本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法。

背景技術(shù)：

硅鋼是電力、電子和軍事工業(yè)中不可或缺的節(jié)能金屬軟磁材料，薄規(guī)格無取向硅鋼主要用于中高頻(400hz～10khz)電機(jī)、微電機(jī)的鐵芯材料，一直是我國市場緊缺的一種材料。無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品一般是指硅含量在1.0～4.0％，厚度在0.08～0.20mm的電工鋼，以其低鐵損高磁感的特性，使用在中高頻電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子鐵芯上。隨著全球能源緊張和氣候變暖，節(jié)能和環(huán)保要求電機(jī)通過提高頻率降低損耗，要求鐵芯材料具有高頻性能。因此，制備薄規(guī)格高磁感和低鐵損的無取向硅鋼是是電機(jī)高效化的關(guān)鍵核心。

隨著電力行業(yè)的逐漸發(fā)展，能源短缺和環(huán)境污染等問題的日益突出，機(jī)電產(chǎn)品正朝著小型化、高效率、高精度化的方向發(fā)展，然而傳統(tǒng)冷軋硅鋼片制造的鐵芯已經(jīng)難以滿足產(chǎn)品要求，開發(fā)低鐵損、高磁感的薄規(guī)格無取向硅鋼產(chǎn)品來替代現(xiàn)行普通冷軋硅鋼片是促使電機(jī)產(chǎn)品減小體積、降低能耗、減輕質(zhì)量，提高效率的重要途徑。從產(chǎn)品性能來看，無取向電工鋼極薄帶主要用于制造各種電機(jī)鐵芯，包括工業(yè)用小型電機(jī)、汽車用小型、微型電機(jī)鐵芯等，傳統(tǒng)依賴進(jìn)口，由小規(guī)模軍工企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)生產(chǎn)的薄帶產(chǎn)品已不能滿足未來市場發(fā)展的需求。在燃料系、空調(diào)系、冷卻系所使用的電機(jī)以及混合型電力汽車的啟動(dòng)發(fā)電機(jī)中，主要使用厚度為0.35mm的無取向硅鋼，而厚度從0.5mm減薄到0.35mm能夠有效降低硅鋼渦流損失。目前，中高頻電機(jī)、控制電器及高能加速器的鐵芯材料中通常采用小于0.2mm的無取向硅鋼薄帶。隨著變頻及高頻控制技術(shù)的逐漸發(fā)展，無取向電工鋼0.15mm或0.20mm薄帶產(chǎn)品的市場需求將會(huì)逐漸增多，而傳統(tǒng)采用常規(guī)流程工藝生產(chǎn)薄規(guī)格無取向硅鋼的技術(shù)潛力已經(jīng)基本挖掘殆盡，因此開發(fā)新工藝成為當(dāng)前急需解決的問題。

雙輥薄帶連鑄技術(shù)，是以兩支平行放置、旋轉(zhuǎn)方向相反的結(jié)晶輥與兩端的陶瓷側(cè)封板構(gòu)成的熔池形成一個(gè)移動(dòng)式的結(jié)晶器，液態(tài)鋼水直接注入熔池內(nèi)逐漸在結(jié)晶輥的表面結(jié)晶，結(jié)晶層逐漸增厚在臨近出口位置相遇并經(jīng)歷一個(gè)極短暫的固相鑄軋過程。這種由液態(tài)鋼水直接凝固成形目標(biāo)厚度薄帶，可不需經(jīng)過連鑄、加熱、熱軋和?；壬a(chǎn)工序，液態(tài)金屬在結(jié)晶凝固的同時(shí)承受著壓力加工和塑性變形，短時(shí)間內(nèi)從液態(tài)金屬凝固到固態(tài)薄帶，凝固速度可達(dá)10²～10⁴℃/s，大大細(xì)化了硅鋼凝固組織。薄帶連鑄制備無取向硅鋼的工藝特點(diǎn)決定了其可以提供新的技術(shù)思路，一方面薄帶連鑄可直接生產(chǎn)1.2～1.5mm鑄帶，比常規(guī)熱軋帶薄，可經(jīng)過單階段冷軋制備極薄帶，有效減小冷軋壓下量，提高成材率。另一方面，鑄帶組織可控，合理的控制熔池過熱度可以獲得細(xì)小等軸晶的鑄帶組織。因此，薄帶連鑄工藝為薄規(guī)格無取向硅鋼的制備提供了新的技術(shù)途徑。

