一种低温板坯加热生产取向电工钢的方法 【技术领域】
本发明属于取向电工钢技术领域， 特别是涉及一种低温板坯加热生产取向电工钢的方法。 背景技术 通常将电工钢板分为晶粒取向电工钢板和无取向电工钢板。 晶粒取向电工钢板含 3％ Si 并具有 (110)<001> 的晶体织构。沿轧制方向的优良磁性可使取向电工钢板用作变 压器、 发电机和其它电子设备的铁心材料。
取向电工钢的高斯织构是在冷轧板二次再结晶过程中形成的， 这个过程以冷轧板 初次再结晶为前提。抑制初次再结晶主要依靠细小沉淀相和偏析元素。取向电工钢制造的 关键点之一就是如何形成尺寸、 分布合适的抑制剂。常用的抑制剂有 AlN 和 MnS。
取向电工钢的生产技术主要有高温加热法和低温加热法。
高温加热法是在炼钢时就加入形成抑制剂所需的元素。以 AlN 或 MnS 为主抑制剂 的取向电工钢传统生产方法需要铸坯在＞ 1300℃加热炉中加热， 以使铸坯中粗大的 MnS、 AlN 固溶， 热轧或常化后以细小弥散态析出。 高温加热工艺对后面的热轧、 常化、 脱碳都有严 格的工艺要求。由于加热温度高， 铸坯烧损严重， 能耗高， 成材率低。
低温加热法生产取向电工钢， 省却了高温固溶处理的阶段， 但是需要在后续的加 工阶段形成更多的抑制剂。 近年来国内外主要电工钢生产厂家都在开发低温加热生产取向 电工钢技术， 有些已用于工业生产。后续渗氮是一种比较有效的手段。
根据 Takashima 申请的欧洲专利 EP0588342al， 新日铁八幡采用 AlN 为抑制剂， 采 用 1150-1250℃铸坯加热和后续渗氮处理生产高磁感取向电工钢。
韩国浦项钢铁公司提出以 AlN 为主抑制剂， Cu2S 和 MnS 为辅助抑制剂， 铸坯在 1250-1320℃ 范围内加热， 采用带中间退火的两次冷轧法， 生产普通取向和高磁感取向电工钢。
韩国浦项钢铁公司在中国申请的 CN1088760C 中指出， 在 Si-3.15 ％， C-0.03 ％， Al-0.013％， Mn-0.09％， B-0.0033％， N-0.0065％， S-0.006％， 其余为 Fe 和其他不可避免 的杂质铸坯条件下， 1250 度板坯加热 3 小时， 热轧到 2.3mm 厚， 1120 度退火 2min 淬入沸水 进行常化处理， 酸洗冷轧到 0.30mm 厚。冷轧后， 在含 Nh30.3 ％体积的湿 H2+N2， 干 NH3 的 混合气氛下， 在 875 度进行 155S 的同时脱碳渗氮。经过涂 MgO 和高温退火后， 产品磁性能 W17/50 ＝ 1.04w/kg， B10 ＝ 1.93T。此专利强调， 加入 B 元素， 在脱碳渗氮退火时， 形成 BN 沉淀相， 可以有效地改善初次再结晶晶粒尺寸。
韩国申请的专利 WO/2009/091127A2 中指出， 在钢中加入 0.01 ％ -0.05 ％的 P， 高温退火阶段采用 0.03-0.07％ Sn， 0.01-0.05％的 Sb， 且 P+0.5Sb 在 0.037-0.063％之间。 650-850℃， 1150-1250℃保温工艺， 并控制适当的高温加热升温速度， 生产取向电工钢。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温板坯加热生产取向电工钢的方法， 通过调整钢的成分， 采用板坯低温加热和钢带冷轧后渗氮脱碳处理， 涂 MgO 高温退火， 来得到磁性能稳定 的取向电工钢 ； 即通过后天抑制剂生产取向电工钢的方法。
本发明是提供一种新的取向电工钢生产方法， 即采用 P、 Cu、 Mn 合金元素， 经过板 坯低温加热、 热轧、 常化， 一次冷轧， 渗氮脱碳退火同时处理， 涂层高温退火后得到成品。该 发明是通过加入合适的元素， 使渗氮处理后钢中存在 A1N+SiN(SiMnN)、 A1N+CuS 析出物， 有 效的增加抑制能力。通过高温退火， 得到高性能取向电工钢产品。在工艺中控制如下技术 参数 ：
