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冷轧 硅钢 生产工艺 概述

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2 0 0 8年第 3期 本钢技术 2 5 冷轧硅钢的生产工艺概述 荣光 本钢冷轧薄板厂 辽宁 本溪 1 1 7 0 2 1 摘要 电工钢属于电气设备中导磁体重要使用的材料 硅钢以其生产工艺复杂 各道工序控制精度 严 成本高 难度大 成材率低 核心技术在全世界范围保密而被称作钢中之王 简要地描述了硅钢 的发展历程 概括地介绍了硅钢的分类及性能 以及影响硅钢各种性能的内外在因素 重点地叙述了 生产不同牌号电工钢的工艺流程和控制要求 关键词 冷轧硅钢 取向 无取向 铁损 磁感应强度 中图分类号 T G3 3 5 1 2 文献标识码 B Pr o duc tio n I nt r o d uc t i on o f c o l d r o l l e d s i l i c o n s t e e l RONG Gua n g Co l d Ro l l i n g M i l l BX S T EE L Be n x i L i a o n i n g l 1 7 0 21 Ab s t r a c t El e c t r i c al s t e e l i s a m a t e ria l u s e d i n e l e c t r i c a l e q u i p me n t s Pr o d u c ti o n t e c h n o l o g y o f El e c t r i c al s t e e l i s c o mp l e x a n d c o n t r o l p r e c i s i o n o f wo r k i n g p r o c e d u r e i s s e v e r e El e c t r i c al s t e e l c o s t i s h i g h an d y i e l d r a ti o i s l o w Co r e t e c hn o l o g y i s s e c r e t i n t h e wh o l e wo r d wh i c h i s c all e d a s t h e kin g o f s t e e l De v e l o p me n t c o u r s e an d kin d s an d c h a r a c t e r o f s i l i c o n s t e e l are i n tro d u c e d S e v e r a l f a c t o r s o f s i fi c o n s t e e l c h ara c t e r s are a n aly z e d T e c hn o l o g y fl o w a n d c o n tro l r e q u i r e me n t o f d i ffe r e n t kin d s o f s i l i c o n s t e e l i s d e s c r i b e d in d e t a i l Ke y wo r d s t h e c o l d r o l l e d s i l i c o n s t e e l o rie n t e d n o n o rie n t e d i r o n l o s t ma g n e t i c i n d u c ti o n s tr e n g t h l 硅钢的发展概述 1 1 硅钢的发展历程 1 9 0 3 年美国和德国首先生产了热轧硅钢 美国 阿姆柯钢公司于 1 9 3 5年开始生产冷轧取向硅钢 2 0 世纪 4 0 年代初生产无取向硅钢 1 9 