CN106399822A

CN106399822A - 一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi-B钢

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Publication number: CN106399822A
Application number: CN201610465273.2A
Authority: CN
Inventors: 仇圣桃; 项利; 王海军; 付兵; 荣哲; 李军; 干勇
Original assignee: Of Continuous Casting Technology In National Engineering Research Center Co Ltd; China Iron and Steel Research Institute Group
Current assignee: Zhong Da National Engineering And Research Center Of Continuous Casting Technology Co ltd
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: CN106399822B

Abstract

本发明属于硅钢生产技术领域，特别涉及一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi‑B钢。所述Hi‑B钢液化学成分按质量百分比表示为：C：0.04～0.065％，Si：3.1～3.3％，Mn：0.08～0.60％，P：0.01～0.03％，S≤0.01％，Als：0.025～0.055％，N：0.007～0.013％，Cu：0.10～1.0％；所述Hi‑B钢采用硫化物作为辅助抑制剂，并采用铸坯低温加热工艺制备。本发明不仅对铸坯采用低温加热，而且工艺适应范围宽泛，抑制能力充足，采用本发明得到的Hi‑B钢，其中B₈值高达为1.988T，P_17/50低至0.836W/kg。

Description

一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi-B钢

技术领域

本发明属于硅钢生产技术领域，特别涉及一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi-B钢。

背景技术

取向硅钢是指具有单一{110}<001>织构(即Goss织构)的3％Si-Fe软磁材料。由于其生产工艺复杂、制造技术较为严格，所以常被称为钢铁材料中的“艺术品”。目前，较为成熟生产Hi-B钢的工艺主要有：一是采用“固有抑制剂+铸坯高温加热工艺”生产Hi-B钢；JFE提出的生产取向硅钢的技术方案主要技术参数特征有：AlN+Sb+MnSe作为抑制剂，铸坯主要成分(质量分数％)为C0.03～0.055、Si2.9～3.3、Als0.007～0.02、Mn0.06～0.08、N0.004～0.008、S0.002～0.005、Se≤0.014、Sb0.01～0.045、S+Se＜0.02，根据需要，钢中可加入少量B、Nb、Bi或Sn。加热铸坯的温度为1150～1250℃，热轧过程中精轧的前四道总压下率＞90％，选取的终轧温度＞900℃，随后热轧板要经900～1050℃×60s常化，冷轧采用冷连轧机并保持150～200℃的温度降常化板一次冷轧至成品厚度。宝钢采用固有抑制剂法生产Hi-B钢的主要技术参数特征为：一是采用(Cu2S/ε-Cu)+AlN+Sn作为抑制剂，铸坯主要成分(质量分数％)为Si2.9～3.5、C0.055～0.08、Cu0.1～0.2、Mn0.01～0.02、Als0.01～0.015、S0.005～0.01、N0.005～0.009、Sn0.25～0.5、P0.01～0.035。铸坯的加热温度在1200～1250℃之间，热轧过程包括3道次粗轧和3～6道次精轧，粗轧的出口温度1030～1060℃，并在粗轧每道次过程中保持10～15s等待，保证精轧的第一道次压下率为80～85％，终轧温度控制为1000～1020℃，热轧后通过喷水冷却到850℃，然后逐步缓冷至700±30℃开始卷取。宝钢的生产工艺省去了常化阶段，将热轧板一次冷轧法轧至成品厚度，冷轧总压下率＞90％。

