技术领域

本发明涉及一种取向硅销及其制造方法， 尤其涉及一种磁性能优异的取向硅钢及其制造 方法。

背景技术

取向硅钢被广泛应用于大型变压器等输变电产 品中， 其是电力行业发展中不可或缺的原 材料之一。 g前， 人们致力于获得磁性能优异的取向硅钢。 取向硅钢磁性能的主要技术指标 包括磁感和铁损， 铁损直接关系到变压器等输变电产品使用时的 铁芯损耗， 有人称硅钢产品 发展的历史其实就是铁损不断下降的历史； 磁感即磁感应强度， 又称为磁通密度， 反映铁磁 性材料在磁场中磁化的强弱， 而单位磁场强度下磁感的变化值用磁导率表示 。 在用户使用条 件下 硅钢产品性能与外加磁场强度条件息息相关， 因此磁导率尤其是变压器等产品工作点 附近的磁导率更适于表征产品在一定磁场强度 下的磁特性。 而根据调研， 在取向硅钢相关的 公幵文献中， 与磁导率等磁性能直接相关的研究还很少， 而在取向硅钢材料结构对磁导率等 关键性能影响方面的研究则更少。

日本专利 JP 60-59045A和中国专利 CN 91103357分别公开了通过冷轧时效轧制的方法， 可提高取向硅钢成品中晶粒等效圆直径 D 2mm以下的小晶粒数量， 从而可降低取向娃钢成 品的铁损。 但上述专利文献均特指在取向硅钢成品二次再 结晶完善的前提下， 适当地提髙小 晶粒数量对降低铁损有利， 而且这里的小晶粒应特定理解为与髙斯织构方 向即 (110)[001]方向 偏离角度较小的小尺寸晶粒， 否则难以达到提髙磁性能的效果。 因此， 仅仅提髙取向硅钢成 品中小晶粒的数量不应成为判断取向硅钢磁性 能提高的标准， 这是因为小尺寸晶粒的晶粒取 向出现大角度偏离髙斯织构方向的可能性很大 ， 其远髙于大尺寸晶粒， 而大量出现的大角度 偏离高斯织构的小晶粒会严重劣化取向硅钢成 品的磁性能。 相反， 晶粒等效圆直径 D≥ ⁵ mm 的大晶粒取向与高斯织构的平均偏离角一般在 7。以内， 因此， 在通常情况卜'， 提髙取向硅钢 成品中大晶粒的数量或面积比例， 或者说将小晶粒数量或面积比例控制在一定范 围内' 可以 较好地保证取向硅钢具有良好的磁性能以及磁 性能稳定性。 美国专利 US 7887645B1中提到通过控制取向硅钢热乳板中奥氏 体相 比例， 增加常化 冷速， 可以提高磁导率。 但该专利中的 "磁导率"特指磁场强度在 796A/m下的磁感， 其并不 是通常物理意义上所定义的磁导率。 并且该专利的板坯巾大量添加 Cr， 不仅不利于环保， 而 且不利于稳定获得髙磁性能的取向硅钢产品。 另外， 该专利中推荐在约 1400'C的高温下对板 坯进行加热， 这需要配置专用的加热炉， 能耗较髙， 并且钢坯表面出现化渣， 需要对加热设 备进行定期清理， 影响产量， 以及成材率降低、 设备维护成本髙， 不适合推广。

美国专利 US 5718775A 中提到要控制取向硅钥成品在 1.0T磁感下的磁导率不低于 0.03H/m。但是根据实际技术磁化磁滞回线分析� � 在较低磁场下， 磁感较低时， 磁畴畴壁发生 移动； 隨着磁场强度增加， 磁感提髙， 约在 1.5~1.9T下时， 依靠畴壁移动已经长大的磁畴和 尚未被吞并掉的磁畴发生不可逆的转动， 使磁化矢量逐渐与磁场方向平行。 这个过程一直发 生直到所有磁畴的磁化矢量转到与磁场方向平 行， 此时达到该材料的饱和磁感值 Bs。变压器 等产品应用的工作点一般设计在 1.5 1.7T的磁感范围， 因此美国专利 US 5718775 A提出对 1.0T磁感下取向硅钢的磁导率控制要求并不具� �实际意义。

