专利名称：一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板及其制造方法
技术领域：
本发明属于取向电工钢板技术领域。尤其涉及一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法。
背景技术：
对于薄板坯连铸机，冷却强度大，冷却速度快。在快速凝固过程中析出的氧化物、硫化物和氮化物细小。后滕裕规等的实验研究表明，当快速凝固时时，氧化物、硫化物和氮化物尺寸细小(后滕裕规等急速凝固时钢中氧化物的析出特性，铁と钢，1997，vol.83，No.12，p.61。周德光，傅杰，王中丙，李晶，许中波，柳得鲁，康永林，陈贵江，李烈军CSP薄板坯的铸态组织特征，2002年薄板坯连铸连轧国际研讨会，广州，2002年12月。柳得鲁，陈南京，霍向东，王元立，傅杰，康永林EAF-CSP工艺低碳钢中的纳米级沉淀粒子研究，2002年薄板坯连铸连轧国际研讨会，广州，2002年12月。)。对于取向电工钢，希望析出的MnS和AlN等析出物细小和均匀，因此薄板坯连铸工艺对于取向电工钢的生产有利。
由于薄板坯与传统厚板坯工艺在铸坯的冷却制度存在着显著不同，连铸板坯的原始铸态组织与厚板坯工艺相比存在着较大的差别(康永林，柳得橹，傅杰，李晶，于浩，王元立，王中丙，李烈军薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢的组织特征，钢铁，36(2001)，No.6，pp.40-43。于浩，康永林，王克鲁，柳得橹，傅杰CSP低碳钢薄板连铸坯的连续冷却转变及显微组织细化，钢铁研究学报，14(2002)，No.1，pp.42-46.)。由于薄板坯连铸过程中冷却强度大以及带液芯压下，减少了粗大的一次枝晶并使二次枝晶破碎，从而得到形状较规则、晶粒尺寸较细小的铸态组织(周德光，傅杰，王中丙，李晶，许中波，柳得鲁，康永林，陈贵江，李烈军CSP薄板坯的铸态组织特征，2002年薄板坯连铸连轧国际研讨会，广州，2002年12月。)。靠近铸坯表面层和中心层的差别很小(康永林，柳得橹，傅杰，李晶，于浩，王元立，王中丙，李烈军薄板坯连铸连轧CSP生产低碳钢的组织特征，钢铁，36(2001)，No.6，pp.40-43。)。
从以上分析可以看出，由于薄板坯铸态组织晶粒尺寸细小均匀、析出物细小均匀，靠近铸坯表面层和中心层的差别很小，偏析也少，因此，薄板坯工艺有利于生产取向电工钢(阿姆科的Conroll连铸-连轧厂的运行效果，《国际钢时代》中文版，1998年9月，p.8。)。
另外，对于薄板坯连铸连轧工艺，由于连铸坯全部直接轧制，没有铸坯的冷却-再加热过程，可以充分利用铸坯的热量，大量节约能源，与传统的厚板坯工艺相比，可节约能源60％(谢泰丰，梁永林不同流程连铸连轧工艺的综合经济比较与选择，轧钢，18(2001)，No.2，pp.25-27。)。对于取向电工钢，不仅可以大量节约能源，还可避免连铸坯的冷却过程和再加热过程中可能出现内部裂纹甚至断坯而造成的废品率增加。对于取向电工钢，由于铸坯的温度均匀性好，边裂减少(阿姆科的Conroll连铸-连轧厂的运行效果，《国际钢时代》中文版，1998年9月，p.8。)。由此可见，薄板坯工艺与传统的厚板坯工艺相比，成材率提高。
在取向电工钢片生产工艺中，为了控制再结晶过程并获得一定的织构，抑制剂是必不可少的。传统的抑制剂以MnS、AlN为主，近年来，人们(李文达冷轧取向电工钢片中的抑制相系，特殊钢，19(1998)，pp.1-7；T.Kubota，M.Fujikura，Y.UshigamiRecent progress andfuture trend on grain-oriented silicon steel，Journal of Magnetism and Magnetic Materials，215-216(2000)，pp.69-73；N.Takahashi，Y.suga，h.KobayashiRecent developments in orientedsilicon steel，Journal of Magnetism and Magnetic Materials，160(1996)，pp.98-101；S.Mishra，V.KumarCo-precipitation of copper-manganese sulphide in Fe-3％Si steel，Materials Science andEngineering B32(1995)，pp.177-184；朱文英板坯低温加热工艺生产取向电工钢片，上海金属，23(2001)，pp.33-37)在研究板坯低温加热时，为保证抑制剂强度，除MnS以外，还加入了其他的析出物，如氮化物和晶界析出元素等来强化抑制剂。
现在工业上生产取向电工钢片有三种代表性技术(1)以MnS为主要抑制剂的二次冷轧法；(2)以AlN+MnS为抑制剂，实施≥80％总压下率的一次冷轧法；(3)以MnS(和/或MnSe)+Sb为抑制剂的二次冷轧法。在上述三种技术中，为保证获得稳定的高磁性，必须使抑制剂完全固溶，必须在高温(1400℃左右)下加热板坯。
