CN202110047416.9可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法

权利要求

1.一种可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，包括对所述取向硅钢的铸坯依次进行热轧、酸洗和冷轧，其特征在于：所述热轧工序包括加热、粗轧和精轧过程，所述精轧过程中，热轧板(1)离开精轧机(2)最后一个机架时的温度达到温度T1，所述温度T1为1000～1050℃；或者，所述酸洗工序后，对热轧板(1)进行通电加热至温度T1，所述温度T1为1000～1050℃；

然后，对热轧板(1)采用短时通电加热控制冷却速度，通电加热2-5s使热轧板(1)的温度冷却至温度T2，所述温度T2为940～960℃；

所述精轧机(2)最后一个机架后面设有主动传送辊系统(3)，且所述主动传送辊系统(3)的辊轮上设有加热装置，所述主动传送辊系统(3)后面设有第一导电辊加热系统(4)控制热轧板(1)的冷却速度；或者，所述酸洗工序后，所述热轧板(1)通过第二导电辊加热系统(5)加热至温度T1，然后通过第一导电辊加热系统(4)控制热轧板(1)的冷却速度，且第二导电辊加热系统(5)和第一导电辊系加热系统(4)的外围设有氮气保护炉箱(8)；

所述高磁感取向硅钢化学成分的质量百分含量为：C的含量为0.03％-0.07％，Si的含量为2.8-3.8％，Mn的含量为0.05-0.15％，P的含量为0.01-0.02％，S的含量为0.003％-0.04％，Als的含量为0.02-0.04％，N的含量为0.005％-0.01％，Cu的含量为0.02-0.20％，Sn的含量为0.01-0.05％，Cr的含量为0.01-0.15％，余量为Fe及不可避免杂质元素。

2.根据权利要求1中任一项所述的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，其特征在于：所述加热过程中，所述取向硅钢的铸坯加热至1100～1250℃再进行粗轧。

3.根据权利要求2所述的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，其特征在于：所述铸坯的厚度为210～250mm。

4.根据权利要求2所述的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，其特征在于：所述热轧板(1)的厚度为2.3～2.6mm。

说明书

可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法

技术领域

本发明涉及变压器铁芯用高磁感取向硅钢制造技术，具体地指一种可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法。

背景技术

高磁感取向硅钢主要用于制造各种变压器铁芯，是电力工业重要的原材料，其制造工艺复杂，生产成本很高。降低高磁感取向硅钢生产成本近年来已成为研究热点。采用板坯低温加热法是节约生产成本最重要的一步，前工序采用板坯低温加热，后工序采用一次冷轧法的高磁感取向硅钢制造技术目前已在世界范围内取得巨大成功。该方法成功地将近1400℃的板坯热轧加热温度降低到了1200℃左右，有效地避免了高磁感取向硅钢热轧工序板坯烧损大、能耗高、热轧板缺陷多、生产性差等缺点，大幅度降低了生产成本。虽然板坯热轧加热温度只有1100～1250℃的低温高磁感取向硅钢已成为当今全球(也是国内)产量最大的品种，但是工艺依然复杂，其制造工艺为：炼钢→热轧→酸洗→常化→冷轧(包括一次冷轧、脱碳、渗氮退火、涂敷氧化镁、高温退火、拉伸平整退火过程)。任何一项工序的简化或省略都能进一步降低生产成本和能耗，提高生产效率，同时也为智能制造创造有利的条件。

国外已在这方面做了部分尝试，欧洲专利EP0950118A1，该专利热轧加热温度较高，为1270～1320℃，热轧钢带出轧机的温度为900～1000℃，同时保证钢带至少空冷4s，省去常化工序，可以获得一般取向硅钢产品；欧洲专利EP19970938857，该专利将薄板坯均热后进行热轧，要求在钢带离开最后机架5s以后对钢带进行冷却，省去常化工序，可以获得一般取向硅钢产品。上述专利虽然都省去了常化工序，但仅能够生产一般取向硅钢产品，无法满足高磁感取向硅钢产品的磁性能要求，目前国际上尚未见到采用一次轧制法省去常化工序获得低温高磁感取向硅钢方面的专利申请。

发明内容

本发明的目的就是要省去酸洗后的常化工序，提供一种成本较低，生产效率较高的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法。

为实现上述目的，本发明研制出了一种可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，包括对所述取向硅钢的铸坯依次进行热轧、酸洗和冷轧，其特别之处在于：所述热轧工序包括加热、粗轧和精轧过程，所述精轧过程中，热轧板离开精轧机最后一个机架时的温度达到度T1；或者，所述酸洗工序后，对热轧板进行通电加热至临界温度T1；然后，对热轧板采用短时通电加热控制冷却速度，通电加热2-5s使热轧板的温度冷却至温度T2。

