[发明专利]取向硅钢中的氮含量的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种控制取向硅钢中的氮含量的方法，更具体地讲，尤其涉及一种在真空感应熔炼条件下窄成分范围控制取向硅钢中的氮含量的方法。

背景技术

取向硅钢是一种广泛应用于电力、机电、家电制造行业和军事工业的功能性金属材料，生产难度较大，质量要求严格，被业内称之为“钢材艺术品”。取向硅钢对化学成分的要求极严格，规定的成分范围很窄，成分略有波动对性能就有很大影响。在取向硅钢生产过程中，为了通过二次再结晶获得单一的Goss织构，必须有效抑制初次晶粒长大，其中，发挥关键性作用的是细小、弥散析出的相质点或晶界偏聚元素(称为抑制剂)。作为抑制剂形成元素的Mn、S、Al、N等都有一最佳含量范围，含量过低则抑制效果不明显，含量过高使二次晶粒生长变坏且在成品中不易去除，导致硅钢磁性的降低。

根据抑制剂的类型、铸坯加热方法和冷轧方式的不同，当前生产的取向硅钢主要有：(1)以AlN+MnS为固有抑制剂，采用高温加热一次冷轧法生产的HiB取向硅钢，一般要求控制钢中的氮含量为0.008wt％-0.009wt％，锰含量为0.06wt％-0.09wt％；(2)以MnS为固有抑制剂，采用高温加热二次冷轧法生产的普通取向硅钢，一般要求控制钢中的锰含量为0.055wt％-0.061wt％，而氮含量＜0.005wt％；(3)以“固有抑制+后期渗氮”的方式，用低温加热一次冷轧法生产的HiB取向硅钢，一般要求控制钢中的氮含量为0.005wt％-0.007wt％，锰含量为0.13wt％-0.16wt％；(4)以Cu₂S+AlN为固有抑制剂，用低温加热二次冷轧法生产普通取向硅钢，一般要求控制钢中的氮含量为0.006wt％-0.008wt％，锰含量为0.20wt％-0.23wt％。可见，在取向硅钢的生产中，氮含量的控制范围极窄，波动值仅为10ppm-20ppm，同时，除氮元素外，取向硅钢中对锰也需进行较窄的化学成份控制。

当前，在工业大生产冶炼中，取向硅钢中氮含量的窄范围控制主要是通过转炉控氮、炉后加氮化合金、RH采用氩/氮循环或补加氮化合金等方法实现。与工业大生产相比，采用真空感应炉熔炼取向硅钢时，氮含量的窄范围控制更难。这是因为真容感应炉的真空度较高，氮分压低，且缺少顶吹和底吹系统，不能采用一些专利中提到的底吹吹氮或氮气循环的方法控制氮含量；此外，若在真空感应炉只加入增氮合金，则在真空下氮的收得率波动大，成份难于稳定控制。

申请号为200810079428.4的中国发明专利申请提出了一种在高真空感应炉内冶炼含氮钢增氮的方法。即，在高真空下充入氮保护气并添加增氮合金增氮的方法。但是，真空熔炼取向硅钢具有其明显的钢种特点，如取向硅钢加入的硅原料量大，钢水要求的纯净度高，控制钢中的氮含量相对较低(一般≤110ppm)，氮的波动范围窄(在10-20ppm之内)，且在充氮的情况下，还需要考虑取向硅钢中其它元素(如锰)的窄范围控制，限制了氮化合金原料的选取和充氮压力的选取等。特别地，真空感应炉通常缺少与工业大生产线上相类似的取样设备、炉前缺少在线元素快速分析系统、在真空料斗内也缺少精确地多批次补加合金料的功能等有效的控制手段，而且真空感应炉本身还存在着炉容小，渣金反应界面小，少量的合金添加量就可能引起大的成份波动等特点，这些都使得真空感应炉熔炼取向硅钢的氮成份窄范围控制并不容易。但是，由于在工业大生产线上，冶炼一炉取向硅钢的钢水量多(一般为80-300吨/炉)，进行取向硅钢工业实验的流程长、工序复杂，而且，若取向硅钢的钢水成份控制不准，则生产代价高昂，所以利用真空感应冶炼合格的取向硅钢钢锭进行实验研究是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过对真空感应炉的真空度的合理应用达到窄范围控制取向硅钢中氮含量的控制方法。

为了实现上述目的，提供了一种取向硅钢中的氮含量的控制方法，其特征是：1)将纯铁原料和碳放入坩埚，并按取向硅钢中的各元素含量计算的合金原料配比，将配料按加料顺序放入真空料斗内；2)加热炉料至熔化，对钢液进行精炼；3)精炼后加入铝脱氧，随后加入金属硅或取向硅钢成份中的不易挥发的元素的合金进行合金化；4)根据取向硅钢中的氮含量决定是否充氩气或氮气，当取向硅钢的氮含量要求≤0.005wt％时，氩气的充入压力≥3KPa；当要求取向硅钢的氮含量超过0.005wt％时，向炉内充入纯度≥99％的氮气，充氮压力与一个大气压的比值按下式计算：