一種強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種強高斯織構占有率高磁感取向的電工鋼帶及其制備方法。該方法包括：冶煉、精煉、連鑄；1150℃～1260℃低溫熱軋，終軋厚度為2.3～1.2mm；快速加熱常化，加熱速度≥320℃/min；冷軋（時效），冷軋壓下率85%～93%，每次冷軋后于100～350℃溫度范圍內保溫1～3min；低溫滲氮，NH3氣氛下滲氮溫度為550℃～780℃；快速加熱脫碳，加熱速度≥400℃/min；涂覆隔離劑；高溫退火；涂覆絕緣涂層并在3～15MPa應力下平整拉伸退火。本發明制得的0.20mm厚電工鋼帶，具有{110}<001>高斯織構極強、磁通密度高、鐵損低等優點，且本發明應用到輸配電變壓器鐵心中，在保證變壓器容量不變的同時，能顯著提高變壓器的安全裕度，同時可降低取向電工材料的用量。
【專利說明】一種強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法
【【技術領域】】
[0001]本發明涉及一種金屬加工方法，具體講涉及一種強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法。
【【背景技術】】
[0002]電力變壓器是電力系統發電及輸、配電的主要設備，對電網的安全、高效運行發揮著巨大作用。高磁感取向電工鋼制的鐵心核心部件后，直接關系到大型電力變壓器、乃至整個電網的安全性和節能性。一方面，取向電工鋼的鐵心損耗越低、磁感應強度越高，變壓器的安全裕度越大，其抵抗直流偏磁、高次諧波等異常工況的能力越強，無疑為變壓器的安全性提供保障；另一方面，變壓器容量不變時，選用更高磁感應強度的取向電工鋼制造，設計Bm提高，鐵心斷面可縮小，從而可降低變壓器的體積和電工鋼材料的用量。因此，需要開發一種更高磁感應強度的取向電工鋼以滿足電網直流超高壓線路和特高壓輸電工程對大型電力變壓器用取向電工鋼的發展需求。
[0003]{110}〈001〉高斯晶粒的取向度不僅直接決定了取向電工鋼的磁感應強度，而且通過提高高斯晶粒的取向度可在降低磁滯損失的同時減少鋼片表面的閉合磁疇，從而進一步降低鐵損。通常，高磁感取向電工鋼的磁感B8=l.88~1.93T，而含3%Si鋼的飽和磁感應強度Bs約為2.03T,因此，從理論上講，磁感也就是高斯晶粒的取向度還存在可以進一步提高的空間。為提高晶粒取向度，選用諸如AIN、BN、Cu2S, MnS, Sn等對初次再結晶晶粒長大具有高抑制能力的抑制劑將起關鍵作用。
[0004]本發明人經長期跟蹤觀察、研究變壓器鐵心服役性能結果表明，采用一些硅鋼片制成的變壓器鐵心損耗大于采用同等規格牌號的另一些硅鋼片，而且硅鋼片變壓器的噪聲更大，特別當電網中遇到高次諧波、直流偏磁等復雜工況時這種差距更加明顯。究其原因，對取向硅鋼性能要求一般主要是鐵損和磁感這兩項指標，而對于硅鋼片中高斯織構的強度、晶粒均勻性、磁性能均勻性、絕緣涂層特性等指標均未作細致要求。這種情況下，盡管有些硅鋼片的鐵損和磁感值與國外同等規格牌號的硅鋼片相當，符合國標要求，但這些材料在高斯織構強度、磁性能均勻性、涂層特性等這些電網復雜工況條件下體現的重要指標上卻不能滿足使用要求。因此，本發明在評價最終產品性能時，除了檢測一般所要求的鐵損和磁感值外，還檢測了高斯織構強度這一重要指標。
[0005]目前，目前全世界僅有約16家企業可以批量生產取向電工鋼，分別是:日本新日鐵和JFE、韓國浦項、美國AK和Al I eghenyLudlum、俄羅斯新利佩茨克(NLMK )、德國及在法國的蒂森克虜伯、英國Cog entPower、巴西Acestita、波蘭Stalprodukt S.A.、阿賽諾米塔爾收購的捷克ValcovnyPlechuA.S.、中國武鋼、寶鋼等。高端取向電工鋼產品仍集中分布在日本、韓國和德國。就取向電工鋼的生產工藝來說，主要有高溫加熱生產普通取向電工鋼工藝、高溫加熱生產高磁感取向電工鋼工藝、低溫加熱生產普通取向電工鋼工藝和低溫加熱生產高磁感取向電工鋼工藝四類。
[0006]高磁感取向電工鋼在大型電力變壓器上的大量應用促使電工鋼片生產工藝不斷優化升級，但磁感應強度在現有基礎上每提高0.01T，其技術難度都將成倍提升。然而更高磁感強度意味著變壓器的安全裕度越高，同時可降低變壓器體積和電工鋼材料的用量，因此，開發強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼，對高壓、特高壓電網的安全穩定運行以及節能經濟性具有重大意義。
