專利名稱：無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無取向電工鋼板及其制造方法，尤其涉及磁性優(yōu)良的中牌號無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板及其制造方法。
背景技術：
硅含量較高的無取向電工鋼板，成品帶鋼表面沿軋制方向會出現凸凹不平的波紋，類似瓦楞，俗稱“瓦楞狀缺陷”。該缺陷能顯著降低成品帶鋼的疊片系數，導致成品帶鋼磁性變壞和絕緣膜層間電阻降低，進而降低終端產品的使用性能和壽命。因此，絕大多數用戶都明確要求，不允許成品帶鋼存在瓦楞狀缺陷。瓦楞狀缺陷的產生機理可以解釋如下板坯中的等軸晶率較低，而柱狀晶粗大、發(fā)達。柱狀晶生長方向<001>，該方向為(001)法向，也是熱流梯度最大方向。這樣在熱軋過程中，粗大的柱狀晶因動態(tài)回復和再結晶緩慢而不能徹底破碎。而板板坯柱狀晶極易沿熱流方向長大，并形成具有一定取向關系的粗大柱狀晶，造成軋制過程中的不均勻變形，熱軋結束后板厚中心主要是纖維組織，并在后續(xù)工序中無奧氏體與鐵素體相變，以后的冷軋和退火過程中難以再結晶，使得組織均勻性無法消除，遺傳至成品，最終形成凸凹不平的瓦楞狀缺陷。傳統(tǒng)的治理瓦楞狀缺陷方法主要有，采用電磁攪拌，提高板坯等軸晶率。例如日本專利，昭49-39526 ；增加鋼中碳、錳含量，降低熱軋相變溫度。例如日本專利昭48-49617，中國專利，CN101275198, CN1548569, CN101139681等；采用低溫澆鑄，提高板坯等軸晶率。例如日本專利昭53-14609，平2-192853 ；提高板坯出爐溫度，調整板坯升溫速率，控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，使帶鋼充分再結晶。例如日本專利，昭49-27420， 昭 49-38813，昭 53-2332，昭 61-69923，中國專利，CN1611616，CN1548569 ；采用常化處理，使帶鋼充分再結晶。例如日本專利，昭61-127817，等。以上方法視工藝、成本以及成品磁性、表面等需求不同，可以單獨或同時使用。上述方法分別具有如下特點和要求采用電磁攪拌，提高板坯等軸晶率。該法采用電磁攪拌，通過電磁力對柱狀晶進行破碎，因此其效果最為有效。它可以明顯減少板坯柱狀晶率和提高板坯等軸晶率，尤其是采用二次或以上電磁攪拌，還可以有效抑制中心區(qū)形成二次柱狀晶。此法的主要缺點是攪拌效果取決于鋼中硅含量、電磁攪拌次數。對于硅含量偏低鋼種而言，經過一次電磁攪拌后， 板坯中等軸晶比較容易聚集、長大，再次形成粗大的柱狀晶，因此需要采用二次或以上電磁攪拌，并嚴格控制鋼液凝固效果。此外，電磁攪拌的生產成本也很高；增加鋼中碳、錳含量，降低熱軋相變溫度。該法主要是通過增加鋼中碳、錳含量，使板坯加熱和熱軋時發(fā)生相變，促進動態(tài)回復和再結晶，以消除粗大形變晶粒。此法的主要缺點是，以后退火要脫碳，容易產生內氧化層和內氮化層，惡化鋼的磁性；采用低溫澆鑄，提高板坯等軸晶率。該法主要是通過降低澆鑄過程的鋼液過熱度， 減少板坯中的柱狀晶率，提高等軸晶所占比率。此法的主要缺點是，要求鋼液過熱度范圍很窄，難以有效控制，同時也影響連鑄正常操作。提高板坯出爐溫度，調整板坯升溫速率，控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，使帶鋼充分再結晶。該法主要是通過提高板坯出爐溫度，調整板坯升溫速率， 控制精軋終軋溫度，以及控制熱軋首、末道次壓下率，以破碎板坯中的粗大柱狀晶，抑制粗大形變晶粒的發(fā)展，并使帶鋼充分再結晶。此法的主要缺點是，提高板坯出爐溫度會造成 MnS, AlN等夾雜物固溶加劇，進而惡化成品帶鋼的磁性。同時，為確保帶鋼再結晶效果，還對鋼中的雜質元素S、N等含量提出嚴格要求。另外，提高熱軋首、末道次壓下率受限于軋機自身能力。采用常化處理，使帶鋼充分再結晶。采用一次冷軋法時，硅含量較高的鋼種必須進行?；幚?，其目的之一就是，使熱軋板中的再結晶率增多，防止出現瓦楞狀缺陷。此法的主要缺點是，生產成本很高，不適用于附加值較低的中低牌號硅鋼。