一种低温超高磁感取向硅钢及其制造方法专利检索-····黑色金属表面的专利检索查询-专利查询网

一种低温超高磁感取向 硅 钢及其制造方法

专利类型	发明公开	法律事件	公开; 实质审查; 授权;
专利有效性	有效专利	当前状态	授权
申请号	CN202211165687.5	申请日	2022-09-23
公开(公告)号	CN115505694A	公开(公告)日	2022-12-23
申请人	无锡普天铁心股份有限公司; 安庆新普电气设备有限公司;	申请人类型	企业
发明人	闫成亮; 薛慧; 张军; 邵光帅; 张莉; 梅杰; 严佳阳; 张磊;	第一发明人	闫成亮
权利人	无锡普天铁心股份有限公司,安庆新普电气设备有限公司	权利人类型	企业
当前权利人	无锡普天铁心股份有限公司,安庆新普电气设备有限公司	当前权利人类型	企业
省份	当前专利权人所在省份：江苏省	城市	当前专利权人所在城市：江苏省无锡市
具体地址	当前专利权人所在详细地址：江苏省无锡市锡山区锡北镇张泾工业集中区	邮编	当前专利权人邮编：214192
主IPC国际分类	C21D1/26	所有IPC国际分类	C21D1/26 ; C21D1/76 ; C21D3/04 ; C21D6/00 ; C21D8/12 ; C21D11/00 ; C22C38/02 ; C22C38/04 ; C22C38/06 ; C23C8/26
专利引用数量	9	专利被引用数量	1
专利权利要求数量	10	专利文献类型	A
专利代理机构	无锡华源专利商标事务所	专利代理人	冯智文;
摘要	本发明公开了一种低温超高磁感取向硅钢及其制造方法，属于取向硅钢制备技术领域。本发明所述制造方法包括步骤：(1)将钢水经转炉冶炼、连铸后热轧、常化酸洗；(2) 冷轧至成品厚度，随后进行脱碳渗氮退火；(3)涂布隔离剂后高温退火；(4)涂布绝缘层，平整拉伸退火得到低温超高磁感取向硅钢；步骤(3)中，所述高温退火采用两段式保温退火方式。本发明通过控制高温退火过程，获得具有高取向度高斯方位的二次再结晶晶粒，从而获得B800＞1.95T的超高磁感取向硅钢产品，本发明所述方法可在不提高取向硅钢生产成本的同时获得较高的磁感。
权利要求	1.一种低温超高磁感取向硅钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括如下步骤： (1)将钢水经转炉冶炼、连铸后热轧、常化酸洗； (2)冷轧至成品厚度，随后进行脱碳渗氮退火； (3)涂布隔离剂后高温退火； (4)涂布绝缘层，平整拉伸退火得到低温超高磁感取向硅钢；步骤(3)中，所述高温退火采用两段式保温退火方式；所述低温超高磁感取向硅钢的B800＞1.95T。 2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，所述钢水，按质量百分比计，包括如下组分，C:0.04％～0.08％，Si:3.0％～3.4％，Mn:0.06％～0.12％，S:0.01％～ 0.03％，Als：0.02％～0.03％，N：0.006％～0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质。 3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，步骤(1)中，所述连铸的温度为1100～ 1250℃。 4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述两段式保温退火包括第一升温阶段、第一保温阶段；第二升温阶段、第二保温阶段及冷却阶段。 5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第一升温阶段是以升温至800～ 860℃进入第一保温阶段；第一升温阶段中通入Ar和N2的混合气体，所述混合气体中Ar与N2的体积比为0.5～4：1；所述第一保温阶段的保温时间为10～25h，第一保温阶段通入H2与N2的混合气氛，H2与N2的体积比为0.5～4：1。 