表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板及其制造方法
【專利摘要】表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板及其制造方法，其化學成分重量百分比為：C＜0.005%、Si：0.8～2.0%、Mn：0.2～1.0%、S＜0.005%、Al：0.2～1.0%、N＜0.005%、O＜0.005%，Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一種以上，總量不超過0.2%，其余為Fe及不可避免的夾雜；其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)2+b，a=0.03～0.10，b=0～0.20。本發(fā)明通過控制無取向電工鋼板磷含量，熱軋精軋入口溫度，冷軋工作輥輥面粗糙度，以及控制冷軋道次或者機架壓下率，實現(xiàn)了無瓦楞狀缺陷的高磁感、低鐵損無取向電工鋼板生產(chǎn)，具有操作簡便、控制方便、節(jié)能環(huán)保、易于實現(xiàn)，成本低廉、磁性優(yōu)良等特點，熱軋帶鋼無須采用?；幚怼?br> 【專利說明】表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無取向電工鋼板及其制造方法，尤其涉及表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]硅含量較高的無取向電工鋼板，成品帶鋼表面沿軋制方向會出現(xiàn)凸凹不平的波紋，類似瓦楞狀，俗稱“瓦楞狀缺陷”。該缺陷會降低成品帶鋼的疊片系數(shù)，導(dǎo)致成品帶鋼磁性變差和絕緣膜層間電阻降低，從而降低終端產(chǎn)品的使用壽命和綜合性能。因此，絕大多數(shù)用戶都明確要求，不允許成品帶鋼存在瓦楞狀缺陷。
[0003]瓦楞狀缺陷的產(chǎn)生機理可以解釋如下:板坯中的等軸晶率較低，而柱狀晶粗大、發(fā)達。柱狀晶生長方向〈001〉，該方向為(001)法向，也是熱流梯度最大方向。這樣在熱軋過程中，粗大的柱狀晶因動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶緩慢而不能徹底破碎。而板板坯柱狀晶極易沿熱流方向長大，并形成具有一定取向關(guān)系的粗大柱狀晶，造成軋制過程中的不均勻變形，熱軋結(jié)束后板厚中心主要是纖維組織，并在后續(xù)生產(chǎn)中無奧氏體與鐵素體相變，以后的冷軋和退火過程中難以再結(jié)晶，使得組織均勻性無法消除，遺傳至成品，最終形成凸凹不平的瓦楞狀缺陷。
[0004]磷的作用與硅類似，可以明顯改善成品帶鋼的電阻率，促進成品帶鋼的晶粒長大，從而提高成品帶鋼的磁感，降低成品帶鋼的鐵損。因此，磷往往被作為有益元素加入到鋼中。此外，磷是強鐵素體形成元素，即使向鋼中添加微量的磷，也會產(chǎn)生明顯的柱狀晶生長效果，同時引起成品帶鋼的晶粒細化。由于后續(xù)生產(chǎn)中，帶鋼內(nèi)部無奧氏體與鐵素體相變，冷軋過程中，粗大的柱狀晶不能徹底破碎，以后的退火過程中難以再結(jié)晶，使得組織均勻性無法消除，遺傳至成品，最終形成凸凹不平的瓦楞狀缺陷。
[0005]通常，治理瓦楞狀缺陷的方法主要有，采用電磁攪拌，提高板坯等軸晶率。例如日本專利昭49-39526 ;增加鋼中碳、錳含量，降低熱軋相變溫度。例如日本專利昭48-49617，中國專利CN101275198、CN1548569，CN101139681等；采用低溫澆鑄，提高板坯等軸晶率。例如日本專利昭53-14609，平2-192853 ;提高板坯出爐溫度，調(diào)整板坯升溫速率，控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，使帶鋼充分再結(jié)晶。例如日本專利昭49-27420、昭49-38813、昭 53-2332、昭 61-69923，中國專利 CN1611616, CN1548569 ;采用?；幚?，使帶鋼組織充分再結(jié)晶。例如，日本專利昭61-127817等。
[0006]以上方法視鋼種牌號、生產(chǎn)工藝、加工成本以及成品磁性、表面狀態(tài)等需求不同，可以單獨使用或者配合使用。上述方法分別具有以下特點和要求:
