专利名称:改善热轧硅钢片性能的制造方法
本发明属于一种电工钢的制造方法，旨在于通过控制热轧后钢片的冷却工艺来制造具有低铁损、高性能的热轧硅钢片。
以往生产电机用热轧硅钢片都采用电炉、转炉等通常的熔炼炉进行，硅0.8～4.8%、锰0.2～0.3%、余铁等主要原料和一些不可避免的杂质经熔化精熔后，浇注成钢锭，加热到950℃以上，再经热轧开坯，进行热叠轧、制成0.5mm厚的热轧硅钢片。热轧后的冷却采用堆垛自然冷却，平均冷却速度一般为1℃/分钟，经最终退火后就可以作出成品钢片出厂。为了改善热轧硅钢片的性能，降低铁损，历来多靠提高钢中的硅含量和提高最终退火温度。文献《冶金部部颁电工用热轧硅钢薄板标准YB73-70》和《太原钢铁公司工艺质量手册-硅钢、纯钢》中，热轧(0.5mm厚)硅钢片中硅含量从0.8～1.80%上升到3.81～4.80%，铁损P10/50(P10/50表示频率为50Hz。磁感为10000高斯时的铁损值)由5.2瓦/公斤下降到1.60瓦/公斤，P15/50由7.40瓦/公斤下降到3.60瓦/公斤，最终退火温度由750℃上升到850℃，但是提高含硅量虽能明显地降低成品钢片的铁损，同时却降低磁感应强度。含硅量超过3%时，成品的机械性能降低，钢片显著变脆，故电机硅钢片的含硅量一般都控制在3%以下。提高退火温度也能使铁损有所降低，但将伴生板形畸变，粘结等，难于生产板形平整、表面质量优良的优质热轧电机硅钢。此外，提高含硅量和退火温度还将增加成本。
为了达到上述目的，本发明是这样实现的采用通常电炉、转炉等熔炼炉冶炼主要成分为硅2.0～2.8%、锰0.2～0.3%，铁以及不可避免的杂质，制成硅钢锭，开坯、热轧成0.5mm厚的硅钢片，使终轧后的硅钢片在进入冷却介质前具有一定的温度，进入冷却介质后具有很高的冷却速度并控制硅钢片冷却后到最终退火前的停放时间。
众所周知，成品钢板中碳的含量越低，晶粒尺寸越大，热轧硅钢片的铁损就越低。本发明就是通过上述控制终轧后硅钢片的冷却工艺来降低钢片中碳含量和使晶粒长大，达到降低铁损的目的。本发明规定终轧后的硅钢片进入冷却介质前的温度范围，旨在保证终轧后的硅钢片进入冷却介质前的温度不低于碳化物大量析出并聚集长大的温度区间，然后钢板以很高的冷却造度(＞1000℃/分)在冷却介质中冷却下来，这样，钢中所含的碳绝大部分将处于过饱和固溶状态，只有小部分析出，所析出的碳化物极微细，均匀而弥散地分布于基体中。处于过饱和固溶状态或弥散析出的碳在随后的终退火过程中，极易向钢片表面扩散，促进脱碳反应的进行。因此成品热轧硅钢片的残碳量锐减，铁损因之大幅度下降。处于过饱和状态的碳极不稳定，即使在室温下，若长时间搁置则将发生碳的析出和聚集长大，这对随后的脱碳反应不利，为限制处于过饱和固溶态的碳的过量析出和严重的聚集长大，必须严格控制钢板热轧冷却后到进行最终退火前的搁置时间，使不超过规定的时间期限，确保钢中的碳绝大部分处于有利于脱碳反应的状态。
此外，热轧硅钢片的损耗分析表明，磁滞损耗占总损耗的70%，影响钢片磁滞损耗的因素除材质的纯度外，钢板的晶粒大小也是一个重要的因素。终轧后在冷却介质中急冷处理的钢板，保存形变组织，没有任何回复和再结晶的迹象。与轧后堆垛自然冷却的钢板相比，存在着大量的微观缺陷和严重的晶格畸变，因此具有较高的应变储能，再结晶的驱动力增强，退火后晶粒增大，磁滞损耗显著降低。
本发明实现的必要条件是使终轧后硅钢片进入冷却介质前的温度为750～660℃。高温金相实验证明终轧后的钢板随着温度的降低，特别是低于760℃后，碳在基体中的固溶度骤降，以碳化物形式析出，析出开始于752℃，随着温度继续下降，碳化物析出量增加，并在某一温度时达到最大的析出量。实践操作表明只要钢板进入冷却介质前的温度在750～660℃之间，钢中的碳化物大多处于过饱和固溶状态，部分以碳化物形式析出的都呈较理想的弥散微细状态，因此钢板进入冷却介质时的温度不能低于750～660℃。
