薄板坯半工艺无取向硅钢研制---2011327.pdf

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1、 薄板坯连铸连轧工艺半工艺无取向电工钢研制 朱 涛 裴陈新 董 梅 沈 昶（马鞍山钢铁股份有限公司，马鞍山 243000）摘 要 通过 BOF-RH-LF-CSP-一次冷轧-罩式退火-二次冷轧流程，成功开发了半工艺冷轧无取向电工钢 50WB560并实现了批量化生产。结果表明：（1）研制的 50WB560 磁性性能可达到铁损 P1.5/50=3.2W/kg；磁感 B50=1.72T；（2）产品板形和表面质量良好，能够满足下游电机和电器行业制作高效电机的要求。关键词 TSCR CSP 无取向电工钢 半工艺 产品开发 磁性性能 Development of Semi-processed Non-or

2、iented Electrical Steel in TSCR Line Zhu Tao Pei Chenxin Dong Mei Shen Chang（Maanshan Iron&Steel Co.,Ltd.,Maanshan,243000）Abstract The semi-processed non-oriented electrical steel 50WB560 was developed successfully and produced in batch by BOF steel-making,RH degassing,ladle furnace（LF）refining,Thin

3、-slab continuous casting and rolling（TSCR）,the first cold-rolling,batch-annealing and the second cold-rolling process.The results indicated which the Magnetic properties of 50WB560,such as iron-lose（P1.5/50）can meet to 3.2W/kg;magnetic induction（B50）can meet to 1.72T,and the better shape and surface

4、 qualities were acquired.The product can be used in manufacture of high-efficiency motor widely.Key words TSCR,CSP,non-oriented electrical steel,semi-processed,product development,magnetic property 1 引言 随着钢铁行业对节能降耗及降低生产成本等方面需求的不断提高，国内外以 CSP 为代表的薄板坯连铸连轧（以下简称“TSCR”）工艺得到了长足的发展。在 TSCR 工艺开发和应用初期，一般主要将其产品

5、定义为普通结构用材，利用 TSCR 低的制造成本获得竞争优势。随着人们对新工艺认识的不断深入，近年来国内外在利用 TSCR 流程开发新产品方面做了大量工作，以超细晶粒高强度钢、无取向电工钢、超低碳无间隙原子（ULC-IF）钢为代表的新产品在薄板坯连铸连轧生产线上试制成功并实现批量化生产1，取向电工钢也在研究探索之中23，标志着钢铁行业以短流程为代表的技术进步取得了突破性进展。在 TSCR 流程成功开发的众多新产品中，采用二次冷轧法的半工艺无取向冷轧电工钢具有优良的磁性性能，在世界范围尤其是欧美国家的电机和电器行业得到了广泛应用。自 20 世纪 60 年代后期以来，各国冶金工作者在半工艺电工钢领

6、域做了大量研究工作4。但到目前为止，基于 TSCR 流程生产半工艺电工钢的系统研究工作在国内尚属空白。马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称“马钢”）利用其 CSP 生产系统，成功开发了 50WB560 半工艺电工钢并实现了批量生产。2 试验设计 2.1 工艺路线 为了满足 CSP 流程生产电工钢的磁性性能达到设计要求，马钢半工艺电工钢 50WB560 生产工艺路线最2007 中国钢铁年会论文集 终确定为：铁水预处理-转炉冶炼-吹氩-RH 真空处理-LF 精炼-CSP 连铸连轧-酸洗-冷轧-退火-二次冷轧。2.2 化学成分设计 由于国内电机和电器制造行业一般要求无取向电工钢中 C200ppm、N80

7、ppm，同时考虑 TSCR 工艺对于钢水纯净度及连铸安全性的要求（如钢水中 S 最好控制在 50ppm 以下），故设计的试验钢成分控制范围如表 1 所示。表 1 CSP 生产 50WB560 成分设计（%）Tab.1 The steel-grade design of semi-processed electrical steel 50WB560 in CSP line（%）牌 号 C Si Mn P S 50WB560 0.02 1.00 0.100.40 0.015 0.005 2.3 冶炼和精炼 为保证半工艺无取向冷轧电工钢的钢水成分满足设计要求，采用了 RH+LF 的双联工艺。该工艺的

8、核心是首先利用 RH 真空脱气装置将钢水中 C 脱到 15ppm 以下；然后在 LF 精炼炉采取特殊的处理工艺，以降低钢水中 S 含量为核心，解决电工钢钢水纯净度的问题。电工钢钢水在 LF 出站时一般 S 应小于 50ppm。2.4 CSP 连铸连轧 CSP 连铸工艺的核心是控制钢水从大包-中包-结晶器过程中的增 C 和增 N，因此试验采用了专门的中包覆盖剂和专用的超低 C 钢结晶器保护渣。铸坯尺寸为 7012001275mm，连铸拉速控制在 3.84.2m/min左右；为防止大包下渣影响钢水纯净度，投用了自动下渣检测系统。另外，根据电工钢特点，为满足薄板坯连铸浇注电工钢的需要，对结晶器振动曲

