超高磁感取向硅钢薄带及其制备方法和应用

技术领域

本申请属于取向硅钢，尤其涉及一种超高磁感取向硅钢薄带及其制备方法和应用。

背景技术

取向硅钢是指具有强{110}<001>织构(即Goss织构)且含硅3％左右的软磁低碳硅铁合金材料。由于铁单晶体的<001>方向为易磁化方向，<111>方向为难磁化方向，因此，具有单一{110}<001>织构的取向硅钢沿轧向具有优良的磁性。按磁极化强度分类，取向硅钢可分为普通取向硅钢和高磁感取向硅钢；高磁感取向硅钢是指磁极化强度J800≥1.88T的取向硅钢，其晶粒取向度优于普通取向硅钢。高磁感取向硅钢主要有两种产品，即热轧板坯高温加热高磁感取向硅钢(简称高温高磁感取向硅钢)和热轧板坯低温加热高磁感取向硅钢(简称低温高磁感取向硅钢)。

低温高磁感取向硅钢由于生产成本低、成材率高等特点，已成为国内高磁感取向硅钢的主流产品。但其磁极化强度要显著低于高温高磁感取向硅钢，尤其生产0.23mm厚度及以下规格的取向硅钢薄带时，磁极化强度相对更低；同时，0.23mm及以下厚度规格的低温高磁感取向硅钢，经常出现二次再结晶晶粒尺寸偏大且分布不均匀的现象，造成产品板宽方向磁极化强度、铁损水平不均匀。

发明内容

本申请实施例提供一种超高磁感取向硅钢薄带及其制备方法和应用，能够获得高磁极化强度，低铁损且产品晶粒组织均匀，板宽方向磁性一致的取向硅钢薄带。

第一个方面，本申请实施例提供一种超高磁感取向硅钢薄带，以重量百分比计，超高磁感取向硅钢薄带包括：C：0.040％～0.080％、Si：3.19％～3.60％、Mn：0.05％～0.30％、Als：0.0251％～0.0350％、N：0.006％～0.009％、Sn：0.06％～0.15％、Cr：≤0.20％、P：≤0.050％、S：0.003％～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。

在本申请的任意实施例中，超高磁感取向硅钢薄带在进行高温退火处理过程中，在升温至800～1000℃时，通入含有NH

在本申请的任意实施例中，超高磁感取向硅钢薄带的厚度为0.15～0.23mm。

在本申请的任意实施例中，超高磁感取向硅钢薄带的磁极化强度为1.93T以上。

在本申请的任意实施例中，超高磁感取向硅钢薄带在900～1250mm的板宽条件下，板宽方向铁损、磁极化强度波动的极差分别为R(P1.7/50)<0.05W/kg、R(B800)<0.008T。

第二个方面，本申请实施例提供了一种超高磁感取向硅钢薄带的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、常化、酸洗、冷轧、碱洗、脱碳、渗氮、涂布MgO涂层、高温退火和拉伸平整；其中，高温退火包括在升温至800～1000℃时，通入含有NH

在本申请的任意实施例中，混合气中还包括N

在本申请的任意实施例中，NH

在本申请的任意实施例中，高温退火在内部气体压力可控的容器内进行，混合气每小时通入的总气体流量为容器容积的1.0～3.5倍。

第三个方面，本申请实施例提供了上述的超高磁感取向硅钢薄带或上述的制备方法所得到的超高磁感取向硅钢薄带在变压器铁芯中的应用。

本申请实施例的超高磁感取向硅钢薄带及其制备方法和应用，能够通过特定的元素组分，降低铁损，提高磁极化强度的同时，可以获得抑制晶粒长大能力更强的AlN抑制剂以使得产品晶粒组织均匀，板宽方向磁性一致。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为常规低温高磁感取向硅钢薄带的低倍组织图；

图2为本申请实施例3中超高磁感取向硅钢薄带的低倍组织图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面将对本申请的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本申请还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。

以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的超高磁感取向硅钢薄带及其制备方法和应用的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。

本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60～120和80～110的范围，理解为60～110和80～120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1～3、1～4、1～5、2～3、2～4和2～5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a～b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0～5”表示本文中已经全部列出了“0～5”之间的全部实数，“0～5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。

如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。

如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案，并且这样的技术方案应被认为包含在本申请的公开内容中。

