電工鋼基礎(chǔ)講課之取向電工鋼生產(chǎn)工藝課件

1、電工鋼基礎(chǔ)（三）冷軋取向硅鋼通常的冶煉成分，wt%冷軋取向硅鋼SiAlMnSNCPCuCGO2.83.20.0150.050.30.0150.030.0060.030.050.0300.5Hi-B3.03.40.020.030.050.150.0150.030.0060.0120.040.080.0300.2取向電工鋼基本成分C含量：CGO鋼的碳規(guī)定為0.030.05，Hi-B鋼為0.040.08。0.03C時，特別是0.02C的3.25Si鋼已無相變。碳使熱軋時-相數(shù)量增多，在保證-相數(shù)量為2030時，熱軋板組織細(xì)化并為層狀分布的細(xì)形變晶粒和小的再結(jié)晶晶粒，防止成品線晶。Si含量：硅規(guī)定為2

2、.83.4，適當(dāng)提高硅含量并適當(dāng)提高碳含量來降低P17，但提高硅含量使二次再結(jié)晶發(fā)展速度減慢或被抑制。取向硅鋼的整個生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展歷程與抑制劑的優(yōu)化與控制研究緊密相關(guān)。抑制劑的選擇決定著取向硅鋼的成分設(shè)計與關(guān)鍵工藝的制定。抑制劑的重要性取向電工鋼抑制劑初次再結(jié)晶組織中有足夠強度的Goss取向晶粒，作為二次再結(jié)晶晶核；具有可促進(jìn)Goss取向晶粒異常長大的環(huán)境，如細(xì)小的初次再結(jié)晶晶粒、有利的初次再結(jié)晶織構(gòu)；具有合適數(shù)量和尺寸的彌散分布的抑制劑（通常為AlN、MnS）。高溫退火中通過二次再結(jié)晶過程形成全Goss織構(gòu)（110），最終得到理想磁性能的取向硅鋼。取向電工鋼抑制劑rr0 抑制初次再結(jié)晶的正常晶

3、粒生長、阻礙初次晶粒晶界遷移的抑制力是由于沉淀析出分布在晶界的彌散第二相或溶解富集在晶界的單元素溶質(zhì)與晶界相互作用提供的，或者由于硅鋼片的組織結(jié)構(gòu)上的某種特殊變化阻礙正常晶粒晶界的移動。二次晶粒長大的驅(qū)動力比例因數(shù)平均晶界能初次基體晶粒平均直徑一次晶粒半徑抑制相質(zhì)點半徑接觸角/2取向電工鋼抑制劑取向電工鋼抑制劑類別固溶溫度/沉淀析出處理終退火凈化氣氛凈化溫度/抑制劑形態(tài)和有效尺寸抑制劑元素合適含量/%MnS128013509001000熱軋和隨后冷卻干氫1200球形26nm 10121014個/cm3Mn=0.060.10S=0.0180.025AlN125013009501200（95040

4、0）急冷干氫中性還原11501200針狀、桿狀00nm 1022個/cm3Al=0.0030.025N=0.0060.013Cu2S12001250熱軋和隨后急冷干氫11801200球形50nmCu=0.10.7S=0.0180.025VN1000熱軋和隨后急冷2/3N2+1/3 H2干氫11001150V=0.100.15N=0.0020.003MnTe11501200熱軋和隨后急冷干氫1150球形80100nmMn=0.040.15Te=0.0350.08S/Te=0.10.6MnSe1360冷軋前1050沉淀處理干氫還原氣體1150Mn=0.0450.07Se=0.020.08TiN12

5、501350熱軋和隨后急冷N2+H210001300球形100nmTi=0.010.10N0.005化合物抑制劑取向電工鋼抑制劑AlNHi-B鋼中常用的主抑制劑，有獨特的析出方向性。不僅能夠抑制了初次晶粒的生長和促進(jìn)了二次再結(jié)晶，而且使二次晶粒擇優(yōu)長大起到了所謂“調(diào)整”或“控制”二次再結(jié)晶織構(gòu)的作用。MnS最早采用的抑制劑，常作為CGO鋼的主抑制劑。板坯再加熱和熱軋冷卻過程是MnS固溶和以微細(xì)彌散相質(zhì)點沉淀析出的過程。抑制劑質(zhì)點呈球形，其尺寸約為8100nm。Cu2S不僅能夠進(jìn)一步地提高磁感應(yīng)強度，降低鐵損，而且能夠有效地降低鑄坯加熱溫度。在AlNMnS方案的Hi-B鋼中加約0.2%Cu，可使

