一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法
【专利摘要】一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法：对连铸坯加热；热轧；采用一次冷轧法或含中间完全脱碳退火的两次冷轧法轧制；涂布退火隔离剂并使其水含量在2~4%；高温退火并在第一次升温温度达到800℃前，采用纯氮或以任意比例混合的氮氩气氛进行氧化退火处理；拉伸平整退火并涂绝缘涂层。本发明通过控制脱碳退火后钢板的氧含量及隔离剂中的水含量，并在高温退火阶段进行氧化退火处理或/和在脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段、或/和在中间完全脱碳退火后或在中间完全脱碳退火的冷却阶段，及或/和在回复退火中进行氧化退火处理，以利用形成外氧化层来限制内氧化的发展，而达到减少或消除取向硅钢点状露金缺陷、提高成品底层质量的目的。
【专利说明】一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种取向硅钢的生产方法，具体地属于一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，确切地为解决取向硅钢底层的点状露金缺陷的取向硅钢的生产方法。
【背景技术】
[0002]在八十年代以前，取向硅钢产品主要由两种方法生产，分别是热轧工序采用铸坯高温(1360°C以上)加热、后工序采用含中间退火的两次冷轧法生产的一般取向硅钢(CG0);以及铸坯加热温度在1380°C以上，后工序采用大压下一次冷轧法生产的高磁感取向硅钢(H1-B)生产方法。由于铸坯加热温度过高，使得该两类钢种在热轧工序存在能耗高、成材率低、生产性差等一系列问题。这一问题的存在，严重制约了以铸坯高温加热为特征的取向硅钢的产量和质量的提高。八十年代以来，人们为了降低这类取向硅钢的生产难度及生产成本，先后开发出铸坯加热温度低于1300°C、后工序采用含中间完全脱碳退火两次冷轧方法生产的一般取向硅钢，以及铸坯加热温度低于1200°C，后工序采用含渗氮处理的一次冷轧方法生产的一般取向娃钢和高磁感取向娃钢。这类钢种由于成份和工艺的特殊性，成品表面往往容易产生一种称之为点状露金(亦称为表面金属亮点)的底层缺陷，这种点状露金底层缺陷的存在由于降低了硅钢片叠片时的层间绝缘性能，最终会影响取向硅钢作为变压器铁芯使用时的效果。
[0003]以铸坯加热温度低于1300°C、后工序采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法为制造特征的取向硅钢生产中，中间退火时要经过较长时间的中间完全脱碳退火以便将钢中碳含量降低到30ppm以下；之后，第二次冷轧到成品厚度，再直接涂氧化镁退火隔离剂或经低温回复退火再涂氧化镁退火隔离剂进行高温退火及后续处理。正是由于中间完全脱碳退火、低温回复退火不同于过去常规的退火工艺，造成采用这种方式生产的取向硅钢产品表面极易产生底层缺陷，而点状露金是其中的一种重要缺陷。
[0004]而对于铸坯加热温度在1080-1200?、后工序采用大压下率一冷轧法轧至成品厚度，再进行脱碳退火及渗氮处理为制造特征的取向硅钢生产中，由于钢种成分组成的不同，并且钢板完成脱碳退火后还必须`进行渗氮处理等特殊工艺。为了兼顾到脱碳退火后钢板表面氧化层结构、初次再结晶晶粒尺寸大小、渗氮处理效果等与最终成品的电磁性能、底层质量(如成品底层附着性、底层缺陷)等相关的综合要求，往往工艺窗口过于狭窄。产品生产中很容易产生点状露金类底层缺陷。渗氮处理是该类产品生产中必须采用的环节，但也是产生点状露金缺陷的主要原因之一。
[0005]过去较为成熟的高温一般取向硅钢(即CGO钢，主要以MnS作为抑制剂)或高磁感取向硅钢(即H1-B钢，主要以MnS+AIN作为抑制剂)获得良好底层的原因一是其钢种成分上的原因不易产生点状露金缺陷，二是钢板冷轧到成品厚度后，只需在82(T870°C完成保护气氛下的脱碳退火或表面处理退火，并通过调整脱碳退火工艺即可在钢板表面获得合适的氧化层(主要是Fe2SiO4和SiO2),经高温退火后最终在钢板表面形成良好、致密的硅酸镁底层。在此基础上涂布绝缘涂层后可获得优良的成品表面绝缘层效果。[0006]为了解决取向硅钢生产时出现的底层质量不良的问题，多年来，研究人员开展了大量的研究以获得电磁性能优良、底层缺陷少绝缘涂层效果好的产品。