一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌及制备取向硅钢的方法

本发明属于取向硅钢生产，涉及一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌及制备取向硅钢的方法。

背景技术：

1、取向硅钢具有高磁感应强度、低铁损等优良磁性能，是制备变压器铁芯的非常重要的软磁材料，也是唯一需要通过二次再结晶行为进行生产的特殊钢种。其生产工艺复杂，制造技术严格，被称为钢铁产品中的“艺术品”。取向硅钢制备的关键就是对抑制剂的调控，在取向硅钢中细小弥散分布的亚稳第二相粒子被称为抑制剂。利用抑制剂阻碍初次再结晶晶粒正常长大，诱发goss取向晶粒({110}<001>)发生完善二次再结晶，进而实现易磁化的<001>晶带轴完全平行于钢板轧制方向，这是取向硅钢获得优良磁性能的关键。

2、目前，取向硅钢中常用的抑制剂有mns、cu2s和aln三种，其中以mns和aln为主要抑制剂的高温铸坯加热工艺加热温度高达1350℃-1400℃，存在着生产能耗高、铸坯烧损严重、废气排放大、产品成材率低等诸多问题。针对这一问题，采用cu2s作为抑制剂的中温铸坯加热工艺，可将铸坯加热温度进一步降低至1250-1300℃。通过化学渗氮工艺的获得抑制剂法可将铸坯加热温度降低至1150～1200℃，该方法关键工序是在脱碳退火后进行渗氮处理，提高aln抑制剂的数量。然而，化学渗氮过程影响因素多，工艺窗口窄，良品率低，仅仅少数大型钢铁企业可以掌握。中国发明专利(公开号cn103898409b)公开了一种降低取向硅钢板坯加热温度的抑制剂及制备方法，该专利主要特征是采用为nb(c，n)为主抑制剂，aln、cu2s、(cu,mn)s和晶界偏聚元素cr为辅助抑制剂，使连铸板坯的加热温度降低到1250℃以下。中国发明专利(公开号cn103898409b)公开了一种采用低温加热板坯的含铌取向硅钢及生产方法，该专利主要特征是通过添加辅助抑制剂元素nb形成nb(c，n)制备取向硅钢，使热轧板坯加热温度降低6-77℃。然而，采用nb(c，n)作为取向硅钢中的抑制剂的方法并没有大规模的应用，原因在于：nb(c，n)的析出温度较低，在920℃的常化温度下反而重新固溶，在脱碳退火后，部分碳以化合物的形式存在于nb(c，n)中，碳含量难以降低到传统取向硅钢水平(0.003％)。

3、因此，寻找一种适用于取向硅钢制备的新型抑制剂，能够在实现低温板坯加热的同时，制备出高磁感、低铁损的产品始终是取向硅钢领域的研究热点。

技术实现思路

1、针对现有低温板坯加热制备取向硅钢存在的上述问题，本发明提供了一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌。该抑制剂可以实现板坯低温加热，无需常化和脱碳退火工序。相比于传统的抑制剂，三硫化二铌不仅在取向硅钢中有着较高的固溶度，容易细小弥散析出，同时有着合适的粗化速率，对最终产品的磁性能没有不良影响。

2、本发明公开一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，基于超低碳成分体系c≤0.003％，在fe-3％si中只添加nb、s两种元素，重量百分比分别为，nb：0.02％～0.15％，s：0.04％～0.1％，形成的铌硫化合物原子配比为nb:s＝1:1.5，化学式为nb2s3。

3、进一步的，nb2s3的晶体结构属于六方晶系，空间群为p6_3/mmc(194)，晶格常数为

4、

5、进一步的，nb2s3相对基体析出的位向关系为

6、

7、进一步的，nb2s3的形貌主要为椭球状及短棒状，平均直径为30～100nm，分布密度为1～6μm-2。

8、进一步的，其析出的吉布斯自由能与温度的关系为：

9、

10、进一步的，其固溶度积公式为：

11、

12、进一步的，其析出的鼻点温度为990℃，在此温度热处理能得到最为细小均匀的析出相粒子。

13、进一步的，其粗化速率高于mns，小于nbc与nbn。

14、本发明还公开一种利用上述的新型抑制剂-三硫化二铌制备取向硅钢的方法，包括如下工序：

15、(1)钢水冶炼工序：基于超低碳成分体系，在冶炼过程中只添加nb、s两种元素，其成分按重量百分比为c：≤0.003％，si：3％，nb：0.02～0.15％，s：0.04～0.1％，其余为fe和不可避免的杂质元素；