6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第二升温阶段具体为：在H2和N2混合气氛下，以升温速度a加热至1000～1050℃后，切换H2，继续以相同的速度升温至1100～ 1250℃，进入第二保温阶段进行净化退火；所述第二保温阶段的保温时间为10～25h，第二保温阶段中通入H2。 7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，升温速度a满足如下关系式： 60[S] 100[S] 12‑e ≤a≤30‑e 式中：a为第二升温阶段的升温速度，单位℃/h；[S]表示钢水中S含量，单位％。 8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述第二升温阶段中，H2和N2混合气氛中N2的含量满足如下关系式： 0.3/[Als]+0.2/[N]‑15≤N2≤0.7/[Als]+0.3/[N]‑10 式中：N2表示N2的含量，单位％；[Als]表示钢中酸溶铝的含量，单位％，[N]为钢中N的含量，单位％。 9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，第二升温阶段，钢卷沿宽度方向的温度梯度为2～5℃/cm。 10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述冷却阶段具体为：加热炉断电后，通入H2与N2混合气氛将硅钢降至600～800℃，再通入纯N2冷到低于300℃出炉；所述H2与N2的体积比为0.5～4：1。
说明书全文	一种低温超高磁感取向硅钢及其制造方法技术领域 [0001] 本发明属于取向硅钢制备技术领域，尤其涉及一种低温超高磁感取向硅钢及其制造方法。背景技术 [0002] 冷轧取向硅钢片是具有{110}<001>织构(即高斯织构)的3％Si‑Fe软磁材料，其在轧制方向上极易磁化，并能够获得较高的饱和磁感应强度。利用取向硅钢这一特性，其在工业上被广泛地应用于变压器铁芯的生产制造。磁性能优异的取向硅钢制造出的变压器铁芯损耗也较低，对电力系统节能减排具有重要意义。 [0003] 从产品磁性能上，通常将磁感应强度在1.88T以上的取向硅钢称之为高磁感取向硅钢。从生产工艺特点来看，取向硅钢可分为高温高磁感取向硅钢(热轧板坯加热温度高于1350℃)和低温高磁感取向硅钢(热轧板坯加热温度在1200℃以下)。低温高磁感取向硅钢制造技术因其生产成本低、产品性能好已基本取代了高温高磁感取向硅钢制造技术。低温高磁感取向硅钢基于低温板坯加热技术，后工序采用氨气渗氮的方法，增加钢带中的辅助抑制剂，促进完整二次再结晶的完成，最终得到优良的磁性能。 [0004] 取向硅钢的磁性能主要是由(110)<001>方位晶粒，即高斯方位晶粒的取向度所决定的，而高斯方位晶粒是在高温退火工序发生二次再结晶而生成的。二次再结晶时，高斯方位以外的晶粒大多被抑制剂所抑制。抑制剂在钢中弥散析出，在二次再结晶之前抑制了一次晶粒长大提高了高斯晶粒的取向度，从而提高了磁感强度。可以看出，二次再结晶过程是取向硅钢整个生产工艺中的重中之重，取向硅钢就是通过高温退火升温阶段发生二次再结晶形成单一的{110}<001>织构。由于低温高磁感取向硅钢使用氮化物作为抑制剂，往往会出现偏离(110)<001>方位的二次晶粒，使磁性能劣化。因此为了完善二次再结晶，获得优良磁性，国内外学者对高温退火工艺进行了大量研究。 [0005] 日本公开特许公报，平8‑311560中提出如果在约1000℃时保温约17h后再以10℃/h速度升温到1100℃，此时最高点升温速度为10℃/h，最低点为11℃/h，ΔP17减小明显。日本公开特许公报，平6‑2043中提出以10～20℃/h升温到950～1000℃后再降到900～950℃保温0.5～20h，再以15℃/h速度升温到1200℃保温，可促进位向精确的二次晶粒长大，磁性提高。