目前，工业上采用板坯低温加热工艺的生产方法是以AlN为抑制剂，二次再结晶开始之前进行渗氮处理(Fortunati et alUS patent，Patent No.US 6296719B1，October 2，2001；原势二郎等微合金化提高退火后磁感的取向电工钢的生产方法，武钢技术，35(1997)，第6期，pp.48-50)，或者以AlN为主抑制剂，以Cu2S和MnS为辅助抑制剂(Chol Gyu Seung et al浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其手段就是向钢中渗氮，使之与钢中原有的元素结合，形成有抑制剂功能的AlN析出物。板坯低温加热工艺中所采用的抑制剂主要为AlN，因为AlN的固溶温度比MnS的要低，更适合实现低温加热。按AlN方案将板坯加热温度降到1150～1200℃时，为获得完整的二次再结晶组织、高磁性和好的玻璃膜，必须作相应的成分调整和工艺改进。新日铁研究的Hi-B新工艺(小松肇等磁束密度の高い一方向性硅素钢板の制造方，Int.cC21D8/12，日本公开特许公报，特公昭62240315.1987.02.21)的特点是以AlN为抑制剂，板坯加热温度降到1150～1250℃，脱碳退火后在含NH3的H2+N2气氛中进行渗氮处理，采用一次冷轧法可生产0.18～0.50mm厚产品，且更易制成无玻璃膜的新产品。住友金属提出以AlN为抑制剂的低碳1.5％Mn2.2％si的取向电工钢工艺来降低板坯加热温度(何忠治编著，电工钢，北京冶金工业出版社，1996，796，802-803，811-813，839-840；何忠治电工钢的最近发展，金属功能材料，1997，4(6)pp.243～245)。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，板坯在1250～1320℃加热，生产一般取向电工钢及高磁感取向电工钢工艺(Chol Gyu Seung et al浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其板坯成分为C0.035％～0.05％，Si2.9％～3.3％，P＜0.015％，Als0.011％～0.017％，N0.008％～0.012％，S＜0.007％，Ni和/或Cr0.06％～0.08％，Mn0.32％，Cu＜0.6％，且Mn/S≥20.0，Cu/Mn＞1.5。
工业生产取向电工钢一直采用的铸坯高温加热工艺，可以获得稳定的高磁性，但缺点是氧化渣多，烧损量可达5％，成材率低；要经常清理炉底，产量降低；燃料费用高；炉子寿命短；制造成本高；产品表面缺陷多。
取向电工钢的制造一直在试图降低铸坯的加热温度。新日铁和住友金属降低板坯加热温度的主要方法为以AlN为主抑制剂，进行渗氮处理，工艺环节多，技术复杂，难度高。韩国浦项钢铁公司以AlN为主抑制剂，Cu2S和MnS为辅助抑制剂的成分复杂、加热温度高、最终退火温度高。美国的薄板坯工艺以AlN为主抑制剂，以MnS/MnSe和Cu2S以及Sn为辅助抑制剂，成分复杂、需要高温常化(Fortunati et alUS patent，Patent No.US 6296719B1，October 2，2001)。
发明内容
本发明的目的是提供一种可省略热轧板常化(退火)、一次冷轧、脱碳量小、加热温度低和最终高温退火温度低、成材率高、铁损低、制造成本低的一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是薄板坯工艺的厚度为50～150mm，板坯的化学成分是C为0.002～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；先将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时，进行热轧，快速冷却和卷取；再按一次冷轧法，最终轧制至板厚为≤0.35mm；然后进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷；最后进行高温退火。其中所述的薄板坯工艺是，铸坯拉速为3～6米/分钟，钢水过热度为20～40℃，等轴晶率为30～80％；抑制剂Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
所述的热轧工艺的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～800秒，驰豫即在温度基本不变的情况下保持一定时间，然后进行快速冷却，冷却速度为1～200℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
所述的一冷轧法即采用一次冷轧大压下，总压下率＞80％，一冷轧法不进行中间退火，直接进行脱碳退火。
所述的脱碳退火温度在900℃以下，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间小于1～60分钟；高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以10～50℃/小时速度加热至1100～1200℃，在1100～1200℃保温为15～30小时，然后冷却。在400～1200℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气100％H2。
由于采用上述技术方案，本发明通过合理设计取向电工钢的成分，选择AlN和Nb(C，N)为抑制剂，板坯在1200～1320℃温度范围加热，并进行热轧、冷轧及热处理，尤其是通过控制热轧各道次压下量和终轧温度以及热轧带弛豫和冷却得到均匀细小的析出物和组织。因此，本发明在不增加设备的情况下，采用一次冷轧，省略了热轧板常化退火(常化)，简化了生产工艺，且加热温度低和最终高温退火温度降低；所生产的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板不仅成材率高、成本低、质量高、且铁损低、脱碳量小。主要表现在(1)由于薄板坯连铸机冷却强度大，冷却速度快，得到的组织比较细小，在快速凝固过程中析出的碳化物和氮化物均匀细小。同时由于薄板坯连铸坯没有冷却-再加热过程，与厚板坯工艺相比，抑制剂的固溶温度可以适当降低；采用由于AlN和Nb(C，N)作为抑制剂，其固溶温度比MnS低，因此板坯加热温度可降至1150～1300℃。亦可采用较低的最终退火温度(1100～1200℃)。
