一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法，該制造方法包括1）根據(jù)相應(yīng)的化學(xué)成分設(shè)計(jì)進(jìn)行冶煉和澆鑄后得到板坯；2）熱軋；3）連續(xù)退火?；?；4）酸洗；5）冷軋；6）退火：退火爐內(nèi)張力控制滿足：2.05＋0.01s-(2.91＋0.0165s)×10-3t≤lgT≤2.15＋0.0087s-(1.473+0.0087s)×10-3t，式中T表示張力，s表示退火時(shí)間，t表示退火溫度；7）退火后酸洗。采用本發(fā)明所述的制造方法制備低鐵損無取向硅鋼，在保證磁感的前提下，大幅度降低其鐵損，既從節(jié)能方面控制材料低鐵損化又從電器的小型化方面確保材料高磁感化。
【專利說明】一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金鋼的冶煉方法，尤其涉及一種含硅合金鋼的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]低鐵損無取向硅鋼板可廣泛用于航天航空、醫(yī)療、化工、機(jī)械、家電等領(lǐng)域中的無刷直流電機(jī)、交流感應(yīng)電機(jī)和小型變壓器內(nèi)。隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，低鐵損無取向硅鋼板的使用量將越來越大。從節(jié)能方面考慮，要求材料低鐵損化，從電器的小型化考慮，要求材料高磁感化。為了改善鐵損和磁感，人們正在開發(fā)并利用各種各樣的技術(shù)，如成分的純凈化、夾雜物改性處理(稀土金屬元素的添加及鈣處理)、熱軋板退火溫度優(yōu)化、成品退火高溫化等。
[0003]為了獲得低鐵損無取向硅鋼，通常采用較高的硅、鋁含量，提高基體材料的電阻率，同時(shí)通過夾雜物改性處理，如采用鈣處理或稀土元素添加來減少鋼中夾雜物的數(shù)量，從而減少晶界處的點(diǎn)陣畸變，進(jìn)而減小因?yàn)辄c(diǎn)陣畸變而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低無取向硅鋼產(chǎn)品的磁滯損耗和總損耗。因?yàn)閵A雜物多數(shù)呈細(xì)小彌散狀分布，如在晶界上析出則會釘扎晶界而不利于晶界遷移，從而不利于硅鋼在退火階段的晶粒長大。因此，夾雜物改性處理能促使硅鋼成品晶粒組織的粗大化，并抑制(111)位向的新晶粒在夾雜物附近的優(yōu)先成核和長大，最終改善產(chǎn)品磁性。
[0004]退火工藝在硅鋼磁性改善方面的作用極其關(guān)鍵，現(xiàn)有技術(shù)的研究重點(diǎn)都集中在退火加熱速率、均熱溫度及均熱時(shí)間等方面。為防止退火爐內(nèi)帶鋼氧化，也有對退火氣氛方面的研究，如采取惰性氣體Ar進(jìn)行氣氛保護(hù)；但由于低鐵損產(chǎn)品硅鋁含量高，在高溫下易于跟氧結(jié)合形成氧化層，因此在最終退火后對帶鋼進(jìn)行不同程度酸洗，有利于去除帶鋼表面氧化層或?qū)Τ善反判杂杏绊懙谋砻嫘【Я?，從而降低成品鐵損。由于低鐵損產(chǎn)品退火均熱溫度較高，同時(shí)在高張力情況下易于滋生內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)應(yīng)力的增大引起晶體晶界處的點(diǎn)陣畸變，從而阻礙疇壁的移動(dòng)，不利于磁性的改善，故對低鐵損無取向硅鋼進(jìn)行微張力控制顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法，采用該制造方法制得的無取向硅鋼應(yīng)當(dāng)在保證磁感的前提下，進(jìn)一步降低無取向硅鋼的鐵損。