二是采用“获得型抑制剂法+铸坯低温加热工艺”，日本新日铁研发的采用获得型抑制剂(先脱碳后渗氮)生产Hi-B钢的主要技术参数特征如下所述：采用(Al,Si)N+MnS+Sn作为Hi-B钢的抑制剂，板坯的主要成分(质量分数％)为Si3.2～3.4、C0.05～0.06、P0.015～0.035、Mn0.13～0.16、S≤0.005、N0.005～0.006、Als0.025～0.035，钢中的Als要满足Al－(27/14)N＞0.01，另外，可在钢中加B0.003～0.004、Cr0.15～0.20或Sn0.05～0.10。当钢中的C含量不变时，Si的含量可提高至3.5～4.0，同时要控制Al/Si的比值至少大于0.008，在钢中加入Bi0.005～0.01等低熔点元素可提高Hi-B钢的磁感应强度B8。板坯加热温度控制在1150～1250℃范围之内，在热轧过程中要控制精轧的最后3道次总的压下率大于40％，最后1道次压下率大于20％，控制轧制的终轧温度为900～950℃，温度550～600℃进行卷取。并将热轧板常化，经常化后采用一次冷轧法将常化板一次冷轧至成品厚度，冷轧过程中采用时效处理。在800～850℃进行脱碳退火后，并随后进行750～800℃×30～60s渗氮处理，渗氮量为150～200ppm。脱碳退火后初次晶粒平均尺寸控制在18～30μm之间。高温退火升温过程中，退火气氛为25％N2+H2，将渗氮产品放入退火炉中，退火炉以30℃/h的升温速率升温至700～850℃，并进行5～10h保温，本阶段的保温主要作用是使不稳定的氮化物溶解并且扩散均匀。

浦项制钢采用获得型抑制剂(同步脱碳与渗氮)方案生产Hi-B钢的技术方案特征为：采用AlN+Cu₂S+BN作为Hi-B钢的抑制剂，铸坯主要成分(质量分数％)为Si2.9～3.3、C0.02～0.045、S≤0.006、Mn0.09～0.24、B0.003～0.008、Als0.013～0.019、Cu0.3～0.7、N0.003～0.008、Cr0.03～0.07、Ni0.03～0.07、P≤0.015。降低成分中C含量，适当提高Cu含量，并加入一定量的Ni、Cr，有利于脱碳退火和渗氮处理的同步进行。加热板坯的温度为1050～1250℃，板坯热轧后，要将热轧板高温常化处理，常化处理后经酸洗进行冷轧，采用一次冷轧法(压下率为84～90％)将常化板一次冷轧至0.23～0.35mm。同步渗氮工艺为，在850～950℃时进行同时脱碳与氮化处理，同步处理时间为120～185s。经渗氮处理后，钢中总N量控制在130～82.9{1+[Cu％+10×(Ni％+Cr％)]2}ppm范围内，初次再结晶的平均晶粒尺寸控制在20～30μm范围内。

宝钢采用获得型抑制剂(渗氮后脱碳)生产Hi-B钢的技术方案特征为：采用AlN+Cu₂S+Sn作为生产Hi-B钢的抑制剂，铸坯的主要成分(质量分数％)为Si2.95～3.50、C0.04～0.06、Mn0.08～0.18、Als0.015～0.035、N0.005～0.009、Cu0.05～0.12、P0.01～0.03、S0.005～0.009、Sn0.01～0.15。铸坯的加热温度为1100～1200℃，控制热轧的终轧温度900～920℃，并在温度500～520℃时进行卷取。热轧后，将热轧板通过两段式常化炉进行常化处理，并采用一次冷轧法将常化板冷轧至成品厚度。宝钢研发的获得型抑制剂方案，将冷轧板先进行800～900℃×5～50s渗氮处理，控制渗氮量在50～200ppm(850℃渗氮时，目标约120ppm)范围内，随后在温度800～900℃时进行脱碳退火，脱碳退火过程中将会形成部分(Al,Si)N抑制剂。

