工业化研制薄板坯连铸连轧取向电工钢的组织和性能

D01:10.13374.isml00103x.2009.04.0I7 第31卷第4期 北京科技大学学报 Vol.31 No.4 2009年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2009 工业化研制薄板坯连铸连轧取向电工钢的组织和性能 安治国)李阳2朱国挥毛卫民1,2 杜明山3)姚连胜3) 齐长发到 1)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京1000832)北京科技大学材料科学与工程学院.北京100083 3)唐山钢铁集团公司技术中心.唐山063016 摘要采用薄板坯连铸连轧工业生产设备及常规取向硅钢生产技术开发了低成本取向硅钢生产技术，成品性能达到国家 牌号标准30Q150.通过适当的热轧板退火处理可获得粗大的热轧板晶粒组织，这有利于促进抑制剂数量的增加及G0ss织构 的增强，使钢板磁性能提高到30Q140标准. 关键词取向电工钢：织构：薄板坯连铸连轧 分类号TG142.77 Microstructure and properties of grain oriented electrical steel produced commer- cially by compact strip processing on production lines AN Zhi-guo.LI Y ang2.ZHU Guo hui2.MAO Wei-min2.DU Ming-shan.YAO Lian-sheng.QI Chang-fa 1)State Key Laboratory for Advanced M etals and Material,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Techndlogy Beijing.Beijing 100083.China 3)Technobgy Center,Targshan Iron Steel Co.Ltd..Tangshan 063016,China ABSTRACT A commercial production line of compact strip processing and a production technology for conventional grain oriented electricalsteel were used to manufacture low cost grain oriented electrical sted,whose magnetic properties wached the level of 30Q150.Proper hot band annealing was introduced in order to obtain coarse grain size which pmoted the strengthening of Goss tex- ture as well as the increasing of inhibitors number,so that the magnetic properties could reach the level of 300140. KEY WORDS grain oriented electrical steek texture;compact strip process 取向电工钢作为软磁材料具有铁损低和磁感高 山钢铁集团公司治炼出含硅3%（质量分数）的取向 的优点，是发展电力工业重要的基础材料，随国内电 电工钢，经薄板坯连铸连轧生产线把厚70mm的连 能生产和消费的发展，其需求量迅速增长.然而，取 铸坯热轧至约2mm厚.热轧加热温度范围为 向电工钢生产成本高，价格昂贵，迫使人们不断探索 1180~1100℃，750℃以上终轧.700℃以下卷取. 低成本生产取向电工钢的技术途径，其中采用薄板 选两块热轧板，对其中一块作800℃以上的退火加 坯连铸连轧的低成本流程生产经济型取向电工钢的 热（有时也称为常化）处理.图1是薄板坯连铸连轧 设想是很可能取得突破的技术路线刂.唐山钢铁集 生产的取向电工钢铸坯组织.可以观察到以较细柱 团公司以现有的炼钢和薄板坯连铸连轧生产流程为 状晶为主的薄板坯连铸组织，且在表层和中心层存 基础，对此做了成功的尝试. 在少量等轴晶区.采用两次冷轧法在实验室加工薄 1实验生产过程 板坯连铸取向电工钢，包括两次冷轧和中间退火后 加工成0.3mm厚的钢板，随后作脱碳退火和最终 采用常规普通取向电工钢的化学成分☒在唐 二次再结晶退火为.检测了冷轧板{110、{200) 收稿日期：200902-25 作者简介：安治国(1979一)，男，博士研究生：毛卫民(1950一)，男，教授，博士生导师，E-mail:wmmm@mter.usth.cdu.m

