控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于冶金【技術領域】，為了提高無取向硅鋼的磁性能，提供一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法。方法為，將無取向硅鋼鋼液經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機，鑄成厚度為2.5±0.3mm的鑄帶；將鑄帶冷卻后進行卷取，對卷取的鑄帶經(jīng)酸洗后直接一階段冷軋，得到0.5mm薄帶；薄帶冷軋后進行快速退火，經(jīng)退火薄帶在沖片后采用去應力退火消除殘余應力，得到無取向硅鋼成品。無取向硅鋼成品的磁性能：鐵損值P15/504.76～7.34W/kg，磁感B501.793～1.840T。本發(fā)明通過控制快速熱處理結(jié)合薄帶連鑄生產(chǎn)的無取向硅鋼，技術簡單易于實現(xiàn)，其組織和織構(gòu)成分可控，退火效率高，產(chǎn)品磁性能提高明顯。
【專利說明】控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金【技術領域】，具體涉及一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法。

【背景技術】
[0002]無取向硅鋼，又名無取向電工鋼，是一種含碳很低的S1-Fe合金，鋼板/帶中晶粒呈無規(guī)則取向分布，產(chǎn)品公稱厚度為0.35、0.5mm和0.65mm,主要用于制造電動機和發(fā)電機。硅鋼片的磁性能不僅直接關系到電能的損耗，而且決定了電機、變壓器等產(chǎn)品的性能、體積、重量和成本，為了降低電能消耗，提高電機使用效率，達到節(jié)能降耗的目的，降低成品鐵損值和提高磁感應強度是無取向硅鋼制造行業(yè)一直追求的目標。
[0003]傳統(tǒng)工藝中采用“連鑄一熱軋一常化一酸洗一冷軋一退火”流程進行低鐵損、高磁感無取向電工鋼的生產(chǎn)，不僅工藝復雜、流程冗長，而且冶煉和加工成本過高。雙輥薄帶連鑄生產(chǎn)高品質(zhì)硅鋼是一種節(jié)能、環(huán)保的短流程生產(chǎn)技術，鋼水在雙輥薄帶連鑄機上旋轉(zhuǎn)的具有冷卻作用的雙輥間直接形成I~5mm厚的薄帶，冷速可達12~104°C /s，從而可以省去熱軋、?；に囍苯舆M行冷軋。但是，目前在雙輥薄帶連鑄生產(chǎn)硅鋼過程中，對影響無取向硅鋼磁性能的控制方法 ，尤其對其組織與織構(gòu)的控制方法研究較少。
[0004]影響無取向硅鋼磁性能的因素主要包括退火組織中晶粒尺寸和織構(gòu)特征。而退火時，加熱速率、均熱溫度、保溫時間和冷卻速率是影響再結(jié)晶晶粒長大和織構(gòu)形成的主要因素。近年來，新一代的快速退火技術脫穎而出，該技術是利用先進的感應或電阻加熱(加熱速率可達~5000°C/s)，可以使帶鋼在非常短的時間內(nèi)(幾秒甚至幾十秒分之一)完成升溫過程，大大提高退火效率，實現(xiàn)對溫度路徑的控制，為材料提供了更具靈活性和柔性化的組織-性能控制手段。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了提高無取向硅鋼的磁性能，提供一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法。該方法將雙輥薄帶連鑄的無取向硅鋼帶，在省略熱軋、?；裙に嚮A上，經(jīng)直接冷軋至成品厚度后進行快速加熱退火處理，可有效控制和改善無取向硅鋼的組織與織構(gòu)，進而影響最終產(chǎn)品的磁性能。本專利在國家自然科學基金項目(U1260204 ；51174059)資助下完成。
[0006]一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，包括以下步驟:
[0007](I)無取向硅鋼的化學成分按照質(zhì)量百分比為:C:<0.005%，S1:0.5%~1.4%，Mn:0.2%~0.4%, Al:0.2%~0.4%，0..( 0.005%, S..( 0.005%, N..( 0.008%，其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)；將無取向硅鋼冶煉成鋼液，控制澆注溫度為1540~1600°C，將鋼液經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機的熔池內(nèi)，熔池由旋轉(zhuǎn)的鋼輥和側(cè)封板組成，鋼水與鋼輥的結(jié)晶輥面接觸后快速凝固并成形，得到厚度為2.5±0.3mm的鑄帶；所述鑄帶的鑄態(tài)組織為單相鐵素體，表層晶粒比較細小，次表層為較大的柱狀晶，中心層為細小等軸晶，平均晶粒尺寸為360~400μπι ;