[0007]采用電磁攪拌，提高板坯等軸晶率。該法采用電磁攪拌，通過強電磁力對粗大的柱狀晶進行破碎，其效果最為有效。它可以明顯減少板坯柱狀晶率以及提高板坯等軸晶率，尤其是采用二次或以上電磁攪拌，還可以有效抑制中心區(qū)形成二次柱狀晶。此法的主要缺點是，攪拌效果取決于鋼中硅含量、磷含量以及電磁攪拌次數(shù)。對于硅含量偏低、磷含量偏高的鋼種而言，經(jīng)過一次電磁攪拌后，板坯中的等軸晶比較容易聚集、結(jié)合，再次形成粗大的柱狀晶，因此需要采用二次或以上電磁攪拌，并嚴格控制鋼液澆鑄、冷卻效果。此外，電磁攪拌的生產(chǎn)成本非常高。
[0008]增加鋼中碳、錳含量，降低熱軋相變溫度。該法主要是通過增加鋼中碳、錳含量，使板坯加熱和熱軋時發(fā)生相變，促進動態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，以消除粗大形變晶粒。此法的主要缺點是，以后退火要脫碳，容易產(chǎn)生內(nèi)氧化層和內(nèi)氮化層，惡化鋼的磁性。大幅增加鋼中錳含量，還會顯著增加鋼的制造成本，惡化連鑄澆鑄狀態(tài)，并導(dǎo)致熱軋、冷軋過程出現(xiàn)軋制波動。
[0009]采用低溫澆鑄，提高板坯等軸晶率。該法主要是通過降低澆鑄過程的鋼液過熱度，減少板坯中的柱狀晶率，提高等軸晶所占比率。此法的主要缺點是，要求鋼液過熱度范圍很窄，難以有效控制，同時也影響連鑄正常操作，過低的鋼水過熱度還會劣化成品電磁性能。
[0010]提高板坯出爐溫度，調(diào)整板坯升溫速率，控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，使帶鋼充分再結(jié)晶。該法主要是通過提高板坯出爐溫度，調(diào)整板坯升溫速率，控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，以破碎板坯中的粗大柱狀晶，抑制粗大形變晶粒的發(fā)展，并使帶鋼充分再結(jié)晶。此法的主要缺點是，提高板坯出爐溫度會造成MnS, AlN等夾雜物固溶加劇，進而惡化成品帶鋼的磁性。同時，為確保帶鋼再結(jié)晶效果，還對鋼中的雜質(zhì)元素S、N等含量提出嚴格要求。另外，含磷鋼種熱軋板坯加熱過程中材質(zhì)偏軟，提高出爐溫度和在爐時間，板坯比較容易產(chǎn)生“塌腰”，從而影響熱軋穩(wěn)定生產(chǎn)。
[0011]采用?；幚恚箮т摮浞衷俳Y(jié)晶。采用一次冷軋法時，硅含量較高的鋼種必須進行?；幚恚淠康闹痪褪?，使熱軋板中的再結(jié)晶率增多，防止出現(xiàn)瓦楞狀缺陷。此法的主要缺點是，生產(chǎn)成本很高，不適用于附加值較低的中低牌號硅鋼。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的在于提供一種表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板及其制造方法，實現(xiàn)了無瓦楞狀缺陷的高磁感、低鐵損無取向電工鋼板生產(chǎn)，具有操作簡便、控制方便、節(jié)能環(huán)保、易于實現(xiàn)，成本低廉、磁性優(yōu)良等特點。
[0013]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，
[0014]本發(fā)明通過控制無取向電工鋼板磷含量，熱軋精軋入口溫度，冷軋工作輥輥面粗糙度，以及控制冷軋道次或者機架壓下率；同時，連鑄澆鑄時使用二次或以下電磁攪拌，或者不使用電磁攪拌，板坯拉速正常，并可以保持較高鋼水過熱度，以及熱軋板坯加熱時保持正常的出爐溫度、終軋溫度、卷取溫度，熱軋帶鋼無須采用?；幚?。
[0015]為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，
[0016]表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為:C
<0.005%、S1:0.8 ~2.0%、Mn:0.2 ~1.0%、S < 0.005%、Al:0.2 ~1.0%、N < 0.005%、O
<0.005%, Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一種以上，總量不超過0.2%，其余為Fe及不可避免的夾雜。
