一種薄規(guī)格、超低鐵損、低噪聲高磁感取向硅鋼片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種薄規(guī)格、超低鐵損、低噪聲、高磁感取向硅鋼片的制備技術(shù)，其組成為C：0.003～0.05wt%；Si：4.1～9wt%；Mn：0.05～0.5wt%；Al：0.02～0.06wt%；Sn：0.01～1wt%；Mo：0.05～0.1wt%；Cu：0.2～1wt%；N：0.003～0.02wt%；P：0.002～0.06wt%；S：0.001～0.008wt%，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)，通過熱軋、冷軋、退火工藝等工藝制得的高磁感取向硅鋼片，具有超低鐵損、高磁通密度、低磁致伸縮系數(shù)，厚度薄等優(yōu)異性能，且本發(fā)明的工藝簡單，組織穩(wěn)定，在保證變壓器容量不變的同時，大大節(jié)約用材，節(jié)省資源，為目前制造高等級輸配電變壓器鐵芯的最佳候選材料。
【專利說明】—種薄規(guī)格、超低鐵損、低噪聲高磁感取向硅鋼片及其制備方法
【【技術(shù)領(lǐng)域】】[0001]本發(fā)明屬于電力行業(yè)輸配電變壓器鐵芯用材料領(lǐng)域，具體講涉及一種薄規(guī)格、超低鐵損、低噪聲高磁感取向硅鋼片及其制備方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]冷軋電工硅鋼片主要用于電工行業(yè)，一直是我國嚴(yán)重緊缺的鋼材品種，其消費量大體與發(fā)電量成正比關(guān)系。硅含量~3%的冷軋取向電工硅鋼是一類重要的軟磁材料，主要用以制造變壓器的鐵芯，在電力電訊事業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。而電工硅鋼的損耗造所造成的電量損失占各國全年發(fā)電量的2.5%~4.5%，因此各國生產(chǎn)電工硅鋼總是千方百計設(shè)法降低鐵損。我國在“十一五”規(guī)劃綱要中已經(jīng)明確的提出了“節(jié)能減排”的目標(biāo)并將其列為一項重要的任務(wù)。由此可見，優(yōu)質(zhì)硅鋼新產(chǎn)品的發(fā)展對中國乃至國際經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的影響。
[0003]目前，世界上主要的取向硅鋼生產(chǎn)工藝有四種，分別是高溫加熱CG0、高溫加熱H1-B、低溫加熱CG0、低溫加熱H1-B。其中，低溫加熱H1-B取向硅鋼制造技術(shù)是最先進(jìn)的技術(shù)，其核心技術(shù)是滲氮，由于成本最低，性能好，產(chǎn)品的市場競爭力最強。
[0004]從上個世紀(jì)以來，日本在高磁感取向硅鋼的產(chǎn)能、產(chǎn)品質(zhì)量、工藝和品種開發(fā)等方面，處于世界領(lǐng)先地位。日本大量生產(chǎn)0.23_厚的取向硅鋼，采用激光刻痕、快速加熱等先進(jìn)技術(shù)來細(xì)化磁疇，使H1-B鋼產(chǎn)品的最低鐵損P17/50降到0.6ff/kg,最高磁感達(dá)到1.94T以上。
[0005]國內(nèi)目前只有武鋼、寶鋼能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)高磁感取向硅鋼。武鋼研究情況如下:一硅鋼引進(jìn)日本新日鐵技術(shù)，采用高溫加熱兩次冷軋法生產(chǎn)CGO產(chǎn)品、高溫加熱一次冷軋法生產(chǎn)H1-B產(chǎn)品，但H1-B產(chǎn)量少，二硅鋼采用低溫加熱兩次冷軋法生產(chǎn)CGO產(chǎn)品，三硅鋼主要采用高溫加熱一次冷軋法生產(chǎn)H1-B產(chǎn)品。目前，武鋼能夠采用低溫加熱一次冷軋法穩(wěn)定批量生產(chǎn)0.27mm厚高磁感取向硅鋼。寶鋼可以穩(wěn)定批量生產(chǎn)0.23mm厚低溫加熱H1-B取向硅鋼，但尚無變壓器用0.18_厚高磁感取向硅鋼產(chǎn)品。