9、线和二冷段水量也进行了相应调整。热轧工艺的核心是采用合理的温度制度和压下制度。为保证电工钢成品得到粗化的晶粒，适当降低了薄板坯均热温度。热轧压下制度设计应同时解决带钢板形控制和晶粒粗化两方面的问题，故在轧制的前 34道次将压下率控制在设备允许的最大范围，同时实现厚度减薄，67 道次采用小压下率以调整板形和诱导晶粒粗化。为使轧后相变形成的细小铁素体晶粒有充足的长大时间，轧后冷却应采取后段冷却模式。2.5 酸洗冷轧 一般而言，CSP 产品表面氧化铁皮细小致密，且容易产生 Silver 缺陷，因此应适当降低酸洗速度，确保带钢表面质量控制良好。冷轧的关键是采取足够大的总压下率，一般应大于 74%80%

10、。在大压下率冷轧时，如轧制负荷相对较大，板形控制较为困难时，可适当降低轧制速度。2.6 再结晶退火与二次冷轧 在罩式炉中进行再结晶退火，退火温度控制在 700750，并适当延长保温时间。半工艺电工钢在罩式退火过程中，易发生边沿法兰缺陷5，可在加热和冷却过程中采用特殊的调整手段加以解决。二次冷轧压下率按照 2%10%控制，同时采用特定粗糙度范围的轧辊，在保证得到有利于后续加工的材料硬度和带钢粗糙度的同时，满足电工钢在消除应力退火后得到粗大的铁素体晶粒的要求。2.7 消除应力退火 二次冷轧后的电工钢按照产品标准对于磁性测量的要求，制备尺寸为 30300mm 的试样，并进行消除应力退火。消除应力退火

11、工艺为：退火温度 790，保温 2 小时；采用 20%H2+80%N2的保护气氛，露点控制在 35左右。2.8 性能检测 磁性测量在型号为 NIM2000E 电工钢交流磁性测量系统上进行，采用艾泼斯坦方圈测量法，主要检测薄板坯连铸连轧工艺半工艺无取向电工钢研制 铁损 P1.5/50、磁感应强度 B50；其他检测主要包括电工钢显微硬度 HV5、粗糙度、屈服强度、抗拉强度和延伸率等指标。3 试验结果分析 3.1 钢的化学成分 冶炼的电工钢的典型成分如表 2 所示。表 2 半工艺电工钢 50WB560 的典型成分（%）Tab.2 The typical chemical composition of

12、 semi-processed electrical steel 50WB560（%）钢 种 C Si Mn P S Als N/ppm 50WB560 0.0024 0.85 0.35 0.012 0.0008 0.24 38 3.2 半工艺电工钢组织 半工艺电工钢 50WB560 在热轧一次冷轧再结晶退火二次冷轧消除应力退火等生产过程中，组织基本为铁素体，不同工序仅是晶粒大小和分布存在差异。热轧态的晶粒度为 56 级，再结晶退火后的晶粒度也为 78 级，消除应力退火后的晶粒度为-12 级。50WB560 不同阶段的组织照片如图 1图 4 所示，热轧晶粒尺寸与再结晶退火后晶粒尺寸的对应关系如

13、图 5 所示。图 1 50WB560 热轧组织 图 2 50WB560 冷轧组织 Fig.1 Hot-rolled structure of 50WB560 Fig.2 Cold-rolled structure of 50WB560 图 3 50WB560 再结晶退火组织 图 4 50WB560 消除应力退火后组织 Fig.3 Re-crystallizing（batch-annealing）Fig.4 The second-annealing structure of 50WB560 structure of 50WB560 从图 5 可以看出：半工艺电工钢再结晶退火后的晶粒度与热轧态的晶

14、粒度密切相关，随着热轧晶粒尺寸增加，再结晶退火后晶粒变细。2007 中国钢铁年会论文集 图 5 50WB560 热轧晶粒尺寸和再结晶晶粒尺寸的关系 Fig.5 Relationship between hot-rolled grain size and re-crystallizing grain size 3.3 半工艺电工钢的磁性性能 半工艺电工钢 50WB560 在消除应力退火后的磁性如表 3 所示。表 3 电工钢 50WB560 的典型磁性性能 Tab.3 The typical magnetoelectric property of semi-processed electrical

15、 steel 50WB560 牌 号 密度/kgdm-3 铁损 P1.5/50/Wkg-1 磁感 B50/T 50WB560 7.80 3.258 1.725 由表 3 可见：50WB560 在得到较低铁损的同时，同时磁感应强度也较高，可以认为，设计的半工艺无取向冷轧电工钢获得了铁损和磁感的良好配合。3.4 半工艺电工钢的其它性能 半工艺电工钢 50WB560 在二次冷轧后的力学性能如表 4 所示。表 4 半工艺电工钢在二次冷轧后的力学性能 Tab.4 The mechanical property of 50WB560（after the second cold-rolling）牌 号 屈服

