N2和H2的混合气，并控制渗入氮量在50～350ppm；
(11)MgO涂层：对上述脱碳退火后的钢板进行MgO为主要成分的高温退火隔离剂；
(12)高温退火：当退火温度升至500～700℃时，进行第一次保温，保温时间在10～40个小时。再升温到800～1050℃。在升温过程中，当退火温度到900～1050℃的某一温度时，保温2～10小时。之后升温至1150～1230℃。在开始到此退火阶段，退火气氛为纯N2或N2与H2的混合气体。在1150～1230℃，保温5～40个小时，并在全氢气氛下进行；
(13)拉伸、平整、涂覆绝缘涂层：高温退火板经热拉伸平整退火，在表面涂覆绝缘涂料，得到磁性优良的高磁感取向硅钢。
表1本发明高磁感取向硅钢实施例的成分
表2本发明高磁感取向硅钢实施例的制备方法及成品磁感B8
由表1和表2可见，对比例中Cu含量很低，用AlN来作为钢中的抑制剂，抑制剂的固溶温度高于本发明中抑制剂的固溶温度。因此，为了保证成品磁性能，对比例的板坯加热温度采用1350℃，高于本发明的温度。由图1和图2可知，本发明实施例得到的脱碳渗氮后钢中抑制剂的分布图，较为细小弥散，平均尺寸主要集中在20～70nm，平均38.3nm，分布密度为4.44×1014个/cm3；对比例的晶粒尺寸主要集中在20～80nm，平均43.4nm，分布密度为3.94×1014个/cm3。本发明实施例得到的抑制剂更为细小弥散：实施例得到的初次晶粒尺寸平均为25.9μm，对比例的初次晶粒尺寸平均为25μm，两者差异不明显。抑制剂抑制初次再结晶的能力能够满足要求。由图3和图4可知，本发明实施例的成品晶粒尺寸平均为12.3mm，对比例的成品晶粒尺寸平均为15.8mm，二者成品再结晶均较为完善，本发明实施例的成品晶粒尺寸明显小于对比例，这与抑制剂的不同和工艺不同有关。
由表1和表2可见，采用本发明得到的技术方案，采用合理钢种成分设计和工艺控制，在降低铸坯加热温度的条件下，也能获得磁性稳定的高磁感取向硅钢。当成分符合本发明所述技术要求时，如果进行渗氮处理，即使铸坯加热温度降至1200℃以下时，也可以获得高磁感取向硅钢产品。
Claims (17)
1.一种改进的低温高磁感取向硅钢，其特征在于，该钢的原料成分按质量百分为：
C：0.015～0.2％，Si：2.5～4.0％，Mn：0.01～1.0％，P：0.010％～0.055％；S:0.001～0.03％，Als：0.010～0.055％，N：0.0050～0.020％，Cu：0.01～0.40％，Sn：0.01～0.1％，Cr：0.015～0.40％，Ti：0.001～0.005％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。
2.根据权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢采用冶炼-连铸-铸坯加热-热轧-卷取-酸洗-一次冷轧-脱碳退火-渗氮-MgO涂层-三次保温高温退火-平整-涂敷绝缘层步骤制备。
3.根据权利要求2所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢在冶炼步骤原料成分按质量百分为：
C：0.01～0.1％，Si：2.9～3.6％，Mn：0.01～0.4％，P：0.01％～0.05％；S:0.001～0.03％，Als：0.02～0.05％，N：0.0060～0.0150％，Cu：0.1～0.30％，Sn：0.02～0.08％，Cr：0.015～0.30％，Ti：0.001～0.003％，Ni：0～0.07％，其余为Fe及不可避免的杂质元素成分。
4.根据权利要求3所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢的原料成分按质量百分为：含有Ni：0.005％～1.5％以及Cu：0.01～1.5％中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢的原料成分按质量百分进一步含有V：0～0.0050％。
6.根据权利要求3所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢的原料成分中Mn/S的比例大于6，优选大于30，Als/N的比例为3～4。
7.根据权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于：该钢在成品状态的晶粒平均尺寸为10～50mm。