并已有大量的专利文献发表，如啦4.127.429美国专利(^51-79720日本专利)、^1468934前苏联AC CCCP专利及RU 2095433 Cl俄罗斯专利等，提出了形成优质硅酸镁底层的方法，其方法主要是在高温退火阶段，在不同的温度范围，通过调整由氮氢组成的保护气氛的组成、露点来改善底层。此外，俄罗斯文献(c τ a Ji t ,2001.5 P57飞9)还提到诸如采用高水化率氧化镁、调整中间脱碳退火工艺及添加氧化镁添加剂等方法来改善底层质量。EP0709470A1专利中提出了对含中间完全脱碳退火两次冷轧法生产的添加Cr+Ni的含铜取向硅钢，在温度为60(T750°C、分压比(PH2Q/PH2，下同)为0.62、.88的气氛中进行回复退火处理，以改善底层质量。实际上，取向硅钢底层缺陷有多种，如隐形露晶、表面氧化、附着性不良及点状露金等等，其形成原因不同、解决方法各异。以上这些方法大多是从单个工序采取措施来改善底层质量，实施起来也难以获得较稳定的效果。特别是点状露金缺陷，与中间完全脱退火、回复退火及高温退火等工序的工艺关系密切，需综合考虑采取措施。中国专利(ZL200510020003.2)针对采用含中间完全脱碳退火两次冷轧法为制造特征的取向硅钢，提出了同时控制中间脱碳退火和回复退火时的气氛、温度及钢板氧含量来获得好的底层质量的方法，但未考虑高温退火中硅酸镁底层形成前的阶段对底层质量的影响，因此并不充分。
[0007]针对铸坯加热温度在1080-1200?、后工序采用含渗氮处理的大压下率一冷轧法为制造特征的取向硅钢，日本专利提出了多种方法来改善底层质量，如平3-20412专利提出在高温退火升温阶段的50(T70(TC范围，采用N2进行反复的排气、供气以降低气氛中的氧化性来改善成品底层；特开2000-161106提出高温退火时，在钢卷端部温度为60(T650°C时，将气氛分压比控制在0.1以上，温度在900°C以上时在0.5以下的方法；特开2006-193798提出控制高温 退火冷却阶段的气氛来改善底层；特开平11-279642提出高温退火从升温开始到75(T850°C，采用0.05、.3分压比气氛，之后将分压比控制在0.05以下，并控制900°C以后的升温速度改善底层。此外，平4-183817提出脱碳退火后渗氮退火前在50(T90(TC采用干式氮氢气氛对钢板进行还原处理来改善底层；还有平4-183817认为，点状露金缺陷的产生的原因:一是由于渗氮后钢中氮量过多，或是由于在之后的退火过程中附加增氮使钢中的氮量增多造成；二是脱碳退火时钢板表面FeO含量过高。因而提出，控制渗氮量、脱碳气氛分压比和钢中FeO含量、及高温退火在900°C以前采用分压比在0.003以上的含Ar、He气氛的方法来获得具有良好底层的产品。
[0008]大多日本专利虽从高温退火这一关键环节，通过控制气氛的分压比等手段来解决包括点状露金缺陷在内的底层不良问题，但均采用了氮氢气氛，且控制一定的分压比，个别专利文献也结合脱碳退火时钢板的FeO含量和高温退火分压比来获得良好的底层，但脱碳退火时钢板表面的氧化物有多种，如Si02、Mn0、Fe0、Cr203等等，单独控制FeO是不充分的，而且脱碳退火中形成的FeO含量很少，精确控制较困难。另外，高温退火时，由于钢板是卷成卷进行退火的，钢板的层与层之间涂有MgO退火隔离剂，MgO隔离剂在涂布前已有部分水解成Mg(0H)2，因此，高温退火升温阶段，退火隔离剂之中将有水分释出，这一方面对气氛的分压比产生较大的影响，另一方面，由于升温过程中钢板层与层之间的水汽释出，使层间的气氛压力大于炉内气氛的压力，从而阻碍了炉内气氛进入钢板的层间，因此，仅通过升温过程炉内气氛的调整来改善底层，其效果并不稳定，还应考虑MgO的因素，即以MgO为主要成分的退火隔离剂的含水率。根据以上原因，采用这些方法往往难以获得良好的效果。
[0009]本 申请人:经过大量的试验研究后，对取向硅钢产生点状露金缺陷的原因叙述如下:
一般含3%Si左右、同时含一定量的Mn、Cr等兀素的娃钢板,在一定的气氛条件下进行脱碳退火时，在钢板表面附近形成氧化层。氧化层从外到里，一般由两层结构组成，分别是含Fe、Mn、Cr的(Fe，Mn) 2Si04或Fe (Fe，Cr) 204氧化物的内氧化层、和含Si02氧化物的内氧化层，前者位于外层。随着钢板中碳量的降低内氧化层增厚，当碳低到某一值时(IOppm以下甚至更低)，继续在湿式氮氢气氛中退火，随着Si02层的不断增厚，将在钢板最表面出现纯铁层。纯铁层随着含Si02内氧化层厚度增加而增加。研究发现，最终成品产生点状露金缺陷与这一层纯铁层有关，纯铁层越厚，点状露金缺陷发生越严重，甚至难以形成硅酸镁底层。
