专利名称：极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法
技术领域：
本发明涉及无取向电工钢板及其冶炼方法，尤其涉及磁性优良的、极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法。
背景技术：
Ti是电工钢中的有害元素。冶炼过程中，极少量的Ti、0、N元素便能结合，形成微细夹杂物TiOx和TiN等。这些夹杂物会显著降低钢质纯净度，抑制热处理过程中带钢的晶粒成长，从而大幅降低成品带钢的各类磁性。基于此，越来越多的生产厂家对电工钢中的Ti含量提出了苛刻要求，目标是小于或等于30ppm,甚至lOppm。
钢中的Ti主要来源于铁水、炉渣以及硅铁合金。三者与钢中的Ti含量的相互作用关系可以解释如下粗炼过程中，由于Ti具有很强的还原性，因此氧化性氛围中，钢中的Ti几乎全部被氧化并形成TiOx进入炉渣；精炼过程中，随着脱氧、合金化的进行，钢液氧化性不断降低，炉渣Al2O3含量不断升高，这些都不利于提高渣-钢间Ti的分配比，也就不利于降低钢中的Ti含量。此时，炉渣中的TiOx开始被还原，再次形成Ti进入钢中。此外，脱氧、合金化过程中，硅铁合金中的Ti也不会被氧化，而是溶解后直接进入钢中，增加钢中的Ti含量。硅铁合金的添加数量越多，钢中的Ti含量的控制难度就越大。理论上讲，最佳的Ti控措施是，尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金中的Ti含量，或者尽可能的降低硅铁、铝铁、磷铁等铁合金的添加数量，以最大限度的减少外界Ti的带入。例如，日本专利特开2002-322508，对钢液脱氧、合金化过程中还原材料的添加数量提出了严格要求，硅铁所占比例不能高于0.05%，铝铁所占比例不能高于0.002%。因此，为满足该工艺的控制要求，必须采用超高纯度的铁合金，但这会大幅增加钢的制造成本，同时，也很难通过工业化的方式，稳定、批量获得这些高纯度的铁合金。还有，通过尽可能的降低铁水Ti含量，以降低成品钢中的Ti含量。例如，日本专利特开2004-307942提出将铁水Ti含量严格限制在500ppm以内，这样可以将钢中的Ti含量控制在20ppm以内。然而，由于高炉炼铁过程为还原气氛，本身不具备脱除Ti的条件，因此严格限制铁水Ti含量的苛刻要求，最终只能通过提高冶炼铁水用原、辅材料的品质级别予以实现，这样也会大幅增加成品钢的制造成本，不利于改善或提高产品的市场竞争力。此夕卜，由于对铁矿石、熔剂等原、辅材料的品质级别提出了苛刻要求，不利于高炉炉况的保养和维护。再有，目前广泛采用的通过降低炉渣中的TiOx含量，或者调整炉渣的化学成分，或者减少炉渣中TiOx的还原的方式，以降低成品钢中的Ti含量。例如，为有效减少炉渣中的TiOx含量，避免脱氧、合金化之后，炉渣中的TiOx被还原，日本专利特开2002-180123提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过扒渣、除渣的方式，降低炉渣数量。在此基础之上，日本专利特开2002-105578提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，然后添加铝铁进行终脱氧、合金化；同样，在此基础之上，日本专利特开2004-307942提出在粗炼结束后、精炼开始前，通过先行扒渣、除渣，控制炉渣的碱度、FeO含量，然后采用硅铁预脱氧、铝铁终脱氧的方式，调整最终炉渣的碱度，要求脱氧、合金化之后，炉渣的碱度限制在0. 3 I. 5 ;为准确控制炉渣化学成分，日本专利特开平5-86413提出在粗炼结束之后，通过进行钢包顶渣改质，添加FeSi和SiO2改质剂的方式控制炉渣的碱度，也提高了渣-钢间Ti的分配比。