CN202110291809.4一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法

权利要求

1.一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，其特征在于，所述方法包括，

对无取向硅钢板坯进行加热和粗轧，获得中间坯，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C≤0.0028％，Si：0.30-1.70％，Al≤0.30％，Mn：0.10-0.50％，P≤0.030％，S≤0.0030％，N≤0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质；

将所述中间坯精轧后以620-750℃的温度进行卷取，获得热轧卷，所述热轧卷的厚度为2.0-2.5mm；

将所述热轧卷进行酸洗和冷轧，获得冷轧卷，所述冷轧卷的厚度为0.49-0.50mm；

对所述冷轧卷升温至900-960℃的温度保温50-90s的时间，进行退火，获得铁损均匀性良好的无取向硅钢，所述退火中，带钢张力≤2.9Mpa，升温速率为50-100℃/s，冷却速率≤20℃/s，所述卷取温度、所述退火温度和所述保温时间符合下述关系：

其中，t表示所述保温时间，Tc表示所述卷取温度，Tp表示所述退火温度，a表示所述板坯中Si的质量分数，b表示所述板坯中Al的质量分数。

2.根据权利要求1所述的一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，其特征在于，所述加热温度为1100-1200℃，所述加热中，保温时间为40-80min。

3.根据权利要求1所述的一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，其特征在于，所述精轧结束温度为840-920℃。

4.根据权利要求1所述的一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，其特征在于，所述方法还包括，对所述铁损均匀性良好的无取向硅钢以0.5-1.5g/m ²的涂布量进行涂层。

说明书

一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法

技术领域

本发明属于无取向硅钢生产技术领域，尤其涉及一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法。

背景技术

无取向硅钢是含碳很低的硅铁合金，含有大量的硅元素，是广泛应用于马达及变压器等机电设备的铁芯材料，因此期望无取向硅钢具有良好的磁性能。

对于中低牌号无取向硅钢来说，现在其常规制造工艺为：炼钢→连铸→热轧→酸洗→冷轧→退火→涂层→剪切包装，没有常化流程。而常化的主要目的是使热轧板组织更为均匀，使再结晶晶粒增多，防止瓦楞状缺陷。在常化过程中，高温使得晶粒和析出物粗化，加强了{100}和{110}组分以及减弱{111}组分，可明显提高磁性能。但常化工序的引入导致成本的增加，这对中低牌号无取向硅钢的成本控制不利，目前几乎不采用。

因此，为了降低成本，还可保证中低牌号无取向硅钢的磁性能，在热轧过程结束时，常常采用高温卷取的方式使热轧板晶粒粗化，析出物聚集，使得成品{111}和{112}组分减弱，{100}和{110}组分加强，可有效的提高磁性，尤其是B ₅₀₀₀可得到明显提高，在一定程度上达到替代常化流程的效果。但高温卷取也带来了其他的问题：钢卷内外温差增大，内外圈钢带比中部钢带温度约低100℃，这就造成热轧板成品磁性不均匀，表现为热轧卷头和尾的铁损高(相差0.4-0.5W/kg)，这种情况一个显而易见的结果是由于成品钢卷头尾性能较差，拉低了钢卷的整体性能水平。为了更为客观的反应整卷的磁性能，而采用分小卷测磁评价，头尾卷与中部卷分开检测，这不仅增加了工序成本(100-200元/吨)，同时也降低了正品成材率，约损失10-30％，还影响大卷直发等交付形式的实现；同时用户在使用中也容易因硅钢性能波动对电机成品性能一致性产生影响，最终影响电机的设计、使用与推广。

在控制整卷性能均匀上，前人也做了大量的工作，如针对其根源的热轧过程结束后的温度不均匀，采用高温卷取后将热轧卷放在保温罩内冷却或装入比卷取温度高100℃左右的炉内通氮气并短时间(10-40min)保温，保温后再水冷或其他手段控冷至600℃，对冷却时间有明确的计算要求，如专利《电工钢热轧后卷取温度均匀性的方法》(JPA 1981-033436)、《热轧卷取后保温常化磁性能优秀的无取向电工钢制备方法》(JPA 1982-043132)、《板型和磁性能优异的无取向电工钢制备方法》(JPA 1985-194019)、《无取向电工钢热轧卷取后常化方法》(JPA 1985-050117)等，通过保温控冷使得热轧卷精轧卷取后整卷温度均匀、组织均匀，来获得纵向磁性能均匀的保证，这类方法虽然可以有效的获得整卷均匀的性能，但延长了热轧卷流通至酸洗冷轧阶段的时间，降低了生产效率，额外增加保温设施与存放场地。

