一種高磁感高硅無取向硅鋼板及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電工鋼板制造領(lǐng)域，特別涉及一種高磁感高硅無取向硅鋼板及其制備方法。本發(fā)明的高磁感無取向硅鋼板化學(xué)成分按照重量百分比為：Si:6.4~6.6%，Ce:0.005~0.02%，N≤0.005%，S≤0.003%，P≤0.02%，O≤0.003%，C≤0.005%，余量為Fe；其制備方法是首先冶煉鋼水，然后在氬氣氣氛保護(hù)下進(jìn)行鑄軋得到無取向高硅鋼薄帶，將高硅鋼薄帶冷卻至900~1100℃進(jìn)行熱軋，得到厚度為1.0~1.3mm的熱軋板，將熱軋板冷卻至150~500℃進(jìn)行溫軋后酸洗、退火，得到高磁感高硅無取向硅鋼薄板產(chǎn)品。本發(fā)明的技術(shù)方案是添加微合金化元素Ce并采用匹配的鑄軋、熱軋和溫軋相結(jié)合的制造工藝，顯著提高高硅無取向硅鋼薄板的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
【專利說明】一種高磁感高硅無取向硅鋼板及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電工鋼板制造領(lǐng)域，特別涉及一種高磁感高硅無取向硅鋼板及其制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 無取向電工鋼廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、變壓器和磁屏蔽等電器元件的鐵芯材料。目 前，大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的無取向電工鋼的硅含量一般低于3. wt%。當(dāng)硅含量達(dá)到 6. 5. wt%，無取向電工鋼的綜合磁性能將表現(xiàn)為極低的中高頻鐵損、近乎于零的飽和磁致伸 縮、高磁導(dǎo)率和低矯頑力，特別適用于制作低噪音、低鐵損變壓器和電動(dòng)機(jī)的鐵芯材料，也 成為高頻電子元件的首選材料，甚至可應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)的尖端武器，市場(chǎng)前景廣泛。但是由 于6. 5wt. %Si鋼的低溫塑性和韌性極差，常規(guī)生產(chǎn)工藝很難將其制備成薄板。
[0003] 1978年，Tsuya和Arail采用快速凝固方法成功地制備出Fe-6. 5wt. %Si合金薄 帶，引發(fā)了世界范圍對(duì)6. 5wt. %Si合金研究的熱潮。不過，由于薄帶成品寬度受限且產(chǎn)品厚 度規(guī)格單一這一技術(shù)瓶頸遲遲未能解決，使該技術(shù)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)舉步維艱，到目前為止 仍未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。二十世紀(jì)八十年代，日本鋼管公司通過采用軋制和化學(xué)氣相沉積（CVD) 方法制造備出了 Fe-6. 5wt. %Si合金薄板，初步實(shí)現(xiàn)無取向6. 5wt. %Si鋼的工業(yè)化試制，并 于1993年實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；a(chǎn)。其產(chǎn)品厚度規(guī)格分為0. 5、0. 35、0. 2和0. Imm等。其中0. 5mm 及以上厚度規(guī)格薄板基于軋制方法制備，厚度低于〇. 2mm薄板基于滲硅方法，并分為梯度 硅和無梯度硅兩種產(chǎn)品。但是由于其滲硅基板是基于常規(guī)工藝經(jīng)過大壓下量軋制獲得，極 易形成高強(qiáng)度惡化磁感應(yīng)強(qiáng)度的Y纖維織構(gòu)，很難通過后續(xù)熱處理工藝完全消除，因此， 基于CVD法制備的6. 5wt. %Si無取向硅鋼的磁感應(yīng)強(qiáng)度普遍偏低。此外，滲硅過程需要基 板長(zhǎng)時(shí)間維持在高溫狀態(tài)下，耗能極高，并且滲硅介質(zhì)采用劇毒且腐蝕性極強(qiáng)的SiCl4，為 防止有毒氣體泄露危害環(huán)境，生產(chǎn)設(shè)備對(duì)密封性要求極高，日常維護(hù)復(fù)雜。