[0010]取向硅钢在进行(中间)脱碳退火时如工艺控制不当，造成内氧化层较厚时均可能产生点状露金缺陷。因此，必须合理地控制(中间)脱碳退火时钢板内层氧化程度，防止纯铁层的产生，这样就可以在一定程度上减少成品点状露金缺陷的产生。然而，钢板完成脱碳退火后，还需进行高温退火来完成二次再结晶，以获得优良的成品磁性。在高温退火时，钢板在底层形成之前的升温阶段，钢板如仍处于适合形成内氧化的湿式氮氢气氛中，则还将使内氧化层进一步增厚、导致表面纯铁层产生并增厚，同样会引起成品产生点状露金。我们将钢板在高温退火的升温阶段发生的内氧化称之为附加内氧化。因此，高温退火中产生的附加内氧化也是成品点状露金缺陷产生的主要原因之一。
[0011]取向硅钢硅酸镁底层的形成是在高温退火阶段，温度约为85(Tl00(rC范围，硅酸镁底层形成前钢板氧化层质量的优劣决定了最终底层的形成质量，两次冷轧法中的中间完全脱碳退火、回复退火及采用渗氮处理一次冷轧法中的脱碳退火、渗氮处理工艺、退火隔离剂的含水率，以及硅酸镁底层形成之前的高温退火过程均会对底层质量的优劣产生影响。
【发明内容】
[0012]本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证取向硅钢板性能的前提下，减少或消除底层点状露金缺陷，从而获得底层质量优良的取向硅钢生产方法。
[0013]实现上述目的的措施
一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其步骤:
1)对取向硅钢连铸坯进行加热，加热温度控制在108(Tl32(TC；
2)将加热后的取向硅钢连铸坯按常规工艺进行热轧后制成热轧板，然后酸洗或常化酸
洗；
3)采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法或含中间完全脱碳退火的两次冷轧法将钢板冷轧至成品厚度；当采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法时，冷轧至成品厚度后进行脱碳及渗氮处理，并将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围；当采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，第一次冷轧至中间厚度后进行中间完全脱碳退火，将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围，第二次冷轧至成品厚度后在50(T600°C条件下进行回复退火；
4)按常规方式涂布以氧化镁为主要成分的退火隔离剂，并控制隔离剂中的水分重量百分比含量在2~4%的范围；
5)钢带卷取后进行高温退火，在高温退火的第一次升温阶段，在温度达到800°C之前，采用纯氮气氛或以任意比例混合的氮氩气氛进行氧化退火处理，高温退火的其余阶段按常规进行；
6)钢卷完成高温退火后，按常规进行拉伸平整退火并涂布绝缘涂层。
[0014]其特征在于:采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法进行脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段进行氧化退火处理:处理温度为50(T88(TC，气氛采用露点为(T10°C的湿式氮或以任意比例混合的氮氩混合气体，或采用分压比高于0.9的湿式氮氢或氮氩氢混合气体，处理时间不超过60秒。
[0015]其特征在于:采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法时，当在脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段进行氧化退火处理，高温退火采用常规退火处理。
[0016]其特征在于:在采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，在中间完全脱碳退火或在中间完全脱碳退火的冷却阶段进行氧化退火处理:处理温度为50(T88(TC，气氛采用露点为(T10°C的湿式氮或以任意比例混合的氮氩混 合气体，或采用分压比高于0.9的湿式氮氢或氮氩氢混合气体，处理时间不超过60秒。
[0017]其特征在于:在回复退火过程中，回复退火的气氛分两段设置，其中一段采用露点为1(T20°C的湿式氮或氮氩混合气氛进行氧化退火处理，处理温度为回复退火温度。
