一種基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法與流程

2024-02-27 19:20:15

本發明屬於冶金技術領域，特別涉及一種基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法。

背景技術：

取向矽鋼沿軋制方向具有高磁感、低鐵損的優良磁性能，主要用於各種變壓器的鐵芯，是電力電子和軍事工業中不可缺少的重要軟磁合金。傳統取向矽鋼製備工藝複雜冗長主要包括：冶煉—連鑄—鑄坯高溫加熱—熱軋—常化—冷軋—脫碳退火—高溫退火等，為了保證取向電工鋼板發生完善的二次再結晶，鑄坯高溫加熱、熱軋過程綜合控制和常化工藝成為必不可少的工藝節點。鑄坯需要在1350～1400℃保溫以溶解連鑄過程中形成的粗大mns和aln等析出物並在後續熱軋及常化工序中細小彌散析出，如此高的加熱溫度會引起能源浪費、成材率低、設備損耗大等一系列的缺點；控制熱軋和常化也提高了工藝難度和複雜程度。

雙輥薄帶連鑄技術從根本上改變了傳統的薄帶鋼生產方法，可不需經過連鑄、加熱、熱軋和常化等生產工序，而是以轉動的兩個鑄輥為結晶器，將液態鋼水直接注入鑄輥和側封板組成的熔池內，由液態鋼水直接生產出厚度為1～6mm薄帶；其工藝特點是液態金屬在結晶凝固的同時承受壓力加工和塑性變形，在很短的時間內完成從液態金屬到固態薄帶的全部過程，凝固速度可達102～104℃/s；因此，薄帶連鑄在生產fe-si合金方面具有獨特的優勢；特別是，利用雙輥薄帶連鑄亞快速凝固的特點，可以抑制取向矽鋼鑄帶中第二相粒子的析出和長大行為，實現抑制劑的柔性控制。另一方面，一般認為取向矽鋼二次再結晶的goss種子主要起源於熱軋板的次表層，在熱軋過程中由於軋輥和軋件強烈的摩擦作用，鋼板次表層產生足夠的剪切變形，為高斯織構的形成提供了合適的條件。而在雙輥薄帶連鑄過程中，凝固和熱軋工藝被合二為一，能否獲得足夠數量的goss種子，是決定雙輥薄帶連鑄工藝製備取向矽鋼成敗的關鍵所在。

雙輥薄帶連鑄設備根據鑄輥直徑的不同分別有同徑雙輥鑄軋機和異徑雙輥鑄軋機兩種機型。同徑雙輥由於輥間熔池區域對稱，這樣較易控制操作工藝以使鑄軋出的帶鋼具有良好的板形，但由於對澆鋼的壓頭控制有限，往往會導致澆鋼時熔池內的流動不穩定，注流對熔池液面的衝擊大，使熔池整體的波動水平提高，這對鑄軋操作長期及穩定可靠地運行是不利的；相比之下，由東北大學提出的異徑雙輥薄帶坯連鑄的方法，能更有利於保持熔池內的層流流動，以獲得良好的結晶組織，並且易於操作控制，因而具有良好的發展前景。

日本新日鐵專利(平2-258149，1990)主要特徵在於鑄軋工藝參數及冷軋工藝對取向矽鋼磁性能的影響，二次高斯種子是通過降低過熱度增加鑄軋力獲得的。顯然，這種鑄軋方法鑄軋力較大，鑄軋裂紋無法控制，鑄帶表面質量很難滿足矽鋼的後續加工要求。義大利特爾尼公司的美國專利(us6964711)增加了一道次熱軋工藝其特徵在與熱軋工藝對磁性能的影響，其主要織構控制原理和常規板坯連鑄工藝相似，熱軋壓下量較大，極大增加控制板形難度。美國armco公司的美國專利(us6739384)主要特徵在於對二次冷卻速度及一階段冷軋壓下率對磁性能的影響；中國東北大學專利(公開號cn104294155a)主要特徵是在成分上採用超低碳設計及兩階段冷軋工藝製備高磁感取向矽鋼，以上兩種工藝主要是通過調整冷軋工藝，獲得冷軋高斯種子，進而實現二次再結晶。這類方法通過第一階段冷軋退火過程產生goss種子，所以製備流程較長，而且限於壓下量等要素，其方法製備產品厚度規格需要複雜鑄軋工藝匹配鑄帶厚度，才能完成二次再結晶所需必要條件。

前面提到關於鑄軋取向矽鋼專利均是基於等徑雙輥薄帶連鑄工藝，目前的方法均有流程複雜，成本高等確定。而異徑雙輥薄帶連鑄與同徑薄帶連鑄工藝相比，在凝固過程的末端，鋼液承受更強的剪切變形，有利於高斯織構的形成。中國發明專利(公開號cn1647870a)公開了一種金屬薄板雙輥異步鑄軋機的專利，其布置形式採用水平式，適合鋁鎂等有色金屬的慢速鑄軋條件。