上述方法的共同缺点是，需要预留出扒渣、除渣时间，从而延长了冶炼周期。此外，为达到炉渣的改质效果，冶炼过程添加的改质剂价格昂贵，操作过程也比较复杂。还有，为有效避免炉渣中的TiOx被还原，以及确保成品带钢的各类性能，日本专利特开2002-105578提出将机械用钢的Al含量控制在0. 01 0. 1%之间；日本专利特开2003-73726提出将轴承钢的P含量控制在0. 025%以下；为避免脱氧、合金化之后，添加磷铁造成额外增Ti，日本专利特开平7-173519提出含P钢种添加磷铁 时，钢液的游离氧含量需要大于lOOppm。
发明内容
本发明的目的在于提供一种极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法，通过控制转炉出钢过程下渣量，采用铝铁、硅铁依次弱脱氧，以及严格控制精炼结束后钢中的氧含量，实现了极低Ti含量的无取向电工钢板生产，具有操作简便、成本低廉、磁性优良的特点。同时，粗炼结束后、精炼开始前，不需要进行扒渣、除渣，也无须对铁水Ti含量提出严格要求，以及限制脱氧、合金化效果。 为达到上述目的，本发明的技术方案是，极低Ti含量的无取向电工钢板，其化学成分重量百分比为C< 0.005%、Si 0. I I. 6%、Mn :0. I 0. 6%、P 彡 0. 2%、S 彡 0. 005%、A1 彡 0. 005%、N 彡 0. 005%、0 :0. 005 0. 02%, Ti ( 0. 001%，余量为Fe及不可避免的夹杂。进一步，钢中氧含量控制在90 140ppm。在本发明化学成分中C :0. 005%以下。C是强烈抑制成品晶粒成长的元素，容易恶化成品带钢的磁性，并产生严重的磁时效。因此，必须控制在0. 005%以下。Si :0. I 1.6%。Si是增加成品带钢电阻率的有效元素。Si含量低于0.1%时，起不到有效降低铁损的作用；Si含量高于I. 6%时，磁通密度会显著降低，硬度增加，而且加工性会变差。Mn :0. 1% 0. 6%。Mn与Si、Al元素相同，可以增加钢的电阻率，同时改善电工钢表面状态，因此有必要添加0. I %以上的含量。同时，Mn含量高于0.6%时，将使制造成本增加，成品磁感降低。Al :0. 005%以下。如果Al含量超出0.005%，成品钢板中就会析出AlN夹杂，强烈阻碍晶粒长大，并显著降低成品磁性。P :0. 2%以下。在钢中添加一定的磷可以改善钢板的加工性，但超过0. 2%时反而使钢板冷轧加工性劣化。S :0. 005%以下。超过0.005%时，将使MnS等S化物析出大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。N :0. 005%以下。超过0. 005%时，将使AlN等N化物析出大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化。0:0. 005 0.2%以下。超过0. 2%时，将使Al2O3等0化物夹杂大大增加，强烈阻碍晶粒长大，铁损劣化，而低于0. 005%时，不利于低Ti含量的控制。0的控制首先，氧也是杂质元素。氧含量越高，对应钢中的夹杂物越多，越容易影响磁畴移动，同时阻碍成品退火过程中晶粒长大，进而恶化最终产品的磁性。因此，从原理上讲，希望尽可能的降低氧含量，以减少由此产生的夹杂物劣化成品磁性。然而，严格控制钢中氧含量，以获得较高的钢质纯净度，需要大幅增加钢的制造成本，同时还会浪费较大产能。更重要的是，氧含量过低会造成钢液氧位下降、氧化性偏低，脱氧、合金化之后，钢液产生增Ti现象。由此，又产生了治理Ti的问题，而且Ti对成品磁性的影响更大，钢的制造成本也更高。因此，基于低成本生产需要，在保证成品磁性的前提下，产生了通过提高钢液氧位，增加氧元素含量，利用高氧化性控制Ti元素含量的想法。 其次，氧的控制要求需要同时满足两点。