铸坯成分设计： C ≥ 0.005wt ％， Si ： 2.5-4.5wt ％， Mn ： 0.01-0.25wt ％， Als ： 0.01-0.04wt ％， Cu ： 0.05-0.3wt ％， S： 0.005-0.04wt ％， N： 0.003-0.015wt ％， P： 0.01-0.05wt％， 余量为 Fe 和不可避免的杂质 ； 在钢中添加一定量的 P、 Mn、 Cu， 可以有效地 改变初次再结晶退火晶粒尺寸 ； Al、 Mn、 Cu、 S、 N 形成 AlN+SiN(SiMnN)、 AlN+CuS 复合抑制剂 提高抑制能力。
铸坯热轧 ： 铸坯经 1100-1200℃加热后热轧，
一次冷轧后进行脱碳渗氮退火同时处理 ： 脱碳渗氮退火同时处理时， 退火温度在 850-920 度， 退火时间 1-10min， 通入湿的氢气 + 氮气 + 氨气 ； 其中， 氢气 ： 50％ -90％， 氮气 ： 10％ -50％， 氨气 ： 0.1％ -10％， 均为体积百分数， 保温时间 1-10min。 该改进方法包括以下条件 ：
钢中 Si 在 2.5-4.5％。若 Si 含量小于 2.5％， 磁晶各向异性常数和饱和磁致伸缩 值过高， 磁化困难， 磁滞损耗高， 并且钢的电阻率低， 涡流损耗高 ； 若 Si 含量大于 4.5％， 轧 制困难。
钢中 C ＞ 0.005％。若 C 含量过低， 则 3％ Si 钢中无相变， 铸坯高温加热时晶粒粗 化， 热轧时得到粗大形变晶粒， <110> 纤维织构强， 冷轧后残存有形变晶粒， 高温退火后二次 再结晶不完全。
钢中 0.01 ％＜ Mn ≤ 0.25 ％。若 Mn ＞ 0.25 ％， 则钢中的 S 主要和 Mn 结合生成 MnS， 形成大块的 MnS 析出物， 对磁性不利 ； 若 Mn 含量过低， 则产生热脆。
钢中 0.01％＜ Als ≤ 0.04％。若 Al 过高， 则铸坯中出现粗大的 AlN 夹杂物， 对磁 性不利 ； 若 Al 过低， 冶炼困难， 并且会抑制能力不足， 产品磁性能差。
钢中 0.05％＜ Cu ＜ 0.3％。若高于 1.0％， 热轧时边裂严重 ； 若低于 0.04％， 硅钢 中的奥氏体相区变窄， 且渗氮退火后初次晶粒细小， 成品性能降低。钢中含有一定量的 Cu， 可以在钢中存在一些 CuS 化合物， 具有一定的先天抑制能力， 有效改善磁性能。
钢中 0.005％＜ S ＜ 0.04％。若高于 0.04％， 易引发热脆 ； 若低于 0.005％， 则热 轧后钢板中的 CuS 数量减少， 减弱了初始抑制能力， 同时增加了炼钢难度。
钢中 0.003％＜ N ＜ 0.015％。 若高于 0.015％， 浇铸易冒涨， 产品出现起皮和起泡 缺陷 ； 若低于 0.003％， 冶炼困难， 加大后续渗氮处理的难度。
钢中 0.01％＜ P ≤ 0.05％。P 促进低温下初次晶粒的长大， 适当添加 P 元素可以 增加初次再结晶晶粒的尺寸， 避免渗氮处理后的晶粒不均匀 ； 由此可以提高二次再结晶起 始温度， 增加成品中具有准确高斯位向晶粒的数量， 改善磁性能 ； P 是晶界偏聚元素， 能提 高抑制能力。添加过多， 钢的脆性大， 轧制困难。
钢中通过加入一定量的 P、 Mn、 Cu 元素， 可以有效地扩大硅钢中的奥氏体区， 并增
加初次晶粒尺寸， 既避免了后续渗氮处理中的晶粒细化现象 ； P、 Cu 又保证了钢的初始抑制 能力， 不必像韩国专利 CN1088760C 中添加 B， 也不必像韩国专利 WO/2009/091127A2 中加入 大量的 Sn、 Sb， 降低了成本。钢中 Mn 元素在后续渗氮处理中形成 SiMnN， 高温退火过程中发 生转化， 起积极地抑制作用。
铸坯加热温度在 1100-1200℃， 热轧钢板厚度在 2.0-3.0mm。热轧板经常化酸洗后 进行一次大压下率冷轧。
