一种高磁感取向硅钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种高磁感取向硅钢，其化学元素质量百分比为：Si：2.0～4.0％；C：0.03～0.07％；Als：0.015～0.035％；N：0.003～0.010％；Nb：0.0010～0.0500％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。此外，本发明专利技术还公开了上述高磁感取向硅钢的制造方法，包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)板坯加热；(3)热轧；(4)冷轧；(5)脱碳退火；(6)渗氮处理；(7)涂覆MgO涂层；(8)高温退火；(9)绝缘涂层；其中，制造方法使得高磁感取向硅钢初次晶粒尺寸为14～22μm，初次晶粒尺寸变动系数大于1.8，初次晶粒尺寸变动系数＝平均初次晶粒直径/初次晶粒直径的标准偏差。差。差。

【技术实现步骤摘要】
一种高磁感取向硅钢及其制造方法


[0001]本专利技术涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种取向硅钢及其制造方法。

技术介绍

[0002]取向硅钢是电力和国防工业不可或缺的软磁材料，由具有被称为Goss织构的晶粒组成，其Goss织构用Miller指数表示为{110}<001>，晶粒的{110}晶面平行于轧制平面，晶粒的<001>晶向平行于轧制方向，从而在定向磁场下具有最佳的易磁化性能，充分利用磁晶各向异性实现多晶体材料的最佳磁性能。采取取向硅钢制成动力变压器或传输变压器中的铁心，在定向磁场的工况下，其极高的磁感和极低的铁损可显著节省材料和电能。取向硅钢通常采用铁损P
17/50
和磁感B8来表征磁性能水平，其中
P17/50
表示在最大磁感应强度为1.7T、频率为50Hz时，单位Kg试样的铁损；B8表示对应于磁场强度为800A/m时的磁感应强度。
[0003]按照磁感B8进行区分，取向硅钢可分为普通取向硅钢(B8＜1.88T)和高磁感取向硅钢(B8≥1.88T)两大类。其中，传统的高磁感取向硅钢为高温板坯加热工艺，其不足之处在于：为了使抑制剂充分固溶，板坯的加热温度通常需达到1400℃，而这是传统加热炉的极限水平。此外，由于板坯加热温度高，导致加热炉利用率低、寿命短，硅在晶界偏析、热卷边裂严重、成材率低、能源消耗大、制造成本高。
[0004]鉴于存在上述问题，因而，越来越多的研究致力于如何降低取向硅钢加热温度。目前，按照板坯加热温度范围来区分，其主要改进路径有两种：一种是中温板坯加热工艺，板坯加热温度在1250～1320℃，采用AlN和Cu2S作为抑制剂；另一种是低温板坯加热工艺，板坯加热温度在1100～1250℃，在后工序采用渗氮方法导入抑制剂。其中，低温板坯加热工艺，由于可以实现较低成本地生产制造高磁感取向硅钢，因而，其应用较多。
[0005]而低温板坯加热工艺的主要难点在于抑制剂的选择与形态控制，尽管低温板坯加热工艺具有明显的制造成本与成材率优势，但与高温板坯加热工艺相比，抑制剂的不稳定因素显著增多，例如，在浇铸过程中形成的粗大析出物，例如TiN为核心的MnS+AlN复合析出物在后续退火中难以固溶，抑制剂的抑制效果降低，导致初次晶粒尺寸的控制难度增大，还可能存在渗氮量分布不均匀等问题，这导致在高温退火过程中通过氮扩散形成的抑制剂AlN、(Al,Si)N、(Al,Si,Mn)等分布不均匀，反映在产品质量上表现为沿板宽和卷长方向的磁性能不均匀。与高温生产工艺相比，低温板坯加热工艺要求抑制剂形成元素如成分Als等元素的控制范围达ppm级，并对脱碳退火后的初次晶粒尺寸和渗氮量提出苛刻要求，对制造工艺与技术装备要求高。由于技术难度显著增加，通常低温板坯加热工艺的高磁感取向硅钢典型磁感B8介于1.88～1.92T，低于同类高温工艺产品的磁感，且氧化膜等缺陷发生率也相对较高。
[0006]低温板坯加热的一些改进工艺聚焦进一步提升产品等级，如减薄带钢厚度、提高硅含量、刻痕细化磁畴、快速感应加热等，为了获得高品质，这些技术会一定程度增加投资或制造成本；另一些改进工艺则专注于从炼钢源头降低抑制剂元素含量并优化热处理工艺，以进一步降低制造成本，如：
[0007]公开号为CN1708594，公开日为2005年12月14日，名称为“方向性电磁钢板的制造方法以及方向性电磁钢板”的中国专利文献公开了一种技术方案，其可以被认为“无抑制剂法”的高磁感取向硅钢制造方法。在该专利文献所公开的技术方案中，板坯成分包含质量％计的C：0.08％以下，Si：2.0～8.0％，Mn：0.005％～3.0％，使Al在100ppm以下，并且使N、S和Se分别在50ppm以下，余量为Fe及不可避免的杂质。该技术方案在冷轧板退火过程中未进行渗氮操作，并可以使板坯加热温度降低至1250℃以下，还因为C、N、S、Se、Al含量低，可以有效降低高温退火工序制造成本。虽然上述的制造方法工序简单、制造成本下降，但产品等级不高且存在磁性能不稳定的问题，所有实施例中的磁感B8均低于1.91T。而为了解决无抑制剂法工艺磁性能不稳定的问题，需要额外添加改进工艺，势必不可避免地又增加了制造成本。
