專利名稱:改善熱軋硅鋼片性能的制造方法
本發(fā)明屬于一種電工鋼的制造方法，旨在于通過控制熱軋后鋼片的冷卻工藝來制造具有低鐵損、高性能的熱軋硅鋼片。
以往生產(chǎn)電機(jī)用熱軋硅鋼片都采用電爐、轉(zhuǎn)爐等通常的熔煉爐進(jìn)行，硅0.8～4.8%、錳0.2～0.3%、余鐵等主要原料和一些不可避免的雜質(zhì)經(jīng)熔化精熔后，澆注成鋼錠，加熱到950℃以上，再經(jīng)熱軋開坯，進(jìn)行熱疊軋、制成0.5mm厚的熱軋硅鋼片。熱軋后的冷卻采用堆垛自然冷卻，平均冷卻速度一般為1℃/分鐘，經(jīng)最終退火后就可以作出成品鋼片出廠。為了改善熱軋硅鋼片的性能，降低鐵損，歷來多靠提高鋼中的硅含量和提高最終退火溫度。文獻(xiàn)《冶金部部頒電工用熱軋硅鋼薄板標(biāo)準(zhǔn)YB73-70》和《太原鋼鐵公司工藝質(zhì)量手冊(cè)-硅鋼、純鋼》中，熱軋(0.5mm厚)硅鋼片中硅含量從0.8～1.80%上升到3.81～4.80%，鐵損P10/50(P10/50表示頻率為50Hz。磁感為10000高斯時(shí)的鐵損值)由5.2瓦/公斤下降到1.60瓦/公斤，P15/50由7.40瓦/公斤下降到3.60瓦/公斤，最終退火溫度由750℃上升到850℃，但是提高含硅量雖能明顯地降低成品鋼片的鐵損，同時(shí)卻降低磁感應(yīng)強(qiáng)度。含硅量超過3%時(shí)，成品的機(jī)械性能降低，鋼片顯著變脆，故電機(jī)硅鋼片的含硅量一般都控制在3%以下。提高退火溫度也能使鐵損有所降低，但將伴生板形畸變，粘結(jié)等，難于生產(chǎn)板形平整、表面質(zhì)量?jī)?yōu)良的優(yōu)質(zhì)熱軋電機(jī)硅鋼。此外，提高含硅量和退火溫度還將增加成本。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的采用通常電爐、轉(zhuǎn)爐等熔煉爐冶煉主要成分為硅2.0～2.8%、錳0.2～0.3%，鐵以及不可避免的雜質(zhì)，制成硅鋼錠，開坯、熱軋成0.5mm厚的硅鋼片，使終軋后的硅鋼片在進(jìn)入冷卻介質(zhì)前具有一定的溫度，進(jìn)入冷卻介質(zhì)后具有很高的冷卻速度并控制硅鋼片冷卻后到最終退火前的停放時(shí)間。
眾所周知，成品鋼板中碳的含量越低，晶粒尺寸越大，熱軋硅鋼片的鐵損就越低。本發(fā)明就是通過上述控制終軋后硅鋼片的冷卻工藝來降低鋼片中碳含量和使晶粒長(zhǎng)大，達(dá)到降低鐵損的目的。本發(fā)明規(guī)定終軋后的硅鋼片進(jìn)入冷卻介質(zhì)前的溫度范圍，旨在保證終軋后的硅鋼片進(jìn)入冷卻介質(zhì)前的溫度不低于碳化物大量析出并聚集長(zhǎng)大的溫度區(qū)間，然后鋼板以很高的冷卻造度(＞1000℃/分)在冷卻介質(zhì)中冷卻下來，這樣，鋼中所含的碳絕大部分將處于過飽和固溶狀態(tài)，只有小部分析出，所析出的碳化物極微細(xì)，均勻而彌散地分布于基體中。處于過飽和固溶狀態(tài)或彌散析出的碳在隨后的終退火過程中，極易向鋼片表面擴(kuò)散，促進(jìn)脫碳反應(yīng)的進(jìn)行。因此成品熱軋硅鋼片的殘?zhí)剂夸J減，鐵損因之大幅度下降。處于過飽和狀態(tài)的碳極不穩(wěn)定，即使在室溫下，若長(zhǎng)時(shí)間擱置則將發(fā)生碳的析出和聚集長(zhǎng)大，這對(duì)隨后的脫碳反應(yīng)不利，為限制處于過飽和固溶態(tài)的碳的過量析出和嚴(yán)重的聚集長(zhǎng)大，必須嚴(yán)格控制鋼板熱軋冷卻后到進(jìn)行最終退火前的擱置時(shí)間，使不超過規(guī)定的時(shí)間期限，確保鋼中的碳絕大部分處于有利于脫碳反應(yīng)的狀態(tài)。
