一種基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法與流程
2024-02-28 01:00:15 1
本發明屬於鋼鐵材料製備領域，涉及一種基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法。
背景技術：
普通矽鋼中矽含量一般控制在3.5％(質量比，下同)以下。研究表明，增加矽鋼中的矽含量至4.0～6.7％(稱為高矽鋼)會顯著增加電阻率和磁導率，降低矯頑力，因而降低了鐵損，優化了矽鋼的性能。尤其當矽含量為6.5％時，矽鋼不僅鐵損較低，且磁致伸縮係數接近於0，對節約能耗、降低噪音具有重要的意義。但較高的矽含量提高了矽鋼的屈服強度和抗拉強度，同時降低了伸長率。因此，高矽鋼既硬又脆，很難採用常規連鑄、熱軋、冷軋方式大規模生產成品厚度的板材。
針對高矽鋼的可加工性較差，難以加工製備的特點，學者們提出了多種新型的製備方法。日本學者arai等在journalofappliedphysics,64(1988)5373-5375，annealingeffectongraintextureofcold-rolled4.5％si-feribbonspreparedbyarapidquenchingmethod中報導了採用薄帶快淬的方式製備0.28mm高矽鋼薄帶，隨後採用軋制變形方式製備得到0.06mm後的冷軋帶。由於該方法之別的高矽鋼薄而窄，尺寸受限制，難以實現規模化生產。
隨後，日本鋼管公司yamaji等在journalofmagnetismandmagneticmaterials，133(1994)187-189，magneticpropertiesandworkabilityof6.5％siliconsteelsheetmanufacturedincontinuouscvdsiliconizingline中採用化學沉積法以普通的3.0％si鋼為原料，利用sicl4為介質實現滲矽，最終得到厚度為0.05～0.30mm的6.5％si鋼薄帶，該方法雖然實現了規模化生產，但由於滲矽反應之後的擴散退火時間較長，導致能耗較高，生產成本較高。雙輥薄帶連鑄技術是近年來興起的一種短流程高效的薄帶製備技術，其主要的技術特點為可以直接由液態金屬製備2～5mm的薄帶材。該方法生產成本較低，適合於製備高矽鋼這類附加值較高的鋼鐵產品。
東北大學李昊澤等在materialscharacterization,88(2014)1-6,characterizationofmicrostructure,textureandmagneticpropertiesintwin-rollcastinghighsiliconnon-orientedelectricalsteel中報導了採用薄帶連鑄製備6.5％si鑄帶，並隨後採用1050℃熱軋，接著250℃條件下冷軋得到0.50mm高矽鋼冷軋板。該方法基於薄帶連鑄，採用熱軋和溫軋的方式，雖可以成功製備高矽鋼成品板，但由於軋制規程複雜，且需採用較高溫度的熱軋，不利於能耗的降低和生產成本的降低。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，通過對薄帶連鑄條件下組織、織構和析出物的整體認識，重新設計高矽鋼成分，添加了抑制劑形成元素。並利用熱處理過程使鑄帶出現了異常長大，顯著優化了鑄帶的織構，進而改善了高矽鋼塑性，採用冷軋的辦法得到了高矽鋼成品。
本發明的技術方案是：
一種基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，通過短流程薄帶連鑄技術製備高矽鋼鑄帶，隨後對鑄帶進行熱處理，利用異常長大現象控制織構，改善可加工性，並利用軋制變形得到板形良好的高矽鋼冷軋薄帶，其具體的工藝流程為：
(1)按設定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.002～0.005％，si4.0～7.0％，mn0.1～0.3％，al0.01～0.04％，s0.02～0.03％，n0.008～0.020％，nb0.02～0.05％，v0.01～0.04％，o≤0.002％，餘量為fe；
