薄板坯半工艺无取向硅钢研制---2011.3.27

朱涛裴陈新董梅沈昶

（马鞍山钢铁股份有限公司，马鞍山243000）

摘要通过BOF-RH-LF-CSP-一次冷轧-罩式退火-二次冷轧流程，成功开发了半工艺冷轧无取向电工钢50WB560并实现了批量化生产。结果表明：（1）研制的50WB560磁性性能可达到铁损P1.5/50=3.2W/kg；磁感B50=1.72T；（2）产品板形和表面质量良好，能够满足下游电机和电器行业制作高效电机的要求。

关键词TSCR CSP 无取向电工钢半工艺产品开发磁性性能

D evelopment of Semi-processed Non-oriented Electrical

Steel in TSCR Line

Zhu Tao Pei Chenxin Dong Mei Shen Chang

（Maanshan Iron & Steel Co.,Ltd., Maanshan, 243000）

Abstract The semi-processed non-oriented electrical steel 50WB560 was developed successfully and produced in batch by BOF steel-making, RH degassing, ladle furnace （LF）refining, Thin-slab continuous casting and rolling （TSCR）, the first cold-rolling, batch-annealing and the second cold-rolling process. The results indicated which the Magnetic properties of 50WB560, such as iron-lose （P1.5/50）can meet to 3.2W/kg; magnetic induction （B50）can meet to 1.72T, and the better shape and surface qualities were acquired. The product can be used in manufacture of high-efficiency motor widely.

Key words TSCR, CSP, non-oriented electrical steel, semi-processed, product development, magnetic property

1 引言

随着钢铁行业对节能降耗及降低生产成本等方面需求的不断提高，国内外以CSP为代表的薄板坯连铸连轧（以下简称“TSCR”）工艺得到了长足的发展。在TSCR工艺开发和应用初期，一般主要将其产品定义为普通结构用材，利用TSCR低的制造成本获得竞争优势。随着人们对新工艺认识的不断深入，近年来国内外在利用TSCR流程开发新产品方面做了大量工作，以超细晶粒高强度钢、无取向电工钢、超低碳无间隙原子（ULC-IF）钢为代表的新产品在薄板坯连铸连轧生产线上试制成功并实现批量化生产[1]，取向电工钢也在研究探索之中[2][3]，标志着钢铁行业以短流程为代表的技术进步取得了突破性进展。

在TSCR流程成功开发的众多新产品中，采用二次冷轧法的半工艺无取向冷轧电工钢具有优良的磁性性能，在世界范围尤其是欧美国家的电机和电器行业得到了广泛应用。自20世纪60年代后期以来，各国冶金工作者在半工艺电工钢领域做了大量研究工作[4]。但到目前为止，基于TSCR流程生产半工艺电工钢的系统研究工作在国内尚属空白。马鞍山钢铁股份有限公司（以下简称“马钢”）利用其CSP生产系统，成功开发了50WB560半工艺电工钢并实现了批量生产。

2 试验设计

2.1 工艺路线

为了满足CSP流程生产电工钢的磁性性能达到设计要求，马钢半工艺电工钢50WB560生产工艺路线最2007中国钢铁年会论文集

终确定为：铁水预处理-转炉冶炼-吹氩-RH真空处理-LF精炼-CSP连铸连轧-酸洗-冷轧-退火-二次冷轧。

2.2化学成分设计

由于国内电机和电器制造行业一般要求无取向电工钢中C≤200ppm、N≤80ppm，同时考虑TSCR工艺对于钢水纯净度及连铸安全性的要求（如钢水中S最好控制在50ppm以下），故设计的试验钢成分控制范围如表1所示。

表1CSP生产50WB560成分设计（%）

Tab.1 The steel-grade design of semi-processed electrical steel 50WB560 in CSP line（%）牌号 C Si Mn P S

50WB560 ≤0.02 ≤1.00 0.10~0.40 ≤0.015 ≤0.005

2.3 冶炼和精炼

为保证半工艺无取向冷轧电工钢的钢水成分满足设计要求，采用了RH+LF的双联工艺。该工艺的核心是首先利用RH真空脱气装置将钢水中C脱到15ppm以下；然后在LF精炼炉采取特殊的处理工艺，以降低钢水中S含量为核心，解决电工钢钢水纯净度的问题。电工钢钢水在LF出站时一般S应小于50ppm。

2.4 CSP连铸连轧

CSP连铸工艺的核心是控制钢水从大包-中包-结晶器过程中的增C和增N，因此试验采用了专门的中包覆盖剂和专用的超低C钢结晶器保护渣。铸坯尺寸为70×1200～1275mm，连铸拉速控制在3.8～4.2m/min 左右；为防止大包下渣影响钢水纯净度，投用了自动下渣检测系统。另外，根据电工钢特点，为满足薄板坯连铸浇注电工钢的需要，对结晶器振动曲线和二冷段水量也进行了相应调整。