[0008]公开号为CN101573458，公开日为2009年11月4日，名称为“高生产率地生产具有优异磁特性的晶粒定向电工钢板的方法”的中国专利文献公开了一种技术方案，其可以被称为“低温板坯半固溶渗氮法”高磁感取向硅钢制造方法。在该专利文献所公开的技术方案中，板坯成分包含质量％计的C：0.04～0.07％，Si：2.0～4.0％，P：0.02～0.075％，Cr：0.05～0.35％，酸可溶Al：0.020～0.040％，Mn：低于0.20％，N：低于0.0055％，S：低于0.0055％，余量为Fe及不可避免的杂质。该技术方案将板坯加热至板坯中的析出物部分溶解的温度，要求板坯加热过程溶解的N量介于0.0010～0.0040％，随后经热轧、热轧板退火、冷轧，在氨气、氢气和氮气的混合气氛中同时脱碳和氮化退火，再进行高温退火得到成品。该技术方案将板坯中N和S的含量控制在低水平，控制有效抑制剂的量和形态，使初次晶粒尺寸为18～30μm，在获得优异磁性能的同时可以大幅缩短高温退火时间。由于S含量较低，因此可以减轻高温退火过程中的脱S负荷，但考虑到该技术方案中包含冷轧板的渗氮退火处理，实际上很难大幅缩短高温退火过程中的净化退火时间。此外，为了控制板坯加热过程溶解的N量，还要求板坯加热温度为1050～1250℃。
[0009]提升取向硅钢的产品等级和降低制造成本往往难以兼得。上述的专利文献中，难点在于如何稳定实现二次再结晶的驱动力与抑制力高水平匹配。通常，降低抑制剂元素含量，会降低初次再结晶和二次再结晶所必须的抑制力，这导致初次晶粒尺寸增大且不均匀，二次再结晶温度提高。如果初次晶粒尺寸过大，会降低二次再结晶的驱动力，二次晶核会减少；如果初次晶粒尺寸不均匀，非高斯位向的晶粒会发生二次再结晶；如果二次再结晶温度提高，意味着二次再结晶前的升温时间增加，增加了抑制剂粗化或被氧化的风险，这些都会导致成品磁性能降级甚至报废。正是存在磁性能难以稳定控制的问题，还有一些现有技术通过采取改变板坯中析出的夹杂物形态来降低制造成本，如：
[0010]公开号为CN103805918A，公开日为2014年5月21日，名称为“一种高磁感取向硅钢及其生产方法”的中国专利文献公开了一种高磁感取向硅钢及其生产方法。在该专利文献所公开的技术方案中，板坯成分包含质量％计的C：0.035～0.120％，Si：2.5～4.5％，Mn：0.05～0.20％，S：0.005～0.050％，Als：0.015～0.035％，N：0.003～0.010％，Sn：0.03～0.30％，Cu：0.01～0.50％，通过控制微量元素，使V：低于0.0100％，Ti：低于0.0100％，Sb+Bi+Nb+Mo：0.0025～0.0250％，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高磁感取向硅钢，其特征在于，其化学元素质量百分比为：Si：2.0～4.0％；C：0.03～0.07％；Als：0.015～0.035％；N：0.003～0.010％；Nb：0.0010～0.0500％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，其还具有下述各化学元素的至少其中之一：Mn：0.05～0.20％，P：0.01～0.08％，Cr：0.05～0.40％，Sn：0.03～0.30％，Cu：0.01～0.40％。3.如权利要求1所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，在其他不可避免的杂质中，S≤0.0050％，V≤0.0050％，Ti≤0.0050％。4.如权利要求1-3中任意一项所述的高磁感取向硅钢，其特征在于，其铁损P
17/50
≤(0.28+2.5
×
t)W/kg，其中t表示板厚，单位参量为mm；磁感B8≥1.93T。5.如权利要求1-4中任意一项所述的高磁感取向硅钢的制造方法，其特征在于，包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)板坯加热；(3)热轧；(4)冷轧；(5)脱碳退火；(6)渗...

【专利技术属性】
技术研发人员：章华兵，李国保，沈侃毅，刘宝军，侯长俊，张鑫强，陈建兵，吴美洪，马长松，刘德胜，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：