專利名稱：一種低溫加熱工藝優化的高磁感取向電工鋼板及生產方法
技術領域：
本發明涉及冶金技術領域，特別是涉及到取向硅鋼的生產技術領域。
背景技術：
在生產取向電工鋼板的過程中，最終產品退火工序中產生二次再結晶，保持 {110}<001>高斯織構發達，為得以良好磁性，易磁化軸〈001〉必須與軋向保持高度一致。高磁感取向電工鋼板生產技術中有代表性的例如特公昭40-15644、特公昭51-13469記載的方法，作為抑制劑，前者用MnS及A1N，后者用MnS、MnSe、Sb等，因而直到目前的技術中起抑制劑功能的析出物，適當控制其形態、大小及彌散狀態不可少。就MnS而言，為使其固溶，熱軋前板坯需加熱到1400°C。這一溫度比普鋼的板坯加熱溫度高出200°C以上。這么高的板坯加熱溫度存在以下不利方面
O需要取向電工鋼專用的高溫板坯加熱爐。2)加熱爐的單位能耗高。3)熔融氧化鐵皮量增大，對操作方面的不良影響很大。為避免這些問題，采用普鋼板還低溫加熱，但此時作為抑制劑有效的MnS量減少， 必然造成二次再結晶不穩定。這樣實現低溫板坯加熱，就需加入MnS以外的析出物等來強化抑制劑，以充分抑制成品退火時的正常晶粒長大。低溫板坯加熱的方法歷來是以降低生產成本為目的，但存在的問題是較難獲得優良和穩定的磁性，難以進行大規模的工業化生產。Sn通過在晶界發生偏聚起到了重要的抑制初次晶粒正常長大的作用，從而彌補了由于硅含量的提高造成的抑制劑強度下降之不足。在高磁感取向硅鋼中加入微量Cu導致形成的硫化物質點為(Mn，Cu) S和(Cu，Mn) "S，而非傳統的MnS。后者較前者更加細小。隨著硫化物質點尺寸的減小，質點中Cu的含量不斷提高。因此，加Cu相當于增加了原高磁感取向硅鋼中的Mn含量，并且降低了硫化物質點的析出溫度。以往人們一直認為銅元素小于O. 7 %的銅溶于α -Fe中，會促使碳石墨化，對磁性無大影響；娃鋼含O. 5 %Cu時,防銹能力可提高15倍,故娃鋼中有時故意加入銅。娃鋼中含銅大于O. 7 %時，在熱軋過程中會形成大量(Ci^Mn)h8S和(Mn，Cu) S質點，使硅鋼矯頑力和磁滯損失增加并使鋼變脆。一般硅鋼銅含量控制為O. 15 % O. 3 %。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種生產低溫加熱、適合于規模工業化生產、 含銅量高的高磁感取向電工鋼坯。本發明的另一個發明的目的就是提供一種低溫加熱的含銅量高、高磁感取向電工硅鋼及生產方法。本發明是這樣實現的一種用于生產取向電工鋼的板坯，按重量％計含有C: O. 025 O. 050,Si 2. 75 3. 35,Als 0. 010 O. 030,N :彡 O. OlUS 0. 006 O. 012,Mn O. 15 O. 3、Sn 0. 001 O. 060、CrO. 008 O. 030、Cu 0. 35 O. 65，P :< O. 008 其余為Fe及不可避免的雜質組成；
上述的銅和Sn優選為Cu :0. 50 O. 65，Sn :0. 008 O. 06 ;
優選方案為 C 0. 028 O. 045、Si 2. 90 3. 28、Als 0. 0170 O. 0210,N 0. 0080 O. 0095、S 0. 005 O. 009、Mn 0. 18 O. 25、Sn 0. 030 O. 050、CrO. 008 O. 025、Cu O. 50 O. 65、P :彡 O. 006。另一優選方案為C 0. 031 O. 034、Si 3. 09 3. 18、Als 0. 0170 O. 0190、N O. 0080 O. 0092,S 0. 006 O. 007,Mn 0. 21、Sn :0. 0466 O. 050,CrO. 011 O. 020,Cu O. 51 O. 52、P :芻 O. 006。上述板坯中Als，N含量控制在下式范圍
O. 0005 < Als(%)-27/14N(%) < O. 003 (I)
Als (%)為鋼中酸溶鋁量，27/14N(%)意思為與N結合的鋁量，因為AlN是Al和N以1:1 的比例結合，27和14分別為Al和N的原子量，N和Als需要有以上的一種制約關系，才能保證磁性。上述Sn/Cu (wt%)比例控制在 O. 016 < Sn/Cu < O. 15 以及 Mn/S (wt%)比例控制在20 < Mn/S < 50時，獲得磁性最佳硅鋼。一種將上述的板坯加工成磁性優良的取向電工鋼方法，包括步驟
