本發(fā)明涉及一種取向硅鋼及生產(chǎn)方法，具體屬于一種利用激光工藝制備無(wú)硅酸鎂底層高磁感取向硅鋼及方法。

背景技術(shù)：

1、取向硅鋼主要用作變壓器鐵芯，是各類(lèi)輸變電變壓器的“心臟”材料，是電力、電子工業(yè)中不可或缺的重要軟磁合金，取向硅鋼質(zhì)量等級(jí)對(duì)國(guó)家電力行業(yè)的發(fā)展起著決定性作用。取向硅鋼由于制造工藝最復(fù)雜、技術(shù)含量高、附加值高，被看作是鋼鐵制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志。取向硅鋼按制造工藝和磁感大小可分為普通取向硅鋼和(cgo)和高磁鋼取向硅鋼(hib)。普通取向硅鋼典型的是以俄羅斯上依謝特及新利佩茨克廠等開(kāi)發(fā)的以cu2s作為主要抑制劑的取向硅鋼。高磁感取向硅鋼典型的是新日鐵采用一次大壓下率冷軋法，以aln為主，mns為輔助抑制劑，首次生產(chǎn)出更高磁感和更低鐵損的高磁感取向硅鋼(hib)。后新日鐵八幡廠又首先提出，不利用脫碳退火前析出aln作抑制劑，即不采用“固有抑制劑”，而在脫碳退火后進(jìn)行滲氮處理，使n與鋼中als形成的抑制劑，即依靠后工序獲得的抑制劑，這可使鑄坯加熱溫度降到1150～1200℃。節(jié)能環(huán)保已成為當(dāng)今的一種全球化趨勢(shì)，同時(shí)伴隨中國(guó)大規(guī)模的電力建設(shè)，國(guó)內(nèi)取向硅鋼需求量越來(lái)越大，存在巨大市場(chǎng)空間，因此對(duì)高性能取向硅鋼的開(kāi)發(fā)越來(lái)越迫切，而更高磁感、更低鐵損一直都是取向硅鋼生產(chǎn)的追求和目標(biāo)。

2、國(guó)內(nèi)外風(fēng)電電機(jī)及火電、核電電機(jī)大部分采用高牌號(hào)無(wú)取向硅鋼，但近年隨著電機(jī)行業(yè)的高速發(fā)展，為進(jìn)一步提高電機(jī)的效率，部分用戶已改進(jìn)設(shè)計(jì)，選用高磁極化強(qiáng)度的取向硅鋼用作鐵芯主材或其它部件。同時(shí)，除滿足優(yōu)異的電磁性能外，為滿足沖片加工的要求，要求用作大型電機(jī)的取向硅鋼鋼板表面無(wú)硅酸鎂底層，但用作鐵芯主材時(shí)仍需涂敷絕緣隔離涂層來(lái)滿足絕緣性、附著性、低表面硬度等，而用作其它部件則需鋼板表面完全無(wú)硅酸鎂底層，以保證優(yōu)良的焊接性能。同時(shí)，不涂敷絕緣涂層的無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼成品可以用作制備0.03～0.10mm厚度取向硅鋼極薄帶的母材。

3、經(jīng)檢索：

4、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮閏n109112395a的文獻(xiàn)，公開(kāi)了《一種無(wú)底層取向超薄帶母材及其制備方法》，母材原料成分為c0.035～0.075％，si2.8％～3.4％，cu0.20～0.45％，sn0.1～0.2％，als0.02％～0.03％，s0.015～0.03％，mn0.04～0.08％，n0.005～0.01％，sb0.03～0.09％，余量為fe，制備方法包括連鑄、熱軋、?；⑺嵯?、冷軋、脫碳退火、涂覆隔離層(al2o3、sio2等)、高溫退火等以獲得可不經(jīng)酸洗，直接可用于取向硅鋼超薄帶制備的無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼母材。該文獻(xiàn)雖可獲得不形成硅酸鎂底層的取向硅鋼，但由于隔離涂層種含al2o3、sio2等(破壞硅酸鎂底層形成)，高溫退火過(guò)程中抑制劑不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致成品磁性能不穩(wěn)定，且難以獲得全板面光潔的無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼。