专利《一种改善头尾部性能的无取向硅钢生产方法》(CN 101618502)公布了一种能改善头尾部性能的无取向硅钢的生产方法，该方法包括冶炼、连铸、热轧、冷轧和退火，通过在热轧坯装炉加热前在钢坯的头尾两个端面涂上一层导热系数小于10W/m.K，且在热轧除鳞中能剥落的涂层来有效解决无取向硅钢与其它不同加热要求的产品同炉加热而导致钢坯头尾部分温度偏高的问题。要求所述热轧坯的加热温度为1250-1400℃，加热时间为2-4小时。在不改变现有设备且不影响热轧带钢厂产量的情况下，可明显提高冷轧无取向硅钢产品头尾部分的电磁性能。其主要着力点在于钢坯炉内加热的温度均匀控制，对于热轧卷后的头尾温度差异未有说明和提出解决办法。

专利《纵向磁性能均匀的低温高磁感取向硅钢的生产方法》(CN 108004376A)公开了一种纵向磁性能均匀的低温高磁感取向硅钢的生产方法，包括的工艺流程为常规炼钢→连铸→热轧→酸洗常化→冷轧→脱碳退火→渗氮处理→涂层→高温退火→热平整拉伸→涂覆绝缘涂覆层；常规炼钢中，控制酸溶铝[Als]的浓度为250～320ppm，控制剩铝[Alr]的浓度为100～160ppm；脱碳退火中，从距离卷尾为L的钢卷中部开始对每个钢卷进行工艺调整至整个钢卷生产完毕，工艺调整为选自提高脱碳温度或提高加热段温度或提高还原段温度或延长退火时间中的一种；L满足如下数学关系式：50×(170-Alr)≤L≤50×(200-Alr)；该发明通过对性能波动长度的准确计算并适时采取措施，有效的提高了高温退火后钢卷头部尾部磁性能水平。该专利应用于取向硅钢，由于取向硅钢的热处理工序较多，有充足的条件弥补头尾差异，所述办法对工艺路线简单的中低牌号无取向硅钢来说并不适用。且该专利中对提高温度幅度与延长退火时间长度都没有足够明确的定义，设备的温度波动有可能会掩盖脱碳、加热段或还原段温度的调整。

其他获得中低牌号无取向硅钢磁性纵向均匀性的方法主要是在热轧卷取后的热轧钢卷温度分布上控制采取措施，如对热轧卷头尾加热，以获得热轧卷温度的均匀性，从而达到性能纵向均匀性的目的，这些都需要增加额外的升温和保温设施，还影响生产效率。

因此，亟需在现有中低牌号无取向硅钢成份基础上，通过一定的工艺处理与优化来提高无取向硅钢纵向铁损均匀性，从而提高无取向硅钢磁性能。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，本方法无额外增加设施和流程，通过优化热处理工艺控制，既达到轧制方向磁性能均匀，又能降低生产成本。

本发明提供了一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，所述方法包括：

对无取向硅钢板坯进行加热和粗轧，获得中间坯；

将所述中间坯精轧后以620-750℃的温度进行卷取，获得热轧卷；

将所述热轧卷进行酸洗和冷轧，获得冷轧卷；

对所述冷轧卷升温至900-960℃的温度保温50-89s的时间，进行退火，获得铁损均匀性良好的无取向硅钢。

进一步地，所述卷取温度、所述退火温度和所述保温时间符合下述关系：

其中，t表示所述保温时间，Tc表示所述卷取温度，Tp表示所述退火温度，a表示所述板坯中Si的质量分数，b表示所述板坯中Al的质量分数。

进一步地，所述退火中，带钢张力≤2.9MPa。

进一步地，所述退火中，升温速率为50-100℃/s，冷却速率≤20℃/s。

进一步地，所述加热温度为1100-1200℃，所述加热中，保温时间为40-80min。

进一步地，所述热轧卷的厚度为2.0-2.5mm。

进一步地，所述精轧结束温度为840-920℃。

进一步地，所述冷轧卷的厚度为0.49-0.50mm。

进一步地，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C≤0.0028％，Si：0.30-1.70％，Al≤0.30％，Mn：0.10-0.50％，P≤0.030％，S≤0.0030％，N≤0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