所述热轧工序中，热轧板离开精轧机最后机架后，采用通电加热控制热轧板温度和冷却时间，可以获得与高磁感取向硅钢常化工艺类似的组织、织构、析出相状态，从而代替常化工序获得B₈₀₀≥1.89T的高磁感产品。

或者在所述酸洗工序之后，先将热轧板进行通电加热至一定的温度后，再采用短时通电加热控制热轧板温度和冷却时间，可以获得与高磁感取向硅钢常化工艺类似的组织、织构、析出相状态，从而代替常化工序获得B₈₀₀≥1.89T的高磁感产品。

进一步地，所述温度T1为1000～1050℃，所述温度T2为940～960℃。

本发明热轧工序中热轧板离开精轧机最后机架后的温度保持在1000～1050℃，然后对热轧板采用短时通电加热控制冷却速度，通电加热2-5s使热轧板的温度冷却至940～960℃；或者，在酸洗工序后，对热轧板进行通电加热至1000～1050℃，然后对热轧板采用短时通电加热控制冷却速度，通电加热2-5s使热轧板的温度冷却至940～960℃。

该短时通电加热控制热轧板冷却速度工序代替了取向硅钢常化退火工序，而常化退火工序是获得低温高磁感取向硅钢磁性能的关键工艺之一，通常需要在专门的生产线上进行热处理。低温高磁感取向硅钢在950～1120℃温度下常化后，其组织虽为铁素体和珠光体，但组织形貌、织构组分等变化较大。其中高斯织构{110}<001>占比、织构{411}<148>占比等关键的织构组分占比将影响最终产品的二次再结晶状态，进而影响低温高磁感取向硅钢的磁性大小。常规情况下，当常化退火温度或时间达不到技术要求时无法获得B₈₀₀≥1.89T的高磁感产品。实验证明采用短时通电加热工艺，将热轧板冷却速度控制在10℃/s～25℃/s之间，能够获得高磁感取向硅钢常化板织构组分等效织构，满足生产高磁感取向硅钢的织构组分条件。

进一步地，所述精轧机最后一个机架后面设有主动传送辊系统，且所述主动传送辊系统的辊轮上设有加热装置，所述主动传送辊系统后面也设有第一导电辊加热系统控制冷却速度。

为了防止热轧板离开最后一个精轧机机架后降温太快，达不到要求的温度T1，在主动传送辊系统的辊轮上设加热装置对热轧板进行辅助加热。热轧板经过主动传送辊系统后，采用主动传送辊系统后面设有的第一导电辊加热系统控制热轧板的冷却速度。

进一步地，所述酸洗工序后，所述热轧板通过第二导电辊加热系统加热至温度T1，然后通过第一导电辊加热系统控制冷却速度，且第二导电辊加热系统和第一导电辊加热系统外围设有氮气保护炉箱。

为了将经过酸洗工序后的热轧板升温至温度T1，采用第二导电辊加热系统对热轧板进行快速加热，然后采用第二导电辊加热系统后面设置的另外一组导电辊加热系统控制热轧板的冷却速度。

进一步地，所述加热过程中，所述取向硅钢的铸坯加热至1100～1250℃再进行粗轧。采用低温高磁感取向硅钢有效地避免了高磁感取向硅钢热轧工序板坯烧损大、能耗高、热轧板缺陷多、生产性差等缺点，降低了生产成本。

进一步地，所述铸坯的厚度为210～250mm。

进一步地，所述热轧板的厚度为2.3～2.6mm。

进一步地，所述取向硅钢化学成分的质量百分含量为：C的含量为0.03％-0.07％，Si的含量为2.8-3.8％，Mn的含量为0.05-0.15％，P的含量为0.01-0.02％，S的含量为0.003％-0.04％，Als的含量为0.02-0.04％，N的含量为0.005％-0.01％，Cu的含量为0.02-0.20％，Sn的含量为0.01-0.05％，Cr的含量为0.01-0.15％，余量为Fe及不可避免杂质元素。

本发明的优点在于：高磁感取向硅钢的制造过程中，热轧板离开精轧机最后机架后或者经过酸洗工序后，对热轧板进行短时通电加热控制冷却速度这种简易工艺，替代热轧板的常化退火复杂工序，最后得到高磁感取向硅钢要求的组织和织构。本发明简化了高磁感取向硅钢的制造工艺，降低了高磁感取向硅钢的生产成本和能耗。

附图说明

附图1为本发明所提出的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法中，热轧板离开精轧机后增加的通电加热装置示意图。