此外，熱軋硅鋼片的損耗分析表明，磁滯損耗占總損耗的70%，影響鋼片磁滯損耗的因素除材質(zhì)的純度外，鋼板的晶粒大小也是一個(gè)重要的因素。終軋后在冷卻介質(zhì)中急冷處理的鋼板，保存形變組織，沒有任何回復(fù)和再結(jié)晶的跡象。與軋后堆垛自然冷卻的鋼板相比，存在著大量的微觀缺陷和嚴(yán)重的晶格畸變，因此具有較高的應(yīng)變儲(chǔ)能，再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力增強(qiáng)，退火后晶粒增大，磁滯損耗顯著降低。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的必要條件是使終軋后硅鋼片進(jìn)入冷卻介質(zhì)前的溫度為750～660℃。高溫金相實(shí)驗(yàn)證明終軋后的鋼板隨著溫度的降低，特別是低于760℃后，碳在基體中的固溶度驟降，以碳化物形式析出，析出開始于752℃，隨著溫度繼續(xù)下降，碳化物析出量增加，并在某一溫度時(shí)達(dá)到最大的析出量。實(shí)踐操作表明只要鋼板進(jìn)入冷卻介質(zhì)前的溫度在750～660℃之間，鋼中的碳化物大多處于過飽和固溶狀態(tài)，部分以碳化物形式析出的都呈較理想的彌散微細(xì)狀態(tài)，因此鋼板進(jìn)入冷卻介質(zhì)時(shí)的溫度不能低于750～660℃。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的另一必要條件是將進(jìn)入冷卻介質(zhì)后硅鋼片的冷卻速度最好控制在1500～2500℃/分鐘，例如在水中淬火處理。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，終軋后冷卻時(shí)鋼中碳所處的狀態(tài)與冷卻速度密切相關(guān)，若以每分鐘幾度到幾十度的速率緩慢冷卻，鋼中的碳將以碳化物形式析出，并聚結(jié)成塊狀;若以每分鐘上百度的速率冷卻，則析出的碳化物彌散地分布于基體中;若以每分鐘上千度的速率急冷，例如在水中冷卻，則鋼中的碳絕大多數(shù)處于過飽和固溶狀態(tài)。雖然急冷對(duì)碳化物析出的開始溫度并沒有明顯的影響，但卻使析出的峰值溫度和終了溫度移向低溫一側(cè)。在大生產(chǎn)條件下，熱軋后垛冷時(shí)碳化物的析出溫區(qū)在750～710℃之間;水淬冷卻時(shí)，碳化物的析出溫區(qū)為750～640℃。因此，保證了水淬急冷時(shí)鋼中碳多處于過飽和固溶狀態(tài)或部分呈彌散析出。而碳在鋼中的形態(tài)及其分布對(duì)退火過程中脫碳反應(yīng)有直接的影響，若最終處理前鋼片中的碳處于過飽和固溶態(tài)或呈微細(xì)彌散的碳化物存在，則最終處理后其殘?zhí)剂繉⒋蟠蟮陀谔蓟锍蕢K狀聚集分布的情況。作為實(shí)例表1中列出經(jīng)水淬或垛冷處理的同一爐料在同一條件下進(jìn)行脫碳的結(jié)果，急冷處理的試樣經(jīng)脫碳后碳含量可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，而垛冷處理的熱軋板經(jīng)脫碳后，其殘?zhí)剂窟h(yuǎn)高于急冷處理的。硅鋼中碳含量若脫到0.005%以下，則鐵損顯著降低，否則鐵損將因殘?zhí)嫉拇嬖诙@著增高。
如前所述的理由，當(dāng)冷卻速度每分鐘達(dá)到千度以上時(shí)，如水淬冷卻后，成品鋼板的平均晶粒直徑也增大(表1)，有利于磁滯損耗的降低。
表1急冷與垛冷處理試樣脫碳、成品晶粒平均直徑對(duì)比脫碳前碳含量 脫碳后碳含量 成品晶粒平均直徑試樣處理 (重量%) (重量%) (微米)水淬 0.052 0.003±0.001 71垛冷 0.055 0.013±0.004 55為了保證本發(fā)明的根本實(shí)現(xiàn)，尚應(yīng)該控制硅鋼片冷卻后最終退火前的停放時(shí)間最長(zhǎng)不得大于一周。這是最后一道保證本發(fā)明效果完全充分實(shí)現(xiàn)的工藝環(huán)節(jié)，因?yàn)榍皟蓚€(gè)工藝環(huán)節(jié)已經(jīng)達(dá)到了最終退火前鋼中的處于過飽和固溶態(tài)或部分微細(xì)地析出并彌散分布于基體中，最后一道工序的目的就是保證處于過飽和固溶態(tài)或呈彌散分布的碳化物不要再聚集長(zhǎng)大。