高磁感取向电磁钢板制造中各阶段抑制剂的作用及对磁性能的影响.pdf

2023年6 月58第5卷第3 期电工钢ELECTRICAL STEELJun.2023Vol.5No.3高磁感取向电磁钢板制造中各阶段抑制剂的作用及对磁性能的影响发明人：大烟喜史，熊野知二，藤井宣宪申请人：新日本制铁株式会社专利号：特开2 0 0 2-3 48 6 1 1摘要：在取向电磁钢板的制造过程中，过去采用板坏高温加热方法，需要有较强抑制剂。现在有了较大的变革，使抑制剂在不同的冶金阶段发挥不同的作用；主要是以硫化物和硒化物作为一次抑制剂，对一次再结晶晶粒成长温度依赖性很小，一次再结晶的温度不需要有太大的变化；而像AIN固溶温度较高的抑制剂，在高温退火之前导人，起到二次抑制剂的作用，从而提供一种稳定的生产方法。关键词：板坏低温加热；一次抑制剂；二次抑制剂；氮化处理0.10%;N:0.004 5%以下;Mn:0.02%1取向电磁钢板抑制剂在制造中的重要0.20%;Seq:0.003%0.05%(注:Seq=S+作用0.406XSe);B:0.000 5%0.0 0 7 0%,其余为生产磁性能优良的取向电磁钢板，一般情况下要看能否获得良好的二次再结晶晶粒。而获得良好的二次再结晶晶粒又与一次再结晶晶粒度有关,控制一次再结晶晶粒度取决于一次抑制剂,控制二次再结晶晶粒度还与二次抑制剂相关。采用什么方法使二次再结晶获得取向度趋于一致的高斯方位，需要一次抑制剂和二次抑制剂合理组合，这已成为合理利用抑制剂的一个重要环节。该发明者重点研究了上述问题，不管一次再结晶晶粒度是何值，调整好二次抑制剂就会获得高斯方位的二次再结晶晶粒。从稳定生产方法观点出发，取向电磁钢板制造中并不缺少抑制剂，在不同阶段发挥不同的功能。有抑制一次再结晶晶粒度的一次抑制剂，有控制二次再结晶的二次抑制剂。因此,对抑制剂合理分类添加后，能获得磁性能优良的取向电磁钢板，需对取向电磁钢板制造方法进一步加以研究。2新工艺的要点2.1主要化学成分含A1的取向电磁钢板板坏，经1 2 0 0 以上的温度加热，热轧成热轧板。热轧板经常化或者不常化、一次冷轧或者带中间退火的二次冷轧方法，得到最终厚度的冷轧板；其后脱碳退火并涂布退火隔离剂，经高温退火得到取向电磁钢板。该板坏的成分如下：以质量分数计，C：0.0 2 5%0.10%;Si:2.5%4.0%;sol.Al:0.01%Fe和不可避免的不纯物。其中 B0.771N(以下称B的N当量）。2.2板坏加热温度AIN的固溶温度()：Ti=10 062/(2.72-log(sol.AI XN)-273MnS的固溶温度()：T2=14 855/(6.82-log(Mn X SJ)-273MnSe的固溶温度():T;=10 733/(4.08-log(MnXSe)-273板坏加热温度T,被定义为高于Ti，T 2，T:三者的温度。前记板坏如果还含有Cu（0.0 1%0.30%）,热轧板坏加热给出了T4温度的概念(Cu2S的固溶温度）：T4=43 091/(25.09-log(CuXCuXS)-273那么，板坏加热温度T,要高于T4,T3T2，T i各温度。总之，板坏加热温度低于1 3 50。脱碳退火完了,其平均晶粒尺寸为7 1 8 m。3发明的实施形态板坏加热时，应使具有抑制剂能力的物质完全固溶，并且抑制剂在板坏(钢卷)分布非常均匀，第3 期这是此次研究的目的。新方法与从前方法相比，有抑制能力的物质要少一些，以便降低固溶化的温度，力图使抑制剂完全固溶。但是，有抑制能力的物质在板坏浓度降低，则抑制能力低下，二次再结晶不稳定，因此无法确立稳定的工业化的生产技术。于是在一次再结晶之后、二次再结晶之前，实施氮化处理，避开和消除了二次再结晶不稳定的现象。以此为基础开展的试验和研究有了重要发现，即板坏成分中的B含量在N当量以上，板坏整体的一次抑制剂强度均匀化。而像AIN固溶温度较高的抑制剂在之后导人，起到二次抑制剂的作用。板坏成分使B含量在N当量以上（B的N当量，即B=0.771XN），首先关系到一次抑制剂强度在板坏（钢卷)内的变动。热轧时，AIN不均匀析出的原因是，比Al与 N亲和力更强的B在N当量以上，将抑制AIN的形成，使形成AIN的固溶N为最小限度。特别是前工序(热轧)所存在的BN比AIN在高温下稳定性更强，因此其作为二次抑制剂在高温下更强，也很突出。对于硫化物、硒化物等抑制剂，在热轧时就使其均匀化，而氮化物抑制剂几乎不受影响。可以判断，以硫化物、硒化物为主，作为一次抑制剂更为有效。而氮化物抑制剂与硫化物、硒化物相比，有着不同的作用。其原因尚不明确，可能是AIN在相和相溶解度不同引起的,热轧时母相中的AIN易溶于相,当相转变为难于溶解的相时,将使AIN不均匀析出。B与N的亲和力比AI大。那么BN的析出与AIN相比，已在更高的温度下就完全析出了。特别是在热轧后期，钢板存在较大的温度差，在此之前BN就已经完全析出了,对AIN形成产生了不良的影响。该发明方法，减低了板坏中的N含量，因此板坏(钢卷)不同部位的抑制能力(强度)有差别，这是抑制剂减少的结果，而二次再结晶要获得高斯方位一致的晶粒，确保磁性能优良，于是向钢中添加了硫化物和硒化物，一直到高温状态都是稳定的化合物。此外该发明还添加了BN，氮化处理时能够确保AIN的生成。即该发明降低了有抑制能力物质的浓度，也就是说降低了抑制剂完全固溶化温度，也使板坏各部位的一次抑制剂强度均匀化。