进一步地，所述方法还包括，对所述铁损均匀性良好的无取向硅钢以0.5-1.5g/m ²的涂布量进行涂层。

本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本发明提供了一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，采用相互匹配的卷取温度、退火温度和保温时间，使得高卷取温度造成的带钢头尾温度低出现的热轧板晶粒不均匀问题在退火过程中被消除，在特定的退火温度和退火保温时间下带钢头尾的晶粒得到充分生长，从而与带钢的中部的晶粒尺寸趋于一致，这样可以使得带钢纵向具有均匀的磁性能。本发明仅是通过调整工艺，并未增加熟化或者均热保温或加热设备，成本低廉；采用本发明提供的方法，其铁损P _1.0/50为1.379-2.721W/kg，P _1.5/50为2.751-5.438W/kg，B ₅₀₀₀为1.706-1.741T，在线P _1.0/50极差为0.062-0.188W/kg，无取向硅钢的铁损更均匀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法工艺图。

图2为本发明实施例6提供的无取向硅钢的通条铁损曲线图。

图3为对比例3提供的无取向硅钢的通条铁损曲线图。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。

在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例提供了一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，结合图1，所述方法包括，

S1，对无取向硅钢板坯进行加热和粗轧，获得中间坯；

作为本发明实施例的一种实施方式，所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C≤0.0028％，Si：0.30-1.70％，Al≤0.30％，Mn：0.10-0.50％，P≤0.030％，S≤0.0030％，N≤0.0025％，其余为Fe及不可避免的杂质。

无取向硅钢是含碳很低的硅铁合金，含有大量的硅元素，在本发明中无取向硅钢是指上述化学成分的中低牌号无取向硅钢。中低牌号无取向硅钢的成份注重Si、Mn、Al含量的搭配和杂质元素的控制，此外，可根据实际生产对部分成份进行微调，减少瓦楞等缺陷。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述加热温度为1100-1200℃，所述加热中，保温时间为40-80min。

板坯加热至1100-1200℃，目的是便于后续精轧轧机减小负荷，顺利轧制；板坯加热温度过高，板坯会产生内氧化层，析出不良夹杂物。板坯加热温度优选为1120-1160℃。保温时间为40-80min，既能使板坯烧透，方便轧制，还可以防止板坯过氧化，导致微裂纹氧化，在轧制过程中扩展、开裂；保温时间过长，会产生过氧化，导致微裂纹氧化，轧制中出现扩展和开裂；保温时间过短，板坯烧不透。

S2，将所述中间坯精轧后以620-750℃的温度进行卷取，获得热轧卷；

卷取温度控制在620-750℃，便于热轧后的带钢回复再结晶，提高磁性能，同时也避免氧化铁皮粘附性过大，影响酸洗。

卷取温度过高，导致氧化铁皮难以酸洗，影响成品表面质量；卷取温度过低，晶粒长大粗化缺乏动力，影响成品性能。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述精轧结束温度为840-920℃。

精轧结束温度控制在840-920℃，使得钢带轧制过程中发生相变，有利于细化晶粒，减少板面缺陷。

精轧结束温度过高，热轧过程易产生氧化铁皮，不利于酸洗；精轧结束温度过低，轧制压力大造成板型不好，晶粒长大粗化缺乏动力，影响成品性能。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述热轧卷的厚度为2.0-2.5mm。

热卷厚度为2.0-2.5mm，这是综合考虑热轧压下率与热轧过程中的晶粒生长的选择；热卷厚度过厚，则热轧压下率过小，钢坯表面和芯部晶粒大小不一致，热卷板型不易控制；热轧卷厚度过小，钢卷晶粒生长过大，不利于冷轧时的稳定轧制。热轧卷的厚度优选为2.1-2.4mm。

S3，将所述热轧卷进行酸洗和冷轧，获得冷轧卷；

作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷轧卷的厚度为0.49-0.50mm。

S4，对所述冷轧卷升温至900-960℃的温度保温50-90s的时间，进行退火，获得铁损均匀性良好的无取向硅钢。

退火温度为900-960℃，控制成品晶粒的尺寸与有利织构的保留，从而提高成品磁性能。

退火温度过低不能达到再结晶效果；退火温度过高则成品组织的晶粒度过大对冲片性不利。

保温时间过长成品组织的晶粒度过大对冲片性不利；保温时间过短则成品晶粒生长不充分，性能不佳。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述保温时间为60-80s。保温时间过长会降低生产效率，因此优选保温时间为60-80s。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述卷取温度、所述退火温度和所述保温时间符合下述关系：