6 8 年 日 本新 日铁正式生产高磁感取向硅钢 H i B钢 从 1 9 6 8 年起 日 本在冷轧电工钢的制造技术和装备 产品的 质量 新产品 新技术的研发 科研和测试技术等 各方面都远远超过美国 一直处于世界领先地位 我国太原钢铁 集团 公司于 1 9 5 4年首先生产 热轧硅钢 1 9 7 4 年武汉钢铁 集团 公司从 日 本新日 铁引进冷轧硅钢制造装备和专利 1 9 7 9 年正式生产 1 1 个牌号的冷轧取向及无取向硅钢 现在已有能力 生产一些牌号的高磁感取向硅钢 H i B钢 1 2 冷轧硅钢生产厂在国内外的分布情况 我国可以生产硅钢片的钢铁厂有 武钢冷轧硅 钢厂 太钢冷轧硅钢厂 宝钢 1 5 5 0冷轧硅钢厂 鞍钢冷轧硅钢厂 台湾中钢公司冷轧硅钢厂 世界可以生产硅钢片的钢铁厂有 作者简介 荣光 1 9 6 6 女 轧钢工程师 1 9 8 8年毕 业于本溪大学机械制造与工艺设备 E ma i l r g 1 i d 1 6 3 c o rn 1 新 日 铁钢铁公司广烟硅钢厂和八幡硅钢厂 川崎制铁有千叶和水岛两个硅钢厂 日 本是世界上 冷轧硅钢产量最高的国家 2 韩国浦项钢铁公司的冷轧硅钢厂 3 欧洲 4 家电工钢生产厂是 法国于齐诺尔 萨 西洛尔集团公司 U G I N E厂 德国蒂森 克虏伯公司 E B G厂 意大利 A S T厂 瑞典钢铁公司叙拉哈马 尔 布鲁克斯厂和英国钢联奥布电工钢厂合并 重组 成欧洲 电工钢公 司 E E S 4 俄罗斯新利佩茨克冷轧电工钢厂和上依谢特 冶金冷轧电工钢厂 5 美国主要有阿姆坷冷轧电工钢厂及阿利根尼 冷轧电工钢厂 2 电工钢的分类及性能 2 1 分类及用途 电工钢按其磁各 向异性分为取向电工钢和无 取 向电工钢 硅钢的磁各 向异性是在冷轧后通过二 次再结晶过程发展而成的 因此热轧硅钢板均系无 取向硅钢 只有冷轧电工钢才有取向与无取向之 分 运行的电机要求电工钢有磁各向同性 用无取 向电工钢制造 变压器工作要求沿一个方向磁化 维普资讯 2 6 本钢技术 2 0 0 8 年第 3期 用冷轧取向硅钢制造 钢 因此取向硅钢又称变压器 3 2 影响铁损的因素 2 2 磁性能 磁性能是以其铁损和磁感应强度作为产品磁 性的保证值 1 低的铁损 铁损 P t 是由磁滞损耗 P h 涡流 损耗 P e 和反常损耗 P a 三部分组成的 铁损低可节 省大量电力 延长电机和变压器工作时 间并简化 冷却装置 因电工钢的铁损造成的电量损失占一个 国家年发电量的2 5 4 5 2 高的磁感应强度 磁感应强度高 铁芯激磁 电流 空载电流 降低 导线电阻引起的铜损和铁芯 铁损降低 可节省电能 磁感应强度高可使铁芯体 积缩小和质量减轻 有利于制造 安装和运输 3 磁各向异性的要求 硅钢是体心立方晶体结 构 其晶轴不同 磁化特性也不同 4 磁时效性 铁芯的磁性随使用时间而变化的 现象叫磁时效 2 3 j n c 性能 1 电工钢要求好的冲片性 2 为了提高产品的叠片系数 电工钢要求表面 光滑平整 厚度偏差小和均匀 2 4 好的绝缘膜 冷轧电工钢产品表面涂有无机盐或半有机盐 绝缘薄膜 以防止铁芯叠片间发生短路而增高涡流 损耗 对绝缘膜的要求是 1 耐热性好 2 膜薄且均匀 3 层间电阻高 4 附着性好 5 冲片性好 6 耐腐蚀性和防锈性好 3 影响电工钢性能的因素 磁感应强度和铁损是电工钢磁性的根本特性 3 1 影响磁感应强度的因素 1 无取 向电工钢 的磁感应强度主要与硅含量和 晶体织构有关 2 冷轧取向硅钢的硅含量 质量分数 基本不变 含 S i 2 9 3 5 磁感应强度只随 1 1 0 0 0 1 晶粒取向度提高或 1 1 0 0 0 1 位向偏离角减少而 增高 铁损 e t N磁滞损耗 P h 涡流损耗 P e 和反常 损耗 P a 的组成 无取向电工钢铁损 P t 中 磁滞损 耗 P h 占6 0 8 0 主要是降低磁滞损耗 P h 取 向硅钢铁损主要应降低涡流损耗 P e 和反常损耗 