[0017]具有上述化學成分的板坯經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得；依次經(jīng)過熱軋、酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板。
[0018]表面狀態(tài)良好的高磁感、低鐵損無取向電工鋼板，通過控制磷含量，以改善熱軋結(jié)晶效果和控制成品帶鋼晶粒尺寸，要求[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)2+b, a=0.03~0.10，b=0 ~0.20。
[0019]熱軋過程中，板坯出爐溫度控制在1000~1250°C，終軋溫度控制在800~1000°C，卷取溫度控制在500~800°C，并且要求熱軋精軋入口中間坯溫度確?！?70°C。
[0020]冷軋時各道次或機架的工作輥，至少有一對輥面粗糙度≤0.40um,冷軋時各道次或機架累計壓下率> 77%，最后道次或機架壓下率< 20%。
[0021]在本發(fā)明成分設(shè)計中:
[0022]C:0.005%以下。C是強烈抑制晶粒長大的元素，容易造成帶鋼鐵損增加，并產(chǎn)生嚴重的磁時效。同時，C還能擴大Y相區(qū)，并在?；幚頃r，使a與Y兩相區(qū)轉(zhuǎn)變量增加，從而顯著降低Acl點，并對結(jié)晶組織起細化作用，因此必須控制在0.005%以下。
[0023]S1:0.8%~2.0%。Si能顯著增加鋼的電阻率，改善成品帶鋼的磁性。Si含量低于
0.8%時，鋼的電磁性能不佳，Si含量高于2.0%時，熱軋過程不會發(fā)生相變，不采用?；幚頃r，難以消除瓦楞狀缺陷。
[0024]Al:0.2%~1.0%。Al是增加鋼的電阻率的有效元素，Al含量低于0.2%時，鋼的電磁性能不穩(wěn)定，Al含量高于1.0%時，將使冶煉澆注困難，制造成本增加。
[0025]Mn:0.2%~1.0%。Mn與S1、Al元素相同，可以增加鋼的電阻率，同時改善電工鋼表面狀態(tài)，因此有必要添加0.2%以上的含量。同時，Mn含量高于1.0%時，將使冶煉澆注困難，制造成本增加。
[0026]S:0.005%以下。超過0.005%將使MnS等S化物析出量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。
[0027]N:0.005%以下。超過0.005%將使AlN等N化物析出量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。
[0028]O:0.005%以下。超過0.005%將使Al2O3等O化物夾雜量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。
[0029]Sb、Sn、Ca、Mg、RE:總量控制在0.2%以下。能夠凈化鋼液，提高鋼水純凈度，改善成品織構(gòu)，抑制消除應(yīng)力退火過程中的增氮，改善成品帶鋼的電磁性能。
[0030]本發(fā)明的表面狀態(tài)良好的高磁感、低鐵損無取向電工鋼板的制造方法，包括如下步驟:
[0031]I)無取向電工鋼板的化學成分重量百分比為:C < 0.005%、S1:0.8~2.0%、Mn:
0.2 ~1.0%、S < 0.005%、A1:0.2 ~1.0%、N < 0.005%,O < 0.005%, Sb,Sn,Ca,Mg,RE 中一種以上，總量不超過0.2%，其余為Fe及不可避免的夾雜，按照上述化學成分，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得板坯；其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)2+b，a=0.03~
0.10，b=0 ~0.20 ;
[0032]2)板坯經(jīng)過加熱后，分別進行粗軋、精軋、冷卻、卷??；其中，板坯出爐溫度為1000~1250°C，終軋溫度為800~1000°C，卷取溫度為500~800°C，并且熱軋精軋入口中間坯溫度≥970 0C ；
[0033]3)酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板；其中，冷軋時各道次或機架的工作輥，至少有一對輥面粗糙度≤0.40um，冷軋時各道次或機架累計壓下率≥77%，最后道次或機架壓下率< 20%。