钢 板 冷 轧 后 进 行 脱 碳 渗 氮 同 时 退 火。 退 火 温 度 在 850-920 ℃， 气氛为湿的 (50％ -90％ ) 氢气 +(10％ -50％ ) 氮气 +(0.1％ -10％ ) 氨气， 保温时间 1-10min。钢中渗 入一定含量的 N。
本发明的优点在于， 利用渗氮方法实现了低温加热稳定生产取向电工钢。 具体实施方式
实施例 1
钢 A 连铸坯的化学成分 (wt％ ) 如表 1。
表 1 钢 A 连铸坯的化学成分 (wt％ ) 余量 ： Fe
C 0.048
Si 3.24 Als 0.032 Mn 0.09 Cu 0.13 S 0.012 P 0.025 N 0.0065铸坯的合金成分如表 1， 其余为铁和不可避免的杂质。铸坯在 1130℃加热炉中保 温 2.5h 后热轧。热轧钢板厚度在 2.2mm。热轧板经过 1100 度保温 3min 常化后迅速冷却， 酸洗后进行一次冷轧， 冷轧到 0.30mm 厚。
冷 轧 带 进 行 脱 碳 渗 氮 同 时 处 理， 在 湿 气 条 件 下， 70 ％ H2+30 ％ N2 气 氛， 通入 0.1-10％体积分数 NH3， 900℃渗氮脱碳退火。最后涂 MgO 和高温退火。用单片测量设备检 测磁性。磁性结果见表 2。
表 2 低温加热取向电工钢成品磁性能
实施例 2
钢 A 连铸坯的化学成分 (wt％ ) 如表 1。
铸坯的合金成分如表 1， 其余为铁和不可避免的杂质。铸坯在 1130℃加热炉中保 温 2.5h 后热轧。热轧钢板厚度在 2.2mm。热轧板经过 1100 度保温 3min 常化后迅速冷却，
酸洗后进行一次冷轧， 冷轧到 0.30mm 厚。
冷轧带进行脱碳渗氮同时处理， 在湿气条件下， 70％ H2+30％ N2 气氛， 通入 3％体积 分数 NH3， 渗氮脱碳退火 840-920℃。最后涂 MgO 和高温退火。用单片测量设备检测磁性。 磁性结果见表 3。
表 3 低温加热取向电工钢成品磁性能
试样号 A-8 A-9 A-10 A-11 A-12铸坯加热温度 (℃ ) 1130 1130 1130 1130 1130渗氮脱碳退火温度 (℃ ) 880 900 920 820 940P17(W/Kg) 1.126 1.150 1.186 1.438 1.568B8(T) 1.913 1.907 1.901 1.792 1.752备注 发明例 发明例 发明例 比较例 比较例
比较例 3 钢 B 连铸坯的化学成分 (wt％ ) 如表 4。 表 4 钢 B 连铸坯的化学成分 (wt％ )C 0.052 Si 3.21 Als 0.031 Mn 0.06 Cu 0.025 S 0.013 P 0.008 N 0.0063铸坯 B 的合金成分如表 4， 其余为铁和不可避免的杂质。铸坯在 1130℃加热炉中 保温 2.5h 后热轧。热轧钢板厚度在 2.2mm。热轧板经过 1100 度保温 3min 常化后迅速冷 却， 酸洗后进行一次冷轧， 冷轧到 0.30mm 厚。
冷 轧 带 进 行 脱 碳 渗 氮 同 时 处 理， 在 湿 气 条 件 下， 70 ％ H2+30 ％ N2 气 氛， 通入 0.1-10％体积分数 NH3， 900℃渗氮脱碳退火。最后涂 MgO 和高温退火。用单片测量设备检 测磁性。磁性结果见表 5。
表 5 低温加热取向电工钢成品磁性能
6102127708 A CN 102127713 试样号 B-1 B-2 B-3 B-4 B-5 铸坯加热温度 (℃ ) 1130 1130 1130 1130 1130说明书P17(W/Kg) 1.461 1.389 1.450 1.395 1.420 B8(T) 1.768 1.786 1.775 1.791 1.7605/5 页NH3 体积分数 (％ ) 1 3 5 7 97