①加熱將板坯經1100 1280°C，均熱40 60min以上；
②熱軋A粗軋軋成中間薄板還36 50mm；
B精軋制成2. I 2. 5mm厚度熱軋板；
③酸洗
④冷軋以一次冷軋至O.23 O. 285mm,經過800 900°C X 300s脫碳退火；
⑤滲氮通過750°CX 30SNH3> N2, H2氣氛下進行滲N處理；
⑥氧化鎂涂層涂布MgO為主成分的退火隔離劑。其中冷軋按二次冷軋以第一次冷軋至O. 5 O. 7mm，經過800 900°C X 300s中間兩段式脫碳退火，隨后以第二次冷軋至O. 23 O. 285mm。氧化鎂涂層在N225%+ H275%的保護氣中以15°C /h速度升溫至1200°C，更換成 100% H2的保護氣中1200°C下保溫24h完成最終成品退火。本發明加一種處理方法是加熱前將板坯在加熱爐快速加熱至1100°C出爐，除鱗后，經粗軋機以壓下率8 15%軋為195 210mm厚度，然后下線，用吊具將板坯吊至保溫區用保溫罩或保溫坑，進行垛冷，至常溫或250°C左右空冷，可長期保存用于以后組織冷坯生產；入爐后在預熱段緩慢加熱至650°C以上，然后進入加熱區全速加熱。以上面任一種方法加工的磁性優良的取向電工鋼。本發明將使穩定最終成品磁性用于大規模工業化生產，主要采取三項措施即產生低溫固溶輔助抑制劑并控制析出量、通過帶有中間脫碳退火的2次冷軋法細化一次再結晶晶粒和加入晶界偏聚元素，加強抑制劑控制晶粒長大的能力。因為本發明通過選擇AlN為主要抑制劑，所以要規范Als和N量來獲得穩定的性能。本發明者詳細研究了低溫板坯加熱材生產過程中磁性變動的原因及消除對策。研究認為低溫板坯中抑制劑和晶界偏聚元素在加熱過程中的有效固溶和高溫退火過程中二次再結晶的完善程度及二次再結晶晶粒大小對磁性有直接影響。本發明解決的對策是①控制煉鋼成分中Als和N量，滿足O. 0005 < Als(%)-27/14N(%) < O. 003 (I)式中的最優配比同時在退火中氮化處理②加入Cu元素作為輔助抑制劑，I)可以補充AlN抑制能力；2) 主要是添加了 Cu以后，輔助抑制劑Cu2S的固溶溫度較低，從而大幅度降低了板坯加熱溫度。③加入Sn，并控制其含量，促進二次再結晶完善。本發明者是以板坯中AlN固溶析出作為著眼點。發明的前提是在1280°C以下，對規定的Al、N、Si的成分范圍，不保證α相中的AlN完全固溶。另外板坯的加熱方式多種多樣，早期生產多采用推鋼式加熱爐，因推鋼式加熱爐固定水冷梁會造成鋼坯接觸位置有黑印，局部溫度偏低，造成AlN析出量和固溶N量的差異，會造成磁性變差，為減少上述不利影響，現在的生產絕大多數采用步進式加熱爐。從熱軋到脫碳退火工序，要使板坯加熱時固溶的N，使其大部分作為AlN細小析出，其程度取決于板坯加熱時的固溶N量。本發明者認為減少AlN量的波動，有效辦法是穩定Al量和減少N量，不過一方面要務必確保二次再結晶時作為抑制劑的AlN量。另一方面要在煉鋼階段通過必要手段進行增N處理和提高命中率。使Als和N的比率在滿足(I)式之外，并盡量處在中間最優位置。此種鋼在以AlN為主要抑制劑的生產情況下，本發明者認為加入一定量的Cu，會起到輔助抑制能力和細化熱軋板晶粒的能力，事實證明，在添加O. 35% O. 65% Cu的2. 3mm熱軋板的晶粒平均尺寸比含微量Cu的晶粒要小，有一定的細化晶粒的作用。再者，Cu2S有充當輔助抑制劑的能力，已經過眾多實驗證明，而且Cu2S在1100 1280°C就可以固溶，這樣會使加熱溫度大幅度降低。 所以本發明者選用Cu2S作為輔助性第二相細小彌散分布抑制劑。C不足O. 025%時，二次再結晶不穩定，不能使B8達到I. 80T以上，但是C量太高， 脫碳退火時間增長，成本增加，所以控制在O. 025 O. 050%之間。Si量超過4. 5%，冷軋斷帶和開裂狀況明顯增大，不足2. 5%時，材料的電阻率下降，不能滿足變壓器鐵芯所需要的低鐵損材料，所以理想含量在3. 0%以上。為了保證作為抑制劑的AlN析出量足夠，Als量必須在O. 010%以上，但是超過
