专利名称：一种高磁感取向电工钢板及其制造方法
技术领域：
本发明属于取向电工钢板技术领域。尤其涉及一种厚板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法。
背景技术：
电工钢是制造电机、变压器和镇流器铁芯以及各种电器元件用以节能的最重要的金属功能材料之一。1934年美国的高斯(Goss)申请了取向电工钢片生产方法的专利，这种方法的主要特点是采用MnS作为抑制剂，利用二次冷轧法。在取向电工钢的生产开发中，具有划时代意义的是高磁感取向电工钢(Hi-B)的生产。日本的新日铁公司取向电工钢生产专利的特点是利用一次冷轧法，其核心就是AlN的控制，包括冶炼成分和热轧板退火条件的控制。
现在工业上生产取向电工钢板有三种代表性技术(1)以MnS为主要抑制剂的二次冷轧法；(2)以AlN+MnS为抑制剂，实施≥80％总压下率的一次冷轧法；(3)以MnS(和/或MnSe)+Sb为抑制剂的二次冷轧法。在上述三种技术中，为保证获得稳定的高磁性，必须使抑制剂完全固溶，必须在高温(1400℃左右)下加热板坯。
在取向电工钢片生产工艺中，为了控制再结晶过程并获得一定的织构，抑制剂是必不可少的。传统的抑制剂以MnS、AlN为主，近年来，人们(李文达冷轧取向电工钢片中的抑制相系，特殊钢，19(1998)，pp.1-7；T.Kubota，M.Fujikura，Y.UshigamiRecent progressand future trend on grain-oriented silicon steel，Journal of Magnetism and MagneticMaterials，215-216(2000)，pp.69-73；N.Takahashi，Y.Suga，H.KobayashiRecentdevelopments in oriented silicon steel，Journal of Magnetism and Magnetic Materials，160(1996)，pp.98-101；S.Mishra，V.KumarCo-precipitation of copper-manganesesulphide in Fe-3％Si steel，Materials Science and Engineering B32(1995)，pp.177-184；朱文英板坯低温加热工艺生产取向电工钢片，上海金属，23(2001)，pp.33-37)在研究板坯低温加热时，为保证抑制剂强度，加入了除MnS以外，还加入其他的析出物，如氮化物和晶界析出元素等来强化抑制剂。
目前，工业上采用板坯低温加热工艺的生产方法是以AlN为抑制剂，在二次再结晶开始之前进行渗氮处理(Fortunati et alUS patent，Patent No.US 6296719B1，October 2，2001；原势二郎等微合金化提高退火后磁感的取向电工钢的生产方法，武钢技术，35(1997)，第6期，pp.48-50)，或者以AlN为主抑制剂，以Cu2S和MnS为辅助抑制剂(Chol Gyu Seung etal浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其手段就是向钢中渗氮，使之与钢中原有的元素结合，形成有抑制剂功能的AlN析出物。板坯低温加热工艺中所采用的抑制剂主要为AlN，因为AlN的固溶温度比MnS的要低，更适合实现低温加热。按AlN方案将板坯加热温度降到1150～1200℃时，为获得完整的二次再结晶组织、高磁性和好的玻璃膜，必须作相应的成分调整和工艺改进。新日铁研究的Hi-B新工艺(小松肇等磁束密度の高い一方向性硅素钢板の制造方，Int.cC21D8/12，日本公开特许公报，特公昭62240315.1987.02.21)的特点是以AlN为抑制剂，板坯加热温度降到1150～1250℃，脱碳退火后在含NH3的H2+N2气氛中进行渗氮处理，采用一次冷轧法可生产0.18～0.50mm厚产品，且更易制成无玻璃膜的新产品。住友金属提出以AlN为抑制剂的低碳1.5％Mn2.2％Si的取向电工钢工艺来降低板坯加热温度(何忠治编著，电工钢，北京冶金工业出版社，1996，796，802-803，811-813，839-840；何忠治电工钢的最近发展，金属功能材料，1997，4(6)pp.243～245)。韩国浦项钢铁公司提出以AlN为主抑制剂，Cu2S和MnS为辅助抑制剂，板坯在1250～1320℃加热，生产一般取向电工钢及高磁感取向电工钢工艺(Chol Gyu Seung et al浦项取向电工钢板生产采用低温板坯加热工艺，武钢技术，35(1997)，第8期，pp.48-50)。其板坯成分是C为0.035％～0.05％、Si为2.9％～3.3％、P＜0.015％、Als为0.011％～0.017％、N为0.008％～0.012％、S＜0.007％、Ni和/或Cr为0.06％～0.08％、Mn为0.32％、Cu＜0.6％、且Mn/S≥20.0、Cu/Mn＞1.5。