P a 特别是反常损耗 P a 日本近十年降低取向硅钢铁损主要是采取提 高硅含量 减薄成品厚度 细化磁畴三项措施 3 3 硅的作用 硅是影响 电工钢磁性 力学性能最基本 的 因 素 在电工钢中加硅主要是提高电阻率 降低涡流 损耗 使矫顽力和磁滞损耗也降低 从而使铁损下 降 但磁感应强度也会降低 所以热轧硅钢的硅含 量 质量分数 上限约为 4 5 冷轧硅钢约 3 5 4硅钢生产工艺 4 1 取 向硅钢生产的理论依据 硅钢和铁一样 都是体心立方晶体结构 1 0 0 方向为易磁化轴 1 1 0 方向为次易磁化轴 1 1 1 方向为难磁化轴 这种磁化特性称为磁各向异性 取向硅钢就是利用这种磁各向异性原理制造出来 这种位向称为高斯织构 4 2 在钢水成分 热轧工艺 冷轧及热处理工艺等 方面的生产特点 1 普通取向硅钢以Mn S 作为抑制剂 采用二次 冷轧工艺 进行一次中间退火 2 高磁感取向硅钢以 Mn S A I N作为抑制剂 采用一次冷轧工艺生产 4 3 无取 向硅钢的生产特点 普通无取向硅钢 W S i 2 0 为达到产品性能的要求 除控制硅 含量外 锰和铝的含量也是无取向硅钢炼钢时要严 格控制的 而碳 硫 氮等有害元素含量要尽量低 普通无取向硅钢生产采用一次冷轧法 高级无取向 硅钢采用二次冷轧法 5硅钢生产工艺路线 硅钢生产工艺实际上是从原材料开始 对冶 炼 浇铸 热轧 冷轧 热处理到精整实行全过程 的检测 控制 管理的一个系统工程 维普资讯 茎 塑 皇 三 堇 塑 垄 转炉一真空处理一连铸一加热一热连轧一常 化酸洗 c P 多辊轧机 z R 连续退火 c A 罩式 退火 C B 热平整 C T 成品剪切 C S 5 1 冶炼 5 1 1 取 向硅 钢 取向硅钢以Mn S 及 A I N 作为抑制剂 要求使 用低锰铁水 W Mn 0 3 5 最好在 0 1 5 以下 铁水温度必须高于 1 3 5 0 C 采用顶吹或顶底复合吹 炼转炉冶炼 主要任务是脱碳 脱锰 脱磷和调温 5 1 2 无取 向硅 钢 无取向硅钢冶炼时 硅 锰和铝是要求严格控 制 碳 硫 氮等有害元素含量要尽量低 要求采 用低硫铁水 w s 0 0 3 并且进行脱硫处理 将铁水中的硫脱到 0 0 0 5 质量分数 以下 对高牌 号硅钢硫要脱到 0 0 0 2 质量分数 以下 5 2 浇铸 目前硅钢全部采用了连铸 影响铸坯质量因素 有拉速 铸温 钢液保护等 5 2 1 取 向硅钢连铸 取 向硅钢连铸的拉速根据中间包钢水温度来 确定 中间包采用电磁搅拌 E M 防止中间包过 热带来的成分偏析 为防止连铸时钢水氧化和增 氮 采用长水口加氩气进行保护浇铸 5 2 2 无取 向硅钢连铸 无取向硅钢的硅 铝含量较高 热导率较低必 须减小其冷却速度 连铸时随钢中硅含量增加 拉 速应降低 一般拉速控制在 0 1 1 0 m m i n 为防止 钢水氧化及增氮 在浇铸时钢水应进行氩气密封保 护 采用电磁搅拌技术 5 3 热轧 取向硅钢采用高温加热 高温轧制 高终轧温 度和低温卷取三高一低工艺制度 5 3 1 高温加热工艺 为保证连铸坯中的 Mn S A I N抑制剂能完全固 溶 铸坯的加热温度要大于它的固溶温度 G O 钢 铸坯的加热温度设定在 1 3 5 0 C 1 3 7 0 oC H i B钢 的锰 硫含量比 G O钢的高 因此 H i B钢铸坯加 热温度设定在 1 3 8 0 C 1 4 0 0 C 铸坯加热温度越 高 磁l生 就越好 一般采用步进式加热炉 加热时 间为 3 h左右 5 3 2 高温轧制工艺 要求在热轧过程中能均匀细小地析出Mn S 少 析出 A 1 对于 GO钢 粗轧采取大压下量高速轧制 进连轧机的钢坯温度在 1 1 5 0 C 以上 连轧过程中喷 水冷却 控制终轧温度在 9 4 0 1 0 热轧后进行 层流冷却 2 对于 H i B钢 锰 硫含量比G O钢的高 因 此加热温度更高 粗轧时采用大压下量高速轧制 钢坯进连轧机前的温度大于 1 