专利名称：一种高磁感取向硅钢产品的生产方法
技术领域：
本发明涉及一种高磁感取向硅钢产品的生产方法一种低成本的高磁感取向硅钢 生产方法，其特点是针对低温板坯加热(1100 1250°C)技术得到的热轧卷，通过在常化工 序中对其进行同步渗氮，这样就使得后工序的脱碳退火工艺得以简化和易于控制。在获得 磁性能优异的高磁感取向硅钢产品的同时，也使生产成本大大降低。
背景技术：
传统高磁感取向硅钢的生产方法如下 用转炉(或电炉)炼钢，进行二次精炼及合金化，连铸成板坯，其基本化学成分 为 Si (2. 5 4. 5 % )、C (0. 06 0. 10 % )、Mn (0. 03 0. 1 % )、S (0. 012 0. 050 % )、 Als (0. 02 0. 05% )、Ν(0· 003 0. 012% )，有的成分体系还含有Cu、Mo、Sb、B、Bi等元素中 的一种或多种，其余为铁及不可避免的杂质元素；板坯在专用高温加热炉内加热到1350°C 以上的温度，并进行45min以上的保温，使有利夹杂物MnS或AlN充分固溶，然后进行轧制， 终轧温度达到950°C以上，进行快速喷水冷却到500C以下，然后卷取。以便在随后的常化 过程中在硅钢基体内析出细小、弥散的第二相质点，即抑制剂；热轧板常化后，进行酸洗，除 去表面氧化铁皮；冷轧将样品轧到成品厚度，进行脱碳退火和涂布以MgO为主要成分的退 火隔离剂，把钢板中的[C]脱到不影响成品磁性的程度(一般应在30ppm以下)；高温退火 过程中，钢板发生二次再结晶、硅酸镁底层形成及净化(除去钢中的S、N等对磁性有害的元 素)等物理化学变化，获得取向度高、铁损低的高磁感取向硅钢；最后，经过涂布绝缘涂层 和拉伸退火，得到商业应用形态的取向硅钢产品。它的不足在于为了使抑制剂充分固溶，加热温度最高需达到1400°C，这是传统加 热炉的极限水平。此外，由于加热温度高，烧损大、加热炉需频繁修补，利用率低。同时，能 耗高，热轧卷的边裂大，致使冷轧工序生产困难，成材率低，成本也高。正是鉴于上述这些问题，国内外的研发人员开展了大量降低取向硅钢加热温度的 研究，其主要改进的趋势按照加热温度范围来区分有两种，一种是板坯加热温度在1250 1320°C，采用AlN和Cu的抑制剂；另一种是板坯加热温度在1100 1250°C，主要采用脱碳 后渗氮形成抑制剂的方法来获得抑制能力。现阶段低温板坯加热技术发展较快，例如美国专利[US 5049205]和日本专利[特 开平5-112827]采用在1200°C以下进行板坯加热，最终冷轧采用80%的大冷轧压下率，并 在脱碳退火后采用氨气进行连续渗氮处理，获得取向度较高的二次再结晶晶粒。但这种方 法由于采用基板脱碳后渗氮形成抑制剂的方法来获得抑制能力，在实际控制中很难克服带 钢表面氧化严重、渗氮困难和不均勻等难题，因此造成获得型抑制剂在钢板内形成困难、分 布不均勻，从而影响抑制能力和二次再结晶的均勻性，引起最终产品磁性能不均勻。中国专利CN1978707描述了对于已经轧制到成品厚度的冷轧板进行先渗氮后脱 碳退火的新工艺，但是在渗氮过程中需要严格控制露点，同时又会引入了脱碳困难的新问 题。
韩国专利KR2002074312提出采用脱碳和渗氮同步进行的方法，这虽然可以解决 后脱碳困难或后渗氮困难的问题，但仍无法避免因渗氮不均勻造成产品磁性能不均勻和成 本昂贵等问题
发明内容
本发明的目的在于提供一种高磁感取向硅钢产品的生产方法，解决低温板坯加热 技术生产高磁感取向硅钢时脱碳工序中渗氮困难的问题。通过在常化工序中对热轧板进行 同步渗氮，这样就使得后工序的脱碳退火工艺得以简化和易于控制。这既能获得磁性能优 异的高磁感取向硅钢产品，同时也可使生产成本得到降低。本发明的技术方案是，一种高磁感取向硅钢的生产方法，其包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、 MgO涂层、高温退火和绝缘涂层；其中，所述的常化包括热轧板在进行常化的同时，同步完成渗氮，常化渗氮温度1050 1150°C、时间50 100s、露点15 75°C、气氛5 35% NH3(体积百分比)，其余气体为N2 ； 常化渗氮后热轧板内渗入的[N]含量60 250ppm ；渗入的[N]含量与热轧板厚度、渗氮温度、渗氮时间和氨气比例等渗氮参数符合 下列关系渗入的[N]含量=-3.08a2+0. 