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CN111719078B - 一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法 - Google Patents

一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法 Download PDF

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CN111719078B CN201910206652.3A CN201910206652A CN111719078B CN 111719078 B CN111719078 B CN 111719078B CN 201910206652 A CN201910206652 A CN 201910206652A CN 111719078 B CN111719078 B CN 111719078B
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Abstract

本发明一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法，包括薄板坯连铸连轧简称CSP冶炼热轧、罩式炉退火、酸洗冷轧和成品退火等工序。其所设计的化学组分及重量百分比为：C：0.0030～0.0150％，Si：2.0～3.5％，Mn：0.20～0.80％，Al≤1.0％，P≤0.10％，S≤0.0050％，N≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。与现有技术相比，在CSP连铸时没有进行电磁搅拌的条件下，采用罩式炉退火等措施，消除了成品的瓦楞状缺陷。本发明容易组织实施，成本相对较低且性能优良，铁损在2.03～2.85W/kg范围内，磁感在1.664～1.703T范围内。

Description

一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法
技术领域
本专利属于无取向硅钢领域，具体涉及一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法。
背景技术
目前，采用连铸法生产高牌号无取向硅钢的主要难点就是在垂直于轧制方向的成品板面上常出现凸凹不平的瓦楞状缺陷，这将使叠片系数降低2％、磁性变差及绝缘膜层间电阻降低。同时，由于在铸坯中的等轴晶和柱状晶尺寸差别太大，使得同一卷产品的晶粒尺寸差别增大，磁性不均匀。一般的防止措施有：①调整成分，要求[C]≥(1/100)[(Si+Al)-0.75]％；②低温浇铸和电磁搅拌；③控制铸坯加热和热轧；④热轧板常化。
最有效的防止瓦楞状缺陷方法就是电磁搅拌，它可明显减少柱状晶率和提高等轴晶率。然而，薄板坯连铸连轧简称CSP，通常没有设计电磁搅拌，主要是因为板坯薄(一般在70-90mm)采用电磁搅拌效果有限，这样使得90％铸坯截面全部形成由表及里的柱状晶组织。在CSP生产无取向硅钢时，即使后工序经过热轧板常化、冷轧及成品退火也难以完全消除瓦楞状缺陷。主要原因是柱状晶组织沿轧向的延伸具有遗传性，相邻柱状晶之间在轧制时因变形不同步而沿晶撕裂，很容易形成薄弱环节，而经成品退火以后在该区域会出现局部凸起、发展为瓦楞状缺陷。
中国专利(CN03116890.6)公开了一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法，其组分(重量百分比)为：C：0.006％～0.01％、0＜Si≤2.0％、0＜Al≤0.4％、Mn≤1.0％，其余为Fe和不可避免的夹杂；Si/C的比例为180～260。制造方法包括以下步骤：a.板坯连铸；b.铸坯加热、粗轧，粗轧道次≤4道次，粗轧累计压下率≥80％，其中至少有一个道次的压下率≥40％，粗轧终轧温度≥980℃；c.精轧，精轧连轧机组前面几个机架中，至少有一个机架采用辊面较为粗糙的轧辊，辊面粗糙度至少≥5μm；d.卷取，热轧板≥710℃高温卷取。本发明经过组分及工艺优化，成品板可以完全消除瓦楞状缺陷，并省略了热轧板常化工序，降低生产成本；且物理性能得到提高。该专利没有罩式炉退火。
中国专利(CN201010298965.5)公开了一种无瓦楞状缺陷的无取向电工钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.005％以下、Si：1.2～2.2％、Mn：0.2～0.4％、P：0.2％以下、S：0.005％以下、Al：0.2～0.6％、N：0.005％以下、0：0.005％以下，余Fe；经铁水预处理、转炉冶炼、RH精炼和连铸浇铸后获得板坯；其中，控制连铸二冷水量，要求冷却水比水量100～190l/min，连铸钢液平均过热度10～45℃；板坯加热、热轧；板坯出炉温度1050～1150℃，板坯加热时沿长度方向上任意两点之间的温差小于25℃；热轧包括粗轧、精轧，精轧入口温度≥970℃；酸洗、冷轧、退火和涂层后得到成品无取向电工钢板。本发明通过控制连铸浇铸时的板坯冷却速度，加热炉内的板坯沿长度方向上的温度差，以及控制板坯精轧前的温降，实现无瓦楞状缺陷。该专利没有罩式炉退火。
本专利就是针对CSP生产的无取向硅钢而发明的一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法。
发明内容