技術實現要素：

針對現有取向矽鋼在製備方法及性能方面存在的上述問題，本發明提供一種基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法，通過異徑雙輥鑄軋機獨特的變形行為，提高鑄帶中goss織構的體積分數，同時控制凝固及二次冷卻路徑避免粗大析出物的形成，獲得薄規格的高磁感、低鐵損的取向矽鋼板。

本發明的技術方案是：

一種基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法，按以下步驟進行：

(1)按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.002～0.005％，si2.0～4.0％，mn0.1～0.3％，al0.01～0.05％，s0.015～0.025％，n0.004～0.015％，nb≤0.002％，v≤0.002％，ti≤0.002％，餘量為fe及不可避免雜質；

(2)薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進入中間包，中間包預熱溫度1200～1250℃，控制鋼水進入熔池時過熱度為10～50℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄輥輥徑比例為1：1.1～1.5，小鑄輥直徑500mm，大輥直徑550～750mm，大小輥輥面線速度相同，控制鑄速40～60m/min，控制熔池液位高度150～180mm，控制鑄帶厚度1.8～3.0mm；

(3)鑄帶出輥後在1100～1300℃範圍內採用n2氣氛條件下噴氣冷卻，冷卻速度40～60℃/s，熱軋溫度950～1050℃，終軋溫度850～950℃，壓下量10～15％；熱軋後卷取，卷取溫度500～600℃；

(4)將熱卷清理掉氧化皮後進行單階段多道次冷軋，總壓下量為85～90％，獲得0.15～0.35mm冷軋帶卷；

(5)將冷軋帶在800±5℃進行再結晶退火，時間為150～180s，再結晶退火時冷軋帶是在氮氣氫氣混合氣氛條件下進行，控制混合氣氛的露點在-30℃以下；塗覆mgo隔離劑後，在氮氣氫氣混合氣氛保護條件下，將冷軋帶以10～30℃/h的速度升溫至1200±10℃；在1200±10℃、露點在-30℃以下的純幹氫中進行高溫退火，保溫20～40h；再隨爐冷卻到400±10℃，空冷至常溫；

(6)高溫退火後進行平整拉伸退火，並進行切邊和塗覆張力塗層烘乾後收卷。

所述薄帶連鑄過程採用異徑異步控制凝固過程，異徑比1：1.1～1.5。

所述的鑄帶中含有5％以上goss取向晶粒。

所述的步驟(4)中，單階段多道次冷軋的每道次壓下量為10％～25％。

所述的取向矽鋼磁性能為：p17/50為0.65～1.2w/kg，軋向磁感b8為1.90t以上。

所述的步驟(5)中，氮氣氫氣混合氣氛的氫氣體積比例20％～50％。

所述的步驟(6)中，平整拉伸退火工藝參數為800℃，氮氣保護。

與現有技術相比，本發明的優點及有益效果在於：

1、本發明採用異徑異步控制凝固鑄帶中有利的goss取向晶粒，使其在熱帶中比例達到5％以上，滿足了高磁感取向矽鋼對於其比例的要求，通過減量化的製備過程獲得性能良好的產品。

2、本發明採用水平式薄帶連鑄異步方式適合快速鑄軋過程，而且可以將異步搓軋的效果與矽鋼對goss晶粒種子的要求結合起來，這也正是本發明的技術創新之處。

3、在東北大學公開的專利cn105018847a和cn104313469a中都是通過兩階段冷軋進行取向矽鋼製備，中間退火過程增加成本並且降低了生產效率，但是本發明由於採用異徑異步式凝固成形，鑄帶中goss種子數量顯著增加，使得單階段冷軋可以實現取向矽鋼製備。

附圖說明

圖1為本發明實施例中的的基於異徑薄帶連鑄技術的取向矽鋼鑄帶製備方法流程示意圖。

具體實施方式

在具體實施過程中，如圖1所示，本發明的基於薄帶連鑄技術超低碳取向矽鋼板的製備方法流程包括澆注→氣冷→熱軋→水冷→卷取等，具體如下：將鋼水通過澆口進入中間包，中間包預熱溫度1200～1250℃，控制鋼水進入熔池時過熱度為10～20℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄輥輥徑比例為1：1.1～1.5，小鑄輥直徑500mm，大輥直徑550～750mm，大小輥輥面線速度相同，控制鑄速40～60m/min，控制鑄速40～60m/min，控制熔池液位高度150～180mm，控制鑄帶厚度1.8～3.0mm。

本發明實施例中，層流冷卻時的水壓為0.1～0.2mpa，採用的氫氣體積純度為99.9％。

下面，通過實施例對本發明進一步詳細闡述。

實施例1

本實施例中，基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法，按以下步驟進行：

按設定成分冶煉鋼水，成分按質量百分比為：c0.002％，si4.0％，mn0.3％，al0.02％，s0.023％，n0.004％，nb0.0015％，v0.0012％，ti0.0018％，餘量為fe。然後通過澆口進入預熱的中間包，此時中間包預熱溫度為1250℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機中(鑄輥輥徑分別為500/550mm)，鑄軋成厚度1.8mm的鑄帶，鑄軋過程中控制鋼水的過熱度為40℃，鑄速50m/min，熔池液位高度160mm。

