孔 為，時 鵬，劉中華，胡志遠

（1.北京科技大學(xué)國家材料服役安全科學(xué)中心，北京 100083；2.首鋼股份有限公司，北京 100043）

新能源汽車產(chǎn)品用無取向電工鋼，因其需求鐵損低、磁導(dǎo)率高、磁致伸縮性小、加工性好等眾多特性，已成為電磁轉(zhuǎn)換過程中“高、精、尖”鐵芯制造領(lǐng)域的主要材料[1-4]。其產(chǎn)品制造過程中，合金含量高，鋼質(zhì)純凈度高，冶金流程長，工藝裝備及控制技術(shù)要求高，一直是國內(nèi)外的研究熱點，核心技術(shù)也一直在不斷的突破中，對中國鋼鐵企業(yè)提高核心競爭力具有重要意義[3，4]?；诖?，研發(fā)了一種0.45mm厚的新能源汽車用的無取向硅鋼，解決了一系列工藝技術(shù)難題，成品性能指標完全滿足下游生產(chǎn)企業(yè)的要求。為今后開發(fā)其他品種的新能源汽車用無取向硅鋼奠定了基礎(chǔ)。

1 煉鋼工藝控制

1.1 主成分設(shè)計

為滿足0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼低鐵損的要求，同時保證其磁感值，進一步提高其機械性能，因此需使用較高的Si 含量、較低的Als含量及合適的Mn 含量，并嚴格限制P、C、S 等雜質(zhì)元素的含量，具體成分設(shè)計如下。

表1 0.45mm 厚新能源汽車用品無取向硅鋼的成分設(shè)計 ωB/%

1.2 雜質(zhì)元素

1.2.1 碳的控制

C 含量增高，擴大γ 相區(qū)，使相變溫度降低，晶粒長大不充分，鐵損增加，同時C 量超過一定含量后，易誘發(fā)磁時效，導(dǎo)致產(chǎn)品鐵損增加[5,6]。因此需將0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼產(chǎn)品中的C 控制在30×10-6以下。主要采用RH 真空循環(huán)真脫碳，在RH 結(jié)束時將鋼水中碳含量控制在15×10-6以下，板坯成品C≤25×10-6。

碳含量控制主要包括：精煉過程的溫度調(diào)整在真空處理的前20min 內(nèi)完成，避免脫碳后期和合金化后加調(diào)溫廢鋼；冶煉前對現(xiàn)有庫存低碳硅鐵的碳含量進行查詢比對，優(yōu)先選用碳含量最低的批次使用；明確規(guī)定盛放前爐鋼水不能為目標C≥0.15%的鋼種；使用涂抹料中間包，有效降低中包環(huán)節(jié)增碳。

1.2.2 硫的控制

硫與錳形成細小MnS 阻礙無取向硅鋼成品在退火時晶粒的長大，S＞60×10-6時，隨著S 增加，鐵損P 值明顯變高[6]。因此無取向硅鋼鋼中的S 含量越低越好，其中中低牌號無取向硅鋼要求其S≤65×10-6，而為保證成品低的鐵損值，要控制0.45mm 厚的新能源汽車用無取向硅鋼的S≤30×10-6。對鋼水成品S 的成分影響的因素有：鐵水S 含量、KR 脫硫效果、廢鋼的管控、副原料及合金的控制、冶煉前一澆次控制濺渣層、鋼包殘渣控制及真空脫硫劑脫硫效果等。根據(jù)這些因素形成如下硫控制工藝要點。

