《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》是寶山鋼鐵股份有限公司於2007年7月23日申請的專利，該專利的申請號為2007100939772，公布號為CN101353760，授權公布日為2009年1月28日，發明人是胡卓超、李國保、孫煥德。
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》公開一種高磁感取向矽鋼及其生產方法。該矽鋼化學成分（wt％）為C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其餘為Fe及不可避免的夾雜物；所述的生產方法包括冶煉、連鑄、熱軋、卷取、冷軋、脫碳退火和高溫退火。
2016年12月7日，《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
基本介紹
- 中文名：一種高磁感取向矽鋼及其生產方法
- 公布號：CN101353760
- 授權日：2009年1月28日
- 申請號：2007100939772
- 申請日：2007年7月23日
- 申請人：寶山鋼鐵股份有限公司
- 地址：上海市寶山區富錦路果園
- 發明人：胡卓超、李國保、孫煥德
- Int.Cl.：C22C38/16(2006.01)、C22C33/00(2006.01)、B21B37/00(2006.01)、C21D8/02(2006.01)
- 代理機構：上海三和萬國智慧財產權代理事務所
- 代理人：劉立平
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
矽鋼是含矽量在3％左右、其它成分主要是鐵的鐵矽合金，是電力、電子和軍事工業不可缺少的重要軟磁合金，亦是產量最大的金屬功能材料，主要用作各種電機、發電機和變壓器的鐵心。矽鋼的分類有：熱軋矽鋼片、冷軋無取向矽鋼片、冷軋取向矽鋼片。其中，取向矽鋼由於生產工藝複雜、製造技術嚴格被稱作當今全球鋼鐵業的“塔尖產品”。
矽鋼在磁場作用下具有顯著的取向性：最易磁化的方向是與<001>軸平行的方向。為了獲得合適的擇優取向，需要所有晶粒的<001>軸都與鋼板軋向平行，這樣可降低晶粒取向鋼的鐵損，提高導磁率，增大易磁化方向的磁路，使材料更適用於變電和配電變壓器等套用領域。
典型的高磁感取向矽鋼生產方法如下：
用轉爐（或電爐）煉鋼，進行二次精煉及合金化，連鑄成板坯，其基本化學成分為Si（2.5～4.5％）、C（0.06～0.10％）、Mn（0.03～0.1％）、S（0.012～0.050％）、Als（0.02～0.05％）、N（0.003～0.012％），有的成分體系還含有Cu、Mo、Sb、B、Bi等元素中的一種或多種，其餘為鐵及不可避免的雜質元素；板坯在專用高溫加熱爐內加熱到1350℃以上的溫度，並進行45分鐘以上的保溫，使有利夾雜物MnS或AlN充分固溶，然後進行軋制，終軋溫度達到950℃以上，進行快速噴水冷卻到500℃以下，然後卷取。為便於在隨後的常化過程中在矽鋼基體內析出細小、彌散的第二相質點，即抑制劑，熱軋板常化後，進行酸洗，除去表面氧化鐵皮。然後進行冷軋將樣品軋到成品厚度，再進行脫碳退火和塗布以MgO為主要成分的退火隔離劑，把鋼板中的[C]脫到不影響成品磁性的程度（一般應在30ppm以下）。高溫退火過程中，鋼板發生二次再結晶、Mg2SiO4底層形成及淨化（除去鋼中的S、N等對磁性有害的元素）等物理化學變化，獲得取向度高、鐵損低的高磁感取向矽鋼。最後，經過塗布絕緣塗層和拉伸退火，得到商業套用形態的取向矽鋼產品。
傳統取向矽鋼生產方法的顯著特點有：
（1）抑制劑從煉鋼開始就形成，在其後的各工序，抑制劑都發揮作用，必須對它進行控制與調整；
（2）板坯高溫加熱，為了抑制劑的充分固溶，加熱溫度最高達到1400℃，達到了傳統加熱爐的極限水平，由於加熱溫度高，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，成本高；
（3）此生產工藝技術的關鍵是控制各階段鋼板的組織、織構，以及抑制劑的行為。