1 9 0 C 加大冷却水 量 提高钢带冷却速度 控制终轧温度在 9 5 0 C 以 上 热轧后钢带在辊道上进行层流冷却 保证进行 低温卷取 5 3 3 低 温卷取 工艺 为了限制 A I N的析出 热轧后钢带进行快速冷 却 使钢带在卷取时达到低温 G O钢卷取温度控 制在 5 5 0 1 0 H i B钢应小于5 5 0 C 无取向硅钢采用低温加热 低温轧制 终轧温 度低 卷取温度高的三低一高的工艺制度 加热温度一般在 1 1 5 0 C一1 2 8 0 C 在设备条件 允许下 加热温度应尽量低 热轧时严格控制加热 粗轧 精轧各工序温度差 终轧温度一般控制在 8 0 0 C一 8 8 0 o C 卷取温度为 5 5 0 C一 6 5 0 C 以便在 轧制中获得良好的板形 5 4 冷轧 5 4 1 工 艺流程 H i B钢 C P Z R l 斗 C A一3 B C T S G O钢 C P Z R一1 A一1 Z R一2 CA 一 3 CB CT CS 高级无取 向硅钢 C P Z R一1 C w C A一1 ZR 一2 CA 一 2 CS 普通无取向硅钢 C p Z R一 1 C w C A一 2 CS 5 4 2 轧制 工 艺 硅钢随着硅含量的增加 钢的屈服强度和抗拉 强度明显提高 伸长率显著降低 硬度迅速增高 所以硅钢轧制比其他碳钢要困难 而且硅钢要求有 精确的成品厚度 同时要有好的板形 下转第 3 1 页 维普资讯 李纯山 李 刚 平整带钢屈服平台的消除与延伸率优化 将该 D C O I钢种延伸率没定值纳入计算机控制进 行大量生产 31 表 2新延伸率设定值 O 7 2 l 9 0 1 8 O 76 1 9 0 1 2 0 7 9 1 9 0 0 7 O 8 2 1 9 0 01 O 8 5 1 8 9 9 5 O 8 8 l 8 9 省9 0 9 l l 8 9 8 3 0 9 4 1 8 9 7 6 0 9 8 l 8 9 7 1 O 1 1 8 9 6 3 1 0 4 l 8 9 5 7 1 0 7 l 8 9 5 1 1 l 8 9 4 3 1 1 3 l 8 9 06 1 1 7 l S 9 28 l 0 l 8 9 2 l l 2 3 l 8 9 1 3 1 2 6 l 8 9 O 6 1 2 9 1 8 8 9 8 l 3 2 l 8 8 9 l 3 5 l 8 8 8 2 4 3 1 1 8 1 3 1 1 9 9 0 4 4 1 6 f l 8 1 5 7 1 9 8 6 8 4 O 2 f 1 8 1 8 0 1 9 8 3 4 3 9 t 8 2 0 0 1 9 8 0 2 3 7 9 f 1 8 2 1 7 1 9 7 7 3 3 6 9 f l 8 2 3O 1 9 7 4 8 3 6 1 1 8 2 4 0 1 9 7 2 6 3 5 6 1 8 2 4 6 1 9 7 0 7 3 5 2 1 8 2 4 7 1 9 6 9 3 3 5 1 8 2 4 5 1 9 6 8 2 3 5 1 8 2 3 8 1 9 6 7 6 3 5 2 1 8 2 2 7 1 9 6 7 3 3 5 6 f 1 8 2 1 1 1 9 6 7 4 3 6 2 1 8 1 9 2 1 9 6 8 0 3 7 f 1 8 1 6 8 1 9 6 8 9 3 7 9 1 8 1 41 1 9 7 0 1 3 9 1 1 8 1 1 1 l 9 7 1 6 4 0 3 1 8 0 7 7 1 9 7 3 4 4 1 7 f 1 8 0 41 1 9 7 5 5 4 3 2 1 8 0 0 2 1 9 7 7 8 4 4 8 1 7 9 6 0 1 9 8 0 3 1 6 7 4 0 2 1 2 9 5 1 6 7 4 7 2 1 2 7 7 1 6 7 5 2 2 1 2 61 1 6 7 5 6 2 1 2 4 6 1 6 7 5 8 2 1 2 3 2 1 6 7 5 8 2 1 2 1 9 1 