04b+0. 96c+4. 12d+C其中，a 热轧板厚度(mm) ；b 渗氮温度(°C ) ；c 渗氮时间(s) ；d 氨气比例(%)； C:常数；常化渗氮后，通过控制冷却工艺来实现尺寸彡300nm的AlN颗粒的体积分数占AlN 总体积的60%以上；常化冷却，快速冷却起始温度700 950°C，降温至550°C的快速冷却 速度 15 40°C /sec。进一步，所述的硅钢化学成分重量百分比为C :0. 055 0. 120 %，Si 2. 9 4. 0 %, Mn 0. 05 0. 20 %，S 0. 005 0. 010 %, Als 0. 015 0. 035 %, N 0. 001 0. 009%, Sn 0. 005 0. 070%，其余为Fe及不可避免的夹杂物。所述的热轧是板坯在加热炉内加热到1100 1250°C，保温时间20 120分钟，开 轧温度1050 1090°C，终轧温度为930 950°C，轧成2. 0 3. Omm厚度的热轧板，轧后层 流冷却，600°C温度以下卷取。所述的冷轧是在常化后，使用一次冷轧法将常化板轧制到成品板厚度。所述的脱碳退火是升温速度15 35°C /sec，脱碳温度800 860°C，保温90 160seco所述的MgO涂层及高温退火对上述脱碳退火的钢板进行MgO涂层和在罩式炉中 进行高温退火，退火温度1200°C 1250°C。所述的绝缘涂层是在高温退火板表面涂敷绝缘涂层，并经热拉伸平整退火得到 磁性优良的高磁感取向硅钢。本发明的有益效果本发明的常化有别于已有工艺技术中渗氮是在后期脱碳工序完成的，本发明热轧 板是在进行常化的同时，同步完成渗氮。
本发明增加了 C的含量，C可使热轧时Y-相增多，热轧板组织细化并为层状分布 的细形变晶粒和小的再结晶晶粒，初次晶粒细小均勻。此外，C高还可改善热轧和冷轧的加 工性，防止热轧板产生横裂；冶炼操作容易，炉渣中FeO含量减少，提高钢回收率和炉衬寿 命，进而也起到降低生产成本的效果。降低钢中S的含量，阻止MnS的形成。此外，考虑到在本发明中常化的同时进行渗 氮，因此可以降低钢中N的含量，从而提高连铸板坯质量。Als含量对磁性的影响最明显。Als含量过高，板坯加热温度提高，且容易使底层 质量变差；Als含量过低，抑制作用减弱。
本发明中炼钢成分还添加合适量的Sn，这可以使表面形成Sn富集层，防止渗氮处 理后的钢板在高温退火升温过程中过早地脱氮或吸收过量的氮。此外，在板坯再加热时可 以完全固溶，以后沿晶界偏聚也加强抑制力，使初次晶粒尺寸更细小均勻，确保二次再结晶
TTj 口 ο本发明中热轧板在常化的同时完成了渗氮，使得常化后板内就已经有了满足低温 取向硅钢要求的[N]含量。渗入板内的[N]可以在常化的同时就与Als形成部分AlN抑制 齐U，并在合适的常化温度和冷却条件下析出理想尺寸、形态和分布状况的抑制剂，从而能得 到磁性能优良的高磁感取向硅钢产品。本发明中热轧板在常化的同时完成了渗氮，使得常化后板内就已经有了满足低温 取向硅钢要求的[N]含量。这样就可以在冷轧板脱碳退火时省去渗氮工序，简化了工艺要 求。虽然热轧板较冷轧板更厚，单位长度上渗入相同[N]含量的时间要长约2 3倍； 但是，考虑到热轧板经冷轧后板长方向将延伸8 10倍。因此，单位重量的钢卷在冷轧板 状态下渗氮所耗费的总时间将远远长于热轧板状态下的渗氮总时间。为此，常化过程中同 时渗氮，将极大地提高生产效率，也可以大大节省氨气的用量。由于热轧板较冷轧板厚，这需要花较多的时间才能使渗氮量满足低温取向硅钢的 要求。但正是这些延长的渗氮时间，可以使得[N]含量在常化后的热轧板内分布的更均勻， 且这样的渗氮均勻性完全能够遗传到冷轧板和脱碳板，进而使得高温退火时板内形成的 AlN抑制剂均勻弥散，最终产品的磁性能也更趋向稳定。合适的脱碳温度能够确保高斯晶核初次再结晶良好，也为最终成品的良好磁性能 打下基础。