[0006]影響無取向硅鋼鐵損PlO和P15的主要因素是化學(xué)成分和晶體織構(gòu)。如果硅、鋁或錳的含量提高，材料的電阻率提高，則PlO和P15會降低。理想的晶體織構(gòu)為(100) [uvw]面織構(gòu)，因?yàn)檫@樣的晶體織構(gòu)是各向同性的，且難磁化方向[111]不在軋面上。但是在實(shí)際生產(chǎn)過程中，并不能得到這種單一面織構(gòu)的材料，除了上述理想面織構(gòu)，一般還會存在有(100) [011]，(111) [112]，(110) [001], (112) [011]等織構(gòu)組分，其中(100)組分織構(gòu)只占20%左右，基本屬于無取向混亂織構(gòu)，也就是磁各向同性。因此，本技術(shù)方案就是要通過調(diào)整化學(xué)成分和改善制造工藝使(100)組分加強(qiáng)和(111)組分減弱，從而降低鐵損PlO和P15。[0007]基于上述發(fā)明構(gòu)思，為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法，包括下列步驟：[0008](1)冶煉和澆鑄后得到板坯，其化學(xué)元素質(zhì)量百分配比為：Si 2.0~4.5wt%， A1 0. 005 ~2. 5wt%, C ≤ 0. 002wt%, Mn 0. 10 ~2. 50wt%, P ≤ 0. 2wt%, Sn ( 0. 2wt%, S ^ 0. 002wt%, N ^ 0. 002wt%, Nb+V+Ti ( 0. 006wt%，其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)；[0009](2)熱軋；[0010](3)連續(xù)退火?；?；[0011](4)酸洗；[0012](5)冷軋；[0013](6)退火：退火爐內(nèi)張力控制滿足：2.05 + 0. 01s-(2. 91 + 0. 0165s) X l(T3t ( lgT ≤ 2. 15 + 0. 0087s — (1. 473+0. 0087s) X l(T3t，式中 T 表示張力， s表示退火時(shí)間，t表示退火溫度；[0014](7)退火后酸洗。[0015]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（1)中，板坯化學(xué)元素還包括：Ca ( 0. 003wt%和Ce ( 0. 01wt%中的至少一種。[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（1)中，板坯的各化學(xué)元素優(yōu)選為：Si 2. 8 ~3. lwt%, Al 1. 3 ~1. 6wt%, C 0. 001 ~0. 002wt%, Mn 0. 20 ~0. 25wt%, P ≤ 0. 2wt%, Sn ( 0. 06wt%, S ≤ 0. 002wt%, N0.001 ~0. 002wt%, Nb+V+Ti ( 0. 006wt%。[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（7)中，采用磷酸酸洗去除鋼板表面氧化層，磷酸濃度為4~8wt%，酸液溫度為50~80°C，酸洗時(shí)間為10~ 30so[0018]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（6)中，退火保護(hù)氣氛為：氫氣+氮?dú)猓渲袣錃獾捏w積分?jǐn)?shù)為40~70%，露點(diǎn)< -2 5°C。[0019]更近一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（2)中，加熱溫度為1000°C~1200°C，加熱時(shí)間不小于2h，終軋溫度800~900°C，卷取溫度大于570°C，卷取保溫時(shí)間不小于20min。[0020]更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（3)中，?；瘻囟炔坏陀?80°C，保溫時(shí)間30~180s。[0021]更進(jìn)一步地，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（5)中，進(jìn)行累計(jì)壓下量為80~87. 5%的一次冷軋或二次冷軋。[0022]更進(jìn)一步地，本發(fā)明的低鐵損無取向硅鋼的制造方法的步驟（6)中，加熱到800~ 1050°C保溫，保溫時(shí)間3~60s，然后以3~13°C /s緩冷至500~750°C。[0023]本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼的化學(xué)成分設(shè)計(jì)原理如下：[0024]Si ：Si能溶于鐵素體中形成置換固溶體，提高基體電阻率，降低鐵損中渦流損耗， 是電工鋼最重要的合金元素。但是Si含量過高會影響硅鋼的可軋性，為了提高低鐵損產(chǎn)品的可軋性需適當(dāng)降低Si含量。故本發(fā)明要求Si的含量為2. 0~4. 5wt%。[0025]Al ：A1作為提高電阻率有益元素，可溶于鐵素體并提高基體電阻率，粗化晶粒，降低渦流損耗，其對磁感的劣化作用不如Si元素明顯。但當(dāng)Al含量超過1.5%時(shí)，會使冶煉澆注困難，后工序加工困難。為了防止由于Si含量減少而電阻率降低，則可采取提高Al含量的方法。所以，本發(fā)明中Al的含量為0.005~2.5wt%。