[0034]在本發(fā)明制造方法中:
[0035]冷軋過程中，采用一次或以上的軋制法。各道次或機架的工作輥，至少有一對輥面粗糙度≤0.40um，最后道次或機架壓下率≤20%,以確保成品板型，軋制后的成品板不出現(xiàn)邊裂，并為后續(xù)退火、涂層提供有利條件。要求各道次或機架累計壓下率> 77%，以盡可能的破碎熱軋結(jié)束后，沒有破碎的粗大柱狀晶，抑制粗大形變晶粒的發(fā)展，并為成品帶鋼的退火過程充分再結(jié)晶提供有利條件。
[0036]在本發(fā)明的化學成分下，采用上述控制方法后，可以在連鑄時使用二次或以下電磁攪拌，或者不使用電磁攪拌。板坯澆鑄速度正常，并且可以保持較高的鋼水過熱度，鋼液平均過熱度為10~35°C，最高可以達到45°C，而確保板坯中有30%或以上數(shù)量的等軸晶率。
[0037]通過合理控制不同鋼種的磷含量，在通常的板坯出爐溫度下，通過控制熱軋精軋入口中間坯溫度，即可以確保熱軋板內(nèi)的組織達到良好的結(jié)晶效果，提高熱軋帶鋼纖維組織的再結(jié)晶率，改善熱軋帶鋼的組織均勻性，有利于改善成品帶鋼表面的瓦楞狀缺陷。熱軋帶鋼無須采用?；幚?。對于熱軋過程中，沒有破碎的粗大柱狀晶，以及為控制含磷鋼種軋破、邊裂，冷軋時采用提高總的壓下率，繼續(xù)破碎粗大等軸晶率，以抑制粗大形變晶粒的發(fā)展。
[0038]這與其它發(fā)明通過采用強電磁攪拌力破碎板坯中的柱狀晶，使之盡可能的轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉牡容S晶，以大幅提聞板還中的等軸晶率；或者通過大幅提聞C、Mn含量，提聞加熱過程中的板坯出爐溫度，使板坯內(nèi)部發(fā)生Y — α相變，同時利用高溫狀態(tài)擴大板坯內(nèi)部的再結(jié)晶組織，提高板坯再結(jié)晶率截然不同。這些發(fā)明除需要大幅增加設(shè)備投資、增加能源消耗外，更為重要的是，電磁攪拌工藝難以和化學成分、鋼水過熱度準確匹配，尤其是在低硅含量以及在鋼水過熱度控制不當時，電磁攪拌的控制效果不穩(wěn)定，難以達到預(yù)期效果；而采用提高C、Mn含量或者提高板坯出爐溫度時，加熱爐的加熱負荷分布會前移，造成板坯高溫時間段較長，板坯容易產(chǎn)生“塌腰”缺陷，并且直接影響成品帶鋼的磁性。
[0039]上述控制要求中，磷的范圍至關(guān)重要，并與硅、鋁含量相關(guān)。一方面，硅、鋁含量越高，磷含量應(yīng)該越低。因為磷容易導(dǎo)致冷脆，造成成品帶鋼冷軋過程中產(chǎn)生邊裂、軋破；熱車U冷軋纖維組織發(fā)達，還會導(dǎo)致粗大形變晶粒發(fā)展，成品帶鋼表面容易產(chǎn)生瓦楞狀缺陷，并且成品帶鋼晶粒細化，劣化成品帶鋼的電磁性能。同時，如上所述，磷的作用與硅類似，可以明顯改善成品帶鋼的電阻率，促進成品帶鋼的晶粒長大，從而提高成品帶鋼的磁感，降低成品帶鋼的鐵損。因此，合適的磷含量對于表面狀態(tài)良好的高磁感、低鐵損無取向電工鋼板至關(guān)重要。
[0040]為確保含磷鋼種的成品表面狀態(tài)，避免高溫狀態(tài)下含磷鋼種，板坯材質(zhì)偏軟容易產(chǎn)生“塌腰”缺陷，而降低板坯出爐溫度容易引起板坯加熱不充分，熱軋板晶粒生長不充分，粗大形變晶粒發(fā)展以及纖維組織發(fā)達等，可以通過控制精軋入口中間坯溫度來保證熱軋板再結(jié)晶效果，抑制粗大形變晶粒發(fā)展。
[0041]對于熱軋過程中，未能有效破碎的粗大柱狀晶，利用提高冷軋累計壓下率的方式，進一步破碎粗大柱狀晶，抑制粗大形變晶粒的發(fā)展。大壓下容易產(chǎn)生邊裂、軋破，尤其是對于含磷鋼種。因此，冷軋時各道次或機架的工作輥，至少有一對輥面粗糙度< 0.40um，最后道次或機架壓下率≤20%，以確保成品板型，軋制后的成品板不出現(xiàn)邊裂，并為后續(xù)退火、涂層提供有利條件。按照本發(fā)明上述方法生產(chǎn)的無取向電工鋼板，表面狀態(tài)良好，具有高磁感、低鐵損等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為1.0% Si,0.02% P鋼常規(guī)工藝對應(yīng)的熱軋板再結(jié)晶組織。