8.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，该钢有主要抑制剂AlN，辅助抑制剂Cu2S和Sn，所述Sn为在晶界偏聚的辅助抑制剂，其中，Cu优选的范围为0.02～0.30％，Sn优选的范围为0.02～0.08％。
9.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，该钢基体中Ni的质量百分含量为Cu和Sn的质量百分含量之和的0.1～1倍。
10.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，该钢的成品磁感B8为1.90～1.95T，铁损为P17/50为0.6～1.2W/kg。
11.一种如权利要求1所述的改进的低温高磁钢取向硅钢的制备方法，其特征在于：该方法包括冶炼-连铸-铸坯加热-热轧-卷取-酸洗-一次冷轧-脱碳退火-渗氮-MgO涂层-三次保温高温退火-平整-涂敷绝缘层步骤，其中：
冶炼：采用转炉或电炉炼钢，钢水出钢碳含量范围0.01～0.08％，然后经二次精炼处理；
连铸：钢水采用连铸工艺制备坯料，连铸时钢水过热度5～25℃，控制钢中Als损失量不超过100ppm，连铸坯厚度为50～250mm，浇注速度0.5～6.0m/min；
铸坯加热：连铸坯在加热炉内加热，所述热轧加热温度为1100～1250℃，加热时间1～300min，均温时间1～60min；
热轧：保证1050～1200℃的开轧温度，800℃以上的终轧温度，最终轧成2.0～2.5mm厚度的热轧板；
卷取：卷取温度不超过650℃，轧制完成后快速卷取；
常化退火：对热轧卷进行常化退火，常化温度为850～1150℃，并在此温度下保温30～180s；常化退火后进行冷却，冷却速度10～100℃/sec；
酸洗：常规酸洗工艺；
一次冷轧：进行一道次时效轧制，时效温度160～260℃，轧至成品厚度0.23mm～0.30mm；
脱碳退火：经过一次冷轧后，脱碳退火温度在750～900℃，保温时间在60～180s，露点在60℃以下，保护气氛为H2、N2的湿式混合气体，其中H2体积含量在15～80％；
渗氮处理：将钢板温度在2s内升温至880～920℃，渗氮温度为700～1000℃，渗氮气氛为NH3、N2和H2的混合气，并控制渗入氮量在50～350ppm；
MgO涂层：对上述脱碳退火后的钢板进行MgO为主要成分的高温退火隔离剂；
三次保温高温退火：当退火温度升至500～700℃时，进行第一次保温，保温时间在1～40个小时；再升温到800～1050℃，在升温过程中，当退火温度到900～1050℃时，进行第二次保温，保温时间在2～10小时；之后升温至1150～1230℃进行第三次保温，在开始到此退火阶段，退火气氛为纯氮气或氮气与氢气的混合气体，在1150～1230℃，进行第三次保温，保温时间在5～40个小时，并在全氢气氛下进行；
拉伸、平整、涂覆绝缘涂层：高温退火板经热拉伸平整退火，在表面涂覆绝缘涂料，得到磁性优良的高磁感取向硅钢。
12.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，在所述热轧步骤，铸坯加热温度1100～1250℃，保证1050-1200℃的开轧温度，热轧终轧温度不低于850℃，轧板厚度为2.0～2.8mm。
13.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，在所述常化退火步骤，对热轧卷采用两段式退火常化，控制第一段退火常化温度为1050～1150℃，控制第二段退火常化温度为900～950℃。
14.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，在所述冷轧步骤，控制冷轧轧制压下率不低于85％。
15.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述渗氮处理后渗入氮含量为50～260ppm。
16.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，在所述三次保温高温退火步骤，进行第一、二次保温前，控制升温速度在5～60℃/小时。
17.如权利要求11所述的高磁感取向硅钢的制备方法，其特征在于，在所述三次保温高温退火步骤，采用罩式炉或环形炉中进行常规高温退火，退火温度≤1230℃。
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