取向硅钢中的第二相抑制剂控制MnS与AlN

1、硅钢中的第二相第三讲:取向硅钢中抑制剂的控制肖丽俊连铸技术国家工程研究中心2011年12月16日1、二次晶粒长大与抑制剂的抑制能力 2、抑制剂控制与形成技术 3、典型低温加热抑制剂控制案例 4、薄板坯流程抑制剂控制案例 5、连铸中心在薄板坯流程抑制剂控制方面的研究7、二次易牲衣女鸟榊制刑輪將制健力二次晶粒长大与抑制剂的抑制能力二次晶粒发生异常长大与抑制剂的抑制能力以及初次晶粒 尺寸之间关系，其中二次晶粒长大的驱动力P可以表示为：P = (r/Rcr)(Ky/R)-(KyZ/a)式中P二次晶粒长大的驱动力，M晶界迁移速率；R- 二次晶粒半径；Rcr初次晶粒临界半径；t一时间；K一二次 晶粒与初次

2、晶粒之间晶界能与初次晶粒与初次晶粒之间晶界 因子。能之比；丫一初次晶粒之间晶界能;«一几何因子;二次晶粒长大与抑制剂的抑制能力(KyZ/a)P = (/RCT)-(Ky/R)-(K7Z/a)二次晶粒长大与抑制剂的抑制能力由于二次晶粒尺寸远大于初次晶粒，所以第二项可以忽略不 计，因此二次晶粒是否发生异常长大可以由下式来判断：(y/RCT)-(KyZ/a) = O其中： 加心）为驱动力项，（KyZ/a）为钉扎力项，其中Z主要与温度有关，随温度升高，由于抑制剂固溶.Ostwald长大 以及界面化学反应而发生形态变化，其所产生钉扎力（二次晶粒 长大的阻力）也逐渐减小，当小于由初次晶粒产生的驱

3、动力时， 即开始发生二次晶粒长大现象。二次再结晶晶粒的异常长大高温退火温度驱动力与钉扎力钉扎力驱动力理想Goss晶粒位向偏离的Goss晶粒f 二次晶粒 开始长大'抑制能力对二次晶粒的取向度影响在理想的（110） 001位 向晶界上的抑制剂最易发生 固溶和长大，当退火温度刚 超过二次再结晶临界温度时 ,只有理想的（110） 001位 向晶粒能发生选择性长大， 随温度的继续升高，与理想 （110 ） 001位向偏离的晶粒 如与理想Goss位向成12。的 110<115>等也可进行择优长 大，但取向度变坏。为什么Hi-B钢抑制剂要用AIN ?驱动力与钉扎力高温退火温度形嶽藝求抑制

4、剂控制与形成技术抑制剂的形成技术可以被划分为两种：(1) “先天抑制剂方法”；是普通工艺，即不管抑制剂类型， 将板坯加热到超过抑制剂(例如MnS, AIN, Cu2S)的溶解温 度，再使其细小弥散析出；(2) “后天抑制剂方法”,即渗氮工艺，将板坯在低温条件下(1100°C1200°C )再加热，后工序实施氮化处理，以补充抑制正常晶粒长大的抑制剂，弥补抑制力不足的问题。取向硅钢抑制剂形成分类抑制剂形成板坯再加热温度主要抑制剂终轧压下量备注MnS小(50%)阿姆科CGO先天抑制剂法较高(>1300°C)AIN, MnS大(>85%)新日铁Hi-BMnSe

5、, (Sb)小(65 %)川崎Hi-B后天抑制剂法较低(1100oC-1200°C)AIN （渗氮）大(>85%)新日铁Hi-B典型低温加热抑制剂控制案例一新日铁11501250°CA1N+Sn(1 )钢的成分(wt% )为 Cr : 0.15-0.20、B :0.003-0.004或Sn: 0.05- 0.10o C含量不变时，Si可提高到3.5-4%,同时,控制 w(Al) / w(Si) > 0.008,另外为提高 可加Bi (0.005-0.01 % )等低熔点元素。(2) 热轧最后3道次的总压下率40%,最后1道次的压下 率 >20%。典型低温加