工业生产取向电工钢一直采用的铸坯高温加热工艺，可以获得稳定的高磁性，但缺点是氧化渣多，烧损量可达5％，成材率低；要经常清理炉底，产量降低；燃料费用高；炉子寿命短；制造成本高；产品表面缺陷多。
取向电工钢的生产都试图降低铸坯的加热温度新日铁和住友金属降低板坯加热温度的主要方法以AlN为主抑制剂，进行渗氮处理，工艺环节多，技术复杂，难度高；韩国浦项钢铁公司以AlN为主抑制剂，Cu2S和MnS为辅助抑制剂的成分复杂、加热温度高、最终退火温度高。
发明内容
本发明的目的是提供一种化学成分简单、可省略热轧板常化(退火)、加热温度低、最终高温退火温度低、磁感高(≥1.89T)、铁损低、制造成本低的一种厚板坯工艺高磁感取向电工钢板及其制造方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是将一种新钢种板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时，进行热轧，快速冷却和卷取，快速冷却速度为10～200℃/秒；再按二次冷轧法轧制至板厚为≤0.30mm；然后进行脱碳退火；涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。这种新钢种板坯的化学成分是，C为0.03～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；板坯厚度为150～300mm。其中抑制剂Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
热轧的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～600秒，驰豫是指在温度基本不变的情况下保持一定时间。然后得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消了热轧带卷的常化退火。
二次冷轧法为第一次冷轧后进行中间退火，中间退火温度为800～1050℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为1～50℃，在炉时间为5～3000秒，第二次冷轧压下率为40～70％，二次冷轧法的中间厚度为0.50～0.90mm。
脱碳退火的温度为800～900℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间小于1小时。
高温退火为快速加热至400℃，再以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，然后以20℃/小时的速度加热至1100～1200℃，保温15～30小时，最后冷却；在400～1200℃加热过程采用保护气氛为N225％+H275％，保温阶段用保护气氛为100％ H2。
由于采用上述技术方案，本发明通过合理设计高磁感取向电工钢的化学成分，选择AlN和Nb(C，N)为抑制剂，将板坯在1200～1320℃温度范围加热，经过热轧、冷轧及热处理，尤其是通过控制热轧各道次压下量和终轧温度以及热轧带弛豫和冷却得到均匀细小的析出物和组织。因此，本发明只用现有的生产条件及生产设备，即可生产出具有(110)
高取向度的二次再结晶、磁感高、铁损低的取向电工钢板，可省略热轧板常化退火(常化)，简化了生产工艺，使最终高温退火温度降低，降低了生产成本，提高了产品质量。主要表现在1、由于AlN和Nb(C，N)的固溶温度比MnS低，本发明采用AlN和Nb(C，N)为抑制剂，不仅能将板坯加热温度降至1200～1320℃，亦可采用较低的最终退火温度(1100～1200℃)，2、通过控制热轧各道次压下量、终轧温度、热轧带弛豫和快速冷却可以得到均匀细小的析出物和组织，因此省略热轧板常化退火(常化)。
3、通过调整Als、Nb、C、N的含量，以及通过控制热轧各道次压下量、终轧温度、热轧带弛豫和快速冷却得到均匀细小的析出物和组织，可以保证抑制剂强度，可显著抑制一次晶粒长大，获得稳定磁性，能确保磁性高于一般取向电工钢板(B10≥1.89T)的水平，从而改进取向电工钢板的制造方法，获得高磁感的取向电工钢。
4、通过调整Si、Als、Nb、C、N、P的含量，以及调整热轧、冷轧和热处理的工艺参数，简化了生产工艺，能生产出高磁感取向电工钢板。
具体实施例方式
下面结合实施例，对本发明作进一步描述。