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板及其制造方法，通過嚴格控制連鑄澆鑄時的板坯冷卻速度，加熱爐內的板坯沿長度方向上的溫度差，以及控制板坯精軋前的溫降，實現了無瓦楞狀缺陷的中牌號無取向電工鋼板生產，具有操作簡便、成本低廉、節(jié)能環(huán)保、磁性優(yōu)良的特點。同時，連鑄澆鑄時的板坯拉速正常，可以保持較高的鋼液過熱度，以及熱軋燒鋼時保持較低的板坯出爐溫度，正常的終軋溫度、卷取溫度等，熱軋帶鋼無須采用?；幚怼檫_到上述目的，本發(fā)明的技術方案是，無瓦楞狀缺陷的中牌號無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為C:0.005% 以下、Si 1. 2 2. 2%,Mn 0. 2 0. 4%,P 0. 2% 以下、S 0. 005% 以下、Al 0. 2 0. 6%, N 0. 005%以下、0 0. 005%以下，余量為Fe及不可避免的夾雜。在本發(fā)明分設計中C :0. 005%以下。C是強烈抑制晶粒長大的元素，容易造成帶鋼鐵損增加，并產生嚴重的磁時效。同時，C還能擴大Y相區(qū)，并在?；幚頃r，使α與Y兩相區(qū)轉變量增加， 從而顯著降低Acl點，并對結晶組織起細化作用，因此必須控制在0. 005%以下。Si 1. 2 0Z0 2. 2%。Si是增加鋼的電阻率的有效元素。Si含量低于1. 2%時，鋼的電磁性能不佳，Si含量高于2. 2%時，熱軋過程不會發(fā)生相變，且冷加工性能不佳。Al :0. 2% 0.6%。Al是增加鋼的電阻率的有效元素，Al含量低于0.2%時，鋼的電磁性能不穩(wěn)定，Al含量高于0. 6%時，將使冶煉澆注困難，制造成本增加。Mn :0. 2% 0. 4%。Mn與Si、Al元素相同，可以增加鋼的電阻率，同時改善電工鋼表面狀態(tài)，因此有必要添加0.2%以上的含量。同時，Mn含量高于0.4%時，將使冶煉澆注困難，制造成本增加。P:0. 2%以下。在鋼中添加一定的磷可以改善鋼板的加工性，但超過0.2%時反而使鋼板冷軋加工性劣化。S 0. 005%以下。超過0. 005%將使MnS等S化物析出量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。N 0. 005%以下。超過0. 005%將使AlN等N化物析出量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。0 0. 005%以下。超過0. 005%將使Al2O3等0化物夾雜量大大增加，強烈阻礙晶粒長大，鐵損劣化。本發(fā)明無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板的制造方法，包括如下步驟1)無取向電工鋼板的化學成分重量百分比為C< 0.005%、Si :1. 2 2. 2%、Mn 0. 2 0. 4%,P < 0. 2%,S < 0. 005%,Al 0. 2 0. 6%、N < 0. 005%,0 < 0. 005%，余量為Fe及不可避免的夾雜；按上述化學成分，經鐵水預處理、轉爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得板坯；其中，控制連鑄二冷水量，要求冷卻水比水量100 1901/min，連鑄鋼液平均過熱度10 45°C ；2)板坯加熱、熱軋；板坯出爐溫度1050 1150°C，板坯加熱時沿長度方向上任意兩點之間的溫差小于25°C ；熱軋包括粗軋、精軋，精軋入口溫度彡9700C ；3)酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板。本發(fā)明無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板的制造方法中澆鑄鋼液平均過熱度為10 45°C。連鑄澆鑄過程，調節(jié)冷卻水比水量100 1901/min,以提高板坯等軸晶率，避免板坯柱狀晶粗大、發(fā)達；避免較低溫度的影響板坯表面溫度，造成帶鋼再結晶不充分。