一种生产低温高磁感取向硅钢的常化控制方法

摘要

一种生产低温高磁感取向硅钢的常化控制方法：所适用钢的组分及wt%为：Si：3.00~3.35%、C：0.045~0.065%、Als：0.0220~0.0320%、Mn：0.080~0.090%、S：0.005~0.010%、N：0.006~0.010%、Cu：0.014~0.015%、Sn：0.040~0.042%、Cr及Ni总含量小于0.25%；冶炼并连铸成坯；热轧后进行两段式常化；检测钢板的P1.1/50值并判断该值是否在α≤P1.1/50≤β内；时效轧制；进行脱碳退火及渗氮退火；涂布氧化镁退火隔离剂等后工序。本发明利用低温Hi-B钢常化板铁损值P1.1/50与常化热处理高温段钢板温度之间的联系进行常化温度设定，使不同Als常化卷的P1.1/50值控制在所需的P1.1/50范围内，从而获得磁性优良的产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种生产高磁感取向硅钢的方法，具体地属于一种生产低温高磁感取向硅钢的常化控制方法。

背景技术

取向硅钢片是一种重要的合金磁性材料，在工业上利用其轧制方向上所具备的优良磁化性能来制备变压器铁芯。而衡量取向硅钢磁性能主要有以下两个主要参数：在一定磁场强度T条件下检测到硅钢片具备的磁感强度B_T（单位T），以及一定频率和一定磁感强度下励磁过程的铁损P_T（单位W/Kg）。为了获得较高的磁感强度和较低的铁损，取向硅钢必须在高温退火工序之后获得良好的二次再结晶组织，即具备良好位向的高斯取向即晶体{110}面平行于轧制表面，<001>平行于轧向，以及合适的成品晶粒大小。目前，根据取向硅钢在800A/m场强下所测得的磁感B₈₀₀将产品分为两类：B₈₀₀在1.890T以下的，称之为一般取向硅钢（CGO）；B₈₀₀达到1.890T及以上的称为高磁感取向硅钢（Hi-B或HGO）。

现有技术中，低温Hi-B取向硅钢的生产方法主要有高温板坯加热温度（高于1350℃）制备Hi-B钢法、中温板坯加热温度（介于1200℃到1350℃之间）制备Hi-B钢法和低温板坯加热温度（1200℃以下）制备Hi-B钢法。

高温HiB钢采用传统的抑制剂法，是以钢卷中MnS、AlN等析出相作为抑制剂来生产Hi-B钢的方法。高温Hi-B钢碳含量在0.04~0.08%，较高的碳含量保证了热轧过程中具备一定γ相比例；高温Hi-B钢中MnS、AlN等先天抑制剂在γ相固溶比例较大，经过热轧温度、轧后冷却和卷取温度控制能够控制热轧板中抑制剂均匀稳定析出。常化工艺对高温HiB钢的制备至关重要。从金相变化上看，常化后再结晶晶粒较热轧板明显增多，但是常化过程织构变化很小，主要的GOSS晶核要得以保存。常化工序的主要作用在于析出相得重新回溶与析出，其作用机理是使热轧板中的AlN、MnS为主的抑制剂颗粒在高温加热回溶后经缓冷保温弥散析出，再快速过水急冷防止析出这类颗粒长大。常化后的抑制剂密度增加，具备更强的抑制能力，在初次再结晶和二次再结晶异常长大过程中都将起到重要作用。

而低温Hi-B钢法，摒弃了以MnS作为抑制剂必须采取高温加热带来的种种缺点，采用较低加热温度就可固溶的AlN作为抑制剂。为降低固溶温度并对脱碳退火时初次再结晶长大起到合适抑制作用，低温Hi-B钢铸坯中的Al和N必须采取严格的成分控制。而且低温Hi-B法经冶炼浇铸获得的内在抑制剂对钢卷最终高温退火中抑制能力是不够的，二次再结晶异常长大会不完全，还需要在脱碳退火之后进行增氮处理形成新的抑制剂以加强高温退火过程中AlN的抑制能力。因此，低温Hi-B钢的常化退火作用虽然也是对抑制剂析出的控制，但是主要是控制AlN类抑制剂的析出，并且这类抑制剂的主要作用是加强对脱碳退火时初次再结晶晶粒长大的控制，从而保证二次再结晶异常长大中的驱动力。