高溫取向矽鋼生產技術經過半個多世紀的發展，已經非常成熟，但一方面，由於其生產工藝複雜、技術含量高、企業間的技術封鎖嚴重及產品的專用性和總需求量較小等原因，掌握該項技術的鋼鐵製造商較少；另一方面，由於加熱溫度高，導致生產性差、成本高等。為了解決這些問題，在長期的生產實踐和研究工作中，人們摸索和開發出了一些成功的辦法，比如：
（1）板坯低溫加熱、滲氮方法
板坯在1250℃以下加熱，熱軋板無邊裂，生產性好。抑制劑通過脫碳退火後的滲氮而獲得，是一種後天的獲得型抑制劑，既可以生產一般取向矽鋼產品，又可以生產高磁感取向矽鋼產品。
（2）中溫取向矽鋼生產方法
俄羅斯的新利佩茨克冶金廠、VIZ等廠採用中溫取向矽鋼生產技術，板坯加熱溫度1250～1300℃，化學成分中含較高的Cu（0.4～0.7％），以AlN和Cu為抑制劑。該方法的抑制劑與高溫法類似，也是一種先天性的抑制劑。但可以完全避免高溫加熱帶來的邊裂問題，缺點是只能生產一般取向矽鋼。
（3）不含抑制劑成分的製造方法
使材料高度純化，將Se、S、N、O的含量分別減少至30ppm，從而排除了Se、S、N、O等偏析帶來的影響，使高能晶界與其他晶界在移動速度方面差別明顯化，且晶界移動速度隨材料高度純化而加大。
如JP3211232、JP4297524等介紹了加Sn的取向矽鋼，但是普遍認為Sn只能作為控制AlN的成分出現，且一般控制在0.04％～0.08％，而且加熱溫度也不發生降低。
（4）控制加熱溫度的取向矽鋼製造方法
眾所周知，在傳統工藝中存在一些問題，如在再加熱過程中，為了充分固溶抑制劑，再加熱的溫度通常高於普通板坯的加熱溫度，先將鑄坯加熱到1350～1390℃，這樣將會導致過多地晶粒長大，這些過度長大的晶粒在傳統的熱軋過程中很難完全破壞，結果導致在最終的二次再結晶不完善，成品存線上晶。如果降低再加熱溫度將不利於夾雜物充分固溶，不能形成有效的抑制劑，二次再結晶不完善，直接影響材料性能。2007年7月之前主要解決問題的方法是利用控制加熱溫度的方式，如為克服高溫加熱技術帶來晶粒尺寸不均等問題，開發了高溫快速加熱等取向矽鋼再加熱的方法，如JP8246055，JP8260054等所揭示的技術。但是這些方法都沒有完全解決熱軋板坯存線上晶的現象，而且容易導致抑制劑固溶不充分。
（5）控制熱軋的取向矽鋼製造方法
板坯熱軋的主要目的，其一是為了促使AlN以細小彌散狀更快和更均勻析出；其二是為了在熱軋過程中發生動態再結晶，並形成一定的再結晶織構；第三是為了使碳化物彌散分布；第四是為了破壞鑄造過程中形成的柱狀晶。
JP1250637和US4302257，雖然闡述了軋制熱軋溫度的變化對性能的影響，但是卻沒有考慮到在熱軋工序中提高生產效率，降低能耗，也沒有考慮到熱軋中間坯厚度對性能的影響。
為有效解決上述問題，《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》旨在提供一種高磁感取向矽鋼，以滿足矽鋼發展需求。
此外，《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》還提供上述矽鋼的生產方法，有效克服傳統取向矽鋼生產工序存在的能耗高、生產性不好等缺點。
發明內容
專利目的
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的第一個目的是提供一種高磁感取向矽鋼。
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的另一個目的是提供上述取向矽鋼的生產方法。
技術方案
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的目的是這樣實現的：
一種高磁感取向矽鋼，其中，所述的矽鋼化學成分（wt％）為：C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其餘為Fe及不可避免的夾雜物。