(2)通过调整Als、Nb、C、N的含量，以及通过控制热轧各道次压下量、终轧温度、热轧带弛豫和快速冷却得到均匀细小的析出物和组织，可省略热轧板常化退火(常化)，同时可抑制一次晶粒长大，获得B10≥1.85T的取向电工钢，从而简化了生产方法。
(3)通过调整Si、Als、Nb、C、N、P的含量，以及调整热轧、冷轧和热处理的工艺参数，简化生产工艺，可以生产一般取向电工钢板。
(4)由于Si较低(2.1～2.4％)、Mn较高(1.2～1.8％)，可以改善铸坯、热轧带和冷轧带的塑性、减少边裂和断带，提高成材率。
(5)由于C低(0.008～0.03％)，可减少初次再结晶的脱碳量，提高生产率。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述。
实例1一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板及其制造方法。
一种新取向电工钢，板坯厚度为60mm，其化学成分是C为0.015wt％、Si为2.15wt％、Mn为1.5wt％、Als为0.03wt％、Nb为0.0wt％、N为0.0080wt％、P为0.01wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
铸坯拉速为4.8m/min，钢水过热度为20～40℃，得到等轴晶率在50％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的保温温度为1200℃，保温2小时。进行热轧，板坯热轧轧至2.2mm，热轧工艺的最后3道次的压下率在18％，终轧温度为920℃，轧制后驰豫时间45s。然后进行快速冷却和卷取，冷却速度为35℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
再进行一次冷轧大压下，总压下率≥80％，轧至最终厚度为0.35mm。不进行中间退火，直接进行脱碳退火；脱碳退火温度在850℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25℃，在炉时间小于0.7小时。
最后进行涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。最终高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以20℃/小时速度加热至1180℃，在1180℃保温20小时，然后冷却。在400～1180℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气100％H2。
本实施例1在不增加设备的情况下，采用一次冷轧，省略了热轧板常化退火(常化)，简化了生产工艺，且加热温度低和最终高温退火温度降低；所生产的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板不仅成材率高、成本低、质量高、且铁损低、脱碳量小。该板坯经检测后的化学成分和成品磁性结果如表1所示表1板坯成分及成品磁性
实例2一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法。
一种新取向电工钢种，板坯厚度为60mm，其化学成分是C为0.010wt％、Si为2.2wt％、Mn为1.6wt％、Als为0.01wt％、Nb为0.09wt％、N为0.0090wt％、P为0.014、其余为Fe及不可避免的杂质。
铸坯拉速为4.6m/min，钢水过热度为20～40℃，得到等轴晶率在55％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的均热温度为1200℃，保温2小时。进行热轧，行热轧轧至2.2mm，热轧工艺的最后3道次的压下率在20％，终轧温度为960℃，轧制后驰豫时间50秒；然后进行快速冷却和卷取，冷却速度为60℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
再按一次冷轧法进行一次冷轧大压下，总压下率≥86％，轧至最终厚度为0.35mm。不进行中间退火，直接进行脱碳退火。中间退火温度为1020℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为40℃，在炉时间为800秒。
然后进行脱碳退火，脱碳退火温度在880℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为35℃，在炉时间小于0.8小时。
最后经涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以20℃/小时速度加热至1200℃，在1200℃保温20小时，然后冷却。在400～1200℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气100％H2。
本实施例2在不增加设备的情况下，采用一次冷轧，省略了热轧板常化退火(常化)，简化了生产工艺，且加热温度低和最终高温退火温度降低；所生产的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板不仅成材率高、成本低、质量高、且铁损低、脱碳量小。该板坯经检测后的化学成分和成品磁性结果如表2所示。
表2板坯成分及成品磁性
实例3一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板及其制造方法。
一种新取向电工钢，板坯厚度为60mm，其化学成分是C为0.006wt％、Si为2.3wt％、Mn为1.65wt％、Als为0.02wt％、Nb为0.07wt％、N为0.0090wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质。