如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。

如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。

本申请采用国标(GB/T2521.2—2016，GB/T13789-2022)规定或推荐的测试方法进行测试。

现有技术中，低温高磁感取向硅钢的常规生产工艺流程为：

(1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分合格的板坯；

(2)将步骤(1)中的板坯经过加热炉低温加热、热轧、常化热处理、酸洗、冷轧，得到厚度合格的取向硅钢冷轧板；

(3)将步骤(2)中的取向硅钢冷轧板进行碱洗、脱碳、渗氮处理后，涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层，涂层烘干后卷取得到钢卷；

(4)将步骤(3)中的钢卷进行高温退火处理，退火气氛为N

(5)再进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；

(6)再进行最终判级、剪切、包装。

常规生产工艺所得到的低温高磁感取向硅钢的磁极化强度要显著低于高温高磁感取向硅钢，前者的J800典型值通常在1.91T左右，后者的J800典型值可以达到1.93T甚至高于1.95T；尤其生产0.23mm厚度及以下规格的取向硅钢薄带时，低温高磁感取向硅钢的J800水平相对更低，甚至只有1.89T左右。同时，如图1所示，0.23mm及以下厚度规格低温高磁感取向硅钢成品，经常出现二次再结晶晶粒尺寸偏大，尤其边部晶粒尺寸大、中部晶粒尺寸小的现象。而这会造成产品板宽方向磁性水平不均匀，影响最终用户的使用效果。

本申请通过在特定的成分体系条件下，通过在高温退火过程中选择合适的温度区间进行渗氮，进而达到提高低温高磁感取向硅钢薄带产品的磁感、改善板宽方向磁性一致性的效果。

【超高磁感取向硅钢薄带】

一种超高磁感取向硅钢薄带，以重量百分比计，超高磁感取向硅钢薄带包括：C：0.040％～0.080％、Si：3.19％～3.60％、Mn：0.05％～0.30％、Als：0.0251％～0.0350％、N：0.006％～0.009％、Sn：0.06％～0.15％、Cr：≤0.20％、P：≤0.050％、S：0.003％～0.010％，其余为Fe及不可避免的杂质。该组分下的超高磁感取向硅钢薄带在降低铁损，提高磁极化强度的同时，可以获得抑制晶粒长大能力更强的AlN抑制剂以使得产品晶粒组织均匀，板宽方向磁性一致。

该范围下的C元素可以更好地控制热轧、常化、脱碳时的γ相比例，进而控制热轧板组织、热轧和常化时固溶的AlN数量、脱碳时的再结晶过程。

该范围下的Si元素可以增加钢板的电阻率，降低铁损，起到改善产品磁性水平的作用。由于本申请中的Si含量较高，二次再结晶发展速度减慢或被抑制，需要加入辅助抑制剂元素Sn来加强抑制剂的抑制能力。

该范围下的Sn元素可以使得Sn沿晶界与析出物质点处偏聚，降低析出物界面能，从而起到增加以AlN为主的抑制剂的抑制能力、改善磁性水平的作用，尤其可以提高产品的磁极化强度。

该范围下的Als和N可以在连铸时更好地形成AlN，通过热轧、常化的调控，形成细小弥散的AlN，起到初始抑制剂的作用。但该类AlN抑制力仍然不足够，产品需要在脱碳后进行渗氮处理，渗入的N元素在高温退火时与钢中过剩的Als结合形成新的AlN，起到抑制剂作用。

在一些实施例中，超高磁感取向硅钢薄带在进行高温退火处理过程中，在升温至800～1000℃时，通入含有NH

0.23mm及以下厚度规格的低温高磁感取向硅钢薄带，随着厚度的减薄，高温退火前钢板中的有利织构强度下降，在高温退火过程中形成的AlN抑制剂也更容易分解。这两方面作用叠加，造成最终二次再结晶过程中形成的晶粒取向度下降、磁极化强度下降。本申请在高温退火过程中的特定阶段利用NH

在一些实施例中，超高磁感取向硅钢薄带的厚度为0.15～0.23mm。可选地，超高磁感取向硅钢薄带的厚度独立地选自0.15mm、0.16mm、0.17mm、0.18mm、0.19mm、0.20mm、0.21mm、0.22mm、0.23mm中的任意值或任意两者之间的范围值。

