一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法

摘要

一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法，包括：铁水预处理、转炉炼钢、RH精炼、钢水连续浇铸成板坯、热轧、常化酸洗、冷轧、退火、涂层、精整；其中，无取向电工钢的成分重量百分比为：C≤0.003％，Si 2.80～3.60％，Mn 0.15～0.45％，P≤0.04％，Als 0.4～1.2％，S≤0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；所述退火采用连续退火炉，加热段及均热段退火温度控制在860‑1030℃，带钢速度90～130m/min，退火炉入出口带钢单位张力小于2.5N/mm2，退火炉内均热段的带钢单位张力小于1N/mm2。本发明所述无取向硅钢的铁损P15/50≤2.5W/kg，磁感B50≥1.65T，磁感B100≥1.76T，铁损P15/50各向异性≤8％，P10/50C≤1.12W/kg。

权利要求

1.一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法，包括：铁水预处理、转炉炼钢、RH精炼、钢水连续浇铸成板坯、热轧、常化酸洗、冷轧、退火、涂层、精整；其特征是，其中，所述无取向硅钢的化学成分重量百分比为：C≤0.003％，Si 2.80～3.60％，Mn 0.15～

0.45％，P≤0.04％，Als 0.4～1.2％，S≤0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；

所述退火采用连续退火炉，包括加热段、均热段、冷却段；加热段及均热段的退火温度2

控制在860～1030℃，带钢速度90～130m/min，退火炉入出口的带钢单位张力小于3N/mm ，2

退火炉内均热段的带钢单位张力小于1.5N/mm ；退火炉内气氛为N2和H2混合气，其中H2浓度控制在20～50％体积比，炉内露点控制在‑20℃以下；

获得的无取向硅钢的铁损P15/50≤2.5W/kg，磁感B50≥1.65T，磁感B100≥1.76T，铁损P15/50各向异性≤8％，P10/50C≤1.12W/kg。

2.如权利要求1所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，所述退火炉入出口的带钢单位2

张力小于2N/mm。

3.如权利要求1或2所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，所述退火炉内的带钢单位2

张力小于1.5N/mm。

4.如权利要求1所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，所述杂质中N≤0.003wt％，Ti≤0.003wt％。

5.如权利要求1所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，所述涂层采用的涂料成分质量百分比为：二氧化钛10～30％、硫酸钡10～30％、硅溶胶1～5％、钛酸酯偶联剂0.5～5％、有机溶剂2％‑6％、其他助剂0.1～0.5％，其余为水。

6.如权利要求1所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，所述涂层工艺采用两辊或三辊式涂层机，将漆膜涂覆在带钢两表面，漆膜厚度通过调整涂覆辊、取液辊与带钢周速比及涂覆辊与取液辊压力进行调整，涂覆辊周速比控制在0.4‑0.9，取液辊周速比为0.15‑0.6，涂覆辊与取液辊压力为0.35‑0.7MPa，带钢表面涂覆漆膜在250‑350℃的烘烤温度下行干燥固化成膜。

7.如权利要求1所述的无取向硅钢生产方法，其特征是，带钢涂层后卷成钢卷，卷取张2

力为15～25N/mm，卷取张力锥度系数要求1.1‑1.5。

说明书

一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无取向硅钢生产技术，尤其涉及一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法。

背景技术

[0002] 顶级高牌号无取向硅钢是制造变频电机、驱动电机、尤其是大型发电机的重要铁芯软磁材料。在磁化过程中受基体原子排列、轨道耦合等因素影响，硅钢片磁通密度在不同方向表现出强度差异，大型叠片式定转子电机为防止铁芯磁场密度不均匀带来电机转动的不平衡，要求硅钢片具有较低铁损的同时，还要求纵、横向铁损性能差异小即各向异性小。由于无取向硅钢在生产过程中会不可避免地出现轧制织构，具有易磁化能力的{100}{110}面织构很难均匀分布，总是存在铁损和磁感应强度的各向异性。

[0003] 在高牌号电工钢产品生产过程中，随着Si含量的增加，柱状晶粗大且比例增加，晶间偏聚残余元素及有害元素及其化合物，在随后的热轧、冷轧过程中形成粗大条带状组织，成品沿轧制方向电磁性能优于横向，牌号越高，磁各性异性增大。

[0004] 目前已有技术中，如中国专利号CN201410386178.4公开的“低磁各向异性无取向硅钢板及其制备工艺”，其主要采用控制主体合金含量，同时再添加合适的微量元素Mo、Cr和Ce，以此来降低无取向硅钢磁化时的磁各向异性常数，降低磁各向异性；此技术通过添加其他元素来实现降低磁各向异性的目的会增加生产成本。

