本發(fā)明涉及一種無(wú)取向硅鋼生產(chǎn)方法，具體屬于一種無(wú)取向硅鋼生產(chǎn)中關(guān)于鋼板的內(nèi)氧化層厚度的控制方法。
背景技術(shù)：
無(wú)取向硅鋼在冷軋以后至少經(jīng)過(guò)一次熱處理退火，全工藝無(wú)取向硅鋼退火的目的是使鋼板再結(jié)晶，促進(jìn)晶粒長(zhǎng)大及粗化，消除軋制應(yīng)力，退火過(guò)程中外部的氧擴(kuò)散到鋼板基體中與硅鋼中的合金元素如si,al,mn,cr等在退火過(guò)程中結(jié)合發(fā)生氧化反應(yīng)，在基體內(nèi)產(chǎn)生一層氧化膜，稱(chēng)之為內(nèi)氧化層。內(nèi)氧化層使鋼板產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，阻礙磁疇壁的移動(dòng)，使鐵損增加，磁性惡化。
連續(xù)退火爐內(nèi)的氣氛，主要是n2、h2及h2o三者的混合氣氣氛。硅鋼的氧化主要是按照以下公式進(jìn)行：
3fe(s)+2o2(g)=fe3o4(s)(1)
3fe(s)+4h2o(g)=fe3o4(s)+4h2(g)(2)
眾所周知，連續(xù)退火爐內(nèi)氣氛中水蒸氣和氫氣的分壓比p(h2o)/p(h2)直接決定反應(yīng)的進(jìn)行方向和程度。對(duì)于連續(xù)退火爐內(nèi)氣氛中水蒸氣和氫氣的分壓比的控制，以降低內(nèi)氧化層厚度，降低由內(nèi)氧化層使鋼板產(chǎn)生應(yīng)力場(chǎng)，增加磁疇壁的移動(dòng)，使鐵損減少，磁性能提高。
在本技術(shù)領(lǐng)域，人們?yōu)榱私鉀Q內(nèi)氧化層厚度厚度的增加，給無(wú)取向硅鋼板的磁性能所帶來(lái)的不利影響，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究及采取措施，如，經(jīng)檢索的：日本專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為jp2011-241416a的文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種高周波鐵損優(yōu)良的無(wú)取向電磁鋼板及其制造方法。該文獻(xiàn)提出按照p(h2o)/p(h2)≤0.015×(cr+si+al)控制水蒸氣和氫氣的分壓比，合金元素si,al,cr的含量越高，p(h2o)/p(h2)的控制上限越高，也就意味著水蒸氣量越大或者氫氣量越低，氣氛中的氧化性提高，還原性減弱，而實(shí)際上合金含量越高特別是al含量較高很容易發(fā)生氧化，該專(zhuān)利的分壓比控制明顯不利于內(nèi)氧化層的控制。另外，該專(zhuān)利僅考慮到根據(jù)合金含量調(diào)整p(h2o)/p(h2)，且針對(duì)整個(gè)退火爐的p(h2o)/p(h2)都相同，沒(méi)有考慮到各加熱段和均熱段的具體p(h2o)/p(h2)控制，另外實(shí)際退火過(guò)程中退火加熱速率，加熱段的升溫時(shí)間和速率、均熱段的均熱溫度都會(huì)對(duì)氧化層的厚度產(chǎn)生影響，針對(duì)不同的爐區(qū)p(h2o)/p(h2)的控制也不盡相同。
中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為cn101812571a的文獻(xiàn)，提供了一種《電工鋼熱軋帶鋼?；幚碇蟹乐箖?nèi)氧化層的方法》。該文獻(xiàn)是通過(guò)對(duì)?；に嚨目刂疲詼p小和消除熱軋帶鋼?；瘯r(shí)產(chǎn)生的內(nèi)氧化層，即從源頭上消除最終退火時(shí)的爐底輥結(jié)瘤。該文獻(xiàn)主要針對(duì)熱軋帶鋼的表面結(jié)瘤問(wèn)題，提出在無(wú)氧化爐采用直火加熱，控制爐內(nèi)空燃比，露點(diǎn)和氧含量，爐內(nèi)氣氛為純n2。控制?；^(guò)程中的內(nèi)氧化層生成雖然對(duì)冷軋退火后的成品內(nèi)氧化層控制起到一定有利作用，但是無(wú)法對(duì)成品退火后的內(nèi)氧化層控制起到?jīng)Q定作用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于克服上述文獻(xiàn)中存在的不足，提供一種通過(guò)同時(shí)控制連續(xù)退火爐加熱段的加熱速率、退火加熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)≤0.10，以及退火均熱段水蒸氣與氫氣的分壓比，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)氧化層厚度在1μm以下的無(wú)取向硅鋼內(nèi)氧化層的控制方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的措施：