經(jīng)過檢索國內(nèi)外公開發(fā)表的文獻(xiàn)中，有關(guān)于生產(chǎn)冷軋薄規(guī)格無取向硅鋼化學(xué)成分、工藝方法及其性能方面的報(bào)道。例如：中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn104294022a)公開一種高磁感薄規(guī)格無取向硅鋼的制備方法，其要求的原料成分為：si：2.8～3.2％，c：0.025～0.045％，mn：0.05～0.35％，p≤0.008％，n≤0.005％，s≤0.02％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；工藝路線為硅鋼鑄錠→1200～1350℃加熱后熱軋→1110～1150℃常化→含中間退火的兩次冷軋至0.12～0.2mm→脫碳退火→最終退火。其中，鑄錠中柱狀晶體積分?jǐn)?shù)為50～100％，?；^程在純n2環(huán)境下，兩次冷軋過程中，一次冷軋壓下率為73～80％，二次冷軋壓下率為55～60％，脫碳退火采用20～30％h2+70～80％n2，終退火在純h2條件下。該專利文獻(xiàn)中，采用高溫?；篃彳埌褰M織均勻，析出物粗化，同時(shí)在終退火之前進(jìn)行脫碳退火，生產(chǎn)節(jié)奏慢，成本增高。本發(fā)明與上述方法根本的區(qū)別在于省去了鑄坯組織控制，熱軋，?；燃夹g(shù)控制要求，利用薄帶連鑄流程直接將鋼水凝固成形獲得冷軋坯料，而且通過一個(gè)酸洗冷軋流程實(shí)現(xiàn)最終成品厚度，而且可以極大提高產(chǎn)品性能。

中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn105779878)公開一種中頻冷軋無取向硅鋼薄帶的生產(chǎn)方法，其化學(xué)成分要求c≤0.003％，si：2.0～3.3％，al：0.5～1.0％，mn：0.10～0.80％，p≤0.020％，s≤0.008％，n≤0.003％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。工藝路線為：連鑄→熱軋→?；滠垺嘶?。另一個(gè)中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn105238996a)所述成分工藝與中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn105779878)類似。其中，cn105779878冷軋過程中采用兩卷同尺寸的熱軋板疊在一起冷軋后切邊分卷，退火時(shí)采用罩式加熱爐，h2+n2保護(hù)。該專利文獻(xiàn)中采用熱軋卷開卷進(jìn)行冷軋疊軋會(huì)嚴(yán)重影響疊片系數(shù)，無法在大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明與上述專利區(qū)別在于，根據(jù)薄帶連鑄流程特點(diǎn)改變了成分設(shè)計(jì)思路，放寬了c含量限制，并且采用極低al含量控制，這是由于省去熱軋過程中反復(fù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)化組織的影響，成分設(shè)計(jì)上降低了對(duì)al和c含量的限制。而且在冷軋成形方式上極大簡化，提高性能指標(biāo)。

中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn101967602a)公開一種無取向硅鋼薄帶及其制備方法、中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn102049479a)公開一種雙輥薄帶連鑄制備無取向硅鋼等軸晶薄帶坯的方法和中國發(fā)明專利(公開號(hào)cn102274936a公開一種基于雙輥薄帶連鑄技術(shù)的無取向硅鋼板的制造方法，提出了利用薄帶連鑄流程制造高性能無取向硅鋼、控制無取向硅鋼凝固組織等專利要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的制取方法存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，基于對(duì)無取向硅鋼在雙輥薄帶連鑄亞快速凝固過程中的組織-織構(gòu)的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，依靠合理設(shè)計(jì)化學(xué)成分，適當(dāng)控制薄帶連鑄工藝，通過后續(xù)的冷加工和退火得到性能優(yōu)異的薄規(guī)格高磁感無取向硅鋼產(chǎn)品。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，按以下步驟進(jìn)行：

