罩式爐預(yù)退火生產(chǎn)高磁感無取向硅鋼的工藝研究

供稿|王溪剛 / WANG Xi-gang

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文章介紹了本鋼開展罩式爐替代常化爐預(yù)退火生產(chǎn)高磁感無取向硅鋼50BW800G的工藝研究。實驗表明：罩式爐采用全氫氣體保護(hù)退火，退火溫度為750℃保溫15 h。采用兩次冷軋+罩式爐退火的工藝生產(chǎn)的無取向硅鋼產(chǎn)品電磁性能有很大提高，尤其是對提高磁感效果顯著。采用預(yù)變形和預(yù)退火使熱軋鋼卷的晶粒均勻長大，減小了{(lán)111}面織構(gòu)組分，增加了{(lán)100}面織構(gòu)組分。采用特定條件(10%+77%)冷軋工藝生產(chǎn)的高磁感無取向硅鋼50BW800G產(chǎn)品質(zhì)量處于國內(nèi)先進(jìn)水平，符合本鋼現(xiàn)有裝備條件下批量生產(chǎn)的要求。

由于裝備限制，目前本鋼只能生產(chǎn)中低牌號冷軋無取向硅鋼。為研制開發(fā)高磁感無取向硅鋼[1]，利用本鋼獨有的BSP薄板坯連鑄連軋?zhí)峁彳埞桎撛?，開展了罩式爐替代?；癄t預(yù)退火生產(chǎn)高磁感無取向硅鋼—50BW800G的工藝研究。由于現(xiàn)有罩式爐的設(shè)備能力限制，無法達(dá)到?；に囈?，該課題工藝研究方向確定為：(1)在成分設(shè)計中適當(dāng)添加晶界偏聚元素，有利于阻礙<111＞位向晶粒在晶界附近形核；(2)熱軋硅鋼原料在預(yù)退火前進(jìn)行不同程度軋制變形，增大退火過程中晶粒形核及長大的熱力學(xué)動力；(3)合理設(shè)計退火工藝，降低加熱升溫速度，延長加熱保溫時間。通過合理的成分設(shè)計和工藝處理，促進(jìn)熱軋板晶粒粗大均勻，促進(jìn)MnS 和AlN 等析出物聚集粗化，減小最終組織中{111}面織構(gòu)組分，增加{100}面織構(gòu)組分，從而提高產(chǎn)品電磁性能[2]。

實驗方案

該實驗主要目的是對比同批次50BW800G采用二次冷軋(不同變形量)和一次冷軋兩種工藝對冷軋硅鋼成品性能的影響，分析不同變形量一次冷軋后進(jìn)行罩式爐退火對50BW800G鐵損、磁感性能的影響機(jī)理，實驗鋼卷由煉鋼、熱軋同批次鋼卷中抽取，不包含連鑄澆次頭尾坯。

冶煉成分設(shè)計

化學(xué)成分的設(shè)計是在普通50BW800牌號的成分體系基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，并添加晶界偏聚元素Sb。實驗牌號為50BW800G，化學(xué)成分設(shè)計見表1。

冶煉工藝控制

鐵水經(jīng)深脫硫并扒渣處理，S含量控制在0.003%以下，轉(zhuǎn)爐再次脫硫，出鋼S含量控制在0.006%以下，RH處理控制C含量在0.003%以下。

表1 冶煉化學(xué)成分控制標(biāo)準(zhǔn)(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

軋制工藝

BSP薄板坯連鑄連軋板坯厚度為70 mm，熱軋卷成品厚度為2.4 mm。板坯在加熱爐采用低溫加熱工藝，降低AlN、MnS等析出物在鋼坯奧氏體組織中的固溶度，出爐溫度控制在1150℃以下，卷取溫度控制在700～750℃，既能有效促進(jìn)熱軋板晶粒均勻長大，又可有效避免內(nèi)外氧化層。冷軋工序采用單機(jī)架六輥軋機(jī)，便于調(diào)整控制一次冷軋變形量(分別為10%、30%和54%)。