[0008](2)將鑄帶空冷至溫度500~700°C后進行卷??；
[0009](3)對卷取的鑄帶經(jīng)酸洗后直接一階段冷軋，得到0.5mm厚度的薄帶；
[0010](4)將薄帶進行快速退火，保護氣氛為體積分數(shù)分別為30% H2和70% N2，加熱速率變化范圍為25~300°C /s，退火溫度為950±5°C，升溫階段和保溫階段時間共為5min，然后空冷至室溫；隨著加熱速率增加，晶粒尺寸略有減小，300°C /s時晶粒尺寸約為38 μ m,有利織構(gòu)即Goss織構(gòu)和Cube織構(gòu)強度提高比較明顯，對于磁性能不利的Y組分織構(gòu)降低；在25°C /s的條件下，Y組分中{111}〈112〉面積分數(shù)為3.52%，而對應的Goss織構(gòu)面積分數(shù)為4.43%，在300°C /s的條件下Y組分中{111}〈112〉面積分數(shù)降至2.23%，而對應的Goss織構(gòu)面積分數(shù)達到4.83% ；
[0011](5)退火后的薄帶在沖片后采用750°C X2h去應力退火消除殘余應力，得到無取向硅鋼成品。
[0012]對無取向硅鋼成品的磁性能采用單片測量，鐵損值P15/5(l為4.76~7.34W/kg，磁感B50 為 1.793 ~1.840T。
[0013]本發(fā)明的基本原理為:雙輥薄帶連鑄生產(chǎn)無取向硅鋼在控制鑄帶組織和織構(gòu)方面具有獨特的優(yōu)勢。首先，雙輥薄帶連鑄工藝的成形特點決定了鑄帶組織比傳統(tǒng)熱軋組織的晶粒更加粗大，其鑄帶晶粒尺寸相當于傳統(tǒng)熱軋后經(jīng)過?；幚淼睦滠埮髁希欣谠黾覩oss和Cube等有利織構(gòu)，而且由于熱軋織構(gòu)的消失，冷軋退火后，減少了熱軋過程中形成的Y織構(gòu)的遺傳作用。其次，雙輥薄帶連鑄工藝冷卻速度很快，凝固時容易生成{100}〈0胃> 位向的柱狀晶，{100}面織構(gòu)非常發(fā)達，如圖1所示。因此通過合理控制鑄軋參數(shù)，獲得具有理想組織和織構(gòu)的薄帶坯，通過后續(xù)冷軋及熱處理工藝，從而獲得具有良好磁性能的無取向硅鋼。通過快速加熱退火處理的方法，能有效抑制回復進行，提高再結(jié)晶形核前的形變儲能，未釋放的儲能能夠促進形核和大角度晶界的遷移，而形核率的增加和晶界遷移率的提高對再結(jié)晶組織和織構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，進而可以控制和改善無取向硅鋼的磁性能，特別是對于薄帶鑄軋硅鋼，由于其鑄態(tài)組織具有晶粒均勻粗大，柱狀晶和等軸晶比例可控，織構(gòu)較漫散等特點，薄帶連鑄無取向硅鋼冷軋之后進行快速熱處理，能夠抑制對無取向硅鋼性能不利的Y織構(gòu)，獲得理想的立方和高斯織構(gòu)，同時還能控制退火后組織狀態(tài)，達到退火后組織與織構(gòu)可控的目的。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:
[0015]1、本發(fā)明的材料學原理在于快速熱處理技術可以從本質(zhì)上影響材料的回復、再結(jié)晶和晶粒長大，其特點和優(yōu)異效果為快速熱處理技術簡單易于實現(xiàn)，同時大大提高退火效率，實現(xiàn)對溫度路徑的控制，結(jié)合薄帶連鑄生產(chǎn)的無取向硅鋼的組織和織構(gòu)成分特點，為薄帶連鑄無取向硅鋼材料提供了更具靈活的組織-性能控制手段，可以獲得具有良好磁性能的高效電機鋼，達到降低電能消耗、提高電機使用效率、節(jié)約能源的目的。
[0016]2、本發(fā)明采用雙輥薄帶連鑄的方法，較常規(guī)工藝省略熱軋、?；裙に?，是一種節(jié)能、環(huán)保的短流程生產(chǎn)技術。
[0017]3、本發(fā)明技術簡單易于實現(xiàn)，退火效率高，產(chǎn)品磁性能提高明顯，對無取向硅鋼成品的磁性能采用單片測量，鐵損值P15/5(l為4.76~7.34W/kg，磁感B5tl為1.793~1.840T。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1實施例1中鑄得的鑄帶典型金相組織微觀取向圖；
[0019]圖2實施例1~3中冷軋薄帶快速熱處理后的金相顯微組織圖；
[0020]圖3實施例1~3中冷軋薄帶快速熱處理后的晶粒取向圖；
[0021]圖4實施例1~3中冷軋薄帶快速熱處理后的織構(gòu)圖(1/2Η、φ2=45° )。

【具體實施方式】
[0022]實施例1