工业化研制薄板坯连铸连轧取向电工钢的组织和性能 安治国1) 李 阳2) 朱国辉2) 毛卫民1, 2) 杜明山3) 姚连胜3) 齐长发3) 1) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室, 北京 100083 2) 北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083 3) 唐山钢铁集团公司技术中心, 唐山 063016 摘 要 采用薄板坯连铸连轧工业生产设备及常规取向硅钢生产技术开发了低成本取向硅钢生产技术, 成品性能达到国家 牌号标准 30Q150 .通过适当的热轧板退火处理可获得粗大的热轧板晶粒组织, 这有利于促进抑制剂数量的增加及 Goss 织构 的增强, 使钢板磁性能提高到 30Q140 标准. 关键词 取向电工钢;织构;薄板坯连铸连轧 分类号 TG142.77 Microstructure and properties of grain oriented electrical steel produced commer￾cially by compact strip processing on production lines AN Zhi-guo 1) , LI Y ang 2) , ZHU Guo-hui 2) , MAO Wei-min 1, 2) , DU Ming-shan 3) , Y AO Lian-sheng 3) , QI Chang-f a 3) 1) St at e Key Laborat ory for Advanced M etals and Materials, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) School of Mat erials Science and Engineering, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Technology Center, Tangshan Iron &S teel Co .Ltd., Tangshan 063016, China ABSTRACT A commercial production line of compact strip processing and a production technology for conventional g rain oriented electricalsteel w ere used to manufacture low cost grain oriented electrical steel, w hose mag netic properties reached the level of 30Q150 .Proper ho t band annealing w as introduced in o rder to obtain coarse g rain size which promo ted the strengthening of Goss tex￾ture as w ell as the increasing of inhibitors' number, so that the magnetic properties could reach the level of 30Q140 . KEY WORDS g rain oriented electrical steel;tex ture;compact strip process 收稿日期:2009-02-25 作者简介:安治国( 1979—) , 男, 博士研究生;毛卫民( 1950—) , 男, 教授, 博士生导师, E-mail:w mmao @mater .ustb.edu.cn 取向电工钢作为软磁材料具有铁损低和磁感高 的优点, 是发展电力工业重要的基础材料, 随国内电 能生产和消费的发展, 其需求量迅速增长 .然而, 取 向电工钢生产成本高, 价格昂贵, 迫使人们不断探索 低成本生产取向电工钢的技术途径, 其中采用薄板 坯连铸连轧的低成本流程生产经济型取向电工钢的 设想是很可能取得突破的技术路线[ 1] .唐山钢铁集 团公司以现有的炼钢和薄板坯连铸连轧生产流程为 基础, 对此做了成功的尝试. 1 实验生产过程 采用常规普通取向电工钢的化学成分 [ 2] 在唐 山钢铁集团公司冶炼出含硅 3 %( 质量分数) 的取向 电工钢, 经薄板坯连铸连轧生产线把厚 70 mm 的连 铸坯热轧至约 2 mm 厚.热轧加热温度范围为 1 180 ～ 1 100 ℃, 750 ℃以上终轧, 700 ℃以下卷取. 选两块热轧板, 对其中一块作 800 ℃以上的退火加 热( 有时也称为常化) 处理.图 1 是薄板坯连铸连轧 生产的取向电工钢铸坯组织 .可以观察到以较细柱 状晶为主的薄板坯连铸组织, 且在表层和中心层存 在少量等轴晶区.采用两次冷轧法在实验室加工薄 板坯连铸取向电工钢, 包括两次冷轧和中间退火后 加工成 0.3 mm 厚的钢板, 随后作脱碳退火和最终 二次再结晶退火 [ 3-5] .检测了冷轧板{110}、{200} 第 31 卷 第 4 期 2009 年 4 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .31 No.4 Apr.2009 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2009.04.017