5、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮閏n113215374a的文獻(xiàn)，公開(kāi)了《一種無(wú)底層取向硅鋼的制備方法》，其包括熱軋坯料酸洗、冷軋、脫碳退火、涂覆隔離劑、高溫退火、拉伸熱平整、激光去除硅酸鎂底層、去應(yīng)力退火等生產(chǎn)步驟。該發(fā)明利用激光辦法制備無(wú)底層取向硅鋼，代替了傳統(tǒng)用酸去除或mgo涂液中添加特殊添加劑(al2o3、sio2等)來(lái)達(dá)到去除硅酸鎂底層的效果，制備的取向硅鋼帶材表面光亮，不含硅酸鎂底層。但該發(fā)明未公布所制備的無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼帶材的制造成分及電磁性能(僅有以此無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼作為母材制備的0.03～0.10mm厚度取向硅鋼極薄帶的電磁性能)，且在激光去除硅酸鎂底層后需增加去應(yīng)力退火工序，去應(yīng)力退火的保護(hù)氣氛需加熱到600～800℃，保護(hù)氣氛為體積比為1～3：1的氫氣和氮?dú)饣旌蠚?，流量?～10nm3/h，退火保溫時(shí)間1～10h，增加了制備工序(及相關(guān)裝備)，顯著增加了無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼的制造成本。

6、由此可見(jiàn)，上述文獻(xiàn)cn109112395a等通過(guò)取向硅鋼制備過(guò)程涂覆mgo涂液工序中，mgo涂液中添加特殊添加劑(al2o3、sio2等)來(lái)達(dá)到去除硅酸鎂底層的效果，但此類(lèi)傳統(tǒng)無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼制備工藝會(huì)造成高溫退火過(guò)程中抑制劑不穩(wěn)定，導(dǎo)致取向硅鋼成品磁性能不穩(wěn)定，且難以獲得全板面光潔的無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼(不能滿足大型電機(jī)部分組件表面完全無(wú)硅酸鎂底層、優(yōu)良焊接性的要求)；另一類(lèi)文獻(xiàn)cn113215374a等通過(guò)激光辦法制備無(wú)底層取向硅鋼，代替了傳統(tǒng)方法去除取向硅鋼硅酸鎂底層，但該發(fā)明未公布無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼帶材的電磁性能，且在激光去除硅酸鎂底層后需增加去應(yīng)力退火工序(去應(yīng)力退火的保護(hù)氣氛需加熱到600～800℃，保護(hù)氣氛為體積比為1～3：1的氫氣和氮?dú)饣旌蠚?，流量?～10nm3/h，退火保溫時(shí)間1～10h)，導(dǎo)致無(wú)硅酸鎂底層取向硅鋼的制造成本過(guò)高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種磁感b800＝1.89～1.93t，鐵損p17/50＝1.25～1.45w/kg，成品沖壓加工性、焊接性優(yōu)良(全板面無(wú)硅酸鎂底層)，具有高磁感性能且全板面光潔(板面光潔度達(dá)100％)的利用激光工藝制備的無(wú)硅酸鎂底層高磁感取向硅鋼及方法。

2、實(shí)現(xiàn)上述目的的措施：

3、一種利用激光工藝制備的無(wú)硅酸鎂底層高磁感取向硅鋼，其組分及重量百分比含量為：c：0.015～0.095％，si：2.50～4.50％，als：0.010～0.040％，n：0.0050～0.0100％，mn：0.010～1.00％，s：0.0030～0.0300％，p、cu、sn、sb、cr及as中的任意至少二種且滿足(p+cu+sn+sb+cr+as)≤1.80％，其余為鐵和不可避免的雜質(zhì)。

4、一種利用激光制備的無(wú)硅酸鎂底層高磁感取向硅鋼的方法，其步驟如下：

5、1)經(jīng)冶煉、真空處理、并澆鑄成坯；

6、2)對(duì)鑄坯加熱，加熱溫度控制在1100～1400℃；

7、3)進(jìn)行熱軋，控制終軋溫度在850～1100℃，并熱軋板厚度在2.0～2.8mm；

8、4)進(jìn)行卷取，控制卷取溫度不超過(guò)600℃；

9、5)進(jìn)行?；?，常化溫度控制在1000～1150℃，并在此溫度下保溫30～180s；

10、6)進(jìn)行一次冷軋，在冷軋中至少進(jìn)行一道次的時(shí)效軋制，控制時(shí)效溫度在160～250℃，成品厚度在0.15～0.35mm；