采用“固有抑制剂+铸坯高温加热工艺”生产Hi-B钢，由于高温加热使作为抑制剂的AlN、MnS等粗大析出相能在铸坯中完全固溶，随后在热轧和常化工序中充分析出，可满足抑制剂对抑制初次再结晶晶粒正常长大的要求。但由于铸坯加热温度过高，造成能源浪费、设备寿命缩短、产品表面缺陷增多、成材率低，制造成本增加等缺点。通过对文献资料的分析来看，采用铸坯低温加热工艺来制造Hi-B钢已成为世界各大取向硅钢生产厂的研发焦点。目前，采用铸坯低温加热工艺，由于均热温度较低，抑制剂析出相无法完全固溶，经热轧和常化后，钢中析出的固有抑制剂数量可能不足，无法满足抑制初次晶粒正常长大的要求，即存在抑制能力不足的问题。目前国内外多采用“获得型抑制剂法+铸坯低温加热工艺”，即通过渗氮处理以获得新的细小弥散的(Al,Si)N或AlN析出相，以弥补抑制剂数量上的不足。但采用渗氮处理来生产Hi-B钢，不仅建设或改造脱碳与渗氮生产线的投入很大，而且使得生产工艺变得更加复杂，脱碳与渗氮工艺的控制十分严苛。

取向硅钢热轧过程中，调整合适的γ相含量(20％～30％)，通过γ→α相变过程可使热轧板组织细化并呈层状分布的细形变晶粒和细小的再结晶晶粒，从而有利于在脱碳退火后形成细小均匀的初次再结晶晶粒，促进二次再结晶发展。当γ相<20％时成品易出现线晶，γ相＞30％时成品易出现细小晶粒，这都使二次再结晶不完善。此外，由于AlN、MnS以及Cu₂S等抑制剂在α相和γ相中的固溶度积差别较大。特别是在Hi-B钢的生产过程中，一定的γ相含量可以保证适量的N溶解在γ相中，在随后常化过程的快冷中获得大量细小的AlN，氮在γ相中固溶度比在α相中大10倍左右。基于以上分析，本发明通过Hi-B钢成分设计，控制钢中γ相含量，提出了一种通过“固有抑制剂法+铸坯低温加热”工艺制造的Hi-B钢，截至到目前，还未见有文献报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有采用传统铸坯低温加热工艺，钢中析出的固有抑制剂力不足的问题，无法生产Hi-B钢；同时，克服采用获得抑制剂法生产工艺更加复杂、控制苛刻等问题，提供一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺制造的Hi-B钢，通过成分择优设计、抑制剂的合理组合以及控制钢中γ相含量，获得了一种优良磁性能的Hi-B钢。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，所述Hi-B钢铸坯的化学成分按质量百分比表示为：C：0.04～0.065％，Si：3.1～3.3％，Mn：0.08～0.60％，P：0.01～0.03％，S≤0.01％，Als：0.025～0.055％，N：0.007～0.013％，Cu：0.10～1.0％，其余为Fe；

所述Hi-B钢采用硫化物作为辅助抑制剂，并采用铸坯低温加热工艺制备；

在该Hi-B钢制备的热轧步骤中，控制γ相含量为20％～30％。

所述Hi-B钢中γ相含量与C、Si、Mn元素含量及热轧温度T之间的关系如下：

所述硫化物为MnS和Cu₂S。

所述Hi-B钢采用如下工艺步骤制备：转炉冶炼→RH精炼→连铸→板坯加热→热轧→常化→冷轧→脱碳退火→高温退火。

所述Hi-B钢的B₈值高达1.988T，P_17/50低至0.836W/kg。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明调整了Hi-B钢Si、Mn元素含量来适当增加γ相的数量，减少了均热过程AlN的平衡析出量，增加了热轧与常化过程中有效AlN的析出量，提高钢中主抑制剂AlN对初次晶粒长大的抑制能力。

(2)本发明尤其增加了C的含量，C为奥氏体稳定化元素，C元素含量的增加，将降低A3温度，提升A4温度，进而可以扩大γ相区的范围。调整合适的γ相含量(20％～30％)，通过γ→α相变过程可使热轧板组织细化并呈层状分布的细形变晶粒和细小的再结晶晶粒，促进二次再结晶发展。

(3)本发明与现有技术相比，不仅对铸坯采用低温加热，而且工艺适应范围宽泛，抑制能力充足，采用本发明得到的Hi-B钢，其中B₈值高达为1.988T，P_17/50低至0.836W/kg。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