本发明的目的在于克服采用CSP工艺生产的无取向硅钢，特别是高牌号无取向硅钢，经常会在成品表面产生瓦楞状缺陷，提供一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法。
实现上述目的的措施：
一种无取向硅钢，其化学组分及重量百分比为：C：0.0030～0.0150％，Si：2.0～3.5％，Mn：0.20～0.80％，Al≤1.0％，P≤0.10％，S≤0.0050％，N≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质。
优先地C：0.0050～0.0110％；
优先地Si：2.1～3.2％。
工艺流程：CSP冶炼并热轧→罩式炉退火→酸洗→冷轧→成品退火
一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法，具体操作步骤如下：
(1)采用CSP按纯净钢模式冶炼并轧制成卷，控制终轧温度为800～850℃，卷取温度为650～680℃，热轧板厚度为2.0～2.5mm。
(2)进行罩式炉退火：热轧卷中心孔垂直向上放置，可同时叠装2-3卷，盖上外罩；通入比例为H2：N2＝1：5的H2+N2混合气作为保护气氛、开始加热，控制升温速度为5～10℃/min；温度达到650℃以上时开始脱碳退火并继续升温，通入比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合湿气，控制露点为d.p.＝30±10℃，控制脱碳时间为2～3h；脱碳退火结束以后进入均热段，均热温度为760℃～810℃，气氛改为比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合干气，保温时间为5～10h；然后停止加热并随炉冷却到300℃以下，吊起外罩自然冷却至室温；
(3)进行酸洗，控制酸液温度在70℃～90℃，酸洗时间60～90s；
(4)进行冷轧，控制轧制道次4～6道次和成品厚度为0.500±0.010mm；
(5)进行成品退火，控制退火温度在850℃～980℃，机组速度60～80m/min；
(6)进行表面质量和性能检测。
本发明主要元素及工艺控制的作用及机理简述如下：
借助连铸坯柱状晶区及其织构的形成原理，如果对冷轧板在一定温度梯度下作加热处理，则再结晶或晶粒长大过程就会由温度较高的表面区开始，并不断向钢板内部扩展，从而形成由表及里延伸的柱状晶组织。然而，要在单相铁素体区的温度范围内生成足够大的温度梯度需要较厚的钢板尺寸，而且温度梯度的相应控制技术也难以在传统冷轧薄板的工业化大生产中实现。但是，可以通过比冷轧板厚4～5倍的热轧板卷在罩式炉中进行退火，一方面获得由外及里的温度梯度，另一方面在相对较长的保温时间内，借助脱碳技术沿着由表及里的脱碳通道，就可以在对温度梯度没有苛刻要求的前提下形成沿钢板厚度方向的柱状晶区。同时，随着脱碳由表层向中心深入，表层大晶粒不断向内生长而形成柱状晶区。
在晶粒生长过程中也会出现类似与铸坯柱状晶形成过程的选择生长现象，只有能快速生长的晶粒才能通过生长竞争而长大。大量的研究成果表明，立方铁基晶体在结晶时快速生长的晶体学方向时<100>方向。而快速生长方向处于其它方向上时会很快碰到近邻结晶晶粒而停止生长。同时，生长晶粒与周围晶粒的取向差、晶界的能量及其迁移率会明显影响该晶粒的生长速度，因此，柱状晶的长大会受到其取向的影响，而经过选择生长形成的柱状晶区往往也会生成明显的织构。另外，热轧板脱碳退火时的升温速度及其所造成钢板内外温度差异对柱状晶组织的形成具有非常重要的影响，因此，快速加热是热轧板内柱状晶形成的必要条件之一。
采用CSP生产的无取向硅钢热轧板，因为90％的铸坯截面都是柱状晶、经过热轧以后形成沿轧向的细长的形变组织，如果直接冷轧并成品退火，很容易出现瓦楞状缺陷；即使经过常化处理也难以完全消除该缺陷。但是，如果将该热轧板卷放入罩式炉中进行热处理，就可以获得沿厚度方法的柱状晶组织，正好将原铸坯的柱状晶区垂直截断。通过冷轧及成品退火处理将会获得比较均匀的铁素体组织，从而消除瓦楞状缺陷。
本发明成分设计依据如下：
C：是钢中的残留元素；高于0.0150％，会造成脱碳困难，不利于节能；而低于0.0050％，则不能在热轧板退火过程中利用脱碳通道而形成柱状晶组织。优先地，我们选取C：0.0050～0.0110％。
Si：2.0～3.5％。Si是提高电阻率、降低铁损的主要元素；但Si高于3.5％，硬度高、强度大，冷轧易断带，成材率低。Si低于2.0％，在热轧过程中存在相变，可以细化晶粒，成品退火时不会产生瓦楞状缺陷。优先地，选取Si：2.1～3.2％。
Mn：0.2～0.8％。能提高电阻率，易与S结合形成MnS，适当Mn含量可以控制MnS第二相的最佳析出和长大。但若高于0.8％，会造成成本增加，增大加工难度；若低于0.2％则不利于热轧，Mn/S过低，影响轧制稳定性，对板型质量不利。
P：≤0.10％，P在本专利中是残留元素。高于0.10％，会沿晶界偏聚，造成冷轧断带。
S：≤0.0050％，S是有害元素，易与锰形成细小MnS时可强烈阻碍成品退火时的晶粒长大，从而影响磁性能。
Al：≤1.0％，Al在本发明中是可加或不加的元素。但Al大于1.0％会造成浇铸困难；热轧时易析出细小AlN，阻碍成品晶粒长大，影响磁性能。另外也可以为零，而且越低越好。
N：≤0.0030％，N是产生磁时效的元素；易形成细小AlN质点抑制晶粒长大，影响磁性能。
本发明的关键技术及工艺特点：
(1)控制CSP精轧时的终轧温度为800～850℃，高于850℃，耗能高，易氧化损耗大，表面组织粗大；低于800℃，因轧制负荷大对板型控制不利。
(2)控制CSP精轧时的卷取温度为650～680℃，高于680℃，表面氧化严重损耗大；低于650℃，形变组织比例高，影响磁性能。
