國外取向硅鋼生產工藝技術發展趨勢研究
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取向硅鋼生產技術發展趨勢: 目前取向硅鋼工業研究的主要方向是:(1)改善取向硅鋼產品的磁性能,采用磁疇壁移動均勻化和細化磁疇等方法降低鐵損、減小磁滯伸縮系數,減少能耗并降低變壓…
取向硅鋼生產技術發展趨勢:
目前取向硅鋼工業研究的主要方向是:(1)改善取向硅鋼產品的磁性能,采用磁疇壁移動均勻化和細化磁疇等方法降低鐵損、減小磁滯伸縮系數,減少能耗并降低變壓器的噪聲;(2)采用低溫加熱工藝和更緊湊的生產流程(如薄板坯連鑄和雙輥薄帶連鑄工藝生產取向硅鋼等),降低生產成本,保持產品市場競爭力。
取向硅鋼生產技術未來發展趨勢主要集中在以下4方面:
(1)提高(110)[001]晶粒取向度的研究。
取向硅鋼的磁感強度只與(110)[001]晶粒取向度或(110)[001]位向偏離角有關,為提高晶粒取向鋼的取向度,選用對初次再結晶晶粒長大具有高抑制能力的抑制劑將起關鍵作用。美國首先采用MnS作抑制劑,后工序采用二次冷軋法制成了(110)[001]織構位向與軋向平均偏離角≤7°的普通取向硅鋼。
1968年新日鐵公司在Goss專利基礎上開發了用AIN+MnS作抑制劑,高溫常化后析出細小AIN粒子,對初次再結晶具有更強的抑制能力。后工序采用一次冷軋法,配合其它工序的特殊處理,使(110)[001]織構位向與軋向平均偏離角降低到≤3°、生產出鐵損更低、磁感更髙的Hi-B取向鋼。
近年來日本新日鐵公司采用AIN作抑制劑,脫碳退火后在>1000×10-6NH3的>75%H2+N2的連續爐內滲氮處理,控制PH2O/PH2≤0.04,滲氮量為(120~200)×10-6,滲氮處理后在>10%N2+H2中以15-25℃/h速度升溫到(1000~1100℃)×(10-20h)退火,使二次再結晶完善后再升溫至1200℃,0.2mm厚板的B8達1.94~1.95T,該法生產的Hi-B鋼中AIN對初次再結晶晶粒長大的抑制能力較AIN+MnS抑制劑方案更強,磁感更高。
(2)降低取向硅鋼鐵損的研究。
進一步降低取向硅鋼鐵損的措施主要有細化磁疇(這對降低Hi-B鋼和≤0.23mm厚產品的鐵損更有效)、提高硅含量、減小鋼板厚度以及減小二次再結晶晶粒尺寸等,由于硅鋼中硅含量過高,易導致冷加工性變壞,因此通過提高硅含量降低鐵損程度有限,因此目前降低鐵損的主要目標在細化磁疇、減小鋼板厚度以及減小二次再結晶晶粒尺寸方面。
通過在抑制劑中添加Sn、Sb等單質元素,冷軋過程中采用時效軋制工藝可使Hi-B取向硅鋼二次再結晶晶粒尺寸由10mm×20mm約減小至4mm×6mm,可以使禍流損耗P17/50下降0.1~0.2W/kg。
減薄厚度的前提條件是應使二次再結晶發展穩定,減薄厚度可使經典渦流損耗下降,如Hi-B鋼由0.30mm減薄到0.23mm,磁滯損耗與異常渦流損耗不變,但經典渦流損耗由0.36W/kg降到0.21W/kg,下降了41.7%。
用物理及化學方法可使取向硅鋼磁疇細化,明顯降低異常渦流損失。如0.23mmHi-B取向硅鋼,經激光照射(ZDKH)處理,磁滯損耗與經典渦流損耗不變而使異常渦流損耗由0.40W/kg降至0.30W/kg,下降25%,從而使總損耗降低。
(3)鑄坯低溫加熱生產取向硅鋼工藝。
近年來許多取向硅鋼生產廠為降低生產成本,提高生產效率,競相開發了多種低溫加熱(≤1300℃)生產工藝,如:新日鐵八幡廠抑制劑采用AIN(Als0.025%~0.035%)為主,添加單元素Cr(0.15%~0.20%)、B(0.003%~0.004%)或Sn(0.05%~0.10%)、Bi(0.005%~0.10%)等方案生產Hi-B鋼,鑄坯加熱溫度降到1250℃以下。控制熱軋最后3道次總壓下率>40%,最后1道次壓下率>20%,經常化后,采用80%~90%壓下率的一次冷軋法,冷軋過程中采用時效處理;脫碳退火后經滲氮處理(含NH3的H2+N2混合氣),控制初次晶粒的平均尺寸d=18~30μm,可生產厚0.18~0.50mm產品,AIN的抑制作用比普通Hi-B鋼中AIN的抑制作用更強,二次再結晶發展更穩定,適用于制造節能變壓器,而且更有利于生產表面光滑(無玻璃膜)取向硅鋼,這使P17可進一步降低。
日本JFE不利用抑制劑,將鋼中C和Al含量均控制在小于0.01%,S、N、0均控制在小于0.003%。鑄坯加熱溫度降至1150~1250,熱軋后經900~950℃60s常化處理,冷軋前晶粒尺寸控制在200Μm以下,冷軋壓下率控制在70%~91%,在干的H2+N2)混合氣氛中以950℃初次再結晶退火,省去脫碳退火并采用1050~1100℃低溫最終退火(不需高溫凈化處理),制造成本明顯降低,產品軋向磁性較低,但橫向磁性有所提高,而且沖片性好,主要用于制作EI型變壓器、鎮流器、大型發電機和T型小電機。
韓國浦項采用以Cu2S(Cu0.3%~0.7%)和AIN(Als0.013%~0.019%)為主抑制劑,Ni(0.03%~0.07%)和0(0.03%~0.07%)的方案生產Hi-B鋼,鑄坯加熱溫度為1050~1250℃,熱軋板經900~1150℃常化后進行一次冷軋(壓下率為84%~90%),冷軋板厚度為0.23~0.35mm,經脫碳退火后,再進行滲氮處理。鋼中添加適量的B元素(0.0055%~0.0065%)可形成BN,進一步加強抑制能力。
德國Thyssen采用Cu2S+AIN+Sn作抑制劑,控制(Mn)x(Cu)/(S)=0.1~0.4。鑄坯加熱溫度為1050~1250℃,高溫常化處理后,采用冷軋時效處理的一次大壓下率冷軋。最終退火在<10%H2+N2混合氣氛中緩慢升溫,防止Cu2S過早分解,成品磁性好。
(4)短流程生產取向硅鋼工藝。
繼德國蒂森1999年首次利用CSP流程生產無取向硅鋼之后,意大利AST鋼鐵公司在特爾尼(TERNI)建成的CSP流程還生產過普通取向硅鋼和高磁感取向硅鋼。
結語:
板坯低溫加熱技術是生產取向硅鋼的主要發展趨勢,低溫加熱一次冷軋法可以生產Hi-B產品,代表取向硅鋼領域當今世界最高技術水平,由于成本最低,性能好,產品的市場競爭力最強。
因此,開發與應用世界最先進的低溫加熱Hi-B取向硅鋼生產工藝技術,可以大力推動取向硅鋼生產技術的進步,提升Hi-B產品的數量、質量和品種,緩解世界能源供應日益緊張的局面,對節約能源和保護環境起到重要的推動作用。
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