6、初次晶粒更細(xì)小均勻，二次再結(jié)晶更完善。典型化合物抑制劑取向電工鋼抑制劑P沿晶界偏聚，而且使析出的質(zhì)點更細(xì)，分布更均勻。有加強抑制能力，改善MnSAlN方案Hi-B鋼磁性的作用。Sn在卷取和?；笱鼐Ы缙?，加強抑制能力 。?；瘯r相分布更均勻，冷軋時形成更多的形變帶，二次晶核數(shù)量增多。 Cr可細(xì)化晶粒，但降低玻璃膜質(zhì)量。將AlNMnS方案中的加二次再結(jié)晶完善。典型單質(zhì)抑制劑取向電工鋼抑制劑取向電工鋼生產(chǎn)工藝高溫加熱的弊端產(chǎn)品質(zhì)量：成品磁性不穩(wěn)定，表面缺陷較多；設(shè)備使用：需設(shè)專用加熱爐，作業(yè)率低；制造成本：燃料成本高，設(shè)備使用費用高，成材率低，使成本增加。 低溫板坯加熱流程生產(chǎn)取向硅鋼實施方法改變

7、抑制劑的組成， AlN將取代MnS作主抑制劑，可以采用Cu2S作為主要抑制劑；向鋼中添加微量單元素溶質(zhì)抑制劑，如：Sn、Bi、B、Sb等來改變抑制劑類型；生產(chǎn)工藝上地調(diào)整，對鋼板進(jìn)行滲氮處理。 取向電工鋼生產(chǎn)工藝取向電工鋼生產(chǎn)工藝取向電工鋼生產(chǎn)設(shè)備低溫板坯加熱工藝的應(yīng)用德國蒂森、日本新日鐵和川崎公司采用了普通步進(jìn)式加熱爐加熱高頻感應(yīng)爐高溫短時間加熱工藝，取代了傳統(tǒng)的高溫加熱爐加熱工藝。1996年新日鐵公司八幡廠已在11501250板坯低溫加熱工藝條件下生產(chǎn)HiB鋼。俄羅斯一直采用12501280的低溫加熱工藝生產(chǎn)CGO鋼。武鋼公司也于2005年研制開發(fā)出利用板坯低溫加熱工藝生產(chǎn)的CGO鋼。取向

8、電工鋼生產(chǎn)工藝薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向硅鋼 CSP工藝流程示意圖 意大利AST鋼鐵公司的特爾尼廠最早利用CSP生產(chǎn)取向硅鋼（CGO和Hi-B），鑄坯加熱溫度在11501230。武鋼也于2010年實現(xiàn)了CSP生產(chǎn)取向硅鋼。取向電工鋼生產(chǎn)工藝薄板坯連鑄連軋流程與傳統(tǒng)厚板坯流程生產(chǎn)取向硅鋼的工序區(qū)別 取向電工鋼生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)板坯流程（高溫、低溫）與薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向硅鋼熱區(qū)熱履歷的比較 取向電工鋼生產(chǎn)工藝傳統(tǒng)板坯流程（高溫、低溫）與薄板坯連鑄連軋流程生產(chǎn)取向硅鋼冷區(qū)熱履歷的比較 取向電工鋼生產(chǎn)工藝薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)取向硅鋼在抑制劑方面的優(yōu)勢 a.薄板坯與厚板坯工藝初次晶粒尺寸的對比 b.

9、薄板坯與厚板坯工藝磁性能的對比取向電工鋼生產(chǎn)工藝薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)取向硅鋼第二相析出物細(xì)小，平均尺寸不大于60nm；薄板坯質(zhì)地均勻，宏觀偏析和中心疏松較小，各向異性不明顯；熱軋帶卷厚度可1.2mm，可以采用一次冷軋法生產(chǎn)0.23mm厚度的取向硅鋼產(chǎn)品；鑄坯加熱溫度低、時間短。主要技術(shù)難點 實現(xiàn)鑄坯的低溫加熱工藝，即降低鑄坯均熱溫度至1200以下，并保證抑制劑的作用效果。 主要技術(shù)優(yōu)勢取向電工鋼生產(chǎn)工藝基于TSCR流程生產(chǎn)取向硅鋼的成分設(shè)計 熱力學(xué)計算初步選取的取向硅鋼的成分范圍（wt%）該成分范圍內(nèi)計算得到：液相線溫度： 1786K;固相線溫度： 1756K;平衡相變（）溫度Ae4：151