[0006]基于以上研究及應(yīng)用背景，我國亟需研發(fā)薄規(guī)格、超低損耗高磁感取向硅鋼，以適應(yīng)我國電力行業(yè)發(fā)展需要，對于振興我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)、裝備制造業(yè)，實現(xiàn)我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，建立環(huán)境友好型社會具有重大意義。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007]本發(fā)明目的在于開發(fā)電力行業(yè)中應(yīng)用于輸配電變壓器的鐵芯材料-薄規(guī)格、高磁感、超低鐵損取向硅鋼材料，實現(xiàn)降低硅鋼片厚度的同時，提高磁感B8、降低鐵損及噪聲水平，開發(fā)出具有聞于國標(biāo)最聞等級牌號的薄規(guī)格、超低鐵損、聞磁感取向娃鋼材料。
[0008]為實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用一下技術(shù)方案:
[0009]一種冷軋取向硅鋼片，硅鋼片的厚度為0.18mm，鐵芯損耗Pl.7≤0.80W/Kg，磁致伸縮系數(shù)λ < 6Χ10Λ磁通密度Β8≥1.88Τ。
[0010]本發(fā)明提供的取向硅鋼片，組成成分為:
[0011]C:0.003 ~0.05wt% S1:4.I ~9wt%Mn:0.05 ~0.5wt%
[0012]Al:0.02 ~0.06wt% Sn:0.01 ~lwt%Mo:0.05 ~0.lwt%
[0013]Cu:0.2 ~lwt%N:0.003 ~0.02wt% P:0.002 ~0.06wt%
[0014]S:0.001~0.008wt%，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0015]一種制造本發(fā)明取向硅鋼片的制造技術(shù)，包括如下步驟:
[0016]制備由C、S1、Mn、Al、Sn、Mo、Cu、N、P、S，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)組成硅
鋼錠；
[0017]經(jīng)熱軋:將溫度控制在1150~1300°C，保溫2~3h后先粗軋2道次，再精軋3道次，最終壓下量為80~90%，板材厚度< 3mm，在熱軋過程中可形成MnS抑制劑；
[0018]卷曲:加熱至500~600°C ;
[0019]?；?在900~1100°C下迅速退火，時間為I~5min，控制粒子的析出，大小、分布，進(jìn)而控制組織的均勻性，并且使板材發(fā)生初次再結(jié)晶；
[0020]冷軋:壓下量為80~90%，厚度≤0.18mm ；
[0021]脫碳-滲氮:脫碳時通入水蒸氣，控制最終C含量在30~500ppm,滲氮時通入NH3,在800°C下進(jìn)行，并涂覆玻璃膜；
[0022]高溫退火、凈化:
[0023]I)所述高溫退火在純氮氣保護(hù)下，升到400~500°C保溫2~4h，去除水蒸氣并隔
離空氣；
[0024]2)在氮氣:氫氣為1:1~3條件下，升溫速率為31 °C /h~43°C /h下將爐溫升至1120~1200°C后，環(huán)境換為純氫氣，保溫8~IOh ；
[0025]3)凈化粒子，去除抑制劑及雜質(zhì)。
[0026]冷卻、涂覆絕緣涂層，制得。
[0027]本發(fā)明制得的取向硅鋼片的厚度為0.18mm，鐵芯損耗Pl.7 ( 0.80W/Kg，磁致伸縮系數(shù)λ <6X10-6，磁通密度Β8≤1.88Τ，其他性能滿足GB2521要求的可用于制造輸配電變壓器鐵芯的材料。