[0018]其特征在于:采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，能在中间退火后、中间退火的冷却阶段、中间完全脱碳退火中及高温退火第一次升温阶段的其中之一进行氧化退火处理。
[0019]本发明中主要工序的作用
本发明通过对点状露金缺陷形成机理的分析，结合铁一硅合金表面氧化的特点，运用内氧化和外氧化物的形成条件，提出了适度利用外氧化来抑制内氧化的进一步加深这一方案，从而达到减少或消除取向硅钢产品点状露金缺陷的目的。本发明中主要工序的作用在于:在取向硅钢生产过程中的中间完全脱碳退火、或脱碳渗氮退火等阶段，通过控制脱碳退火后钢板的氧含量，并在此基础上，对完成中间完全脱碳退火或脱碳渗氮退火后的高温退火阶段或/和的钢板实施旨在使钢板形成外氧化层为目的的氧化退火处理环节，从而达到在钢板表面形成外氧化来抑制钢中内氧化层进一步发展的效果。在高温退火阶段，本方案的钢板外氧化退火是这样实施的:在硅酸镁底层形成之前的高温退火升温阶段，利用退火隔离剂中的水分以及所通入的纯氮(氩)气氛形成高氧化性气氛，使钢板表面形成外氧化来抑制内氧化的进一步发展，从而达到减少甚至消除取向硅钢点状露金缺陷的目的。通过上述技术措施，可使取向硅钢产品中出现点状露金缺陷的比例降低至1%以下。
[0020]与现有技术相比，本发明通过控制脱碳退火后钢板的氧含量及隔离剂中的水分含量，并在高温退火阶段进行氧化退火处理或/和在脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段、或/和在中间完全脱碳退火后或在中间完全脱碳退火的冷却阶段，及或/和在回复退火过程中进行氧化退火处理，以利用形成外氧化层来限制内氧化的进一步发展，从而达到减少或消除取向硅钢产品点状露金缺陷、提高成品底层质量的目的。
【专利附图】
【附图说明】[0021]图1为本发明实施的取向硅钢板的底层质量情况图；
图2为本发明前的取向硅钢板的底层质量情况图。
【具体实施方式】
[0022]下面以实施例的形式对本发明予以描述:
以下各实施例均按照以下工艺进行，其步骤:
1)对取向硅钢连铸坯进行加热，加热温度控制在108(Tl32(TC；
2)将加热后的取向硅钢连铸坯按常规工艺进行热轧后制成热轧板，然后酸洗或常化酸
洗；
3)采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法或含中间完全脱碳退火的两次冷轧法将钢板冷轧至成品厚度；当采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法时，冷轧至成品厚度后进行脱碳及渗氮处理，并将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围；当采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，第一次冷轧至中间厚度后进行中间完全脱碳退火，将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围，第二次冷轧至成品厚度后在50(T600°C条件下进行回复退火；
4)按常规方式涂布以氧化镁为主要成分的退火隔离剂，并控制隔离剂中的水分重量百分比含量在2~4%的范围；
5)钢带卷取后进行高温退火，在高温退火的第一次升温阶段，在温度达到800°C之前，采用纯氮气氛或以任意比例混合的氮氩气氛进行氧化退火处理，高温退火的其余阶段按常规进行； 6)钢卷完成高温退火后，按常规进行拉伸平整退火并涂布绝缘涂层。
[0023]表1为采用含脱碳渗氮退火一次冷轧法生产取向硅钢的实施例1和对比例结果； 表2为采用含脱碳渗氮退火一次冷轧法生产取向硅钢的实施例2和对比例结果；
表3为本实施例在中间完全脱碳退火后或其冷却阶段进行氧化退火处理的工艺；
表4为采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时在回复退火过程中实施氧化退火处理的方案；
表5为采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法生产取向硅钢的实施例3和对比例结
果O
[0024]实施例1
化学成分及重量百分比为:3.15% Si; 0.040% C ； 0.22%Mn ；0.021%S ；0.021% Als ；