这些方法适用于高温板坯加热型高磁感取向硅钢的生产，并不适用于后期渗氮型低温板坯加热型高磁感取向硅钢的生产。 [0006] 中国专利CN101775548A公开了低渗氮量高磁感取向硅钢带的生产方法，其中，所述低温高磁感取向硅钢高温退火工序中在高温退火高保温净化平台温度1180℃～1200℃之前采用15℃/h的升温速率，同时在1100℃之前采用H2+N2的混合气氛控制钢种氮化物的含量来获得良好磁性能，然而采用该方法获得的成品取向硅钢磁感应强度B800最大仅为1.94T。 [0007] 中国发明专利CN101348854A公开了一种低温加热取向电工钢的生产方法，其中，所述的一种渗氮法制备低温高磁感取向硅钢的高温退火工艺中，在850℃～1100℃采用更低范围的5～20℃/h的升温工艺，然而采用该方法获得的成品取向硅钢磁感应强度B800最大仅为1.91T。 [0008] 中国发明专利CN109402513A公开了一种高磁感取向硅钢生产方法，对所述钢卷进行高温退火，包括：第一次升温至600～750℃，保温10～20h；第二次升温先升温到二次再结晶开始温度的下限温度Tmin；第三次升温至二次再结晶开始温度的上限温度Tmax；第四次升温到1170～1220℃，保温20～30h；对退火后的钢卷进行拉伸平整，获得所述高磁感取向硅钢；所述下限温度Tmin由剩铝Alr和所述脱碳板的脱碳板的钢带铁损值P13/50的最大值P13max确定，所述上限温度Tmax由剩铝Alr和所述脱碳板的钢带铁损值P13/50的最小值P13min确定。根据钢带铁损值P13/50和剩铝Alr，就可以获得二次再结晶开始的炉温范围，从而提高钢卷的性能，然而采用该方法获得的成品取向硅钢磁感应强度B800最大仅为1.936T。 [0009] 专利CN112853052 A公开一种取向硅钢高温退火的控制方法，在高温退火过程中，将高保温温度至玻璃膜底层形成温度之间的平均冷却速度控制在‑6℃/h～‑15℃/h；将高保温温度至出炉时的总冷却速度控制在‑6℃/h～‑25℃/h；当钢卷冷却至低于出炉温度时，将钢卷出炉，再将钢卷采用空冷或在保护气氛中进行离线冷却，所述出炉温度≤500℃。本发明通过合理控制高温退火的冷却速度，可在不增加制造成本的情况下，有效减少取向硅钢高温退火后的一些板形缺陷，然而采用该方法获得的成品取向硅钢磁感应强度B800最大仅为1.932T。 [0010] 专利CN107988472A提出了一种节能的高磁感取向硅钢生产方法，通过成分和脱碳渗氮后钢带铁损值P13/50来界定产品的二次再结晶温度T0，来提高二次再结晶升温速率和气氛转化控制，使高温退火升温过程时间缩短，且通过增加二次再结晶温度区域保温时间以及通过气氛针对性地维持抑制剂作用，使产品二次再结晶发育完善，性能稳定并提高至1.935T。 [0011] 中国专利CN107858494A，公开了一种低温高磁感取向硅钢的生产方法，其中，在高温退火阶段，从低温到高温依次包括一次升温段、低保温段、二次升温段、高温保温段及降温段，二次升温段包括初期升温段、保温平台TS段和后期升温段，通过初次再结晶晶粒的大小和Alr含量估算出Ts调整高温退火工艺，使得钢卷后部的铁损曲线稳定，与常规的制备方法相比，制备的0.2～0.3mm规格产品中钢卷长度方向的铁损≤0.03W/kg，提高了钢卷头尾铁损的均匀性，但该方法未考虑取向硅钢磁感应强度B800的提高。 [0012] 专利103695791A提出了一种高磁感取向硅钢的生产方法，通过单独添加或复合添加Se、Sb及Bi晶界偏聚元素，提高了取向硅钢的磁感应强度，且磁性稳定。这些方法虽然能获得超高磁感的取向硅钢产品，但主要是通过添加晶界偏聚元素产生的抑制作用，增加了取向硅钢的生产成本。发明内容 [0013] 针对现有技术的不足，本发明提供了一种低温超高磁感取向硅钢及其制造方法。本发明通过控制高温退火过程，获得具有高取向度高斯方位的二次再结晶晶粒，从而获得B800＞1.95T的超高磁感取向硅钢产品，本发明所述方法可在不提高取向硅钢生产成本的同时获得较高的磁感。 [0014] 本发明的技术方案如下： [0015] 一种低温超高磁感取向硅钢的制造方法，所述制造方法包括如下步骤： [0016] (1)将钢水经转炉冶炼、连铸后热轧、常化酸洗； [0017] (2)冷轧至成品厚度，随后进行脱碳渗氮退火； [0018] (3)涂布隔离剂后高温退火； [0019] (4)涂布绝缘层，平整拉伸退火得到低温超高磁感取向硅钢； [0020] 步骤(3)中，所述高温退火采用两段式保温退火方式； [0021] 所述低温超高磁感取向硅钢的B800＞1.95T。 [0022] 进一步地，步骤(1)中，所述钢水，按质量百分比计，包括如下组分，C:0.04％～0.08％，Si:3.0％～3.4％，Mn:0.06％～0.12％，S:0.01％～0.03％，Als：0.02％～0.03％，N：0.006％～0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质。 [0023] 进一步地，步骤(1)中，所述连铸的温度为1100～1250℃；步骤(3)中，隔离剂的组分包括氧化镁。 [0024] 进一步地，步骤(3)中，所述两段式保温退火包括第一升温阶段、第一保温阶段；第二升温阶段、第二保温阶段及冷却阶段。 [0025] 进一步地，所述第一升温阶段是以30～70℃/h升温至800～860℃进入第一保温阶段；第一升温阶段中通入Ar和N2的混合气体，所述混合气体中Ar与N2的体积比值为0.5～4：1。 [0026] 进一步地，所述第一保温阶段的保温时间为10～25h，第一保温阶段通入H2和N2的混合气氛，H2与N2的含量比例为0.5～4：1。 [0027] 进一步地，所述第二升温阶段具体为：在H2和N2混合气氛下，以升温速度a加热至1000～1050℃后，切换纯干H2，继续以相同的速度升温至1100～1250℃，进入第二保温阶段进行净化退火；所述第二保温阶段的保温时间为10～25h，第二保温阶段中通入纯干H2。 [0028] 进一步地，所述第二升温阶段中在H2和N2混合气氛下，以升温速度a加热至1000～1050℃，发生二次再结晶。 [0029] 进一步地，升温速度a满足如下关系式： [0030] 12‑e60[S]≤a≤30‑e100[S] [0031] 式中：a为第二升温阶段的升温速度，单位℃/h；[S]表示钢水中S含量，单位％。 [0032] 进一步地，所述第二升温阶段中通入H2和N2混合气氛，所述N2的含量满足如下关系式： [0033] 0.3/[Als]+0.2/[N]‑15≤N2≤0.7/[Als]+0.3/[N]‑10 [0034] 式中：N2表示N2的含量，单位％；[Als]表示钢中酸溶铝的含量，单位％，[N]为钢种N的含量，单位％。 [0035] 进一步地，第二升温阶段，通过调整升温速率，控制钢卷沿宽度方向的温度梯度为2～5℃/cm。 [0036] 所述冷却阶段具体为：加热炉断电后，通入H2与N2混合气氛将硅钢降至600～800℃，再通入纯N2冷到低于300℃出炉；所述H2与N2的体积比为0.5～4：1。 [0037] 相比现有的低温退火工艺，本申请通过对两段式低温退火中第二升温阶段升温速度及其过程中气氛的限定，以及二次结晶前钢板温度的限定，获得高取向度高斯方位的二次再结晶晶粒，从而提高了硅钢产品的磁感强度。 [0038] 本发明有益的技术效果在于： [0039] 本发明所述两段式保温制度，利用高温退火升温时钢水中S含量的变化来控制第二升温速度，通过控制高温退火过程的气氛、升温速度，以及二次再结晶温度前钢板的温度，获得具有高取向度高斯方位的二次再结晶晶粒，从而获得B800大于1.95T的超高磁感取向硅钢产品。附图说明 [0040] 图1为本发明高温退火工艺示意图。具体实施方式 [0041] 下面结合附图和实施例，对本发明进行具体描述。 [0042] 以下各实施例均按照下面的工艺进行，所述低温超高磁感取向硅钢，其制备方法包括如下步骤： [0043] (1)钢水经转炉冶炼、连铸，将铸坯加热到1100～1250℃，经常规热轧后，进行常化酸洗，然后进行冷轧至成品厚度； [0044] 所述钢水，按质量百分比计，包括如下组分：C:0.04％‑0.08％，Si:3.0％‑3.4％，Mn:0.06％‑0.12％，S:0.01％‑0.03％，Als：0.02％‑0.03％，N：0.006％‑0.01％，余量由Fe和不可避免的杂质。 [0045] (2)进行脱碳渗氮退火，涂布氧化镁退火隔离剂； [0046] (3)高温退火；所述高温退火采用两段式保温退火方式：具体包括第一升温阶段、第一保温阶段；第二升温阶段、第二保温阶段及冷却阶段。 [0047] 所述第一升温阶段是以30～70℃/h升温至800～860℃进入第一保温阶段；第一升温阶段中通入Ar和N2的混合气体，所述混合气体中氩气与氮气比例为0.5～4：1。 [0048] 所述第一保温阶段的保温时间为10～25h，第一保温阶段通入H2和N2的混合气氛，H2和N2的含量比例为0.5～4：1。 [0049] 所述第二升温阶段具体为：在H2和N2混合气氛下，以升温速度a加热至1000～1050℃后，切换纯干H2，继续以相同的速度升温至1100～1250℃，进入第二保温阶段进行净化退火；所述第二保温阶段的保温时间为10～25h，第二保温阶段中通入纯干H2。 [0050] 升温速度a满足如下关系式： [0051] 12‑e60[S]≤a≤30‑e100[S] [0052] 式中：a为第二升温阶段的升温速度，单位℃/h；[S]表示钢水中S含量，单位％。 [0053] 所述第二升温阶段中通入H2和N2混合气氛，所述N2的含量满足如下关系式： [0054] 0.3/[Als]+0.2/[N]‑15≤N2≤0.7/[Als]+0.3/[N]‑10 [0055] 式中：N2表示N2的含量，单位％；[Als]表示钢中酸溶铝的含量，单位％，[N]％表示钢种N的含量。 [0056] 第二升温阶段，钢卷沿宽度方向的温度梯度为2～5℃/cm。 [0057] 所述冷却阶段具体为：加热炉断电后，通入比例为0.5～4：1的H2与N2混合气氛将硅钢降至600～800℃，再通入纯N2冷到低于300℃出炉。 [0058] (4)涂布绝缘层，平整拉伸退火得到低温超高磁感取向硅钢。 [0059] 表1‑2为本申请实施例1‑8及对比例1‑4的原料及高温退火具体条件。 [0060] 实施例1 [0061] 一种低温超高磁感取向硅钢，其制备方法包括如下步骤： [0062] (1)钢水经转炉冶炼、连铸，将铸坯加热到1250℃，经常规热轧后，进行常化酸洗，然后进行冷轧至成品厚度； [0063] 所述钢水，按质量百分比计，包括如下组分：C:0.06％，Si:3.3％，Mn:0.08％，S:0.01％，Als：0.02％，N：0.006％，余量由Fe和不可避免的杂质。 [0064] (2)进行脱碳渗氮退火，涂布氧化镁退火隔离剂； [0065] (3)高温退火；所述高温退火采用两段式保温退火方式：具体包括第一升温阶段、第一保温阶段；第二升温阶段、第二保温阶段及冷却阶段。首先进入第一升温阶段，通入40％Ar+60％N2的混合气体，以约50℃/h速度升到850℃，进入第一保温阶段，此时通入60％H2+40％N2的气氛，并保温15h；然后进入第二升温阶段，在H2和N2的混合气氛中升到1000℃左右发生二次再结晶，H2和N2的混合气氛中N2的含量满足下式： [0066] 0.3/[Als]+0.2/[N]‑15≤N2≤0.7/[Als]+0.3/[N]‑10 [0067] 式中：N2为N2的混合气体中氮气的百分含量，单位％；[Als]表示钢中酸溶铝的含量，单位％，[N]为钢中N的含量，单位％。 [0068] 即0.3/0.02+0.2/0.006‑15≤N2≤0.7/0.02+0.3/0.006‑10，可得33≤N2≤75，即N2的含量为33％≤N2≤75％本实施例选N2含量为75％。