O.030%以上，熱軋板中的AlN量不適宜，二次再結晶變得不穩定，所以控制在O. 010
O.030%之間。作為穩定析出AlN抑制劑的N元素是促進二次再結晶完善的關鍵因素，所以 N量要按要求,嚴格控制命中率。S作為輔助抑制劑Cu2S的構成元素，可能鋼種也會存在微量MnS，要嚴格控制其含量，絕不能高于上限，S量過高，二次再結晶會出現線晶，同時凈化鋼質時間變長，成本增加。 Mn范圍在O. 05 O. 5%，最好控制Mn/S(wt%)比例控制在20 < Mn/S < 50時，磁性最佳。 低于下限，熱軋板板形不良，易出現邊浪，太高則有害于磁性。Sn作為晶界偏聚型元素加入，可抑制脫碳退火時晶粒長大，可在板坯加熱存在幾十度溫差的情況下也能完全固溶并分布均勻，使最終成品的磁性變動變小。同時，本申請人還發現，當Sn/Cu (wt%)比例控制在O. 016 < Sn/Cu < O. 15時，生產的硅鋼磁性最佳。作為抑制劑構成元素如含有微量Sb、Cr、Ni、B、Ti、Nb等有益元素，尤其是B、Nb等氮化的構成元素，由于可改善板坯內的溫度差引起的AlN析出部位不均帶來的問題，如果有條件，可以積極添加。板坯加熱溫度，為了保證抑制劑固溶充分而又要降低能耗，減少熔融氧化鐵皮產生量，限定在1280°C以下，最好在1260°C以下。加熱后按板坯常規方式熱軋，但粗軋出口溫度要控制在1100°C以上，熱軋終了溫度要控制在900 1050°C。
熱軋最后3道次累計壓下率控制在40%以上，以降低磁性的離散度。為減少磁性波動并具有很高磁性，最終道次熱軋后，通常先空冷2s 10s，再水冷冷至400 60(TC溫度卷取。留有空冷時間是為了促進熱軋后再結晶，以穩定磁性.隨后熱軋板不進行退火，酸洗后，以總壓下率80 90%進行冷軋，需要特別說明的是，I次冷軋后進行中間兩段式脫碳退火，前段通過830°C X250s脫碳，后段在氧化度小于脫碳氣氛的保護氣體中830°C X50s 只退火、不脫碳，可以降低加工硬化并使一次再結晶晶粒細小，然后再進行2次冷軋，軋成最終板厚O. 285mm。隨后在涂覆以MgO為主的隔離劑之前，進行一次750°C X 30s的滲N處理，保證抑制劑中N量，最后經成品高溫75%H2+25%N2氣氛下再次滲N退火，最終純氫凈化鋼質后，磁性較高，而且穩定。
具體實施例方式生產取向硅鋼的整個工藝為煉鋼一連鑄一加熱爐一熱軋一酸洗(常化)一一次冷軋一中間(脫碳)退火一二次冷軋一脫碳或回復退火(MgO涂層)一高溫退火一拉伸平整退火(絕緣涂層)一成品(剪切)包裝。其中生產230mm鋼坯的工藝為鐵水預處理一復吹轉爐吹煉一RH精煉微調一連鑄機。在此工藝基礎上生產出本發明鋼坯所需成份；其中銅和其加入成份也是在此工藝中以純銅塊加入的。實施例I
按重量 ％ 計通過加入 O. 50 的 Cu,制成含 C :0. 035，Si :3. 15，Mn :0. 018，S :0. 0075， P :0. 007，N :0. 010，Als :0. 018，Sn :0. 006，等為主成分的 230mm 鋼坯，并經過 1100 1280 °C加熱，均熱40min以上，出爐熱軋，先經過粗軋5道次至中間薄板還38mm,再通過6道次精軋，最終制成2. 3mm厚度熱軋板，空冷3s后水冷，冷卻至570°C以下卷取。不經過退火后直接經過酸洗，通過87%以上總壓下率，835°C X300s左右中間兩段式脫碳退火，脫碳退火后，2次冷軋至最終板厚O. 285mm。并通過750°C X 25sNH3、N2、H2氣氛下進行滲N處理，使鋼板中最終N含量穩定在IOOppm左右。經過最終涂覆隔尚劑進行聞溫75%H2+25%N2氣氛下，成品退火后。測定B8,見(表I)同一板還成分經過加熱條件a. 1240°C b. 1245°C c. 1250°C d. 1255°C e. 1260°C f. 1265°C左右不超過 1270°C，在爐總時間
丨AOmin②240min n 210min加熱,最終產品性能波動較小且比較穩定,證明本成分系低
溫熱軋效果顯著，而且有可以進一步降低熱軋溫度的基礎。表I
權利要求