上述现有技术虽然在改善取向砬钢的磁导率和 铁损方面取得了一些进展，但取向硅钢在 L5〜1.7T工作磁密下的磁性能仍有较大的改进空 间。 人们希望开发出在 1.5~1.7T工作磁密下 具有优异磁性能的取向硅钢, 以满足变压器等电子设备的要求。 此外， 目前的取向硅钢的制 造方法还有较大的改进空间， 可获得磁性能优异的取向硅钢的制造方法的研 发也具有重要的 意义以及广阔的应用前景。 发明内容

本发明的目的是提供一种磁性能优异的取向硅 钢及其制造方法。 本发明人发现， 在取向 硅钢成品中晶粒尺寸小于 5mm (以下简称为 D<5mm)的小晶粒面积比例不超过 3%、优选不 超过 2%， 并且取向硅钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下 ^磁导率比值 μ 17/μ 15为 0.50 以上、 优选为（).55以上时， 可获得磁性能出色的取向硅钢成品。 进一步地， 本发明人发现， 通过采用成分合适的取向硅钢的板坯以及优化 的冷轧步骤将取向硅钢成品中 D<5mm的小昴 粒面积比例控制为不超过 3%并且将磁导率比值 μ 17/ μ 15控制为 0.50以上,可稳定获得磁性 能优异的取向硅钢产品。

本发明涉及一种磁性能优异的取向硅钢， 该取向硅钢中 D<5mm的小晶粒面积比例不超 过 3%、 优选不超过 2%; 并且该取向硅钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ】7/ μ 1 5为 0.50以上、 优选 0.55以上。 取向硅钢成品中大量出现的偏离高斯织构的小 晶粒会严重劣化取向 钢成品的磁性能， 而取向硅钢成品的晶粒尺寸（等效圆直径） D>5mm的大晶粒取向与髙斯织构的平均偏离角� �� 般在 7°以内， 因此控制 D<5mm小晶粒面积比例在一定范围内， 即提髙取向硅钢成品大尺寸 晶粒的面积比例， 可以较好的保证取向硅钢具有 ¾好的磁性能以及磁性能稳定性。 本发明人 发现，在取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积占总面积比例在 3%以内， 可大幅提高取向硅 钢成品的磁性能优良率以及整卷合格率。进一 步地， 本发明人发现， 在取向硅钢成品 1.7T磁 感下的磁导率 μΠ和 1.5T下的磁导率 μ15的比值 μ17/μ15为 ί).50以上时，充分保证了可稳定 获得具有高磁感、 低铁损的优良磁性能的取向硅钢产品。

本发明还涉及一种取向硅钢的制造方法， 其顺序包括如下步骤：

将取向硅钢的板坯加热到 1100〜1200'C后迸行热轧以获得热轧板；

以 85%以上的冷轧压下率对热轧板进行冷轧以获得 具有取向硅钢成品的厚度的冷轧板： 对冷轧板进行退火处理以获得取向硅钢成品； 其中，

所述取向硅钢的板坯以重量百分比计包含如下 成分： 2.5〜4.0%的 Si, 0.010 0.040%的酸 可溶性铝 Als, 0.004~0.012%的 N， 0.015%以下的 S; 以及

所述取向硅钢成品中晶粒尺寸小于 5mm的小晶粒面积比½不超过 3%. 并且所述取向硅 钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ 17/U 15为 0.50以上■>