11、7)在濕式保護(hù)氣氛下進(jìn)行脫碳退火，控制脫碳退火溫度在750～900℃，并在此溫度下保溫60～180s，露點(diǎn)為25℃，保護(hù)氣氛為濕的h2和n2的混合氣體，其中h2體積含量為15～80％；

12、8)進(jìn)行滲氮處理：

13、當(dāng)鑄坯加熱溫度不低于1260℃時(shí)無(wú)需進(jìn)行滲氮；

14、當(dāng)鑄坯加熱溫度低于1260℃時(shí)需進(jìn)行滲氮，其滲氮?dú)夥諡闈竦膆2、n2和nh3混合氣體，其中h2體積含量為15～80％，并控制滲入氮量在50～350ppm；

15、9)涂布以mgo為主要成分的常規(guī)高溫退火隔離劑；

16、10)進(jìn)行常規(guī)高溫退火；

17、11)開(kāi)卷并在保護(hù)氣氛下激光處理：

18、激光處理參數(shù)：連續(xù)激光的平均功率在20～3500w；激光脈沖重復(fù)頻率在1～

19、160khz；激光脈沖寬度在1～10ms；填充線間距在0.01～0.06mm；掃描速率在

20、10～8000mm/s；光束的焦點(diǎn)聚焦在鋼板表面；保護(hù)氣體為氮?dú)饣驓鍤?，保護(hù)氣體流量在1～50l/min；

21、12)對(duì)鋼帶進(jìn)行常規(guī)拉伸平整退火處理。

22、優(yōu)選地：連續(xù)激光的平均功率在45～3420w。

23、優(yōu)選地：激光脈沖重復(fù)頻率在8～145khz。

24、優(yōu)選地：填充線間距在0.02～0.05mm。

25、優(yōu)選地：掃描速率在20～7750mm/s。

26、優(yōu)選地：激光脈沖寬度在1.6～9.2ms。

27、本發(fā)明中主要工藝的作用及機(jī)理

28、本發(fā)明之所以控制鑄坯加熱溫度在1100℃≤st≤1400℃，在于保證在較高的溫區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行熱軋，以及較高的終軋溫度，在熱軋過(guò)程中不析出大顆粒的aln等第二相質(zhì)點(diǎn)。

29、本發(fā)明之所以控制?；瘻囟仍?000～1150℃，并在此溫度下保溫30～180s是為了保證尺寸適宜的aln第二相質(zhì)點(diǎn)完成固溶，形成(或滲氮處理時(shí)形成)有利的第二相。在低于1000℃的溫度下進(jìn)行常化，由于溫度低，aln難以固溶；高于1150℃鋼帶晶粒粗化，導(dǎo)致初次再結(jié)晶退火后晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)增加成本。

30、本發(fā)明之所以在冷軋時(shí)控制至少進(jìn)行一道次160～250℃的時(shí)效軋制，是由于冷軋時(shí)效可使鋼中固溶的碳和氮含量增多，冷軋時(shí)固溶的碳和氮聚集在位錯(cuò)處，阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，改變正?；葡到y(tǒng)，促使形成更多的過(guò)渡帶，冷軋并退火后形成更多有利的初次再結(jié)晶織構(gòu)組分。

31、本發(fā)明之所以控制脫碳退火溫度在750～900℃，并在此溫度下保溫60～180s，完成初次再結(jié)晶，使基體中有足夠數(shù)量的[110](001)晶粒(二次晶核)以及有利于它們長(zhǎng)大的初次再結(jié)晶組織和織構(gòu)；將鋼中碳脫到0.0030％以下，保證以后高溫退火處于單一的α相；在鋼帶表面形成致密均勻的sio2薄膜。

32、本發(fā)明之所以控制鑄坯加熱溫度在1100～1260℃時(shí)，在后工序中須進(jìn)行滲氮處理，加熱溫度在1260～1400℃時(shí)后工序不需進(jìn)行滲氮處理，是由于鑄坯加熱溫度在1100～1260℃時(shí)，鑄坯中的aln只能部分固溶，須在退火工序中進(jìn)行滲氮處理以增加aln第二相質(zhì)點(diǎn)的含量，保證足夠的抑制力以獲得完善的二次再結(jié)晶組織和織構(gòu)；加熱溫度在1260～1400℃時(shí)，鑄坯中的aln可完全充分固溶，在熱軋板?；屯嘶鸸ば蛑屑纯色@得足夠量的aln第二相質(zhì)點(diǎn)，保證足夠的抑制力以獲得完善的二次再結(jié)晶組織和織構(gòu)，因此不需進(jìn)行滲氮處理。