一種無(wú)取向硅鋼內(nèi)氧化層的控制方法，其步驟：
1）常規(guī)轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯；
2)常規(guī)鑄坯加熱熱軋、?；幚?、酸洗及一次冷軋至成品厚度；
3)成品退火：其中：
控制加熱升溫速率不低于50℃/s，退火過(guò)程采用n2、h2及水蒸氣混合氣體進(jìn)行，并控制：退火加熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)≤0.10；
退火均熱段水蒸氣與氫氣的分壓比p(h2o)/p(h2)滿(mǎn)足以下公式：
式中：t—為均熱段的均熱溫度，單位為℃。
進(jìn)一步地：加熱升溫速率不低于80℃/s。
進(jìn)一步地：退火加熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)在0.04~0.08。
進(jìn)一步地：退火均熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比p(h2o)/p(h2)≤0.25。
其在于：其適用于無(wú)取向硅鋼的成分及重量百分比含量在：c:≤0.003%，n:≤0.003%，s:≤0.002%，p:≤0.05%，si:0.5~3.5%，al不超過(guò)1.5%，mn:0.2~2.0%。
本發(fā)明中主要工藝的機(jī)理及作用
之所以在本技術(shù)領(lǐng)域，要將無(wú)取向硅鋼板的內(nèi)氧化層厚度控制在1.0μm以下，是由于鐵和鋁的氧化物都是非磁性物質(zhì)，根據(jù)趨附效應(yīng)原理，靠近材料表面的磁通密度集中，因此靠近材料表面的內(nèi)氧化層直接導(dǎo)致表面磁疇移動(dòng)困難，鐵損增加。氧化層厚度超過(guò)1.0μm以后高頻損耗惡化尤為明顯。
本發(fā)明之所以控制加熱升溫速率不低于50℃/s，以及控制退火加熱段氣氛中水蒸汽與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)≤0.10的問(wèn)題：
本申請(qǐng)人在經(jīng)大量的試驗(yàn)研究的結(jié)果表明，無(wú)取向硅鋼板的內(nèi)氧化層的形成與氧勢(shì)密切相關(guān)，而氧勢(shì)主要受p(h2o)/p(h2)影響。并且在加熱升溫階段和均熱保溫階段都需要低氧勢(shì)，尤其是在加熱升溫階段更需要低氧勢(shì)，因?yàn)榈脱鮿?shì)能防止內(nèi)氧化層的快速形成；另外，合金元素在加熱過(guò)程中向表面擴(kuò)散，然而在靠近界面處與氣氛中向基體擴(kuò)散的氧接觸反應(yīng)是內(nèi)氧化層的形成的重要階段，有文獻(xiàn)研究表明上述氧化反應(yīng)的溫度每提高10℃，反應(yīng)速度提高到原來(lái)的2-4倍，因此為了降低鐵和其他合金與氧在加熱階段的充分接觸反應(yīng)的機(jī)率，故本發(fā)明將加熱升溫速率設(shè)定在不低于50℃/s，以減少反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)加熱升溫階段是內(nèi)氧化層形成的初始和重要階段，但其還處于不穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)嚴(yán)格控制p(h2o)/p(h2)，使內(nèi)氧化層難以穩(wěn)定形成或迅速被還原，為后續(xù)均熱段的內(nèi)氧化層控制打下良好基礎(chǔ)。
本發(fā)明之所以在建立退火均熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)的數(shù)學(xué)模型，即p(h2o)/p(h2)≤1-t/1200是因?yàn)椋?/p>
