一種高磁感取向硅鋼及其制造方法

專利名稱：一種高磁感取向硅鋼及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種鋼板及其制造方法，尤其涉及一種硅鋼及其制造方法。
背景技術：
傳統高磁感取向硅鋼的基本化學成分為Si2. 0 4. 5%，CO. 03 0. 10%,MnO. 03 0. 2%, S0. 005 0. 050%, Als (酸溶鋁)0. 02 0. 05%, NO. 003 0. 012%，有的成分體系還含有Cu、Mo、Sb、B、Bi等元素中的一種或多種。傳統高磁感取向硅鋼的制造方法為首先用轉爐(或電爐)煉鋼，經二次精煉及合金化，連鑄成板坯；接著板坯在專用高溫加熱爐內加熱到約1400°C，并保溫45min以上，使有利夾雜物充分固溶；然后進行熱軋，層流冷卻后卷取，在熱軋板常化過程中硅鋼基體內析出細小、彌散的第二相質點，獲得有效抑制劑；再將熱軋板冷軋到成品厚度后脫碳退火，把 鋼板中的[C]脫到不影響成品磁性能的程度(一般應在30ppm以下)，并涂布以MgO為主要成分的退火隔離劑；再次進行高溫退火，在高溫退火過程中，鋼板發生二次再結晶、形成硅酸鎂底層并完成凈化處理(除去鋼中的S、N等對磁性有害的元素)，獲得取向度高、鐵損低的高磁感取向硅鋼；最后經過涂布絕緣涂層和拉伸退火，得到商業應用形態的取向硅鋼產品。傳統高磁感取向硅鋼制造方法的不足在于為了使抑制劑充分固溶，加熱溫度最高需達到1400°C，這是傳統加熱爐的極限水平。此外，由于加熱溫度高，燒損大、加熱爐需頻繁修補，利用率低。同時，能耗高，熱軋卷的邊裂大，致使冷軋工序生產困難，成材率低，成本也聞。鑒于存在上述這些問題，在該技術領域內開展了大量降低取向硅鋼加熱溫度的研究。按照板坯加熱溫度范圍來區分，其主要改進路徑有兩種一種是中溫板坯加熱工藝，板坯加熱溫度在125(Tl320°C，采用AlN和Cu作為抑制劑；另一種是低溫板坯加熱工藝，板坯加熱溫度在110(Tl250°C，采用滲氮方法導入抑制劑。目前，低溫板坯加熱工藝發展較快，例如采用在1200°C以下進行板坯加熱，最終冷軋采用冷軋壓下率大于80%，并在脫碳退火過程中采用氨氣進行連續滲氮處理，經高溫退火獲得取向度較高的二次再結晶晶粒。該制造工藝的優點是可以實現較低成本地生產高磁感取向硅鋼(HiB)，該硅鋼的典型磁感B8為I. 88^1. 92T。低溫板坯加熱工藝抑制劑主要來源于脫碳退火后通過滲氮處理，使氮與鋼中原有的鋁結合，形成細小彌散的(Al，Si ) N、(Mn, Si ) N質點。同時，抑制劑還來源于板坯中已有的夾雜物，這些夾雜物在煉鋼澆鑄過程中形成，在板坯加熱過程部分固溶并在軋制過程中析出，常化退火調整夾雜物形態，對初次再結晶有著重要影響從而也會影響最終產品的磁性能。當初次晶粒尺寸與抑制力水平匹配時，二次再結晶予以完善，最終產品的磁性能優良。常化過程中析出的氮化物抑制劑雖然受到板坯中夾雜物形態的影響，但是板坯中夾雜物形態的控制是相當困難的，例如，在澆鑄過程中形成粗大的AlN在后續退火中難以固溶，導致初次晶粒尺寸穩定性控制的難度大，穩定獲得磁感B8 ^ I. 93T的高等級HiB產品的概率低。此外，在成品厚度確定的條件下，通常采取的一些進一步降低鐵損的措施會導致磁感的降低，例如，提高Si含量或激光刻痕等。磁感的降低使得這些降低鐵損的方法應用范圍受限。另一些提高磁感B8的方法，如在脫碳退火過程中快速加熱，則需要新增快速感應加熱或通電加熱等專用設備，投資成本增加。另外，快速升溫會增加成品底層缺陷，尤其是亮點狀缺陷的發生率。專利公開號為CN1138107A，
公開日為1996年12月18日，名稱為“高磁通密度低鐵損晶粒取向的電磁鋼板及其制造方法”的中國專利文獻公開了一種電磁鋼板，其含有Si
2.5 4. 0wt%, Al 0. 005 0. 06wt%,并且該鋼板的各個晶粒之中，按面積率計，至少95%由直徑為5 50_的粗大的二次再結晶晶粒組成，其(001)軸相對于該鋼板的軋制方向在5°以內，而(001)軸相對于板面垂直方向在5°以內；在這種粗大的二次再結晶晶粒中或者晶界中，存在直徑為0. 05 2mm的細小晶粒，其(001)軸與粗大的二次晶粒的(001)軸的相對角度在2 30°。專利公開號為JP8232020A，