為此，板坯加熱時沿長度方向上任意兩點之間的溫差小于25°C ；將板坯水印點溫度差限制在25°C以內，同時要求板坯在均熱段的停留時間> 45min,以保證均勻加熱，板坯兩表溫度相當；板坯出爐溫度可以降低至1150°C以內，避免板坯中的MnS、AlN等夾雜物固溶加劇，進而惡化成品帶鋼的磁性。軋制成2. Omm 2. 8mm厚的熱軋板。粗軋、精軋之前，分別采用保溫罩對板坯、中間坯進行保溫，確保精軋入口溫度彡970°C，以利于充分再結晶，終軋溫度控制在850°C左右，卷取溫度控制在600°C左右；將熱軋板軋制成0.5mm厚帶鋼，之后采用干氣氛連續(xù)退火。成品帶鋼在連續(xù)退火過程中，通過預熱段快速升溫，升溫速率> IOOO0C /min,以及控制爐內氣氛方式，進一步改善鋼的電磁性能?；诒景l(fā)明成分的控制要求，在鋼中硅含量超出2. 2%以后，不采用電磁攪拌或者采用弱電磁攪拌時，由于硅含量較高，板坯中的柱狀晶發(fā)達、粗大，同時電磁攪拌力對柱狀晶的破碎程度也不夠，并且部分已破碎的柱狀晶還會重新聚合、長大，從而導致板坯中細小的等軸晶率比率偏低，而粗大、發(fā)達的柱狀晶率偏高，因此，必須通過提高電磁攪拌強度，以控制成品帶鋼表面的瓦楞狀缺陷。而在本發(fā)明中，硅含量低于2. 2%時，與板坯冷卻速度相比，硅含量對柱狀晶的成長相對較弱，可以通過調整連鑄冷卻水比水量，以降低柱狀晶生長方向的板坯熱流梯度，從而可以有效降低板坯中粗大、發(fā)達的柱狀晶率比率。另外，考慮到在板坯加熱過程中，與輥道接觸位置的板坯處溫度偏低，影響板坯內部的纖維組織再結晶，使得組織均勻性無法消除并遺傳至成品，因此，需要對板坯水印點溫度進行嚴格限制。提高精軋入口溫度的主要原因是，有利于軋制過程中柱狀晶的破碎、消除，并提高熱軋帶鋼的纖維組織再結晶率。此外，由于硅含量1.2%以下，熱軋過程中Y — α相變充分，因此，后續(xù)成品表面不會出現瓦楞狀缺陷。
另外，如采用二對、三對電磁攪拌輥，依靠強電磁攪拌力破碎板坯中的柱狀晶，使之盡可能的轉變?yōu)榧毿〉牡容S晶，以大幅提高板坯中的等軸晶率；或者通過大幅提高加熱過程中的板坯出爐溫度，使板坯內部發(fā)生Y — α相變，同時利用高溫狀態(tài)擴大板坯內部的再結晶組織，提高板坯再結晶率。這兩點除需要大幅增加設備投資、增加能源消耗外，更為重要的是，電磁攪拌工藝難以和鋼水過熱度準確匹配，而在鋼水過熱度控制不當時，電磁攪拌的控制效果不穩(wěn)定，難以達到預期效果；同時，采用提高板坯出爐溫度時，加熱爐的加熱負荷分布會前移，造成板坯高溫時間段較長，影響成品帶鋼的磁性，而對于高硅鋼種而言， 該方法還容易造成帶鋼邊部出現質量缺陷。本發(fā)明通過調整連鑄冷卻水比水量，以降低柱狀晶生長方向的板坯熱流梯度，從而可以有效降低板坯中粗大、發(fā)達的柱狀晶率比率。更為重要的是，該方法基本不受鋼水過熱度變化的影響，因此適用范圍比較廣泛。同時，由于冷卻水比水量的調整非常簡便、可控， 因此實施難度小，穩(wěn)定性好；此外，通過采用較低的板坯出爐溫度，可以減輕設備負荷，避免鋼中微細夾雜物的析出，影響最終產品的磁性。采用較低溫度進行板坯加熱時，可以通過調整板坯水印點溫度，提高熱軋帶鋼纖維組織的再結晶率，改善熱軋帶鋼的組織均勻性，有利于改善成品帶鋼表面的瓦楞狀缺陷。


圖1是冷卻水比水量與板坯等軸晶率的關系示意圖。圖2是熱軋精軋入口溫度與成品瓦楞狀缺陷發(fā)生率的關系示意圖。圖3是板坯出爐溫度與成品磁性的關系示意圖。圖4是水印點溫度20°C對應熱軋帶鋼的金相組織照片。圖5是水印點溫度35°C對應熱軋帶鋼的金相組織照片。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發(fā)明做進一步說明。實施例1連鑄中間包鋼液化學成分控制如下C:0. 001%、Si 1. 22%, Mn 0. 25%, P 0. 02 S 0. 003 %、Al :0. 33 %、N :0. 001 %、0 :0. 004 %，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。鋼液平均過熱度34. 6°C，拉速1.07m/min，冷卻水比水量1851/min，板坯溫降速率 11. 