16、(2)铸坯加热工序：冶炼好的铸坯在1150℃～1250℃保温2h；

17、(3)热轧工序：铸坯加热完成后经多道次热轧至厚度2mm；

18、(4)冷轧工序：热轧板经一阶段冷轧至厚度0.3mm；

19、(5)二次再结晶退火工序：冷轧板在850℃保温5min完成初次再结晶退火，涂覆mgo隔离剂后进行二次再结晶退火，以20℃/h的速度升温至1200℃，二次再结晶退火在氮气氢气比例为1:3的气氛条件下进行。

20、进一步的，制备流程无需常化退火及脱碳退火工序。

21、本发明的一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，至少具有以下有益效果：

22、1.本发明设计了一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，这种铌硫化合物冶炼和成分的控制难度低，能够实现取向硅钢板坯低温加热，无需常化退火及脱碳退火工序，显著降低了能耗和生产成本。

23、2.本发明的新型抑制剂-三硫化二铌，其固溶度高，易细小弥散析出，粗化速率适中，其最终残留对最终产品的磁性能没有不良影响。本发明提供的新型抑制剂能够在实现低温板坯加热的同时，制备出高磁感、低铁损的取向硅钢产品，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，基于超低碳成分体系c≤0.003％，在fe-3％si中只添加nb、s两种元素，重量百分比分别为，nb：0.02％～0.15％，s：0.04％～0.1％，形成的铌硫化合物原子配比为nb:s＝1:1.5，化学式为nb2s3。

2.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，nb2s3的晶体结构属于六方晶系，空间群为p6_3/mmc(194)，晶格常数为

3.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，nb2s3相对基体析出的位向关系为

4.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，nb2s3的形貌主要为椭球状及短棒状，平均直径为30～100nm，分布密度为1～6μm-2。

5.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，其析出的吉布斯自由能与温度的关系为：

6.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，其固溶度积公式为：

7.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，其析出的鼻点温度为990℃，在此温度热处理能得到最为细小均匀的析出相粒子。

8.根据权利要求1所述的适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂-三硫化二铌，其特征在于，其粗化速率高于mns，小于nbc与nbn。

9.一种利用权利要求1至8任意一项的新型抑制剂-三硫化二铌制备取向硅钢的方法，其特征在于，包括如下工序：

10.根据权利要求9所述的利用新型抑制剂-三硫化二铌制备取向硅钢的方法，其特征在于，制备流程无需常化退火及脱碳退火工序。

技术总结本发明的一种适用于低温板坯加热制备取向硅钢的新型抑制剂‑三硫化二铌，基于超低碳成分体系在Fe‑3％Si中添加Nb、S两种元素，重量百分比为Nb：0.02％～0.15％，S：0.04％～0.1％，形成的铌硫化合物原子配比为Nb:S＝1:1.5，化学式为Nb<subgt;2</subgt;S<subgt;3</subgt;。属于六方晶系，空间群为P6_3/mmc(194)，晶格常数为其与基体的位向关系为这种抑制剂在取向硅钢中形貌为椭球状及短棒状，尺寸为30～100nm。其固溶度高，全固溶温度低，粗化速率适中，符合作为取向硅钢抑制剂的要求。该铌硫化合物冶炼和成分的控制难度低，能实现取向硅钢板坯低温加热，无需常化退火及脱碳退火工序，显著降低了能耗和生产成本。技术研发人员：王洋,王顺,张元祥,方烽,袁国,李振垒,康健,王超,张晓明,王国栋受保护的技术使用者：东北大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5