[0007]申請號為200810222010.4的發明專利申請公開了一種低溫取向電工鋼的生產方法。質量百分比計，其鑄坯中各組分含量為:0.005-0.08%C, 2.5-6.5%Si,0.015-0.04%Als,0.001-0.4%Μη，0.01-1.0%Cu，S ≤ 0.03%，P ≤ 0.02%, 0.003-0.010%N，其余為 Fe 及不可避免的夾雜物。其工藝為鑄坯在1050~1100°C加熱，在脫碳退火后進行滲氮處理，滲氮溫度為850~1000°C，滲氮時間為20~100s，滲氮爐內氣氛為NH3、H2和N2的混合氣體，按體積百分比計，其中NH3含量為I~15%此專利申請中所得的電工鋼鐵損均比較大，且并未提及高斯織構強度是否有所提高。
【
【發明內容】
】
[0008] 本發明提出一種強高斯織構占有率高磁感取向的電工鋼帶及其制備方法，制備出的電工鋼帶的厚度為0.20mm，高斯織構強度值達90~200，磁通密度B8 ^ 1.91T，鐵芯損耗Pl.7/50 ( 0.95ff/Kg0
[0009]本發明采用以下技術方案:
[0010]1、冶煉、精煉、連鑄，制備得到化學成分達標的鑄坯。化學成分按質量百分比為:S1: 1.3 ~4.6% ；C:0.003 ~0.09% ；Mn:0.04 ~0.5% ；B1:0.002 ~0.009% ；sol-Al:0.008 ~0.05% ；Cu: ( 0.3% ；Sn: < 0.05% ；Ti: < 0.006% ；N:0.002 ~0.03% ；S:0.001 ~
0.01% ；P:0.001~0.008% ;余量為鐵和不可避免的雜質。
[0011]2、熱軋、卷曲。鑄坯在1150°C~1260°C之間保溫I~2h，先粗軋、再精軋成厚度為
2.3~1.2mm的熱軋鋼帶，熱軋最后一道次精軋后立即噴水冷卻至卷曲溫度，熱軋鋼帶的冷卻速度≥800C /s，熱軋鋼帶的卷曲溫度控制在500~700°C。
[0012]3、常化、酸洗。采用常化工序對所獲得的熱軋鋼帶進行處理，常化溫度為900°C~1150°C，保溫時間為I~3min ;常化后快速冷卻至50°C以下。升溫至常化溫度的過程中，升溫速度≥320℃/min，常化后快速冷卻過程中，冷卻速度介于80°C /s至200°C /s之間。同時完成鋼帶酸洗。
[0013]4、冷軋(時效)。采用一次冷軋法將鋼帶軋制成厚度為0.20_厚的鋼帶，冷軋壓下率為85%~93%。各道次冷軋工序之間輔以時效處理，時效溫度為100~350°C，時效時間為I~3min。
[0014]5、滲氮。在NH3氣氛中對冷軋鋼帶進行連續滲氮退火處理，滲氮溫度為550°C~780°C，滲氮時間為5~100s，滲氮過程中通入氨氣和一定量的氮氣，其中氮氣占總體積的10~30%。滲氮后控制冷軋鋼帶中氮的最佳含量為80~300ppm。
[0015]6、脫碳。在N2-H2氣氛中對所獲得的冷軋帶進行脫碳退火，脫碳時快速加熱至750~880°C，加熱速度≥4000C /min，退火時間為30~600s，露點溫度為8_15°C。
[0016]7、涂隔離劑并烘干。對經過滲氮和脫碳處理后的鋼帶均勻涂覆MgO隔離劑，在干燥爐中烘干。
[0017]8、高溫退火。將冷軋鋼帶在N2和H2混合氣氛中進行高溫退火，退火過程中，先以5~25。。/min的升溫速度升至700~1000°C，保護氣氛中N2和H2的比例控制在1:1~4:1;超過1000°C后，繼續以3~5°C /min的升溫速度加熱至1150~1220°C，并在該溫度下保溫5~25h，以3~10°C /min的速度冷卻至500°C以下。
[0018]9、平整拉伸退火，制成產品。在冷軋鋼帶表面涂覆一般絕緣涂層后，在650~900°C之間進行平整拉伸退火，退火過程中施加大小為3~15Mpa的拉應力，最后按常規工藝冷卻，即生產出強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶。