6min/°C，鑄機出口板坯表面溫度710°C，等軸晶率43 %。加熱爐內，水印點溫差22°C， 板坯均熱段停留時間46min，經1125°C X3h加熱后軋制，精軋入口溫度978°C，終軋溫度 856°C，卷取溫度為567°C。熱軋板經一次冷軋法軋制成0. 5mm厚帶鋼，之后在干氣氛下進行連續(xù)退火。成品帶鋼表面沒有出現瓦楞狀缺陷，鐵損4. 743W/kg，磁感1. 727T。實施例2連鑄中間包鋼液化學成分控制如下C :0. 002 %、Si 1. 42%, Mn=O. 30%, P 0. 06%,S 0. 002%,Al 0. 25%,N 0. 002%,0 0. 002%，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。鋼液平均過熱度31. 4°C，拉速1. 04m/min，冷卻水比水量1751/min，板坯溫降速率9. 6min/°C, 鑄機出口板坯表面溫度680°C，等軸晶率57%。加熱爐內，水印點溫差22°C，板坯均熱段停留時間48min，經1135°C X 3h加熱后軋制，精軋入口溫度973°C，終軋溫度853°C，卷取溫度為563°C。熱軋板經一次冷軋法軋制成0. 5mm厚帶鋼，之后在干氣氛下進行連續(xù)退火。成品帶鋼表面沒有出現瓦楞狀缺陷，鐵損3. 130W/kg，磁感1. 741T。實施例3連鑄中間包鋼液化學成分控制如下C 0. 002 %, Si 1.49%, Mn 0. 49%, P 0. 02%,S 0. 003%,Al :0. 59%,N :0· 001%,0 :0· 002%，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。鋼液平均過熱度28. 70C，拉速0. 99m/min,冷卻水比水量1891/min，板坯溫降速率8. 7min/°C， 鑄機出口板坯表面溫度660°C，等軸晶率63%。加熱爐內，水印點溫差24°C，板坯均熱段停留時間53min，經1102°C X 3h加熱后軋制，精軋入口溫度983°C，終軋溫度854°C，卷取溫度為575。C。熱軋板經一次冷軋法軋制成0. 5mm厚帶鋼，之后在干氣氛下進行連續(xù)退火。成品帶鋼表面沒有出現瓦楞狀缺陷，鐵損3. 559W/kg，磁感1. 737T。實施例4連鑄中間包鋼液化學成分控制如下C 0. 001%, Si 2. 12%, Mn 0. 25%, P 0. 01 %、S :0. 002 %、Al :0. 36 %、N :0. 001 %、0 :0. 004 %，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。鋼液平均過熱度31. 2°C，拉速0. 95m/min,冷卻水比水量1731/min，板坯溫降速率 13. 2min/°C，鑄機出口板坯表面溫度680°C，等軸晶率59%。加熱爐內，水印點溫差20°C， 板坯均熱段停留時間48min，經1097°C X3h加熱后軋制，精軋入口溫度972°C，終軋溫度 844°C，卷取溫度為583°C。熱軋板經一次冷軋法軋制成0. 5mm厚帶鋼，之后在干氣氛下進行連續(xù)退火。成品帶鋼表面沒有出現瓦楞狀缺陷，鐵損2. 833W/kg，磁感1. 726T。對比例連鑄中間包鋼液化學成分控制如下C:0. 001%、Si :1.47%,Mn:0. 32%, P
0.02 S :0. 003 %、Al :0. 25 %、N :0. 002 %、0 :0. 002 %，余量為 Fe 及不可避免的夾雜。鋼液平均過熱度28. 9 °C，拉速1. 03m/min,冷卻水比水量2571/min，板坯溫降速率 17. 4min/°C，鑄機出口板坯表面溫度580°C，等軸晶率28%。加熱爐內，水印點溫差37°C， 板坯均熱段停留時間41min，經1153°C X3h加熱后軋制，精軋入口溫度947°C，終軋溫度 847°C，卷取溫度為567°C。熱軋板經一次冷軋法軋制成0. 5mm厚帶鋼，之后在干氣氛下進行連續(xù)退火。成品帶鋼表面出現瓦楞狀缺陷比例高達90%以上，鐵損3.273W/kg，磁感