6、热抑制剂控制案例一新日铁(3)经常化后采用一次冷轧法(压下率80%90%),冷轧过程中进行时效处理。(4)进行脱碳退火+渗氮处理(含NH3的H2+N2的混合气),脱碳退火初次再结晶的平均尺寸d=1830pm。(5)釆用一次冷轧法可生产厚018050mm的产品,A1N的抑制作用比普通HiB钢中A1N更强，二次再结晶发展更稳定，适用于制造节能变压器。5典型低温加热抑制剂控制案例一俄罗斯CfS为主、A1N为辅1250-1280 °C(1)铸坯中Cu ( -0.5% )和111的含量均较高，而且 新利佩茨克厂还添加了 Ni和C(2) 采用二次冷轧法。(3) 中间退火时进行脱碳，第二次冷轧后在

7、550-600°C 进行回复退火。1250-1320 °C典型低温加热抑制剂控制案例一浦项(CGCu2S+A1N(1)铸坯成分及工艺与俄罗斯相近，Cu和Mn的含量 均较高，同时也添加Ni和Cr。(2)省略热轧板常化工艺，采用两次冷轧法，一次冷轧后进行脱碳退火，二次冷轧后进行回复退火。边典型低温加热抑制剂控制案例一浦项(Hi-B)Cu2S+A1N+B1050-1250 °C(1)添加B元素，可形成BN抑制剂。(2)热轧板经900°C1500°C常化后进行一次冷轧(压 下率为8490 % ),冷轧板厚度为023mm035mm。进行脱碳退火+渗氮处理

8、，进一步加强抑制剂。Cu2S+A1N典型低温加热抑制剂控制案例一Thyssen12601280 °C(1)可加Sn<015%，w(Mn)x w(Cu)/w(S)=0l04。(2)高温常化+ 次大压下率冷轧工艺，并采用冷轧 时效。(3)最终退火在10%H2+%N2中缓缓升温，防止CinS过早分解。典型低温加热抑制剂控制案例一JFE无抑制剂1150 1250 °C(1) C<0.01%, Al<0.01 %, S、N、O分别 <30 x 10- 4%的纯净3%Si钢。(2 )热轧后经900°C950°C x 60s常化处理。(3)冷轧

9、前晶粒控制在200gm以下，冷轧时压下率控 制在7090 %。典型低温加热抑制剂控制案例一JFE(3) 以高能晶界机理为理论基础，在干的H2+N2气氛中以950°C初次再结晶退火，省去脱碳退火并釆用 1050°C-1100°C低温最终退火(不需要高温净化处理),制造成本降低。产品轧向磁性较低，但横向磁性有所提高，而且 冲片性能好，主要用于制作EI型变压器、镇流器、大型 发电机和T型小电机。4、(7se)薄板坯流程生产取向硅钢的技术优势传统板坯连铸连轧虑溥板坯连铸连轧流程治炼Q治炼4炉外叭炉外精炼Q连铸 200250mm*3薄板坯连铸< 10 OmmP再加热1

10、380*CX （13h）心均热 1100-1200 X (<lh) Q粗轧10Bltaimd热轧 2-02.5mm,可、.L2mnR精轧 2.03.QmniQ常优心常伽一次冷轧至 0.23-0.35mm役冷轧至H23DVSrnmQ脱碳退火（渗氮）心脱碳退火（渗氮）Q涂隔离齐2涂隔离剂"高温退火去高温退火亠涂绝现涂绝嫌膜Q热平整心热平整Q（细化磁畴）4（细化磁畴）心执八、*区卩 冷 区心A流程的优势厚度精度、板形控制、超薄（ <0.23mm）取向硅钢生产以及低 成本等优势。A组织控制的优势铸态组织晶粒细化、少、成品线晶减少热裂纹减A抑制剂控制的优势快速凝固和较低的成分偏析有

11、 助于MnS和A1N的尺寸减小以及均匀分布TSCR流程抑制剂控制案例一意大利ASTTSCR流程抑制剂控制案例一意大利ASTTSCR流程抑制剂控制案例一意大利ASTS3意大利AST公司采用CSP工艺生产的普通取向硅钢和高磁感 取向硅钢磁性分别达到新日铁Z8和Z6H的典型值。其生产工艺 特点是：在成分上，原始酸溶铝含量高于传统的取向硅钢，而原 始碳含量小于300ppm,碳含量可以低至15ppmlOOppm。编号化学成分成品磁性Si/wt%C/ppmMn/wt%Cu/wt%S/ppmAl/ppmN/ppmP门/W- (kg) -1/TA3.15200.100.1780300401.091.88B3.