这就将引起一次抑制剂浓度降低、二次抑制剂强度不足。如果在脱碳退火之后、二次再结晶之前，对钢板实施氮电工钢化处理形成氮化物（AIN,SisN4，M n N等），单独析出或者复合析出，补偿了抑制剂的功能，这样才能生产出磁性能良好的取向电磁钢板。总之，该发明的目的是在取向电磁钢板的制造过程中，使有重要作用的抑制剂在不同的冶金过程中发挥其不同的作用，提供一种稳定的生产方法。取向电磁钢板脱碳退火及一次再结晶退火，一般在93 0 以下。过去，板坏高温加热需要有较强的抑制剂,现在不需要了。该发明的一次抑制剂主要是硫化物和硒化物，因此对一次再结晶晶粒成长温度依赖性很小，一次再结晶的温度（实际上是脱碳退火温度)不需要有太大的变化，那么一次氧化层结构和成分对后续的氮化处理的渗氮量无影响，并且非常稳定，从而有效地减少了一次被膜的缺陷。脱碳退火完了后，平均晶粒度一般为1 8 3 5m,而该发明为 7 1 8 m,与前者相比大约为1/5,因此磁性能（特别是铁损)更优。也就是说一次再结晶晶粒度小，那么单位体积的晶粒数量就多，从晶粒长大的观点看，高斯方位晶粒所占比率就多，也就是高斯晶核多，结果二次再结晶后高斯方位晶粒绝对数也多。因此，一次再结晶晶粒度要小一些，可显著降低铁损。此外，一次再结晶晶粒度小，二次再结晶驱动力大。在高温退火二次升温阶段早期（温度较低时），二次再结晶就已经开始了。立放状态的钢卷实施高温退火，温度越高，各点的温度差就越大，钢卷的温度越不均匀，但升温速度是一定的，如果能在较低温度就能发生二次再结晶，那么钢卷各部位的不均匀性显著减小，从而最终磁性能更加稳定。但是，一次再结晶晶粒度也不能过小，如果小于7 m,将形成较大的晶粒长大的驱动力，会过度降低二次再结晶温度，使高斯方位晶粒分散，致使磁感低下。在脱碳退火之后、二次再结晶之前，实施增氮处理，这是必要的措施。其方法，有在隔离涂层液中添加氮化物（例如：CrN,MnN等），或者使脱碳退火后的钢带通过含有氨气气氛的炉段实施氮化处理，后者是工业上的稳定生产方法，氮化处理的增氮量为0.0 0 1%0.0 3%，不满0.001%二次再结晶不稳定，超过0.0 3%会发生露晶缺陷，一次被膜不良，最佳的范围为0.0 0 3%0.025%。热轧板坏加热温度低于1 2 0 0，一次抑制剂不完善，将引起一次再结晶的晶粒度波动过大。:5960反之，板坏加热温度过高，高于抑制剂完全固溶的温度点，使板坏各部位抑制剂强度差别极小，保温时间过长，使生产率下降。在实际生产中，板坏加热温度应使热轧时获得优良板形为原则，最好为12001 3 50。采用常用的连铸法，板坏厚度最好为2 0 0 2 50 mm。如果采用连铸连轧法，其薄板坏的厚度应为3 0 7 0 mm，可省略粗轧工序。冷轧最终压下率一般为8 0%95%。热轧钢带常化，主要是消除钢带组织的不均匀性，使抑制剂更加均匀和弥散。冷轧时要采用时效轧制，在1 0 0 3 0 0 下保温1 min，将改善一次再结晶织构，从而改善磁性能。4实施例表1 为常规方法的炼钢成分，其制造方法如序号例别CSi1比较例0.0 533.260.0082比较例0.0 533.260.0083比较例0.0 533.260.0084比较例0.0 533.260.0085比较例0.0 533.260.0086比较例0.0 533.260.0087比较例0.0 533.260.0088比较例0.0 533.260.0089比较例0.0 533.260.00810比较例0.0 533.260.00811发明例0.0 533.260.00812发明例0.0 533.260.00813比较例0.0 533.260.00814比较例0.0 533.260.00815发明例0.0 533.260.00816发明例0.0 533.260.00817比较例0.0 6 23.310.0060.0090.10.0300.003118比较例0.0 6 23.310.0060.0090.10.0300.003 119发明例0.0 6 23.310.0060.0090.10.0300.003120发明例0.0 6 23.310.0060.0090.10.0300.00310.0621比较例0.0 6 83.430.012一0.120.0180.006722比较例0.0 6 83.430.01223发明例0.0 6 83.430.01224发明例0.0 6 83.430.01225比较例0.0 483.040.02326比较例0.0 483.040.02327发明例0.0 483.040.023一0.0230.0330.003628发明例0.0 483.040.023电工钢下：热轧板经1 1 0 0 X50s常化处理及冷却，再经酸洗、冷轧、8 50（90 1 2 0）s脱碳退火，之后通板到含有H十N2十NH气氛炉段，并经7 50 3 0 s氮化处理，氮化后将N含量调整到2 0 0 X10-左右。然后涂布以MgO和TiO,为主剂的隔离涂层，干燥后高温退火，高温退火的升温速度为1 5/h，保温工艺为1200X2 0 h。接着涂布张力绝缘涂层。其性能列于表 2。从图1 可知，热轧加热温度T，与抑制剂固溶温度(TiT 4的最大值)之差及B与N当量差值(B一0.7 7 1 XN)与钢卷磁性能之间的关系。