其中，t表示保温时间，Tc表示卷取温度，Tp表示退火温度，a表示板坯中Si的质量分数，b表示板坯中Al的质量分数。

卷取温度、退火温度和保温时间满足上述关系式是为了保证在退火过程中再结晶晶粒可以有充足的时间得到充分生长，使得无取向硅钢头尾的晶粒在退火高温下得到粗化，接近无取向硅钢轧制方向的中部的晶粒尺寸，而由于添加了合金元素(Al元素和Si元素)和热轧卷取大晶粒在冷轧后变形储能低的限制，在退火过程中，无取向硅钢中部的晶粒尺寸长大速率略低于头尾部，延长的退火时间使得无取向硅钢头尾和中部的晶粒尺寸更为接近，从而获得通条分布均匀和优异的磁性能；随着合金元素含量的增加，对应的需要更高的退火温度和更长的退火时间(保温时间)；因此，还需对热轧后头尾卷取温度低导致磁性快速流失的不利影响从后续的退火过程中晶粒长大时间上加以补偿。上述是针对热轧卷取温度通条不均匀结果的弥补措施，卷取温度通条不均匀影响区在纵向(轧制方向)上的分布并无改变，只是使得磁性能在无取向硅钢纵向分布的极差得以缩小，达到无取向硅钢磁性整体均匀的效果。

需要说明的是，在退火过程中采用弱还原或中性气氛进行，例如可以采用全N ₂，也可以采用3N ₂+1H ₂组合气体，也可以是任何不会导致无取向硅钢发生氧化作用的气体，在此不做具体限定。为了降低成本，优选保护气体为氮气。在保护气体气氛下进行退火，可以避免退火炉的炉辊结瘤，同时保证带钢的板面光亮。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述退火中，带钢张力≤2.9MPa。

在退火过程中，应控制带钢的张力，以保证带钢具有良好的板形，且退火张力还可以使无取向硅钢的各向异性减小，从而提高无取向硅钢的磁感强度并降低铁损。在保证良好的带钢板形的前提下，应尽量降低退火炉炉内张力；如果带钢张力过大，带钢沿轧制方向变形，残余应力增大，铁损值明显增加，也容易发生断带；如果带钢张力过小，会影响带钢的板形。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述退火中，升温速率为50-100℃/s，冷却速率≤20℃/s。在退火过程中，采用快升温，缓降温的方法目的是减少应力对无取向硅钢对磁性能和板面质量的影响。

冷却速率过快，成品因温度不均匀残留应力，恶化磁性能；冷却速率过慢，成品出炉后温度偏高易氧化，不利于后续的涂层操作。

作为本发明实施例的一种实施方式，所述方法还包括，对所述铁损均匀性良好的无取向硅钢以0.5-1.5g/m ²的涂布量进行涂层。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种提高无取向硅钢磁性均匀性的方法进行详细说明。

实施例1-8及对比例1-4

实施例1-8及对比例1-4提供了一种无取向硅钢的制备方法，具体如下：

1、通过冶炼和连铸，获得如表1所示化学成分的板坯，其余为Fe及不可避免的杂质。

2、将板坯置于加热炉中加热，加热温度如表2所示。

3、将步骤2加热后的板坯进行粗轧，获得中间坯。粗轧开始温度和粗轧结束温度如表2所示。

4、对步骤3的中间坯进行精轧和卷取，获得热轧卷。精轧开始温度、精轧结束温度和卷取温度如表2所示。

5、将步骤4的热轧卷在酸液中进行酸洗，然后冷轧，获得冷轧卷。冷轧压下率和冷轧卷的厚度如表3所示。

6、将步骤5的冷轧卷先碱洗，然后在氮气气氛下连续退火，在连续退火中，先升温然后保温一段时间后再冷却至室温，获得无取向硅钢。

表1

编号 C/％ Mn/％ Si/％ Al/％ S/％ N/％ P/％ 实施例1 0.0016 0.41 1.63 0.24 0.0008 0.0008 0.022 实施例2 0.0012 0.48 1.52 0.21 0.0006 0.0009 0.025 实施例3 0.0017 0.32 1.27 0.17 0.0007 0.0011 0.027 实施例4 0.0015 0.39 1.38 0.16 0.0006 0.0007 0.021 实施例5 0.0018 0.31 0.74 0.13 0.0007 0.0012 0.019 实施例6 0.0014 0.33 0.81 0.15 0.0009 0.0010 0.022 实施例7 0.0017 0.28 0.39 0.03 0.0006 0.0011 0.023 实施例8 0.0015 0.32 0.42 0.05 0.0007 0.0010 0.018 对比例1 0.0016 0.46 1.69 0.22 0.0006 0.0007 0.017 对比例2 0.0015 0.42 1.32 0.15 0.0007 0.0014 0.021 对比例3 0.0011 0.30 0.82 0.15 0.0006 0.0008 0.022 对比例4 0.0013 0.31 0.38 0.05 0.0007 0.0009 0.020