本发明通过在取向硅钢板坯成分中控制 Si含量和抑制剂组成元素含量， 如 Als、 N和 S 含量， 可以保证钢板在生产过程中含有足够的氮化物 抑制剂， 以获得完善的二次再结晶， 并 提高二次再结晶晶粒在高斯织构方向即 (110)[001]方向的取向度。进一步地， 在使用本发明的 取向硅钢的板坯的情况中， A1N为主要抻制剂， 硫化物等具有高固溶温度的抑制剂的产生被 抑制。 A1N的固溶温度约为 1280'C , 随着板坯中 A1或 N的浓度波动略有变化， 但都显著低 于采用 MnS或 MnSe作为主要抑制剂系统的固溶温度 （参见 国专利 US 5711825); 而且本 发明采用抑制剂部分固溶的方法， 将板坯的加热温度有效降低至 1200'C以下。所谓抑制剂部 分固溶是相对于抑制剂完全固溶而言的。 抑制剂完全固溶的方法是指被称为抑制剂的钢 中微 小析出物在热轧前的板坯加热时达到完全固溶 的状态， 然后在热 $L及之后的退火工序中析出 并调整析出状态。 这种方法存在一个问题， 即为了使析出物完全固溶， 要求在 1350"C以上的 高温下进行加热， 比一般钢种的板坯加热温度髙出约 200'C , 为此需要专用的加热炉， 而且 存在熔融氧化铁皮即化渣较多的问题。 而来用抑制剂部分固溶的方法， 板坯加热温度低于抑 制剂完全固溶的温度， 板坯加热时钢中抑制剂只达到部分固溶， 虽然在热轧后获得的抑制剂 强度有所降低， 但通过后工序氮化处理可以补充氮化物抑制剂 以保证二次再结晶的霈要。 因 此， 本发明的方法无需专用的硅钢加热炉， 可釆用常规碳钢加热炉， 与碳钢等其他钢种实现 交叉热轧生产， 且生产设备及仪器、 仪表等控制设备相对于一般取向硅钢生产无变 化， 因而 生产控制和操作简便， 无需对生产操作人员增加培训， 生产成本降低。

取向硅钢板坯中 Si与各抑制剂的含量和基本作用说明如下-

Si: 2.5〜4.0%。 取向硅钢涡流损耗随着 Si含量的提高而降低， 如果 Si含量低于 2.5%则 无法达到降低涡流损耗的效果； 如果 Si含量高于 4.0%则由于脆性增加而无法进行冷轧批量 生产。

酸可溶性铝 Als: 0.010~0，040%。 作为髙磁感取向硅钢的主要抑制剂成分， 如果酸可溶 性铝 Als的含量低于 0.010%, 则无法获得足够的 A1N, 抑制强度不够， 不发生二次再结晶； 如果 Als的含量髙于 0.040%, 则抑制剂尺寸粗化， 抑制效果降低。

N: 0.004 0.012%。 与酸可溶性铝作用相近， N也作为髙磁感取向硅钢的土要抑制剂成 分，如果 N含量低于 0.004%,则无法获得足够的 A1N,抑制强度不够；如果 N含量高于 0.012%, 则底层缺陷增加。

S: 0.015%以下。如果 S含量商于 0.015%, 则易发生偏聚析出， 造成二次再结晶缺陷增 加。

另外， 本发明采用大压下率（85%以上的冷轧压下率） 的冷轧轧制方法， 有助于提高冷 轧板位错密度， 在初次再结品中形成更多的髙斯晶核， 并提供更多的有利织构， 有利于充分 发生二次再结晶和提髙二次再结晶晶粒取向度 ， 从而最终显著提髙取向 钢产品的磁性能。 此处的冷轧压下率是指冷轧中的压下量与未压 下前的厚度的比值。

本发明中的取向硅钢的制造方法可在热轧之后 直接进行冷轧 ' 而无锘对热轧板进行退火 处理， 就该点来说， 可进一步降低取向硅钢的生产成本， 具有较大的潜在效益。

就进一步提高取向硅钢成品的磁性能来说， 优选在冷轧前， 对热轧板进行热轧板退火处 理， 其中， 热轧板退火处理的退火温度优选为 900~l i50'C， 退火冷却速度优选为 20°C/s~100°C/s, 如果冷却速度超过 100'C/ _S , 则由于快冷后钢中组织均匀性变差， 对最终产 品磁性能的改善作用降低， 而且若釆用超过 100'C/s 的冷却速度进行生产， 钢板板形差， 很 难进行后续生产。 通过对热轧板进行热轧板退火处理， 可进一步提髙初次冉结晶时高斯晶核 的数量和有利织构的强度， 帮助完善二次再结晶， 提髙取向硅钢成品的磁性能。

