一种板面周向高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法与流程

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种板面周向高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法。

背景技术：

无取向硅钢是一种重要的软磁材料，由于其具有较低的铁芯损耗和较高的磁感应强度而被广泛用于各种电机。近年来，随着社会节能减排和资源环保意识的不断提高，高牌号无取向硅钢的性能和产量并不能完全满足机电行业的需求，这也成为制约机电产品小型化、高精度化和高效率化发展的一个关键因素,其主要原因是常规流程高牌号无取向硅钢技术潜力挖掘殆尽，铁损降低的同时不能提高磁感，尤其是无法提高周向磁感和磁均匀性。这引起电机转动力矩降低，反常损耗提高。所以周向高磁感、低铁损的硅钢符合下一代高效率电机对铁芯材料的要求。

目前，无取向硅钢的生产主要是采用铸造、热连轧、冷轧和退火等工序，由于压下量较大，最终成品板中存在较强的{111}织构，产品磁性能较差。为了提高产品磁性能，制备高牌号无取向硅钢，中国专利(公开号cn102634729a)公开了一种低铁损高磁感高牌号无取向硅钢的制备方法，该方法提出铸坯经常化处理后进行两阶段冷轧，随后0.35mm冷轧板经成品退火，得到性能优异的高牌号无取向硅钢，该工艺较为复杂，生产成本提高。为了降低无取向硅钢生产成本和提高最终产品磁性能，迫切需要一种新的技术途径制备高磁感低铁损无取向硅钢。近年来，已有相关的技术报道提出利用先进短流程薄带连铸技术制备无取向硅钢。中国专利(公告号cn102041367b)公开了一种薄带连铸制备无取向硅钢的制备方法，该专利通过控制过热度提高铸带中等轴晶比例，最终产品磁感值为1.70～1.79t，且并未说明产品磁各向异性问题。美国专利us5482107公开了一种薄带连铸生产硅钢的方法，该专利提出通过降低变形程度来利用铸态组织中{100}有利织构的遗传作用，从而获得强{100}织构的成品电工钢，但是该方法铸带厚度和成品厚度均受限。

综合来看，利用常规流程制备高磁感无取向硅钢，由于其流程的技术特点，最终产品性能无法符合要求。而利用低成本的薄带连铸制备高牌号无取向硅钢也尚有不足。

技术实现要素：

针对现有高磁感低铁损无取向硅钢在制备方法上存在的上述问题，本发明提供一种板面周向高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法，基于对双辊薄带连铸制备硅钢亚快速凝固过程中组织-织构系统认识，充分利用铸态组织中{100}面织构的优势，通过对铸带进行热处理，获得晶粒尺寸粗大的强{100}织构的初始组织。经冷轧退火后获得高磁感低铁损无取向硅钢。

本发明的技术方案是：

一种板面周向高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：c0.002～0.005％，si1.2～3.0％，mn0.2～0.3％，al≤0.005％，p0.008～0.03％，s0.002～0.005％，n≤0.002％，o≤0.002％，nb≤0.002％，v≤0.002％，ti≤0.002％，余量为fe及不可避免杂质；

(2)薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1200～1250℃，控制过热度为30～60℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速40～60m/min，控制熔池液位高度100～180mm，控制铸带厚度1.5～2.5mm；

(3)铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧温度950～1000℃，终轧温度900～950℃，压下量2～5％，热轧后卷取；

(4)将热卷带酸洗后涂al2o3隔离剂后进行重新卷取，al2o3隔离剂颗粒度为10～20μm；

(5)热卷进罩式炉进行热处理，在露点小于-30℃纯h2流通的条件下，先以50～150℃/h的速度升温至900～1050℃，保温2～30h进行退火；

(6)将热卷清理掉隔离剂后，进行单阶段多道次冷轧，总压下量为60～80％，获得冷轧带卷；

(7)将冷轧带在850～950℃进行再结晶退火，时间为120～180s，再结晶退火时冷轧带是在保护气氛条件下进行，控制气氛的露点在-30℃以下，然后涂覆绝缘层并烘干，获得高性能无取向硅钢成品。

