一种无取向硅钢内氧化层的控制方法
阅读：424发布：2020-05-15
专利汇可以提供一种无取向硅钢内氧化层的控制方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且种无取向 硅 钢 内 氧 化层的控制方法:常规转炉 冶炼 ,RH 真空 处理, 连铸 成坯;常规 铸坯 加热 热轧 、常化处理、 酸洗 及次 冷轧 至成品厚度;成品 退火 :控制加热升温速率不低于50℃/s,并控制:退火加热段气氛中 水 蒸气与氢气的分压比,退火均热段水蒸气与氢气的分压比。本 发明 通过控制连续 退火炉 加热段的加热速率、退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(HO)/P(H),以及退火均热段水蒸气与氢气的分压比,从而实现内氧化层厚度在1μm以下,减少其对磁化过程的不利影响。，下面是一种无取向硅钢内氧化层的控制方法专利的具体信息内容。
1.一种无取向硅钢内氧化层的控制方法，其步骤：
1）常规转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯；
2)常规铸坯加热热轧、常化处理、酸洗及一次冷轧至成品厚度；
3)成品退火：其中：
控制加热升温速率不低于50℃/s，退火过程采用N2、H2及水蒸气混合气体进行，并控制：
退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2) ≤0.10；
退火均热段水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2)满足以下公式：
式中：T—为均热段的均热温度，单位为℃。
2.如权利要求1所述的一种无取向硅钢内氧化层的控制方法，其特征在于：加热升温速率不低于80℃/s。
3.如权利要求1所述的一种无取向硅钢内氧化层的控制方法，其特征在于：退火均热段气氛中水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2) ≤0.25。
一种无取向硅钢内氧化层的控制方法
技术领域
背景技术
[0002] 无取向硅钢在冷轧以后至少经过一次热处理退火，全工艺无取向硅钢退火的目的是使钢板再结晶，促进晶粒长大及粗化，消除轧制应力，退火过程中外部的氧扩散到钢板基体中与硅钢中的合金元素如Si, Al, Mn, Cr等在退火过程中结合发生氧化反应，在基体内产生一层氧化膜，称之为内氧化层。内氧化层使钢板产生应力场，阻碍磁畴壁的移动，使铁损增加，磁性恶化。
[0003] 连续退火炉内的气氛，主要是N2、H2及H2O三者的混合气气氛。硅钢的氧化主要是按照以下公式进行：
[0004] 3Fe(s)+2O2(g)=Fe3O4(s) (1)
[0005] 3Fe(s)+4H2O(g)=Fe3O4(s)+4H2(g) (2)
[0006] 众所周知，连续退火炉内气氛中水蒸气和氢气的分压比P(H2O)/P(H2)直接决定反应的进行方向和程度。对于连续退火炉内气氛中水蒸气和氢气的分压比的控制，以降低内氧化层厚度，降低由内氧化层使钢板产生应力场，增加磁畴壁的移动，使铁损减少，磁性能提高。
[0007] 在本技术领域，人们为了解决内氧化层厚度厚度的增加，给无取向硅钢板的磁性能所带来的不利影响，进行了大量的实验研究及采取措施，如，经检索的：日本专利公开号为JP2011-241416 A的文献，公开了一种高周波铁损优良的无取向电磁钢板及其制造方法。该文献提出按照P(H2O)/P(H2)≤0.015×(Cr+Si+Al)控制水蒸气和氢气的分压比，合金元素Si,Al,Cr的含量越高，P(H2O)/P(H2)的控制上限越高，也就意味着水蒸气量越大或者氢气量越低，气氛中的氧化性提高，还原性减弱，而实际上合金含量越高特别是Al含量较高很容易发生氧化，该专利的分压比控制明显不利于内氧化层的控制。另外，该专利仅考虑到根据合金含量调整P(H2O)/P(H2)，且针对整个退火炉的P(H2O)/P(H2)都相同，没有考虑到各加热段和均热段的具体P(H2O)/P(H2)控制，另外实际退火过程中退火加热速率，加热段的升温时间和速率、均热段的均热温度都会对氧化层的厚度产生影响，针对不同的炉区P(H2O)/P(H2)的控制也不尽相同。
[0008] 中国专利公开号为CN 101812571 A的文献，提供了一种《 电工钢热轧带钢常化处理中防止内氧化层的方法》。该文献是通过对常化工艺的控制，以减小和消除热轧带钢常化时产生的内氧化层，即从源头上消除最终退火时的炉底辊结瘤。该文献主要针对热轧带钢的表面结瘤问题，提出在无氧化炉采用直火加热，控制炉内空燃比，露点和氧含量，炉内气氛为纯N2。控制常化过程中的内氧化层生成虽然对冷轧退火后的成品内氧化层控制起到一定有利作用，但是无法对成品退火后的内氧化层控制起到决定作用。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于克服上述文献中存在的不足，提供一种通过同时控制连续退火炉加热段的加热速率、退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2) ≤0.10，以及退火均热段水蒸气与氢气的分压比，以实现内氧化层厚度在1μm以下的无取向硅钢内氧化层的控制方法。
