取向硅鋼中的第二相抑制劑控制MnS與AlN

1、硅鋼中的第二相第三講:取向硅鋼中抑制劑的控制肖麗俊連鑄技術(shù)國家工程研究中心2011年12月16日1、二次晶粒長大與抑制劑的抑制能力 2、抑制劑控制與形成技術(shù) 3、典型低溫加熱抑制劑控制案例 4、薄板坯流程抑制劑控制案例 5、連鑄中心在薄板坯流程抑制劑控制方面的研究7、二次易牲衣女鳥榊制刑輪將制健力二次晶粒長大與抑制劑的抑制能力二次晶粒發(fā)生異常長大與抑制劑的抑制能力以及初次晶粒 尺寸之間關(guān)系，其中二次晶粒長大的驅(qū)動力P可以表示為：P = (r/Rcr)(Ky/R)-(KyZ/a)式中P二次晶粒長大的驅(qū)動力，M晶界遷移速率；R- 二次晶粒半徑；Rcr初次晶粒臨界半徑；t一時間；K一二次 晶粒與初次

2、晶粒之間晶界能與初次晶粒與初次晶粒之間晶界 因子。能之比；丫一初次晶粒之間晶界能;«一幾何因子;二次晶粒長大與抑制劑的抑制能力(KyZ/a)P = (/RCT)-(Ky/R)-(K7Z/a)二次晶粒長大與抑制劑的抑制能力由于二次晶粒尺寸遠大于初次晶粒，所以第二項可以忽略不 計，因此二次晶粒是否發(fā)生異常長大可以由下式來判斷：(y/RCT)-(KyZ/a) = O其中： 加心）為驅(qū)動力項，（KyZ/a）為釘扎力項，其中Z主要與溫度有關(guān)，隨溫度升高，由于抑制劑固溶.Ostwald長大 以及界面化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生形態(tài)變化，其所產(chǎn)生釘扎力（二次晶粒 長大的阻力）也逐漸減小，當(dāng)小于由初次晶粒產(chǎn)生的驅(qū)

3、動力時， 即開始發(fā)生二次晶粒長大現(xiàn)象。二次再結(jié)晶晶粒的異常長大高溫退火溫度驅(qū)動力與釘扎力釘扎力驅(qū)動力理想Goss晶粒位向偏離的Goss晶粒f 二次晶粒 開始長大'抑制能力對二次晶粒的取向度影響在理想的（110） 001位 向晶界上的抑制劑最易發(fā)生 固溶和長大，當(dāng)退火溫度剛 超過二次再結(jié)晶臨界溫度時 ,只有理想的（110） 001位 向晶粒能發(fā)生選擇性長大， 隨溫度的繼續(xù)升高，與理想 （110 ） 001位向偏離的晶粒 如與理想Goss位向成12。的 110<115>等也可進行擇優(yōu)長 大，但取向度變壞。為什么Hi-B鋼抑制劑要用AIN ?驅(qū)動力與釘扎力高溫退火溫度形嶽藝求抑制

4、劑控制與形成技術(shù)抑制劑的形成技術(shù)可以被劃分為兩種：(1) “先天抑制劑方法”；是普通工藝，即不管抑制劑類型， 將板坯加熱到超過抑制劑(例如MnS, AIN, Cu2S)的溶解溫 度，再使其細小彌散析出；(2) “后天抑制劑方法”,即滲氮工藝，將板坯在低溫條件下(1100°C1200°C )再加熱，后工序?qū)嵤┑幚?，以補充抑制正常晶粒長大的抑制劑，彌補抑制力不足的問題。取向硅鋼抑制劑形成分類抑制劑形成板坯再加熱溫度主要抑制劑終軋壓下量備注MnS小(50%)阿姆科CGO先天抑制劑法較高(>1300°C)AIN, MnS大(>85%)新日鐵Hi-BMnSe

5、, (Sb)小(65 %)川崎Hi-B后天抑制劑法較低(1100oC-1200°C)AIN （滲氮）大(>85%)新日鐵Hi-B典型低溫加熱抑制劑控制案例一新日鐵11501250°CA1N+Sn(1 )鋼的成分(wt% )為 Cr : 0.15-0.20、B :0.003-0.004或Sn: 0.05- 0.10o C含量不變時，Si可提高到3.5-4%,同時,控制 w(Al) / w(Si) > 0.008,另外為提高 可加Bi (0.005-0.01 % )等低熔點元素。(2) 熱軋最后3道次的總壓下率40%,最后1道次的壓下 率 >20%。典型低溫加