根據(jù)反應(yīng)式（1）和（2），由材料熱力學(xué)相關(guān)原理可知化學(xué)反應(yīng)的摩爾吉布斯自由能正負(fù)與大小直接決定反應(yīng)的方向和速度，反應(yīng)的速度與方向、p(o2)，p(h2o)/p(h2)密切相關(guān)，而p(o2)，p(h2o)/p(h2)取決于反應(yīng)時(shí)的環(huán)境溫度，尤其是根據(jù)均熱時(shí)的溫度調(diào)整p(h2o)/p(h2)，就可以控制反應(yīng)（2）的方向，由于退火均熱階段是成品再結(jié)晶和晶粒長(zhǎng)大的階段，其必須保證足夠的溫度水平才能保證成品的各項(xiàng)性能，因此在均熱階段只能減少空氣中的h2o和燃燒后的生成的h2o與鋼板的反應(yīng)或降低其反應(yīng)速度，從而最終控制成品中內(nèi)氧化層的厚度。
通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和內(nèi)氧化層結(jié)果觀察表明：退火均熱溫度越高，鐵及其他合金、與h2o的反應(yīng)越劇烈，此時(shí)為了降低反應(yīng)速度甚至控制反應(yīng)反向，需要降低水汽分壓，加大h2分壓，即降低p(h2o)/p(h2)值，可以有效降低內(nèi)氧化層厚度。
而退火均熱溫度越低，鐵及其他合金與h2o的反應(yīng)越緩慢，此時(shí)可以適當(dāng)降低h2分壓，降低生產(chǎn)成本，即適當(dāng)提高p(h2o)/p(h2)值，此時(shí)內(nèi)氧化層厚度也不會(huì)明顯上升。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到以下結(jié)論
當(dāng)滿(mǎn)足公式
時(shí)，可以有效控制均熱段內(nèi)氧化層厚度。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過(guò)控制連續(xù)退火爐加熱段的加熱速率、退火加熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)≤0.10，以及退火均熱段水蒸氣與氫氣的分壓比，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)氧化層厚度在1μm以下，從而減少其對(duì)磁化過(guò)程的不利影響。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明所生產(chǎn)的無(wú)取向硅鋼鋼板的內(nèi)氧化層分布圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)描述：
表1為本發(fā)明實(shí)施例1及對(duì)比例的工藝取取值及內(nèi)氧化層厚度列表；
表2為本發(fā)明實(shí)施例2及對(duì)比例的工藝取取值及內(nèi)氧化層厚度列表；
表3為本發(fā)明實(shí)施例3及對(duì)比例的工藝取取值及內(nèi)氧化層厚度列表；
表4為本發(fā)明實(shí)施例4及對(duì)比例的工藝取取值及內(nèi)氧化層厚度列表；
表5為本發(fā)明實(shí)施例5及對(duì)比例的工藝取取值及內(nèi)氧化層厚度列表；
本發(fā)明各實(shí)施例按照以下步驟生產(chǎn)：
1）常規(guī)轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯；
2)常規(guī)鑄坯加熱熱軋、?；幚怼⑺嵯醇耙淮卫滠堉脸善泛穸?；
3)成品退火：其中：
控制加熱升溫速率不低于50℃/s，退火過(guò)程采用n2、h2及水蒸氣混合氣體進(jìn)行，并控制：退火加熱段氣氛中水蒸氣與氫氣的分壓比在p(h2o)/p(h2)≤0.10；
退火均熱段水蒸氣與氫氣的分壓比p(h2o)/p(h2)滿(mǎn)足以下公式：
式中：t—為均熱段的均熱溫度，單位為℃。
實(shí)施例1
本實(shí)施例經(jīng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯后，鑄坯成分為c:0.0015%，si:2.5%，al:1.4%，mn:1.5%，p:0.02%，s:0.0008%，n:0.0014%；鑄坯熱軋后進(jìn)行常化處理及酸洗后，經(jīng)一次冷軋軋制至厚度到0.50mm；經(jīng)對(duì)冷軋板進(jìn)行成品退火，退火相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)內(nèi)氧化層厚度見(jiàn)表1所示：