[0005] 中国专利号CN201610562185.4公开的“一种改进电工钢产品电磁性能各向异性的生产方法”，其主要通过控制退火时带钢延伸率及升温速度来实现改善磁各向异性的目的；但主要是针对中高牌号无取向硅钢硅有效，对硅含量大于2.90％的无取向硅钢效果不明显。

[0006] 中国专利号CN201810081918.1公开了“一种薄带连铸低磁各向异性无取向硅钢的制备方法”，其主要采用薄带连铸技术，控制热轧压下率等工艺，同时添加Sn等元素，达到生产低磁各向异性无取向硅钢的目的；此发明适用于硅含量小于2.0％的无取向硅钢，采用薄带连铸技术，工艺技术先进但不适用常规设备的大生产过程。

[0007] 对于无取向硅钢而言，厚度越厚，其磁性能及各向异性就会越差、铁损也会越高，通过查询对比应用在大型水力发电设备常用的无取向硅钢的厚度为0.5mm，而对于此厚度的无取向硅钢的制备，现有技术中还没有有效的方法在保持优异的磁性能和较低的铁损的情况下，更好地控制其铁损各向异性。

[0008] 国标《GB/T2521.1‑2016全工艺冷轧电工钢第1部分：晶粒无取向钢带(片)》中规定了磁各向异性的表征方法为并要求高牌号无取向硅钢各向异性≤17％。目前市场上广泛使用的高牌号无取向硅钢各向异性为12～13％，P10/50C性能(即在1特斯拉磁50赫兹磁场强度下，硅钢片横向的铁损)在1.15W/kg以上，无法满足三峡等大型水电核电用高牌号无取向电工钢性能要求。

发明内容

[0009] 本发明的目的在于提供一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法，获得的无取向硅钢其超低各向异性特别是P10/50C性能优良；其铁损P15/50≤2.50W/kg，磁感B50≥1.65T，磁感B100≥1.76T，铁损P15/50各向异性≤8％，P10/50C≤1.12W/kg。

[0010] 为达到上述目的，本发明的技术方案是：

[0011] 一种用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法，包括：铁水预处理、转炉炼钢、RH精炼、钢水连续浇铸成板坯、热轧、常化酸洗、冷轧、退火、涂层、精整；其中，[0012] 所述无取向电工钢的化学成分重量百分比为：C≤0.003％，Si 2.80～3.60％，Mn 0.15～0.45％，P≤0.04％，Als 0.4～1.2％，S≤0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；

[0013] 所述退火采用连续退火炉，包括加热段、均热段、冷却段；加热段及均热段的退火温度控制在860～1030℃，带钢速度90～130m/min，退火炉入出口的带钢单位张力小于3N/2 2
mm ，退火炉内均热段的带钢单位张力小于1.5N/mm ；退火炉内气氛为N2和H2混合气，其中H2浓度控制在20～50％体积比，炉内露点控制在‑20℃以下；

[0014] 获得的无取向硅钢的铁损P15/50≤2.5W/kg，磁感B50≥1.65T，磁感B100≥1.76T，铁损P15/50各向异性≤8％，P10/50C≤1.12W/kg。

[0015] 优选的，所述退火炉入出口的带钢单位张力小于2N/mm2。

[0016] 优选的，所述退火炉内的带钢单位张力小于1N/mm2。

[0017] 优选的，所述杂质中N≤0.003wt％，Ti≤0.003wt％。

[0018] 优选的，所述涂层采用的涂料成分质量百分比为：二氧化钛10～30％、硫酸钡10～30％、硅溶胶1～5％、钛酸酯偶联剂0.5～5％、有机溶剂2％‑6％、其他助剂0.1～0.5％，其余为水。

[0019] 优选的，所述涂层工艺为采用两辊或三辊式涂层机，将漆膜涂覆在带钢两表面，漆膜厚度通过调整涂覆辊、取液辊与带钢周速比及涂覆辊与取液辊压力进行调整，涂覆辊周速比控制在0.4‑0.9，取液辊周速比为0.15‑0.6，涂覆辊与取液辊压力为0.35‑0.7MPa，带钢表面涂覆漆膜在250‑350℃的烘烤温度下行干燥固化成膜。

[0020] 优选的，涂层后卷成钢卷，卷取张力为15～25N/mm2，卷取张力锥度系数要求1.1‑1.5。

[0021] 本发明所述无取向硅钢产品性能的主要控制点在连续退火生产过程，连续再结晶退火是无取向硅钢提高电磁性能、改善磁各向异性的重要工艺手段之一。

[0022] 本发明退火采用连续退火炉，为实现炉内小张力的控制，首先必须要知道炉内各段的实际张力。从炉子入出口的张力差异表明，带钢在炉内炉辊传输后张力发生了变化。所用连续退火炉为卧式炉，炉内带钢张力对带钢的电磁性能影响很大，炉内张力影响材料在高温退火过程中应力释放及晶粒生长取向，造成带钢横向磁性变差，导致各向异性增大。当然，炉内张力过小也会影响带钢板型改善以及造成带钢炉内跑偏造成擦边断带等影响通板的情况发生。卧式炉的张力测量是通过装在炉子入口和出口的测张仪获得，而实际炉子内部的张力由于没有测量手段而无法知道。目前通常以炉子入出口的张力来代表炉段的张力情况。但由于一般卧式炉的炉子长度都很长，每隔一段距离就分布着一根炉辊，整个炉段的炉辊数量有几百根。这几百根炉辊的线速度很难与带钢保持同步，主要原因有两个：