[0028]本發(fā)明中采用的各合金元素的作用及機理如下:
[0029]C:C含量過大時，鋼材強度硬度提高，加工及脫碳困難，過低時，則在Si含量較高時不易發(fā)生相變，熱軋時晶粒粗大，并且由于〈110〉織構(gòu)強，冷軋后殘存有形變晶粒，高溫退火后二次再結(jié)晶不完全；
[0030]Si:Si元素在取向硅鋼中可起到增加電阻率降低鐵芯損耗和降低磁致伸縮系數(shù)的作用，一般如果Si含量較低時，則材料電阻率升高較少甚至降低，使鐵芯損耗增大；但Si含量較高時，鋼的脆性將增加顯著，冷軋加工困難；
[0031]Mn:Mn元素一方面可以提高材料的電阻率，降低鐵損，另一方面在鋼中可形成抑制劑有助于細(xì)化磁疇以及二次再結(jié)晶發(fā)展，鋼中的S主要和Mn結(jié)合生成MnS，形成分散細(xì)小的析出物，可顯著細(xì)化磁疇，有助于高斯晶粒的發(fā)展；當(dāng)Mn含量過高時，會增大奧氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間，促進(jìn)奧氏體相變，細(xì)化初次再結(jié)晶晶粒，使二次再結(jié)晶不穩(wěn)定；過低時起不到抑制作用；[0032]Als:A1元素為抑制劑的主要元素之一，可在滲氮過程中與N元素結(jié)合形成AlN等硬質(zhì)質(zhì)點，與MnS形成抑制劑，提高抑制能力，過高時易產(chǎn)生粗大的相，過低時抑制效果不足；
[0033]Sn:晶界偏聚元素，適當(dāng)?shù)腟n元素可起到釘軋二次再結(jié)晶晶粒作用，起到穩(wěn)定組織，改善織構(gòu)的作用，過低時效果不明顯，過高會使玻璃層附著性變差，鋼材脆性增加；
[0034]Mo:可起到釘扎晶界細(xì)化晶粒作用，并且可一定程度改善硅鋼磁感飽和狀態(tài)下磁致伸縮量，可一定程度降低噪聲；
[0035]Cu:當(dāng)Cu含量較少時，可與S形成精細(xì)的CuS，一方面可抑制初次再結(jié)晶晶粒的過度生長，使組織均勻，也可在二次再結(jié)晶過程中促進(jìn)高斯晶粒的長大，優(yōu)化最終產(chǎn)品的磁性能；此外，Cu有效提聞娃鋼的電阻率，降低鐵損，改善磁性；
[0036]N:在脫碳后，將滲氣使娃鋼中形成抑制劑AlN,抑制劑彌撒分布時,可使冷乳后具有適當(dāng)?shù)木?xì)組織，有助于確保初次再結(jié)晶晶粒尺寸；過高時一方面容易在鑄坯表面產(chǎn)生氣泡缺陷，一方面會使初次再結(jié)晶晶粒變得過于細(xì)小，使高斯晶粒的生長受到影響，比例含量不易控制，過低時抑制力不足；
[0037]P:可提高二次再結(jié)晶溫度，促進(jìn)高斯晶粒聚集長大，一方面可通過增加高斯取向晶粒的數(shù)量來降低鐵損，提高磁感，也可有效提高硅鋼的電阻率，降低鐵損；含量高時使鋼材脆性顯著增加，冷軋容易發(fā)生開裂，加工性差；
[0038]S:S元素含量過高時可降低二次再結(jié)晶的開始溫度，使鋼的磁性能惡化；較低時可使取向晶粒的數(shù)量增加，減小二次再結(jié)晶晶粒尺寸，改善硅鋼磁性能，并且可與Mn形成MnS抑制劑，一定程度上影響初次再結(jié)晶晶粒尺寸；