而且，利用該方 法制備的6. 5%Si無取向電工鋼薄板的磁感應(yīng)強(qiáng)度偏低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種高磁感高硅無取向硅鋼板及其制備方 法，目的是通過添加微合金化元素 Ce并采用匹配的軋制及熱處理工藝，提高無取向硅鋼的 磁感應(yīng)強(qiáng)度的，解決現(xiàn)有生產(chǎn)流程工藝復(fù)雜、制造工序多、設(shè)備要求高、能耗大、環(huán)境負(fù)荷 大、磁性能不理想等問題。
[0005] 本發(fā)明的高磁感高硅無取向硅鋼板，其化學(xué)成分按照重量百分比為：Si: 6. 4~6. 6 %，Ce: 0? 005?0? 02%，N 彡 0? 005%，S 彡 0? 003%，P 彡 0? 02%，0 彡 0? 003%，C 彡 0? 005%，余量 為 Fe, 0? 20mm 厚硅鋼板的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B8 彡 I. 362T，B25 彡 I. 492T，B50 彡 I. 602T，0? 30mm 厚硅鋼板的磁感應(yīng)強(qiáng)度B8彡I. 424T，B25彡I. 537T，B50彡I. 628T，0. 50mm厚硅鋼板的磁 感應(yīng)強(qiáng)度 B8 彡 I. 429T，B25 彡 I. 523T，B50 彡 I. 604T。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案按照以下步驟進(jìn)行： (1) 冶煉：采用熔煉爐按重量百分比冶煉成分為：Si : 6. 4飛.6 %，Ce: 0. 005?0. 02%， N彡0? 005%，S彡0? 003%，P彡0? 02%，O彡0? 003%，C彡0? 005%，余量為Fe的液態(tài)無取向硅 鋼鋼水； (2) 鑄軋：將液態(tài)鋼水于143(Tl500°C澆鑄到中間包內(nèi)，在氬氣氣氛保護(hù)下，鋼水經(jīng)中 間包流入由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥和側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池，熔池上表面的鋼水的 過熱度為KTKKTC，熔池中的鋼水經(jīng)結(jié)晶輥凝固，控制結(jié)晶輥鑄軋速度為2(T80m/min，導(dǎo) 出2. 0?4. Omm厚、100?IOOOmm寬的無取向高娃鋼薄帶； (3) 熱軋：將高硅鋼薄帶冷卻至90(Tll0(TC進(jìn)行熱軋，得到厚度為I. (Tl. 3mm的熱軋 板； (4) 溫軋：將熱軋板冷卻至40(T50(TC進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為5~10%，得到厚度為 0. 3(H). 60mm的溫軋板，再于15(T250°C進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為3%?5%，得到0. 20、0. 30、 0? 50mm厚的溫乳薄板； (5) 酸洗：對(duì)溫軋板進(jìn)行酸洗以去除表面的氧化鐵皮； (6) 退火：對(duì)酸洗后的冷軋板在氫氣氣氛中退火，退火溫度為85(Tll5(TC，退火時(shí)間 IOmirTlh,得到高磁感高娃無取向娃鋼薄板產(chǎn)品。
[0007] 其中，所述的步驟（5)中的酸洗采用質(zhì)量濃度為2~10%的鹽酸，酸洗溫度50_90°C， 酸洗時(shí)間2-10min。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點(diǎn)和有益效果是： 薄帶鑄軋是一種短流程、近終形制造技術(shù)，可將液態(tài)鋼水直接凝固得到1~5_厚的薄 板，不僅節(jié)能降耗，而且能夠提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。利用薄帶鑄軋技術(shù)生產(chǎn)6. 5%Si 無取向硅鋼板能解決現(xiàn)有生產(chǎn)流程工藝復(fù)雜、制造工序多、設(shè)備要求高、能耗大、環(huán)境負(fù)荷 大和磁性能不理想等問題。
