一種基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法與流程
2024-02-27 19:42:15 1
本發明屬於冶金技術領域，特別涉及一種基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法。
背景技術：
矽鋼是工業中用量最大的軟磁材料，它屬於鐵磁性物質。工業用無取向矽鋼，被廣泛用於各種電機，由於節能的需要，降低鐵損這一重要課題被為眾多研究者所關注。影響無取向矽鋼磁感應強度的主要因素是化學成分和晶體結構，理想的晶體結構為{001}，因為它是各向同性而且難磁化方向不在軋面上。矽鋼板的{100}方向是容易磁化方向，對用於旋轉磁場中的無取向矽鋼，要求磁各向同性，因此控制結晶織構而使此方向集中是必要的，通過各種途徑改善內部組織結構，在其軋面內的所有方向都是易磁化方向，使{100}面無方向性的排列，進而降低鐵損、提高磁感強度。
常規流程製備無取向矽鋼由於壓下量較大，最終成品板中存在較強的{111}織構，並不能得到這種單一的{100}面織構，因此產品磁性能較差。薄帶連鑄無取向矽鋼由於其在組織和織構方面的特殊性，在生產低鐵損高磁感無取向矽鋼方面具有獨特的優勢，晶粒尺寸合適和有利織構較強的鑄軋薄帶坯，通過後續冷軋及熱處理工藝，可以獲得具有良好磁性能的無取向矽鋼。雙輥薄帶連鑄技術是以液態金屬為原料，以旋轉的冷卻輥為結晶器，用液態金屬直接獲得可進行冷軋的薄帶材。這種亞快速凝固特性不同於常規的厚板坯連鑄以及薄板坯連鑄技術，冷軋-退火過程中組織-織構的演化具有特殊性。同時，雙輥薄帶連鑄工藝從根本上改變了傳統的薄帶生產方法，可不需經過連鑄、再熱和熱軋等生產工序，極大地簡化了工序，縮短生產流程。
近年來，已有相關的技術報導提出利用薄帶連鑄技術製備無取向矽鋼。中國專利(公告號cn102041367b)公開了一種薄帶連鑄製備無取向矽鋼的製備方法，該專利通過控制過熱度提高鑄帶中等軸晶比例，最終產品磁感值為1.70～1.79t，該方法並未公布提高{100}面織構強度方法。目前除了改進工藝技術等措施，添加微合金元素也是獲得高磁感、低鐵損無取向矽鋼的措施之一。有報導稱，無取向矽鋼中加磷可以提高電阻率，而且相同含量的合金元素，p元素對電阻率的提高幅度最大，能夠明顯降低渦流損耗。專利(公開號w02004083465a1)提出，p存在晶界偏聚特性，有助於增強(100)組分和減少(111)組分，提高帶鋼的磁感。中國專利(公告號cn101671797b)公開了一種表面負偏析磷的高磷耐候鋼鑄軋薄帶及其製備方法，該專利提出亞快速凝固過程中富集在枝晶間的低熔點元素磷在軋制力的作用下向鑄軋帶坯表面偏聚，形成了表面負偏析磷，為高磷耐候鋼的製備提供製備方案。但是在鑄軋製備高牌號無取向矽鋼工藝中，通過添加低熔點元素磷來改善其織構和提高磁性能的技術思路沒有被提出。
技術實現要素：
針對現有高磁感低鐵損無取向矽鋼在製備方法上存在的上述問題，本發明提供一種基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法，基於對雙輥薄帶連鑄製備矽鋼亞快速凝固過程中組織-織構系統認識，添加低熔點元素磷，利用磷元素在表面及晶界偏析行為，增強組織中{100}面織構的優勢，獲得高磁感低鐵損無取向矽鋼。
本發明的技術方案是：
一種基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法，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％，si2.2～3.5％，mn0.2～0.3％，al≤0.005％，p0.08～0.20％，s0.002～0.005％，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℃，控制過熱度為30～60℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄速40～60m/min，控制熔池液位高度100～150mm，控制鑄帶厚度1.5～2.5mm；
(3)鑄帶出輥後在惰性氣氛條件下自然冷卻至熱軋機，熱軋溫度950～1000℃，終軋溫度900～950℃，壓下量10～20％，熱軋後卷取；