為了克服傳統取向矽鋼的加熱生產工序中需高溫加熱用以固溶MnS的固有缺點，《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》提供了一種新的取向矽鋼的成分體系，通過降低Mn和S的含量，使鋼中不產生MnS，並通過降低Al和N的含量，達到鋼中僅產生少量AlN的目的。《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》加入足量的Sn和Cu，並利用其作為抑制劑，抑制一次再結晶，提高成品磁性，該方法可大大降低板坯加熱溫度，生產出一種低成本的高磁感取向電工鋼。
一種高磁感取向矽鋼的生產方法，矽鋼的化學成分（wt％）為C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其餘為Fe及不可避免的夾雜物，所述的生產方法包括冶煉、連鑄、熱軋、卷取、冷軋、脫碳退火和高溫退火，其中，所述的熱軋包括多道次粗軋和精軋，粗軋道次之間等待10～15秒，經過粗軋得到50～70毫米的中間坯，粗軋出口溫度為1030～1060℃，精軋第一個道次壓下率為80～85％，得到10毫米中間坯，終軋溫度為1000～1020℃，最終熱軋板厚度為2.5毫米；所述的卷取在700℃左右進行，即700℃±30℃進行。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的熱軋後進行冷卻處理，噴水冷卻到850℃後，緩冷至700℃左右，即700℃±30℃。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的熱軋溫度為1200～1250℃，保溫60～120分鐘。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的冷軋不常化，一次冷軋法軋到成品板厚度，最終壓下率超過90％。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的脫碳退火為：850℃、140秒脫碳退火。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的高溫退火為1200℃、25小時的高溫退火。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其中較好地是，所述的高溫退火中選用MgO為主要成分的高溫退火隔離劑。
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》通過對熱軋工藝的調整，即為了充分發揮Sn和Cu對再結晶的抑制作用，在熱軋工藝中，通過增加熱軋道次壓下量來提高鋼板的形變能和板坯溫度，並通過道次間的適當等待，使鋼板發生完全的動態再結晶，形成強的{110}組分並提高最終產品的磁性能。《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的方法可以在晶界上形成穩定、彌散分布的Sn和Cu相，還可以充分提高熱軋板的（110）<001>位向晶粒，減少（100）<001>位向晶粒，促進二次再結晶的完善，並提高產品磁性。
根據《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》，通過調整適當的軋後冷卻速度和卷取溫度，確保鋼中的AlN和Sn在此過程中彌散析出，從而有利於完善最終的二次再結晶。
有益效果
（一）成分控制部分
降低鋼中Mn和S的含量，阻止MnS的形成，同時降低鋼中Al和N的含量，減少AlN的形成。通過增加鋼中Sn和Cu的含量以形成彌散分布的Sn相和Cu相，使其形成主要抑制劑，抑制一次再結晶生長，提高成品磁性。
（二）熱軋工藝部分
利用增加粗軋道次壓下率和控制粗軋道次間等待時間，有利於發生再結晶，促進板坯內部形成（110）組分並提高最終產品的磁性能。同樣在精軋過程中減少熱軋道次，即可以提高生產效率，又有利於Cu的彌散分布，並可在精軋過程中提高{111}<112>織構。此工藝不但保證熱軋過程中完全發生動態再結晶，從而確保了抑制劑ε-Cu相的彌散分布，又利於完善最終的二次再結晶。
（三）卷取工藝部分