[0043]圖2為1.0% Si,0.05% P鋼常規(guī)工藝對應(yīng)的熱軋板再結(jié)晶組織。
[0044]圖3為1.0% Si,0.08% P鋼常規(guī)工藝對應(yīng)的熱軋板再結(jié)晶組織。
[0045]圖4為熱軋精軋入口溫度和成品瓦楞狀缺陷發(fā)生率的關(guān)系。
[0046]圖5為冷軋總壓下率72%和成品帶鋼表面瓦楞狀缺陷的關(guān)系。
[0047]圖6為冷軋總壓下率75%和成品帶鋼表面瓦楞狀缺陷的關(guān)系。
[0048]圖7為冷軋總壓下率77%和成品帶鋼表面瓦楞狀缺陷的關(guān)系。

【具體實施方式】
[0049]表1所示化學成分的溶鋼，經(jīng)300噸轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉以及連續(xù)鑄鋼后，得到170mm~250mm厚、800mm~1400mm寬的板坯。經(jīng)1150°C X 3h加熱后，終軋溫度850°C，卷取溫度570°C,成為1.6mm~4.0mm厚、800mm~1400mm寬的熱卷。然后進行酸洗、冷軋,成為0.5_厚的冷卷，最后經(jīng)退火處理后，測試成品鋼卷的電磁、力學性能，檢測成品鋼卷的表面狀態(tài)，結(jié)果見表2。
[0050]表1單位:重量百分比
[0051]

【權(quán)利要求】
1.表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為:C< 0.005%、S1:0.8 ~2.0%、Mn:0.2 ~1.0%、S < 0.005%、Al:0.2 ~1.0%、N < 0.005%、O < 0.005%,Sb、Sn、Ca、Mg、RE中一種以上，總量不超過0.2%，其余為Fe及不可避免的夾雜，化學成分P的重量百分比控制要求為:[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)2+b;其中，a=0.03~0.10，b=0~0.20。
2.表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板的制造方法，包括如下步驟: 1)無取向電工鋼板的化學成分重量百分比為:C< 0.005%、S1:0.8~2.0%、Mn:0.2~1.0%、S < 0.005%、Al:0.2 ~1.0%、N < 0.005%、O < 0.005%, Sb、Sn、Ca、Mg、RE 中一種以上，總量不超過0.2%，其余為Fe及不可避免的夾雜，其中，[P]=-a([Si]%+[Al]%-0.75)2+b,a=0.03~0.10, b=0~0.20 ;按照上述化學成分，經(jīng)鐵水預(yù)處理、轉(zhuǎn)爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得板坯，板坯中有30%以上數(shù)量的等軸晶率； 2)板坯經(jīng)過加熱后，分別進行粗軋、精軋、冷卻、卷??；其中，板坯出爐溫度為1000~1250°C,終軋溫度為800~1000°C，卷取溫度為500~800°C，并且熱軋精軋入口中間坯溫度≤9700C ； 3)酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板；其中，冷軋時各道次或機架的工作輥，至少有一對輥面粗糙度≤0.40um，冷軋時各道次或機架累計壓下率≤77%，最后道次或機架壓下率< 20%。
3.如權(quán)利要求2所述的表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板的制造方法，其特征是，澆鑄時，以0.4~1.6m/min的速度進行澆鑄，鋼液平均過熱度為10~35°C。
4.如權(quán)利要求2所述的表面良好的高磁感低鐵損無取向電工鋼板的制造方法，其特征是，熱軋精軋入口中間坯溫度≤1000°C。
【文檔編號】C22C33/04GK104073714SQ201310106517
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月28日
【發(fā)明者】張峰, 王彥偉, 章培莉, 朱簡如, 陳凌云, 馬長松, 呂學鈞 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司