(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66～80％，獲得冷軋帶卷；
(5)將冷軋帶通過連續兩階段退火進行熱處理，在800～900℃進行第一階段再結晶退火，時間為80～100s；繼續加熱在950～1000℃進行第二階段再結晶退火，時間為120～180s，隨爐冷卻至室溫；再結晶退火在保護氣氛條件下進行，控制氣氛的露點在-30℃以下，然後塗覆絕緣層並烘乾，獲得高性能無取向矽鋼成品。
所述的無取向矽鋼最終厚度為0.35mm和0.50mm兩種規格之一。
所述的無取向矽鋼冷軋退火板中{100}織構強度達到5～12。
所述的無取向矽鋼成品磁性能為：p15/50為1.8～3.5w/kg，全周向磁感b50為1.73～1.84t。
所述的步驟(4)中，單階段多道次冷軋的每道次壓下量為20％～30％。
所述的步驟(5)中，保護氣氛為純氫氣或者氫氣氮氣混合氣體，其中氫氣的體積比例不低於30％。
本發明基於薄帶連鑄工藝，通過添加低熔點元素磷，增強最終成品板中{100}織構強度，實現高磁感低鐵損無取向矽鋼的低成本製備，其技術原理如下：
鋼水經中間包流入結晶輥內，薄帶連鑄亞快速凝固過程中，低熔點元素磷富集在枝晶間，出鑄輥之前由於軋制力的作用，使得磷沿枝晶間距向鑄帶表面偏聚，得到表面負偏析的組織狀態。在後續冷軋-退火過程中，這種負偏析狀態得到保留。成品退火採用兩階段退火，第一階段低溫退火過程中，磷進一步向表面和晶界偏聚，並且阻礙再結晶晶粒長大。第二階段退火過程中，偏析的磷增強{100}織構，降低{111}織構強度，使得成品板中{100}織構強度達到5～12，因此成品板性能得到明顯改善，板面任意方向b50為1.73～1.84t，p15/50為1.8～3.5w/kg。
與現有技術相比，本發明的優點及有益效果在於：
1、本發明結合薄帶連鑄亞快速凝固過程中部分元素負偏析的特點，通過添加0.08～0.20％p，獲得p表面負偏析的無取向矽鋼鑄帶，為p對於織構的改善作用提供基礎。
2、本發明最終的成品退火採用兩階段退火工藝，第一階段退火過程，在完成再結晶的同時抑制晶粒長大，第二階段退火過程，利用p元素對於織構的改善作用，獲得{100}織構強度達到5～12的成品板，成品退火板明顯提高各向同性，在板面任意方向b50為1.73～1.84t，p15/50為1.8～3.5w/kg，滿足高牌號高磁感低鐵損無取向矽鋼的性能要求。
3、本發明能夠實現最終厚度為0.35mm和0.50mm兩種規格的高牌號無取向矽鋼的製備，實現薄規格高牌號無取向矽鋼的製備。
4、本發明工藝流程短、製造方法簡單、節能降耗明顯，且能明顯降低成品板各向異性。
附圖說明
圖1為本發明提高無取向矽鋼薄帶100面織構強度的製備方法流程示意圖；
圖2為本發明實施例3中產品的微觀組織顯微圖。
具體實施方式
在具體實施過程中，採用的薄帶連鑄機為專利(公開號cn103551532a)公開的薄帶連鑄機。如圖1所示，本發明提高無取向矽鋼薄帶100面織構強度的方法流程流程如下：按設定成分冶煉鋼水，進入薄帶連鑄機完成薄帶連鑄過程，出鑄機後的鑄帶進行一道次熱軋，熱軋帶經酸洗後塗隔離劑進行熱處理，隨後清理隔離劑進行冷軋，得到目標厚度薄帶後進行兩階段再結晶退火，退火板表面塗絕緣塗層並烘乾，得到無取向矽鋼成品。
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，基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法，按以下步驟進行：
按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.005％，si3.5％，mn0.2％，al0.0043％，p0.20％，s0.003％，餘量為fe；
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1230℃，控制過熱度為50℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄速50m/min，控制熔池液位高度120mm，控制鑄帶厚度1.5mm；