实际常化生产过程中热轧原料并非一成不变。即使严格控制炼钢和热轧工艺，不同炉次之间、同一炉次的不同铸坯顺序之间、以及热轧批次之间产品状态均存在不可避免的差异。当波动在后工艺可接受的正常范围内不会对成品性能产生较大影响，但是波动程度超出正常范围会影响产品质量。前工序异常卷经过现有的常化、冷轧、脱碳、渗氮、高温退火等较长的工序后生产，无法得到性能相符的HiB产品。既降低取向硅钢产品最终Hi-B合格率，也不利于降低取向硅钢高昂的生产成本。

本发明依据低温Hi-B钢实际生产特点和大量现场生产数据，在现有钢种成分不变的条件下，开发出一种常化工艺实施和常化板状态检测判定的控制方法，及时有效地控制常化卷的稳定性，减少成品磁性能波动，提高取向HiB合格率的同时降低生产成本。

低温Hi-B钢生产过程过程从热轧卷到制备成品，通常需要经过常化退火、冷轧、脱碳退火、渗氮退火、高温退火和成品涂层退火等复杂热处理环节。各热处理环节相互适配，才能在最终高温退火之前形成合乎要求的晶体组织和析出物形态，成具有优良磁性能的二次再结晶组织。

发明内容

本发明针对现有技术存在的低温HiB钢常化热处理过程的材料检测繁琐且耗时较长、难以对常化后异常卷进行及时检测的问题，提供一种利用低温Hi-B钢常化板铁损值P_1.1/50与产品最终磁性能之间的关系来界定出不同Als含量下常化卷的最佳P_1.1/50范围，并根据常化板铁损值P_1.1/50与常化热处理高温段温度之间的联系进行常化温度工艺控制，使得常化后钢板P_1.1/50值能够控制在最佳范围内，从而实现常化工艺与钢种成分的合理匹配，稳定生产出磁性优良的低温高磁感取向硅钢的常化控制方法。

实现上述目的的具体措施：

一种生产低温高磁感取向硅钢的常化控制方法，其步骤：

1）所适用钢的组分及重量百分比含量为：Si：3.00~3.35%、C：0.045~0.065%、Als：0.0220~0.0320%、Mn：0.080~0.090%、S：0.005~0.010%、N：0.006~0.010%、Cu：0.014~0.015%、Sn：0.040~0.042%、Cr及Ni总含量小于0.25%，其余为Fe和不可避免夹杂物；

2）按照上述成分冶炼并连铸成坯后加热，加热温度在1150~1250℃；

3）经常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Als含量进行控制，并保温20~30S；然后降低钢板温度至890~910℃开始进行第二段常化，并保温100~120s；

其中常化第一段钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：

1182.1-0.400×10⁶×[Als]≤T≤1237.9-0.495×10⁶×[Als]

上式中：T—表示热电偶所显示的退火炉内钢板实测温度，单位为℃；

Als—表示钢板中Als的含量，用纯小数值相乘；

4）对常化后的钢卷状态进行判定：检测钢板的P_1.1/50值，并判断该值是否在α≤P_1.1/50≤β范围内，其中：

α=10.71×e^197.5×[Als]+1.35×D-14×[Si]+0.055；

β=10.95×e^158.1×[Als]+1.35×D-14×[Si]+0.055；

式中：Als—表示钢板中Als的含量，公式中用纯小数值代入计算；

Si—表示钢板中Si的含量，公式中用纯小数值代入计算；

D—表示所常化板的厚度，单位为：mm；

若P_1.1/50在α≤P_1.1/50≤β范围内，则表明P_1.1/50满足要求，继续进行后工序；若P_1.1/50小于α或P_1.1/50大于β，则说明P_1.1/50不正常；

5）在150~220℃下时效轧制至成品厚度；

6）进行脱碳退火，并控制C含量在10ppm以下；再进行渗氮退火，控制最终N含量140-300ppm；

7）常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火；涂布张力涂层、拉伸平整等后工序。

本发明通过依据不同Als的磁性优良产品所对应的P_1.1/50范围，在常化工序采用P_1.1/50=e^{(2.86-0.000395×T)}+1.35×D--14×[Si]+0.055的经验公式进行常化工艺温度控制，使得常化卷P_1.1/50值在合理范围之内，在常化后检测常化板的P_1.1/50值就能迅速判别出常化卷正常与否，从而采取相应限制措施，将要产生不合格产品的异常卷及时限制下送生产，将不合格品消灭在前期而不是在整个工艺周期完成之后，使得成品的HiB合格率得以提高，相应的成本消耗得以降低。

