CN202111457976.8一种超低碳含钇取向硅钢及其制备方法

权利要求

1.一种超低碳含钇取向硅钢，其特征在于，化学组成及其质量百分比为：

Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.如权利要求1所述的超低碳含钇取向硅钢，其特征在于，含钇取向硅钢成品厚度为0.2～0.35mm，磁感应强度B8为1.85～1.94T，铁损P17/50为0.9～1.2W/kg。

3.一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，通过在超低碳成分体系的基础上添加稀土钇元素，促进抑制剂的析出，并且采用的一阶段冷轧工艺省去了冷轧过程中的中间退火的环节，包括如下步骤：

步骤1：按设定成分冶炼钢水，化学组成及其重量百分比为Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

步骤2：连铸出厚度为20～200mm的连铸坯，连铸坯在1250～1300℃加热，并保温；

步骤3：连铸坯加热后经热轧至2～2.5mm厚度，开轧温度为1000℃～1050℃，终轧温度为850～950℃；

步骤4：将热轧板在950℃～1000℃进行常化处理；

步骤5：常化板冷却后使用盐酸进行酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.2-0.35mm；

步骤6：冷轧板在850℃～950℃初次再结晶退火，保温一段时间；

步骤7：涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50～150℃/h的速度升温至1100℃～1250℃，保温时间为12h～20h。

4.如权利要求3所述的超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述步骤2中保温时间为120min。

5.如权利要求3所述的超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述步骤4中常化处理时间为180s～300s。

6.如权利要求3所述的超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述步骤5中使用浓度为10-20％盐酸进行酸洗。

7.如权利要求3所述的超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，所述步骤6中保温时间为180～300s。

8.如权利要求3所述的超低碳含钇取向硅钢的制备方法，其特征在于，初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气混合气氛条件下进行，氮气和氢气的体积比为1:3，控制混合气氛的露点在-30℃以下。

说明书

一种超低碳含钇取向硅钢及其制备方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种超低碳含钇取向硅钢及其制备方法。

背景技术

取向硅钢是电力、电子及军事工业不可或缺的软磁合金，是制备变压器铁芯的基础原料。传统取向硅钢生产工艺复杂冗长，主要包括：冶炼—连铸—铸坯加热—热轧—常化—冷轧—脱碳退火—高温退火等工艺步骤。碳是取向硅钢最为重要的控制元素之一。在冶炼时，添加质量分数为0.03～0.05％的碳可以使硅钢在高温时(1050～1150℃)形成一定量的奥氏体相，由于取向硅钢中的主要抑制剂AlN在奥氏体和铁素体的溶解度差十倍左右，可在后续常化冷却过程中，利用奥氏体向铁素体相变，促进AlN抑制剂快速析出。然而，另一方面，碳在硅钢中是有害元素，会使硅钢片矫顽力提髙，造成铁损增加，磁性下降。因此在完成AlN抑制剂调控之后，需要通过脱碳退火工序来消除碳对硅钢的不利影响。相关研究表明残余碳含量超过0.0200％后，硅钢高温退火样品二次再结晶不完善，磁性能较差。中国发明专利(公开号CN104294155A)公开了一种超低碳取向硅钢的制备方法，该专利主要特征是在成分上采用超低碳设计及两阶段冷轧工艺制备高磁感取向硅钢，这种技术在省略连铸、热轧和常化工序的同时，进一步省略脱碳退火工序，通过控制凝固及二次冷却路径避免了粗大析出物的形成。但是同时超低碳成分取向硅钢也存在着单相铁素体AlN抑制剂析出困难的问题，必须通过两阶段冷轧的中间退火工序来调整抑制剂析出。

发明内容

针对因超低碳成分体系导致取向硅钢中单相铁素体AlN等抑制剂析出困难的问题，本发明提供一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，通过在超低碳成分体系设计的基础上添加稀土钇元素，有效促进AlN等抑制剂的析出，并且采用的一阶段冷轧工艺省去了冷轧过程中的中间退火的环节，进一步简化了生产流程。

本发明的一种超低碳含钇取向硅钢，化学组成及其质量百分比为：

Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢中，含钇取向硅钢成品厚度为0.2～0.35mm，磁感应强度B8为1.85～1.94T，铁损P17/50为0.9～1.2W/kg。

本发明的一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，通过在超低碳成分体系的基础上添加稀土钇元素，促进抑制剂的析出，并且采用的一阶段冷轧工艺省去了冷轧过程中的中间退火的环节，包括如下步骤：

