新日鐵住金低溫取向硅鋼的研發(fā)

取向硅鋼的生產(chǎn)通常需要利用細小的彌散分布于鋼中的MnS作為脫碳退火過程中初次晶粒長大的抑制劑。但是，MnS的固溶溫度在平衡態(tài)時約為1320℃，采用鋼中MnS作為抑制劑的取向硅鋼在軋制前需采用高溫板坯加熱工藝，其缺點是氧化渣多，材料燒損大，成材率低，板坯凝固組織過于粗大，加熱爐修復頻率高，制造成本高，組織遺傳后熱軋板中容易形成很深的橫向裂紋，產(chǎn)品表面缺陷多，成品率低且性能不穩(wěn)定。為此，人們積極探索采用低溫板坯加熱工藝生產(chǎn)高磁感、低鐵損的取向硅鋼。生產(chǎn)低溫取向硅鋼的常規(guī)操作是：在煉鋼時添加少量晶界偏析元素或抑制劑形成元素，并在脫碳退火過程中進行滲氮處理，獲得足夠數(shù)量且均勻分布的抑制劑，起抑制初次再結(jié)晶晶粒正常長大的作用。研究工作表明，低溫板坯加熱工藝節(jié)約了能源，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，目前已成為取向硅鋼研發(fā)的熱點。

低溫取向硅鋼在成分控制方面主要是采用抑制劑AlN和添加Cu之類的抑制劑形成元素或Sn,Cr之類的晶界偏析元素來取代MnS。

新日鐵住金研究了加入0.15%~0.2%Cu對Hi-B鋼組織結(jié)構(gòu)及磁性能的影響。他們發(fā)現(xiàn)，鋼中會形成Cu1.8S，其固溶溫度為1200~1250℃，析出溫度為1000℃，比MnS低（MnS的析出溫度為1100℃）；另外，Cu是擴大γ相區(qū)的元素，控制好精軋溫度可獲得足夠數(shù)量的γ相，利用γ相轉(zhuǎn)化為α相時析出的細小（30~50nm）彌散分布的(Cu,Mn)1.8S來抑制初次晶粒的生長，降低二次再結(jié)晶溫度；控制好冷軋和后續(xù)退火條件可獲得高比例的高斯織構(gòu)組分，從而有利于提高磁性能。Cu還能改善Hi-B鋼中因加Sn或Sb引起的底層質(zhì)量變差的問題。在以Cu作為主要抑制劑形成元素的取向硅鋼中，由于Cu與Mn競爭與S結(jié)合，Mn的含量控制得相對較低，抑制劑的析出形式主要是Cu2S。Cu作為輔助抑制劑形成元素加入到取向硅鋼中，與鋼中的S結(jié)合析出細小彌散分布的硫化銅化合物，能使MnS析出溫度提高50℃以上，而AlN的析出峰值溫度則降低50~100℃。研究還發(fā)現(xiàn)，以含Cu相為主要抑制劑的取向硅鋼可省去高溫常化程序。

Sn用作輔助抑制劑在高磁感取向硅鋼的制作中起重要作用。Sn可在卷取和常化后沿晶界析出，使常化時γ相分布更均勻，常化后鐵素體相更均勻和細小，冷軋時形成更多的形變帶，二次晶核增多。Sn還在第二相質(zhì)點MnS和AlN與基體界面處偏聚，阻礙它們長大，使其更細小，更彌散從而增強對晶粒正常長大的抑制力。另外，Sn的偏聚能使冷軋時效有效的固溶碳和氮量增多，使得脫碳退火后的初次晶粒更加細小均勻，使二次再結(jié)晶溫度降低，二次晶粒尺寸更小；在最終高溫退火后得到更完善的{110}<001>二次再結(jié)晶織構(gòu)，提高了取向度和磁性能。但加Sn會使鋼的底層質(zhì)量變差，加Cu可以改善這個問題。