下载文档原格式
第14卷 第1期 精 密 成 形 工 程收稿日期：2021-11-18基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金（51921001） 作者简介：宁旭（1986—），男，博士生，主要研究方向为硅钢组织织构及磁性能的优化调控。
宁旭，王艳丽，梁永锋，林均品（北京科技大学 新金属材料国家重点实验室，北京 100083）摘要：取向硅钢作为一种重要的铁芯材料，在电力行业中有着广泛的应用。
基于生产工艺及技术特点，取向硅钢的制备工艺可以分为传统厚板坯工艺、薄板坯连铸连轧工艺及双辊薄带连铸工艺。
传统的厚板坯工艺是工业生产取向硅钢的主要方法，其按加热温度又可分为板坯高温加热、板坯中温加热以及板坯低温加热工艺，其中板坯低温加热工艺具有加热温度低、能耗少、生产成本低等优点，是目前工业生产高磁感取向硅钢的主流技术。
根据取向硅钢的发展历史，对取向硅钢的制备工艺进行了较为全面的综述。
较为详细地概述了传统板坯高温加热、中温加热和低温加热工艺制备取向硅钢的成分体系以及工艺特点，重点综述了板坯低温渗氮工艺，并对取向硅钢的发展趋势进行了展望。
关键词：普通取向硅钢；高磁感取向硅钢；抑制剂；磁感应强度；铁损DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.001中图分类号：TG142.7 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0001-10Preparation Technology and Development Trend of Grain-Oriented Silicon Steel NING Xu , WANG Yan-li , LIANG Yong-feng , LIN Jun-pin(State Key Laboratory for Advanced Metals and Materials, University of Science andTechnology Beijing, Beijing 100083, China)ABSTRACT: As an important iron core material, grain-oriented silicon steel is widely used in power industry. Based on the process and technical characteristics, the preparation process of grain-oriented silicon steel can be divided into traditional thick slab process, thin slab continuous casting, rolling process and twin roll strip casting process. The traditional thick slab process is the main method for industrial production of grain-oriented silicon steel at present, which can be divided into slab high-temperature heating, slab medium temperature heating and slab low-temperature heating according to the heating tempera-ture. And slab low-temperature heating has the advantages of low heating temperature, low energy consumption, and low pro-duction cost and is currently the mainstream technology for industrial production of high magnetic permeability grain-oriented silicon steel. According to the development of grain-oriented silicon steel, the preparation process of grain-oriented silicon steel was comprehensively reviewed. The composition system and process characteristics of grain-oriented silicon steel prepared by traditional slab high temperature heating, medium temperature heating and low temperature heating were summarized in detail, focusing on the slab low temperature nitriding process. Finally, the development trend of grain-oriented silicon steel is pros-pected.KEY WORDS: conventional grain-oriented silicon steel; high permeability grain-oriented silicon steel; inhibitor; magnetic flux density; iron loss. All Rights Reserved.2精密成形工程 2022年1月取向硅钢，亦指取向电工钢，是一种重要的软磁合金，主要用于制造大中型变压器和大型电机。