本发明提供一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，所述Hi-B钢化学成分按质量百分比表示为：C：0.04～0.065％，Si：3.1～3.3％，Mn：0.08～0.60％，P：0.01～0.03％，S≤0.01％，Als：0.025～0.055％，N：0.007～0.013％，Cu：0.10～1.0％，其余为Fe。

所述Hi-B钢中一般采用硫化物(MnS和Cu₂S)作为辅助抑制剂；其中，MnS是传统高温流程生产Hi-B钢中采用的辅助抑制剂，Mn含量一般控制为0.08～0.60％；Cu₂S是低温加热工艺生产Hi-B钢中常用的辅助抑制剂，向钢中添加适量Cu含量(0.10～1.0％)，不仅可以与S结合形成Cu₂S提高抑制能力，还可以起到增加钢中γ相数量的作用，从而提高AlN在钢中的固溶度。

控制所述Hi-B钢中γ相含量，γ相含量与C、Si、Mn元素含量及温度T之间的关系如下：

所述Hi-B钢采用转炉冶炼，全铁水操作或者所用铁合金不带夹杂及如铅等有色金属，转炉出钢温度控制在1660～1680℃。

RH精炼过程中采用两次合金微调，真空泵系统的泄露量<25Kg，真空度≤266Pa。RH处理钢液开始温度控制在1600～1680℃，处理终点温度控制在1500～1580℃。

连铸过程中，中包用耐火材料，结晶器浸入式水口等采用无碳耐火材料；

长水口采用吹氩保护；

正常浇铸4～5分钟、20分钟、35分钟，分别进行测温；

热电偶插入深度为145～160mm，必须插入中间，测温头距周围壁应≥250mm；

开浇时必须戴好长水口进行长水口吹氩保护浇铸，吹氩压力：0.10～0.25Mpa。

连铸完毕，严禁大包钢渣进入中包(每次连浇第三罐时，中包要进行一次排渣)关闭滑板要缓慢，钢水断流立即停止，不能全程关闭，拉坯速度0.5～4.0m/min。

浇钢过程必须保持结晶器液面平衡，中间包、结晶器均采用专用保护渣，并采用电磁搅拌，电磁搅拌参数：760～785A/15～18Hz/5s-0-5s。

板坯加热要保证均热，使抑制剂充分固溶，同时不致铸坯边部开裂。铸坯加热：加热温度1150～1200℃，加热时间0.1～4.5h，在炉时间0.1～5h；

热轧的开轧温度控制在1150～1180℃，终轧温度约为900～920℃。热轧板厚度，2.0～2.5mm，轧制完成后采用非对称的快速冷却，冷却水温控制在30～60℃，以约25～35℃/s的冷速冷却至560～600℃，然后迅速卷取放入低温保温炉内。在热轧步骤中，控制γ相含量为20％～30％。

采用两段式常化，第一段，在氮气氛下快速加热至850～1150℃并保温10～300s，第二段将钢板加热至600～900℃，保温10～300s，并采用水淬处理，水淬时间1～90s。

冷轧采用时效轧制工艺一次冷轧至产品规定厚度。

经一次冷轧后，冷轧板在5～30％H₂+95～70％N₂露点为10～60℃气氛下进行750～850℃×0.5～5min脱碳退火，此时碳含量降至0.002～0.004％以下，涂层后烘干并进行高温退火。

高温退火，其特征在于所用气氛为20～80％H₂+80～20％N₂，升温速率为10～40℃/h，将温度升高至1100～1250℃，在纯氢气氛中保温10～30h。冷却出炉涂敷应力涂层即得到成品。

所述Hi-B钢中C元素含量为0.04～0.065％，C含量过高，将带来脱碳困难，以及使钢中硫化物固溶温度提高等不利因素。C元素在Hi-B钢中具有重要作用，提高C含量可以使钢中γ相增多，一方面可以在热轧过程通过γ→α相变过程使热轧板组织细化并形成层状分布的细小形变晶粒和再结晶晶粒，从而使初次晶粒细小均匀；另一方面可以在常化过程快冷时析出大量细小AlN粒子，增加对初次晶粒长大的抑制能力。此外钢中固溶的C原子还能在冷轧时效轧制过程中钉扎位错，使得位错密度明显增高，加工硬化更快，退火时再结晶生核位置增多，初次晶粒细小均匀，促进二次再结晶发展。