(2)薄帶連鑄過程：將中間包預熱，預熱溫度1200～1250℃，隨後將鋼水澆入到中間包中，控制過熱度為20～60℃，鋼水通過中間包進入薄帶連鑄機後形成鑄帶，控制鑄速30～55m/min，最終鑄帶厚度為2.0～5.0mm；
(3)鑄帶出輥後，在氮氣的氣氛條件下，以40～110℃/s的速率冷卻450～650℃卷取；
(4)將鑄帶捲去除氧化皮，然後塗al2o3隔離劑後進行重新卷取，al2o3隔離劑顆粒度為10～20μm；
(5)鑄帶卷進行罩式爐進行熱處理，在氮氣氫氣混合氣氛條件下以50～150℃/h的速度升溫至950～1150℃，隨後保溫5～20h進行退火，控制露點小於-30℃；
(6)將熱處理後帶卷重新開卷清理隔離劑後重新卷取，然後在氮氣氣氛條件下進行溫軋，開軋溫度為500～550℃，終軋溫度為380～450℃，總壓下量為40～50％，得到溫軋帶；
(7)將溫軋帶去氧化鐵皮，隨後在20～150℃條件下進行多道次冷軋，總壓下量為70～85％，獲得冷軋薄帶。
所述的基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，添加mn，al，nb，v，n和s第二相形成元素，並控制c和o的含量。
所述的基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，鑄帶經過熱處理之後得到5～40mm的強{100}取向的晶粒。
所述的基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，最終成品的冷軋薄帶厚度為0.20～0.50mm。
所述的步驟(5)氮氣氫氣混合氣氛中，氮氣的體積比例為5～50％。
所述的步驟(7)多道次冷軋中，每道次壓下量為3～8％。
本發明的設計思想是：
本發明基於薄帶連鑄，採用特殊的成分設計，結合後續的熱處理過程，顯著提高了鑄帶的可加工性，簡化了軋制變形規程是本專利的特點。薄帶連鑄製備較快的凝固速度能將大部分的第二相形成元素固溶在鑄帶基體中，這些抑制劑元素在後續的鑄帶熱處理過程中析出，起到釘紮鐵素體晶界的作用，進而促使鑄帶中出現異常長大現象，改善了鑄帶的織構，進而提高了鑄帶的可加工性。
與現有技術相比，本發明的優點及有益效果在於：
1、本發明通過在鑄帶中添加mn，al，nb，v，s，n等第二相形成元素，這些元素在後續的鑄帶熱處理中均勻彌散析出，進而抑制鐵素體晶粒的正常長大，促使出現異常長大的現象，得到強的{100}織構。
2、本發明鑄帶經熱處理之後，消除了溶質元素在枝晶間和晶界附近的微觀偏析，提高了高矽鋼的可加工性，有利於實現後續的軋制變形。
3、本發明熱處理鑄帶直接在較低溫度下實現變形，能顯著的節約能耗，且有利於迅速降低合金的有序度，提高塑性，使後面的冷軋能順利進行。
附圖說明
圖1為本發明實施例中的的基於薄帶連鑄技術的取向矽鋼快速二次再結晶的製備方法流程圖。
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，基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法流程如下：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熱處理，再經低溫溫軋和冷軋，形成表面質量優良、板形良好的冷軋薄帶。
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，基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，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：c0.003％，si6.49％，mn0.22％，al0.02％，s0.025％，n0.011％，nb0.03％，v0.04％，o0.0015％，其餘為fe。