(3)控制热轧板卷的内径≥500mm，内径过小，卷得越紧，对脱碳不利；外径≤1800mm，外径过大时在罩式炉退火时会出现卷边缺陷。
(4)控制罩式炉的升温速度为5～10℃/min，高于10℃/min，设备投资大；低于5℃/min，退火时内外温差小影响柱状晶形成。
(5)控制罩式炉的脱碳温度为650～800℃，高于800℃，耗能高增加成本；低于650℃，影响脱碳形成柱状晶。
(6)控制罩式炉的脱碳时间为2～3h，大于3h，能耗高增加成本；小于2h，脱碳不完全产生磁时效。
(7)控制罩式炉脱碳时的保护气氛为H2+N2混合气，且H2：N2＝1：5。H2过多，成本高；H2过少，表面易氧化。
(8)控制罩式炉脱碳时的露点为d.p.＝30±10℃，高于40℃，易形成内氧化层；低于20℃，不利于脱碳。
(9)控制罩式炉的均热温度≥750℃，均热时间≥5h，均热时的保护气氛为H2+N2混合气，且H2：N2＝1：2。其目的是保证晶粒组织均匀粗大。
针对现有薄板坯连铸连轧简称CSP、生产无取向硅钢时铸坯柱状晶比例高、成品退火时会产生瓦楞状缺陷的问题，首先进行成分优化并采用合适的工艺路线，特别是经过罩式炉进行脱碳退火，利用钢卷内外的温度梯度和脱碳通道，形成沿厚度方向生长的晶粒组织、将原来沿轧向的柱状晶形变组织垂直切断，因而获得比较均匀的铁素体组织，从而消除了瓦楞状缺陷。本发明方法容易组织实施，成本相对较低，性能优良。
附图说明
图1为经过CSP生产的热轧板全厚度组织；
图2为经过罩式炉生产后的热轧板全厚度组织。
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成分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能和表面质量检测情况。
本发明各实施例按照以下步骤生产：
(1)采用CSP按纯净钢模式冶炼并轧制成卷，控制终轧温度为800～850℃，卷取温度为650～680℃，热轧板厚度为2.0～2.5mm。
(2)进行罩式炉退火：热轧卷中心孔垂直向上放置，可同时叠装2-3卷，盖上外罩；通入比例为H2：N2＝1：5的H2+N2混合气作为保护气氛、开始加热，控制升温速度为5～10℃/min；温度达到650℃以上时开始脱碳退火并继续升温，通入比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合湿气，控制露点为d.p.＝30±10℃，控制脱碳时间为2～3h；脱碳退火结束以后进入均热段，均热温度为760℃～810℃，气氛改为比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合干气，保温时间为5～10h；然后停止加热并随炉冷却到300℃以下，吊起外罩自然冷却至室温；
(3)进行酸洗，控制酸液温度在70℃～90℃，酸洗时间60～90s；
(4)进行冷轧，控制轧制道次4～6道次和成品厚度为0.500±0.010mm；
(5)进行成品退火，控制退火温度在850℃～980℃，机组速度60～80m/min；
(6)进行表面质量和性能检测。
表1本发明各实施例及对比例的成分取值列表(wt％)
实施例 C Si Mn P S Al N
1 0.0030 2.00 0.27 0.100 0.0032 0.46 0.0025
2 0.0039 2.17 0.62 0.059 0.0038 0.33 0.0022
3 0.0048 2.23 0.29 0.064 0.0040 0.17 0.0026
4 0.0056 2.36 0.71 0.085 0.0024 0.45 0.0024
5 0.0067 2.47 0.32 0.030 0.0026 0.34 0.0018
6 0.0075 2.54 0.30 0.035 0.0035 0 0.0027
7 0.0091 2.62 0.33 0.011 0.0022 0.58 0.0026
8 0.0116 2.78 0.80 0.024 0.0039 0.35 0.0030
9 0.0123 2.91 0.28 0.010 0.0050 0.13 0.0021
10 0.0135 3.14 0.26 0.014 0.0012 1.00 0.0015
11 0.0144 3.50 0.31 0.009 0.0015 0.91 0.0018
12 0.0150 3.21 0.42 0.017 0.0021 0.83 0.0023
对比1 0.0024 1.95 0.82 0.025 0.0031 0.56 0.0023
对比2 0.0016 2.95 0.45 0.028 0.0018 0.85 0.0018
对比3 0.0021 3.22 0.26 0.034 0.0016 0.96 0.0015
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(一)
Figure GDA0003012759620000081
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表(二)
Figure GDA0003012759620000082
表3本发明各实施例及对比例性能和表面质量检测情况
Figure GDA0003012759620000091
从表3可以看出，与对比例相比，实施例不仅消除了瓦楞状缺陷，而且磁性能优良，铁损在2.03～2.85W/kg范围内，磁感在1.664～1.703T范围内。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims (3)

