3、取向硅钢生产技术现状
目前世界仅有16家企业可以生产取向硅钢。高端取向硅钢产品主要分布在日本、韩国和德国。表5给出了世界主要取向硅钢生产厂采用的工艺和主要产品类型。
表5:世界主要取向硅钢生产厂采用的工艺
生产厂
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工艺
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日本
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新日铁
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八幡采用低温加热一次冷轧生产Hi-B和CGO产品;广畑采用高温加热一次冷轧生产Hi-B产品,高温加热两次冷轧生产CGO产品
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韩国
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浦项
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采用低温加热一次冷轧工艺生产,绝大部分为Hi-B产品
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德国
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蒂森
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高温加热一次冷轧工艺正逐步淘汰,向低温加热一次冷轧工艺转变
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美国
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AK
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高温加热两次冷轧CGO,高温加热一次冷轧Hi-B
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俄罗斯
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新利钢
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只生产CGO产品
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维兹
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只生产CGO产品(热轧卷外购)
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中国
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武钢
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主要采用低温加热两次冷轧工艺生产CGO产品;主要采用低温加热一次冷轧工艺生产Hi-B产品
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宝钢
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采用高温加热两次冷轧工艺生产CGO产品;主要采用低温加热一次冷轧工艺生产Hi-B产品
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鞍钢
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目前没有Hi-B产品,只生产低牌号CGO产品,脱碳退火线目前没有渗氮功能
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首钢
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规划采用高温加热两次冷轧CGO,高温或低温加热一次冷轧Hi-B,目前正在建设,没有产品
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取向硅钢最先进的生产厂是新日铁的广畑厂和八幡厂,主要生产Hi-B取向硅钢。广畑率先开发了以MnS+AIN为抑制剂的高磁感取向硅钢,一举确立了领先地位。广畑采用高温加热法生产取向硅钢,配备了电磁感应短时间快速加热装置。1996年八幡厂采用新的低温加热工艺生产Hi-B取向硅钢。其特点是以AIN作为抑制剂,铸坯加热温度降到1150~1200℃,热轧板经过常化,采用一次大压下冷轧,冷轧过程中进行时效处理,脱碳退火后在含NH3的H2+N2气中进行渗氮处理。磁性能达到高温加热Hi-B取向硅钢的水平。
韩国浦项主要是仿照日本新日铁低温渗氮工艺,全部产品采用低温加热一次冷轧工艺生产,而且绝大部分产品为Hi-B。
德国蒂森克虏伯开发了以Cu2S+AIN为主,并以MnS+Sn为辅作为抑制剂的低温加热一次冷轧法,生产Hi-B取向硅钢。其工艺特点是高温常化处理+—次大压下率冷轧工艺,并采取冷轧时效处理。
俄罗斯采用低温加热两次冷轧法主要生产CGO采用AIN+CuS为抑制制,其特点是Cu含量(约0.50%)和Mn含量(约0.20%)较高,虽然采用AIN为抑制剂,但不需要常化处理,仍采用二次冷轧法,中间退火即将C脱到0.003%以下。
国内武钢一硅钢引进日本新日铁技术,采用高温加热两次冷轧法生产CGO产品、高温加热一次冷轧法生产Hi-B产品,但Hi-B产量少;二硅钢采用低温加热两次冷轧法生产CGO产品;三硅钢主要采用高温加热一次冷轧法生产Hi-B产品。
宝钢一期主要采用高温加热两次冷轧法生产CGO产品和高温加热一次冷轧法生产少量Hi-B产品。