实施例1 一种高磁感取向电工钢板的制造方法一种新钢种板坯，板厚为210mm，其化学成分是C为0.035wt％、Si为3.12wt％、Als为0.02wt％、Nb为0.04wt％、N为0.008wt％、P为0.013wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和NbC。
将该板坯加热至1280℃，保温2小时；再进行热轧，热轧工艺的最后3道次的压下率为10％，终轧温度为850℃；轧制后驰豫60秒，得到析出物和组织都细小均匀的热轧带卷，取消了热轧带卷的常化退火。然后进行快速冷却和卷取，快速冷却的冷却速度为30℃/秒。驰豫是指在温度基本不变的情况下保持一定时间。
第一次冷轧到0.7mm，之后进行中间退火，中间退火温度为1000℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为20℃，在炉时间为15分钟。再进行第二次冷轧，轧至0.3mm，然后进行脱碳退火，脱碳退火的温度为850℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为40℃，在炉时间为45～50分钟。
最后涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火，高温退火期间，先快速加热至400℃，再以10～100℃/小时的加热速度加热至600℃，然后以20℃/小时的速度加热至1120℃，在1120℃条件下保温30小时后冷却。在400～1120℃加热过程中所采用保护气氛为N225％+H275％，保温阶段用保护气氛为100％ H2。
本实施例1的加热温度和最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)；所制成的高磁感取向电工钢板具有化学成分简单、磁感高、铁损低、制造成本低的特点。经测定，板坯化学成分和成品磁性的结果如表1所示。
表1 板坯成分及成品磁性
实施例2 一种高磁感取向电工钢板及其制造方法一种新钢种板坯，板厚为210mm，其化学成分是C为0.030wt％、Si为3.16wt％、Als为0.01wt％、Nb为0.07wt％、N为0.010wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质；抑制剂为AlN和NbN。
将该板坯加热至1250℃，保温2小时；再进行热轧，热轧工艺的最后2道次的压下率为25％，终轧温度为1050℃，轧制后驰豫30秒，得到析出物和组织都细小均匀的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。然后进行快速冷却，快速冷却的冷却速度为50℃/秒。
第一次冷轧至0.75mm，之后进行中间退火，中间退火温度为1000℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为10℃，在炉时间为10～12分钟。再进行第二次冷轧，轧至0.3mm，冷轧后进行脱碳退火，脱碳退火的温度在820℃、氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为30℃，在炉时间为45～50分钟。
最后进行涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。高温退火期间，快速加热至400℃，再以10～100℃/小时的加热速度加热至600℃，然后以20℃/小时的速度加热至1170℃，保温25小时，冷却。在400～1170℃加热过程中所采用的保护气氛为N225％+H275％，保温阶段用保护气氛为100％ H2。
本实施例加热温度和最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)；所制成的高磁感取向电工钢板具有化学成分简单、磁感高、铁损低、制造成本低的特点。经测定，板坯化学成分和成品磁性的结果如表2所示。
表2 板坯成分及成品磁性
实例3 一种高磁感取向电工钢板及其制造方法一种新钢种板坯，板厚为210mm，其化学成分是C为0.050wt％、Si为3.18wt％、Als为0.01wt％、Nb为0.12wt％、N为0.010wt％、P为0.014wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN、NbC和NbN。
将该板坯加热至1300℃，保温2小时；再进行热轧，热轧工艺的最后1道次的压下率为28％，终轧温度为1000℃，轧制后驰豫40秒。再进行快速冷却，快速冷却的冷却速度为40℃/秒，得到析出物和组织都细小均匀适当的热轧带卷，取消热轧带卷的常化退火。