[0023]1、無取向硅鋼按照化學成分質(zhì)量百分比配制:C:0.0032 %，S1:1.39%，Mn:0.20%, Al:0.32%, O:0.0043%, S:0.004%, N:0.0072%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；將無取向硅鋼冶煉成鋼液，控制澆注溫度為1560±2°C，將鋼液經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機的熔池內(nèi)，熔池由旋轉(zhuǎn)的鋼輥和側(cè)封板組成，鋼水與鋼輥的結(jié)晶輥面接觸后快速凝固并成形，得到厚度為2.5±0.3mm的鑄帶，該鑄帶組織為單相鐵素體，沿厚度方向不均勻，次表層為較大的柱狀晶，平均晶粒尺寸約為360 μ m，如圖1所示；
[0024]2、將鑄帶空冷至699±1°C后進行卷??；
[0025]3、對卷取的鑄軋薄帶酸洗后直接一階段冷軋,得到0.5mm厚度薄帶；
[0026]4、薄帶冷軋后切片(500X40X0.5mm3)，進行快速退火試驗，保護氣氛為體積分數(shù)為30% H2+70% N2，加熱速率為25°C /s，退火溫度為950±5°C，升溫階段和保溫階段時間共為5min，然后空冷至室溫；
[0027]退火后，再結(jié)晶晶粒尺寸約為60μπι，見圖2(a)，微觀取向中主要為〈11D//ND和<110>//ND取向，但是Y組分并不占優(yōu)勢，見圖3(a) ;GoSS織構(gòu)強度為4.13，面積分數(shù)達到4.43% ；Cube織構(gòu)強度為1.36，面積分數(shù)達到1.52 %，對于磁性能不利的Y組分{111}〈112>取向強度為3.29，面積分數(shù)為3.52%，見圖4(a)；
[0028]5、將切片沖片，沖裁成尺寸為30mm*10mm后，采用750°C X 2h去應力退火消除殘余應力，得到成品無取向娃鋼。
[0029]對成品無取向硅鋼的磁性能采用單片測量，磁感B5tl達到1.793T，鐵損P15/5(l為6.76W/kg。
[0030]實施例2
[0031]1、無取向硅鋼按照化學成分質(zhì)量百分比配制:C:0.0032 %、Si:1.23%, Mn:0.41%,Al:0.20%, O:0.0043%, S:0.0042%，N:0.0052%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；將無取向硅鋼冶煉成鋼液，控制澆注溫度為1598±2°C，將鋼液經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機的熔池內(nèi)，熔池由旋轉(zhuǎn)的鋼輥和側(cè)封板組成，鋼水與鋼輥的結(jié)晶輥面接觸后快速凝固并成形，得到厚度為2.5±0.1mm的鑄帶，鑄帶組織為單相鐵素體，表層和中下層為細小等軸晶，次表層為柱狀晶，平均晶粒尺寸約為400 μ m ；
[0032]2、將鑄帶空冷至601 ±1°C后進行卷?。?br> [0033]3、 對卷取的鑄軋薄帶酸洗后直接一階段冷軋，得到0.5mm厚度薄帶；
[0034]4、薄帶冷軋后切片(500X40X0.5mm3)，進行快速退火試驗，保護氣氛為體積分數(shù)為30% H2+70% N2，加熱速率為100°C /s，退火溫度為950±5°C，升溫階段和保溫階段時間共為5min，然后空冷至室溫；
[0035]退火后，再結(jié)晶晶粒尺寸約為40μπι，見圖2(b);微觀取向中主要為〈11D//ND和<110>//ND取向，見圖3(b) ；Cube織構(gòu)強度為1.48，面積分數(shù)1.62%, Goss織構(gòu)強度為
3.83，面積分數(shù)4.06%，優(yōu)勢比較明顯，而對于磁性能不利的Y組分{111}〈112>取向強度為2.93，面積分數(shù)3.04%，見圖4(b)；
[0036]5、將切片沖片，沖裁成尺寸為30mm*10mm后，采用750°C X 2h去應力退火消除殘余應力，得到成品無取向娃鋼。
[0037]對成品無取向硅鋼的磁性能采用單片測量，磁感B5tl達到1.818T，鐵損P15/5(l為4.76W/kg。
[0038]實施例3
[0039]1、無取向硅鋼按照化學成分質(zhì)量百分比配制:C:0.0032 %，S1:0.52%，Mn:
0.35%, Al:0.40%, O:0.0043%, S:0.0035%, N:0.0052%，其余為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)；將無取向硅鋼冶煉成鋼液，控制澆注溫度為1542±2°C，將鋼液經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機的熔池內(nèi)，熔池由旋轉(zhuǎn)的鋼輥和側(cè)封板組成，鋼水與鋼輥的結(jié)晶輥面接觸后快速凝固并成形，得到厚度為2.5±0.2mm的鑄帶，鑄帶組織為單相鐵素體，鑄帶組織不均勻，表層為細小等軸晶，次表層為粗大的柱狀晶，平均晶粒尺寸約為390μπι ;
[0040]2、將鑄帶空冷至501 ± I °C后進行卷?。?