33、滲氮處理的目的是：保證鋼中有足夠的氮含量以生成aln和(si,al)n，形成有利的第二相，高溫退火中抑制初次晶粒的正常長(zhǎng)大，促進(jìn)二次再結(jié)晶的完善。

34、本發(fā)明涂布以mgo為主要成分的高溫退火隔離劑，起高溫退火中鋼卷層與層之間隔離的作用。

35、本發(fā)明之所以控制激光處理參數(shù)：連續(xù)激光的平均功率在20～3500w；激光脈沖重復(fù)頻率在1～160khz；激光脈沖寬度在1～10ms；填充線間距在0.01～0.06mm；掃描速率在10～8000mm/s；光束的焦點(diǎn)聚焦在鋼板表面；保護(hù)氣體為氮?dú)饣驓鍤猓Ｗo(hù)氣體流量在1～50l/min，是基于硅酸鎂底層與基體損傷閾值的差異，通過(guò)高能脈沖激光對(duì)硅酸鎂底層的精確燒蝕、振鏡快速掃描、保護(hù)氣體吹掃和吸煙器過(guò)濾等過(guò)程實(shí)現(xiàn)取向硅鋼表面低損傷、全板面光潔的硅酸鎂底層去除。其特點(diǎn)是可以縱向調(diào)整振鏡的位置，使光束的焦點(diǎn)聚焦在鋼板表面，實(shí)現(xiàn)硅酸鎂底層去除效率高，易于自動(dòng)化控制，全板面光潔的效果。在通過(guò)對(duì)鋼帶進(jìn)行拉伸平整退火處理，獲得全板面光潔的無(wú)硅酸鎂底層高磁感取向硅鋼。

36、但是當(dāng)激光的平均功率低于20w，則會(huì)產(chǎn)生最終成品硅酸鎂底層去除不完全，不能實(shí)現(xiàn)全板面光潔(鋼板沖壓加工性、焊接性差)；當(dāng)激光的平均功率高于3500w，則會(huì)產(chǎn)生鋼帶局部發(fā)熱產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致板型不良；當(dāng)激光脈沖重復(fù)頻率低于1khz，則會(huì)產(chǎn)生最終成品硅酸鎂底層去除不完全，不能實(shí)現(xiàn)全板面光潔(鋼板沖壓加工性、焊接性差)；當(dāng)激光的平均功率高于160khz，則會(huì)產(chǎn)生鋼帶局部發(fā)熱產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致板型不良；當(dāng)激光脈沖重脈沖寬度低于1ms，則會(huì)產(chǎn)生最終成品硅酸鎂底層去除不完全，不能實(shí)現(xiàn)全板面光潔(鋼板沖壓加工性、焊接性差)；當(dāng)激光的脈沖寬度高于10ms，則會(huì)產(chǎn)生鋼帶局部發(fā)熱產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致板型不良；當(dāng)激光脈沖填充線間距低于0.01mm，則會(huì)產(chǎn)生鋼帶局部發(fā)熱產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致板型不良；當(dāng)激光填充線間距高于0.06mm，則會(huì)產(chǎn)生最終成品硅酸鎂底層去除不完全，不能實(shí)現(xiàn)全板面光潔(鋼板沖壓加工性、焊接性差)；當(dāng)激光掃描速率低于10mm/s，則會(huì)產(chǎn)生最終成品硅酸鎂底層去除不完全，不能實(shí)現(xiàn)全板面光潔(鋼板沖壓加工性、焊接性差)；當(dāng)激光掃描速率高于8000mm/s，則會(huì)產(chǎn)生鋼帶局部發(fā)熱產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致板型不良。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明成品磁性能優(yōu)良，磁感b800＝1.89～1.93t，鐵損p17/50＝1.25～1.45w/kg，成品沖壓加工性及焊接性優(yōu)良(全板面無(wú)硅酸鎂底層)，具有高磁感性能且全板面光潔(板面光潔度可達(dá)100％)。