16、强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/%显微硬度/HV5 50WB560 290350 380430 2534 140160 在板形控制方面，对经过二次冷轧后的电工钢取样进行测量，结果表明：半工艺电工钢板凸度控制在 35m 内，不平度控制在 1.2%以内，总体板形控制良好，但也存在少部分边浪和起筋缺陷（约 3%左右）。对批量生产的5500吨电工钢进行了表面质量检测结果表明：因点线状夹杂、压痕等缺陷带来的降级比例在2.2%以下。4 讨论 4.1 TSCR 流程生产的半工艺电工钢的晶粒特点 一般而言，在电工钢的磁性指标中，铁损与产品的晶粒大小密切相关，晶粒大铁损低。在 TSCR 流程生产半工艺电

17、工钢过程中，采用二次临界冷轧的方式，在消除应力退火过程中成功实现了再结晶晶粒的粗大化，达到了降低铁损的目的。4.2 半工艺电工钢磁性与钢中 S 含量的关系 研究表明：在常规流程生产中，由于钢中夹杂物阻碍电工钢退火过程中的晶粒长大，电工钢铁损随钢中薄板坯连铸连轧工艺半工艺无取向电工钢研制 硫含量降低而下降。因此通常采用降低电工钢的硫含量、减少钢中夹杂物的方法来提高电工钢磁性性能。采用 CSP 流程生产的半工艺电工钢，钢中硫含量与电工钢铁损的对应关系如图 6 所示。图 6 半工艺电工钢铁损（P1.5/50）与钢中 S 含量的对应关系 Fig.6 The relationship between m

18、agnetic losses and S-content of semi-processed electrical steel 50WB560 从图 6 可以看出：采用 CSP 流程生产的半工艺电工钢，在钢中 S 含量 540ppm 范围内时，铁损与钢中S 含量没有明确对应关系。而在常规流程生产中，随钢中 S 含量降低，电工钢铁损上升。不同流程间存在明显差异。分析认为，这主要是 CSP 流程的板坯薄、均热温度低、并采用直接热轧，热轧原料组织粗化，导致冷轧和退火后得到更加粗大的晶粒，降低了铁损，从而削弱了钢中 S 含量对铁损的影响。4.3 热轧卷取温度对半工艺电工钢 50WB560 性能的影响

19、在冷轧电工钢生产过程中，一般采用热轧板常化或预退火能够明显提高电工钢磁感应强度，且采用高温卷取也能取得常化或预退火相似的效果。在 CSP 流程生产的半工艺电工钢中，热轧卷取温度对磁感应强度的影响如图 7 和图 8 所示。图 7 卷取温度为 680时的磁感分布 图 8 卷取温度为 720时的磁感分布 Fig.7 The B50 distribution Fig.8 The B50 distribution （coiling temperature:680）（coiling temperature:720）由图 7 和图 8 可见：对于 CSP 生产半工艺电工钢，采用高温卷取时，磁感应强度分布较为

20、分散，平均值比低温卷取时略低，这与传统流程的研究结论存在差异6。经 CSP 工艺试制的合格半工艺电工钢 50WB560 已发往下游的电机厂，用户试用表明：马钢开发的半工艺电工钢 50WB560 具有优良的磁性性能和冲片性能，板形和表面质量良好，能够满足用户制造高效电机的要求。2007 中国钢铁年会论文集 5 结论 经过以上研制，可得出如下结论：（1）马钢设计的半工艺电工钢生产工艺路线合理，利用 RHLF 双联工艺可以批量生产合格的满足 CSP薄板坯连铸需求的电工钢钢水。（2）优化 CSP 连铸连轧工艺的温度制度，并与热轧压下制度相配合，有利于获得粗大的电工钢晶粒。（3）通过二次冷轧法和优化再结

21、晶退火工艺，50WB560在消除应力退火后，铁损P1.5/50可达到3.20W/kg；磁感应强度 B50可达到 1.72T，获得了极佳的铁损和磁感应强度配合。（4）马钢批量生产的 50WB560 半工艺电工钢已经应用于电机和电器行业的高效电机生产中。参 考 文 献 1 田乃媛编著.薄板坯连铸连轧.北京：冶金工业出版社，2004 2 Fortunati,et al.United States Patent 6,296,719，2001 3 毛卫民等.低牌号取向电工钢板的制造方法.CN200510126282.0 4 何忠志，电工钢.北京：冶金工业出版社，1996，p.278300 5 傅作宝.冷轧薄钢板生产.北京：冶金工业出版社，2005，p.281 6 何忠治，电工钢.北京：冶金工业出版社，1996，p.317