进行第一次冷轧到0.83mm，之后进行中间退火，中间退火温度为1050℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为30℃，在炉时间为5分钟。再进行第二次冷轧，轧至0.3mm，冷轧后进行脱碳退火，脱碳退火温度为890℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为30℃，在炉时间为15～20分钟。
最后进行涂氧化镁隔离层、成卷、高温退火。高温退火期间，先快速加热至400℃，再以10～100℃/小时加热速度加热至600℃，然后以20℃/小时速度加热至1190℃，保温20小时，冷却。在400～1190℃加热过程中所采用的保护气氛为N225％+H275％，保温阶段用保护气氛为100％ H2。
本实施例加热温度低、最终高温退火温度低、可省略热轧板常化(退火)，所制成的高磁感取向电工钢板具有化学成分简单、磁感高、铁损低、制造成本低的特点。经测定，板坯化学成分和成品磁性的结果如表3所示。
表3 板坯成分及成品磁性
权利要求
1.一种高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于板坯的化学成分是，C为0.03～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)；将板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时；进行热轧，快速冷却和卷取；再按二次冷轧法轧制至板厚为≤0.30mm；然后进行脱碳退火；涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。
2.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的Nb(C，N)为NbC、NbN、Nb(CN)中的一种或一种以上的混合析出物。
3.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的热轧的最后1～3道次的压下率在10～30％，终轧温度为800～1050℃，轧制后驰豫时间1～600秒。
4.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的快速冷却的冷却速度为10～200℃/秒。
5.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的二次冷轧法为第一次冷轧后进行中间退火，中间退火温度为800～1050℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为1～50℃。在炉时间为5～3000秒，第二次冷轧压下率为40～70％，二次冷轧的中间厚度为0.50～0.90mm。
6.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的脱碳退火的温度为800～900℃，在氮氢混合气氛中进行，通过加湿进入炉中，露点为25～55℃，在炉时间为1～60分钟。
7.根据权利要求1所述的高磁感取向电工钢板的制造方法，其特征在于所述的高温退火为快速加热至400℃，再以10～100℃/小时的加热速度加热至600℃，然后以10～50℃/小时的加热速度加热至1100～1200℃，保温15～30小时，最后冷却；在400～1200℃的加热过程中所采用的保护气氛为N225％+H275％，保温阶段用保护气氛为100％H2。
8.根据权利要求1～7项中任一项所述的高磁感取向电工钢板的制造方法所制造的高磁感取向电工钢板。
全文摘要
本发明涉及一种高磁感取向电工钢板及其制造方法。其技术方案是将新钢种板坯加热至1200～1320℃，保温2～5小时，进行热轧，快速冷却和卷取，冷却速度为10～200℃/秒；再按二次冷轧法轧制至板厚为≤0.30mm；然后进行脱碳退火，涂氧化镁隔离层后成卷，最后进行高温退火。这种新钢种板坯的化学成分是C为0.03～0.050wt％、Si为2.9～3.3wt％、Als为0.001～0.04wt％、Nb为0.01～0.12wt％、N为0.004～0.012wt％、P为＜0.015wt％、其余为Fe及不可避免的杂质，抑制剂为AlN和Nb(C，N)。本发明省略了热轧板常化(退火)，工艺简单、加热温度和最终高温退火温度低；所制成的高磁感取向电工钢板具有化学成分简单、磁感高(≥1.89T)、铁损低、制造成本低的特点。
文档编号B21B37/00GK1850431SQ20061001909
公开日2006年10月25日 申请日期2006年5月18日 优先权日2006年5月18日
发明者吴开明 申请人:武汉科技大学