[0010] 实现上述目的的措施：
[0011] 一种无取向硅钢内氧化层的控制方法，其步骤：
[0014] 3)成品退火：其中：
[0015] 控制加热升温速率不低于50℃/s，退火过程采用N2、H2及水蒸气混合气体进行，并控制：退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2) ≤0.10；
[0016] 退火均热段水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2)满足以下公式：
[0017]
[0018] 式中：T—为均热段的均热温度，单位为℃。
[0019] 进一步地：加热升温速率不低于80℃/s。
[0020] 进一步地：退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2)在0.04~0.08。
[0021] 进一步地：退火均热段气氛中水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2) ≤0.25。
[0022] 其在于：其适用于无取向硅钢的成分及重量百分比含量在：C:≤0.003%， N:≤0.003%， S:≤0.002%， P:≤0.05%，Si:0.5 3.5%，Al不超过1.5%，Mn:0.2 2.0%。
~ ~
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[0023] 本发明中主要工艺的机理及作用
[0024] 之所以在本技术领域，要将无取向硅钢板的内氧化层厚度控制在1.0μm以下，是由于铁和铝的氧化物都是非磁性物质，根据趋附效应原理，靠近材料表面的磁通密度集中，因此靠近材料表面的内氧化层直接导致表面磁畴移动困难，铁损增加。氧化层厚度超过1.0μm以后高频损耗恶化尤为明显。
[0025] 本发明之所以控制加热升温速率不低于50℃/s，以及控制退火加热段气氛中水蒸汽与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2)≤0.10的问题：
[0026] 本申请人在经大量的试验研究的结果表明，无取向硅钢板的内氧化层的形成与氧势密切相关，而氧势主要受P(H2O)/P(H2)影响。并且在加热升温阶段和均热保温阶段都需要低氧势，尤其是在加热升温阶段更需要低氧势，因为低氧势能防止内氧化层的快速形成；另外，合金元素在加热过程中向表面扩散，然而在靠近界面处与气氛中向基体扩散的氧接触反应是内氧化层的形成的重要阶段，有文献研究表明上述氧化反应的温度每提高10℃，反应速度提高到原来的2-4倍，因此为了降低铁和其他合金与氧在加热阶段的充分接触反应的机率，故本发明将加热升温速率设定在不低于50℃/s，以减少反应时间，同时加热升温阶段是内氧化层形成的初始和重要阶段，但其还处于不稳定状态，此时严格控制P(H2O)/P(H2)，使内氧化层难以稳定形成或迅速被还原，为后续均热段的内氧化层控制打下良好基础。
[0027] 本发明之所以在建立退火均热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2)的数学模型，即P(H2O)/P(H2)≤1-T/1200是因为：
[0028] 根据反应式（1）和（2），由材料热力学相关原理可知化学反应的摩尔吉布斯自由能正负与大小直接决定反应的方向和速度，反应的速度与方向、P(O2)，P(H2O)/P(H2)密切相关，而P(O2)，P(H2O)/P(H2)取决于反应时的环境温度，尤其是根据均热时的温度调整P(H2O)/P(H2)，就可以控制反应（2）的方向，由于退火均热阶段是成品再结晶和晶粒长大的阶段，其必须保证足够的温度水平才能保证成品的各项性能，因此在均热阶段只能减少空气中的H2O和燃烧后的生成的H2O与钢板的反应或降低其反应速度，从而最终控制成品中内氧化层的厚度。
[0029] 通过大量实验数据和内氧化层结果观察表明：退火均热温度越高，铁及其他合金、与H2O的反应越剧烈，此时为了降低反应速度甚至控制反应反向，需要降低水汽分压，加大H2分压，即降低P(H2O)/P(H2)值，可以有效降低内氧化层厚度。
[0030] 而退火均热温度越低，铁及其他合金与H2O的反应越缓慢，此时可以适当降低H2分压，降低生产成本，即适当提高P(H2O)/P(H2)值，此时内氧化层厚度也不会明显上升。由试验数据可以得到以下结论
[0031] 当满足公式
[0032]
[0033] 时，可以有效控制均热段内氧化层厚度。
[0034] 本发明与现有技术相比，通过控制连续退火炉加热段的加热速率、退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2)≤0.10，以及退火均热段水蒸气与氢气的分压比，从而实现内氧化层厚度在1μm以下，从而减少其对磁化过程的不利影响。附图说明
[0035] 图1为本发明所生产的无取向硅钢钢板的内氧化层分布图。
具体实施方式
[0036] 下面对本发明予以详细描述：