薄板坯连铸连轧工艺生产薄规格高强钢的研究现状宋畅马玉喜陶军晖刘志勇（武汉钢铁（集团）公司研究院，武汉 430080）摘要薄板坯连铸连轧工艺在实现“以热代冷”及“以薄代厚”方面较常规热轧具有独到的优势。
本文主要概述了国内外代表钢厂生产屈服强度700MPa级高强钢的现状，包括其成分设计思路、组织性能及强化机理，分析了薄板坯连铸连轧工艺生产高强钢的优势，提出了其关键技术及发展趋势。
关键词薄板坯连铸连轧高强钢薄规格微合金化Status of Producing Thin Strip with High Strength by TSCRSong Chang Ma Yuxi Tao Junhui Liu Zhiyong(Research and Development Center of WISCO, Wuhan, 430080)Abstract Thin Slab Controlled Rolling(TSCR) has particular advantages in substituting hot rolled strip for cold rolled strip and substituting thin strip for thick strip. This article mainly summarized the status of producing high strength steels of 700MPa at home and aboard, including chemical composition design, microstructure, property and strengthening mechanism. Moreover, the advantages of producing high strength steels by TSCR process were analysed. Finally, the key technologies and development trend of producing high strength steels by TSCR were presented.Key words thin slab controlled rolling, high strength steel, thin strip, microalloying随着世界能源、资源和环境保护问题日趋严峻，钢铁材料实现高强度、轻量化及节能降耗成为迫切需要。
第20卷第9期2008年9月 钢铁研究学报 Jour nal of Ir on and Steel ResearchV ol .20, No .9September 2008基金项目:国家自然科学基金资助项目(50534020)作者简介:汪水泽(1981-),男,硕士生; E -mail :w an gshuiz e -316@ ; 修订日期:2008-02-02薄板坯连铸连轧生产无取向硅钢技术的发展及前景汪水泽, 李长生, 王廷溥, 刘相华, 王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)摘 要:硅钢主要用作变压器和电机的铁芯,是一种重要的功能材料。
在介绍无取向硅钢生产现状及薄板坯连铸连轧技术在中国的发展现状的基础上,分析了中国生产无取向硅钢现有生产工艺的技术关键及其所存在的问题,阐述了采用薄板坯连铸连轧生产无取向硅钢的可行性及其优势,指出了该工艺流程未来的主要研究方向。
结果表明,采用薄板坯连铸连轧生产无取向硅钢不仅是可行的,而且具有良好的发展前景。
关键词:薄板坯连铸连轧;硅钢;发展中图分类号:T G335 文献标识码:A 文章编号:1001-0963(2008)09-0001-04Development and Future of Non -Oriented Silicon Steel Manufactured by Thin Slab Casting and Rolling TechnologyWANG Shui -ze , LI Chang -sheng , WANG Ting -pu , LIU Xiang -hua ,WANG Guo -dong(State Key Labo rato ry o f Rolling T echno lo gy and A uto matio n ,No r theastern U nive rsity ,Sheny ang 110004,Liao ning ,China )Abstract :Silico n steel which is mainly used as iron co re in transfo rmer s and electrica l machinery is a kind of impor -tant function material .T he pre sent status of non -oriented silicon steel production and the develo pment o f TSCR techno log y were introduced ,the key techno lo gie s and the main problems in no n -o riented silico n steel ′s pro ductio n w ere analy zed and the advantag es and pro bability o f the applicatio n of thin slab casting and rolling techno lo gy in non -oriented silicon stee l ′s manufacture we re pointed out .Results sho wed tha t using TSCR pro cess to produce non -oriented silicon stee l is not o nly feasible ,but also it has go od development prospects .Key words :thin slab casting and r olling ;silicon steel ;development 电工钢板包括碳含量很低的w (Si )<0.5%电工钢和w (Si )为0.5%～6.5%硅钢两类,有取向和无取向之分。
