一種超細晶粒高硅電工鋼薄板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電工鋼制造領(lǐng)域，具體涉及一種超細晶粒高硅電工鋼薄板及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高硅電工鋼具有優(yōu)良的軟磁性能。例如，含Si量為6.5wt.%的高硅電工鋼，在高頻條件下具有高電阻、高磁導率、高磁化強度、趨近于零的磁致伸縮、非常低的渦流和磁滯損耗等。因此，尚娃電工鋼是一種制造尚頻電機和尚頻變壓器鐵芯的理想材料。然而，隨著Si含量的增加，材料的韌性和塑性變差，制造變得困難。特別是當Si含量增加至6.5wt.%時，有序相的出現(xiàn)使材料的韌性和塑性急劇惡化，硬而脆，難以通過常規(guī)的冷軋方法進行生產(chǎn)。
[0003]近年來，針對高硅電工鋼陸續(xù)開發(fā)了一些新技術(shù)，例如，定向凝固、定向再結(jié)晶、化學氣相沉積(CVD)和雙輥薄帶連鑄等。其中，CVD法已被日本鋼管公司成功應用于6.5%Si高硅電工鋼的生產(chǎn)，其特征是將傳統(tǒng)的含Si約3%的薄板冷軋到成品厚度，再在退火過程中采用CVD法將Si滲透到基板中，從而制備出6.5%Si高硅電工鋼，此方法巧妙地避開了高硅電工鋼難以冷軋的難題，但是，由于其工藝復雜、設備腐蝕嚴重、污染大等缺點，沒有得到廣泛應用。薄帶連鑄是近年興起的新興工藝技術(shù)，其特點是利用兩個反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥將熔融的鋼水直接生產(chǎn)出1~5_的薄帶，該方法生產(chǎn)高硅電工鋼具有短流程、節(jié)能減排、高生產(chǎn)效率、低生產(chǎn)成本等顯著優(yōu)勢，但是，利用雙輥連鑄生產(chǎn)出來的高硅電工鋼薄帶的初始組織較粗大，薄板的在塑、韌性上急劇惡化，后續(xù)加工過程中難以冷軋，因此，如何細化高硅電工鋼薄帶的初始組織成為利用雙輥薄帶連鑄生產(chǎn)高硅電工鋼所面臨的一個亟待解決的關(guān)鍵冋題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種超細晶粒高硅電工鋼薄板及其制造方法，目的是細化高硅電工鋼的凝固組織，獲得超細的晶粒結(jié)構(gòu)，有效改善材料的塑、韌性能，為后續(xù)加工過程的冷軋工序提供便利條件。
[0005]本發(fā)明的超細晶粒高硅電工鋼薄板，其成分按照質(zhì)量百分比為:0.002-0.01%C，0.05-1.5%Μη，0.02-1.5%Α1，P〈0.1%，N〈0.01%, 2.5-6.8%Si，0.0005-0.01%0 或 S，0.03-0.2%稀土元素，余量為Fe ;高硅電工鋼薄板的平均晶粒尺寸為10~20 μπι。
[0006]其中所述的稀土元素是La、Y中的一種或兩種。
[0007]上述超細晶粒高硅電工鋼薄板的制造方法按照以下步驟進行:
Cl)冶煉鋼水，鋼水成分按照質(zhì)量百分比為0.002-0.01%C，0.05-1.5%Mn，0.02-1.5%A1，P〈0.1%，N〈0.01%，2.5-6.8%Si，并控制鋼水中氧或硫質(zhì)量分數(shù)為0.0005-0.01%，冶煉中向鋼水加入質(zhì)量分數(shù)為0.03-0.2%的稀土元素；
(2)將冶煉好的鋼水經(jīng)中間包澆入由兩個反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥和兩塊側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池，控制熔池上表面過熱度為10~70°C，熔池內(nèi)的鋼水隨著結(jié)晶輥的轉(zhuǎn)動凝固并導出，其中熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥輥面的接觸弧長度為100~250mm，接觸時間為0.2-0.4s，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為20~60m/min，得到厚度為l~5mm、寬度為100~2000mm的超細晶粒高硅電工鋼薄板。
[0008]其中，所述的熔池的高度為80~220mm。
[0009]所述的結(jié)晶輥的直徑為500~1000mm。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的特點和有益效果是:
(1)本發(fā)明利用稀土這一類活潑的金屬極易與氧、硫等結(jié)合形成高熔點的稀土氧化物或硫化物的特點，使這類化合物與雙輥薄帶連鑄過程相配合，充當異質(zhì)形核質(zhì)點以及釘扎晶界的作用，極大地細化了高硅電工鋼的凝固組織，獲得了超細的晶粒結(jié)構(gòu)，有效改善了材料的塑、韌性能，為后續(xù)加工過程的冷軋工序提供便利條件；
(2)本發(fā)明的熔池內(nèi)鋼水過熱度是通過調(diào)整鋼包的澆鋼溫度控制的，并通過Δ T=T-Tr-Ts公式計算得出，其中，Δ T為過熱度，T為澆鋼溫度，Tr為鋼水出爐后流至熔池過程中的溫降，Ts為凝固開始溫度，其單位均為。C，獲得超細晶粒薄帶所需的合理澆鋼溫度為1540~1600°C，以使熔池的上表面鋼水過熱度為10~70°C ；
(3)本發(fā)明中結(jié)晶輥的直徑為500~1000mm，熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥輥面的接觸弧長度可通過調(diào)整熔池的高度進行控制，并通過公式計算得出，其中，H為熔池高度，r為結(jié)晶輥半徑，L為接觸弧長度，澆注時熔池的高度為80~220_，熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥輥面的接觸弧長度為 100~250_。
[0011](4)本發(fā)明熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥輥面的接觸時間可通過結(jié)晶輥的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，并通過公式計算得出，其中，t為接觸時間，L為接觸弧長度，V為結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速，制備薄帶坯所需的結(jié)晶輥的合理轉(zhuǎn)速為20~60m/min，熔池內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥輥面的接觸時間為0.2-0.4s。
[0012]本發(fā)明方法能夠有效細化高硅電工鋼的初始鑄態(tài)組織，制備出的高硅電工鋼薄板的平均晶粒尺寸僅為10~20μπι，遠遠小于其它鑄造方法。本發(fā)明的制造工藝簡單、有效，這種超細的晶粒結(jié)構(gòu)有助于改善高硅電工鋼薄板的韌、塑性能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的雙輥薄帶連鑄制備高硅電工鋼薄板的工藝過程示意圖；
其中:1:鋼包；2:中間包；3:結(jié)晶棍；4:恪池；5:尚娃電工鋼薄板；
圖2為本發(fā)明實施例1中的超細晶粒高硅電工鋼薄帶的金相組織圖；
圖3為對比例I中的高硅電工鋼薄帶的金相組織圖。
【具體實施方式】
[0014]本發(fā)明的制備超細晶粒高硅電工鋼薄板的工藝過程如圖1所示，具體的實施步驟為:
冶煉含Si質(zhì)量分數(shù)為2.5-6.8%的鋼水并使鋼水中氧或硫質(zhì)量分數(shù)為0.0005-0.01%，加入質(zhì)量分數(shù)為0.03-0.2%的稀土元素La、Y中的一種或兩種，鋼水的成分還包括質(zhì)量分數(shù)為 0.002-0.01% 的 C，0.05-1.5% 的 Mn，0.02-1.5% 的 Al，P〈0.1%,N〈0.01%，余量為 Fe 及不可避免的雜質(zhì)。
[0015]鋼包I內(nèi)的鋼水倒入中間包2內(nèi)，中間包2內(nèi)的鋼水流入由兩個反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥3和側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池4，熔池4內(nèi)鋼水的過熱度為10~70°C，鋼水與結(jié)晶輥3輥面的接觸弧長度為100~250mm，接觸時間為0.2-0.4s，鋼水隨著結(jié)晶輥3的轉(zhuǎn)動凝固并導出，形成厚度為1~5 mm、寬度為100~2000mm的高硅電工鋼薄板5。
[0016]實施例1
本實施例的超細晶粒高硅電工鋼薄板，其成分按照質(zhì)量百分比為:0.002%C，0.05%Mn，0.02%A1，0.005%P，0.002%N，6.8%Si，0.0005%0，0.03% 稀土元素 La 和 Y，余量為 Fe ;高硅電工鋼薄板的平均晶粒尺寸為16 μm。
[0017]上述超細晶粒高硅電工鋼薄板的制造方法按照以下步驟進行:
(1)冶煉鋼水，鋼水成分按照質(zhì)量百分比為0.002%C，0.05%Mn，0.02%A1，0.005%P，0.002%N，6.8%Si，并控制鋼水中氧質(zhì)量分數(shù)為0.0005%，冶煉中向鋼水加入質(zhì)量分數(shù)為0.03%的稀土元素La和Y ;
(2)將冶煉好的鋼水經(jīng)中間包2澆入由兩個反向旋轉(zhuǎn)的結(jié)晶輥3和兩塊側(cè)封板組成的空腔內(nèi)形成熔池4，熔池4的高度為80~220mm，控制熔池4上表面過熱度為10°C，熔池內(nèi)的鋼水隨著結(jié)晶輥3的轉(zhuǎn)動凝固并導出，熔池4內(nèi)鋼水與結(jié)晶輥3輥面的接觸弧長度為100mm，接觸時間為0.2s，結(jié)晶輥轉(zhuǎn)速為400m/min，得到厚度為1.5mm、寬度為IlOmm的超細晶粒高硅電工鋼薄板5，如圖2所示，高硅電工鋼薄