[0026]P、Sn:P、Sn均為正偏析元素可增加鋼的抗內(nèi)氧化能力。本發(fā)明通過降硅增鋁的方式改善常化酸洗板的可軋性，而鋼中Al易于與氧結(jié)合，故增加P、Sn正偏析元素有利于鋼中增鋁。同時(shí)，在鋼中添加一定的P可以改善帶鋼的加工性。因此，在本發(fā)明的技術(shù)方案中將P、Sn均控制在≤0.2wt%。
[0027]C、S、N、Nb、V、T1:這些元素均為磁性不利元素，C會引起鐵損惡化、產(chǎn)生磁時(shí)效、形成微細(xì)碳化物元素，故本發(fā)明中要求CS 0.002wt%。S、N產(chǎn)生的MnS、AlN、TiN等細(xì)微析出會阻礙疇壁移動(dòng)，熱軋后阻礙再結(jié)晶及晶粒長大，同時(shí)阻礙?；缶Я３叽绲拇执蠡涂棙?gòu)的混亂化。因而，本發(fā)明中要求S≤0.002wt%, N≤0.002wt%, Nb+V+Ti ( 0.006wt%。
[0028]稀土元素、Ca:稀土元素和/或Ca可以形成復(fù)合相作為其它析出相的析出中心使A1N、Ti (C，N)粗大化，避免熱軋時(shí)固溶、析出；此外添加稀土元素和/或鈣可以控制硫化物的形態(tài)、改變Al2O3的形態(tài)，排除消除應(yīng)力退火時(shí)阻礙晶粒長大的因素。
[0029]另外，當(dāng)無取向硅鋼退火爐內(nèi)張力過大時(shí)，容易使得帶鋼沿縱向和橫向的晶粒組織差異變大，同時(shí)也影響硅鋼成品的磁各向異性。因此，在本技術(shù)方案中，發(fā)明人通過在退火步驟控制爐內(nèi)微張力來有效地降低最終退火樣板的磁各向異性，同時(shí)達(dá)到降鐵損P15的目的。
[0030]本發(fā)明較之現(xiàn)有技術(shù)方案的另一個(gè)不同之處在于，一般無取向硅鋼熱軋板經(jīng)加熱形成的氧化層通過酸洗易于去除，但在最終退火時(shí)形成的內(nèi)氧化層通常不再進(jìn)行酸洗，而本發(fā)明的技術(shù)方案在最終退火板退火后進(jìn)行磷酸輕酸洗工藝，去除最終退火板內(nèi)氧化層及表面小晶粒區(qū)，達(dá)到降低鐵損P15/50目的。
[0031]與常規(guī)的無取向硅鋼制造方法相比，本發(fā)明所述的低鐵損無取向硅鋼制造方法通過合理的成分設(shè)計(jì)，利及退火爐內(nèi)微張力控制、輕酸洗去除表面氧化層等工藝，在保證磁感的前提下，生產(chǎn)低鐵損無取向電工鋼，既從節(jié)能方面控制材料低鐵損化又從電器的小型化方面確保材料高磁感化。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下將結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的技術(shù)方案作進(jìn)一步的解釋說明。
[0033]采用下述步驟制備低鐵損無取向硅鋼:
[0034](I)轉(zhuǎn)爐或電爐煉鋼，鋼水經(jīng)二次精煉處理，澆鑄后得到鑄坯，采用CaFe 10~30ppm、REM 30~80ppm,娃鈣絲< 30ppm中的至少一種對夾雜物進(jìn)行改性處理,控制化學(xué)元素質(zhì)量如本技術(shù)方案所述；
[0035](2)熱軋:加熱溫度1000°C~1200°C，加熱時(shí)間不小于2h，終軋溫度800~900°C，卷取溫度≤570°C,卷取保溫時(shí)間不小于20min ；
[0036](3)連續(xù)退火?；?，?；瘻囟炔坏陀?80°C，保溫時(shí)間30~180s ；
[0037](4)酸洗，拋丸酸洗去除表面氧化鐵皮；
[0038](5)冷軋，進(jìn)行累計(jì)壓下量為80~87.5%的一次冷軋或二次冷軋；