具体实施例方式实施例1按照表1所述的化学成分冶炼和浇铸。将不同成分的板坯放在1175°C加热炉内保 温90min后热轧至厚度为2. 5mm的热轧板，开轧和终轧温度分别为1082°C和947°C。对热 轧板采用常化和渗氮同步进行，并选择合适的常化渗氮工艺常化渗氮温度1115°C——时 间75s——露点40°C——NH3比例25%——冷却起始温度820°C——冷却速度23°C /s—— 渗入[N]含量172ppm。而后经酸洗、冷轧到成品厚度0. 30mm厚度。在升温速率26°C /s、脱 碳温度815°C、均温150s的条件下进行脱碳退火，使钢板中[C]含量降到30ppm以下。涂布 MgO为主要成分的隔离剂后，在气氛为100%压、露点为-101，温度为12001的条件下进行20小时的高温退火。开卷后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整退火，得到的成品磁性能见表1。表1化学成分对磁性能的影响 由于本发明采用的是与现有生产取向硅钢都不同的“常化_渗氮”同步工艺，因此 需要通过试验来确定最佳的化学成分。从表1结果可以看到，当化学成分满足本发明的成品磁性能普遍很好，实施例1 6的磁性能普遍很好，都能达到高磁感取向硅钢实物水平(Β8 ^ 1. 90Τ)。反之，当化学成分 与本发明的技术方案不符时，对比例1 4的磁性能都要稍差一些，只能勉强达到普通取向 硅钢实物的水平(Β8彡1. 85Τ)。实施例2取向硅钢板坯的组分及重量百分比为Si 3. 25%, C 0. 070%, S 0. 009%, Als 0. 033%, N 0. 05%, Mn 0. 15%, Sn 0. 008%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。不同的热轧工艺条件如下表2所示。对2. 3mm热轧板采用常化和渗氮同步进行， 并选择合适的常化渗氮工艺常化渗氮温度1085°C——时间65s——露点30°C——NH3比 例20%——冷却起始温度780°C——冷却速度33°C /s——渗入[N]含量145ppm。而后经 酸洗、冷轧到成品厚度0. 30mm厚度。在升温速率29°C /s、脱碳温度855°C、均温120s的条 件下进行脱碳退火，使钢板中[C]含量降到30ppm以下。涂布MgO为主要成分的隔离剂后， 在气氛为100% H2、露点为-10°C，温度为1200°C的条件下进行20小时的高温退火。开卷 后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整退火，得到的成品磁性能见表2。表2热轧工艺条件对磁性能的影响 由于本发明技术方案采用的是与现有生产取向硅钢都不同的“常化-渗氮”同步 工艺，因此需要通过试验来确定最佳的热轧工艺方案。从表2结果可以看到，当热轧工艺满 足本发明的技术方案——板坯在加热炉内加热到1100 1250°C，保温时间20 120分钟， 开轧温度1050 1090°C，终轧温度为930 950°C，轧成2. 0 3. Omm厚度的热轧板，轧后 层流冷却，600°C温度以下卷取时，实施例1 6的磁性能普遍很好，都能达到高磁感取向硅 钢实物水平(B8 ^ 1. 90T)。反之，当热轧工艺与本发明的技术方案不符时，对比例1 9的 磁性能都要稍差一些，只能勉强达到普通取向硅钢实物的水平(B8 ^ 1.85T)。实施例3取向硅钢板坯的组分及重量百分比为Si 3. 25%, C 0. 070%, S 0. 009%, Als 0. 033%,N 0. 05%,Mn 0. 15%, Sn 0. 008%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。将其在 1190°C 加热炉内保温30min后热轧至厚度为2. 3mm的热轧板，开轧和终轧温度分别为1080°C和 942°C。不同常化和渗氮工艺条件如下表3所示。而后经酸洗、冷轧到成品厚度0.30mm厚 度。在升温速率28°C/s、脱碳温度855°C、均温140s的条件下进行脱碳退火，使钢板中[C] 含量降到30ppm以下。涂布MgO为主要成分的隔离剂后，在气氛为100%吐、露点为-101， 温度为1200°C的条件下进行20小时的高温退火。开卷后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整退 火，得到的成品磁性能和AlN体积分数见表3。