[0041]3、將卷取的鑄軋薄帶酸洗后直接一階段冷軋,得到0.5mm厚度薄帶；
[0042]4、薄帶冷軋后切片(500X40X0.5mm3)，進行快速退火試驗，保護氣氛為體積分數(shù)為30% H2+70% N2，加熱速率為300°C /s，退火溫度為950±5°C，升溫階段和保溫階段時間共為5min，然后空冷至室溫；
[0043]退火后，再結(jié)晶晶粒尺寸約為38 μ m ;由圖3 (C)可以發(fā)現(xiàn)，有利織構(gòu)Goss織構(gòu)和Cube織構(gòu)強度優(yōu)勢比較明顯，對于磁性能不利的Y組分織構(gòu)明顯降低；Y組分中{111}〈112〉取向強度為2.08，面積分數(shù)2.23%，而對應的Goss織構(gòu)強度最強，達到4.5，面積分數(shù)4.83%，立方織構(gòu)強度為1.98，面積分數(shù)2.12%，見圖4(c)；
[0044]5、將切片沖片，沖裁成尺寸為30mm*10mm后，采用750°C X2h去應力退火消除殘余應力，得到成品無取向娃鋼。
[0045]對成品無取向硅鋼的磁性能采用單片測量，磁感B5tl達到1.838T，鐵損P15/5(l為7.34W/kg。
【權利要求】
1.一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將冶煉成鋼液的無取向硅鋼經(jīng)中間包澆入雙輥薄帶連鑄機的熔池內(nèi)，熔池由旋轉(zhuǎn)的鋼輥和側(cè)封板組成，鋼水與鋼輥的結(jié)晶輥面接觸后快速凝固并成形，得到厚度為.2.5±0.3mm 的鑄帶； (2)將鑄帶冷卻后進行卷取； (3)對卷取的鑄帶經(jīng)酸洗后直接一階段冷軋，得到0.5mm厚度的薄帶； (4)將薄帶進行快速退火，在保護氣氛下，加熱速率范圍為25~300°C/s，退火溫度為.950±5°C，升溫階段和保溫階段時間共為5min，然后空冷至室溫； (5)退火后的薄帶在沖片后經(jīng)消除殘余應力處理，得到無取向硅鋼成品。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，步驟(1)所述的鋼液的澆注溫度為1540~1600°C。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，所述步 驟(2)中，將鑄帶冷卻至500~700°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，步驟(4)所述的保護氣氛為:體積分數(shù)分別為30% H2和70% N2。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，步驟(5)所述的消除殘余應力處理方法為:采用750°C X2h去應力退火。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，所述無取向硅鋼的化學成分按照質(zhì)量百分比為:C:〈0.005%, S1:0.5%~.1.4%,Mn:0.2%~0.4%，A1:0.2%~0.4%，0:≤ 0.005%,S 0.005%,N 0.008%,其余為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種控制雙輥薄帶連鑄無取向硅鋼磁性能的快速熱處理方法，其特征在于，所述無取向硅鋼成品的鐵損值P15/Kl為4.76~7.34ff/kg,磁感B5tl為.1.793 ~1.840T。
【文檔編號】C21D8/12GK104178617SQ201410422597
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月25日 優(yōu)先權日:2014年8月25日
【發(fā)明者】許云波, 張元祥, 方烽, 王洋, 盧翔, 焦海濤, 曹光明, 李成剛, 劉振宇, 王國棟 申請人:東北大學