(1)按設(shè)定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c≤0.006％，si2.0～4.5％，mn0.2～0.4％，al≤0.003％，p0.02～0.06％，s≤0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)；

(2)薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進(jìn)入中間包，中間包預(yù)熱溫度1200～1250℃，控制熔池內(nèi)過熱度為10～30℃，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)后形成鑄帶，控制鑄速60～90m/min，控制熔池液位高度75～120mm，控制鑄帶厚度1.0～1.5mm；

(3)鑄帶出輥后在惰性氣氛條件下自然冷卻至熱軋機(jī)，熱軋溫度900～950℃，終軋溫度800～850℃，壓下量10～15％，熱軋后卷取，卷取溫度640～660℃；

(4)將熱卷清理掉氧化皮后進(jìn)行單階段多道次冷軋，總壓下量為80～90％，獲得冷軋帶卷；

(5)將冷軋帶通過連續(xù)退火進(jìn)行熱處理，在850～950℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，時(shí)間為120～180s，再結(jié)晶退火在氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥諚l件下進(jìn)行，控制混合氣氛的露點(diǎn)在-30℃以下，然后涂覆絕緣層并烘干，獲得高性能無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品。

所述的基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，基于薄帶連鑄成型工藝，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)，在旋轉(zhuǎn)的鑄輥與側(cè)封板組成的結(jié)晶器內(nèi)形成熔池并凝固成形，通過控制低熔池液位和熔池低過熱度，獲得細(xì)小均勻等軸晶組織，提高冷軋成形能力。

所述的無取向硅鋼采用超低al、mn含量控制。

所述的無取向硅鋼鑄帶厚度為1.0～1.5mm，經(jīng)過10～15％的壓下量熱軋和80～90％的壓下量冷軋后帶鋼厚度0.1～0.2mm。

所述的無取向硅鋼磁性能為：p10/400為7.2～11w/kg，磁感b50為1.68～1.75t。

所述的步驟(4)中，單階段多道次冷軋的每道次壓下量為10～20％。

所述的步驟(5)中，氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥盏臍錃怏w積比例為20％～60％。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于：

1)本發(fā)明在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，調(diào)整了成分要求，重新設(shè)計(jì)了薄帶連鑄流程無取向硅鋼成分體系，使之更加適應(yīng)薄帶連鑄連續(xù)澆注過程和硅鋼流程特點(diǎn)。本發(fā)明成分按重量百分比為：c≤0.006％，si2.0～4.5％，mn0.2～0.4％，al≤0.003％，p0.02～0.06％，s≤0.003％，余量為fe及不可避免雜質(zhì)——新的控制思想在于取消了al在成分體系中的添加。al元素?cái)U(kuò)大鐵素體溫度范圍，改善大壓縮比熱軋過程中再結(jié)晶，在薄帶連鑄流程中不需要此項(xiàng)工藝要求，al元素降低后可以提高鋼水流動(dòng)性，避免al2o3凝固過程堵水口的現(xiàn)象發(fā)生。此外，本發(fā)明放寬了c含量的要求，使之有利于降低生產(chǎn)難度、提高生產(chǎn)節(jié)奏。硅含量提高到2.0～4.5％，有利于高頻鐵損降低。

2)本發(fā)明提出了基于薄帶連鑄流程制備0.1～0.2mm薄規(guī)格無取向硅鋼帶鋼的全套工藝方法，明確了控制成分范圍、鑄態(tài)組織、鑄帶厚度、冷/熱軋壓下量與最終產(chǎn)品性能的關(guān)聯(lián)性。