1.一種用于生產取向電工鋼的板坯，按重量％計含有C :0. 025 O. 050、Si :2. 75 3. 35、Als :0. 010 O. 030、N :彡 O. 011、S :0. 006 O. 012、Mn :0. 15 O. 3、Sn :0. 001 O. 060,CrO. 008 O. 030,Cu 0. 35 O. 65，P < O. 008，其余為Fe及不可避免的雜質組成。
2.如權利在求I所述的板坯，其特征在于所述的按重量％計Cu:0. 50 O. 65，Sn : O. 008 O. 06。
3.如權利在求I或2所述的板坯，其特征在于所述的按重量％C:0. 028 O. 045、Si 2.90 3. 28、Als :0. 0170 O. 0210、N :0. 0080 O. 0095、S :0. 005 O. 009、Mn :0. 18 O. 25、Sn :0. 030 O. 050、Cr :0. 008 O. 025、Cu :0. 50 O. 65、P :蘭 O. 006。
4.如權利在求I或2所述的板坯，其特征在于所述的按重量％計C:0. 031 O. 034、 Si :3. 09 3. 18,Als :0. 0170 O. 0190,N :0. 0080 O. 0092,S :0. 006 O. 007,Mn :0. 21、 Sn 0. 0466 O. 050、Cr 0. 011 O. 020、Cu 0. 51 O. 52、P :蘭 O. 006。
5.如權利在求I或2所述的板坯，其特征在于所述板坯中Als，N含量控制在下式范圍O. 0005 < Al (%) -24/17N(%) < O. 03 和 / 或 Sn/Cu 重量 % 比例控制在 O. 016 < Sn/Cu < O. 15和/或Mn/S重量％比例控制在20 < Mn/S < 50。
6.—種將權I 4所述的任一種板還加工成磁性優良的取向電工鋼方法,包括步驟①加熱將板坯經1100 1280°C，均熱40 60min以上；②熱軋A粗軋軋成中間薄板還36 50mm；B精軋制成2. I 2. 5mm厚度熱軋板；③酸洗④冷軋以一次冷軋至O.23 O. 285mm,經過800 900°C X 300s脫碳退火；⑤滲氮通過750°CX 30SNH3> N2, H2氣氛下進行滲N處理；⑥氧化鎂涂層涂布MgO 為主成分的退火隔離劑，氧化鎂涂層在凡25%+ H275%的保護氣中以15°C /h速度升溫至 1200。。。
7.如權力要求5所述的方法，其特征在于所述的冷軋按二次冷軋，第一次冷軋至 O. 5 O. 7mm，經過830°C X 300s中間兩段式脫碳退火，隨后第二次冷軋至O. 23 O. 285mm。
8.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于所述的氧化鎂涂層在N225%+H275%的保護氣中以15°C /h速度升溫至1200°C，更換成100% H2的保護氣中1200°C下保溫24h完成最終成品退火。
9.如權利要求5或6所述的方法，其特征在于所述加熱前在板坯加熱爐快速加熱至 1100°C出爐，除鱗后，經粗軋機以壓下率8 10%軋為200 210mm厚度，然后下線，用吊具將板坯吊至保溫區用保溫罩或保溫坑，進行垛冷，至常溫或250°C左右空冷，可長期保存用于以后組織冷坯生產；入爐后在預熱段緩慢加熱至650°C以上，然后進入加熱區全速加熱。
10.一種將權5 8所述的任一種方法加工的取向電工鋼。
全文摘要
本發明提供了一種工藝優化的高磁感取向電工鋼板及生產方法，硅鋼按重量%計含有C0.025～0.050、Si2.75～3.35、Als0.010～0.030、N≤0.011、S0.006～0.012、Mn0.15～0.3、Sn0.001～0.060、Cr0.008～0.030、Cu0.35～0.65，P＜0.008其余為Fe及不可避免的雜質組成；通過本發明的熱軋、冷軋和退火工藝進行生產，獲得的優秀數據，已經可以大規模的穩定工業化生產。本取向硅鋼產品的平均磁感強度B8在1.90T以上，已經達到高磁感取向硅鋼的標準(GB/T2521-2008)。
文檔編號C21D8/12GK102605267SQ20121005297
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者張黎光, 李德乾, 沈雪梅, 謝韋芳 申請人:咸寧泉都帶鋼科技有限責任公司