附图2为本发明所提出的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法中，热轧板经酸洗后增加的通电加热装置示意图。

图中：

热轧板1、精轧机2(其中：第一精轧机架2-1、第二精轧机架2-2、第三精轧机架2-3、第四精轧机架2-4、第五精轧机架2-5、第六精轧机架2-6、第七精轧机架2-7)、主动传送辊系统3、第一导电辊加热系统4(其中：第一导电辊加热系统正极4-1、第一导电辊加热系统负极4-2、第一导电辊加热系统电源4-3)、第二导电辊加热系统5(其中：第二导电辊加热系统正极5-1、第二导电辊加热系统负极5-2、第二导电辊加热系统电源5-3)、喷淋水装置6、卷取机7、氮气保护炉箱8；

附图1中：主动传送辊系统3距离卷取机7的长度L1、主动传送辊系统3距离第一导电辊加热系统4的长度L2；

附图2中：第二导电辊加热系统5距离第一导电辊加热系统4的长度L3、第二导电辊加热系统5距离卷取机7的长度L4。

具体实施方式

本可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法包括热轧工序、酸洗工序和冷轧工序。所述热轧工序包括加热、粗轧和精轧过程；所述冷轧工序包括一次冷轧、脱碳、渗氮退火、涂敷氧化镁、高温退火、拉伸平整退火过程。

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

实施例1：如图1所示，本发明的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法的工艺流程分为：取向硅钢的铸坯→热轧(在精轧机最后一个机架后面增加通电加热装置)→酸洗→冷轧。所述热轧加热温度为1250℃，所述铸坯由250mm厚度热轧成2.6mm厚度的热轧板1。

该高磁感取向硅钢化学成分的质量百分含量为：C的含量为0.06％，Si的含量为3.2％，Mn的含量为0.12％，P的含量为0.02％，S的含量为0.09％，Als的含量为0.032％，N的含量为0.006％，Cu的含量为0.15％，Sn的含量为0.03％，Cr的含量为0.12％，余量为Fe及不可避免杂质元素。

热轧工序中，精轧机2由7个精轧机架组成，机架之间间隔5m。热轧工序中精轧机最后2个精轧机架2-6和精轧机架2-7在生产过程中通常用于热轧板1的平整。在第六精轧机架2-6和第七精轧机架2-7上下轧辊导电绝缘条件下，可以将第一导电辊加热系统4安装在第六精轧机架2-6和第七精轧机架2-7上，即将第六精轧机架2-6和第七精轧机架2-7视为导电加热辊。在第七精轧机架2-7后面安装主动传送辊系统3。由于机组运行速度快，通电加热时间保证不了，还需要在主动传送辊系统3后面再另外安装第一导电辊加热系统4。

热轧板1在第七精轧机架2-7出口温度为1000℃，出口速度为9m/s。根据热轧板1从1000℃降温至950℃，需短时通电加热时间2～5s计算，安装的主动传送辊系统3和第一导电辊加热系统4之间的长度L2约为18～45m，安装的主动传送辊系统3距离卷取机7的长度L1约为120～150m。为保证出口热轧板1处于受控状态，主动传送辊系统3运行速度必须与热轧板1出口速度一致。同时调整热轧板1表面的氧化膜厚度，保证热轧板1与第一导电辊加热系统4之间具有良好的导电性能。

为保证热轧板1在第七精轧机架2-7的出口温度不小于1000℃，需要在主动传送辊系统3上安装火焰喷射加热装置对热轧板1进行辅助加热，降低热轧板1热能损耗，也可用电磁感应加热装置代替火焰喷射加热。

热轧板1离开第一导电辊加热系统4后，经喷淋水装置6温度由950℃冷却至600℃以下空冷，最后经卷取机7卷取。

实施例2：如图2所示，本发明的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法的工艺流程分为：取向硅钢的铸坯→热轧→酸洗(增加通电加热装置)→冷轧。所述热轧加热温度为1100℃，所述铸坯由210mm厚度热轧至2.3mm厚度的热轧板1。

该高磁感取向硅钢化学成分的质量百分含量为：C的含量为0.06％，Si的含量为3.2％，Mn的含量为0.12％，P的含量为0.02％，S的含量为0.09％，Als的含量为0.032％，N的含量为0.006％，Cu的含量为0.15％，Sn的含量为0.03％，Cr的含量为0.12％，余量为Fe及不可避免杂质元素。