公開日為1996年9月10日，名稱為“方向性電磁鋼片的制造方法”的日本專利文獻涉及了一種生產廉價優異磁性的硅鋼片的制造方法，其步驟 包括特定軋制速度的冷連軋和退火，調節至特定ppm的總氮含量，然后完成退火。該鋼片的重量百分配比為 C :0. 001 0. 09%，硅2 4. 5%，酸溶鋁:0. 01 0. 08%, N :0. 00010. 004%,獨立或總數S和(或)硒:0. 008 0. 06%，銅:0. 01 1%，錳:0. 01 0. 5%，少量的Bi、P、Sn、Pb、B、V、鈮等，余量為Fe和其他不可避免的雜質。冷軋硅鋼的冷連軋率為75 95%，退火溫度為800 1000°C，退火時間為1300秒，總氮含量為50 lOOOppm。專利公開號為JP4337029A，
公開日為1992年11月25日，名稱為“一種方向性電磁鋼板的一次再結晶燒結方法”的日本專利文獻公開了方向性電磁鋼板的制造方法，其主要涉及滲氮法取向硅鋼初次晶粒尺寸控制方法及提出根據Als、N與Si調整脫碳溫度的方法。

發明內容
本發明的目的在于提供一種高磁感取向硅鋼及其制造方法，其在不新增設備的前提下，通過對鋼種成分的設計及對脫碳退火工藝的控制，獲得磁性能更優異的取向硅鋼產品，其磁感較普通取向硅鋼有明顯的提高，典型磁感B8 > I. 93T。為了實現上述發明目的，本發明提供了一種高磁感取向硅鋼，其化學元素重量百分含量為c 0. 035 0. 120%, Si :2. 9 4. 5%, Mn :0. 05 0. 20%, P :0. 005 0. 050%, S 0. 005 0. 012%, Als :0. 015 0. 035%, N :0. 001 0. 010%, Cr :0. 05 0. 30%, Sn :0. 005 0. 090%, V :彡0. 0100%, Ti :彡0. 0100%，微量元素Sb、Bi、Ni和Mo的至少其中之一，且滿足Sb+Bi+Nb+Mo :0. 0015 0. 0250%，余量為 Fe 和其它不可避免的雜質；且(513/121. 8+Bi/209.O+Nb/92. 9+Mo/95. 9) / (Ti/47. 9+V/50. 9)的值，即(Sb+Bi+Nb+Mo) / (V+Ti)的摩爾分數t匕，處于0. I 15范圍內。進一步地,本發明所述的高磁感取向娃鋼,其初次晶粒尺寸①初次再結晶度P彡90%。在本技術方案中，發明人通過添加微量元素Sb、Bi、Nb或Mo，并控制雜質元素V、Ti的含量，優先形成微量元素的碳、氮化合物，板坯中以TiN、TiC或VN為核心的MnS+AIN復合夾雜物數量大為減少。由于這些復合夾雜物尺寸粗大，在板坯加熱及后續退火過程中不能完全固溶，抑制效果差，而隨著(Sb+Bi+Nb+Mo)含量之和及(Sb+Bi+Nb+Mo) / (V+Ti)的摩爾分數比的增加，一方面微量元素及其形成的碳、氮化合物可作為輔助抑制劑，起到增強抑制力的效果，另一方面，由于MnS+AIN復合夾雜物數量的減少，細小彌散AlN數量的增加，這既增強了二次再結晶的抑制力水平，也有利于初次晶粒細小均勻、初次再結晶程度高，有利于二次再結晶的完善，因此成品鋼板的磁感明顯提高。相應地，本發明還提供了上述高磁感取向硅鋼的制造方法，其包括如下步驟(I)冶煉和澆鑄后獲得板坯；(2)熱軋；(3)常化退火；(4)冷軋；

(5)脫碳退火脫碳溫度滿足TU1, x2) = axi+bxfc,其中X1為Sb+Bi+Nb+Mo的重量百分比含量，單位為ppm，X2為(Sb+Bi+Nb+Mo) / (V+Ti)的摩爾分數比，單位為1，a取值范圍為0. I I. 0，b取值范圍為0. I I. 0，c取值范圍為800 900°C，其表示不添加微量元素時的脫碳溫度；脫碳時間為80 160s ；(6)滲氮處理；(7)在鋼板上進行MgO涂層后進行高溫退火；(8)涂敷絕緣涂層以及熱拉伸平整退火后得到高磁感取向硅鋼。進一步地，本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法將脫碳退火溫度控制為以使初次晶粒尺寸O < 30 ii m且初次再結晶度P ^ 90%。