[0039]本發(fā)明中提供的的制造方法其工藝特點在于:先進(jìn)行冶煉制成合金元素C、S1、Mn、Al、Sn、Mo、Cu、N、P、S，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)組成的鑄錠，熱軋溫度為1150~1300°C，利于MnS和CuS抑制劑的形成。隨后進(jìn)行卷曲，?；^程的溫度控制在900~1100°C，保證再結(jié)晶充分，粒子析出均勻。冷軋時將板材厚度控制在0.18mm以下，脫碳、滲氮，確保C含量控制在30ppm~500ppm，促進(jìn)AlN以及SiN抑制劑的形成，而后涂覆玻璃膜。隨后進(jìn)行高溫退火發(fā)生二次再結(jié)晶，首先使用純氮氣，去除涂覆玻璃膜時帶來的水蒸氣，并隔離氧氣，選取適當(dāng)比例的N2 =H2,因為在氮氣分壓作用下，可確保抑制劑AlN不分解，并且時間控制在16~20h內(nèi)，以便有利于充分發(fā)生二次再結(jié)晶。最后溫度升至1200°C，去除抑制劑，隨后冷卻并涂覆絕緣涂層，制成成品。使得整個工藝簡單，組織穩(wěn)定；制得的硅鋼片厚度為0.18mm,鐵芯損耗Pl.7≤0.80ff/Kg,磁致伸縮系數(shù)λ≤6 X 10_6，磁通密度Β8≥1.88Τ，其他性能滿足GB2521要求的可用于制造輸配電變壓器鐵芯的材料；在保證變壓器容量不變的同時，大大節(jié)約用材，節(jié)省資源，為目前制造高等級輸配電變壓器鐵芯的最佳候選材料。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0040]圖1為本發(fā)明制造方法流程圖
【【具體實施方式】】
[0041]實施例1[0042]在500Kg的真空熔煉爐內(nèi)進(jìn)行硅鋼鑄坯冶煉，澆鑄成分如表1所示。
[0043]表1鋼坯的化學(xué)成分(wt%)，余量為Fe
[0044]
C [Si [Mn [Al [Sn [Mo [Cu [n [p is
0.004 4.3 0.08 0.03 0.08 0.05 0.3~ 0.005 0.008 0.005 [0045]將鑄坯加熱至1150~1170°C，保溫2.5h，熱軋至3mm，最終壓下量為85%進(jìn)行卷曲，然后進(jìn)行?；幚?，在900~110(TC下保溫I~5min進(jìn)行退火，在冷軋機上進(jìn)行板材的最終成型冷軋，壓下量為90%，厚度控制在0.18mm。隨后進(jìn)行脫碳、滲氮，脫碳時通入水蒸氣，控制最終C含量在450ppm，滲氮時通入NH3,在800°C下進(jìn)行并涂覆玻璃膜，最后在1110~1120°C下高溫退火，在純氮氣保護(hù)下，升到450°C保溫3h，去除水蒸氣并隔離空氣后在氮氣:氫氣為1:2.5條件下，升溫速率為40°C /h下將爐溫升至1120~1200°C后，環(huán)境換為純氫氣，保溫8.5h ;通過二次再結(jié)晶形成高斯織構(gòu)的取向硅鋼板材，并去除抑制劑及雜質(zhì)，緩冷降溫，涂覆絕緣涂層，去應(yīng)力退火，制成成品。
[0046]用單片測量設(shè)備檢測磁性能結(jié)果如表2所示。
[0047]表2薄規(guī)格、超低鐵損高磁感取向硅鋼單片成品磁性能
[0048]
試樣號I熱乳溫度I?；瘻囟?時間I高溫退火溫度|P1.7 (W/Kg)|Β8(Τ)I磁致伸縮系數(shù)λ
Pl1150900,2.5min TITo0.8001.8845 XICT6
TjZ11501000，3min Τ?200.7911.8876 XlCT6
F31170900,2minΤ?300.7891.8896 XICT6
Fi11701100，2min Τ?200.7941.9015 XICT6
[0049]其他性能滿足GB2521要求的可用于制造輸配電變壓器鐵芯的材料。
[0050]實施例2
[0051]在500Kg的真空熔煉爐內(nèi)進(jìn)行娃鋼鑄還冶煉,燒鑄成分如表3所示。
[0052]表3鋼坯的化學(xué)成分(wt%)，余量為Fe
[0053]
C [Si [Mn [Al [Sn [Mo [Cu [N fp fs
0.005 5.5~0TT2~ 0.02 0.1~ 0.06 0.4 0.01 0.02 0.003