第42卷 第11期 2007年11月钢铁Iron and Steel V ol .42,No .11N ovember 2007薄板坯连铸连轧生产取向硅钢技术的研究于永梅, 李长生, 王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)摘 要:通过分析传统工艺生产取向硅钢,阐述了采用薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的优势及可行性,指出了该工艺关键环节的核心控制技术。
结果表明,通过合理选取取向硅钢的成分和抑制剂与后续渗氮等工艺的配合可以生产出取向硅钢。
关键词:取向硅钢;薄板坯;连铸连轧;生产工艺中图分类号:TG 306 文献标识码:A 文章编号:0449-749X (2007)11-0045-04Study of Production of Oriented Silicon Steel byThin Slab Casting and RollingYU Yong -m ei , LI Chang -sheng , WANG Guo -do ng(T he State Key Labo ratory of Ro lling and A utomatio n ,No rtheastern U niversity ,Shenyang 110004,Liaoning ,China )A bstract :T he po ssibility and advantage s o f producing oriented silicon steel by thin slab casting and ro lling (T SCR )technology are described .Results sho w that the cold -rolled silico n steel can be pro duced using T SCR pr ocess reaso n -able chemical com po sition pro pe r precipitation of pro hibito rs and subsequent nitriding t reatment as the key mo -ments .Key words :o riented silico n steel ;thin slab ;casting and ro lling ;production基金项目:国家自然科学基金项目(50334010;50504007)作者简介:于永梅(1974-),女,博士生; E -mail :xuyunb o @m ail .neu .edu .cn ; 修订日期:2007-01-10 电工钢板包括碳含量很低的w (Si )<0.5%电工钢和w (Si )=0.5%～6.5%硅钢两类,主要用作各种电机和变压器的铁芯,是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。
电工钢板在磁性材料中用量最大,也是一种节能的重要金属功能材料[1]。
取向硅钢作为一种软磁合金材料,主要用作变压器,因此取向硅钢又称为变压器钢,通常提到的取向硅钢片是指具有高斯织构的单取向硅钢片,即(110)晶面//轧面,易磁化方向[001]晶向//轧向,取向硅钢按其制造工艺特点和磁性能分为普通取向硅钢(GO 钢)和高磁感取向硅钢(H i -B 钢)。
Hi -B 钢比GO 钢价格贵,其产量只占取向硅钢总产量的20%,主要用来制造低损耗低噪音高级变压器。
取向硅钢因制造工艺和设备复杂,成分控制严格,杂质含量要求极低,制造工序长和影响性能因素多等而被称为“特钢艺术品”。
所以自主开展节能、环保和降低成本的薄板坯连铸连轧生产取向硅钢工艺的研究具有十分重要的意义。
目前无论是美国的NUCOR 公司还是意大利的TERNI 公司采用CSP 流程生产的无取向硅钢都显示出较好的磁性能。
同时国外有专利指出CSP 生产取向硅钢很有前途。
如日本专利JP2002212639[2]说明了一种利用连铸出的30～140mm 厚的薄板坯生产取向硅钢的方法;美国专利6,273,964说明了一种采用厚度为40～70mm 的薄板坯生产取向硅钢的方法[2,3];意大利AST -TERNI 公司在自己的薄板坯连铸连轧生产线上成功生产了取向硅钢[4]。
1 取向硅钢现行的生产工艺目前生产取向硅钢的方法是以M nS 或AlN 为抑制剂,铸坯必须经过高温加热,使铸坯中的MnS 和AlN 重新固溶,从而保证获得稳定的高磁性。
普通取向硅钢(GO )铸坯加热温度规定为1350～1370℃。
高磁感取向硅钢(H i -B )由于M n 和C 含量高于GO ,加热温度更高,甚至高达1400℃。
目前最普遍使用的生产取向硅钢的生产工艺流程如图1所示。
普通取向硅钢通常采用二次冷轧法生产,由热轧带钢冷轧至中间厚度,进行一次中间退火。
特点是以MnS 作为抑制剂来抑制初次晶粒的长大;采用中等压下率(50%～60%)的冷轧来形成形变织构(111)[112]。
高磁感取向硅钢采用一次冷轧法生产,热轧带钢通过常化、酸洗处理后一次冷轧至成品厚度,再进行后续热处理。