6、熱抑制劑控制案例一新日鐵(3)經(jīng)常化后采用一次冷軋法(壓下率80%90%),冷軋過程中進行時效處理。(4)進行脫碳退火+滲氮處理(含NH3的H2+N2的混合氣),脫碳退火初次再結(jié)晶的平均尺寸d=1830pm。(5)釆用一次冷軋法可生產(chǎn)厚018050mm的產(chǎn)品,A1N的抑制作用比普通HiB鋼中A1N更強，二次再結(jié)晶發(fā)展更穩(wěn)定，適用于制造節(jié)能變壓器。5典型低溫加熱抑制劑控制案例一俄羅斯CfS為主、A1N為輔1250-1280 °C(1)鑄坯中Cu ( -0.5% )和111的含量均較高，而且 新利佩茨克廠還添加了 Ni和C(2) 采用二次冷軋法。(3) 中間退火時進行脫碳，第二次冷軋后在

7、550-600°C 進行回復(fù)退火。1250-1320 °C典型低溫加熱抑制劑控制案例一浦項(CGCu2S+A1N(1)鑄坯成分及工藝與俄羅斯相近，Cu和Mn的含量 均較高，同時也添加Ni和Cr。(2)省略熱軋板?；に嚕捎脙纱卫滠埛?，一次冷軋后進行脫碳退火，二次冷軋后進行回復(fù)退火。邊典型低溫加熱抑制劑控制案例一浦項(Hi-B)Cu2S+A1N+B1050-1250 °C(1)添加B元素，可形成BN抑制劑。(2)熱軋板經(jīng)900°C1500°C?；筮M行一次冷軋(壓 下率為8490 % ),冷軋板厚度為023mm035mm。進行脫碳退火+滲氮處理

8、，進一步加強抑制劑。Cu2S+A1N典型低溫加熱抑制劑控制案例一Thyssen12601280 °C(1)可加Sn<015%，w(Mn)x w(Cu)/w(S)=0l04。(2)高溫?；? 次大壓下率冷軋工藝，并采用冷軋 時效。(3)最終退火在10%H2+%N2中緩緩升溫，防止CinS過早分解。典型低溫加熱抑制劑控制案例一JFE無抑制劑1150 1250 °C(1) C<0.01%, Al<0.01 %, S、N、O分別 <30 x 10- 4%的純凈3%Si鋼。(2 )熱軋后經(jīng)900°C950°C x 60s?；幚?。(3)冷軋

9、前晶?？刂圃?00gm以下，冷軋時壓下率控 制在7090 %。典型低溫加熱抑制劑控制案例一JFE(3) 以高能晶界機理為理論基礎(chǔ)，在干的H2+N2氣氛中以950°C初次再結(jié)晶退火，省去脫碳退火并釆用 1050°C-1100°C低溫最終退火(不需要高溫凈化處理),制造成本降低。產(chǎn)品軋向磁性較低，但橫向磁性有所提高，而且 沖片性能好，主要用于制作EI型變壓器、鎮(zhèn)流器、大型 發(fā)電機和T型小電機。4、(7se)薄板坯流程生產(chǎn)取向硅鋼的技術(shù)優(yōu)勢傳統(tǒng)板坯連鑄連軋慮溥板坯連鑄連軋流程治煉Q治煉4爐外叭爐外精煉Q連鑄 200250mm*3薄板坯連鑄< 10 OmmP再加熱1

10、380*CX （13h）心均熱 1100-1200 X (<lh) Q粗軋10Bltaimd熱軋 2-02.5mm,可、.L2mnR精軋 2.03.QmniQ常優(yōu)心常伽一次冷軋至 0.23-0.35mm役冷軋至H23DVSrnmQ脫碳退火（滲氮）心脫碳退火（滲氮）Q涂隔離齊2涂隔離劑"高溫退火去高溫退火亠涂絕現(xiàn)涂絕嫌膜Q熱平整心熱平整Q（細化磁疇）4（細化磁疇）心執(zhí)八、*區(qū)卩 冷 區(qū)心A流程的優(yōu)勢厚度精度、板形控制、超?。?<0.23mm）取向硅鋼生產(chǎn)以及低 成本等優(yōu)勢。A組織控制的優(yōu)勢鑄態(tài)組織晶粒細化、少、成品線晶減少熱裂紋減A抑制劑控制的優(yōu)勢快速凝固和較低的成分偏析有

11、 助于MnS和A1N的尺寸減小以及均勻分布TSCR流程抑制劑控制案例一意大利ASTTSCR流程抑制劑控制案例一意大利ASTTSCR流程抑制劑控制案例一意大利ASTS3意大利AST公司采用CSP工藝生產(chǎn)的普通取向硅鋼和高磁感 取向硅鋼磁性分別達到新日鐵Z8和Z6H的典型值。其生產(chǎn)工藝 特點是：在成分上，原始酸溶鋁含量高于傳統(tǒng)的取向硅鋼，而原 始碳含量小于300ppm,碳含量可以低至15ppmlOOppm。編號化學(xué)成分成品磁性Si/wt%C/ppmMn/wt%Cu/wt%S/ppmAl/ppmN/ppmP門/W- (kg) -1/TA3.15200.100.1780300401.091.88B3.