由於Al和N的含量較少，在熱軋卷取過程中，通過改變工藝，有利於AlN和Sn的析出彌散分布，有利於完善最終的二次再結晶，同時省略常化工藝。
再結晶織構的形成取決於再結晶晶粒的形核與長大過程的相對重要性。每一種晶體學取向的出現頻率是不均勻的。研究發現，在取向矽鋼形變和再結晶過程中，{110}、{111}和{112}是較有利的形核取向，而{100}是不利的形核取向。當再結晶驅動力相同時，{111}和{112}取向優先形核，而{100}取向則較難形核。
通常情況下，再結晶驅動力和軋制道次壓下率有直接的關係。當軋制道次壓下率增加時，在熱軋板中獲得的形變儲能越多，其動態再結晶驅動力也越大。取向矽鋼在熱軋時獲得的道次壓下量越大，鋼板中{111}<112>也越強，其原因主要是由於熱軋過程中利用變形增加形變儲能，提高再結晶驅動力，相應地提高了{111}<112>取向晶核的形核速率。這是因為，由於{111}<112>取向晶粒相對其它取向晶粒具有較高的形核速率，因此回復和多邊化過程將優先在這些取向晶粒中發生進而形成亞晶，從而提高熱軋板中{111}<112>取向晶粒的數量。進而有利於二次再結晶的完善。
Sn在725℃以下開始沿晶界偏聚，在熱軋（或常化）後冷卻過程中在850～700℃階段緩冷，並在700℃左右卷取，可起顯著的抑制作用。在高溫退火階段，從550℃開始，隨溫度升高，Sn偏聚濃度逐漸降低，直到950℃（接近二次再結晶開始溫度），Sn在晶界的濃度仍為基體濃度的12倍，證明實施上述工藝後，Sn沿晶界偏聚加強了抑制能力。
技術領域
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》涉及一種高磁感取向矽鋼及其生產方法。
權利要求
1、一種高磁感取向矽鋼，其特徵在於，所述的矽鋼化學成分（wt％）為：C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其餘為Fe及不可避免的夾雜物。
2、一種高磁感取向矽鋼的生產方法，矽鋼的化學成分（wt％）為C：0.055～0.080，Si：2.9～3.5，Mn：0.01～0.02，S：0.005～0.010，Als：0.010～～0.015，N：0.0050～0.0090，Sn：0.25～0.55，P：0.010～0.030，Cu：0.10～0.20，其餘為Fe及不可避免的夾雜物，所述的生產方法包括冶煉、連鑄、熱軋、卷取、冷軋、脫碳退火和高溫退火，其特徵在於，所述的熱軋包括多道次粗軋和精軋，粗軋道次之間等待10～15秒，經過粗軋得到50～70毫米的中間坯，粗軋出口溫度為1030～1060℃，精軋第一個道次壓下率為80～85％，終軋溫度為1000～1020℃，最終板坯厚度為2.5毫米；所述的卷取在700℃±30℃進行。
3、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的熱軋後進行冷卻處理，噴水冷卻到850℃後，緩冷至700℃±30℃。
4、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的熱軋溫度為1200～1250℃，保溫60～120分鐘。
5、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的冷軋不常化，一次冷軋法軋到成品板厚度，最終壓下率超過90％。
6、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的脫碳退火為：850℃、140秒脫碳退火。
7、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的高溫退火為1200℃、25h的高溫退火。
8、如權利要求2所述的高磁感取向矽鋼的生產方法，其特徵在於，所述的高溫退火中選用MgO為主要成分的高溫退火隔離劑。
實施方式
實施例1：
用500千克真空爐煉鋼，澆鑄形成鑄坯的化學成分如表1所示。將上述鑄坯加熱至1200℃、保溫2小時進行熱軋，終軋溫度為1000℃，軋後層流冷卻，緩冷到710℃卷取，形成厚度2.5毫米的帶鋼。上述帶鋼經酸洗後冷軋到0.30毫米，進行脫碳退火：850℃、140秒脫碳退火；最後MgO塗層，並在1200℃進行25h的高溫退火。測量磁性能，結果也列於表1。