第4期 安治国等：工业化研制薄板坯连铸连轧取向电工钢的组织和性能 531。 和{112}极图并计算取向分布函数，测量了30mm× 300mm成品试样的磁性能. 2结果分析 热轧板中心层在退火前表现为具有回复特征的 变形组织（图2(），退火后则主要表现为再结晶后 20 mm 的粗晶粒组织（图2(b).冷轧过程中粗晶粒组织内 所产生剪切带内的亚结构容易在后续退火中生成 图1薄板坯连铸连轧生产的取向电工钢铸坯组织（水平为热轧 Goss取向晶粒9，推动最终成品中Gos织构的增 方向) 强.经热轧退火的冷轧脱碳退火板中确实观察到较 Fig.I Casting stnucture of the stee produced by compact strip pro 强的Goss织构（图3），这为最终性能的改善提供了 cessing (the hot rolling direction is horizontal) 条件. (a) 0.1mm 0.1mm 图2热轧板中心层退火前(、后(b)的组织 Fig.2 Microstructures in the center layer of a hot rolled plate before (a)and after (b)hot rol annealing (a) (b) 图3脱碳板的织构.(a)热轧未退火：(b)热轧退火（取向分布函数9产45截面图：虚线：{111）面织构：■G0ss织枸) Fig 3 Textures in decarburized sheets:(a)without hot roll annealing:(b)with hot band anneaing (ODF 45 sections dashed in:(111) textu re:■Goss texture) 最终退火后钢板完成了二次再结晶，晶粒平均 次再结晶晶粒尺寸分布更加均匀（图4(b),并在性 尺寸超过3mm(图④).适当的热轧板退火有利于 能达到国标要求的前提下使钢板磁性能提高一个牌 促进抑制剂数量的增加和进一步均匀分布，导致二 号（表1）

图 1 薄板坯连铸连轧生产的取向电工钢铸坯组织( 水平为热轧 方向) Fig.1 Casting structure of the steel produced by compact strip pro￾cessing ( the hot rolling direction is horizontal) 和{112}极图并计算取向分布函数, 测量了 30 mm × 300 mm 成品试样的磁性能. 2 结果分析 热轧板中心层在退火前表现为具有回复特征的 变形组织( 图 2( a) ) , 退火后则主要表现为再结晶后 的粗晶粒组织( 图 2( b) ) .冷轧过程中粗晶粒组织内 所产生剪切带内的亚结构容易在后续退火中生成 Goss 取向晶粒[ 6] , 推动最终成品中 Goss 织构的增 强 .经热轧退火的冷轧脱碳退火板中确实观察到较 强的 Goss 织构( 图 3) , 这为最终性能的改善提供了 条件. 图 2 热轧板中心层退火前( a) 、后( b) 的组织 Fig.2 Microstructures in the center layer of a hot rolled plat e before ( a) and aft er ( b) hot roll annealing 图 3 脱碳板的织构.( a) 热轧未退火;( b) 热轧退火 ( 取向分布函数 φ2=45°截面图;虚线:{111}面织构;□ Goss 织构) Fig.3 Textures in decarburized sheets:( a) w ithout hot roll annealing ;( b) with hot band annealing (ODF φ2 =45°sections;dashed line :{111} textu re ;□Goss t exture) 最终退火后钢板完成了二次再结晶, 晶粒平均 尺寸超过 3 mm ( 图 4) .适当的热轧板退火有利于 促进抑制剂数量的增加和进一步均匀分布, 导致二 次再结晶晶粒尺寸分布更加均匀( 图 4( b) ) , 并在性 能达到国标要求的前提下使钢板磁性能提高一个牌 号( 表 1) . 第 4 期 安治国等:工业化研制薄板坯连铸连轧取向电工钢的组织和性能 · 531 ·

。532 北京科技大学学报 第31卷 a 10 12 13 5 10 12 13 14 图4成品板的轧面晶粒组织（下端标尺线间隔1mm).(a热轧未退火：(b)热轧退火 Fig 4 Grain structure on the surface of final sheets (underside scale distance I mm):(a)without hot moll annealing;(b)w ith hot roll annealing 参考文献 表1薄板坯连铸连轧生产取向电工钢成品的磁性能 Table 1 Magnetic properties of the steel prepared by compact strip I]Mao W M,Yang P.Definition and development of ecomomical grade grainoriented electrical steels.World Sci-Tec R &D, pmcessing 2006.28(6):23 热轧板 成品铁损，PL/ 成品磁感， 达到的国家 (毛卫民，杨平.经济型取向电工钢的定位与发展。