12、201000.130.1870260901.231.85C3.202500.090.1060320801.031.89TSCR流程抑制劑控制案例一意大利AST薄板坯工藝生產(chǎn)取向硅鋼的工藝參數(shù)坯厚/mm鑄速/(mmiiri；凝固時 間/s結(jié)晶器頻率/rmin1結(jié)晶器 振幅 /mm熱軋制度504.8602603板厚，鋼板離開20min最后機架后保持 7s后進行冷卻-冷軋制度脫碳退火制度高溫退火制度一次冷軋，第3、4 道軋制溫度為 210°C870 °C X 60s,=0.5；900°C X 10s, f 巴、=003； 氣氛：75%H2+25%N2?在75%H2+25

13、%N2氣氛中快速升溫 至650°C ,然后，以30°C/h的速率 加熱至1200°C ,在100%H2中 1200°CX20hTSCR流程抑制劑控制案例一Thyssen鑄坯經(jīng)1150°C x 20min均熱后，在熱連軋過程中控制第一道 次和第二道次熱軋壓下率分別大于40 %和30 % ,最后一道次壓下 率小于30%,最好小于20%,終軋溫度控制大于900°C并保證含 有一定數(shù)量的丫相，軋后快速冷卻（200K/s）,卷取溫度控制 為500780°C,?；嵯春笠淮卫滠堉?.30mm,經(jīng)860°C脫碳退 火（或經(jīng)30s

14、滲氮），高溫退火后，磁性能較好，不經(jīng)滲氮處理 磁感B&達1.89T,經(jīng)滲氮處理后B&增至1.93T。CSiMnSAlCuCrN0.0473.150.1540.0060.0300.220.060.008TSCR流程抑制劑控制案例一 Thy姿en熱軋制度對成品磁性能的影響熱軋制度脫碳退火工藝磁性能丫2,%丫3,%丫6，丫7,%B8,TPl7，W/k g1 一1412不滲氮1.891.1022520滲氮1.930.983201587不滲氮1.501.904滲氮1.741.685、禍鐵斫憲總眈直需制制校制方面的斫憲薄板坯流程生產(chǎn)取向硅鋼的實驗室試制前工序冶煉和澆注均熱熱軋冷卻卷取后工序

15、?；嵩柪滠埫撎纪嘶鹜縈gO-高溫退火亠TSCR流程抑制劑控制案例一 CGOa. CbS的聚集析出物CS的分布情況b. CiS的彌散分布TSCR流程抑制劑控制案例一CGO908070605040302010151296300. 180. 150. 120. 090. 060. 030. 00/1 1一1/10一111丿1一1一'1-1/ 119012345678取向電工鋼不同工序樣品1連鑄坯；2 均熱后鑄坯；3熱軋板；4 一一次冷軋板;斤一中問iBH桶fi- 次泠豹桶.7曲砒很,k桶.點品經(jīng)過均熱.熱軋、中 間退火和脫碳退火過程， CU2S尺寸及數(shù)量不斷增 加，最終形成了尺寸約為 24

16、nm、體積分數(shù)約為0.158%的抑制劑，與傳 統(tǒng)工藝相比，鋼中CuqS 抑制劑臾為細小，其對初 次晶粒長大的抑制能力更 強，高溫退火過程二次再 結(jié)晶更穩(wěn)定。50nmw淋講A1N析出粒子數(shù)量12345O OOOOO0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70-10 80 V80TSfR流程中AIN的析出規(guī)律一HLB2020A1N平均 尺寸，nm<不同工序A1N形態(tài)變化不同工序A1H的 固溶與析出情況質(zhì)量分a 數(shù),%*體積分 數(shù),鑄坯入爐前卩50<長寬比不等的長方形卩析出芒-PP鑄坯均熱后80p長度方向明顯長丸，“ 寬度右向長大不明豆門部分固溶，譽

17、部分析出Q0.012P0.030843熱軋板Q55p1050nm細小長方形粒 子數(shù)童増多，少數(shù)呈三 角形和六邊形。大童析出70.015門0.0348常化板Q42q1050nm細小長方形口 粒子數(shù)壘噌加“大重析出門0.018 口0.0417Q脫碳退火板卩42。形態(tài)基本不發(fā)生變倏不析出屮0.0180.0417高溫退火升溫至90心42p未發(fā)生明顯粗化現(xiàn)象J羊-PP20208060504030均熱熱軋?；撎纪嘶?0鋼中輔助抑制劑的析出特征一HFBlOOnm308-205-12.00 16.00 Fnrmr - kV20.00384-鋼中夾雜物粗大AbCh夾雜含Al、Si和Ti的大 型氧化物復(fù)合夾雜大型氧化物與硫 化物復(fù)合夾雜熱軋板組織與織構(gòu)一Hi-B中 心 區(qū)過 渡 層