進一步地，本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法還包括步驟(9)細化磁疇，以獲得鐵損要求更低的產品。細化磁疇可以采用激光刻痕的方法，經激光刻痕后，高磁感取向硅鋼的磁性能更為優異。進一步地，本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法的步驟(2)中，加熱溫度(1250。。。進一步地，本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法的步驟(4)中冷軋壓下率^ 75%。更進一步地，本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法的步驟(6)中滲入氮含量50 260ppm。本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，關鍵在于控制脫碳溫度，適宜的脫碳溫度的設定需要實現兩個目的一是使初次晶粒尺寸O ( 30 ym，二是使初次再結晶的再結晶度P > 90%，其中初次再結晶度P的定義為脫碳退火后帶鋼發生初次再結晶的比例。當初次晶粒尺寸O < 30 ii m且再結晶度P ^ 90%時，帶鋼的磁性能更加優異。為了使初次晶粒尺寸與再結晶度都能滿足上述要求范圍，脫碳溫度需要根據板坯中微量元素含量及其比例進行設定，并滿足函數關系式TU1, x2) = axi+bx2+c。在本技術方案中,初次晶粒尺寸①和初次再結晶度P是可以采用本領域內的常規測量手段測得的，例如初次再結晶度P可以采用電子背散射衍射(EBSD)測得。另外，由上述脫碳溫度的函數關系式可以看出，添加微量元素Sb、Bi、Nb或Mo后的脫碳溫度較不添加這些元素成分體系的脫碳溫度高。這是因為在鋼板中的MnS+AIN復合夾雜物數量的減少，而細小彌散AlN數量的增加，增強了初次再結晶的抑制效果，因此需要適當增加脫碳溫度。本發明所述的高磁感取向硅鋼，相比普通的高磁感取向硅鋼，其初次再結晶度高，初次晶粒尺寸更為細小、均勻，二次再結晶晶粒更為粗大，在鐵損不降低或略有降低的情況下，其磁感顯著提高，產品磁性能穩定。本發明所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，通過在煉鋼過程中添加微量元素并控制相應雜質元素的含量，并配合后續脫碳退火工藝的調整，使初次晶粒尺寸< 30 y m且初次再結晶的再結晶度>90%，既可使微量元素及其形成的碳、氮化合物作為輔助抑制劑，又可使板坯中MnS+AIN復合夾雜物數量減少，細小彌散AlN數量增加，有利于初次晶粒細小均勻且初次再結晶度高，有利于成品磁感提高，從而獲得一種具有優異磁性能的取向硅鋼。


圖I顯示了高磁感取向硅鋼的初次晶粒尺寸、再結晶度與磁感的關系。
具體實施例方式圖I顯示了本技術方案中高磁感取向硅鋼的初次晶粒尺寸、再結晶度與磁感的關系，從圖I可以看出，對于本技術方案來說，當初次晶粒尺寸O ( 30 iim且初次再結晶度P彡90%時，帶鋼的磁感B8 > I. 93T。下面結合具體實施例和比較例對于本發明所述的技術方案做進一步的說明和解釋。按照下列步驟制造本發明所述的高磁感取向硅鋼(I)按照如表I所示的成分配比進行冶煉，澆鑄后得到板坯；(2)將板坯于1150°C加熱后熱軋至厚度為2. 3mm的熱軋板；(3)常化退火；(4)冷軋到成品厚度0.30mm;(5)脫碳溫度滿足函數關系式T = 0. 21Xl+0. 16x2+831，脫碳時間為80 160s，使鋼板中[C]含量降到30ppm以下；(6)滲氮處理滲入[N]含量100 160ppm ；(7)在鋼板上進行MgO涂層后在氣氛為100%H2、溫度為1200°C的條件下進行20小時的高溫退火；(8)開卷后涂敷絕緣涂層以及熱拉伸平整退火后得到高磁感取向硅鋼。上述脫碳溫度函數關系式是通過選取冷軋到成品厚度且經過25h高溫退火的鋼材進行不同成分、不同脫碳溫度的試驗組合，測定脫碳鋼板的初次晶粒尺寸O與初次再結晶度P，選擇符合初次晶粒尺寸O < 30 y m且初次再結晶度P ^ 90%的鋼卷進行統計分析Cx1^x2值相同時，優選P/O值較大的鋼卷進行統計分析)，采用線性擬合法得到脫碳溫度與X1^ X2間的函數關系式的a、b與C。參與擬合的數據如表2所示。表I.
