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薄板坯连铸连轧流程生产电工钢的研究现状

发布时间: 2018-07-10来源:第十一届中国钢铁年会论文集

为了满足电力行业对电工钢质量和特殊性逐渐增加的要求,高品质电工钢产品如何在薄板坯连铸连轧线上实现生产,成为主要的研究目标。

为了满足电力行业对电工钢质量和特殊性逐渐增加的要求,高品质电工钢产品如何在薄板坯连铸连轧线上实现生产,成为主要的研究目标。钢铁研究总院连铸中心通过基础理论研究和实验室模拟薄板坯连铸连轧工艺试制电工钢研究,完成了多项国家课题研究任务的同时,还为国内一些钢铁企业提供了大量的技术服务。其中一些研究工作对未来该领域技术的发展起到了一定的引领作用。这部分研究包括:薄板坯连铸连轧生产含稀土高品质无取向电工钢、含铜耐腐蚀无取向电工钢、高强无取向电工钢,以及薄板坯连铸连轧生产取向硅钢的脱碳与气态渗氮工艺、取向硅钢抑制剂析出行为及作用机理等。

1   薄板坯连铸连轧流程生产含稀土无取向电工钢的研究

薄板坯连铸连轧流程生产含稀土无取向电工钢的研究表明:稀土能够改善无取向电工钢磁性能,稀土对无取向电工钢中夹杂物有变质作用。通过设计并试制了1.2%Si-0.4%Al2.9%Si-0.8%Al 两个牌号的含Ce无取向硅钢,研究了 Ce 对无取向硅钢成品板铁损和磁感应强度的影响规律。两个牌号的无取向硅钢在 Ce含量分别为0.0051% 0.0055%时铁损值最低,磁感应强度值最高,磁性能达到最佳。且随着Ce 含量的增加,无取向硅钢的平均晶粒尺寸以及有利织构组分所占比例(织构因子{100}/{111}{100}+{110}/{111})均先增大后减小,Ce 含量分别为 0.0051%0.0055%时晶粒尺寸和织构因子达到最大值。适量的 Ce 显著降低了无取向硅钢中夹杂物尤其是微细夹杂物(尺寸<1μm 的夹杂物)的数量,并使 Al N  Al2O3等形状不规则的夹杂物变性为球形或近似于球形的 Ce S+Al2O3+AlN  Ce S+Al2O3等复合夹杂,且有效抑制了钢中 Mn S的析出,如图 1 所示。    

 

 1  Ce 含量为 0.0051% 1.2%Si-0.4%Al 钢中稀土夹杂物的典型形貌 

Fig.1   The morphology of rare earth inclusions insteel (1.2%Si-0.4%Al) when the content of Ce is 0.0051%

2    薄板坯连铸连轧流程生产含铜耐腐蚀无取向电工钢

薄板坯连铸连轧流程生产含铜耐腐蚀无取向电工钢的研究表明了在无取向电工钢中添加适量的 Cu 元素不仅能够提高无取向电工钢的磁性能还能够提高电工钢的耐腐蚀性。无取向电工钢随着Cu 含量的增加其磁性能并未出现线性增加或者降低的趋势。未经过常化的无取向电工钢,随着退火温度的升高其铁损P15/50和磁感 B50逐渐降低,并且在 1000℃时,其磁性能最佳。铁损 P15/50最佳为 4.8W/kg,磁感 B50最佳为 1.76T;经过常化的含 Cu 无取向电工钢,其磁性能随着退火温度的升高逐渐增加,并且其最低铁损 P15/50达到4.3W/kg,磁感 B50最佳达到 1.80TCu 对无取向电工钢的耐腐蚀性的影响表明,试样的耐腐蚀性随着Cu 含量的增加而逐渐增强;经过168h 腐蚀后,在 SEM 下观察试样的腐蚀形貌发现 0.1%Cu试样和 0.2%Cu 试样表层腐蚀形貌较深,而 0.3%试样腐蚀形貌较浅。试样的腐蚀形貌中出现大量螺旋状腐蚀坑,随着 Cu 含量的增加,螺旋状腐蚀坑的数量逐渐减小。在高倍电镜下观察发现,0.1%Cu的腐蚀形貌主要为半径较小的球状物结合在一起,随着 Cu 含量的增加,其半径逐渐增大,球状物逐渐转变为絮状物。