在KR 脫硫環(huán)節(jié)，其鐵水S＜0.045%，使用自制KR 脫硫劑，保證脫硫劑質(zhì)量，使鐵水S 脫至15×10-6以下；在轉(zhuǎn)爐煉鋼環(huán)節(jié)，控制回硫，主要從生產(chǎn)組織上優(yōu)化洗爐操作，使用廠內(nèi)回收無取向硅鋼廢鋼（S≤65×10-6），控制廢鋼比≤10%，使用低硫高鈣石灰和低硫輕燒白云石，礦石化渣不使用螢石，保證轉(zhuǎn)爐回硫量平均在10×10-6以下；在精煉過程中，合金硫含量控制主要從加入量大的低碳硅鐵合金、鋁粒等加強原料質(zhì)量管控，制定完備的原料控制計劃，真空循環(huán)過程中脫硫劑分多批次加入，保證每次加入后的循環(huán)時間≥6min。

1.2.3 鈦的控制

Ti 在無取向硅鋼中會以TiC 及TiN 等細小的氮化物析出形式出現(xiàn)，會阻礙熱軋后再結(jié)晶及晶粒長大，阻礙?；缶Я３叽绲拇执蠡涂棙?gòu)的混亂化，對無取向硅鋼的鐵損及磁感均是不利的[7，8]。一般要求無取向硅鋼中的Ti≤30×10-6，而針對0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼，其Ti含量應(yīng)≤20×10-6。鋼中的增Ti 主要來源于鐵水中含鈦、合金增鈦及脫硫劑的增鈦、鋼水鎮(zhèn)靜過程中的回鈦，具體采用的控制措施如圖1 所示，如下：采用鐵水脫Ti 工藝,并保證KR 脫硫前將脫Ti渣扒除干凈，不加渣改質(zhì)劑；采用低碳低鈦硅鐵；嚴格控制RH 的到站S 含量，提高RH 脫硫劑質(zhì)量，減少脫硫劑加入量；提高合金一次調(diào)準率及取樣合格率，使鎮(zhèn)靜時間＜20min，從而減少鎮(zhèn)靜過程中渣中Ti 向鋼水中傳遞。

1.2.4 氮的控制

無取向硅鋼中N 成分偏高，會形成片狀A(yù)lN，退火時會抑制晶粒的長大，當(dāng)N≥40×10-6時鐵損P 明顯增高[5-8]，而對于0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼，其N 含量應(yīng)控制在25×10-6以下。鋼水中的增氮主要來源于轉(zhuǎn)爐煉鋼及其出鋼過程、RH精煉及連鑄過程中鋼水從空氣中的吸氮或冷渣冷鋼落入鋼水中而提高鋼水氮含量。具體的控氮措施如下：轉(zhuǎn)爐煉鋼采用全程底吹氬氣攪拌，增加后期底吹流量，避免后吹增N，在冶煉過程中均采取一次拉碳，嚴禁后吹；出鋼時間控制在4～8min，避免散流或出鋼時間過長；在RH 精煉上線前對浸漬管進行檢查確認，保證無明顯裂紋，浸漬管使用過程中，重點關(guān)注浸漬管渣線以上區(qū)域（未浸入鋼水區(qū)）的耐材情況，發(fā)現(xiàn)裂紋及時涂抹火泥或噴補，下線前需再次進行檢查，記錄裂紋情況，并拍照留底；當(dāng)冶煉結(jié)束N＞30×10-6時，本爐鋼結(jié)束，對浸漬管進行維護，噴補浸漬管渣線以上位置，連續(xù)2 爐N＞30×10-6，不再安排此工位冶煉；使用RH 深脫S、控制[O]＜2×10-6有利于RH 后期深脫氮；加強真空的烘烤操作和涮洗真空的操作，從而控制真空槽中冷鋼、積渣對鋼水的增氮；大包-中包采用3 路氬氣保護澆鑄，控制中包澆注增氮在3×10-6以下。

圖1 新能源汽車用無取向硅鋼的含鈦量控制

1.3 鋼水純凈度控制

影響鋼水純凈度的因素主要是鋼中的氧含量及夾雜物數(shù)量，會直接影響板坯以致成品的機械性能，這對需在高轉(zhuǎn)速服役條件下使用的新能源汽車用無取向硅鋼具有較大的影響，同時也會影響其磁性能[9-12]。