热轧工艺的核心是采用合理的温度制度和压下制度。为保证电工钢成品得到粗化的晶粒，适当降低了薄板坯均热温度。热轧压下制度设计应同时解决带钢板形控制和晶粒粗化两方面的问题，故在轧制的前3～4道次将压下率控制在设备允许的最大范围，同时实现厚度减薄，6～7道次采用小压下率以调整板形和诱导晶粒粗化。为使轧后相变形成的细小铁素体晶粒有充足的长大时间，轧后冷却应采取后段冷却模式。

2.5 酸洗—冷轧

一般而言，CSP产品表面氧化铁皮细小致密，且容易产生Silver缺陷，因此应适当降低酸洗速度，确保带钢表面质量控制良好。冷轧的关键是采取足够大的总压下率，一般应大于74%～80%。在大压下率冷轧时，如轧制负荷相对较大，板形控制较为困难时，可适当降低轧制速度。

2.6再结晶退火与二次冷轧

在罩式炉中进行再结晶退火，退火温度控制在700～750℃，并适当延长保温时间。半工艺电工钢在罩式退火过程中，易发生边沿法兰缺陷[5]，可在加热和冷却过程中采用特殊的调整手段加以解决。

二次冷轧压下率按照2%～10%控制，同时采用特定粗糙度范围的轧辊，在保证得到有利于后续加工的材料硬度和带钢粗糙度的同时，满足电工钢在消除应力退火后得到粗大的铁素体晶粒的要求。

2.7 消除应力退火

二次冷轧后的电工钢按照产品标准对于磁性测量的要求，制备尺寸为30×300mm的试样，并进行消除应力退火。消除应力退火工艺为：退火温度790℃，保温2小时；采用20%H2+80%N2的保护气氛，露点控制在35℃左右。

2.8 性能检测

磁性测量在型号为NIM2000E电工钢交流磁性测量系统上进行，采用艾泼斯坦方圈测量法，主要检测

薄板坯连铸连轧工艺半工艺无取向电工钢研制

铁损P 1.5/50、磁感应强度B 50；其他检测主要包括电工钢显微硬度HV 5、粗糙度、屈服强度、抗拉强度和延伸率等指标。

3 试验结果分析

3.1 钢的化学成分

冶炼的电工钢的典型成分如表2所示。

表2 半工艺电工钢50WB560的典型成分（%） Tab.2 The typical chemical composition of semi -processed electrical steel 50WB560（%）

钢 种

C Si Mn P S Als N/ppm 50WB560 0.0024 0.85 0.35 0.012 0.0008 0.24 38

3.2 半工艺电工钢组织

半工艺电工钢50WB560在热轧—一次冷轧—再结晶退火—二次冷轧—消除应力退火等生产过程中，组织基本为铁素体，不同工序仅是晶粒大小和分布存在差异。热轧态的晶粒度为5~6级，再结晶退火后的晶粒度也为7~8级，消除应力退火后的晶粒度为-1~2级。50WB560不同阶段的组织照片如图1～图4所示，热轧晶粒尺寸与再结晶退火后晶粒尺寸的对应关系如图5所示。

图1 50WB560热轧组织 图2 50WB560冷轧组织

Fig.1 Hot -rolled structure of 50WB560 Fig.2 Cold -rolled structure of 50WB560

图3 50WB560再结晶退火组织 图4 50WB560消除应力退火后组织 Fig.3 Re -crystallizing （batch -annealing ） Fig.4 The second -annealing structure of 50WB560

structure of 50WB560

从图5可以看出：半工艺电工钢再结晶退火后的晶粒度与热轧态的晶粒度密切相关，随着热轧晶粒尺寸增加，再结晶退火后晶粒变细。

图5 50WB560热轧晶粒尺寸和再结晶晶粒尺寸的关系

Fig.5 Relationship between hot-rolled grain size and re-crystallizing grain size

3.3 半工艺电工钢的磁性性能

半工艺电工钢50WB560在消除应力退火后的磁性如表3所示。

表3电工钢50WB560的典型磁性性能

Tab.3 The typical magnetoelectric property of semi-processed electrical steel 50WB560

牌号密度/kg·dm-3铁损P1.5/50/W·kg-1磁感B50/T

50WB560 7.80 3.258 1.725 由表3可见：50WB560在得到较低铁损的同时，同时磁感应强度也较高，可以认为，设计的半工艺无取向冷轧电工钢获得了铁损和磁感的良好配合。