1.一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法，包括薄板坯连铸连轧简称CSP，冶炼热轧、罩式炉退火、酸洗冷轧和成品退火工序；其所设计的化学组分及重量百分比为：C：0.0030～0.0150％，Si：2.0～3.5％，Mn：0.20～0.80％，Al≤1.0％，P≤0.10％，S≤0.0050％，N≤0.0030％，其余为Fe及不可避免的杂质；具体操作步骤如下：
(1)采用CSP按纯净钢模式冶炼并轧制成卷：控制终轧温度为800～850℃，卷取温度为650～680℃，热轧板厚度为2.0～2.5mm；
(2)进行罩式炉退火：热轧卷中心孔垂直向上放置，同时叠装2～3卷，盖上外罩；通入比例为H2：N2＝1：5的H2+N2混合气作为保护气氛、开始加热，控制升温速度为5～10℃/min；温度达到650℃以上时开始脱碳退火并继续升温，通入比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合湿气，控制露点为d.p.＝30±10℃，控制脱碳时间为2～3h；脱碳退火结束以后进入均热段，均热温度为760℃～810℃，气氛改为比例为H2：N2＝1：2的H2+N2混合干气，保温时间为5～10h；然后停止加热并随炉冷却到300℃以下，吊起外罩自然冷却至室温；
(3)进行酸洗：控制酸液温度在70℃～90℃，酸洗时间60～90s；
(4)进行冷轧：控制轧制道次4～6道次和成品厚度为0.500±0.010mm；
(5)进行成品退火：控制退火温度在850℃～980℃，机组速度60～80m/min；
(6)进行表面质量和性能检测。
2.根据权利要求1所述的一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法，其特征在于：碳含量为0.0050～0.0110％。
3.根据权利要求1所述的一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法，其特征在于：硅含量为2.1～3.2％。
CN201910206652.3A 2019-03-19 2019-03-19 一种消除瓦楞状缺陷的无取向硅钢生产方法 Active CN111719078B (zh)

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