表2

表3

将实施例1-8以及对比例1-4提供的无取向硅钢以0.5-1.5g/m ²的涂布量进行涂层，然后测试铁损和磁性，检测结果如表4所示。铁损和磁性的测量方法按照GB/T 2521.1-2016执行。

表4

表4中，在线P _1.0/50极差(W/kg)表示同一卷纵向长度上带钢厚度处于目标范围内的在线铁损最大值与最小值之差。

由表4中的数据可知，本发明实施例1-8提供的无取向硅钢，其铁损P _1.0/50为1.379-2.721W/kg，P _1.5/50为2.751-5.438W/kg，B ₅₀₀₀为1.706-1.741T，在线P _1.0/50极差为0.062-0.188W/kg，无取向硅钢的铁损更均匀。

对比例1-4提供的无取向硅钢，其铁损P _1.0/50为1.623-2.912W/kg，P _1.5/50为3.225-5.841W/kg，B ₅₀₀₀为1.707-1.740T，在线P _1.0/50极差为0.331-0.482W/kg，无取向硅钢的铁损均匀性低于本发明实施例1-8。具体分析如下：

对于对比例1，与实施例1、2相比，其成份相近，连续退火中温度足够高，尽管保温时间不够长(比推荐时间少20s左右)，即使成品退火温度提高，晶粒在轧制回复过程的成长时间略短，导致最终晶粒长大不充分，头尾两端拉低了整个性能水平，得到的铁损偏高、磁感略低的情况出现，同时纵向铁损极差较大；

对比例2，与实施例3、4相比，其成份也较为接近，成品退火温度相当，但保温时间略短(比推荐时间少15s左右)，导致其头尾铁损偏高，因而整体性能略差，略有极差；

对比例3，与实施例5、6相比，成份接近，退火温度接近，但退火时间略短，成品晶粒未能充分长大，铁损性能略高，中部的性能接近实施例，但纵向极差较大；

对比例4，与实施例7、8相比，卷取温度略低，但成品退火温度略高，中部的性能接近实施例，但纵向极差较大。

由图2可知，本发明提供的无取向硅钢随长度的变化，铁损变化不大，均匀性良好，与表4中的数据吻合。

由图3可知，对比例3提供的无取向硅钢铁损在整卷长度上即纵向上常出现两头高，中间低的“微笑”曲线或“浴盆”曲线，具体表现为在线铁损仪测量曲线上，从开始端(钢卷的头部)铁损较高，随着纵向长度延伸逐渐降低，一定长度后(数百米不等)中部铁损趋于稳定，到接近末端(钢卷的尾部)一定距离时(数百米不等)，铁损又逐渐升高，直至钢卷全段通过。这有别于薄板坯连铸连轧的周期性性能波动，产生的原因和表现略有不同。

同一板卷的磁性不均匀性，主要是与热轧过程中和热轧后板卷的内层和外层冷却速度不同有关。而缺乏常化工艺的组织均匀化流程，使得该情况得不到扭转，延续到成品并显现于在线铁损监控上，影响最终的成品判级与产出。本发明提供了一种提高无取向硅钢铁损均匀性的方法，通过控制卷取温度、退火温度和保温时间，以保证再结晶晶粒可以有充足的时间得到充分生长，使得无取向硅钢头尾的晶粒在退火高温下得到粗化，从而接近无取向硅钢轧制方向中部的晶粒尺寸，从而获得通条分布均匀和优异的磁性能。采用本发明提供的方法，无需增加额外的设备，调整工艺即可，与设有常化工序的现有技术相比，本发明的生产成本至少可降低约150元/吨。采用本发明提供的方法，其铁损P _1.0/50为1.379-2.721W/kg，P _1.5/50为2.751-5.438W/kg，B ₅₀₀₀为1.706-1.741T，在线P _1.0/50极差为0.062-0.188W/kg，无取向硅钢的铁损更均匀。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。