6 7 5 8 2 1 2 0 8 1 6 7 5 5 2 1 1 9 8 1 6 7 5 1 2 1 1 8 9 1 6 7 4 6 2 1 1 8 1 1 6 7 3 9 2 l 1 7 4 1 6 7 3 l 2 1 1 6 8 1 6 7 2 1 2 1 1 6 4 1 6 7 1 0 2 1 1 6 1 1 6 6 9 7 2 1 1 5 9 1 6 6 8 3 2 l 1 5 9 1 6 6 6 8 2 1 1 5 9 1 6 6 5 0 2 1 1 6 1 1 6 6 3 2 2 1 1 6 4 1 6 6 1 2 2 1 1 6 8 1 6 5 9 1 2 1 l 7 3 4 结论 结合本钢冷轧厂平整机组的特点 通过对临界 变形量的确定及 目前延伸率设定值下的屈服值分 布特点 并根据应力一应变曲线确定延伸率新的没 定值 经过大批量生产验证了其可靠性 肖 除了由 于原料波动 机组轧制参数的波动带来的屈服平台 大量存在 的问题 参 考 文 献 1 J张宝平 刘志亮 白振华 平整机延伸率 轧制力及张 力的协调控制技术 J l1 轧钢 2 0 0 5 2 2 5 1 2 1 3 2 罗永忠 段向东 利泰 攀钢冷轧厂平整机组工艺特点 及应用 J 1 三届四次冷轧板带学术会以论文集 1 9 9 8 3 9 1 4 0 3 本溪钢铁 集团 有限责任公司冷轧薄板厂平整机改造合 同 2 0 0 2 4 马瑞生 关于屈服平台的研究 J 1 冷轧技术 1 9 8 3 1 38 44 上接 第 2 7页 5 4 3 取 向硅 钢冷 轧 H i 钢采用一次冷轧法 G O钢采用二次冷轧 法 1 H i B钢一次冷轧 Hi B钢一次冷轧总压下 率为 8 1 9 0 这是获得高磁感应强度的必要条 件之 总压下率对磁性有影响 而道次压下率对 磁胜影响不大 H i B钢的时效轧制 使用粗面工 作辊 大压下 闭油 快速轧制 轧制时产生的变 形热使钢板温度升高 可以提高磁性 提高钢带塑 性 减少轧制断带 提高成材率等作用 2 G O钢的二次冷轧法 G O钢采用二次冷轧工 艺 在两次冷轧闻进行一次中间退火 G O钢冷轧 重点是控制第二次冷轧的压下率 第二次冷轧压下 率控制在 5 0 一 6 0 时 磁性能最高 这是提高磁 性的关键 一般控制酸洗后钢卷的卷取温度大于 5 O 立即进行冷轧 5 4 4 无取向硅钢冷轧 普通无取向硅钢一般采用一次冷轧法生产 高 牌号无取向硅钢常采用二次冷轧法生产 1 一次冷轧法 普通无取向硅钢一般采用一次 冷轧法生产 2 二次冷轧法 高牌号无取向硅钢常采用二次 冷轧法生产 经二次中等压下率 4 0 7 0 轧 到成品厚度 两次冷轧之问经过中问退火 产品铁 损低 磁感高 6 硅钢的发展及展望 我国自改革开放以来 国民经济高速发展 硅 钢的生产与电器行业有密切关系 无论是大型发电 机组 还是各种电动机 变压器 包括所有的家用 电器都需要大量的使用硅钢片 中国已成为全球电 工钢最大消费国 根据资料表明 我国发电总容量 到 十二五 至少要达到 6 7亿 k W 平均每年消耗 硅钢达 1 7 0 万 t 以上 相当日 本电工钢的全年产量 伴随着节能与新机电产品的需要 对电工钢质 量要求也越来越高 如我国制造变压器最开始用热 轧硅钢片 后来改用冷轧取向硅钢Q 0 8 0 1 0 牌号 到 9 O 年代初已大量使用 玎 一 B钢 使变压器重量与 体积相应减少 噪音降低 而 9 O年代末开始使用 的细化磁 H i B 钢使铁损大大下降 所以要不断开 创高新技术产品才会有市场竞争能力 由此可见硅钢市场的潜力非常巨大 而且硅钢 产品的是非常高附加值的产品 对企业可以形成巨 大的经济效益 5 6 7 8 9 l 2 3 4 5 6 7 8 9 l 2 3 4 5 2 r 4 5 6 7 8 9 m H H 加 n 维普资讯

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