[0019]本發明的制備工藝特點在于:冶煉過程中嚴格控制S1、C、Al、Cu、Sn、Mo、Mn、N、P、S、Bi等合金元素的含量在設定范圍內，不僅利于熱軋及冷軋過程中組織均勻，還能保證AlN和Bi這種高抑制能力的抑制劑的形成。Bi的加入可以使得抑制力加強，并延緩抑制劑分解，初次再結晶晶粒尺寸小，二次再結晶溫度提高，成品沿軋向和橫向的二次晶粒尺寸都增大，軋向為10~100_，橫向為5~50_的二次晶粒(α+β ^ 5°，β ^ 2° )占80%以上，從而磁感應強度更高。熱軋后，鋼帶的冷卻速度> 80°C /s，確保析出的第二相粒子尺寸在20~50um之間，不發生長大。隨后進行常化處理，常化后快速冷卻過程中冷卻速度介于80°C /s至200°C /s之間，一方面保證第二相粒子不發生長大，另一方面確保不因冷速過快而生成馬氏體組織。接著進行冷軋，采用“一次冷軋法”冷軋成厚度為0.20mm的鋼帶，各道次之間輔以時效處理，時效溫度為100~350°C，時效時間為I~3min，進一步在鋼帶形變儲能高的地區析出細小彌散的抑制劑粒子，同時保證{111}〈11-2〉織構達到一定強度，為后續退火過程中{110}〈001>高斯取向晶粒依據重合位置點陣模型或高能晶界模型吞并{111}〈11-2>取向晶粒發生異常長大做準備。滲氮、脫碳處理工藝的關鍵在于在550°C~780°C滲氮過程中， 氨氣中通入占總體積10~30%的氮氣，控制滲氮速率，高溫退火前氮的最佳含量為80~300ppm ;脫碳時控制露點溫度低于10°C，能使脫碳效果明顯增強。與先脫碳后滲氮工藝相比，采取先低溫滲氮后脫碳工藝的優勢在于，很大程度上避免了脫碳退火過程中硅鋼片表面形成的Fe2SiO4和SiO2阻礙滲氮時氮原子的擴散過程。高溫退火時先在700~1000°C發生二次再結晶，后在1200°C進行長時間退火，使基體內雜質元素在還原氣氛中凈化。最后平整拉伸退火時，施加大小為3~15Mpa的拉應力，可使磁疇寬度變窄，降低鐵損。最終制得的0.20mm厚電工鋼帶，具有{110}〈001>高斯織構極強、磁通密度高、鐵損低等優點，且本發明應用到輸配電變壓器鐵心中，在保證變壓器容量不變的同時，能顯著提高變壓器的安全裕度，同時可降低取向電工材料的用量。
[0020]和最接近的現有技術比，本發明的有益效果:改進了傳統取向電工鋼的制造工藝，使得制備的0.20mm厚電工鋼帶具有{110}〈001〉高斯織構極強(0DF中強度> 90)、磁感應強度高(B8≥1.91T)、鐵損低(P1.7/50 ( 0.95ff/Kg)等優點，其他性能符合GB/T2521要求。本發明應用到輸配電變壓器鐵心中，在保證變壓器容量不變的同時，能顯著提高變壓器的安全裕度，同時可降低取向電工材料的用量。制備的0.20_厚電工鋼帶，高斯織構強度值達90~200，磁通密度大，鐵芯損耗低。
【【專利附圖】

【附圖說明】】
[0021]圖1實施例1中磁感應強度最高的A-3樣品的宏觀織構分布圖；0DF圖中Goss織構強度值Max=168.8 ；
[0022]圖2實施例2中磁感應強度最高的B-4樣品的宏觀織構分布圖；0DF圖中Goss織構強度值Max=I 19.0 ；
[0023]圖3實施例3中磁感應強度最高的C-1樣品的宏觀織構分布圖；0DF圖中Goss織構強度值Max=91.2 ;
[0024]圖4實施例4中磁感應強度最高的D-3樣品的宏觀織構分布圖；0DF圖中Goss織構強度值Max=195.9。
【【具體實施方式】】
[0025]取向電工鋼帶的宏觀織構檢測在Siemens D5000型X射線衍射儀上進行，測定試樣的{110}、{200}和{112}極圖，并用級數展開法計算取向分布函數。所測樣品尺寸為(長X寬X高):15X12X0.2mm，疊加50片該尺寸的試樣，從疊加試樣的側面(RD和ND所在平面)進行織構檢測。在BR0CKHAUS200D磁性能測量儀上，采用愛潑斯坦方圈法檢測樣品的鐵損和磁感值。
[0026]實施例1
[0027]在500Kg的真空熔煉爐內進行電工鋼鑄坯冶煉，澆鑄成分如表1所示。將上述鋼坯加熱至1150~1170°C、保溫1.5h后熱軋成2.3mm鋼帶，層流冷卻至570°C卷曲，熱軋鋼帶的冷卻速度為85°C /s。接著進行常化，以400°C /min的加熱速率升溫至950°C，保溫2min后以80~100°C /s速率冷卻至室溫。酸洗后帶時效冷軋至0.2mm厚，冷軋壓下率為91%，時效溫度為100~150°C，時間為I~3min。滲氮、脫碳、高溫退火，滲氮溫度為680°C，時間為90s，滲氮過程中通入氨氣和氮氣，其中氮氣含量占總體積的10%，滲氮后冷軋鋼帶中N含量為80ppm。在N2-H2氣氛中對所獲得的冷軋帶進行脫碳退火，脫碳時以400°C /min加熱速度升溫至820°C，并保溫8min，控制露點溫度為10°C。對經過滲氮和脫碳處理后的鋼帶均勻涂覆MgO隔離劑，在干燥爐中烘干。將冷軋鋼帶在N2和H2混合氣氛中進行高溫退火，高溫退火時先以6°C /min速率升溫至850°C，后以3°C /min速率升溫至1180°C，
[0028]保溫IOh后以10°C /min的速度冷卻。涂覆絕緣涂層并平整拉伸退火，8000C X 5min,施加3~5Mpa拉應力。檢測宏觀織構和磁性能，結果列于表2。