世界科技 状态 (W-kg) ByT 牌号标准 研究与发展，2006.28(6)：23) 未退火 1.4640 1.8075 30Q150 [2 Sun W P.Militzer M,Jonas J J.Strain-induced nucleation of MnS in eectrical steels.Metall Trans A,1992.23:821 退火 1.3940 1.8250 30Q140 [3 Takamiya T,Kurosawa M.Komatsubam M.Effect of hydrogen content in the final anrealing at mosphere on secondary recrystah 3结论 ization of grairoriented Si stee.J Magn Magn Mater.2003. 254/255:334 首次采用工业薄板坯连铸连轧生产设备研制出 [4 Gangli P,Szpunar JA.The role of 5 coincidence boundaries in the grow th sclection of Fe-3%Si.J Mater Process Technol, 取向电工钢，在采用薄板坯连铸连轧特有的低温热 1994.47:167 轧条件下成品磁性能可以达到国标水平.低温热轧 [5 Mao W M.Crystal lography Texture and Anisotropy in Metal. 容易造成钢板内抑制剂粒子数量的减少，不利于钢 Beijing Science Press 2002,118 板的磁性能.适当的热轧板退火有利于促进抑制剂 (毛卫民.金属材料的品体学织构与各向异性.北京：科学出版 社，2002,118) 数量的增加，所获得的粗大热轧板晶粒组织可以增 [6 ParkJ T.Szpunar JA.Evoltion of recrystallization texture in 强G0ss织构，使钢板成品磁性能提高一个牌号. nonoriented electrical stees.Acta Mater,2003,51:3037

图 4 成品板的轧面晶粒组织( 下端标尺线间隔 1 mm) .( a) 热轧未退火;( b) 热轧退火 Fig.4 Grain structure on the surface of final sheets (underside scale distance:1 mm) :( a) without hot roll annealing ;( b) w ith hot roll annealing 表 1 薄板坯连铸连轧生产取向电工钢成品的磁性能 Table 1 Magnetic properties of the steel prepared by compact strip p rocessing 热轧板 状态 成品铁损, P1.7 / ( W·kg -1 ) 成品磁感, B 8/ T 达到的国家 牌号标准 未退火 1.464 0 1.807 5 30Q150 退火 1.394 0 1.825 0 30Q140 3 结论 首次采用工业薄板坯连铸连轧生产设备研制出 取向电工钢, 在采用薄板坯连铸连轧特有的低温热 轧条件下成品磁性能可以达到国标水平 .低温热轧 容易造成钢板内抑制剂粒子数量的减少, 不利于钢 板的磁性能.适当的热轧板退火有利于促进抑制剂 数量的增加, 所获得的粗大热轧板晶粒组织可以增 强Goss 织构, 使钢板成品磁性能提高一个牌号. 参 考 文 献 [ 1] Mao W M, Yang P .Definition and development of economical grade grain-orien ted electrical st eels.World Sci-Tech R &D , 2006, 28( 6) :23 ( 毛卫民, 杨平.经济型取向电工钢的定位与发展.世界科技 研究与发展, 2006, 28( 6) :23) [ 2] Sun W P, Militzer M , Jonas J J.S train-induced nucleation of MnS in electri cal steels.Meta ll Trans A , 1992, 23:821 [ 3] Takamiya T, Kurosawa M , Komatsubara M .Eff ect of hydrogen content in the final annealing atmosphere on secondary recrystal￾liz ation of grain-oriented Si st eel.J Magn Magn Mater, 2003, 254/ 255:334 [ 4] Gangli P, Szpunar J A .The role of ΢5 coincidence boundari es in the grow th selection of Fe-3%Si.J Mater Process Technol, 1994, 47:167 [ 5] Mao W M .Crystallography Texture and Anisotropy in Metal . Beijing:Science Press, 2002, 118 ( 毛卫民.金属材料的晶体学织构与各向异性.北京:科学出版 社, 2002, 118) [ 6] Park J T, Szpunar J A .Evolution of recryst allization texture in nonorient ed electrical steels.Acta Ma ter, 2003, 51:3037 · 532 · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 31 卷