0.23mm及以下厚度规格的低温高磁感取向硅钢薄带，随着厚度的减薄：高温退火前钢板中的有利织构强度下降。低温高磁感取向硅钢在高温退火过程中，随着厚度减薄，钢卷上下端面与中心区域的温度梯度增大、钢卷层间热传导率降低，这会导致产品板宽不同部位的二次再结晶发生时间差异增大，板宽边部形成粗大的柱状晶区，最终造成板宽方向磁性一致性恶化。

在一些实施例中，超高磁感取向硅钢薄带的磁极化强度为1.93T以上。

在一些实施例中，超高磁感取向硅钢薄带在900～1250mm的板宽条件下，板宽方向铁损、磁极化强度波动的极差分别为R(P1.7/50)<0.05W/kg、R(B800)<0.008T。

【制备方法】

一种超高磁感取向硅钢薄带的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、常化、酸洗、冷轧、碱洗、脱碳、渗氮、涂布MgO涂层、高温退火和拉伸平整；其中，高温退火包括在升温至800～1000℃时，通入含有NH

在一些实施例中，混合气中还包括N

在一些实施例中，NH

在一些实施例中，高温退火在内部气体压力可控的容器内进行，混合气每小时通入的总气体流量为容器容积的1.0～3.5倍。容器可以为金属内罩。

在该处理下，NH

【应用】

上述的超高磁感取向硅钢薄带或上述的制备方法所得到的超高磁感取向硅钢薄带在变压器铁芯中的应用。

低温高磁感取向硅钢的常规生产方法

现有技术中，低温高磁感取向硅钢的常规生产工艺流程为：

(1)冶炼，用转炉或电炉炼钢，钢水经二次精炼和连铸后，获得铸坯；

(2)热轧，铸坯加热到1100～1200℃，开轧温度小于1200℃，终轧温度850℃以上，卷取温度650℃以下：

(3)常化处理，热轧板进行1050～1180℃下1～20秒，和850～950℃下30～200秒的常化退火，并进行快速冷却，冷却速度大于25℃/s；

(4)冷轧，用一次或带中间退火的二次以上冷轧方法轧到成品板厚度，其最终压下率必须超过80％；

(5)渗氮、脱碳，对轧到成品厚度的钢板进行渗氮处理和脱碳退火，涂布以MgO为主要成分的高温退火隔离剂；

(6)高温退火及热拉伸平整退火，按常规的高温退火及热平整工艺进行。

(7)进行表面激光刻痕处理；

(8)进行判级、剪切、包装。

实施例1

1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分如下的板坯(按重量百分比计)：

C：0.0500％、Si：3.41％、Mn：0.07％、Als：0.0331％、N：0.0088％、Sn：0.147％、Cr：0.0182％、P：0.013％、S：0.0074％；其余为Fe及不可避免的杂质；

2)按常规方式进行加热、热轧、常化、酸洗、冷轧，得到厚度0.15mm冷轧板；

3)按常规方式进行脱碳、渗氮处理；

4)按常规方式涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层、卷取得到钢卷；

5)将步骤4)中的钢卷进行高温退火处理，入炉板宽为1050mm。处理过程中，钢卷放在金属内罩中进行加热，在850～1000℃升温阶段，向内罩通入NH

(a)NH

(b)H

(c)总气体流量控制：每小时通入的总气体流量为内罩容积的3.3倍；

(d)其余工艺条件为低温高磁感取向硅钢的常规工艺条件；

6)进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；产成品厚度0.15mm。

7)产品磁性水平检测，检测方法如下：

采用国标(GB/T2521.2—2016，GB/T13789-2022)规定或推荐的测试方法进行测试，结果如表1所示。

对比例1

实验步骤同低温高磁感取向硅钢的常规生产方法，区别仅在于产成品厚度为与实施例1相同的0.15mm。

表1实施例1产品检测结果

实施例2

1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分如下的板坯(按重量百分比计)：

C：0.0651％、Si：3.30％、Mn：0.27％、Als：0.0304％、N：0.0062％、Sn：0.102％、Cr：0.149％、P：0.021％、S：0.0032％；其余为Fe及不可避免的杂质；