10、6K； 存在的最低溫度：1053K薄板坯流程CGO鋼成分MnS、Cu2S和AlN的平衡固溶溫度曲線薄板坯流程CGO鋼抑制劑液相中的析出計算結(jié)果 在鋼液中MnS、Cu2S和AlN不具備析出的熱力學(xué)條件，即平衡條件下均不能析出。 薄板坯流程CGO鋼抑制劑凝固過程中的析出計算結(jié)果 在凝固過程中MnS、Cu2S和AlN不具備析出的熱力學(xué)條件，即平衡條件下均不能析出。 薄板坯流程CGO鋼抑制劑相中的析出計算結(jié)果 在相中MnS、Cu2S和AlN在小部分溶度積范圍內(nèi)能夠析出。 薄板坯流程CGO鋼抑制劑相中的析出計算結(jié)果 在相中MnS、Cu2S和AlN在大部分溶度積范圍內(nèi)能夠析出。 薄板坯流程CGO鋼抑制劑適

11、應(yīng)于TSCR流程生產(chǎn)取向硅鋼的成分選擇 取向硅鋼的成分范圍（wt%）取向硅鋼的四種CGO鋼成分（wt%） 薄板坯流程CGO鋼抑制劑MnS、Cu2S和AlN的平衡析出量計算 MnS和Cu2S的平衡析出溫度及先析出粒子CGO1CGO4成分下析出物MnS和Cu2S競相析出情況 0.018%Al-0.008%N成分下析出物AlN的析出情況 薄板坯流程CGO鋼抑制劑抑制劑Cu2S的形貌及元素組成薄板坯流程CGO鋼抑制劑薄板坯流程CGO鋼抑制劑輔助抑制劑AlN薄板坯流程CGO鋼抑制劑鋼中的MnS薄板坯流程CGO鋼抑制劑抑制劑演變過程鑄坯中析出物 均熱后鑄坯中析出物熱軋板中析出物一次冷軋板中析出物薄板坯流程

12、CGO鋼抑制劑中間退火后樣品中析出物高溫退火后成品中的析出物二次冷軋板中析出物脫碳退火后樣品中析出物薄板坯流程CGO鋼抑制劑析出物Cu2S在全流程樣品中的尺寸、分布密度以及體積分?jǐn)?shù)薄板坯流程CGO鋼抑制劑（中間退火脫碳工藝）抑制劑在回復(fù)退火后初次再結(jié)晶樣品中的分布A點為典型的Cu2S粒子，B和C點為AlN粒子薄板坯流程CGO鋼抑制劑抑制劑的能力比較 抑制劑的平均直徑、分布密度、體積分?jǐn)?shù)與Zener因子 薄板坯流程CGO鋼抑制劑薄板坯與厚板坯中抑制劑以及其它析出物的尺寸和分布的特點及差異 薄板坯凝固和冷卻速度（50mm厚坯在11001470的冷速約為120/min）大于傳統(tǒng)厚板坯（250mm厚坯

13、在11001470的冷速約為9/min） 析出物的長大受到限制，TSCR生產(chǎn)取向硅鋼的鑄坯中存在大量幾十納米的析出物薄板坯比厚板坯的均熱溫度更低，時間更短薄板坯流程鋼抑制劑不同Al、N含量子在1180均熱條件下AlN析出量AlN在兩相區(qū)中的全固溶溫度抑制劑熱力學(xué)計算（AlN）薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑Cu2S開始析出或全固溶溫度MnS開始析出或全固溶溫度抑制劑熱力學(xué)計算（Cu2S、MnS）薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑主要元素CSiMnPSAlsNCu含量（wt%）0.0450.0653.13.30.100.250.020.040.0060.0250.0350.0060.0150.070.3適于T

14、SCR流程生產(chǎn)Hi-B鋼的成分設(shè)計注：其它元素依據(jù)文獻(xiàn)資料確定。薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑（a）鑄坯冷卻至950AlNAlN長度方向約為4080nm，而寬度方向尺寸較小約為2060nm，平均直徑約為50nm。鑄坯中抑制劑AlN的析出形貌（b）鑄坯1180均熱后薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑 AlN （a） 細(xì)小AlN形貌（b）粗大AlN形貌平均析出直徑約為55nm熱軋板中抑制劑AlN的析出形貌（c）AlN粒子能譜圖薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑 （a）細(xì)小AlN粒子形貌平均粒子直徑約為42nm ?；逯幸种苿〢lN的析出形貌（b）尚未完全回溶的殘余AlN粒子薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑 AlN平均直徑約為42nm脫碳退火板中抑制劑AlN的析出形貌薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑高溫退火過程中抑制劑AlN的析出形貌AlN平均直徑約為35nm薄板坯流程Hi-B鋼抑制劑AlN平均尺寸，nm不同工序AlN形態(tài)變化不同工序AlN的固溶與析出情況質(zhì)量分?jǐn)?shù)，體積分?jǐn)?shù)，鑄坯入爐前50長寬比不等的長方形析出鑄坯均熱后80長度方向明顯長大，寬度方向長大不明顯部分固溶，部分析出0.0120.0308熱軋