一，钢液氧化性需要。目的是尽可能的降低钢中Ti元素含量。由于Ti是强氧化性元素，很容易和氧元素进行结合，生成氧化物夹杂被去除。为避免脱氧、合金化之后，钢液重新增Ti，50ppm或以上氧含量是必须的。当然，如上所述，随着氧含量升高，钢的制造成本不断降低，并在氧含量为90-140ppm时，钢的铁损达到最低，随后钢的铁损逐步升高，并在氧含量为200ppm时超出原有控制水平。因此，本发明将氧含量的控制范围定为50-200ppm。本发明的极低Ti含量的无取向电工钢的冶炼方法，其包括如下步骤I)铁水预处理、转炉冶炼无取向电工钢的化学成分重量百分比为C彡0. 005%, Si :0. I 1.6%、Mn :0. I 0. 6%、P 彡 0. 2%、S 彡 0. 005%、A1 彡 0. 005%、N 彡 0. 005%、0 :0. 005 0. 02%，Ti 0. 0002 0. 001%，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量彡20kg/吨钢；以减少钢包表面炉渣中的TiOx在RH精炼脱氧、合金化之后被大量还原，再次形成Ti进入钢中；2) RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100 300ppm ;弱脱氧的目的是，控制钢液的氧化性气氛，避免钢包表面炉渣中的TiOx被还原。进一步，成品钢中氧含量控制在90 140ppm。转炉采用挡渣操作降低下渣量，其主要目的是，避免经过转炉冶炼后，富Ti熔渣重新进入钢包，造成钢液脱氧、合金化之后，钢液增Ti。相同的铁水条件下，钢包下渣量越大，成品钢中的Ti含量越高。限于渣、钢界面为接触式反应，即使钢中的氧含量再高，富Ti含量熔渣较多时，良好的热力学条件仍然可以造成钢液增Ti。因此，挡渣是高氧控制要求的补充，也是非常关键的，二者缺一不可。本发明的最大区别在于，无须采用特殊设备、工艺，在转炉出钢结束、精炼处理开始前，进行扒渣、除渣，无须对铁水Ti含量提出严格要求，也无须严格控制钢包表面炉渣的化学成分，以尽可能的减少渣中TiOx的还原；而是通过挡渣方式控制转炉出钢下渣量，并在RH精炼脱氧、合金化过程中，通过弱脱氧方式控制钢液的氧化性，以及成品钢的氧含量，从而有效抑制了炉渣中的TiOx还原，成品带钢具有极低的Ti含量，以及优良的电磁性能。
本发明没有对铁水Ti含量提出严格要求。而在正常的铁水Ti含量1000 2000ppm情况下，通过转炉冶炼过程产生的氧化性气氛，就可以在较短的时间内，去除钢液中的绝大部分Ti，这部分Ti被快速氧化后形成TiOx进入炉渣。因此，通过转炉出钢过程的挡渣操作，就可以去除绝大部分的高TiOx含量的炉渣。另外，即使转炉出钢过程的挡渣效果不佳，根据Ti的氧化、还原热力学计算，也只须将钢包表面的炉渣控制在20kg/t钢以内，便可以有效抑制炉渣中的TiOx被大量还原，如图I所示。此外，为了进一步避免炉渣中的TiOx被还原，尽可能的实现极低Ti含量的控制，本发明还利用了在RH精炼脱碳结束之后进行弱脱氧，以控制钢液的氧化性气氛。采用该方法的主要原因是，在RH精炼脱碳期间，为满足脱碳的需要，钢液的游离氧含量通常大于或等于200ppm，而在这样的氧化性气氛中，炉渣中的TiOx不会被还原，而是在后续的脱氧、合金化过程·中，随着钢液中的氧含量不断降低，氧化性气氛不断减弱，炉渣中的TiOx才开始被还原，钢液中的Ti含量开始不断上升。因此，可以针对RH精炼脱氧、合金化过程，依次采用铝铁、硅铁进行弱脱氧。这样，既利用了铝铁费用低廉的特点，最大限度的降低了脱氧成本；又利用了硅铁合金的弱脱氧性，能够精确控制钢液的最终脱氧效果，避免氧化性气氛过度降低造成钢液回Ti。