所述Hi-B钢中Si元素含量为3.1～3.3％。Si元素是取向硅钢中的主要元素，Si能起到显著提高电阻率，减少涡流损耗，降低铁损的作用，每增高0.1％Si，可以使铁损P_17/50降低0.019W/kg。但Si含量过高，材料加工(主要是冷轧)困难，热轧板组织粗大，使析出的抑制剂粗大，数量减少，抑制能力明显降低，二次再结晶困难，不适于工业生产。

所述Hi-B钢中P元素含量为0.01～0.03％。当钢中存在少量的P元素沿晶界偏聚时，析出的抑制剂析出的质点细小和分布更均匀，抑制能力得到增强，而且P提高电阻率，成品磁性能好且稳定，P_17/50也下降。

所述Hi-B钢中Als含量为0.025～0.055％，并控制钢中N含量0.007～0.013％。Als含量对磁性影响最明显，Als含量过高，铸坯加热温度升高，且玻璃膜质量变坏，Als含量过低，钢中析出的AlN太少，抑制力不足，二次再结晶不完善。

实施例1

实施例1以表1中成分为原材料，采用转炉冶炼，转炉出钢温度1650℃。

RH精炼采用两次合金微调，真空泵系统的泄露量<25Kg，真空度≤266Pa。RH处理钢液开始温度1635℃，处理终点温度1565℃。

连铸过程中，中包用耐火材料，结晶器浸入式水口等采用无碳耐火材料。长水口采用吹氩保护，正常浇铸4～5分钟、20分钟、35分钟，分别进行测温，热电偶插入深度为145mm，必须插入中间，测温头距周围壁应≥250mm。开浇时必须戴好长水口进行长水口吹氩保护浇铸，吹氩压力：0.15Mpa。连铸完毕，严禁大包钢渣进入中包(每次连浇第三罐时，中包要进行一次排渣)关闭滑板要缓慢，钢水断流立即停止，不能全程关闭，拉坯速度0.6m/min。浇钢过程必须保持结晶器液面平衡，中间包、结晶器均采用专用保护渣，并采用电磁搅拌，电磁搅拌参数：767A/15Hz/5s-0-5s。

板坯加热过程中板坯加热要保证均热，使抑制剂充分固溶，同时不致铸坯边部开裂，铸坯加热温度1200℃，在炉时间280分钟。

热轧开轧温度控制在1165℃，终轧温度约为900℃。热轧板厚度2.0mm，轧制完成后采用非对称的快速冷却，冷却水温控制在40℃，以约30℃/s的冷速冷却至560℃，然后迅速卷取放入低温保温炉内。在热轧步骤中，控制γ相含量为20％～30％，。

采用两段式常化，第一段，在氮气气氛下快速加热至1120℃并保温120s，第二段将钢板加热至850℃，保温60s，并采用水淬处理，水淬时间20s。

采用时效轧制工艺一次冷轧0.30mm。

经一次冷轧后，冷轧板在20％H₂+80％N₂露点为40℃气氛下进行800℃×5min脱碳退火，此时碳含量降至0.004％以下，涂层后烘干并进行高温退火。

高温退火所用气氛为60％H₂+40％N₂，升温速率为25℃/h，将温度升高至1210℃，在纯氢气氛中保温25h。冷却出炉涂敷应力涂层即得到成品。成品平均磁感值B₈为1.908T，平均铁损值P_17/50为1.161W/kg。