表1
由表1可見(jiàn)，當(dāng)采用本發(fā)明工藝時(shí)，內(nèi)氧化層厚度可以控制在1μm以下。
實(shí)施例2
本實(shí)施例經(jīng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯后，鑄坯成分為c:0.0018%，si:1.5%，al:0.4%，mn:0.5%，p:0.015%，s:0.0013%，n:0.0019%；鑄坯熱軋后進(jìn)行?；幚砑八嵯春?，經(jīng)一次冷軋軋制至厚度到0.35mm；經(jīng)對(duì)冷軋板進(jìn)行成品退火，退火相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)內(nèi)氧化層厚度見(jiàn)表2所示：
表2
由表2可見(jiàn)，當(dāng)采用本發(fā)明工藝時(shí)，內(nèi)氧化層厚度可以控制在1μm以下。
實(shí)施例3
本實(shí)施例經(jīng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯后，鑄坯成分為c:0.0021%，si:0.8%，al:0.6%，mn:0.2%，p:0.018%，s:0.0017%，n:0.0021%；鑄坯熱軋后進(jìn)行?；幚砑八嵯春?，經(jīng)一次冷軋軋制至厚度到0.30mm；經(jīng)對(duì)冷軋板進(jìn)行成品退火，退火相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)內(nèi)氧化層厚度見(jiàn)表3所示：
表3
由表3可見(jiàn)，當(dāng)采用工藝5-8時(shí)，內(nèi)氧化層厚度可以控制在1μm以下，特別是采用優(yōu)選工藝7，8時(shí)，內(nèi)氧化層厚度更小。
實(shí)施例4
本實(shí)施例經(jīng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯后，鑄坯成分為c:0.0024%，si:2.6%，al:0.9%，mn:0.35%，p:0.028%，s:0.0013%，n:0.0011%；鑄坯熱軋后進(jìn)行?；幚砑八嵯春?，經(jīng)一次冷軋軋制至厚度到0.27mm；經(jīng)對(duì)冷軋板進(jìn)行成品退火，退火相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)內(nèi)氧化層厚度見(jiàn)表4所示：
表4
由表4可見(jiàn)，當(dāng)采用本發(fā)明工藝時(shí)，內(nèi)氧化層厚度可以控制在1μm以下。
實(shí)施例5
本實(shí)施例經(jīng)采用轉(zhuǎn)爐冶煉，rh真空處理，連鑄成坯后，鑄坯成分為c:0.0022%，si:3.1%，al:1.2%，mn:0.52%，p:0.024%，s:0.0012%，n:0.0016%；鑄坯熱軋后進(jìn)行?；幚砑八嵯春?，經(jīng)一次冷軋軋制至厚度到0.20mm；經(jīng)對(duì)冷軋板進(jìn)行成品退火，退火相關(guān)參數(shù)及對(duì)應(yīng)內(nèi)氧化層厚度見(jiàn)表5所示：
表5
由表5可見(jiàn)，當(dāng)采用本發(fā)明工藝時(shí)，內(nèi)氧化層厚度可以控制在1μm以下。
由表1-表5可見(jiàn)，每當(dāng)加熱升溫速率小于50℃/s或加熱段p(h2o)/p(h2)大于0.1時(shí)或均熱段p(h2o)/p(h2)大于1-t/1200時(shí)，均會(huì)導(dǎo)致鋼板內(nèi)氧化層的厚度大于1μm，不能實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的；只有同時(shí)滿(mǎn)足加熱升溫速率不低于50℃/s，加熱段p(h2o)/p(h2)小于0.1，退火均熱段水蒸氣與氫氣的分壓比p(h2o)/p(h2)的公式，即
上述實(shí)施例僅為最佳例舉，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。