3)本發(fā)明提出控制液位和過熱度結(jié)合的工藝獲得良好鑄態(tài)組織，為實(shí)現(xiàn)一階段冷軋的軋制流程奠定基礎(chǔ)。

4)本發(fā)明通過凝固組織-熱軋-冷軋-退火工藝匹配實(shí)現(xiàn)退火板低鐵損、高磁感的磁性能指標(biāo)。

附圖說明

圖1為基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品制備流程圖；

圖2為實(shí)施例1中鑄帶微觀組織圖。

具體實(shí)施方式

在具體實(shí)施過程中，采用的薄帶連鑄機(jī)為專利(公開號(hào)cn103551532a)公開的薄帶連鑄機(jī)。如圖1所示，基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品制備流程如下：按設(shè)定成分冶煉鋼水，進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)完成薄帶連鑄過程，出鑄機(jī)后的鑄帶進(jìn)行一道次熱軋，熱軋帶經(jīng)酸洗后進(jìn)行單階段多道次冷軋，得到目標(biāo)厚度薄帶后進(jìn)行再結(jié)晶退火，退火板表面涂絕緣涂層并烘干，得到薄規(guī)格無取向硅鋼成品。

下面，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)闡述。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，按以下步驟進(jìn)行：

按設(shè)定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.006％，si2.0％，mn0.4％，al0.003％，p0.04％，s0.0025％，余量為fe；

薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進(jìn)入中間包，中間包預(yù)熱溫度1230℃，控制過熱度為30℃，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)，控制液位高度120mm，鑄速60m/min，在旋轉(zhuǎn)的鑄輥與側(cè)封板組成的結(jié)晶器內(nèi)形成熔池并凝固成形，鑄帶厚度為1.5mm；

鑄帶出輥后在惰性氣氛條件下，以50℃/s的速率冷卻至950℃，然后進(jìn)行熱軋，開軋溫度950℃，終軋溫度850℃，壓下量15％，制成熱軋鑄帶，將熱軋鑄帶以20℃/s的速率冷卻至650℃卷取；

將熱軋帶酸洗去除氧化皮，然后進(jìn)行單階段6道次冷軋，壓下量為84％，每道次壓下量為13～15％，獲得冷軋帶，厚度為0.20mm；

將冷軋帶通過連續(xù)退火進(jìn)行熱處理，在950℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，時(shí)間為180s，再結(jié)晶退火在氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥?本實(shí)施例的氫氣體積比例為20％)條件下進(jìn)行，控制混合氣氛的露點(diǎn)在-30℃，然后涂覆絕緣層并烘干，獲得最終成品。磁性能p10/400為11w/kg，磁感b50為1.75t。

如圖2所示，從鑄帶微觀組織可以看出，鑄帶凝固晶粒粗大均勻，冷卻過程中并未發(fā)生顯著相變行為，有效保護(hù)了鑄態(tài)組織的遺傳效果，從而獲得良好的成品磁性能。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中，基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，按以下步驟進(jìn)行：

按設(shè)定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.0052％，si2.2％，mn0.35％，al0.003％，p0.05％，s0.0022％，余量為fe；

薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進(jìn)入中間包，中間包預(yù)熱溫度1230℃，控制過熱度為30℃，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)，控制液位高度120mm，鑄速60m/min，在旋轉(zhuǎn)的鑄輥與側(cè)封板組成的結(jié)晶器內(nèi)形成熔池并凝固成形，鑄帶厚度為1.5mm；

鑄帶出輥后在惰性氣氛條件下，以50℃/s的速率冷卻至950℃，然后進(jìn)行熱軋，開軋溫度950℃，終軋溫度850℃，壓下量10％，制成熱軋鑄帶，將熱軋鑄帶以20℃/s的速率冷卻至650℃卷取；

將熱軋帶酸洗去除氧化皮，然后進(jìn)行單階段6道次冷軋，總壓下量為88.9％，每道次壓下量為13～15％，獲得冷軋帶，厚度為0.15mm；

將冷軋帶通過連續(xù)退火進(jìn)行熱處理，在950℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，時(shí)間為180s，再結(jié)晶退火在氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥?本實(shí)施例的氫氣體積比例為40％)條件下進(jìn)行，控制混合氣氛的露點(diǎn)在-35℃，然后涂覆絕緣層并烘干，獲得最終成品。磁性能p10/400為10.0w/kg，磁感b50為1.72t。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，按以下步驟進(jìn)行：

按設(shè)定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.004％，si3.0％，mn0.2％，al0.0015％，p0.03％，s0.0018％，余量為fe；

薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進(jìn)入中間包，中間包預(yù)熱溫度1250℃，控制過熱度為20℃，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)，控制液位高度100mm，鑄速70m/min，在旋轉(zhuǎn)的鑄輥與側(cè)封板組成的結(jié)晶器內(nèi)形成熔池并凝固成形，厚度為1.2mm；

鑄帶出輥后在惰性氣氛條件下，以70℃/s的速率冷卻至900℃，然后進(jìn)行熱軋，開軋溫度900℃，終軋溫度800℃，壓下量10％，制成熱軋鑄帶，將熱軋鑄帶以30℃/s的速率冷卻至650℃卷??；

將熱軋帶酸洗去除氧化皮，然后進(jìn)行單階段8道次冷軋，總壓下量為89％，每道次壓下量為10～12％，獲得冷軋帶，厚度為0.12mm；

將冷軋帶通過連續(xù)退火進(jìn)行熱處理，在950℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，時(shí)間為180s，再結(jié)晶退火在氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥?本實(shí)施例的氫氣體積比例為60％)條件下進(jìn)行，控制混合氣氛的露點(diǎn)在-40℃，然后涂覆絕緣層并烘干，獲得最終成品。磁性能p10/400為8.35w/kg，磁感b50為1.70t。

實(shí)施例4

本實(shí)施例中，基于薄帶連鑄制備高磁感無取向硅鋼薄規(guī)格產(chǎn)品的方法，按以下步驟進(jìn)行：

按設(shè)定成分冶煉鋼水，其成分按重量百分比為：c0.0025％，si4.5％，mn0.2％，al0.002％，p0.045％，s0.0012％，余量為fe；

薄帶連鑄過程：將鋼水通過澆口進(jìn)入中間包，中間包預(yù)熱溫度1250℃，控制過熱度為20℃，鋼水通過中間包進(jìn)入薄帶連鑄機(jī)，控制液位高度75mm，鑄速90m/min，在旋轉(zhuǎn)的鑄輥與側(cè)封板組成的結(jié)晶器內(nèi)形成熔池并凝固成形，厚度為1.0mm；

鑄帶出輥后在惰性氣氛條件下，以70℃/s的速率冷卻至900℃，然后進(jìn)行熱軋，開軋溫度900℃，終軋溫度800℃，壓下量10％，制成熱軋鑄帶，將熱軋鑄帶以30℃/s的速率冷卻至650℃卷??；

將熱軋帶酸洗去除氧化皮，然后進(jìn)行單階段8道次冷軋，總壓下量為85％，每道次壓下量為10～12％，獲得冷軋帶，厚度為0.1mm；

將冷軋帶通過連續(xù)退火進(jìn)行熱處理，在950℃進(jìn)行再結(jié)晶退火，時(shí)間為180s，再結(jié)晶退火在氮?dú)鈿錃饣旌蠚夥?本實(shí)施例的氫氣體積比例為30％)條件下進(jìn)行，控制混合氣氛的露點(diǎn)在-45℃，然后涂覆絕緣層并烘干，獲得最終成品。磁性能p10/400為7.2w/kg，磁感b50為1.66t。

實(shí)施例結(jié)果表明，本發(fā)明的方法基于薄帶連鑄技術(shù)，簡化工藝、降低生產(chǎn)成本，提高了無取向硅鋼薄規(guī)格成品的磁性能。