針對0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼，控制鋼水氧含量主要從以下方面進行：控制轉(zhuǎn)爐終點氧防止后吹、降低真空室內(nèi)冷鋼的影響、控制RH 脫氧前氧活度、以及連澆過程中的保護澆注。通過上述控制可使0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼的板坯成品全氧含量控制在10×10-6以下。

另外為促進氧化鋁、氧化硅等夾雜物上浮，在RH 結(jié)束后采用鈣處理，并在處理后進行10min 以上的軟吹時間，避免在RH 吹氧升溫過程中使用鋁粒升溫。

1.4 鑄坯質(zhì)量控制

針對0.45mm 厚度新能源汽車用無取向硅鋼，使用輥式電磁攪拌機，S1～S4 四輥全開，并采用5Hz、300A 的電磁攪拌參數(shù)，使本鋼種板坯的等軸晶率穩(wěn)定在60%～70%之間，如圖2 所示，保證了鑄坯質(zhì)量。使用上述電磁攪拌參數(shù)在節(jié)省用電成本的同時，可以增強夏季設(shè)備的運行穩(wěn)定性，保證澆鑄連續(xù)性。

2 熱軋工藝控制

2.1 低溫出爐控制

圖2 板坯等軸晶率（68.5%）

針對0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼，采用較低的出爐溫度（1000℃），可有效降低AlN 等有害析出物的固溶。為防止板坯出現(xiàn)裂紋并保證溫度的均勻性，需將板坯入加熱爐的溫度控制在300℃以上。生產(chǎn)過程中加熱爐工序通過調(diào)整加熱爐負荷前移和延長在爐時間至240min 來保證板坯溫度的均勻性。

睡眠不足：睡眠不足是當(dāng)下年輕人的通病。睡眠的目的是人體自我修復(fù)，如果長期睡眠不足會降低肝細胞修復(fù)再生能力，想要肝好，就要在晚上11點左右睡覺。

由于0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼的硅含量較高會導(dǎo)致軋線的溫降增高，而且采用較低的出爐溫度，但同時為了提高產(chǎn)品磁性能需盡可能增高終軋溫度。而對于0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼其熱軋成品厚度應(yīng)為2.0mm，那么上述溫降等的變動對于軋制2.0mm 規(guī)格時精軋的軋制穩(wěn)定性和終軋溫度的命中均帶來了較大的困難。針對這種變化在制定生產(chǎn)方案時充分考慮到減少軋線的溫降，以提高精軋軋制溫度和精軋出口溫度，可采取以下措施：全線除了R2 第一道次除鱗開啟外，其余除鱗全部關(guān)閉。另外將立輥和飛剪等冷卻水采用過鋼時關(guān)閉的模式；將粗軋的軋制模式由1+5 改為0+5 模式，同時通過適度增加中間坯厚度來提高中間坯進入精軋后的溫度。

2.2 粗軋控制

與前文所述達到終軋溫度的控制類似，為保證0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼生產(chǎn)的RT2 溫度，粗軋采用0+5 的軋制模式，并將R1 除鱗預(yù)沖水關(guān)閉，立輥E1、E2 輥身冷卻水在過鋼時關(guān)閉。根據(jù)經(jīng)驗，粗除鱗開啟單排的情況下，粗軋溫降較不開啟粗除鱗增大5℃左右，因此，生產(chǎn)采用不開啟粗除鱗、R2 開啟第一道次的除鱗制度，粗軋平均溫降在150℃左右。

而在中間坯厚度的選擇中考慮了如下幾個方面的問題：較低的出爐溫度造成RT2 溫度偏低，這樣會導(dǎo)致中間坯尾部的溫度偏低，給精軋的軋制穩(wěn)定性帶來風(fēng)險，因此需要選用較厚的中間坯；為了相變在精軋前部機架發(fā)生，增加前部機架的變形能，這樣就需要增加中間坯厚度；為了防止精軋打滑，中間坯厚度不能過大；綜合上述三個方面原因，選擇合適的中間坯厚度值為45mm。