[0009] 無取向硅鋼磁性能惡化的關(guān)鍵因素之一是鋼中大量細(xì)小的析出物或夾雜物，設(shè)法 使析出物或夾雜物粗大化和無害化是改善無取向硅鋼磁性能的重要途徑。Ce元素具有極強(qiáng) 的化學(xué)活性，一方面，它極易與鋼液中的雜質(zhì)元素如氧、硫以及一些低熔點(diǎn)夾雜物反應(yīng)生成 高熔點(diǎn)化合物，而這些高熔點(diǎn)夾雜物在冶煉過程中易于上浮和去除，從而凈化鋼液；另一方 面，細(xì)小的MnS、AlN等析出物易于附著在鈰的氧化物或硫化物上生長(zhǎng)進(jìn)而形成粗大的復(fù)合 析出物，從而大幅減少細(xì)小MnS、AlN的數(shù)量。這對(duì)于改善高硅無取向硅鋼的磁性能非常有 利。
[0010] 本發(fā)明是將薄帶鑄軋的亞快速凝固特性與Ce微合金化相結(jié)合，有助于使鋼液更 加潔凈，使細(xì)小的析出物或夾雜物(如MnS、AlN等）的數(shù)量更少，從而達(dá)到改善6. 5%Si無取 向硅鋼板磁性能的目的。本發(fā)明還在鑄軋過程中對(duì)中間包和熔池進(jìn)行氬氣氣氛保護(hù)，目的 是防止鋼水中的Ce元素因與空氣中的氧、氮反應(yīng)而損失以及大量Ce的氧化物和氮化物的 形成。
[0011] 總結(jié)起來，本發(fā)明的有益效果是： (1) 本發(fā)明的技術(shù)方案大幅縮短了高硅無取向硅鋼薄板的制造流程，顯著降低了生產(chǎn) 成本、能耗及污染物排放，是一種低成本、短流程制造技術(shù)； (2) 本發(fā)明的技術(shù)方案是添加微合金化元素 Ce并采用匹配的鑄軋、熱軋和溫軋相結(jié)合 的制造工藝，顯著提高高硅無取向硅鋼薄板的磁感應(yīng)強(qiáng)度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖； 其中：1 :熔煉爐；2 :中間包；3 :結(jié)晶輥；4 :熔池；5 :鑄帶；6 :熱軋機(jī)；7 :溫軋機(jī)；8 :酸 洗槽；9 :退火爐。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 本發(fā)明的工藝過程如圖1所示。
[0014] 實(shí)施例1 本實(shí)施例的高磁感高硅無取向硅鋼板化學(xué)成分按照重量百分比為：Si:6. 4 %，Ce: 0? 005%，N :0? 0029%，S :0? 002%，P :0? 012%，0 :0? 0023%，C :0? 0031%，余量為 Fe。
[0015] 本實(shí)施例的制備方法按照以下步驟進(jìn)行： (1) 冶煉：利用熔煉爐1冶煉出滿足高硅鋼化學(xué)成分要求的鋼水，得到化學(xué)組分按重量 百分比為 Si:6. 4 %，Ce: 0? 005%，N :0? 0029%，S :0? 002%，P :0? 012%，0 :0? 0023%，C :0? 0031%， 余量為Fe的液態(tài)鋼水； (2) 鑄軋：將上述的液態(tài)鋼水于1430°C澆鑄到中間包2內(nèi)，在氬氣氣氛保護(hù)下，鋼水經(jīng) 中間包流入由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥3和側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池4,熔池4上表面的 鋼水的過熱度為KTC，熔池4中的鋼水經(jīng)結(jié)晶輥凝固，控制結(jié)晶輥鑄軋速度為20m/min，導(dǎo) 出2. Omm厚、IOOmm寬的鑄帶5 ; (3) 熱軋：將鑄帶5冷卻至900°C經(jīng)熱軋機(jī)6進(jìn)行熱軋，得到厚度為I. Omm的熱軋板； (4) 溫軋：將熱軋板冷卻至400°C經(jīng)溫軋機(jī)7進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為10%，得到厚度 為〇? 6mm的溫軋板，再于150°C進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為3%，得到0? 50mm厚的溫軋薄板； (5) 酸洗：在酸洗槽8中進(jìn)行酸洗，酸洗采用質(zhì)量濃度為10%的鹽酸濃度，酸洗溫度 50°C，酸洗時(shí)間2min，以去除表面的氧化鐵皮； (6) 退火：薄板在氫氣氣氛中于退火爐9中進(jìn)行退火，退火制度為980°C退火lOmin，得 到高磁感高硅無取向硅鋼薄板產(chǎn)品。