鞍钢2009年8月一期建设完成,一期采用两种工艺,高温加热两次冷轧法生产CGO产品,高温加热一次冷轧法生产Hi-B产品。目前,没有Hi-B产品,只生产低牌号CGO产品。
4、取向硅钢生产技术发展趋势
目前取向硅钢工业研究的主要方向是:(1)改善取向硅钢产品的磁性能,采用磁畴壁移动均匀化和细化磁畴等方法降低铁损、减小磁滞伸缩系数,减少能耗并降低变压器的噪声;(2)采用低温加热工艺和更紧凑的生产流程(如薄板坯连铸和双辊薄带连铸工艺生产取向硅钢等),降低生产成本,保持产品市场竞争力。
取向硅钢生产技术未来发展趋势主要集中在以下4方面:
(1)提高(110)[001]晶粒取向度的研究。
取向硅钢的磁感强度只与(110)[001]晶粒取向度或(110)[001]位向偏离角有关,为提高晶粒取向钢的取向度,选用对初次再结晶晶粒长大具有高抑制能力的抑制剂将起关键作用。美国首先采用MnS作抑制剂,后工序采用二次冷轧法制成了(110)[001]织构位向与轧向平均偏离角≤7°的普通取向硅钢。
1968年新日铁公司在Goss专利基础上开发了用AIN+MnS作抑制剂,高温常化后析出细小AIN粒子,对初次再结晶具有更强的抑制能力。后工序采用一次冷轧法,配合其它工序的特殊处理,使(110)[001]织构位向与轧向平均偏离角降低到≤3°、生产出铁损更低、磁感更髙的Hi-B取向钢。
近年来日本新日铁公司采用AIN作抑制剂,脱碳退火后在>1000×10-6NH3的>75%H2+N2的连续炉内渗氮处理,控制PH2O/PH2≤0.04,渗氮量为(120~200)×10-6,渗氮处理后在>10%N2+H2中以15-25℃/h速度升温到(1000~1100℃)×(10-20h)退火,使二次再结晶完善后再升温至1200℃,0.2mm厚板的B8达1.94~1.95T,该法生产的Hi-B钢中AIN对初次再结晶晶粒长大的抑制能力较AIN+MnS抑制剂方案更强,磁感更高。
(2)降低取向硅钢铁损的研究。
进一步降低取向硅钢铁损的措施主要有细化磁畴(这对降低Hi-B钢和≤0.23mm厚产品的铁损更有效)、提高硅含量、减小钢板厚度以及减小二次再结晶晶粒尺寸等,由于硅钢中硅含量过高,易导致冷加工性变坏,因此通过提高硅含量降低铁损程度有限,因此目前降低铁损的主要目标在细化磁畴、减小钢板厚度以及减小二次再结晶晶粒尺寸方面。
通过在抑制剂中添加Sn、Sb等单质元素,冷轧过程中采用时效轧制工艺可使Hi-B取向硅钢二次再结晶晶粒尺寸由10mm×20mm约减小至4mm×6mm,可以使祸流损耗P17/50下降0.1~0.2W/kg。
减薄厚度的前提条件是应使二次再结晶发展稳定,减薄厚度可使经典涡流损耗下降,如Hi-B钢由0.30mm减薄到0.23mm,磁滞损耗与异常涡流损耗不变,但经典涡流损耗由0.36W/kg降到0.21W/kg,下降了41.7%。
用物理及化学方法可使取向硅钢磁畴细化,明显降低异常涡流损失。如0.23mmHi-B取向硅钢,经激光照射(ZDKH)处理,磁滞损耗与经典涡流损耗不变而使异常涡流损耗由0.40W/kg降至0.30W/kg,下降25%,从而使总损耗降低。
(3)铸坯低温加热生产取向硅钢工艺。
近年来许多取向硅钢生产厂为降低生产成本,提高生产效率,竞相开发了多种低温加热(≤1300℃)生产工艺,如:新日铁八幡厂抑制剂采用AIN(Als0.025%~0.035%)为主,添加单元素Cr(0.15%~0.20%)、B(0.003%~0.004%)或Sn(0.05%~0.10%)、Bi(0.005%~0.10%)等方案生产Hi-B钢,铸坯加热温度降到1250℃以下。控制热轧最后3道次总压下率>40%,最后1道次压下率>20%,经常化后,采用80%~90%压下率的一次冷轧法,冷轧过程中采用时效处理;脱碳退火后经渗氮处理(含NH3的H2+N2混合气),控制初次晶粒的平均尺寸d=18~30μm,可生产厚0.18~0.50mm产品,AIN的抑制作用比普通Hi-B钢中AIN的抑制作用更强,二次再结晶发展更稳定,适用于制造节能变压器,而且更有利于生产表面光滑(无玻璃膜)取向硅钢,这使P17可进一步降低。
日本JFE不利用抑制剂,将钢中C和Al含量均控制在小于0.01%,S、N、0均控制在小于0.003%。铸坯加热温度降至1150~1250,热轧后经900~950℃60s常化处理,冷轧前晶粒尺寸控制在200Μm以下,冷轧压下率控制在70%~91%,在干的H2+N2)混合气氛中以950℃初次再结晶退火,省去脱碳退火并采用1050~1100℃低温最终退火(不需高温净化处理),制造成本明显降低,产品轧向磁性较低,但横向磁性有所提高,而且冲片性好,主要用于制作EI型变压器、镇流器、大型发电机和T型小电机。
韩国浦项采用以Cu2S(Cu0.3%~0.7%)和AIN(Als0.013%~0.019%)为主抑制剂,Ni(0.03%~0.07%)和0(0.03%~0.07%)的方案生产Hi-B钢,铸坯加热温度为1050~1250℃,热轧板经900~1150℃常化后进行一次冷轧(压下率为84%~90%),冷轧板厚度为0.23~0.35mm,经脱碳退火后,再进行渗氮处理。钢中添加适量的B元素(0.0055%~0.0065%)可形成BN,进一步加强抑制能力。
德国Thyssen采用Cu2S+AIN+Sn作抑制剂,控制(Mn)x(Cu)/(S)=0.1~0.4。铸坯加热温度为1050~1250℃,高温常化处理后,采用冷轧时效处理的一次大压下率冷轧。最终退火在<10%H2+N2混合气氛中缓慢升温,防止Cu2S过早分解,成品磁性好。
(4)短流程生产取向硅钢工艺。
继德国蒂森1999年首次利用CSP流程生产无取向硅钢之后,意大利AST钢铁公司在特尔尼(TERNI)建成的CSP流程还生产过普通取向硅钢和高磁感取向硅钢。
5、结语
板坯低温加热技术是生产取向硅钢的主要发展趋势,低温加热一次冷轧法可以生产Hi-B产品,代表取向硅钢领域当今世界最高技术水平,由于成本最低,性能好,产品的市场竞争力最强。
因此,开发与应用世界最先进的低温加热Hi-B取向硅钢生产工艺技术,可以大力推动取向硅钢生产技术的进步,提升Hi-B产品的数量、质量和品种,缓解世界能源供应日益紧张的局面,对节约能源和保护环境起到重要的推动作用。
收稿时间:2013年4月
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