其生产特点为以AlN 作钢 铁第42卷图1 生产取向硅钢的传统工艺流程Fig .1 Traditional pro duction flow diagram of grain oriented silicon steel为主要抑制剂来抑制初次晶粒的长大;以85%的大压下率形成再结晶的(110)[001]的冷轧形变织构。
传统生产取向硅钢的工艺,铸坯必须经1350℃以上的高温加热,这带来很多问题,例如:钢烧损率达5%,热轧板边裂严重,消耗大量的燃料,炉衬寿命短,经常清理炉渣,高温加热炉投资大,成才率和产量低,制造成本高。
2 薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的优势 薄板坯连铸连轧技术经过10多年的发展、完善,已从开发初期的以低成本、生产中低档次产品,发展到目前与传统的钢铁联合企业的转炉工艺有机结合,生产双相钢、T RIP 钢及无取向电工钢等品种,充分利用了薄板坯连铸连轧技术工艺的优越性,表明薄板坯连铸连轧技术在高端产品的应用方面仍有很大的潜力。
根据分析采用薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的优势[5,6]为:(1)抑制剂充分固溶和轧制冷却与热处理时的细化析出,平均尺寸不大于60nm ,有利于二次再结晶晶粒取向织构的形成与发展,有利于磁性能的提高,也有利于表面质量和尺寸精度的提高(由于铁皮减少和铸坯温度均匀性的提高);(2)板坯加热温度低、时间短,提高成材率,降低成本;(3)铸坯凝固和冷却速度快,有利于铸坯组织的细化,有利于晶粒和析出物的细化,减少偏析和疏松;(4)连铸连轧工艺要求铸坯轧前始终保持高温,使抑制剂充分固溶,不致析出,避免了铸坯长期高温加热,大幅度节能及提高成材率,降低成本;(5)该技术环保、节能、缩短生产周期和生产线,促进传统流程的产品结构优化,扩大产品范围和提高产品质量。
取向硅钢的连铸连轧工艺的最主要特点就是铸坯没有冷却后再高温加热的工序,而采用高温直接轧制或直接高温热装轧制工艺。
要使铸坯在开轧以前始终保持在抑制剂析出温度(M nS 1200℃,A lN 1160℃)以上,亦即保持S 化物和C 、N 化合物的固溶状态,使之在热轧冷却过程中呈均布弥散析出起初次抑制剂的作用。
没有高温再加热工序,就消除了高温加热的诸多重大缺陷,大大简化了工艺,典型的CSP 工艺流程如图2所示。
该工艺经浇铸并通过均热炉后,薄板坯被直接送入热轧精轧机(直轧),板坯经冷却、预加热、预轧等工序即可省略。
最典型的即CSP 连铸连轧线,其工艺流程为钢水—精炼—连铸机—辊底式加热炉—高压水除鳞—立辊轧机—精轧—轧后层流冷却—地下卷取机—运卷小车—步进梁运输—取样检查—打捆—称重—打印标记—入库,图2为典型薄板坯连铸厂的工艺布置图。
采用CSP 生产取向硅钢的工艺流程如下:冶炼※真空处理※连铸(液态铸轧)※直接轧制(DR )/直接热装轧制(DH CR )※常化和酸洗※冷轧※脱碳退火※渗氮处理※高温退火※平整拉伸退火及涂绝缘膜。
虽然在CSP 生产线上开发取向硅钢需要对CSP 工艺和取向硅钢的生产工艺做必要的改进,具有一定的难度。
但是从现有的研究成果来看,采用·46·第11期于永梅等:薄板坯连铸连轧生产取向硅钢技术的研究1—中间包; 2—结晶器; 3—切断剪; 4—均热炉; 5—事故剪; 6—除鳞机;7—精轧机; 8—层流冷却; 9—飞剪; 10—卷取机.图2 CSP 轧制技术工艺流程Fig .2 Flow diagram of C SP technologyCSP 技术不仅能够生产无取向硅钢,生产取向硅钢也有相关专利和报道。
3 薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的关键技术 (1)取向硅钢的连铸连轧工艺的最主要特点就是铸坯没有冷却后再高温加热的工序,但不经高温再加热时要求采取相应技术措施,以保证铸坯在热轧前一直保持在长、宽、厚3个方向上的均匀高温及非金属第二相与偏聚元素的固溶组织状态。
为此,必须改造现有连铸机使能生产高温均温的无缺陷铸坯,保证装炉温度在1150～1200℃(现在一般只能900℃),亦即使铸坯在开轧以前始终保持在抑制剂析出温度以上,保持S 化物和C 、N 化合物的固溶状态,使之在热轧冷却过程中呈均布弥散析出起初次抑制剂的作用。
同时在连铸时要控制好钢水的过热度,使铸坯中柱状晶占35%以上,因为AlN 在柱状晶区比在等轴晶区分布更均匀[7]。
(2)通过大压下热轧和控制冷却及卷取使热轧钢带具有适当的均细分布的初次抑制剂的组织状态,再通过大压下率冷轧及脱碳、渗氮处理等工序使钢带具有更为均细的二次抑制剂,使之能在二次再结晶退火时依靠这两次抑制剂的强抑制能力发展完善的(110)[001]二次再结晶组织。
热轧采用强力型轧机对坯料进行大压下轧制,道次压下率40%～50%。
热轧开轧温度1150～1200℃,终轧温度850～950℃,卷取温度600～700℃。
大压下(大摩擦因数)轧制可增加带钢次表层二次晶粒(110)[001]位向的生成,有利于取向度和磁性能的提高。
即使CSP 生产的热带未能形成所需形态的抑制剂,但在常化和以后渗氮处理中可以形成所需抑制剂(AlN )的数量和均匀、细小、弥散分布,满足提高取向度的要求[8,9]。
(3)要选定好硅钢的化学成分和抑制剂。
H i -B 钢是以AlN 为主要的抑制剂,当硅的质量分数提高到3.2%～3.4%时,钢中常加入少量铜(质量分数<0.2%)或微量锡等来进一步加强抑制能力。
因为提高硅含量使二次再结晶发展速度减慢或被抑制,铜对取向电工钢影响是多方面的。
硅含量提高,碳含量也要相应提高,以保证热轧过程有20%～30%数量的奥氏体相,碳的质量分数为0.036%的硅钢,奥氏体是作为粗大的第二相粒子出现的。