其中，上述γ相含量为铸坯经锻造制样后检测的面积百分数，具体制样方法是：采用真空感应炉冶炼，铸坯空冷至室温后重新加热至1150℃并保温10min，锻造成Φ20mm的圆棒，经线切割后制成Φ10×2mm的圆柱试样。由于实验加热温度在900～1300℃之间，为了防止试样在高温加热过程中由于氧化而造成C含量变化，保证测试结果的准确性，将试样密封于石英真空管中。

实施例2

实施例2成分如表1所示，其余步骤与实施例1相同。

成品平均磁感值B₈为1.936T，平均铁损值P_17/50为1.057W/kg。

实施例3

(1)实施例3成分如表1所示，转炉出钢温度1660℃。

(2)RH精炼采用两次合金微调，真空泵系统的泄露量<25Kg，真空度≤266Pa。RH处理钢液开始温度1640℃，处理终点温度1570℃。

(3)连铸过程中，中包用耐火材料，结晶器浸入式水口等采用无碳耐火材料。长水口采用吹氩保护，正常浇铸4～5分钟、20分钟、35分钟，分别进行测温，热电偶插入深度为145mm，必须插入中间，测温头距周围壁应≥250mm。开浇时必须戴好长水口进行长水口吹氩保护浇铸，吹氩压力：0.15Mpa。连铸完毕，严禁大包钢渣进入中包(每次连浇第三罐时，中包要进行一次排渣)关闭滑板要缓慢，钢水断流立即停止，不能全程关闭，拉坯速度0.6m/min。浇钢过程必须保持结晶器液面平衡，中间包、结晶器均采用专用保护渣，并采用电磁搅拌，电磁搅拌参数：780A/15Hz/5s-0-5s。

(4)板坯加热过程中加热要保证均热，使抑制剂充分固溶，同时不致铸坯边部开裂。铸坯加热温度1210℃，在炉时间290分钟。

(5)热轧开轧温度控制在1180℃，终轧温度约为920℃。热轧板厚度2.3mm，轧制完成后采用非对称的快速冷却，冷却水温控制在30℃，以约30℃/s的冷速冷却至580℃，然后迅速卷取放入低温保温炉内。

(6)采用两段式常化，第一段，在氮气气氛下快速加热至1120℃并保温150s，第二段将钢板加热至900℃，保温60s，并采用水淬处理，水淬时间15s。

(7)采用时效轧制工艺一次冷轧0.30mm。

(8)经一次冷轧后，冷轧板在30％H₂+70％N₂露点为45℃气氛下进行835℃×3min脱碳退火，此时碳含量降至0.003％以下，涂层后烘干并进行高温退火。

(9)高温退火所用气氛为70％H₂+30％N₂，升温速率为30℃/h，将温度升高至1210℃，在纯氢气氛中保温30h。冷却出炉涂敷应力涂层即得到成品。成品平均磁感值B₈为1.988T，平均铁损值P_17/50为0.836W/kg。

表1实验钢化学成分(％)

表2实验钢中γ相含量及磁性能

Claims

1.一种采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，其特征在于：所述Hi-B钢铸坯的化学成分按质量百分比表示为：C：0.04～0.065％，Si：3.1～3.3％，Mn：0.08～0.60％，P：0.01～0.03％，S≤0.01％，Als：0.025～0.055％，N：0.007～0.013％，Cu：0.10～1.0％，其余为Fe；

在该Hi-B钢制备的热轧步骤中，控制γ相含量为20％～30％。

2.根据权利要求1所述的采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，其特征在于：所述Hi-B钢中γ相含量与C、Si、Mn元素含量及热轧温度T之间的关系如下：

3.根据权利要求1所述的采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，其特征在于：所述硫化物为MnS和Cu₂S。

4.根据权利要求1所述的采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，其特征在于：所述Hi-B钢采用如下工艺步骤制备：转炉冶炼→RH精炼→连铸→板坯加热→热轧→常化→冷轧→脱碳退火→高温退火。

5.根据权利要求1所述的采用固有抑制剂法和铸坯低温加热工艺生产的Hi-B钢，其特征在于：所述Hi-B钢的B₈值高达1.988T，P_17/50低至0.836W/kg。