罩式爐預(yù)退火工藝

采用全氫保護(hù)氣體罩式爐進(jìn)行均勻化退火，退火溫度750℃，保溫時間15 h，退火溫度曲線見圖1。

連退工藝

利用中低牌號硅鋼專用退火涂層機(jī)組進(jìn)行再結(jié)晶、脫碳退火。實驗方案設(shè)定50BW800G實驗品種的退火工藝溫度為910℃，機(jī)組工藝速度為80 m/min，退火爐內(nèi)采用氮氫混合保護(hù)氣氛并進(jìn)行加濕處理，避免鋼板在再結(jié)晶、脫碳退火過程中產(chǎn)生內(nèi)外氧化。

試生產(chǎn)情況

實際冶煉化學(xué)成分如表2所示。實驗工藝如表3所示。實驗鋼卷成品電磁性能如表4所示。

表2 實際化學(xué)成分情況(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

表3 實驗工藝

表4 成品的電磁性能

指標(biāo)對比

性能情況對比

煉鋼同爐號、熱軋同批次實驗鋼卷采用罩式爐退火+二次冷軋和不進(jìn)行預(yù)退火直接冷軋兩種工藝，實驗鋼卷的電磁性能出現(xiàn)較明顯差異，電磁性能對比如表5所示。隨著一次冷軋變形量的減少，實驗鋼卷的電磁性能相應(yīng)提高，其中，采取10%+77%冷軋工藝生產(chǎn)的鋼卷實物電磁性能達(dá)到了國內(nèi)先進(jìn)水平。

表5 采用兩次冷軋工藝加罩式爐退火生產(chǎn)和正常生產(chǎn)的鋼卷電磁性能對比

采用10%+77%冷軋工藝加罩式爐退火鋼卷與國內(nèi)先進(jìn)廠家采用?；癄t生產(chǎn)的鋼卷平均電磁性能對比情況如表6所示，實驗鋼卷電磁性能較好。

表6 電磁性能對比

晶粒尺寸對比

采用工藝1生產(chǎn)的鋼卷成品晶粒度平均為5級，采用工藝2生產(chǎn)的鋼卷成品晶粒度平均為5.5級，采用工藝3生產(chǎn)的鋼卷成品晶粒度平均為6級，而采用工藝4生產(chǎn)的鋼卷成品晶粒度平均為6.5級，采用小預(yù)變形和預(yù)退火工藝處理的鋼卷成品晶粒明顯更大、更均勻，并且，隨著預(yù)變形量的增大，晶粒度平均增大0.5～1.5級。

織構(gòu)對比

織構(gòu)檢測結(jié)果如圖3所示，隨著一次冷軋變形量的減少，實驗鋼卷的中心層的γ織構(gòu)強度逐步增加，(001)織構(gòu)強度逐步增加，同時(111)織構(gòu)強度逐步降低，實驗鋼卷的電磁性能逐步提高。

分析

中低牌號冷軋無取向硅鋼屬于體心立方金屬結(jié)構(gòu)，各晶粒的取向傾向于聚焦在取向空間內(nèi)不同的取向線附近，通常中心層的(001)織構(gòu)最弱，(111)織構(gòu)最強，這是不希望得到的晶體織構(gòu)。為獲得高磁感的無取向硅鋼產(chǎn)品，只能通過提高無取向硅鋼產(chǎn)品中心層的(001)織構(gòu)，弱化(111)織構(gòu)來實現(xiàn)，該實驗中的工藝1實驗樣品的組織、織構(gòu)及性能結(jié)果，驗證了生產(chǎn)高磁感無取向硅鋼產(chǎn)品的工藝?yán)碚摗?/p>

結(jié)束語

(1) 采用兩次冷軋+罩式爐退火的工藝生產(chǎn)的無取向硅鋼產(chǎn)品電磁性能有很大提高，尤其是對提高磁感效果顯著，可以進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)高磁感中低牌號無取向硅鋼產(chǎn)品。

(2) 由于采用預(yù)變形和預(yù)退火，使熱軋鋼卷的晶粒均勻長大，減小了{(lán)111}面織構(gòu)組分，增加了{(lán)100}面織構(gòu)組分。

(3) 采用工藝1(10%+77%)生產(chǎn)的高磁感無取向硅鋼50BW800G產(chǎn)品質(zhì)量處于國內(nèi)先進(jìn)水平，符合本鋼現(xiàn)有裝備條件下批量生產(chǎn)的要求。