采用该发明成分的板坏及该发明的制造方法，生产出的钢卷全长度范围内磁性能优良且稳定。表1 实施例的板坏化学成分炼钢成分（质量分数）/%SSeSeqAls一0.0080.0270.00420.0080.0270.00420.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.060.0080.0270.00420.06一0.0080.0270.00420.060.060.030.000 10.070.060.030.00110.070.060.030.003 40.070.030.00970.070.080.070.005 70.080.120.0180.006 70.120.0180.006 70.080.120.0180.00670.080.02330.0330.00360.0230.0330.00360.030.030.040.00510.040.05一0.13一一0.0230.0330.00360.03 0.040.007 30.040.05一0.13一第5卷NMnCu0.06一0.06一一0.00290.040.00290.040.00290.040.00290.040.006 10.040.006 10.040.00610.040.00610.040.009 30.040.00930.040.00930.040.00930.040.080.070.005 70.080.070.00570.080.070.00570.080.030.040.000 440.040.050.040.002 50.040.05BSnSbPCrMoCdGaBiNi一0.04一0.010.15一一0.04一0.040.04一0.010.150.010.150.010.150.010.150.010.150.010.150.010.15一0.010.150.030.020.030.020.030.020.030.02一0.110.0130.06一0.110.0130.060.11（0.0130.06一0.110.0130.060.13一一0.013一0.050.13一一0.013一0.013一0.013一0.050.010.150.010.150.010.150.010.150.010.150.010.150.010.15一一0.0110.0110.011一0.0110.050.05第3 期序号AINT1123721.23731 23741 23751 237612377123781 23791237101237111237121237131237141237151.237161237171217181 217191 217201 217211 243221243231 243241243251215261215271215281.215%/(INIILL0-al)图1#热轧加热温度与抑制剂固溶温度的差值及B与N当量差值与最终磁性能之间的关系电工钢表2实施例的工艺参数及磁性能完全固溶化温度/加热温度/一次再结晶晶粒MnSMnSeT2T31181一1181一1181一1181一1181一1 181一1 181一1181一1 181一1181一1181一1181一1181一1181一1181一1181一1 1741 1881 1741 1881 1741 1881 1741 1881237一1237一1237一1237一1215一1215一1215一1 215一0.0080.0060.0040.0020.000区-0.002-0.004-0.006-60-40-20020406080热轧加热温度-(TT,的最高值)61磁性能 Bsoo/TCuzST一一一一一一一一一一一一一一一一1146114611461 1461 1971 1971 19711971187118711871187专利申请范围O口山山口直径/m118020.3122017.5126015.3130012.8118020.6122017.3126015.0130012.7118021.1122017.2126014.8130012.8118022.2122017.8126014.5130012.4125015.8125015.6125015.3125015.0120012.312309.312608.412907.8125013.5125013.9125014.1125014.0O：钢卷内Bs.0的差值 0.0 1 T口：钢卷内Bso的差值 0.0 2 T：钢卷内Bsoo的差值 0.0 3 T：钢卷内Bs00的差值0.0 3 T口X：二次再结晶未生成最大值最小值差值没发生二次再结晶没发生二次再结晶1.941.921.951.92没发生二次再结晶1.961.921.961.941.971.95没发生二次再结晶1.961.921.971.961.971.96没发生二次再结晶1.951.921.971.971.981.961.941.921.961.941.961.951.961.961.901.841.911.971.921.911.921.911.941.901.961.931.971.961.981.98范例0.020.020.040.020.020.040.010.010.03000.020.020.0100.060.040.010.010.040.030.010.00(摘译：王杰，潘妮