[0029]表1鋼坯的化學成分(wt%)
[0030]
【權利要求】
1.一種強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶，其特征在于所述取向電工鋼帶的鑄坯，其化學成分按質量百分比為:s1:1.3~4.6% ；C:0.003~0.09% ；Mn:0.04~0.5% ；Bi:0.002 ~0.009% ；sol-Al:0.008 ~0.05% ；Cu: ( 0.3% ；Sn: < 0.05% ；Ti: < 0.006% ；N:0.002~0.03% ；S:0.001~0.01% ；P:0.001~0.008% ;余量為鐵和不可避免的雜質。
2.一種如權利要求1所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，包括如下步驟: a)冶煉、精煉、連鑄，得到化學成分如上所述的鑄坯； b)鑄坯在1150°C~1260°C溫度下保溫I~2h，粗軋后精軋成厚度為2.3~1.2mm的熱軋鋼帶，熱軋鋼帶的卷曲溫度控制在500~700°C ； c)采用常化工序對所獲得的熱軋鋼帶進行處理，常化溫度為900°C~1150°C，保溫時間為I~3min ;常化后快速冷卻至50°C以下，酸洗鋼帶； d)采用一次冷軋法將鋼帶軋制成厚度為0.20mm厚的鋼帶，冷軋壓下率為85%~93% ； e)在NH3氣氛中對冷軋鋼帶進行連續滲氮退火處理，滲氮溫度為550°C~780°C，滲氮時間為5~100s，控制冷軋鋼帶中氮的含量為80~300ppm ； f)在N2-H2氣氛中對所獲得的冷軋帶進行脫碳退火，脫碳時快速加熱至750~880°C，，升溫速度≥4000C /min，退火時間為30~600s ； g)對經過滲氮和脫碳處理后的鋼帶均勻涂覆MgO隔離劑，在干燥爐中烘干； h)將冷軋鋼帶在N2和H2混合保護氣氛中進行高溫退火，退火過程中，溫度升至700~1000°C時，保護氣氛中N2和H2的比例控制在1:1~4:1，繼續加熱至1150~1220°C，并在該溫度下保溫5~25h，以3~10°C /min的速度冷卻至500°C以下； i)在冷軋鋼帶表面涂覆一般絕緣涂層后，在650~90(TC之間進行平整拉伸退火，按常規工藝冷卻后，即生產出強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶。
3.—種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟b)中，熱軋最后一道次精軋后立即噴水冷卻至卷曲溫度，熱軋鋼帶的冷卻速度> 800C /S。
4.一種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟c)中，升溫至常化溫度的過程中，升溫速度> 3200C /min，常化后快速冷卻過程中，冷卻速度介于80°C /s至200°C /s之間。
5.一種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟d)中，各道次冷軋工序之間輔以時效處理，時效溫度為100~350°C，時效時間為I~3min,最后冷軋成0.20mm厚鋼帶。
6.一種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟e)中，在550°C~780°C滲氮過程中，同時通入氨氣和氮氣，其中氮氣占總體積的10~30%。
7.—種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟f)中，脫碳時控制露點溫度≤10°C。
8.—種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟h)中，溫度升至700~1000°C過程中，升溫速度為5~25°C /min ;超過1000°C后，繼續加熱至1150~1220°C過程中，升溫速度為3~5°C /min。
9.一種如權利要求2所述強高斯織構占有率高磁感取向電工鋼帶的制備方法，其特征在于，所說的步驟i)中，于650~900 °C和3~15MPa的拉應力下進行平整拉伸退火。
【文檔編號】C22C38/06GK103911545SQ201410147292
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月14日 優先權日:2014年4月14日
【發明者】程靈, 馬光, 楊富堯, 韓鈺, 陳新 申請人:國家電網公司, 國網智能電網研究院