熱軋無(wú)取向硅鋼高溫氧化行為及其氧化鐵皮控制技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、硅鋼主要用作各種電機(jī)和變壓器的鐵芯，是電力、電子和軍事工業(yè)中不可缺少的重要的軟磁合金，其中無(wú)取向硅鋼產(chǎn)量最大。硅鋼在熱軋過(guò)程中表面不可避免會(huì)形成氧化鐵皮，一方面在氧化鐵皮與基體界面處形成的Fe2SiO4，增加了氧化鐵皮粘附性，導(dǎo)致與普碳鋼相比，在熱軋過(guò)程中熱軋硅鋼的氧化鐵皮更容易殘留在熱軋板表面，造成紅色氧化鐵皮缺陷和氧化鐵皮壓入缺陷。存在紅色氧化鐵皮會(huì)大大降低酸洗效率，如果紅色氧化鐵皮分布不均，還會(huì)造成熱軋板表面局部出現(xiàn)過(guò)酸洗或欠酸洗

2、，降低酸洗板的表面質(zhì)量。氧化鐵皮壓入則會(huì)嚴(yán)重?fù)p害熱軋板的表面質(zhì)量并可能遺傳至冷軋板從而影響最終產(chǎn)品的磁性能。另一方面，生產(chǎn)過(guò)程中，熱軋硅鋼基體表層會(huì)形成的內(nèi)氧化層無(wú)法利用高壓水除鱗去除，會(huì)遺傳至冷軋板表層，作為氧化物夾雜損害產(chǎn)品的磁性能。因此解決熱軋無(wú)取向硅鋼氧化鐵皮缺陷的關(guān)鍵，就是要減少紅色氧化鐵皮、控制氧化鐵皮與基體界面的平直度以及內(nèi)氧化層的厚度。
　　針對(duì)上述問(wèn)題，本論文以Si含量為0.75～2.2％的熱軋無(wú)取向硅鋼為研究對(duì)

3、象，分析其氧化熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、影響氧化行為的因素以及內(nèi)氧化與外氧化相互轉(zhuǎn)變的機(jī)理，提出紅減少色氧化鐵皮缺陷、氧化鐵皮壓入缺陷的措施和內(nèi)氧化層厚度控制方案，最后提出CSP生產(chǎn)熱軋無(wú)取向硅鋼的工藝改進(jìn)方案，并在實(shí)際生產(chǎn)中進(jìn)行驗(yàn)證。論文的主要工作以及創(chuàng)新性成果如下:
　　(1)通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算和氧化動(dòng)力學(xué)分析，建立目標(biāo)鋼種的氧化動(dòng)力學(xué)模型。
　　基于Fe-Si-O三元相圖和Ellingham/Richardson圖，鋼種氧化鐵皮中能

4、夠存在的氧化物按其形成的難易程度依次為:SiO2、Fe2SiO4、FeO、Fe3O4和Fe2O3;通過(guò)在干燥空氣條件下溫度為600～1150℃的氧化實(shí)驗(yàn)，得到鋼種的氧化增重速率常數(shù)，外氧化和內(nèi)氧化的氧化速率常數(shù)，上述速率常數(shù)均隨氧化溫度升高而增大;得到鋼種的氧化激活能，并確定其與溫度的關(guān)系。
　　(2)測(cè)定氧化鐵皮中Fe2SiO4的熔點(diǎn)，分析了溫度、氣氛以及Si含量對(duì)氧化鐵皮形態(tài)的影響，氧化鐵皮形態(tài)包括結(jié)構(gòu)、厚度和氧化鐵皮與基體界

5、面平直度。
　　氧化鐵皮中的富Si相是Fe2SiO4與Fe3O4的固溶體，通過(guò)DSC測(cè)定該固溶體的熔點(diǎn)為1140℃。溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼種氧化行為的影響規(guī)律為，溫度升高，外氧化層與內(nèi)氧化層厚度均增大，氧化鐵皮與基體界面平直度下降。當(dāng)溫度大于1140℃時(shí)，氧化鐵皮中存在FeO，當(dāng)溫度為800～1000℃時(shí)，氧化鐵皮表面易形成結(jié)瘤，造成界面的嚴(yán)重破壞。Si含量對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼種氧化行為的影響規(guī)律為，當(dāng)溫度低于1140℃時(shí)，Si含量增加能夠提高鋼種的抗

6、氧化性，當(dāng)溫度高于1140℃時(shí)情況則相反;內(nèi)氧化物顆粒尺寸與Si含量呈正比;相同溫度條件下，提高Si含量會(huì)降低氧化鐵皮與基體界面的平直度。氧化氣氛對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼種氧化行為的影響規(guī)律為，含氧量3％的空氣與正?？諝鈼l件下鋼種的氧化行為無(wú)明顯差異;水蒸氣對(duì)氧化速率有促進(jìn)作用，能夠改變氧化鐵皮結(jié)構(gòu)，并使氧化鐵皮中出現(xiàn)大量孔洞和微裂紋。
　　(3)得到內(nèi)氧化與外氧化相互轉(zhuǎn)變的機(jī)理與條件。
　　氧化鐵皮的生長(zhǎng)過(guò)程是基體被腐蝕從而使內(nèi)氧化層向外

7、氧化層轉(zhuǎn)變的過(guò)程;提高Si含量能夠使實(shí)驗(yàn)鋼種表面只形成外氧化層;另外通過(guò)降低氧化氣氛中的O含量也能夠促使實(shí)驗(yàn)鋼種表面只形成外氧化層。帶氧化鐵皮的目標(biāo)鋼種在高純Ar中保溫時(shí)，會(huì)出現(xiàn)外氧化向內(nèi)氧化轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，內(nèi)氧化層生長(zhǎng)所需的O源于外氧化層的分解;另外發(fā)現(xiàn)O在內(nèi)氧化層中的擴(kuò)散系數(shù)均大于其在Fe中的擴(kuò)散系數(shù)，表明內(nèi)氧化物的存在對(duì)O擴(kuò)散起促進(jìn)作用，并且隨Si含量增加，這種促進(jìn)作用會(huì)更加明顯。
　　(4)基于以上實(shí)驗(yàn)分析，以保證產(chǎn)品磁性能為

8、前提，提出CSP產(chǎn)線(xiàn)熱軋無(wú)取向硅鋼的氧化鐵皮控制工藝。保證旋轉(zhuǎn)除鱗正常運(yùn)行，避免加熱爐內(nèi)氣氛出現(xiàn)極低氧分壓的情況，抑制外氧化層向內(nèi)氧化層快速轉(zhuǎn)變;板坯出均熱爐經(jīng)高壓水除鱗后的溫度高于1000℃，并在軋制階段采用快速軋制的方法;在卷取階段，要保證卷取溫度低于700℃，抑制外氧化層向內(nèi)氧化層的轉(zhuǎn)變，同時(shí)保證熱軋卷內(nèi)部處于貧氧環(huán)境并降低冷卻速率。按照上述思路對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)后，現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)熱軋無(wú)取向硅鋼50WW600因表面氧化鐵皮質(zhì)量而造成