[0016] 沿平行于軋制方向測(cè)試得到的磁性能如表1所示，其中，磁感應(yīng)強(qiáng)度B8，B25和B50 分別在磁場(chǎng)頻率50Hz，磁場(chǎng)強(qiáng)度分別為800、2500和5000A/m條件下測(cè)得，單位為T ;鐵損 W10/50、W10/400 和 W10/1000 分別在磁場(chǎng)頻率 50Hz、400Hz、1000 Hz，磁感應(yīng)強(qiáng)度 1T、1T、1T 條件下測(cè)得，單位為W/kg。

【權(quán)利要求】
1. 一種高磁感高硅無取向硅鋼板，其特征在于化學(xué)成分按照重量百分比為：Si: 6. 4?6. 6 %，Ce: 0? 005?0? 02%，N 彡 0? 005%，S 彡 0? 003%，P 彡 0? 02%，0 彡 0? 003%，C 彡 0? 005%， 余量為Fe，0. 20mm厚硅鋼板的磁感應(yīng)強(qiáng)度B8彡1. 362T，B25彡1. 492T，B50彡1. 602T， 0. 30mm厚硅鋼板的磁感應(yīng)強(qiáng)度B8彡1. 424T，B25彡1. 537T，B50彡1. 628T，0. 50mm厚硅鋼 板的磁感應(yīng)強(qiáng)度B8彡1. 429T，B25彡1. 523T，B50彡1. 604T。
2. 權(quán)利要求1所述的一種高磁感高硅無取向硅鋼板的制備方法，其特征在于按照以下 步驟進(jìn)行： (1) 冶煉：采用熔煉爐按重量百分比冶煉成分為：Si : 6. 4飛.6 %，Ce: 0. 005、. 02%， N彡0? 005%，S彡0? 003%，P彡0? 02%，0彡0? 003%，C彡0? 005%，余量為Fe的液態(tài)無取向硅 鋼鋼水； (2) 鑄軋：將液態(tài)鋼水于143(Tl500°C澆鑄到中間包內(nèi)，在氬氣氣氛保護(hù)下，鋼水經(jīng)中 間包流入由兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥和側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池，熔池上表面的鋼水的 過熱度為KTKKTC，熔池中的鋼水經(jīng)結(jié)晶輥凝固，控制結(jié)晶輥鑄軋速度為2(T80m/min，導(dǎo) 出2. 0?4. 0mm厚、100?1000mm寬的高娃無取向娃鋼薄帶； (3) 熱軋：將高硅鋼薄帶冷卻至90(Tll0(TC進(jìn)行熱軋，得到厚度為1. (Tl. 3mm的熱軋 板； (4) 溫軋：將熱軋板冷卻至40(T50(TC進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為5~10%，得到厚度為 0. 3(T〇. 60mm的溫軋板，再于15(T250°C進(jìn)行溫軋，每道次壓下量為3%?5%，得到0. 20、0. 30、 0? 50mm厚的溫乳薄板； (5) 酸洗：對(duì)溫軋板進(jìn)行酸洗以去除表面的氧化鐵皮； (6) 退火：對(duì)酸洗后的冷軋板在氫氣氣氛中退火，退火溫度為85(Tll5(TC，退火時(shí)間 lOmirTlh，得到高磁感高娃無取向娃鋼薄板產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高磁感高硅無取向硅鋼板的制備方法，其特征在于所述 的步驟（5)中的酸洗采用質(zhì)量濃度為2~10%的鹽酸，酸洗溫度50-90°C，酸洗時(shí)間2-10min。
【文檔編號(hào)】C22C38/02GK104451372SQ201410709225
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】劉海濤, 李昊澤, 陳圣林, 王項(xiàng)龍, 張鳳泉, 駱忠漢, 劉振宇, 王國(guó)棟 申請(qǐng)人:東北大學(xué)