[0054]將鑄坯加熱至1160~1180°C，保溫3h后先粗軋2道次，再精軋3道次，最終壓下量為80%，熱軋至3mm，進(jìn)行卷曲，然后進(jìn)行常化處理，在900~1000°C下保溫I~5min進(jìn)行退火，在冷軋機上進(jìn)行板材的最終成型冷軋，厚度控制在0.18_。隨后進(jìn)行脫碳控制最終C含量在300ppm、滲氮時通入NH3,在800°C下進(jìn)行，并涂覆玻璃膜；最后所述高溫退火在純氮氣保護(hù)下，升到500°C保溫3.5h，去除水蒸氣并隔離空氣；在氮氣:氫氣為1:1~3條件下，升溫速率為35°C /h下將爐溫升至1120~1200°C后，環(huán)境換為純氫氣，保溫9h ;通過二次再結(jié)晶形成高斯織構(gòu)的取向硅鋼板材，并去除抑制劑及雜質(zhì)，緩冷降溫，涂覆絕緣涂層，去應(yīng)力退火，制成成品。
[0055]用單片測量設(shè)備檢測磁性能結(jié)果如表4所示。
[0056]表4薄規(guī)格、超低鐵損高磁感取向硅鋼單片成品磁性能
[0057]
【權(quán)利要求】
1.一種冷乳取向硅鋼片，其特征在于所述硅鋼片的厚度為0.18mm，鐵芯損耗P1.7<0.80W/Kg，磁致伸縮系數(shù)λ < 6X10—6，磁通密度Β8≥1.88Τ。
2.如權(quán)利要求1所述的取向硅鋼，其特征在于所述硅鋼片的組成成分為: C:0.003 ~0.05wt% S1:4.1 ~9wt%Mn:0.05 ~0.5wt% Al:0.02 ~0.06wt% Sn:0.01 ~lwt%Mo:0.05 ~0.lwt% Cu:0.2 ~lwt%N:0.003 ~0.02wt% P:0.002 ~0.06wt% S:0.001~0.008wt%，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)。
3.—種如權(quán)利要求2所述取向硅鋼片的制造技術(shù)，該方法包括如下步驟: 制備由C、S1、Mn、Al、Sn、Mo、Cu、N、P、S，余量由鐵和其他不可避免的雜質(zhì)組成硅鋼錠； 經(jīng)熱軋、卷曲、?；⒗滠?、脫碳-滲氮、高溫退火、凈化、冷卻、涂覆絕緣涂層，制得。
4.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述熱軋過程應(yīng)將溫度控制在1150~1300°C，保溫 2 ~3h。
5.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述熱軋最終壓下量為80~90%，板材厚度< 3_。
6.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述?；瘻囟仍?00~1100°C，保溫I ~5min。
7.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述冷軋壓下量為80~90%，厚度^ 0.18mm η
8.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述脫碳-滲氮中最終C含量為30~500ppm。
9.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于， 1)所述高溫退火在純氮氣保護(hù)下，升到400~500°C保溫2~4h，去除水蒸氣并隔離空氣; 2)在氮氣:氫氣為1:1~3條件下，將爐溫升至1120~1200°C后，環(huán)境換為純氫氣，保溫8~10h。
10.如權(quán)利要求3所述的制造技術(shù)，其特征在于，所述高溫退火步驟2)中采用的升溫速率為 31 °C /h ~43°C /h。
【文檔編號】C21D8/12GK103540846SQ201310379013
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】楊富堯, 馬光, 陳新, 程靈, 韓鈺, 聶京凱, 祝志祥 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院