鑄帶出輥後在惰性氣氛條件下自然冷卻至熱軋機，熱軋溫度970℃，終軋溫度930℃，壓下量10％，熱軋後卷取。
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76％，每道次壓下量為20～25％，獲得0.35mm厚度冷軋帶卷；
將冷軋帶通過連續退火進行熱處理，在800℃進行第一階段再結晶退火，時間為80～100s；繼續加熱在1000℃進行第二階段再結晶退火，時間為120～180s，再結晶退火在氮氣氫氣混合氣氛(本實施例的氮氣氫氣混合氣氛的體積比例為7：3)條件下進行，控制混合氣氛的露點在-30℃以下，然後塗覆絕緣層並烘乾，獲得高性能無取向矽鋼成品，磁性能為：全周向磁感b50為1.73～1.81t，p15/50為1.8～2.8w/kg。
實施例2
本實施例中，基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法，按以下步驟進行：
按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.002％，si2.2％，mn0.3％，al0.0035％，p0.08％，s0.003％，餘量為fe；
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1220℃，控制過熱度為30℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄速40m/min，控制熔池液位高度140mm，控制鑄帶厚度2.5mm；
鑄帶出輥後在惰性氣氛條件下自然冷卻至熱軋機，熱軋溫度960℃，終軋溫度920℃，壓下量15％，熱軋後卷取。
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80％，每道次壓下量為25～30％，獲得0.5mm厚度冷軋帶卷；
將冷軋帶通過連續退火進行熱處理，在850℃進行第一階段再結晶退火，時間為80～100s；繼續加熱在950℃進行第二階段再結晶退火，時間為120～180s，再結晶退火在純氫氣氣氛條件下進行，控制混合氣氛的露點在-30℃以下，然後塗覆絕緣層並烘乾，獲得高性能無取向矽鋼成品，磁性能為：全周向磁感b50為1.75～1.84t，p15/50為2.4～3.5w/kg。
實施例3
本實施例中，基於薄帶連鑄製備{100}面發達織構無取向矽鋼薄帶的方法，按以下步驟進行：
按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.002％，si3.0％，mn0.2％，al0.0028％，p0.15％，s0.002％，餘量為fe；
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1240℃，控制過熱度為40℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄速60m/min，控制熔池液位高度110mm，控制鑄帶厚度1.5mm；
鑄帶出輥後在惰性氣氛條件下自然冷卻至熱軋機，熱軋溫度980℃，終軋溫度940℃，壓下量18％，熱軋後卷取。
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66％，每道次壓下量為20～25％，獲得0.5mm厚度冷軋帶卷；
將冷軋帶通過連續退火進行熱處理，在900℃進行第一階段再結晶退火，時間為80～100s；繼續加熱在1000℃進行第二階段再結晶退火，時間為120～180s，再結晶退火在氮氣氫氣混合氣氛(本實施例的氮氣氫氣混合氣氛的體積比例為1：1)條件下進行，控制混合氣氛的露點在-30℃以下，然後塗覆絕緣層並烘乾，獲得高性能無取向矽鋼成品，磁性能為：全周向磁感b50為1.75～1.83t，p15/50為2.0～3.0w/kg。
如圖2所示，從產品的微觀組織顯微圖可以看出，再結晶組織相對較為均勻，晶粒沒有發生明顯長大，平均晶粒尺寸約為80μm。
實施例結果表明，本發明基於薄帶連鑄工藝，通過添加低熔點元素磷，利用其在表面及晶界偏聚特性，增強成品板中{100}織構強度。