所述的无取向硅钢最终厚度为0.35mm、0.50mm和0.65mm三种规格之一。

所述的无取向硅钢铸带经过热处理后获得具有直径3～15mm，晶粒中{100}<0vw>取向面积分数比例高于60％。

所述步骤(7)的无取向硅钢冷轧退火板的{100}<0vw>取向织构面积分数超过40％。

所述的无取向硅钢成品的磁性能为：p15/50为1.2～3.5w/kg，板面周向磁感b50为1.74～1.86t。

所述的步骤(6)中，单阶段多道次冷轧的每道次压下量为5％～20％。

所述的步骤(7)中，保护气氛为纯氢气或者氢气氮气混合气氛，其中氢气体积比例不低于30％。

本发明通过利用薄带连铸无取向硅钢铸带中{100}织构的优势作用，在铸带在热处理过程中进一步提高{100}面织构分数，获得组织粗大的强{100}织构初始组织，在后续冷轧-退火过程中实现织构遗传，实现高磁感低铁损无取向硅钢的低成本制备，其技术原理如下：

钢水经中间包流入结晶辊内，薄带连铸亚快速凝固过程中，结晶最快方向与温度梯度最大方向平行，得到的铸带凝固组织为强度较高的{100}织构。铸带经热平整后进行长时间热处理，在露点小于-30℃纯h2流通的条件下，表面能与晶粒尺寸优势的共同作用下，{100}<0vw>取向晶粒异常长大，{100}织构进一步增强。根据铸带初始厚度匹配相应的冷轧压下量，在后续冷轧-退火过程中，利用异常长大铸带的强{100}织构的遗传作用，得到{100}<0vw>织构面积分数超过40％的成品板，成品厚度为0.35mm，0.50mm和0.65mm三种规格。{100}<0vw>是一种理想的无取向硅钢织构类型，这是由于它是各向同性且不存在难磁化方向[111]，因此成品板性能得到明显改善，板面任意方向b50为1.74～1.86t，p15/50为1.2～3.5w/kg。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

1、本发明结合薄带连铸亚快速凝固的织构特点，将铸带在纯h2条件下长时间热处理，获得具有直径3～15mm和发达{100}<0vw>取向的晶粒状态的初始组织。在现场工艺能够满足的条件下，进一步增强{100}织构强度，为其织构遗传作用提供基础。

2、本发明基于初始组织的强{100}织构类型，利用其在冷轧-退火过程中的遗传作用，获得{100}<0vw>织构面积分数超过40％的成品板，成品退火板明显提高各向同性，在板面任意方向b50为1.74～1.86t，p15/50为1.2～3.5w/kg，满足高牌号高磁感低铁损无取向硅钢的性能要求。

3、本发明结合铸带厚度匹配对应的冷轧压下量，能够实现最终厚度为0.35mm、0.50mm和0.65mm三种规格的高牌号无取向硅钢的制备，突破了利用织构遗传作用对于成品厚度的限制，实现薄规格高牌号无取向硅钢的制备。

4、本发明基于薄带连铸流程，工艺流程短、制造方法简单、节能降耗明显，成品磁性能优异。

附图说明

图1为本发明的高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法流程示意图；

图2为本发明实施例2中的铸带卷热处理后低倍组织。

具体实施方式

在具体实施过程中，采用的薄带连铸机为专利(公开号cn103551532a)公开的薄带连铸机。如图1所示，板面周向高磁感低铁损无取向硅钢的制备方法流程如下：按设定成分冶炼钢水，进入薄带连铸机完成薄带连铸过程，出铸机后的铸带进行一道次热轧，热轧带经酸洗后涂隔离剂进行热处理，随后清理隔离剂进行冷轧，得到目标厚度薄带后进行再结晶退火，退火板表面涂绝缘涂层并烘干，得到无取向硅钢成品。

下面，通过实施例对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：c0.0035％，si1.2％，mn0.2％，al0.003％，p0.008％，s0.002％，n0.0015％，o0.0012％，nb0.0010％，v0.0010％，ti0.0010％，余量为fe；

薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1230℃，控制过热度为60℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速45m/min，控制熔池液位高度180mm，控制铸带厚度2.5mm；

铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧温度960℃，终轧温度910℃，压下量3％，热轧后卷取；

将热卷带酸洗后涂al2o3隔离剂后进行重新卷取，al2o3隔离剂颗粒度为15μm；

热卷进罩式炉进行热处理，在露点小于-30℃纯h2流通的条件下，先以70℃/h的速度升温至950℃，保温20h进行退火；无取向硅钢铸带经过热处理后获得具有直径3～15mm，晶粒中{100}<0vw>取向面积分数比例80％。