2)按常规方式进行加热、热轧、常化、酸洗、冷轧，得到厚度0.18mm冷轧板；

3)按常规方式进行脱碳、渗氮处理；

4)按常规方式涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层、卷取得到钢卷；

5)将步骤4)中的钢卷进行高温退火处理，入炉板宽1080mm。处理过程中，钢卷放在金属内罩中进行加热，在880～1000℃升温阶段，向内罩通入NH

(a)NH

(b)H

(c)总气体流量控制：每小时通入的总气体流量为内罩容积的2.8倍；

(d)其余工艺条件为低温高磁感取向硅钢的常规工艺条件；

6)进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；产成品厚度0.18mm；

7)产品磁性水平检测的方法如实施例1，结果如表2所示。

对比例2

实验步骤同低温高磁感取向硅钢的常规生产方法，区别仅在于产成品厚度为与实施例2相同的0.18mm。

表2实施例2产品检测结果

实施例3

1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分如下的板坯(按重量百分比计)：

C：0.0763％、Si：3.25％、Mn：0.14％、Als：0.0299％、N：0.0070％、Sn：0.083％、Cr：0.124％、P：0.020％、S：0.0098％；其余为Fe及不可避免的杂质；

2)按常规方式进行加热、热轧、常化、酸洗、冷轧，得到厚度0.20mm冷轧板；

3)按常规方式进行脱碳、渗氮处理；

4)按常规方式涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层、卷取得到钢卷；

5)将步骤4)中的钢卷进行高温退火处理，入炉板宽为1150mm。处理过程中，钢卷放在金属内罩中进行加热，在800～980℃升温阶段，向内罩通入入NH

(a)NH

(b)H

(c)总气体流量控制：每小时通入的总气体流量为内罩容积的2倍；

(d)其余工艺条件为低温高磁感取向硅钢的常规工艺条件；

6)进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；产成品厚度0.20mm；

7)产品磁性水平检测方法如实施例1，结果如表3所示。

对比例3

实验步骤同低温高磁感取向硅钢的常规生产方法，区别仅在于产成品厚度为与实施例3相同的0.20mm。

表3实施例3产品检测结果

实施例4

1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分如下的板坯(按重量百分比计)：

C：0.0415％、Si：3.19％、Mn：0.19％、Als：0.0259％、N：0.0083％、Sn：0.061％、Cr：0.006％、P：0.040％、S：0.0047％；其余为Fe及不可避免的杂质；

2)按常规方式进行加热、热轧、常化、酸洗、冷轧，得到厚度0.23mm冷轧板；

3)按常规方式进行脱碳、渗氮处理；

4)按常规方式涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层、卷取得到钢卷；

5)将步骤4)中的钢卷进行高温退火处理，入炉板宽1250mm。处理过程中，钢卷放在金属内罩中进行加热，在900～990℃升温阶段，向内罩通入NH

(a)NH

(b)H

(c)总气体流量控制：每小时通入的总气体流量为内罩容积的1.1倍；

(d)其余工艺条件为低温高磁感取向硅钢的常规工艺条件；

6)进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；产成品厚度0.23mm；

7)产品磁性水平检测方法如实施例1，结果如表4所示。

对比例4

实验步骤同低温高磁感取向硅钢的常规生产方法，区别仅在于产成品厚度为与实施例4相同的0.23mm。

表4实施例4产品检测结果

实施例5

1)在转炉或电炉中进行冶炼，钢水经二次精炼后进行连铸，获得成分如下的板坯(按重量百分比计)：

C：0.0592％、Si：3.56％、Mn：0.29％、Als：0.0287％、N：0.0069％、Sn：0.070％、Cr：0.009％、P：0.048％、S：0.0058％；其余为Fe及不可避免的杂质；

2)按常规方式进行加热、热轧、常化、酸洗、冷轧，得到厚度0.18mm冷轧板；

3)按常规方式进行脱碳、渗氮处理；

4)按常规方式涂布MgO为主要成分的退火隔离涂层、卷取得到钢卷；

5)将步骤4)中的钢卷进行高温退火处理，入炉板宽1200mm。处理过程中，钢卷放在金属内罩中进行加热，在880～950℃升温阶段，向内罩通入NH

(a)NH

(b)H

(c)总气体流量控制：每小时通入的总气体流量为内罩容积的1.8倍；

(d)其余工艺条件为低温高磁感取向硅钢的常规工艺条件；

6)进行常规张应力涂层涂敷、拉伸平整退火、表面刻痕处理；产成品厚度0.18mm；

7)产品磁性水平检测方法如实施例1，结果如表5所示。

对比例5

实验步骤同低温高磁感取向硅钢的常规生产方法，区别仅在于产成品厚度为与实施例5相同的0.18mm。

表5实施例5产品检测结果

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。