[0039](6)退火:退火爐內(nèi)張力控制滿足:2.05 + 0.01s-(2.91 +0. 0165s) X10—3t < lgT < 2. 15 + 0. 0087s-(l. 473+0. 0087s) X10—3t，式中 T 表示張力，s 表示退火時(shí)間，t表示退火溫度，加熱到800~1050°C保溫，保溫時(shí)間3~60s，然后以3~ 13°C /s緩冷至500~750°C，同時(shí)退火保護(hù)氣氛為：氫氣+氮?dú)猓渲袣錃獾捏w積百分比為 40 ~70%，露點(diǎn) < -25°Co[0040]表1顯示了本技術(shù)方案的實(shí)施例1-6中各低鐵損無取向硅鋼的化學(xué)成分配比。[0041]表1 (余量為Fe和其他不可避免的雜質(zhì)，wt%)[0042]
【權(quán)利要求】
1.一種低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，包括下列步驟：(1)冶煉和澆鑄后得到板坯，其化學(xué)元素質(zhì)量百分配比為：Si2.0~4.5wt%， A1 0. 005 ~2. 5wt%, C ≤ 0. 002wt%, Mn 0. 10 ~2. 50wt%, P ≤ 0. 2wt%, Sn ( 0. 2wt%, S ^ 0. 002wt%, N ^ 0. 002wt%, Nb+V+Ti ( 0. 006wt%，其余為鐵和其他不可避免的雜質(zhì)；(2)熱軋；(3)連續(xù)退火常化；(4)酸洗；(5)冷軋；(6)退火：退火爐內(nèi)張力控制滿足：2.05+ 0.01s - (2.91 + 0. 0165s) X l(T3t ( lgT ≤ 2. 15 + 0. 0087s — (1. 473+0. 0087s) X l(T3t，式中 T 表示張力， s表示退火時(shí)間，t表示退火溫度；(7)退火后酸洗。
2.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（1)中的板坯化學(xué)元素還包括：Ca ( 0. 003wt%和Ce ( 0. 01wt%中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1或2所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（1) 中的板坯的各化學(xué)元素中：Si 2. 8~3. lwt%，A1 1.3~1.6wt%，C 0. 001~0. 002wt%， Mn 0. 20 ~0. 25wt%, P ≤ 0. 2wt%, Sn ( 0. 06wt%, S ≤ 0. 002wt%, N 0. 001 ~0. 002wt%, Nb+V+Ti ( 0. 006wt%。
4.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（7)中， 采用磷酸酸洗去除鋼板表面氧化層，磷酸濃度為4~8wt%，酸液溫度為50~80°C，酸洗時(shí)間為10~30s。
5.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（6)中退火保護(hù)氣氛為：氫氣+氮?dú)?，其中氫氣的體積百分比為40~70%，露點(diǎn)< -25°C。
6.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（2)中， 加熱溫度為1000°C~1200°C，加熱時(shí)間不小于2h，終軋溫度800~900°C，卷取溫度大于 570°C，卷取保溫時(shí)間不小于20min。
7.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（3)中， ?；瘻囟炔坏陀?80°C，保溫時(shí)間30~180s。
8.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（5)中， 進(jìn)行累計(jì)壓下量為80~87. 5%的一次冷軋或二次冷軋。
9.如權(quán)利要求1所述的低鐵損無取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟（6)中， 加熱到800~1050°C保溫，保溫時(shí)間3~60s，然后以3~13°C /s緩冷至500~750°C。
【文檔編號】C22C38/06GK103834858SQ201210480250
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月23日
【發(fā)明者】鄒亮, 王波, 馬愛華, 王子濤, 胡瞻源, 朱雨華 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司