将热卷清理掉隔离剂后，进行单阶段多道次冷轧，总压下量为70％，每道次压下量为15～20％，获得0.65mm厚度冷轧带卷；

将冷轧带在850℃进行再结晶退火，时间为180s，再结晶退火时冷轧带是在氮气氢气混合气氛(氢气体积比例40％)条件下进行，控制混合气氛的露点在-30℃以下，然后涂覆绝缘层并烘干，获得高性能无取向硅钢成品。无取向硅钢冷轧退火板的{100}<0vw>取向织构面积分数65％，成品磁性能在板面三个方向b50分别轧向1.83t，横向1.83t，45°轧向为1.80t，综合铁损p15/50为3.5w/kg。

实施例2

本实施例中，按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：c0.003％，si1.6％，mn0.25％，al0.0028％，p0.01％，s0.004％，n0.0008％，o0.0007％，nb0.0009％，v0.0006％，ti0.0006％，余量为fe；

薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1250℃，控制过热度为50℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速50m/min，控制熔池液位高度150mm，控制铸带厚度2.0mm；

铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧温度980℃，终轧温度900℃，压下量2％，热轧后卷取；

将热卷带酸洗后涂al2o3隔离剂后进行重新卷取，al2o3隔离剂颗粒度为12μm；

热卷进罩式炉进行热处理，在露点小于-30℃纯h2流通的条件下，先以100℃/h的速度升温至985℃，保温15h进行退火；无取向硅钢铸带经过热处理后获得具有直径3～10mm，晶粒中{100}<0vw>取向面积分数比例70％。

将热卷清理掉隔离剂后，进行单阶段多道次冷轧，总压下量为75％，每道次压下量为15％，获得0.5mm厚度冷轧带卷；

将冷轧带在950℃进行再结晶退火，时间为150s，再结晶退火时冷轧带是在氮气氢气混合气氛(氢气体积比例45％)条件下进行，控制混合气氛的露点在-30℃以下，然后涂覆绝缘层并烘干，获得高性能无取向硅钢成品。无取向硅钢冷轧退火板的{100}<0vw>取向织构面积分数60％，成品磁性能在板面三个方向b50分别轧向1.83t，横向1.84t，45°轧向为1.81t，综合铁损p15/50为3.0w/kg。

如图2所示，从铸带卷热处理后低倍组织可以看出，铸带经热处理后形成了较大晶粒尺寸的组织，直径范围为3～10mm。

实施例3

本实施例中，按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为：c0.005％，si3.0％，mn0.3％，al0.0036％，p0.03％，s0.005％，n0.0010％，o0.0015％，nb0.0011％，v0.0014％，ti0.0018％，余量为fe；

薄带连铸过程：将钢水通过浇口进入中间包，中间包预热温度1210℃，控制过热度为30℃，钢水通过中间包进入薄带连铸机后形成铸带，控制铸速60m/min，控制熔池液位高度100mm，控制铸带厚度1.5mm；

铸带出辊后在惰性气氛条件下自然冷却至热轧机，热轧温度1000℃，终轧温度950℃，压下量5％，热轧后卷取；

将热卷带酸洗后涂al2o3隔离剂后进行重新卷取，al2o3隔离剂颗粒度为18μm；

热卷进罩式炉进行热处理，在露点小于-30℃纯h2流通的条件下，先以150℃/h的速度升温至1050℃，保温5h进行退火；无取向硅钢铸带经过热处理后获得具有直径3～15mm，晶粒中{100}<0vw>取向面积分数比例65％。

将热卷清理掉隔离剂后，进行单阶段多道次冷轧，总压下量为75％，每道次压下量为10～15％，获得0.35mm厚度冷轧带卷；

将冷轧带在950℃进行再结晶退火，时间为120s，再结晶退火时冷轧带是在氮气氢气混合气氛(氢气体积比例35％)条件下进行，控制混合气氛的露点在-30℃以下，然后涂覆绝缘层并烘干，获得高性能无取向硅钢成品。无取向硅钢冷轧退火板的{100}<0vw>取向织构面积分数50％，成品磁性能在板面三个方向b50分别轧向1.76t，横向1.76t，45°轧向为1.74t，综合铁损p15/50为1.2w/kg。

实施例结果表明，本发明通过铸带热处理，增强初始组织中{100}织构强度，根据铸带厚度匹配冷轧压下量，利用织构遗传作用，获得强{100}的成品织构。高牌号无取向硅钢板面任意方向b50为1.74～1.86t，p15/50为1.2～3.5w/kg。