鑄帶出輥後在1200℃採用n2氣氛條件下噴氣冷卻，冷卻速度50℃/s；將鑄帶進行熱軋，開軋溫度為980℃，終軋溫度為880℃，總壓下量在15％，獲得熱軋帶；熱軋後卷取，卷取溫度550℃。

將熱軋帶層流冷卻，然後酸洗去除氧化鐵皮，再進行冷軋；冷軋總壓下量90％，每道次壓下量為10～20％，製成冷軋帶的厚度為0.15mm。

將冷軋帶在800±5℃進行再結晶退火，時間為180s，再結晶退火時冷軋帶是在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例為30％)條件下進行，控制混合氣氛的露點在-30℃。

塗覆mgo隔離劑後，在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例30％)保護條件下，將冷軋帶以20℃/h的速度升溫至1200±10℃；然後在1200±10℃和純幹氫(露點在-30℃)條件下保溫22h，進行高溫退火，最後隨爐冷卻到400±10℃，空冷至常溫。

高溫退火後進行常規平整拉伸退火800℃，氮氣保護，並進行切邊和塗覆張力塗層烘乾後收卷，獲得基於薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼，磁性能p17/50為0.65w/kg，磁感b8為1.94t。

實施例2

本實施例中，基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法，按以下步驟進行：

按設定成分冶煉鋼水，成分按質量百分比為：c0.003％，si3.7％，mn0.24％，al0.04％，s0.018％，n0.0094％，nb0.0011％，v0.0016％，ti0.0014％，餘量為fe。然後通過澆口進入預熱的中間包，此時中間包預熱溫度為1220℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機中(鑄輥輥徑分別為500/700mm)，鑄軋成厚度2.36mm的鑄帶，鑄軋過程中控制鋼水的過熱度為30℃，鑄速40m/min，熔池液位高度180mm。

鑄帶出輥後在1150℃採用n2氣氛條件下噴氣冷卻，冷卻速度45℃/s；將鑄帶進行熱軋，開軋溫度為1030℃，終軋溫度為950℃，總壓下量在12％，獲得熱軋帶；熱軋後卷取，卷取溫度500℃。

將熱軋帶層流冷卻，然後酸洗去除氧化鐵皮，再進行冷軋；冷軋總壓下量87％，每道次壓下量為12～15％，製成冷軋帶的厚度為0.27mm。

將冷軋帶在800±5℃進行再結晶退火，時間為150～180s，再結晶退火時冷軋帶是在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例為50％)條件下進行，控制混合氣氛的露點在-35℃。

塗覆mgo隔離劑後，在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例30％)保護條件下，將冷軋帶以15℃/h的速度升溫至1200±10℃；然後在1200±10℃和純幹氫(露點在-35℃)條件下保溫20h，進行高溫退火，最後隨爐冷卻到400±10℃，空冷至常溫。

高溫退火後進行常規平整拉伸退火溫度為800℃，氮氣保護，並進行切邊和塗覆張力塗層烘乾後收卷，獲得基於薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼，磁性能p17/50為0.95w/kg，磁感b8為1.91t。

實施例3

本實施例中，基於異徑雙輥薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼製備方法，按以下步驟進行：

按設定成分冶煉鋼水，成分按質量百分比為：c0.004％，si2.8％，mn0.19％，al0.05％，s0.015％，n0.008％，nb0.0008％，v0.0017％，ti0.0010％，餘量為fe。然後通過澆口進入預熱的中間包，此時中間包預熱溫度為1200℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機中(鑄輥輥徑分別為500/750mm)，鑄軋成厚度2.75mm的鑄帶，鑄軋過程中控制鋼水的過熱度為20℃，鑄速60m/min，熔池液位高度150mm。

鑄帶出輥後在1250℃採用n2氣氛條件下噴氣冷卻，冷卻速度55℃/s；將鑄帶進行熱軋，開軋溫度為1000℃，終軋溫度為900℃，總壓下量在15％，獲得熱軋帶；熱軋後卷取，卷取溫度600℃。

將熱軋帶層流冷卻，然後酸洗去除氧化鐵皮，再進行冷軋；冷軋總壓下量85％，每道次壓下量為15～20％，製成冷軋帶的厚度為0.35mm。

將冷軋帶在800±5℃進行再結晶退火，時間為150～180s，再結晶退火時冷軋帶是在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例為20％)條件下進行，控制混合氣氛的露點在-40℃。

塗覆mgo隔離劑後，在氮氣氫氣混合氣氛(氫氣體積比例30％)保護條件下，將冷軋帶以25℃/h的速度升溫至1200±10℃；然後在1200±10℃和純幹氫(露點在-40℃)條件下保溫22h，進行高溫退火，最後隨爐冷卻到400±10℃，空冷至常溫。

高溫退火後進行常規平整拉伸退火溫度為800℃，氮氣保護，並進行切邊和塗覆張力塗層烘乾後收卷，獲得基於薄帶連鑄技術的超低碳取向矽鋼，磁性能p17/50為1.2w/kg，磁感b8為1.90t。