[0023] 1、炉辊辊径变化引起；炉辊随着生产时间的延长，辊径在不断磨损变小(炉辊材质为了承受高温一般为碳，很容易磨损)；

[0024] 2、由于炉内不同区域的带钢温度不同，受热涨冷缩影响很大，其带钢速度在不同的区域差异很大。由于炉辊速度与带钢速度无法实现同步，造成了炉辊与带钢之间产生作用力，从而使带钢在炉内的张力和炉子入出口的张力差异很大。由于炉内张力的变化，使产品的性能波动也很大。

[0025] 影响无取向硅钢磁性能的主要因素是化学成分、晶体织构和晶粒尺寸。再结晶退火是无取向电工钢生产的必要环节，是决定磁性能的重要工序。再结晶退火促使冷轧带钢通过再结晶消除因冷轧产生的应变和促进晶粒长大，再结晶退火工艺包括温度制度、退火时间、炉内张力、炉内气氛，再结晶退火张力控制是确保良好磁各向异性的重要手段。

[0026] 任何物体都有热涨冷缩的现象，且随着温度的增加，钢的线涨系数也在增加，当温度达到1000℃时，带钢的伸长量大于为1.5％，即在退火炉均热段，带钢的速度比炉子入口的速度快了超过1.5％，而由于炉辊的设定速度是按炉子入口的速度设定，则其线速度要比带钢慢1.5％，会出现带钢拉着炉辊转的情况。即炉辊对带钢有反向的作用力，由于退火炉有几百根辊子，在不断的累积作用下，从而使炉内的张力不断升高，实际退火炉内张力远大于退火炉入出口张力。因此炉辊的实际负荷对炉内带钢张力影响很大，尤其是均热段，退火炉内张力急剧上升，炉内张力过大造成各向异性指标超标的根本原因。带钢在高温情况下的张力对带钢的各向异性影响很大，随着张力的增加，各向异性值也随之增加。因此尽量降低均热段的张力是减少各向异性值的有效措施。

[0027] 造成带钢各向异性较大主要原因是炉子均热段的张力过大，而造成张力过大的原因是炉温过高造成的炉辊和带钢速度的不同步，所以单纯调节炉子入出口的张力无法保证炉子均热段的张力。所以根据炉辊所在区域对炉辊转速进行控制，使其线速度接近带钢的实际速度，使带钢在均热段所受张力尽可能小。

[0028] 退火炉内张力控制与炉内温度分布密切相关，随着带钢温度的升高通过张力控制使带钢实际张力减小，带钢运行到均热段时带钢张力最小，带钢到冷却段时张力增大。本发明通过均热段小张力控制更有利于再结晶退火时晶粒的横向生长，使得晶粒纵向横向尺寸更加均匀，从而改善各向异性。

[0029] 本发明所述涂层涂覆工艺中，所述涂料成分质量百分比为：二氧化钛10～30％、硫酸钡10～30％、硅溶胶1～5％、钛酸酯偶联剂0.5～5％、有机溶剂2％‑6％、其他助剂0.1～0.5％，其余为水。使用时需将原液和一定量的水调配成粘度(40‑60S涂4杯)液体。

[0030] 所述涂层涂覆工艺采用两辊或三辊式涂层机，将漆膜涂覆在带钢两表面，漆膜厚度通过调整涂覆辊、取液辊与带钢周速比及涂覆辊与取液辊压力进行调整，涂覆辊周速比控制在(0.4‑0.9)，取液辊周速比(0.15‑0.6)，涂覆辊与取液辊压力(0.35‑0.7MPa)，带钢表面涂覆漆膜在250‑350℃的烘烤温度下行干燥固化成膜。其优点在于该涂层为不含铬酸盐的环保涂层，耐高温加工可到850℃，漆膜铅笔硬度可达到8H以上。

[0031] 本发明的有益效果：

[0032] 在原有张力控制模式下，即使退火炉入出口带钢张力为2N/mm2，退火炉内带钢单2
位张力一般大于3N/mm ，由于带钢的热胀冷缩，在均热段带钢伸长，带钢的速度要大于炉辊速度，即炉辊对带钢有反向的作用力，在不断的累积作用下，从而使炉内的张力不断升高，实际退火炉内张力远大于退火炉入出口张力，不利于各项异性的改善。