3.4 半工艺电工钢的其它性能

半工艺电工钢50WB560在二次冷轧后的力学性能如表4所示。

表4半工艺电工钢在二次冷轧后的力学性能

Tab.4 The mechanical property of 50WB560 （after the second cold-rolling）

牌号屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 延伸率/% 显微硬度/HV5

50WB560 290~350 380~430 25~34 140~160

在板形控制方面，对经过二次冷轧后的电工钢取样进行测量，结果表明：半工艺电工钢板凸度控制在3～5μm内，不平度控制在1.2%以内，总体板形控制良好，但也存在少部分边浪和起筋缺陷（约3%左右）。对批量生产的5500吨电工钢进行了表面质量检测结果表明：因点线状夹杂、压痕等缺陷带来的降级比例在2.2%以下。

4 讨论

4.1 TSCR流程生产的半工艺电工钢的晶粒特点

一般而言，在电工钢的磁性指标中，铁损与产品的晶粒大小密切相关，晶粒大铁损低。在TSCR流程生产半工艺电工钢过程中，采用二次临界冷轧的方式，在消除应力退火过程中成功实现了再结晶晶粒的粗大化，达到了降低铁损的目的。

4.2半工艺电工钢磁性与钢中S含量的关系

研究表明：在常规流程生产中，由于钢中夹杂物阻碍电工钢退火过程中的晶粒长大，电工钢铁损随钢中薄板坯连铸连轧工艺半工艺无取向电工钢研制

硫含量降低而下降。因此通常采用降低电工钢的硫含量、减少钢中夹杂物的方法来提高电工钢磁性性能。

采用CSP流程生产的半工艺电工钢，钢中硫含量与电工钢铁损的对应关系如图6所示。

图6 半工艺电工钢铁损（P1.5/50）与钢中S含量的对应关系

Fig.6 The relationship between magnetic losses and S-content of semi-processed electrical steel 50WB560 从图6可以看出：采用CSP流程生产的半工艺电工钢，在钢中S含量5~40ppm范围内时，铁损与钢中S含量没有明确对应关系。而在常规流程生产中，随钢中S含量降低，电工钢铁损上升。不同流程间存在明显差异。分析认为，这主要是CSP流程的板坯薄、均热温度低、并采用直接热轧，热轧原料组织粗化，导致冷轧和退火后得到更加粗大的晶粒，降低了铁损，从而削弱了钢中S含量对铁损的影响。

4.3 热轧卷取温度对半工艺电工钢50WB560性能的影响

在冷轧电工钢生产过程中，一般采用热轧板常化或预退火能够明显提高电工钢磁感应强度，且采用高温卷取也能取得常化或预退火相似的效果。

在CSP流程生产的半工艺电工钢中，热轧卷取温度对磁感应强度的影响如图7和图8所示。

图7 卷取温度为680℃时的磁感分布图8 卷取温度为720℃时的磁感分布Fig.7 The B50 distribution Fig.8 The B50 distribution

（coiling temperature : 680℃）（coiling temperature : 720℃）由图7和图8可见：对于CSP生产半工艺电工钢，采用高温卷取时，磁感应强度分布较为分散，平均值比低温卷取时略低，这与传统流程的研究结论存在差异[6]。

经CSP工艺试制的合格半工艺电工钢50WB560已发往下游的电机厂，用户试用表明：马钢开发的半工艺电工钢50WB560具有优良的磁性性能和冲片性能，板形和表面质量良好，能够满足用户制造高效电机的要求。

2007中国钢铁年会论文集

5 结论

经过以上研制，可得出如下结论：

（1）马钢设计的半工艺电工钢生产工艺路线合理，利用RH＋LF双联工艺可以批量生产合格的满足CSP 薄板坯连铸需求的电工钢钢水。

（2）优化CSP连铸连轧工艺的温度制度，并与热轧压下制度相配合，有利于获得粗大的电工钢晶粒。

（3）通过二次冷轧法和优化再结晶退火工艺，50WB560在消除应力退火后，铁损P1.5/50可达到3.20W/kg；磁感应强度B50可达到1.72T，获得了极佳的铁损和磁感应强度配合。

（4）马钢批量生产的50WB560半工艺电工钢已经应用于电机和电器行业的高效电机生产中。

参考文献

1 田乃媛编著.薄板坯连铸连轧.北京：冶金工业出版社，2004

2 Fortunati, et al.United States Patent 6, 296, 719，2001

3 毛卫民等. 低牌号取向电工钢板的制造方法.CN200510126282.0

4 何忠志，电工钢.北京：冶金工业出版社，1996，p.278~300

5 傅作宝.冷轧薄钢板生产. 北京：冶金工业出版社，2005，p.281

6 何忠治，电工钢. 北京：冶金工业出版社，1996，p.317