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如果鋼板冷卻后最終退火前在室溫下停放時(shí)間過長(zhǎng)，大于一周，則鋼中處于過飽和固溶態(tài)的碳將大量析出并嚴(yán)重聚集長(zhǎng)大成塊狀，使脫碳反應(yīng)進(jìn)行困難。表2對(duì)比了經(jīng)水淬急冷處理后的試樣退火前擱置時(shí)間分別在3天之內(nèi)、兩周、一個(gè)月以上情況下鐵損值的變化。實(shí)驗(yàn)表明，擱置兩周的試樣，其鐵損值比擱置時(shí)間在3天以內(nèi)的增高約2%，擱置一個(gè)月以上的，其增值可達(dá)5%以上。
表2水淬試樣退火前擱置時(shí)間對(duì)性能的影響
金相觀察表明，擱置時(shí)間在一周以內(nèi)的試樣，沒有可覺察的碳化物的析出，性能也沒有明顯的變化。所以規(guī)定鋼板冷卻后到退火前的停放時(shí)間為不得大于一周。
綜上所述，由于本發(fā)明通過控制終軋后鋼板的冷卻工藝，最終退火前鋼板中的碳處于過飽和固溶態(tài)或呈彌散分布，最終退火后鋼板中的碳一般下降到0.005%以下，并且晶粒尺寸長(zhǎng)大使得鋼板的鐵損有較大幅度的下降，將軋后急冷工藝生產(chǎn)的熱軋硅鋼片，與垛冷處理的產(chǎn)品對(duì)比，在同一爐同一部位退火后的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，成品單位重量的鐵芯損耗P10/50和P15/50分別平均降低了0.2W/Kg和0.4W/Kg以上(見表3)，達(dá)到了不提高硅含量和最終退火溫度就能降低鋼板鐵損，提高熱軋硅鋼板牌號(hào)的目的。
表3 同爐號(hào)、同樣退火工藝、同部位的磁性比較表
權(quán)利要求
1.應(yīng)用通常電爐、轉(zhuǎn)爐等熔煉爐冶煉主要成分為硅2.0～2.3%、錳0.2～0.3%、余鐵和不可避免的雜質(zhì)，制成硅鋼錠，開坯、熱軋成0.5mm厚的硅鋼片、終軋后冷卻和最終退火的熱軋硅鋼片的制造方法，其特征在于終軋后的硅鋼片進(jìn)入冷卻介質(zhì)前具有一定的溫度，進(jìn)入冷卻介質(zhì)后具有很高的冷卻速度和控制硅鋼片冷卻后最終退火前的停放時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熱軋硅鋼片的制造方法，其特征在于終軋后硅鋼片進(jìn)入冷卻介質(zhì)前的溫度為750～660℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熱軋硅鋼片的制造方法，其特征在于進(jìn)入冷卻介質(zhì)后硅鋼片的冷卻速度為1500～2500℃/分鐘，例如在水中急速冷卻。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的熱軋硅鋼片的制造方法，其特征在于控制硅鋼片熱軋冷卻后到最終退火前的停放時(shí)間最長(zhǎng)不得大于一周。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種熱軋硅鋼片軋后冷卻處理新工藝，將軋后的鋼片在冷卻到750℃～660℃以前投入水或其它冷卻介質(zhì)中進(jìn)行急冷，以改變鋼中碳的形態(tài)和分布，退火過程中的脫碳率顯著提高，碳含量降低達(dá)一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，產(chǎn)品性能大為改善，尤其是鐵損值大幅度地降低。
文檔編號(hào)C21D9/48GK86103669SQ86103669
公開日1987年5月6日 申請(qǐng)日期1986年6月4日
發(fā)明者羅陽, 馬黛, 劉起, 馬崇光, 彭細(xì)力, 丁其生 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 上海矽鋼片廠導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan