1、电工钢基础（三）电工钢基础（三）冷轧取向硅钢通常的冶炼成分，冷轧取向硅钢通常的冶炼成分，wt%冷轧取冷轧取向硅钢向硅钢SiAlMnSNCPCuCGO2.83.20.0150.050.30.0150.030.0060.030.050.0300.5Hi-B3.03.40.020.030.050.150.0150.030.0060.0120.040.080.0300.2取向电工钢基本成分取向电工钢基本成分C含量：CGO钢的碳规定为0.030.05，Hi-B钢为0.040.08。0.03C时，特别是0.02C的3.25Si钢已无相变。碳使热轧时-相数量增多，在保证-相数量为2030时，热轧板组织细化并
2、为层状分布的细形变晶粒和小的再结晶晶粒，防止成品线晶。Si含量：硅规定为2.83.4，适当提高硅含量并适当提高碳含量来降低P17，但提高硅含量使二次再结晶发展速度减慢或被抑制。取向硅钢的整个生取向硅钢的整个生产技术发展历程与产技术发展历程与抑制剂的优化与控抑制剂的优化与控制研究紧密相关。制研究紧密相关。抑制剂的选择决定抑制剂的选择决定着取向硅钢的成分着取向硅钢的成分设计与关键工艺的设计与关键工艺的制定。制定。抑制剂的重要性抑制剂的重要性取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂初次再结晶组织中有足够强度的初次再结晶组织中有足够强度的GossGoss取向晶粒，作为二次再结晶取向晶粒，作为二次再结晶晶核；晶
3、核；具有可促进具有可促进GossGoss取向晶粒异常长取向晶粒异常长大的环境，如细小的初次再结晶大的环境，如细小的初次再结晶晶粒、有利的初次再结晶织构；晶粒、有利的初次再结晶织构；具有合适数量和尺寸的弥散分布具有合适数量和尺寸的弥散分布的抑制剂（通常为的抑制剂（通常为AlNAlN、MnSMnS）。）。高温退火中通过高温退火中通过二次再结晶过程二次再结晶过程形成全形成全GossGoss织构织构（110110），），最终得到理想磁最终得到理想磁性能的取向硅钢。性能的取向硅钢。取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂rr01FKd 抑制初次再结晶的正常晶粒生长、阻碍初次晶粒晶界迁移的抑制力是由抑制初次再结晶
4、的正常晶粒生长、阻碍初次晶粒晶界迁移的抑制力是由于沉淀析出分布在晶界的弥散第二相或溶解富集在晶界的单元素溶质与晶界于沉淀析出分布在晶界的弥散第二相或溶解富集在晶界的单元素溶质与晶界相互作用提供的，或者由于硅钢片的组织结构上的某种特殊变化阻碍正常晶相互作用提供的，或者由于硅钢片的组织结构上的某种特殊变化阻碍正常晶粒晶界的移动。粒晶界的移动。二次晶粒长大的驱动力二次晶粒长大的驱动力比例因数比例因数平均晶界能平均晶界能初次基体晶粒平均直径初次基体晶粒平均直径一次晶粒半径一次晶粒半径抑制相质点半径抑制相质点半径接触角接触角/2取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂类别类别固溶
5、温度固溶温度/沉淀析出处理沉淀析出处理终退火净终退火净化气氛化气氛净化温度净化温度/抑制剂形态和有抑制剂形态和有效尺寸效尺寸抑制剂元素合抑制剂元素合适含量适含量/%MnS128013509001000热轧和热轧和随后冷却随后冷却干氢干氢1200球形球形26nm 10121014个个/cm3Mn=0.060.10S=0.0180.025AlN125013009501200（950400）急冷）急冷干氢中性还原干氢中性还原11501200针状、杆状针状、杆状00nm 1022个个/cm3Al=0.0030.025N=0.0060.013Cu2S12001250热轧和随后急冷热轧和随后急冷干氢干氢1
6、1801200球形球形50nmCu=0.10.7S=0.0180.025VN1000热轧和随后急冷热轧和随后急冷2/3N2+1/3 H2干氢干氢11001150V=0.100.15N=0.0020.003MnTe11501200热轧和随后急冷热轧和随后急冷干氢干氢1150球形球形80100nmMn=0.040.15Te=0.0350.08S/Te=0.10.6MnSe1360冷轧前冷轧前1050沉淀沉淀处理处理干氢还原气体干氢还原气体1150Mn=0.0450.07Se=0.020.08TiN12501350热轧和随后急冷热轧和随后急冷N2+H210001300球形球形100nmTi=0.01
7、0.10N0.005化合物抑制剂化合物抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂Hi-B钢中常用的主抑制剂，有独特的析出方向性。钢中常用的主抑制剂，有独特的析出方向性。不仅能够抑制了初次晶粒的生长和促进了二次再不仅能够抑制了初次晶粒的生长和促进了二次再结晶，而且使二次晶粒择优长大起到了所谓结晶，而且使二次晶粒择优长大起到了所谓“调调整整”或或“控制控制”二次再结晶织构的作用。二次再结晶织构的作用。最早采用的抑制剂，常作为最早采用的抑制剂，常作为CGO钢的主抑制剂。钢的主抑制剂。板坯再加热和热轧冷却过程是板坯再加热和热轧冷却过程是MnS固溶和以微细固溶和以微细弥散相质点沉淀析出的过程。抑制剂质点呈球
8、形，弥散相质点沉淀析出的过程。抑制剂质点呈球形，其尺寸约为其尺寸约为8100nm。不仅能够进一步地提高磁感应强度，降低铁损，不仅能够进一步地提高磁感应强度，降低铁损，而且能够有效地降低铸坯加热温度。在而且能够有效地降低铸坯加热温度。在AlNMnS方案的方案的Hi-B钢中加约钢中加约0.2%Cu，可使初次晶粒更细，可使初次晶粒更细小均匀，二次再结晶更完善。小均匀，二次再结晶更完善。典型化合物抑制剂典型化合物抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂沿晶界偏聚，而且使析出的质点更细，分沿晶界偏聚，而且使析出的质点更细，分布更均匀。有加强抑制能力，改善布更均匀。有加强抑制能力，改善MnSAlN方案方案H
9、i-B钢磁性的作用。钢磁性的作用。在卷取和常化后沿晶界偏聚，加强抑制能在卷取和常化后沿晶界偏聚，加强抑制能力力。常化时。常化时相分布更均匀，冷轧时形成更相分布更均匀，冷轧时形成更多的形变带，二次晶核数量增多。多的形变带，二次晶核数量增多。可细化晶粒，但降低玻璃膜质量。将可细化晶粒，但降低玻璃膜质量。将AlNMnS方案中的加二次再结晶完善。方案中的加二次再结晶完善。典型单质抑制剂典型单质抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢抑制剂取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺高温加热的弊端高温加热的弊端u产品质量产品质量：成品磁性不稳定，表面缺陷较多；：成品磁性不稳定，表面缺陷较多；u设备使用设备使用：需设专用
10、加热炉，作业率低；：需设专用加热炉，作业率低；u制造成本制造成本：燃料成本高，设备使用费用高，成材率低，：燃料成本高，设备使用费用高，成材率低，使成本增加。使成本增加。低温板坯加热流程生产取向硅钢实施方法n 改变改变抑制剂抑制剂的组成，的组成，AlN将取代将取代MnS作主抑制剂，可作主抑制剂，可以采用以采用Cu2S作为主要抑制剂；向钢中添加微量单元素作为主要抑制剂；向钢中添加微量单元素溶质抑制剂，如：溶质抑制剂，如：Sn、Bi、B、Sb等来改变抑制剂类等来改变抑制剂类型；型；n 生产工艺上地调整，对钢板进行渗氮处理。生产工艺上地调整，对钢板进行渗氮处理。取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺取向
11、电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺取向电工钢生产设备取向电工钢生产设备低温板坯加热工艺的应用低温板坯加热工艺的应用u德国蒂森、日本新日铁和川崎公司采用了普通步进式加热德国蒂森、日本新日铁和川崎公司采用了普通步进式加热炉加热高频感应炉高温短时间加热工艺，取代了传统的炉加热高频感应炉高温短时间加热工艺，取代了传统的高温加热炉加热工艺。高温加热炉加热工艺。u1996年新日铁公司八幡厂已在年新日铁公司八幡厂已在11501250板坯低板坯低温加热工艺条件下生产温加热工艺条件下生产HiB钢。钢。u俄罗斯一直采用俄罗斯一直采用12501280的低温加热工艺生产的低温加热工艺生产CGO钢。钢。u武钢公司也于武钢
12、公司也于2005年研制开发出利用板坯低温加热工艺年研制开发出利用板坯低温加热工艺生产的生产的CGO钢。钢。取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢 CSP工艺流程示意图 意大利意大利AST钢铁公司的特尔尼厂最早利用钢铁公司的特尔尼厂最早利用CSP生产取生产取向硅钢（向硅钢（CGO和和Hi-B），铸坯加热温度在），铸坯加热温度在11501230。武钢也于。武钢也于2010年实现了年实现了CSP生产取向硅钢。生产取向硅钢。取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺薄板坯连铸连轧流程与传统厚板坯流程生产取向硅钢的工序区别 取向电工钢生产工艺取向电工钢
13、生产工艺传统板坯流程（高温、低温）与薄板坯连传统板坯流程（高温、低温）与薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢热区热履历的比较铸连轧流程生产取向硅钢热区热履历的比较 取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺传统板坯流程（高温、低温）与薄板坯连传统板坯流程（高温、低温）与薄板坯连铸连轧流程生产取向硅钢冷区热履历的比较铸连轧流程生产取向硅钢冷区热履历的比较 取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢在抑制剂方面的优势薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢在抑制剂方面的优势 a.薄板坯与厚板坯工艺初次晶粒尺寸的对比 b.薄板坯与厚板坯工艺磁性能的对比取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺薄板坯连铸
14、连轧工艺生产取向硅钢薄板坯连铸连轧工艺生产取向硅钢n第二相析出物细小，平均尺寸不大于60nm；n薄板坯质地均匀，宏观偏析和中心疏松较小，各向异性不明显；n热轧带卷厚度可1.2mm，可以采用一次冷轧法生产0.23mm厚度的取向硅钢产品；n铸坯加热温度低、时间短。主要技术难点 实现铸坯的低温实现铸坯的低温加热工艺，即降低加热工艺，即降低铸坯均热温度至铸坯均热温度至1200以下，并以下，并保证抑制剂的作用保证抑制剂的作用效果。效果。主要技术优势取向电工钢生产工艺取向电工钢生产工艺基于基于TSCR流程生产取向硅钢的成分设计流程生产取向硅钢的成分设计 热力学计算初步选取的取向硅钢的成分范围（wt%）该成
15、分范围内计算得到：液相线温度：1786K;固相线温度：1756K;平衡相变（）温度Ae4：1516K；存在的最低温度：1053K薄板坯流程薄板坯流程CGO钢成分钢成分MnS、Cu2S和AlN的平衡固溶温度曲线薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂液相中的析出计算结果液相中的析出计算结果 在钢液中MnS、Cu2S和AlN不具备析出的热力学条件，即平衡条件下均不能析出。薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂凝固过程中的析出计算结果凝固过程中的析出计算结果 在凝固过程中MnS、Cu2S和AlN不具备析出的热力学条件，即平衡条件下均不能析出。薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂相中的析出
16、计算结果相中的析出计算结果 在相中MnS、Cu2S和AlN在小部分溶度积范围内能够析出。薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂相中的析出计算结果相中的析出计算结果 在相中MnS、Cu2S和AlN在大部分溶度积范围内能够析出。薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂适应于适应于TSCR流程生产取向硅钢的成分选择流程生产取向硅钢的成分选择 取向硅钢的成分范围（wt%）取向硅钢的四种CGO钢成分（wt%）薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂MnS、Cu2S和和AlN的平衡析出量计算的平衡析出量计算 MnS和Cu2S的平衡析出温度及先析出粒子CGO1CGO4成分下析出物MnS和Cu2S竞相
17、析出情况 0.018%Al-0.008%N成分下析出物AlN的析出情况 薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂抑制剂抑制剂Cu2S的形貌及元素组成的形貌及元素组成薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂辅助抑制剂AlN薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂钢中的MnS薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂抑制剂演变过程抑制剂演变过程铸坯中析出物 均热后铸坯中析出物热轧板中析出物一次冷轧板中析出物薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂中间退火后样品中析出物高温退火后成品中的析出物二次冷轧板中析出物脱碳退火后样品中析出物薄板坯流程薄板坯流
18、程CGO钢抑制剂钢抑制剂析出物Cu2S在全流程样品中的尺寸、分布密度以及体积分数薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂（中间退火脱碳工艺）抑制剂在回复退火后初次再结晶样品中的分布A点为典型的Cu2S粒子，B和C点为AlN粒子薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂抑制剂的能力比较 抑制剂的平均直径、分布密度、体积分数与Zener因子 薄板坯流程薄板坯流程CGO钢抑制剂钢抑制剂薄板坯与厚板坯中抑制剂以及其它薄板坯与厚板坯中抑制剂以及其它析出物的尺寸和分布的特点及差异析出物的尺寸和分布的特点及差异 薄板坯凝固和冷却速度（50mm厚坯在11001470的冷速约为120/min）大于传统厚板坯（
19、250mm厚坯在11001470的冷速约为9/min）析出物的长大受到限制，TSCR生产取向硅钢的铸坯中存在大量几十纳米的析出物薄板坯比厚板坯的均热温度更低，时间更短薄板坯流程钢抑制剂薄板坯流程钢抑制剂23456789101112x 10-3140014501500155016001650钢中N含量，AlN全固溶温度，K0.034%Al0.022%Al0.028%Al11800.020.0250.030.0350.0400.0050.010.01500.010.020.030.04钢 中 Al含 量，钢 中 N含 量，钢中AlN析出量，1180不同不同Al、N含量子在含量子在1180均热条件下
20、均热条件下AlN析出量析出量AlN在在两相区中的全固溶温度两相区中的全固溶温度抑制剂热力学计算（抑制剂热力学计算（AlN）薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂0.050.10.150.20.2500.0050.010.0150.021400145015001550钢 中 Cu含 量，钢 中 S含 量，开始析出或全固溶温度，KCu2S开始析出或全固溶温度开始析出或全固溶温度0.050.10.150.20.2500.0050.010.0150.0213001400150016001700钢 中 Mn含 量，钢 中 S含 量，开始析出或全固溶温度，KMnS开始析出或全固溶温度开始析出或全固溶
21、温度抑制剂热力学计算（抑制剂热力学计算（Cu2S、MnS）薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂主要元素主要元素CSiMnPSAlsNCu含量含量（wt%）0.0450.0653.13.30.100.250.020.040.0060.0250.0350.0060.0150.070.3适于适于TSCR流程生产流程生产Hi-B钢的成分设计钢的成分设计注：其它元素依据文献资料确定。注：其它元素依据文献资料确定。薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂（a）铸坯冷却至）铸坯冷却至950AlNAlN长度方向约为长度方向约为4080nm，而宽，而宽度方向尺寸较小约为度方向尺寸较小约为2060nm
22、，平，平均直径约为均直径约为50nm。铸坯中抑制剂铸坯中抑制剂AlNAlN的析出形貌的析出形貌（b）铸坯）铸坯1180均热后均热后薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂 AlN（a）细小细小AlN形貌形貌（b）粗大）粗大AlN形貌形貌平均析出直径约为平均析出直径约为55nm热轧板中抑制剂热轧板中抑制剂AlNAlN的析出形貌的析出形貌（c）AlN粒子能谱图粒子能谱图薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂 （a）细小）细小AlN粒子形貌粒子形貌平均粒子直径约为平均粒子直径约为42nm 常化板中抑制剂常化板中抑制剂AlNAlN的析出形貌的析出形貌（b）尚未完全回溶的残余）尚未完全回溶的残
23、余AlN粒子粒子薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂 AlN平均直径约为平均直径约为42nm脱碳退火板中抑制剂脱碳退火板中抑制剂AlNAlN的析出形貌的析出形貌薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂高温退火过程中抑制剂高温退火过程中抑制剂AlNAlN的析出形貌的析出形貌AlN平均直径约为平均直径约为35nm薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂AlN平均尺寸，nm不同工序AlN形态变化不同工序AlN的固溶与析出情况质量分数，体积分数，铸坯入炉前50长宽比不等的长方形析出铸坯均热后80长度方向明显长大，宽度方向长大不明显部分固溶，部分析出0.0120.0308热轧板551050nm细小长方形粒子数量增多，少数呈三角形和六边形大量析出0.0150.0348常化板421050nm细小长方形粒子数量增加大量析出0.0180.0417脱碳退火板42形态基本不发生变化不析出0.0180.0417高温退火升温至90035细小粒子数量增多大量析出AlN在全流程中的析出形态、尺寸以及体积分数在全流程中的析出形态、尺寸以及体积分数薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂钢中粗大钢中粗大Al2O3Al2O3夹杂析出形貌夹杂析出形貌其它析出物其它析出物 钢中钢中AlNAlN硫化物复合析出形貌硫化物复合析出形貌薄板坯流程薄板坯流程Hi-B钢抑制剂钢抑制剂