本发明的取向硅钢的制造方法中的退火处理可 按照传统技术中通常釆用的方式进行， 比 如对冷轧板顺序进行脱碳退火、 涂布退火隔离剂、 髙温退火、 涂布绝缘涂层以及热拉伸平整 退火，其中退火隔离剂用于防止高温下钥板之 间彼此粘结，可使用以 MgO等材料为主的原料： 绝缘涂层用于提髙硅钢表面的绝缘性等， 目前广泛釆用以铬酐、 胶体 Si<¾和 Mg、 A1磷酸盐 为主的原料。

就进一步提髙取向硅钢成品的磁性能来说， 优选本发明的取向硅钢的制造方法还包括在 髙温退火之前对冷轧板进行渗氮处理。 本发明通过渗氮处理获得补充的氮化物抑制剂 可增强 抑制剂浓度，确保生产工艺的后阶段有足够强 度的 A1N完成对其他位向晶粒生长的抑制作用， 从而有利于提高二次再结晶晶粒在高斯织构方 向的取向度，显著提髙取向硅钢成品的磁性能 。

本发明通过采用成分合适的取向硅钢的板坯以 及优化的冷轧步骤， 将取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例控制为不超过 3%,并且将磁导率比值 μ 17/y 15控制为 0.50以上， 可稳定获得磁性能优异的取向硅钢产品。

本发明通过将取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例控制为不超过 3%, 并且将取 向硅钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ 17/μ 15控制为 0.50以上， 获得 了磁性能出色的取向硅钢成品。 另外， 本发明通过釆用成分合适的取向硅钢的板坯以 及优化 的冷轧歩骤， 在有效降低板坯加热温度和生产成本的同时， 较好控制了取向硅钢成品的晶粒 尺寸和比例以及- 定磁感范围内的磁导率， 保证了二次再结晶具有良好的髙斯织构取向， 最 终稳定获得了磁性能优异的取向硅钢产品。 具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行更详细地说明， 但本发明的保护范围并不限于这些实施例。 实施例 1-8和比较例 1-5

取向硅钢板坯的组分及重量百分比为 C: 0.050%, Si: 3.0%, Als: 0.030%, N: 0.007%, S: 0.008%, Mn: 0.14%, 其余为 Fe及不可 免的杂质。 将板坯在 1000-1250'C的加热炉内加热 后热轧， 轧至 2.5mm热轧板厚， 对热轧板进行冷轧， 以不同的冷轧压下率将热轧板轧制到 0.30mm成品厚度后，进行脱碳退火，涂布氧化镌 为主要成分的退火隔离剂， 成卷后进行髙温 退火； 在最终冷轧后、 髙温退火二次再结晶之前进行滲氮处理： 开卷后经过涂绝缘涂层及拉 伸平整退火， 得到取向硅钢成品。 对取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例以及磁导率 比值 μ17/μ15与取向硅钢成品的磁性能之间的关系进 行了研究， 研究结果参见表 1。 表 1 収向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例及磁导率比值 μ17/μ15对其磁性能的影响

由表 1可知，与 D<5min的小晶粒面积比例超过 3%或者磁导率比值 μ17/μ15小于 0.50的 比较例 1-5相比，取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例不超过 3%并且 1.7T磁感下的磁 导率和 1.5T下的磁导率比值 μ17/μ15≥0.50的实施例 1-8具有更髙的磁感以及更低的铁损。进 一步地， 由表 1可知， 与实施例 6相比， D<5mm的小晶粒面积比例在 2%以下的实施例 4中 的取向硅钢成品的磁性能得到进一步地改善； 与实施例 4相比， 磁导率比值 μ17/μ15为 0.55 的实施例 3中的取向硅钢成品的磁性能得到进一步地改� �。 实施例 9-〖5和比较例 6-14