12、201000.130.1870260901.231.85C3.202500.090.1060320801.031.89TSCR流程抑制剂控制案例一意大利AST薄板坯工艺生产取向硅钢的工艺参数坯厚/mm铸速/(mmiiri；凝固时 间/s结晶器频率/rmin1结晶器 振幅 /mm热轧制度504.8602603板厚，钢板离开20min最后机架后保持 7s后进行冷却-冷轧制度脱碳退火制度高温退火制度一次冷轧，第3、4 道轧制温度为 210°C870 °C X 60s,=0.5；900°C X 10s, f 巴、=003； 气氛：75%H2+25%N2?在75%H2+25

13、%N2气氛中快速升温 至650°C ,然后，以30°C/h的速率 加热至1200°C ,在100%H2中 1200°CX20hTSCR流程抑制剂控制案例一Thyssen铸坯经1150°C x 20min均热后，在热连轧过程中控制第一道 次和第二道次热轧压下率分别大于40 %和30 % ,最后一道次压下 率小于30%,最好小于20%,终轧温度控制大于900°C并保证含 有一定数量的丫相，轧后快速冷却（200K/s）,卷取温度控制 为500780°C,常化酸洗后一次冷轧至0.30mm,经860°C脱碳退 火（或经30s

14、渗氮），高温退火后，磁性能较好，不经渗氮处理 磁感B&达1.89T,经渗氮处理后B&增至1.93T。CSiMnSAlCuCrN0.0473.150.1540.0060.0300.220.060.008TSCR流程抑制剂控制案例一 Thy姿en热轧制度对成品磁性能的影响热轧制度脱碳退火工艺磁性能丫2,%丫3,%丫6，丫7,%B8,TPl7，W/k g1 一1412不渗氮1.891.1022520渗氮1.930.983201587不渗氮1.501.904渗氮1.741.685、祸铁斫宪总眈直需制制校制方面的斫宪薄板坯流程生产取向硅钢的实验室试制前工序冶炼和浇注均热热轧冷却卷取后工序

15、常化酸诜冷轧脱碳退火涂MgO-高温退火亠TSCR流程抑制剂控制案例一 CGOa. CbS的聚集析出物CS的分布情况b. CiS的弥散分布TSCR流程抑制剂控制案例一CGO908070605040302010151296300. 180. 150. 120. 090. 060. 030. 00/1 1一1/10一111丿1一1一'1-1/ 119012345678取向电工钢不同工序样品1连铸坯；2 均热后铸坯；3热轧板；4 一一次冷轧板;斤一中问iBH桶fi- 次泠豹桶.7曲砒很,k桶.点品经过均热.热轧、中 间退火和脱碳退火过程， CU2S尺寸及数量不断增 加，最终形成了尺寸约为 24

16、nm、体积分数约为0.158%的抑制剂，与传 统工艺相比，钢中CuqS 抑制剂臾为细小，其对初 次晶粒长大的抑制能力更 强，高温退火过程二次再 结晶更稳定。50nmw淋讲A1N析出粒子数量12345O OOOOO0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70-10 80 V80TSfR流程中AIN的析出规律一HLB2020A1N平均 尺寸，nm<不同工序A1N形态变化不同工序A1H的 固溶与析出情况质量分a 数,%*体积分 数,铸坯入炉前卩50<长宽比不等的长方形卩析出芒-PP铸坯均热后80p长度方向明显长丸，“ 宽度右向长大不明豆门部分固溶，誉

17、部分析出Q0.012P0.030843热轧板Q55p1050nm细小长方形粒 子数童増多，少数呈三 角形和六边形。大童析出70.015门0.0348常化板Q42q1050nm细小长方形口 粒子数壘噌加“大重析出门0.018 口0.0417Q脱碳退火板卩42。形态基本不发生变倏不析出屮0.0180.0417高温退火升温至90心42p未发生明显粗化现象J羊-PP20208060504030均热热轧常化脱碳退火20钢中辅助抑制剂的析出特征一HFBlOOnm308-205-12.00 16.00 Fnrmr - kV20.00384-钢中夹杂物粗大AbCh夹杂含Al、Si和Ti的大 型氧化物复合夹杂大型氧化物与硫 化物复合夹杂热轧板组织与织构一Hi-B中 心 区过 渡 层