薄帶連鑄過程：將中間包預熱，預熱溫度為1200℃，隨後將鋼水澆入到中間包中，控制過熱度為25℃，鋼水通過中間包流入連個反向旋轉的結晶輥之間凝固為薄帶，控制鑄速45m/min，厚度為2.2mm；
鑄帶出輥之後，在氮氣氣氛條件下，以80℃/s的速率冷卻至550℃進行卷取，獲得鑄帶卷；
將鑄帶卷酸洗去除表面氧化鐵皮，並塗覆al2o3隔離劑後重新卷取，al2o3隔離劑顆粒度為15μm，得到塗層鑄帶卷；
將塗層鑄帶卷以50℃/h的升溫速度加熱至1100℃，並保溫10h，得到熱處理鑄帶；退火氣氛為氮氣和氫氣的混合氣氛，其中氮氣所佔體積比例為25％，控制混合氣氛的露點為-35℃；
將熱處理鑄帶開卷後，在氮氣氣氛條件下，進行溫軋，開軋溫度為500±5℃，終軋溫度為390±5℃，總壓下量45％，製成溫軋帶；
將溫軋帶酸洗去除氧化鐵皮後，然後在80～100℃條件下冷軋，每道次壓下量為3％，總壓下量為75％，得到冷軋薄帶，厚度為0.3mm。
實施例2
本實施例中，基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，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：c0.003％，si6.1％，mn0.30％，al0.018％，s0.03％，n0.020％，nb0.014％，v0.04％，o0.001％，其餘為fe。
薄帶連鑄過程：將中間包預熱，預熱溫度為1250℃，隨後將鋼水澆入到中間包中，控制過熱度為50℃，鋼水通過中間包流入連個反向旋轉的結晶輥之間凝固為薄帶，控制鑄速40m/min，厚度為2.5mm；
鑄帶出輥之後，在氮氣氣氛條件下，以60℃/s的速率冷卻至600℃進行卷取，獲得鑄帶卷；
將鑄帶卷酸洗去除表面氧化鐵皮，並塗覆al2o3隔離劑後重新卷取，al2o3隔離劑顆粒度為10μm，得到塗層鑄帶卷；
將塗層鑄帶卷以80℃/h的升溫速度加熱至1150℃，並保溫8h，得到熱處理鑄帶；退火氣氛為氮氣和氫氣的混合氣氛，其中氮氣所佔體積比例為50％，控制混合氣氛的露點為-30℃；
將熱處理鑄帶開卷後，在氮氣氣氛條件下，進行溫軋，開軋溫度為520±5℃，終軋溫度為400±5℃，總壓下量50％，製成溫軋帶；
將溫軋帶酸洗去除氧化鐵皮後，然後在100～120℃條件下冷軋，每道次壓下量為8％，總壓下量為72％，得到冷軋薄帶，厚度為0.35mm。
實施例3
本實施例中，基於薄帶連鑄高矽鋼冷軋帶鋼的製備方法，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％，si6.7％，mn0.18％，al0.03％，s0.022％，n0.009％，nb0.02％，v0.01％，o0.001％，其餘為fe。
薄帶連鑄過程：將中間包預熱，預熱溫度為1230℃，隨後將鋼水澆入到中間包中，控制過熱度為30℃，鋼水通過中間包流入連個反向旋轉的結晶輥之間凝固為薄帶，控制鑄速50m/min，厚度為3.0mm；
鑄帶出輥之後，在氮氣氣氛條件下，以90℃/s的速率冷卻至580℃進行卷取，獲得鑄帶卷；
將鑄帶卷酸洗去除表面氧化鐵皮，並塗覆al2o3隔離劑後重新卷取，al2o3隔離劑顆粒度為20μm，得到塗層鑄帶卷；
將塗層鑄帶卷以100℃/h的升溫速度加熱至950℃，並保溫20h，得到熱處理鑄帶；退火氣氛為氮氣和氫氣的混合氣氛，其中氮氣所佔體積比例為20％，控制混合氣氛的露點為-45℃；
將熱處理鑄帶開卷後，在氮氣氣氛條件下，進行溫軋，開軋溫度為545±5℃，終軋溫度為440±5℃，總壓下量42％，製成溫軋帶；
將溫軋帶酸洗去除氧化鐵皮後，然後在70～130℃條件下冷軋，每道次壓下量為4～6％，總壓下量為71.2％，得到冷軋薄帶，厚度為0.5mm。
實施例結果表明，本發明在高矽鋼中添加mn、al、nb、v等第二相形成元素，這些元素在鑄帶熱處理時均勻彌散析出，進而抑制鐵素體晶粒正常長大，促使出現異常長大，優化了鑄帶的織構，改善了可加工性。之後鑄帶進行低溫溫軋，進一步降低高矽鋼的有序度，最終實現了冷軋過程。因此，本發明方法製備高矽鋼冷軋薄帶流程短，效率高，最終產品板形良好，可在工藝上廣泛實現，具有廣闊的應用前景。