所生产的热轧板1经酸洗工序后在开卷机上开卷，经过第二导电辊加热系统5将热轧板1的温度升高至1000℃，然后再经过第一导电辊加热系统4控制热轧板1的冷却速度，第一导电辊加热系统4通电加热2～5s，保证热轧板1从1000℃降温至950℃。热轧板1离开第一导电辊加热系统4后，经喷淋水装置6温度由950℃冷却至600℃以下空冷，最后经卷取机7卷取。

为了防止热轧板1过快降温，在第二导电辊加热系统5和第一导电辊加热系统4的外围设有内含石棉保温层的氮气保护炉箱7。

根据开卷机的机组速度，第一导电辊加热系统4可设置为一组或数组。如果开卷机的机组速度很慢，热轧板宽度较窄，也可以将第二导电辊加热系统5与第一导电辊加热系统4合并为一组导电辊加热系统。

开卷机的机组速度为1m/s，根据热轧板1从1000℃降温至950℃，需短时通电加热时间2～5s计算，安装的第二导电辊加热系统5和第一导电辊加热系统4之间的总长度约L3为2～5m，安装的第二导电辊加热系统5距离卷取机7的长度L4约为12～15m，保证热轧板1与第二导电辊加热系统5和第一导电辊加热系统4之间具有良好的导电性能。

选取2.3mm厚度的商业化高磁感取向硅钢标准常化为0#样品；将与上述实施例2相同成分、相同热轧条件的热轧板，通电加热至1000℃，不保温条件下直接降温，在1000～950℃降温区间保持冷速分别为10℃/s、25℃/s，在950～780℃冷却时间均为5s，然后空冷，在此条件下分别获得1#、2#样品。通过场发射扫描电镜以及附带的EBSD设备准确获得的样品轧制方向截面反极图和ODF截面图(Bunge系统)，然后通过设备自带的系统软件计算出样品各织构组分比例。这三份样品的织构组分比较详见下表1：

表1不同样品对应的织构组分(％)

试样号
<110>//X
<111>//Z
{411}<148>
{001}<110>
{110}<001>
{110}<112>
{014}<441>

0#
35.00
8.98
6.22
10.10
2.02
4.03
24.10

1#
36.10
6.89
8.27
11.30
2.56
5.12
23.60

2#
36.30
8.00
7.47
9.32
2.21
5.01
22.30

上表1中，0#样品是高磁感取向硅钢标准常化样品，该种织构组分比例是获得低温高磁感取向硅钢的必备条件之一。从织构组分来看，高斯织构{110}<001>织构占比约为2.02％，采用该种织构通过合适的后续脱碳、渗氮、二次再结晶退火工艺即可获得B₈₀₀≥1.89T的高磁感取向硅钢产品。

1#是发明例，在热轧板1000～950℃降温区间，通过采用短时通电加热5s，控制冷却速度10℃/s所获得的样品。该样品{110}<001>高斯织构占比大于2.02％，符合高斯织构占比要求；与高斯织构匹配的{112}<111>织构为4.25％，与常化样品4.32％一致；面织构<110>//X和<111>//Z与常化样品也基本相同；同时旋转立方织构{001}<110>与{014}<441>比例之和为34.9％，与常化标准样品34.2％基本相同；织构{411}<148>比例为8.27％，明显比常化样品6.22％高，二次再结晶时Goss取向晶粒异常长大的过程中优先吞噬{111}〈112〉取向晶粒，其次就是{411}<148>取向晶粒，{411}<148>织构比例的升高有利于高斯织构对周边晶粒的吞噬。

2#是发明例，在热轧板1000～950℃降温区间，通过采用短时通电加热2s，控制冷却速度25℃/s所获得的样品。该样品{110}<001>高斯织构占比大于2.02％，符合高斯织构占比要求；与高斯织构匹配的{112}<111>织构为4.35％，与常化样品4.32％一致；面织构<110>//X和<111>//Z与常化样品也基本相同；同时旋转立方织构{001}<110>与{014}<441>比例之和为31.62％，与常化标准样品34.2％很接近；织构{411}<148>比例为7.47％，与常化样品6.22％相差不大。

由此可见，对热轧板采用短时通电加热工艺能够获得与高磁感取向硅钢常化板织构组分等效织构，满足生产高磁感取向硅钢的织构组分条件。

本发明的可替代高磁感取向硅钢常化退火的热处理方法，在热轧板离开精轧机最后机架后或者在酸洗工序后，对热轧板采用短时通电加热控制冷却速度技术可以替代高磁感取向硅钢酸化工序后的常化退火工序。该热处理方法得到高磁感取向硅钢常化板等效织构，满足生产高磁感取向硅钢的织构组分条件，其简化了高磁感取向硅钢的制造工艺，降低了生产成本和能耗，提高了生产效率。