編號 | C（％） | Si（％） | Mn（％） | S（％） | P（％） | Cu（％） | Alsol.（％） | N（％） | Sn（％） | P17/50（W/千克） | B8（T） |
發明例1 | 0.06 | 3.15 | 0.02 | 0.004 | 0.020 | 0.20 | 0.010 | 0.0050 | 0.25 | 1.12 | 1.921 |
發明例2 | 0.05 | 3.00 | 0.16 | 0.002 | 0.015 | 0.10 | 0.012 | 0.0025 | 0.55 | 1.32 | 1.895 |
比較例1 | 0.07 | 3.35 | 0.03 | 0.005 | 0.020 | 0.10 | 0.0040 | 0.0015 | 0.001 | 1.31 | 1.862 |
比較例2 | 0.07 | 3.20 | 0.10 | 0.003 | 0.015 | 0.08 | 0.0220 | 0.0090 | 0.005 | 1.19 | 1.873 |
實施例2：
用500千克真空爐煉鋼，澆鑄成鑄坯的化學成分（Wt％）為C＝0.081，Si＝3.8，Als＝0.012，N＝0.008，Mn＝0.05，Sn＝0.35，Cu＝0.13，P＝0.01，S＝0.0020。對此成分鑄坯加熱到1200℃並保溫120分鐘，然後分別進行如下操作：
比較例A1：6道次粗軋至40毫米，道次之間等待10秒，6道次熱精軋工藝將其軋至2.5毫米，熱軋終軋溫度980℃；
發明例A2：3道次粗軋中間坯厚度為50毫米，粗軋最終溫度1040℃，道次之間等待15秒，6道次熱精軋工藝將其軋至2.5毫米，熱軋終軋溫度1000℃；
發明例A3：3道次粗軋厚度變化為70毫米，粗軋最終溫度1050℃，道次之間等待15秒，3道次熱精軋工藝將其軋至2.5毫米，熱軋終軋溫度1020℃。然後噴水冷卻到850℃，緩冷到720℃進行卷取。
再進行下面工藝直到最終成品：冷軋到0.30毫米；850℃、40秒脫碳退火；最後MgO塗層，並在1200℃進行25h的高溫退火。磁性能結果如表2所示。
表2熱軋工藝結果
實施例3：
用500千克真空爐煉鋼，澆鑄成鑄坯的的化學成分（Wt％）為C＝0.081，Si＝3.8，Als＝0.012，N＝0.008，Mn＝0.05，Sn＝0.35，Cu＝0.13，P＝0.01，S＝0.0020。對此成分鑄坯加熱到1200℃並保溫120分鐘。三道次粗軋厚度變化70毫米，粗軋最終溫度1050℃，3道次熱精軋工藝將其軋至2.5毫米，熱軋終軋溫度1020℃。然後如下操作：
B1：直接噴水冷卻到500℃以下卷取；
B2：先噴水冷卻到850℃，緩冷到700℃進行卷取。
再進行下面工藝直到最終成品：冷軋到0.30毫米；850℃、140秒脫碳退火；最後MgO塗層，並在1200℃進行25h的高溫退火，結果如表3所示。
表3熱軋卷取工藝結果
通常取向矽鋼生產方法都是採用板坯高溫加熱的方式，板坯加熱溫度高達1400℃，使有利夾雜充分固溶，該生產方法的缺點在於，加熱溫度過高，加熱時間過長，直接影響可生產性。 2007年7月之前技術尚無好的辦法解決這個問題。
《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的方法有效地解決了上述問題，採用新型的抑制劑Sn和Cu，可降低板坯加熱溫度，並仍然可有效地控制鋼板的一次再結晶組織，對獲得穩定、完善的二次再結晶成品組織非常有利。使得《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》的方法與其它方法相比有很大的優越性。
通過調整熱軋卷取工藝，可在2007年7月之前成分體系下成功的省略常化工藝，而不影響最終的磁性能。此工藝簡單易行，在設備條件滿足的情況下，可提高取向矽鋼生產效率，並可提高的磁性，因而具有良好的推廣套用前景。
榮譽表彰
2016年12月7日，《一種高磁感取向矽鋼及其生產方法》獲得第十八屆中國專利優秀獎。