3   薄板坯连铸连轧流程生产生产高强无取向电工钢

电动汽车内置式永磁同步驱动电机的设计转速很高,所以其转子铁芯材料需使用高强度无取向电工钢。在固溶强化的基础上,通过细化成品板晶粒或使成品板残留未再结晶的回复组织,在实验室模拟薄板坯连铸连轧流程流程,试制了可满足电动汽车内置式永磁同步驱动电机转子铁芯材料性能要求的高强度无取向电工钢。通过使成品板残留未再结晶的回复组织,研制高强度无取向电工钢,不用添加Ni 或其他特别昂贵的合金元素便可以获得较优的性能。试制得到的含3%Si0.8%Al2%Mn 的电工钢,Rp0.2RmP10/400B50可分别达到 580.5MPa706.0MPa47.74W/kg1.6718T。成品板残留未再结晶的回复组织时,随着成品板截面组织中未再结晶组织面积百分含量的增多,成品强度单调变高,断后伸长率单调降低,铁损单调升高,磁感单调降低。  

4    薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢的脱碳与气态渗氮工艺的基础研究

渗氮处理是薄板坯连铸连轧流程生产 Hi-B 钢生产的核心工艺之一,其与脱碳工艺的适配对薄板坯连铸连轧流程生产 Hi-B钢生产过程组织、织构及抑制剂演变具有重要影响。在实验室通过模拟薄板坯连铸连轧流程生产Hi-B 钢全过程、开展了渗氮处理及脱碳工艺配合制备薄板坯连铸连轧流程生产Hi-B 钢的模拟实验(先脱碳后渗氮、同步脱碳渗氮、先渗氮后脱碳)。冷轧板经先脱碳后渗氮或同步脱碳渗氮处理,均可制备出27QG100 及以上水平的低温 Hi-B 钢。先脱碳后 750950℃渗氮、同步835875℃脱碳渗氮、先 700850℃渗氮后脱碳处理钢板中,均可获得足够的渗氮量,总氮量最大值分别达到0.023%(先脱碳后渗氮)、0.033%(同步脱碳渗氮)与0.015%(先渗氮后脱碳),与脱碳、渗氮的工艺适配关系不明显。

冷轧板经先脱碳后渗氮处理,渗氮板表层获得的氮化物均分布于晶界及其附近以及晶粒内部。750950℃温度区间,随着渗氮温度的提高,主要析出种类由非晶结构的富Mn Si3N4→密排六方晶体结构的(Al,Si)N Al N 进行转变,如图 2 和图 3 所示。冷轧板经835℃与 875℃同步脱碳渗氮处理,渗氮板表层获得的氮化物分布较为均匀,主要析出种类由(Si,Al,Mn)N(Al,Si,Mn)N 转变。Si3N4开始转变为 Al N 的温度约为 900950℃。冷轧板经先700950℃渗氮处理,渗氮板表层碳化物的分布由铁素体晶界及晶内向晶界转移,主要形貌由大块聚集状→小块半连续网状转变。   

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____ 2  晶内处近似四方块的富 Mn  Si3N4形貌与能谱分析(脱碳退火板经 750℃渗氮处理后)___

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____Fig.2   The morphology of Si3N4approximate square enrichment Mn in transgranular after the nitridation at 750  for decarburizationplate     ___

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____形貌与能谱分析(脱碳退火板经 950℃渗氮处理后)

Fig.3   The morphology of(Al,Si)N approximate regular hexagon in transgranular  (after the nitridation at 950 for decarburization plate)

5   薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢抑制剂析出行为及作用机理的研究的研究

在实验室通过模拟薄板坯连铸连轧流程生产 Hi-B 钢(采用固有抑制剂方法)中主要抑制剂粒子为 Al N(如图 4 所示)与Al N+CuxS+Mn S,存在少量的 Ti NTi N+Al N+CuxSSi O2等。在热轧和常化板中,还存在部分Fe3C 第二相。一部分Fe3C 第二相以片层状或粒状渗碳体存在于珠光体组织中,另一部分弥散分布在基体中。热轧过程中Al N 就开始大量析出,但平均尺寸较大,约为95nm 左右。常化退火后,Al N 经过重新固溶和析出,钢中 AlN 分布密度和体积分数显著增加,平均尺寸明显减小,约为 65nm 左右。伴随着一次冷轧和脱碳退火,Al N 有少量的析出和长大,分布状态变化不大。高温退火过程中,随着温度的升高,Al N 粒子平均尺寸逐渐增大,但 900℃前 Al N 粒子粗化并不明显。当温度升到 1000℃时,小于 50nm 粒子含量急剧减少,大于 50nm 明显增加,粒子粗化明显,抑制剂抑制能力迅速下降,高斯晶粒开始异常长大,如图 5 所示。      


 4  析出物 Al N 的形貌 

Fig.4   Morphology of Al Nprecipitates    

 5  析出物 Al N 在全流程中直径、分布密度及体积分数

Fig.5   Diameter, distributiondensity and volume fraction of Al N precipitates

来源:《第十一届中国钢铁年会论文集》 项利等

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