[0037] 表1为本发明实施例1及对比例的工艺取取值及内氧化层厚度列表；
[0038] 表2为本发明实施例2及对比例的工艺取取值及内氧化层厚度列表；
[0039] 表3为本发明实施例3及对比例的工艺取取值及内氧化层厚度列表；
[0040] 表4为本发明实施例4及对比例的工艺取取值及内氧化层厚度列表；
[0041] 表5为本发明实施例5及对比例的工艺取取值及内氧化层厚度列表；
[0042] 本发明各实施例按照以下步骤生产：
[0043] 1）常规转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯；
[0044] 2)常规铸坯加热热轧、常化处理、酸洗及一次冷轧至成品厚度；
[0045] 3)成品退火：其中：
[0046] 控制加热升温速率不低于50℃/s，退火过程采用N2、H2及水蒸气混合气体进行，并控制：退火加热段气氛中水蒸气与氢气的分压比在P(H2O)/P(H2) ≤0.10；
[0047] 退火均热段水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2)满足以下公式：
[0048]
[0049] 式中：T—为均热段的均热温度，单位为℃。
[0050] 实施例1
[0051] 本实施例经采用转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯后，铸坯成分为C:0.0015%，Si:2.5%，Al:1.4%，Mn:1.5%，P:0.02%，S:0.0008%，N:0.0014%；铸坯热轧后进行常化处理及酸洗后，经一次冷轧轧制至厚度到0.50mm；经对冷轧板进行成品退火，退火相关参数及对应内氧化层厚度见表1所示：
[0052] 表1
[0053]
[0054] 由表1可见，当采用本发明工艺时，内氧化层厚度可以控制在1μm以下。
[0055] 实施例2
[0056] 本实施例经采用转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯后，铸坯成分为C:0.0018%，Si:1.5%，Al:0.4%，Mn:0.5%，P:0.015%，S:0.0013%，N:0.0019%；铸坯热轧后进行常化处理及酸洗后，经一次冷轧轧制至厚度到0.35mm；经对冷轧板进行成品退火，退火相关参数及对应内氧化层厚度见表2所示：
[0057] 表2
[0058]
[0059] 由表2可见，当采用本发明工艺时，内氧化层厚度可以控制在1μm以下。
[0060] 实施例3
[0061] 本实施例经采用转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯后，铸坯成分为C:0.0021%，Si:0.8%，Al:0.6%，Mn:0.2%，P:0.018%，S:0.0017%，N:0.0021%；铸坯热轧后进行常化处理及酸洗后，经一次冷轧轧制至厚度到0.30mm；经对冷轧板进行成品退火，退火相关参数及对应内氧化层厚度见表3所示：
[0062] 表3
[0063]
[0064] 由表3可见，当采用工艺5- 8时，内氧化层厚度可以控制在1μm以下，特别是采用优选工艺7，8时，内氧化层厚度更小。
[0065] 实施例4
[0066] 本实施例经采用转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯后，铸坯成分为C:0.0024%，Si:2.6%，Al:0.9%，Mn:0.35%，P:0.028%，S:0.0013%，N:0.0011%；铸坯热轧后进行常化处理及酸洗后，经一次冷轧轧制至厚度到0.27mm；经对冷轧板进行成品退火，退火相关参数及对应内氧化层厚度见表4所示：
[0067] 表4
[0068]
[0069] 由表4可见，当采用本发明工艺时，内氧化层厚度可以控制在1μm以下。
[0070] 实施例5
[0071] 本实施例经采用转炉冶炼，RH真空处理，连铸成坯后，铸坯成分为C:0.0022%，Si:3.1%，Al:1.2%，Mn:0.52%，P:0.024%，S:0.0012%，N:0.0016%；铸坯热轧后进行常化处理及酸洗后，经一次冷轧轧制至厚度到0.20mm；经对冷轧板进行成品退火，退火相关参数及对应内氧化层厚度见表5所示：
[0072] 表5
[0073]
[0074] 由表5可见，当采用本发明工艺时，内氧化层厚度可以控制在1μm以下。
[0075] 由表1-表5可见，每当加热升温速率小于50℃/s或加热段P(H2O)/P(H2)大于0.1时或均热段P(H2O)/P(H2)大于1-T/1200时，均会导致钢板内氧化层的厚度大于1μm，不能实现本发明的目的；只有同时满足加热升温速率不低于50℃/s，加热段P(H2O)/P(H2)小于0.1，退火均热段水蒸气与氢气的分压比P(H2O)/P(H2)的公式，即 ，才能控制钢板内氧化层的厚度小于1μm，才能提高无取向硅钢板的磁性能。
[0076] 上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
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