铸坯拉速为5.3m/min，钢水过热度为20～40℃，得到等轴晶率在60％的电工钢铸坯。电工钢薄板坯的保温温度为1190℃，保温2小时。进行热轧，热轧轧至2.2mm，热轧工艺的最后2道次的压下率在25％，终轧温度为940℃，轧制后驰豫时间45秒。然后进行快速冷却和卷取，冷却速度为50℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
再按一次冷轧法进行一次冷轧大压下，总压下率≥83％，轧至最终厚度为0.35mm。不进行中间退火，直接进行脱碳退火。脱碳退火温度在900℃进行，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为10℃，在炉时间小于0.5小时。
最后进行涂氧化镁隔离层、成卷、进行高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以20℃/小时速度加热至1180℃，在1180℃保温20小时，然后冷却。在400～1180℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气100％H2。
本实施例3在不增加设备的情况下，采用一次冷轧，省略了热轧板常化退火(常化)，简化了生产工艺，且加热温度低和最终高温退火温度降低；所生产的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板不仅成材率高、成本低、质量高、且铁损低、脱碳量小。该板坯经检测后的化学成分和成品磁性结果如表3所示表3板坯成分及成品磁性
权利要求
1.一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于薄板坯工艺的厚度为50～150mm，板坯的化学成分是C为0.002～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；先将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时，进行热轧，快速冷却和卷取；再按一次冷轧法，最终轧制至板厚为≤0.35mm；然后进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷；最后进行高温退火。
2.根据权利要求1所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的薄板坯工艺是，铸坯拉速为3～6米/分钟，钢水过热度为20～40℃，等轴晶率为30～80％。
3.根据权利要求l所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的抑制剂Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
4.根据权利要求l所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的热轧工艺的最后l～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～800秒，然后进行快速冷却，冷却速度为1～200℃/秒。
5.根据权利要求1所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的一冷轧法即采用一次冷轧大压下，总压下率＞80％，一冷轧法不进行中间退火，直接进行脱碳退火。
6.根据权利要求1所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的脱碳退火温度在900℃以下，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间小于l～60分钟；高温退火期间，快速加热至400℃，以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，再以10～50℃/小时的速度加热至1100～1200℃，在1100～1200℃保温15～30小时，然后冷却。在400～1200℃加热过程采用保护气氛N225％+H275％，保温阶段用保护气氛100％H2。
7.根据权利要求l～6项任一项所述的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法所制造的薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板。
全文摘要
本发明涉及一种薄板坯工艺低碳高锰取向电工钢板的制造方法。其技术方案是薄板坯工艺的厚度为50～150mm，板坯的化学成分是C为0.002～0.030wt％、Si为2.1～2.4wt％、Mn为1.2～1.8wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)。将板坯加热至1150～1300℃，保温2～5小时，进行热轧，快速冷却和卷取；按一次冷轧法轧制至板厚为≤0.35mm；进行脱碳退火，最后进行涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。本发明采用一次冷轧，省略了热轧板常化退火，加热温度低和最终高温退火温度降低；所生产的取向电工钢板脱碳量小、成材率高、成本低、铁损低。
文档编号C21D1/68GK1891844SQ20061001909
公开日2007年1月10日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者吴开明 申请人:武汉科技大学