取向硅钢板坯的组分及重量百分比为 C: 0.075%, Si: 3.3°/。， Als: 0.031%, N: 0.009%, S: 0.012%, Mn: 0.08%, 其余为 Fe及不可避免的杂质。 将板坯在加热炉内以 1050〜1250'C五种 不同的加热温度迸行加热后热轧， 轧至 2.3mm热轧板厚， 对热轧板进行冷轧， 以不同的冷轧 压下率分别轧制到 0.20~0.40mm不同规格成品厚度后， 进行脱碳退火， 涂布氧化镁为主要成 分的退火隔离剂， 成卷后进行髙温退火； 在最终冷轧后、 商温退火二次再结晶之前进行渗氮 处理； 开卷后经过涂绝缘涂层及拉伸平整退火， 得到取向硅钢成品。 对板坯加热温度和冷轧 压下率与取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例以及磁导率比值 μ17/μ15之间的关系进 行了研究， 研究结果参见表 2。

板坯加热温度和冷乱压下率对取向陆钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例

以及磁导率比值 μ17/μ15的影响

由表 2可知， 在采用本发明中的取向硅钢板坯的情况下， 通过在 110( 1200'C温度范围 内对板坯进行加热后热轧， 并且采用 85%以上的冷轧压下率， 可以保证取向硅钥成品中 D<5mm的小晶粒面积比例不超过 3%, 并且 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ17/μ15在 0.50以上， 从而可确保获得磁性能优异的取向硅钢成品。 实施例 16-31

取向硅钢板坯的组分及重量百分比为 C: 0.065%, Si: 3.2%, Als: 0.025%, N: 0.010%, S: 0.015%, Mn: 0.18%, 其余为 Fe及不可避免的杂质。 将板坯在 il50'C加热炉内加热后热轧， 轧至 3.0mm热礼板厚， 对热轧板进行 （A)直接冷乳， 或者 （B)在 850~1200°C的温度、 以 及 15-25'C/ _S 的冷却速度下进行热轧板退火， 之后以 85%的冷轧压下率进行冷轧， 轧制到 0.30mm成品厚度后，进行脱碳退火，涂布氧化镁 为主要成分的退火隔离剂， 成卷后逬行髙温 退火； 在最终冷轧后、 高温退火二次再结晶之前进行渗氮处理； 开卷后经过涂绝缘涂层及拉 伸平整退火， 得到取向硅钢成品。 对热轧板退火条件与取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面 积比例以及磁导率比值 μ17/μ15之间的关系进行了研究， 研究结果参见表 3。

表 3 热轧板退火条件对取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例

以及磁导率比值 μ!7/μ15的影响

由表 3可知， 与未采用热轧板退火的实施例 16相比， 采用了热轧板退火的实施例 17-31 降低了取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例或者提高了其磁导率� ��值 μ17/μ15，从而提 高了取向硅钢成品的磁性能。 进一步地， 由表 3可知， 以 900 1150 'C的温度、 20°C/s以上的 冷却速度对热轧板迸行退火， 可保证 μ17/μ15磁导率比值在 0.55以上， 从而可进一步稳定提 高取向硅钢成品的磁性能。

本发明的实验结果证明，在取向硅钢成品中 E 5mm的小晶粒面积比例不超过 3%，并且 取向硅钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ 17/ U 15为 0.50以上时， 可获 得磁性能出色的取向硅钢成品。 通过采用本发明中的成分合适的取向硅钢的板 坯以及优化的 冷轧步骤， 可将取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例控制为不超过 3%，并且将磁导率 比值 μ 17/μ 15控制为 0.50以上， 从而可稳定获得磁性能优异的取向硅钢产品。

本发明通过将取向硅钢成品中 D<5mm的小晶粒面积比例控制为不超过 3%,并且将取向 硅钢成品 1.7T磁感下的磁导率和 1.5T下的磁导率比值 μ 17/ μ 15控制为 0.50以上， 获得了 磁性能出色的取向硅钢成品。 另外， 本发明通过釆用成分合适的取向硅钢的板坯以 及优化的 冷轧步骤 在有效降低板坯加热温度和生产成本的同时， 较好控制了取向硅钢成品的晶粒尺 寸和比例以及一定磁感范围内的磁导率， 保证了二次再结晶具有良好的高斯织构取向， 最终 稳定获得了磁性能优异的取向硅钢产品。