由于在已有的生产取向硅钢生产技术中还没有“常化-渗氮”同步进行的工艺。因 此，本发明需要通过表3的“常化-渗氮”试验来确定最佳的工艺方案。从表3的试验结果可以看到，当“常化-渗氮”工艺满足本发明的技术方案一常化同时完成渗氮，常化渗氮 温度1050 1150°C、时间50 100s、露点15 75°C、气氛5 35% NH3 (体积百分比)，其 余气体为N2 ；常化渗氮后热轧板内渗入的[N]含量60 250ppm。常化冷却起始温度700 950°C，降温至550°C的快速冷却速度15 40°C /sec时，实施例(1# 10#)的磁性能普遍 很好，都能达到高磁感取向硅钢实物水平(B8> 1.90T)。反之，当“常化-渗氮”工艺与本 发明的技术方案不符时，对比例(11# 25#)的磁性能都要稍差一些，只能达到普通取向硅 钢实物的水平(B8彡1. 85T)。表4中所列的[N]含量都是热轧板经常化渗氮后实际测得的数值。现将表3中的 渗氮参数利用“渗入的[N]含量=-3. 08a2+0. 04b+0. 96c+4. 12d+C”公式来计算理论渗氮值， 常数C取23. 51。表4是两者之间的差别。表4 [N]含量公式理论计算值与实际值的差别 从表4的结果可以发现，渗氮的实际值与理论计算值两者的差值基本都在IOppm 以内。因此可以认为该公式对热轧板进行常化渗氮具有很好的指导意义。
实施例4取向硅钢板坯的组分及重量百分比为Si 3. 25%, C 0. 070%, S 0. 009%, Als 0. 033%,N 0. 05%,Mn 0. 15%, Sn 0. 008%，其余为 Fe 及不可避免的杂质。将其在 1190°C 加热炉内保温30min后热轧至厚度为2. 3mm的热轧板，开轧和终轧温度分别为1080°C和 942°C。对热轧板采用常化和渗氮同步进行，并选择合适的常化渗氮工艺常化渗氮温度 1125°C——时间65s——露点60°C——NH3比例20%——冷却起始温度850°C——冷却速 度20°C /s——渗入[N]含量147ppm。而后经酸洗、冷轧到成品厚度0. 30mm厚度。不同脱 碳退火工艺条件如下表5所示。脱碳退火后，使钢板中[C]含量降到30ppm以下。涂布MgO 为主要成分的隔离剂后，在气氛为100% H2、露点为-10°C，温度为1200°C的条件下进行20 小时的高温退火。开卷后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整退火，得到的成品磁性能见表5。表5不同脱碳退火工艺对成品磁性能的影响
序口二 脱碳温度脱碳退火_成，磁性能 由于本发明技术方案采用的是全新的“常化-渗氮”同步工艺，因此需要通过试验 来确定最佳的脱碳退火工艺方案。从表5可以看到，当脱碳退火工艺满足本发明的技术方 案——脱碳升温速度15 35°C /sec，脱碳温度800 860°C，脱碳退火时间90 160sec 时，实施例1 6的磁性能普遍很好，都能达到高磁感取向硅钢实物水平(B8 ^ 1. 90T)。反 之，当脱碳退火工艺与本发明的技术方案不符时，对比例7 12的磁性能都要稍差一些，只 能达到普通取向硅钢实物的水平(B8彡1. 85T)。低温板坯加热技术生产的高磁感取向硅钢具有加热炉寿命长，能耗和成本低等优 势。但是长期以来，由于存在着后工序脱碳渗氮不均勻以及在生产过程中难以有效调整和 控制等问题，从而影响到基板内局部或整体的抑制能力，导致二次再结晶不完善，产品磁性 言旨不稳定。本发明是基于低温板坯加热技术上的一种新的高磁感取向硅钢生产方法，它有效地解决了上述问题。其特点在于通过对热轧板同步完成常化和渗氮，可在目前低温取向硅 钢的成分体系下成功地简化脱碳工艺，并提高生产效率。此外，本发明方法与其它方法相比 在对成品磁性能提高和稳定性 上也具有很大的优越性。
