取向電工鋼(硅鋼)的現行生產工藝
冷軋取向電工鋼生產的首要目標是保證產品的質量,獲得符合質量要求和技術要求的產品。電工鋼生產的另一任務是努力提高產量,這一任務的完成不僅取決于生產工藝過程的合理性,而且取決于時間和設備是否充分利用及操作者的技術素質。此外,在提高產量和質量的同時,還要努力降低成本。
取向電工鋼的生產組織包括原材料的組織與準備,設備的使用與維護以及技術規(guī)程的制定。各種冷軋取向電工鋼根據用途的不同,其生產工藝和操作方法也不同。下面主要就國內外冷軋取向電工鋼的現行生產工藝進行簡要介紹。
冷軋取向電工鋼的生產包括一次冷軋法和二次冷軋法。二次冷軋法一般用于生產一般牌號的取向電工鋼,它是由熱軋帶鋼冷軋至中間厚度并進行退火,然后經過二次冷軋成最終厚度后進行最終退火等工藝組成。其基本特點之一是以MnS或MnSe作為有利夾雜來抑制初次晶粒的長大;其基本特點之二是采用中等壓下率的冷軋來形成形變織構。一次冷軋法是用于生產高磁感取向電工鋼的方法。它是將熱軋帶鋼通過常化處理后一次冷軋至成品厚度,然后進行脫碳退火。其生產特點是:①以AlN+MnS(以AlN為主)作為有利夾雜來抑制初次晶粒的長大,促進晶粒長大;②以85%的大壓下率形成再結晶的冷軋形變織構。
1.取向電工鋼的生產工藝流程
一般取向電工鋼的生產工藝流程、生產Hi-B鋼的工藝流程參見下圖。
成分允許波動范圍比普通低碳鋼和冷軋薄板鋼的成分范圍窄得多,特別是板愈薄,成分范圍變得更窄,用一般的冶煉工藝設備和分析手段是難以達到的。成分的波動直接影響各個工藝過程和最終產品的性能。成分的控制主要是利用真空精煉裝置來進行,這涉及合金的稱量和成分的快速和準確分析等,減少成分的波動則涉及煉鋼和連鑄整個工藝過程,尤其是精煉和連鑄過程。 純凈度的控制不僅包括減少氧化物夾雜,還包括減少形成穩(wěn)定碳化物的元素NB、V、Ti和形成硫化物的元素Mg、Ca等,這些元素直接影響抑制劑的析出行為。這些元素主要隨廢鋼、鐵合金和耐火材料帶入鋼水,必須加強這些原輔料的采購和管理。3)冶煉方面的難點之三是鑄坯的成分偏析和鑄坯裂紋。 由于取向電工鋼含硫高和錳低,鑄坯容易產生內裂與偏析。解決的方法是采用低過熱度澆鑄、進行電磁攪拌和鑄坯輕壓下等措施,定期調節(jié)鑄機狀況,以減少由于硫高帶來的中心偏析與內裂,降低柱狀晶比率。 為了使MnS和AlN等抑制劑尤其是MnS完全固溶,需將鑄坯在高溫下加熱并保溫一段時間,因而容易造成鑄坯的氧化燒損。在高于300℃的鑄坯表面噴涂防氧化劑后再入爐加熱。鋼鐵公司為防止高溫加熱形成晶界裂紋,改善產品表面質量,在高于500℃的鑄坯表面噴涂MoO3或CaMoO4水溶液。有的廠家的做法是鑄坯在入爐前涂布防氧化的涂料。
對于一般取向電工鋼,為了取得好的晶粒取向,應采用較慢的加熱速度,以保證位向好的晶粒優(yōu)先長大并發(fā)生二次再結晶。對于Hi-B鋼,必須控制好高溫退火工藝中各個階段的溫度和氣氛,以保證磁性和形成良好的底層。 降低取向電工鋼板坯加熱溫度具有避免液渣形成、減少加熱爐的維修、得到更高的金屬收得率、防止板坯中部不希望的晶粒粗大化等優(yōu)點。近年來,人們在研究板坯低溫加熱時,為保證抑制劑強度而加入了除硫化錳以外的其他物質,如氮化物和晶界析出元素等來強化抑制劑。 氮化鋁的固溶溫度比硫化錳的要低,則更適合實現低溫加熱。目前,工業(yè)上采用板坯低溫加熱工藝的生產方法是以氮化鋁為抑制劑,在二次再結晶開始前進行滲氮處理,或者以氮化鋁為主抑制劑,以Cu2S和硫化錳為輔助抑制劑。其手段就是向鋼中滲氮,使之與鋼中原有的元素結合,形成有抑制劑功能的氮化鋁析出物。按氮化鋁方案可將板坯加熱溫度降到1150~1200℃,為獲得完整的二次再結晶組織、高磁性和好的玻璃膜,還須進行相應的成分調整和工藝改進。新日鐵研究的Hi-B新工藝特點是:以氮化鋁為抑制劑,板坯加熱溫度降到1150~1250℃,脫碳退火后在含NH3的H2+N2氣氛中進行滲氮處理,采用一次冷軋法可生產0.18~0.50mm厚的產品,且更易制成無玻璃膜的新產品。住友金屬提出以氮化鋁為抑制劑的低碳1.5%Mn-2.2%Si的取向電工鋼工藝來降低板坯加熱溫度。韓國浦項鋼鐵公司提出以氮化鋁為主抑制劑,Cu2S和硫化錳為輔助抑制劑,板坯在1250~1320℃加熱,生產一般取向電工鋼及高磁感取向電工鋼工藝。