0.0090% N ；0.052% Cu ；0.046%Sn ；0.04%Cr ； 0.010%P ；0.002%Ti ;其余为 Fe 及不可避免的杂质的连铸坯在1180°C温度加热后，热轧成厚度为2.3mm的热轧卷。
[0025]热轧卷常化退火后一次冷轧至0.30mm、0.27mm厚度尺寸，经连续脱碳退火和渗氮退火、涂布以氧化镁为主要成分的退火隔离剂，然后进行带有氧化退火处理工艺的高温退火，其余工艺按常规进行。其实施结果如表1所示。
[0026]表1本实施例及对比例均采用的脱碳渗氮退火一次冷轧法结果列表
【权利要求】
1.一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其步骤: 1)对取向硅钢连铸坯进行加热，加热温度控制在108(Tl32(TC； 2)将加热后的取向硅钢连铸坯按常规工艺进行热轧后制成热轧板，然后酸洗或常化酸洗； 3)采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法或含中间完全脱碳退火的两次冷轧法将钢板冷轧至成品厚度；当采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法时，冷轧至成品厚度后进行脱碳及渗氮处理，并将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围；当采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，第一次冷轧至中间厚度后进行中间完全脱碳退火，将钢中的碳含量控制在30ppm以下、氧含量在40(T750 ppm范围，第二次冷轧至成品厚度后在50(T600°C条件下进行回复退火； 4)按常规方式涂布以氧化镁为主要成分的退火隔离剂，并控制隔离剂中的水分重量百分比含量在2~4%的范围； 5)钢带卷取后进行高温退火，在高温退火的第一次升温阶段，在温度达到800°C之前，采用纯氮气氛或以任意比例混合的氮氩气氛进行氧化退火处理，高温退火的其余阶段按常规进行； 6)钢卷完成高温退火后，按常规进行拉伸平整退火并涂布绝缘涂层。
2.如权利要求1所述的一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其特征在于:采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法进行脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段进行氧化退火处理:处理温度为50(T88(TC，气氛采用露点为(TlO°C的湿式氮或以任意比例混合的氮氩混合气体，或采用分压比高于0.9的湿式氮氢或氮氩氢混合气体，处理时间不超过60秒。
3.如权利要求1或2所述的一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其特征在于:采用含脱碳渗氮退火的一次冷轧法时，当在脱碳渗氮处理后或在脱碳渗氮处理中的冷却阶段进行氧化退火处理，高温退火采用常规退火处理。
4.如权利要求1所述的一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其特征在于:在采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，在中间完全脱碳退火后或在中间完全脱碳退火的冷却阶段进行氧化退火处理:处理温度为50(T88(TC，气氛采用露点为(T10°C的湿式氮或以任意比例混合的氮氩混合气体，或采用分压比高于0.9的湿式氮氢或氮氩氢混合气体，处理时间不超过60秒。
5.如权利要求1所述的一种底层质量优良的取向硅钢的生产方法，其特征在于:在回复退火过程中，回复退火的气氛分两段设置，其中一段采用露点为1(T20°C的湿式氮或氮氩混合气氛进行氧化退火处理，处理温度为回复退火温度。
6.如权利要求1或4或5所述的一种底层质量优良的取向娃钢的生产方法,其特征在于:采用含中间完全脱碳退火的两次冷轧法时，能在中间完全脱碳退火后、中间完全脱碳退火的冷却阶段、回复退火中及高温退火第一次升温阶段的其中之一进行氧化退火处理。
【文档编号】C21D8/12GK103695620SQ201310686022
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】毛炯辉, 王若平, 许光, 郭小龙, 钟光明, 徐慧英 申请人:武汉钢铁(集团)公司