2.3 精軋控制

在軋制2.0mm 規(guī)格時精軋穩(wěn)定性較差，初始兩塊軋制過程中較不穩(wěn)定，一般會出現(xiàn)較大的中間浪，尾部軋制也較為不穩(wěn)定，尤其表現(xiàn)在F7 機架，F(xiàn)7 機架較大的變形抗力，是導(dǎo)致其邊降較大的原因。據(jù)此，通過調(diào)整負荷分配，可使邊降得到改善。結(jié)合溫降及軋制穩(wěn)定性，最終將終軋溫度控制在860℃，實際控制中，穿帶速度平均在9.5m/s左右，帶鋼終軋溫度±20℃命中良好，命中率基本在99%以上，典型控制如圖3 所示。

圖3 4.5mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼終軋溫度的典型控制情況

2.4 低溫卷取控制

為進一步提高0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼的磁性能，需采用低卷取溫度控制，根據(jù)本鋼種的Si 含量，試驗后，將卷取溫度定為580℃，采用了適合本鋼種的固定SGF 值，調(diào)整了合適的控冷工藝參數(shù)，從而保證了卷取溫度命中率，全長在±20℃內(nèi)的命中率達到95%，±30℃內(nèi)的命中率達到100%，典型控制如圖4 所示。

圖4 4.5mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼卷取溫度的典型控制情況

3 冷軋工藝控制

3.1 ?；嵯纯刂?/h3>

由于0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼目標使用者為新能源高端行業(yè)，對硅鋼材料性能的要求較高，因此需要采用常化工藝。

而常化既要保證產(chǎn)品性能又要保證產(chǎn)品的可軋性，通過試驗確定SF 爐工藝段溫度為1000℃，速度為35m/min,使帶鋼在工藝溫度下保溫足夠長的時間，使晶粒更大更均勻，相應(yīng)的金相圖片如圖5 所示,可使成品鐵損穩(wěn)定在2.8W/kg，磁感穩(wěn)定在1.73T。

圖5 常化工藝控制下的?；俺善吠嘶鸷蠼鹣嗾掌╝）?；螅╞）成品退火后

3.2 軋制控制

使用二十輥單機架軋機進行軋制，采用AGC控制系統(tǒng)，選用的單位張力為0.5·σ0.2，可精確地控制厚度為0.45mm±0.025mm，板型良好，完全滿足客戶對產(chǎn)品的高板型質(zhì)量的要求。

3.3 退火控制

結(jié)合常化工藝，退火工藝溫度定為880℃，并采取無氧化爐燃燒控制，退火爐內(nèi)全氮氣保護工藝優(yōu)化，其生產(chǎn)過程中無結(jié)瘤情況出現(xiàn)，保證了產(chǎn)品表面質(zhì)量；且爐內(nèi)采取非通氫工藝，切斷明火加熱爐段燒嘴，減少產(chǎn)品氧化程度，成品鐵損性能較存在氧化卷約低0.06W/kg。

表2 0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼的性能

最終可使0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼的成品卷在保證表面質(zhì)量的情況下，其磁感為1.73T 的比例高于95%，鐵損低于2.8W/kg 的比例達到98%，屈服強度達到315MPa，抗拉強度可達450MPa，處于國際領(lǐng)先水平，如表2 所示。

4 結(jié)論

通過對煉鋼、熱軋及冷軋的全工序工藝控制，可以生產(chǎn)出完全符合高端客戶要求的0.45mm 厚新能源汽車用無取向硅鋼，其磁感值可穩(wěn)定在1.73T 以上，鐵損在2.8W/kg 以下，并具有良好的板型和機械性能。為下一步研制其他牌號的新能源汽車用無取向硅鋼奠定了堅實的理論及實踐基礎(chǔ)。