此外，采用较多的铝铁预脱氧、且预脱氧效果充分时，钢中多余的铝含量会以酸溶铝形式存在，这样就增加了钢液凝固过程中生成AlN微细夹杂的机会；而采用较少的铝铁预脱氧、且脱氧效果不充分时，因为硅铁是弱脱氧剂，会生成大量的氧化类夹杂。二者均会降低钢液纯净度，恶化成品带钢的磁性。弱脱氧控制的关键是，要控制钢液的氧化性气氛，避免钢包表面炉渣中的TiOx被还原。弱脱氧之后，要求钢液的游离氧含量介于100 300ppm。然后，按照钢种化学成分的控制要求，分别添加硅铁、锰铁等进行合金化。此外，为得到良好的磁性，还应根据钢种化学成分的不同，将成品钢的氧含量控制在50 200ppm，最好控制在90 140ppm。弱脱氧效果和成品钢的氧含量对成品磁性的影响分别如图2、图3所示。
图I为铁水Ti含量、钢包渣量与钢中Ti含量的关系。图2为弱脱氧效果与成品磁性的关系。图3为钢的氧含量与成品磁性的关系。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明做进一步说明。本发明钢的成分实施例参见表1，钢成分实施例参见表I。表2为实施例钢的性能。其中，A、B、C是表示不同钢种，实施例和对比例只有在同钢种下进行比较。铁水、废钢按照比例进行搭配，经300吨转炉冶炼、控制出钢过程下渣，RH精炼脱碳、弱脱氧以及硅铁、锰铁合金化，之后进行连铸浇铸，最终得到170 250_厚、800 1400mm宽的连铸坯。表I 单位重量百分比
权利要求
1.极低Ti含量的无取向电工钢，其化学成分重量百分比为C< 0.005%、Si :0. I I. 6%、Mn :0· I O. 6%、P 彡 O. 2%、S 彡 O. 005%,Al ( O. 005%、N 彡 O. 005%,O 0. 005 O. 02%, Ti O. 0002 O. 001%，余量为Fe及不可避免的夹杂。
2.如权利要求I所述极低Ti含量的无取向电工钢板，其特征是，钢中氧含量控制在90 140ppm。
3.极低Ti含量的无取向电工钢的冶炼方法，其包括如下步骤 . 1)铁水预处理、转炉冶炼 无取向电工钢板的化学成分重量百分比为c彡O. 005%,Si :0. I 1.6%、Mn :0. I O.6 %、P 彡 O. 2 %、S 彡 O. 005 %、Al 彡 O. 005 %、N 彡 O. 005 %、O :0· 005 O. 02 %，TiO.0002 O. 001 %，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量< 20kg/吨钢； .2)RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100 300ppm。
4.如权利要求3所述极低Ti含量的无取向电工钢板的冶炼方法，其特征是，成品钢中氧含量控制在90 140ppm。
全文摘要
极低Ti含量的无取向电工钢板及其冶炼方法，其包括如下步骤1)铁水预处理、转炉冶炼，化学成分重量百分比为C≤0.005％、Si0.1～1.6％、Mn0.1～0.6％、P≤0.2％、S≤0.005％、Al≤0.005％、N≤0.005％、O0.005～0.02％，Ti 0.0002～0.001％，余量为Fe及不可避免的夹杂；转炉采用挡渣操作降低下渣量，转炉出钢结束后，钢包表面渣量≤20kg/吨钢；2)RH精炼，RH精炼脱碳结束后，依次采用铝铁、硅铁弱脱氧，使弱脱氧之后钢液的游离氧含量在100～300ppm。本发明通过控制转炉出钢过程下渣量，采用铝铁、硅铁依次弱脱氧，以及严格控制精炼结束后钢中的氧含量，实现了极低Ti含量的无取向电工钢板生产。
文档编号C21C5/28GK102796948SQ20111014148
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年5月27日
发明者张峰, 马长松, 吕学钧 申请人:宝山钢铁股份有限公司