步骤1：按设定成分冶炼钢水，化学组成及其重量百分比为Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

步骤2：连铸出厚度为20～200mm的连铸坯，连铸坯在1250～1300℃加热，并保温；

步骤3：连铸坯加热后经热轧至2～2.5mm厚度，开轧温度为1000℃～1050℃，终轧温度为850～950℃；

步骤4：将热轧板在950℃～1000℃进行常化处理；

步骤5：常化板冷却后使用盐酸进行酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.20-0.35mm；

步骤6：冷轧板在850℃～950℃初次再结晶退火，保温一段时间；

步骤7：涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50～150℃/h的速度升温至1100℃～1250℃，保温时间为12h～20h。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢的制备方法中，所述步骤2中保温时间为120min。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢的制备方法中，所述步骤4中常化处理时间为180s～300s。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢的制备方法中，所述步骤5中使用浓度为10-20％盐酸进行酸洗。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢的制备方法中，所述步骤6中保温时间为180～300s。

在本发明的超低碳含钇取向硅钢的制备方法中，初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气混合气氛条件下进行，氮气和氢气的体积比为1:3，控制混合气氛的露点在-30℃以下。

本发明的一种超低碳含钇取向硅钢及其制备方法，至少具有以下有益效果：

1、本发明在超低碳成分体系取向硅钢的基础上，省略了脱碳退火工艺。同时，通过添加稀土钇元素的加入促使氮元素及硫元素团簇的形成，降低了抑制剂与基体的界面能，促进了AlN等抑制剂析出，解决了因超低碳成分设计导致的单相铁素体组织抑制剂析出困难的技术难题。因此本发明的热轧及常化温度降常规流程相比较低。

2、本发明提出一种在超低碳成分体系取向硅钢的基础上添加稀土钇元素的新型成分设计，可以细化硅钢铸态组织、深度脱氧以提高二次再结晶完善程度，进而优化取向硅钢的性能。并且采用的一阶段冷轧工艺省去了冷轧过程中的中间退火的环节，进一步简化了生产流程。

具体实施方式

本发明的一种超低碳含钇取向硅钢，化学组成及其质量百分比为：Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。成品厚度为0.2～0.35mm，磁感应强度B8为1.85～1.94T，铁损P17/50为0.9～1.2W/kg。

本发明的一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，通过在超低碳成分体系的基础上添加稀土钇元素，促进抑制剂的析出，并且采用的一阶段冷轧工艺省去了冷轧过程中的中间退火的环节，具体包括如下步骤：

步骤1：按设定成分冶炼钢水，化学组成及其重量百分比为Si：2.0～4.5％，C：≤0.003％，Y：0.001～0.1％，Mn：0.1～0.25％，Al：0.01～0.02％，Cu:0～0.3％，S：0.02～0.035％，N：0.009～0.011％，其余为Fe和不可避免的杂质元素；

步骤2：连铸出厚度为20～200mm的连铸坯，连铸坯在1250～1300℃加热，并保温时间为120min；

步骤3：连铸坯加热后经热轧至2～2.5mm厚度，开轧温度为1000℃～1050℃，终轧温度为850～950℃；

步骤4：将热轧板在950℃～1000℃进行常化处理，常化处理时间为180s～300s；

步骤5：常化板冷却后使用浓度为10-20％盐酸进行酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.20-0.35mm；

步骤6：冷轧板在850℃～950℃初次再结晶退火，保温180～300s；

步骤7：涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50～150℃/h的速度升温至1100℃～1250℃，保温时间为12h～20h。

初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气混合气氛条件下进行，氮气和氢气的体积比为1:3，控制混合气氛的露点在-30℃以下。

稀土钇的原子半径比镧和铈小，在钢中固溶强化效果更大。同时，钇在钢液中形成化合物的密度比镧和铈形成的化合物的密度低，因此在钢液中形成的化合物更容易上浮去除。另一方面，稀土钇与氧、硫、氮等元素的吸附能力更强，易生成高熔点且在高温下塑性很小的氧化物、硫化物以及硫氧化合物等，可起到脱硫脱氧、改变夹杂物形态及改善钢的低温韧性和断裂性、减少钢的热脆性并改善其热加工性和焊接件牢固性的作用。

因此，本发明在超低碳的成分设计的基础上，通过稀土钇元素的加入首先促使氮元素及硫元素团簇的形成，降低了抑制剂与基体的界面能，促进了抑制剂的析出，解决了因超低碳成分设计导致的单相铁素体组织抑制剂析出困难的技术难题，因此本发明的热轧及常化温度降常规流程相比较低。