[0033] 本发明通过小张力控制技术及退火炉入出口及退火炉内均热段的带钢单位张力的控制，消除了带钢在均热段炉辊对带钢反向作用力的影响，保证了带钢在退火过程高温区小张力控制，带钢在再结晶退火过程中轧制应力更好的释放，晶粒生长充分，提高了材料的横向性能，降低了各项异性。

具体实施方式

[0034] 下面结合实施例对本发明做进一步说明。

[0035] 本发明所述的用于特大型发电机超低各向异性的无取向硅钢生产方法，包括：铁水预处理、转炉炼钢、RH精炼、钢水连续浇铸成板坯、热轧、常化酸洗、冷轧、退火、涂层、精整；其中，

[0036] 所述无取向电工钢的化学成分重量百分比为：C≤0.003％，Si 2.80～3.60％，Mn 0.15～0.45％，P≤0.04％，Als 0.4～1.2％，S≤0.002％，其余为Fe及其它不可避免的杂质；

[0037] 所述退火采用连续退火炉，包括加热段、均热段、冷却段；加热段及均热段的退火温度控制在860～1030℃，带钢速度90～130m/min，退火炉入出口的带钢单位张力小于3N/2 2
mm ，退火炉内均热段的带钢单位张力小于1.5N/mm ；退火炉内气氛为N2和H2混合气，其中H2浓度控制在20～50％体积比，炉内露点控制在‑20℃以下；

[0038] 获得的无取向硅钢的铁损P15/50≤2.5W/kg，磁感B50≥1.65T，磁感B100≥1.76T，铁损P15/50各向异性≤8％，P10/50C≤1.12W/kg。

[0039] 优选的，所述退火炉入出口的带钢单位张力小于2N/mm2。

[0040] 优选的，所述退火炉内的带钢单位张力小于1.5N/mm2。

[0041] 优选的，所述杂质中N≤0.003wt％，Ti≤0.003wt％。

[0042] 本发明所述涂层采用的涂料成分质量百分比为：二氧化钛10～30％、硫酸钡10～30％、硅溶胶1～5％、钛酸酯偶联剂0.5～5％、有机溶剂2％‑6％、其他助剂0.1～0.5％，其余为水。

[0043] 所述涂层工艺采用两辊或三辊式涂层机，将漆膜涂覆在带钢两表面，漆膜厚度通过调整涂覆辊、取液辊与带钢周速比及涂覆辊与取液辊压力进行调整，涂覆辊周速比控制在0.4‑0.9，取液辊周速比为0.15‑0.6，涂覆辊与取液辊压力为0.35‑0.7MPa，带钢表面涂覆漆膜在250‑350℃的烘烤温度下行干燥固化成膜。

[0044] 带钢涂层后卷成钢卷，卷取张力为15～25N/mm2，卷取张力锥度系数要求1.1‑1.5。

[0045] 本发明所述特大型发电机电工钢成分实施例参见表1，生产工艺参数参见表2，所述特大型发电机电工钢性能参数参见表3。

[0046] 表1单位：重量百分比

[0047]   C Si Mn P S Als N Ti实施例1 0.0013 3.51 0.18 0.015 0.0015 0.45 0.0006 0.0001
实施例2 0.0020 3.35 0.25 0.018 0.0010 0.64 0.0008 0.0002
实施例3 0.0018 3.14 0.31 0.020 0.0008 0.58 0.0012 0.0004
实施例4 0.0023 3.05 0.23 0.027 0.0007 0.73 0.0009 0.0008
实施例5 0.0015 2.94 0.43 0.033 0.0006 0.81 0.0008 0.0011
实施例6 0.0025 2.83 0.41 0.038 0.0005 1.10 0.0015 0.0005

[0048] 表2

[0049]

[0050] 表3

[0051]

[0052]

[0053] 随着用户要求的提高，无取向高牌号的高端产品的需求量日益增加，而生产这种高端产品的一个重要指标为磁各向异性，尤其是对P10/50C性能要求极高。影响磁性能的主要因素有成分生产工艺等因素，而影响磁各向异性的关键因素为退火炉内的张力。要达到良好的各向异性性能和P10/50C性能生产时需要退火炉内微张力控制。目前所有钢厂均无法做到炉内的微张力生产，所以此钢种的各向异性指标和P10/50C性能很难达到要求。

[0054] 本发明方法生产的特大型发电机电工钢片，满足了国内大型发电机的需求，解决无取向高牌号的高端产品生产制约，已经通过国内外多家电机厂质量认证，可应用于100万千瓦级核电，水电大型发电机，并且已经应用于国家重点工程三峡电站、二滩电站等大型水电项目打破了国外垄断，填补了国内空白，对中国的电力安全具有重要的战略意义。