本发明与现有技术相比，其利用低温Hi-B钢常化板铁损值P_1.1/50与常化热处理高温段钢板温度之间的联系来进行常化温度设定，使得不同Als常化卷的P_1.1/50值控制在磁性合格产品所需的P_1.1/50范围内，从而获得磁性优良的产品，实现常化工艺与钢种成分的合理匹配，控制异常常化产品浪费生产，达到稳定生产优良品的目的。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表2为发明各实施例及对比例材料参数、成品的平均磁性和HiB合格率列表；

本发明各实施例生产的低温高磁感取向硅钢的成分均在以下成分及含量范围（以wt%计）取值：

Si：3.00~3.35%、C：0.045~0.065%、Als：0.0220~0.0320%、Mn：0.080~0.090%、S：0.005~0.010%、N：0.006~0.010%、Cu：0.014~0.015%、Sn：0.040~0.042%、Cr及Ni总含量小于0.25%，其余为Fe和不可避免夹杂物。

本发明各实施例按照以下步骤生产：

一种生产低温高磁感取向硅钢的常化控制方法，其步骤：

1）所适用钢的组分及重量百分比含量为：Si：3.00~3.35%、C：0.045~0.065%、Als：0.0220~0.0320%、Mn：0.080~0.090%、S：0.005~0.010%、N：0.006~0.010%、Cu：0.014~0.015%、Sn：0.040~0.042%、Cr及Ni总含量小于0.25%，其余为Fe和不可避免夹杂物；

2）按照上述成分冶炼并连铸成坯后加热，加热温度在1150~1250℃；

3）经常规热轧后，进行两段式常化退火：第一段常化钢板温度T根据热轧卷中Als含量进行控制，并保温20~30S；然后降低钢板温度至890~910℃开始进行第二段常化，并保温100~120s；

其中常化第一段钢板温度T的控制范围根据以下经验公式进行控制：

1182.1-0.400×10⁶×[Als]≤T≤1237.9-0.495×10⁶×[Als]

上式中：T—表示热电偶所显示的退火炉内钢板实测温度，单位为℃；

Als—表示钢板中Als的含量，用纯小数值相乘；

4）对常化后的钢卷状态进行判定：检测钢板的P_1.1/50值，并判断该值是否在α≤P_1.1/50≤β范围内，其中：

α=10.71×e^197.5×[Als]+1.35×D-14×[Si]+0.055；

β=10.95×e^158.1×[Als]+1.35×D-14×[Si]+0.055；

式中：Als—表示钢板中Als的含量，公式中用纯小数值代入计算；

Si—表示钢板中Si的含量，公式中用纯小数值代入计算；

D—表示所常化板的厚度，单位为：mm；

若P_1.1/50在α≤P_1.1/50≤β范围内，则表明P_1.1/50满足要求），继续进行后工序；若P_1.1/50小于α或P_1.1/50大于β，则说明P_1.1/50不正常；

5）在150~220℃下时效轧制至成品厚度；

6）进行脱碳退火，并控制C含量在10ppm以下；再进行渗氮退火，控制最终N含量140-300ppm；

7）常规进行涂布氧化镁退火隔离剂、最终高温退火；涂布张力涂层、拉伸平整等后工序。

表1本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表

续接表1

表2为发明各实施例及对比例材料参数、成品的平均磁性和HiB合格率列表

表2中成品HiB合格率的计算方法，为成品检验过程中钢卷磁感符合B₈₀₀≥1.89T部分重量与总质量之比。

从实施例表2可以看出，采用本发明方法对常化工艺进行调整控制钢卷P_1.1/50值在合理范围内，生产出的成品B₈₀₀≥1.90T，P_1.7/50≤0.98W/kg的高磁感取向硅钢，并且整体HiB合格率在86%以上。而对比例中采用常规方式生产的产品磁性能在1.9T以下，且最终的HiB合格率整体低于80%。

本具体实施方式仅为最佳例举，并非对本发明技术方案的限制性实施。