1.736T。圖1是冷卻水比水量與板坯等軸晶率的關系。從圖中可以看出，在不采用電磁攪拌的前提下，通過降低冷卻水比水量并將其嚴格控制在1901/min以下時，板坯中的等軸晶率明顯提高。實施例中，在鋼水過熱度較高的情況下，板坯等軸晶率受控。其中，實施例4 中，在冷卻水比水量為1731/min時，板坯等軸晶率達到了 59%，而在對比例中，由于冷卻水比水量為2571/min時，板坯等軸晶率僅為28%。此外，在實施例3中，降低鋼水過熱度的情況下，板坯中的等軸晶率控制效果更佳，達到了 63%。圖2是熱軋精軋入口溫度與成品瓦楞狀缺陷發(fā)生率的關系。統(tǒng)計結果表明，提高熱軋精軋入口溫度并大于970C以后，由于熱軋帶鋼纖維組織的再結晶率明顯改善，成品帶鋼的瓦楞狀缺陷發(fā)生率大大降低。對比例中，大量鋼卷的熱軋精軋入口溫度低于970C，成品帶鋼表面出現瓦楞狀缺陷的比例高達90%以上。幾個實施例中，大量鋼卷的熱軋精軋入口溫度高于970C，成品表面均沒有出現瓦楞狀缺陷。圖3是板坯出爐溫度與成品磁性的關系。隨板坯出爐溫度的提高，成品磁性不斷劣化。 圖4、圖5是不同水印點溫度對應熱軋帶鋼的金相組織。由于實施例1-4中，板坯水印點溫度均低于25C，因此熱軋帶鋼的再結晶組織非常均勻，纖維組織完全消失，而對比例中，水印點的溫度高達37C，熱軋帶鋼纖維組織明顯，這種結構在以后的冷軋、退火過程中難以再結晶，使得組織均勻性無法消除，遺傳至成品，最終形成凸凹不平的瓦楞狀缺陷。
權利要求
1.無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板，其化學成分重量百分比為C<0.005%、Si 1. 2 2. 2%、Mn :0. 2 0. 4%、P < 0. 2%、S < 0. 005%、A1 :0. 2 0. 6%、N < 0. 005%、 0 < 0. 005%，余量為Fe及不可避免的夾雜。
2.如權利要求1所述的無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板的制造方法，包括如下步驟1)無取向電工鋼板的化學成分重量百分比為C<0. 005%, Si :1. 2 2.2%、Mn: 0. 2 0. 4%,P < 0. 2%,S < 0. 005%,Al 0. 2 0. 6%、N < 0. 005%,0 < 0. 005%，余量為Fe及不可避免的夾雜；按上述化學成分，經鐵水預處理、轉爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得板坯；其中，控制連鑄二冷水量，要求冷卻水比水量100 1901/min，連鑄鋼液平均過熱度10 45°C ；2)板坯加熱、熱軋；板坯出爐溫度1050 1150°C，板坯加熱時沿長度方向上任意兩點之間的溫差小于 250C ；熱軋包括粗軋、精軋，精軋入口溫度> 970°C ；3)酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板。
全文摘要
無瓦楞狀缺陷的無取向電工鋼板及其制造方法，其化學成分重量百分比為C0.005％以下、Si1.2～2.2％、Mn0.2～0.4％、P0.2％以下、S0.005％以下、Al0.2～0.6％、N0.005％以下、O0.005％以下，余Fe；經鐵水預處理、轉爐冶煉、RH精煉和連鑄澆鑄后獲得板坯；其中，控制連鑄二冷水量，要求冷卻水比水量100～190l/min，連鑄鋼液平均過熱度10～45℃；板坯加熱、熱軋；板坯出爐溫度1050～1150℃，板坯加熱時沿長度方向上任意兩點之間的溫差小于25℃；熱軋包括粗軋、精軋，精軋入口溫度≥970℃；酸洗、冷軋、退火和涂層后得到成品無取向電工鋼板。本發(fā)明通過控制連鑄澆鑄時的板坯冷卻速度，加熱爐內的板坯沿長度方向上的溫度差，以及控制板坯精軋前的溫降，實現了無瓦楞狀缺陷。
文檔編號C22C33/04GK102443734SQ20101029896
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者劉獻東, 孫業(yè)中, 張峰, 曹偉, 朱簡如, 陳卓雷, 陳曉, 馬長松 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司