權利要求
1.一種高磁感取向硅鋼，其特征在于，其化學元素重量百分含量為C :0. 035 O. 120%，Si:2. 9 4. 5%，Mn :0· 05 O. 20%，P :0. 005 O. 050%，S :0. 005 O. 012%，Als :0. 015 O. 035%，N :0. 001 O. 010%，Cr :0. 05 O. 30%，Sn :0. 005 O. 090%， V O. 0100%， Ti O. 0100%， 微量元素Sb、Bi、Ni和Mo的至少其中之一，且滿足 Sb+Bi+Nb+Mo :0.0015 O. 0250%, 余量為Fe和其它不可避免的雜質；且(Sb/121. 8+Β /209. O+Nb/92. 9+Mo/95. 9) / (Ti/47. 9+V/50. 9)的值處于 O. I 15范圍內。
2.如權利要求I所述的高磁感取向硅鋼，其初次晶粒尺寸Φ( 30 μ m，初次再結晶度P 彡 90%ο
3.如權利要求I所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，包括下列步驟 (O冶煉和澆鑄后獲得板坯； (2)熱軋； (3)常化退火； (4)冷軋； (5)脫碳退火脫碳溫度滿足TU1,x2) = axfbxjc,其中X1為Sb+Bi+Nb+Mo的重量百分比含量，單位為ppm, X2為(Sb+Bi+Nb+Mo) / (V+Ti)的摩爾分數比，a取值范圍為O. I I.0，b取值范圍為O. I I. 0，c取值范圍為800 900°C ;脫碳時間為80 160s ； (6)滲氮處理； (7)在鋼板上進行MgO涂層后進行高溫退火； (8)涂敷絕緣涂層以及熱拉伸平整退火后得到高磁感取向硅鋼。
4.如權利要求3所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，控制脫碳溫度，以使初次晶粒尺寸Φ < 30 μ m且初次再結晶度P ^ 90%。
5.如權利要求3或4所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，還包括步驟(9)細化磁疇。
6.如權利要求3或4所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(2)中，加熱溫度彡1250°C。
7.如權利要求3或4所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(4)中冷軋壓下率> 75%。
8.如權利要求3或4所述的高磁感取向硅鋼的制造方法，其特征在于，所述步驟(6)中滲入氮含量50 260ppm。
全文摘要
本發明公開了一種高磁感取向硅鋼，其各化學元素重量百分含量為C0.035～0.120%，Si2.9～4.5%，Mn0.05～0.20%，P0.005～0.050%，S0.005～0.012%，Als0.015～0.035%，N0.001～0.010%，Cr0.05～0.30%，Sn0.005～0.090%，V≤0.0100%，Ti≤0.0100%，微量元素Sb、Bi、Ni和Mo的至少其中之一，且滿足Sb+Bi+Nb+Mo0.0015～0.0250%，余量為Fe和其他不可避免的雜質；且(Sb/121.8+Bi/209.0+Nb/92.9+Mo/95.9)/(Ti/47.9+V/50.9)為0.1～15；本發明還公開了該高磁感取向硅鋼的制造方法。
文檔編號C21D3/04GK102787276SQ201210315658
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月30日 優先權日2012年8月30日
發明者盧錫江, 吳美洪, 李國保, 楊勇杰, 沈侃毅, 章華兵, 胡卓超, 高加強 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司