本发明实现的另一必要条件是将进入冷却介质后硅钢片的冷却速度最好控制在1500～2500℃/分钟，例如在水中淬火处理。实验发现，终轧后冷却时钢中碳所处的状态与冷却速度密切相关，若以每分钟几度到几十度的速率缓慢冷却，钢中的碳将以碳化物形式析出，并聚结成块状;若以每分钟上百度的速率冷却，则析出的碳化物弥散地分布于基体中;若以每分钟上千度的速率急冷，例如在水中冷却，则钢中的碳绝大多数处于过饱和固溶状态。虽然急冷对碳化物析出的开始温度并没有明显的影响，但却使析出的峰值温度和终了温度移向低温一侧。在大生产条件下，热轧后垛冷时碳化物的析出温区在750～710℃之间;水淬冷却时，碳化物的析出温区为750～640℃。因此，保证了水淬急冷时钢中碳多处于过饱和固溶状态或部分呈弥散析出。而碳在钢中的形态及其分布对退火过程中脱碳反应有直接的影响，若最终处理前钢片中的碳处于过饱和固溶态或呈微细弥散的碳化物存在，则最终处理后其残碳量将大大低于碳化物呈块状聚集分布的情况。作为实例表1中列出经水淬或垛冷处理的同一炉料在同一条件下进行脱碳的结果，急冷处理的试样经脱碳后碳含量可降低一个数量级以上，而垛冷处理的热轧板经脱碳后，其残碳量远高于急冷处理的。硅钢中碳含量若脱到0.005%以下，则铁损显著降低，否则铁损将因残碳的存在而显著增高。
如前所述的理由，当冷却速度每分钟达到千度以上时，如水淬冷却后，成品钢板的平均晶粒直径也增大(表1)，有利于磁滞损耗的降低。
表1急冷与垛冷处理试样脱碳、成品晶粒平均直径对比脱碳前碳含量 脱碳后碳含量 成品晶粒平均直径试样处理 (重量%) (重量%) (微米)水淬 0.052 0.003±0.001 71垛冷 0.055 0.013±0.004 55为了保证本发明的根本实现，尚应该控制硅钢片冷却后最终退火前的停放时间最长不得大于一周。这是最后一道保证本发明效果完全充分实现的工艺环节，因为前两个工艺环节已经达到了最终退火前钢中的处于过饱和固溶态或部分微细地析出并弥散分布于基体中，最后一道工序的目的就是保证处于过饱和固溶态或呈弥散分布的碳化物不要再聚集长大。实验发现，如果钢板冷却后最终退火前在室温下停放时间过长，大于一周，则钢中处于过饱和固溶态的碳将大量析出并严重聚集长大成块状，使脱碳反应进行困难。表2对比了经水淬急冷处理后的试样退火前搁置时间分别在3天之内、两周、一个月以上情况下铁损值的变化。实验表明，搁置两周的试样，其铁损值比搁置时间在3天以内的增高约2%，搁置一个月以上的，其增值可达5%以上。
表2水淬试样退火前搁置时间对性能的影响
金相观察表明，搁置时间在一周以内的试样，没有可觉察的碳化物的析出，性能也没有明显的变化。所以规定钢板冷却后到退火前的停放时间为不得大于一周。
综上所述，由于本发明通过控制终轧后钢板的冷却工艺，最终退火前钢板中的碳处于过饱和固溶态或呈弥散分布，最终退火后钢板中的碳一般下降到0.005%以下，并且晶粒尺寸长大使得钢板的铁损有较大幅度的下降，将轧后急冷工艺生产的热轧硅钢片，与垛冷处理的产品对比，在同一炉同一部位退火后的实测数据表明，成品单位重量的铁芯损耗P10/50和P15/50分别平均降低了0.2W/Kg和0.4W/Kg以上(见表3)，达到了不提高硅含量和最终退火温度就能降低钢板铁损，提高热轧硅钢板牌号的目的。
表3 同炉号、同样退火工艺、同部位的磁性比较表
权利要求
1.应用通常电炉、转炉等熔炼炉冶炼主要成分为硅2.0～2.3%、锰0.2～0.3%、余铁和不可避免的杂质，制成硅钢锭，开坯、热轧成0.5mm厚的硅钢片、终轧后冷却和最终退火的热轧硅钢片的制造方法，其特征在于终轧后的硅钢片进入冷却介质前具有一定的温度，进入冷却介质后具有很高的冷却速度和控制硅钢片冷却后最终退火前的停放时间。
2.根据权利要求
1所述的热轧硅钢片的制造方法，其特征在于终轧后硅钢片进入冷却介质前的温度为750～660℃。
3.根据权利要求
1所述的热轧硅钢片的制造方法，其特征在于进入冷却介质后硅钢片的冷却速度为1500～2500℃/分钟，例如在水中急速冷却。
4.根据权利要求
1所述的热轧硅钢片的制造方法，其特征在于控制硅钢片热轧冷却后到最终退火前的停放时间最长不得大于一周。
专利摘要
本发明公开了一种热轧硅钢片轧后冷却处理新工艺，将轧后的钢片在冷却到750℃～660℃以前投入水或其它冷却介质中进行急冷，以改变钢中碳的形态和分布，退火过程中的脱碳率显著提高，碳含量降低达一个数量级以上，产品性能大为改善，尤其是铁损值大幅度地降低。
文档编号C21D9/48GK86103669SQ86103669
公开日1987年5月6日 申请日期1986年6月4日
发明者罗阳, 马黛, 刘起, 马崇光, 彭细力, 丁其生 申请人:冶金工业部钢铁研究总院, 上海矽钢片厂导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan