[发明专利]一种高磁感取向硅钢及其制造方法

说明书

本发明公开了一种高磁感取向硅钢，其化学元素质量百分比为：Si：2.0～4.0％；C：0.03～0.07％；Als：0.015～0.035％；N：0.003～0.010％；Nb：0.0010～0.0500％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。此外，本发明还公开了上述高磁感取向硅钢的制造方法，包括步骤：(1)冶炼和铸造；(2)板坯加热；(3)热轧；(4)冷轧；(5)脱碳退火；(6)渗氮处理；(7)涂覆MgO涂层；(8)高温退火；(9)绝缘涂层；其中，制造方法使得高磁感取向硅钢初次晶粒尺寸为14～22μm，初次晶粒尺寸变动系数大于1.8，初次晶粒尺寸变动系数＝平均初次晶粒直径/初次晶粒直径的标准偏差。

技术领域

本发明涉及一种钢种及其制造方法，尤其涉及一种取向硅钢及其制造方法。

背景技术

取向硅钢是电力和国防工业不可或缺的软磁材料，由具有被称为Goss织构的晶粒组成，其Goss织构用Miller指数表示为{110}001，晶粒的{110}晶面平行于轧制平面，晶粒的001晶向平行于轧制方向，从而在定向磁场下具有最佳的易磁化性能，充分利用磁晶各向异性实现多晶体材料的最佳磁性能。采取取向硅钢制成动力变压器或传输变压器中的铁心，在定向磁场的工况下，其极高的磁感和极低的铁损可显著节省材料和电能。取向硅钢通常采用铁损P_17/50和磁感B₈来表征磁性能水平，其中_P17/50表示在最大磁感应强度为1.7T、频率为50Hz时，单位Kg试样的铁损；B₈表示对应于磁场强度为800A/m时的磁感应强度。

按照磁感B₈进行区分，取向硅钢可分为普通取向硅钢(B₈＜1.88T)和高磁感取向硅钢(B₈≥1.88T)两大类。其中，传统的高磁感取向硅钢为高温板坯加热工艺，其不足之处在于：为了使抑制剂充分固溶，板坯的加热温度通常需达到1400℃，而这是传统加热炉的极限水平。此外，由于板坯加热温度高，导致加热炉利用率低、寿命短，硅在晶界偏析、热卷边裂严重、成材率低、能源消耗大、制造成本高。

鉴于存在上述问题，因而，越来越多的研究致力于如何降低取向硅钢加热温度。目前，按照板坯加热温度范围来区分，其主要改进路径有两种：一种是中温板坯加热工艺，板坯加热温度在1250～1320℃，采用AlN和Cu₂S作为抑制剂；另一种是低温板坯加热工艺，板坯加热温度在1100～1250℃，在后工序采用渗氮方法导入抑制剂。其中，低温板坯加热工艺，由于可以实现较低成本地生产制造高磁感取向硅钢，因而，其应用较多。

而低温板坯加热工艺的主要难点在于抑制剂的选择与形态控制，尽管低温板坯加热工艺具有明显的制造成本与成材率优势，但与高温板坯加热工艺相比，抑制剂的不稳定因素显著增多，例如，在浇铸过程中形成的粗大析出物，例如TiN为核心的MnS+AlN复合析出物在后续退火中难以固溶，抑制剂的抑制效果降低，导致初次晶粒尺寸的控制难度增大，还可能存在渗氮量分布不均匀等问题，这导致在高温退火过程中通过氮扩散形成的抑制剂AlN、(Al,Si)N、(Al,Si,Mn)等分布不均匀，反映在产品质量上表现为沿板宽和卷长方向的磁性能不均匀。与高温生产工艺相比，低温板坯加热工艺要求抑制剂形成元素如成分Als等元素的控制范围达ppm级，并对脱碳退火后的初次晶粒尺寸和渗氮量提出苛刻要求，对制造工艺与技术装备要求高。由于技术难度显著增加，通常低温板坯加热工艺的高磁感取向硅钢典型磁感B₈介于1.88～1.92T，低于同类高温工艺产品的磁感，且氧化膜等缺陷发生率也相对较高。

低温板坯加热的一些改进工艺聚焦进一步提升产品等级，如减薄带钢厚度、提高硅含量、刻痕细化磁畴、快速感应加热等，为了获得高品质，这些技术会一定程度增加投资或制造成本；另一些改进工艺则专注于从炼钢源头降低抑制剂元素含量并优化热处理工艺，以进一步降低制造成本，如：