下面结合实施例对本发明的制备过程进行详细说明。

实施例1

一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按设定成分冶炼钢水，化学组成及其质量百分比为：Si：3.0％；C：0.002％，Y：0.002％；Mn：0.25％；Al：0.02％；Cu:0.3％，S：0.035％：N：0.011％，余量为Fe和不可避免的杂质元素；

(2)连铸出厚度为150mm的连铸坯后，连铸坯在1300℃加热，保温120min；

(3)连铸坯加热后经热轧至2.5mm厚度，开轧温度为1050℃，终轧温度为950℃；

(4)热轧板在1000℃下常化热处理，常化时间为300s；

(5)常化板使用盐酸酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.35mm；

(6)冷轧板在950℃进行初次再结晶退火，保温时间300s；

(7)涂覆MgO隔离剂后进行二次再结晶退火，以50℃/h的速度升温至1250℃，保温时间为20h。

初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气比例为1:3的气氛条件下进行。经上述工艺制备的含钇取向硅钢成品磁感应强度B8为1.86T，铁损P17/50为1.2W/kg。

实施例2

一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为Si：2.6％；C：0.0018％，Y：0.005％；Mn：0.22％；Al：0.016％；Cu:0.2％，S：0.025％：N：0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质元素；

(2)连铸出厚度为110mm的连铸坯后，连铸坯在1300℃加热，保温120min；

(3)板坯加热后经热轧至2.3mm厚度，开轧温度为1030℃，终轧温度为930℃；

(4)热轧板在1000℃下常化热处理，常化时间为240s；

(5)常化板酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.3mm；

(6)冷轧板在900℃进行初次再结晶退火，保温时间240s；

(7)涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50℃/h的速度升温至1250℃，保温时间为20h。

初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气比例为1:3的气氛条件下进行。经上述工艺制备的含钇取向硅钢成品磁感应强度B8为1.89T，铁损P17/50为1.13W/kg

实施例3

一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为Si：3.4％；C：0.0022％，Y：0.01％；Mn：0.2％；Al：0.013％；Cu:0.22％，S：0.023％：N：0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质元素；

(2)连铸出厚度为80mm的连铸坯后，连铸坯在1250℃加热，保温120min

(3)连铸坯加热后经热轧至2.2mm厚度，开轧温度为1000℃，终轧温度为900℃；

(4)热轧板在1000℃下常化热处理，常化时间为180s；

(5)常化板酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.27mm；

(6)冷轧板在850℃进行初次再结晶退火，保温时间180s；

(7)涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50℃/h的速度升温至1250℃，保温时间为20h。

初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气比例为1:3的气氛条件下进行。经上述工艺制备的含钇取向硅钢成品磁感应强度B8为1.91T，铁损P17/50为1.1W/kg。

实施例4

一种超低碳含钇取向硅钢的制备方法，按以下步骤进行：

(1)按设定成分冶炼钢水，其成分按重量百分比为Si：2.3％；C：0.0015％，Y：0.05％；Mn：0.18％；Al：0.012％；S：0.02％：N：0.009％，余量为Fe和不可避免的杂质元素；

(2)连铸出厚度为150mm的连铸坯后，连铸坯在1250℃加热，保温120min；

(3)连铸坯加热后经热轧至2mm厚度，开轧温度为1000℃，终轧温度为850℃；

(4)热轧板在950℃下常化热处理，常化时间为180s；

(5)常化板酸洗后在室温条件下冷轧，采用一阶段冷轧工艺直接冷轧至0.23mm；

(6)冷轧板在850℃进行初次再结晶退火，保温时间180s；

(7)涂覆隔离剂后进行二次再结晶退火，以50℃/h的速度升温至1250℃，保温时间为20h。

初次再结晶退火和二次再结晶退火都在氮气和氢气比例为1:3的气氛条件下进行。经上述工艺制备的含钇取向硅钢成品磁感应强度B8为1.94T，铁损P17/50为0.92W/kg。

表1：

钇含量(％)
磁性能P17/50(W/kg)
磁感B8(T)

0.002
1.2
1.86

0.005
1.13
1.89

0.01
1.1
1.91

0.05
0.92
1.94

表1中展示了4个实施例中，钇含量和含钇取向硅钢成品的磁性能的关系。从表中可知随着钇含量的增多，含钇取向硅钢成品的磁性能越来越好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。