控制该阶段的升温速度a，升温速度a满足下式， [0069] 12‑e60[S]≤a≤30‑e100[S] [0070] 式中：a为第二升温阶段的升温速度，单位℃/h；[S]表示钢水中S含量，单位％。即600.01 1000.01 12‑e ≤a≤30‑e 可得10.18≤a≤27.28，本实施例取a为27℃/h [0071] 且a具体选为27℃/h，钢卷沿宽度方向的温度梯度为5℃/cm；升到约1000℃时开始换为纯干氢气，并在1100℃进入第二保温阶段，气氛为纯干氢气，保温25h进行净化退火；然后进入冷却阶段，断电后换为60％H2+40％N2冷到约700℃，再换为纯氮气冷到低于300℃出炉。 [0072] 钢板涂布绝缘涂液后进行平整拉伸退火。测试成品钢板的磁感应强度和铁损值，见表3。 [0073] 实施例2‑3 [0074] 实施例2‑3与实施例1的工艺过程相同，不同在于所用的原料组成及工艺，具体如表1‑2所示，且实施例2中钢水经转炉冶炼、连铸，将铸坯加热到1100℃，经常规热轧后，进行常化酸洗，然后进行冷轧至成品厚度，实施例3中钢水经转炉冶炼、连铸，将铸坯加热到1150℃，经常规热轧后，进行常化酸洗，然后进行冷轧至成品厚度. [0075] 实施例4‑8 [0076] 实施例4‑8的原料组分及工艺如表1‑2所示，其余工艺过程及参数与实施例1相同。 [0077] 对比例1‑4 [0078] 对比例1‑4的原料组分及工艺如表1‑2所示，其余工艺过程及参数与实施例1相同。 [0079] 表1本发明各实施例及对比例主要原料组分 [0080] [0081] 表2本发明各实施例及对比例高温退火的主要工艺参数 [0082] [0083] [0084] [0085] 测试例： [0086] 将实施例1‑8及对比例1‑4制备的取向硅钢，利用磁性测量仪测试磁感应强度和铁损，测试结果如表3所示。 [0087] 表3实施例1‑8及对比例1‑4制备的取向硅钢的磁性 [0088] B800(T) P17/50(w/kg) 实施例1 1.955 0.861 实施例2 1.956 0.878 实施例3 1.962 0.857 实施例4 1.969 0.852 实施例5 1.951 0.885 实施例6 1.960 0.860 实施例7 1.955 0.871 实施例8 1.966 0.866 对比例1 1.88 1.02 对比例2 1.89 1.01 对比例3 1.88 1.05 对比例4 1.88 1.09 [0089] 从表3可以看出高温退火工艺满足本发明技术方案的范围时，可以获得成品钢板的磁感应强度B800达到1.950T以上，铁损值也较低。 [0090] 对比例1中高温退火初期通入纯N2的保护气体，容易导致二次再结晶时钢板表面被氮化，使表层的抑制剂强度降低，在二次再结晶之前，其抑制力不能控制钢板表层正常晶粒成长，导致成品钢板的磁感值较低，B800仅为1.88T。 [0091] 对比例2中在第二次升温阶段，到达1000‑1050℃之前，氮气和氢气混合气氛中N2％不满足本发明提出的关系式，N2％过低，导致抑制剂AlN的析出数量减少，降低了抑制剂的强度，成品钢板的磁感值较低，B800仅为1.89T。 [0092] 对比例3中第二次升温阶段的升温速度a不满足本发明提出的关系式，升温速度a较小，导致析出的MnS抑制剂粗化，降低了抑制剂的强度，最后成品钢板的磁感值较低，B800仅为1.88T。 [0093] 对比例4中第二次升温阶段，钢卷沿宽度方向的温度梯度为1℃/cm，温度梯度过低，不能实现使{110}<001>方位的晶核从钢板的高温侧向低温侧迅速长大，生成高斯方位准确的二次晶粒，导致钢板磁感应强度达不到1.95T以上，最后成品钢板的磁感值较低，B800仅为1.88T。 [0094] 本发明的上述实施例仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

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