权利要求
一种高磁感取向硅钢的生产方法，其包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、MgO涂层、高温退火和绝缘涂层，其特征在于，所述的常化包括热轧板在进行常化的同时，同步完成渗氮，常化渗氮温度1050～1150℃、时间50～100s、露点15～75℃、气氛5～35％NH3(体积百分比)，其余气体为N2；常化渗氮后热轧板内渗入的[N]含量60～250ppm；渗入的[N]含量与热轧板厚度、渗氮温度、渗氮时间和氨气比例等渗氮参数符合下列关系渗入的[N]含量＝-3.08a2+0.04b+0.96c+4.12d+C其中，a热轧板厚度(mm)；b渗氮温度(℃)；c渗氮时间(s)；d氨气比例(％)；C常数；常化渗氮后，通过控制冷却工艺来实现尺寸≤300nm的AlN颗粒的体积分数占AlN总体积的60％以上；常化冷却，快速冷却起始温度700～950℃，降温至550℃的快速冷却速度15～40℃/sec。
2.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的硅钢化学成 分重量百分比为C 0. 055 0. 120%, Si 2. 9 4. 0%，Mn 0. 05 0. 20%, S 0. 005 0. 010%, Als 0. 015 0. 035%, N 0. 001 0. 009%, Sn 0. 005 0. 070%，其余为 Fe 及不可避免的夹杂物。
3.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的热轧是板坯 在加热炉内加热到1100 1250°C，保温时间20 120分钟，开轧温度1050 1090°C，终 轧温度为930 950°C，轧成2. 0 3. 0mm厚度的热轧板，轧后层流冷却，600°C温度以下卷取。
4.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的冷轧是在常 化后，使用一次冷轧法将常化板轧制到成品板厚度。
5.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的脱碳退火是 升温速度15 35°C /sec，脱碳温度800 860°C，保温90 160sec。
6.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的MgO涂层 及高温退火对上述脱碳退火的钢板进行MgO涂层和在罩式炉中进行高温退火，退火温度 1200°C 1250°C。
7.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢的生产方法，其特征在于，所述的绝缘涂层是 在高温退火板表面涂敷绝缘涂层，并经热拉伸平整退火得到磁性优良的高磁感取向硅钢。
全文摘要
一种高磁感取向硅钢的生产方法，其包括冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、脱碳退火、MgO涂层、高温退火和绝缘涂层；其中，常化包括热轧板在进行常化的同时，同步完成渗氮，常化渗氮温度1050～1150℃、气氛5～35％NH3(体积百分比)，其余气体为N2；常化渗氮后热轧板内渗入的[N]含量60～250ppm；常化冷却，快速冷却起始温度700～950℃，降温至550℃的快速冷却速度15～40℃/sec。本发明解决了低温板坯加热技术生产高磁感取向硅钢时脱碳工序中渗氮困难的问题。通过在常化工序中对热轧板进行同步渗氮，使得后工序脱碳退火工艺得以简化和易于控制。这既能获得磁性能优异的高磁感取向硅钢产品，同时也可使生产成本得到降低。
文档编号C22C38/06GK101845582SQ200910048289
公开日2010年9月29日 申请日期2009年3月26日 优先权日2009年3月26日
发明者吴培文, 姜全力, 徐琪, 李国保, 杨勇杰, 沈侃毅, 胡卓超, 靳伟忠 申请人:宝山钢铁股份有限公司