專利名稱：制造具有高磁通量密度的非取向電工鋼片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在L和C方向上具有極高磁通量密度的低鐵損非取向電工鋼片的制造方法。
背景技術(shù)：
非取向電工鋼片用于大型發(fā)電機、發(fā)動機，以及小型靜止電裝置，例如穩(wěn)流器或用于音頻物品(audio goods)的器件。
如圖1所示，電工鋼片的斷流器具有主要在軋制方向(下文中稱作L方向)和垂直于L方向的方向(下文中稱作C方向)上形成的磁通道。最近，圖1所示的分裂鐵芯或者通過環(huán)狀配置斷流器T形鋼片形成的定子鐵芯已經(jīng)被用于生產(chǎn)電動機。這些產(chǎn)品已經(jīng)要求在L和C方向上具有高磁通量密度的低鐵損非取向電工鋼片。
淬火固化方法是制備高磁通量密度非取向電工鋼片的制造方法之一。在淬火固化中，在移動的冷卻壁上固化鋼液形成鑄鋼條，并且鑄鋼條冷軋成預(yù)定的厚度，然后在最終步驟中退火成為非取向電工鋼片。在未審查的日本專利申請第62-240714號(JP′714)，公開了一種制備平均晶粒尺寸等于或大于50微米的鑄鋼條，然后軋制鑄鋼條，從而產(chǎn)生大于50％冷軋比的方法。在實施例1(JP′714)中，因為所公開的起始鑄鋼條含有平均晶粒尺寸為0.5毫米的晶體并且條的厚度為1.4毫米，所以得出起始鋼材包含等軸晶體的結(jié)論是合理的。還公開了通過控制冷軋比可以獲得適于宣稱目的的結(jié)構(gòu)。例如，在高于50％冷軋比下獲得適合小型靜止電裝置的{100}<001>型結(jié)構(gòu)，而在高于70％冷軋比下獲得適合旋轉(zhuǎn)機械的{100}<025>型結(jié)構(gòu)。JP′714中圖2表示冷軋比和L及C方向上磁通量密度之間的關(guān)系，即當(dāng)冷軋比超過70％時，磁通量密度降低。
具有分裂鐵芯的型發(fā)電機、小型靜止裝置和發(fā)動機需要在L和C方向都具有高磁通量密度的鋼片。但是，通過JP′714公開的方法并不能獲得具有非常高磁通量密度(尤其是在L和C兩個方向上)的非取向電工鋼片，因為(a)在移動冷卻壁上超過70％的冷軋比下固化鋼液；以及(b)鑄鋼條具有平均晶粒尺寸超過50微米的晶體。如同在下文中所公開，在條件(a)和(b)下，磁通量密度隨著冷軋比的增加而增加，直至冷軋比達到約70％，此時磁通量開始降低。
一般而言，公知因為使用淬火固化方法獲得的鑄鋼條是非常脆的，所以在使用淬火固化方法來獲得鑄鋼條的情況下，在室溫下軋制鑄鋼條可能會發(fā)生裂縫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供在L和C方向上具有極高磁通量密度的低鐵損非取向電工鋼片的制造方法，所述電工鋼片不能通過JP′714中公開的方法來獲得。
該目標(biāo)通過下面的方法來實現(xiàn)。
一種制造具有高磁通量密度的低鐵損非取向電工鋼片的方法包括以下步驟制備包含以質(zhì)量百分數(shù)計0.008％或更少的C、1.8％到7％的(Si+2Al)、0.02到1.0％的Mn、0.005％或更少的S、0.01％或更少的N，以及余量Fe和不可避免雜質(zhì)的鋼液；在至少一個移動冷卻壁上固化鋼液，形成鑄鋼條；冷軋鑄鋼條至預(yù)定的厚度；以及最后退火冷軋的鋼條，其中{100}磁極強度至少為4，并且冷軋的冷軋比在70％和85％之間，{100}磁極強度是鑄鋼條中間平面上{100}平面的積分反轉(zhuǎn)磁極強度(integrated inverse pole intensity)[對于給定的冷軋鋼條樣品]與晶粒隨機取向的“隨機”樣品{100}平面的積分反轉(zhuǎn)磁極強度的比例。
在本發(fā)明的實施方案中，固化前鋼液的過熱度是70℃或更高。鋼液的過熱度定義為鋼液澆鑄溫度與液相線溫度之間的差值。


圖1表示非取向電工鋼片的應(yīng)用和應(yīng)用的坯件布置。
圖2是表示{100}磁極強度和磁通量密度B50間關(guān)系的圖。
圖3a)是表示{100}磁極強度為1.3的鑄鋼條固化結(jié)構(gòu)的照片。
圖3b)是表示{100}磁極強度為6.4的鑄鋼條固化結(jié)構(gòu)的照片。
圖4是表示冷軋比和磁通量密度B50間關(guān)系的圖。
具體實施例方式
發(fā)現(xiàn)為了制造高磁通量密度的非取向電工鋼片，在淬火固化方法中控制固化結(jié)構(gòu)、鑄鋼條結(jié)構(gòu)和冷軋比(在特定窄的范圍內(nèi)應(yīng)用到鋼條上)是非常有效的。圖2表示本發(fā)明人實施的實驗結(jié)果的實施例。包含以質(zhì)量百分數(shù)計0.0011％到0.0013％C、3.1％Si、1.1％Al、0.26％Mn、0.0022到0.0026％S和0.0013到0.0016％N的鋼液在不同條件下使用雙滾筒方法來淬火固化形成1.6毫米厚的鑄鋼條。鑄鋼條在78％冷軋比下室溫冷軋形成0.35毫米厚的鋼片，并且鋼片最終在1075℃下退火30秒鐘。圖2表示a)鑄鋼條中間平面上{100}平面的積分反轉(zhuǎn)磁極強度與晶粒隨機取向的“隨機”樣品{100}平面的積分反轉(zhuǎn)磁極強度的比例(本文簡稱為“{100}磁極強度”)；和b)在L、C和LC方向上磁通量密度B50間的關(guān)系。圖2說明當(dāng){100}磁極強度超過4時磁通量密度增加。在圖2的試樣中，通過改變鋼液的過熱度來得到不同的{100}磁極強度。
圖3是鋼條固化結(jié)構(gòu)的兩張照片。圖3B中所示的結(jié)構(gòu)具有6.4的{100}磁極強度，而圖3A中所示的結(jié)構(gòu)具有1.3的{100}磁極強度。在照片中，垂直方向是鑄鋼條的厚度方向，并且水平方向是澆鑄方向。在圖3B中，{100}磁極強度為6.4的樣品具有從表面延伸到中心層良好發(fā)展的柱狀晶體。相反，在圖3A中，{100}磁極強度為1.3的樣品具有大量球形等軸晶體，并且?guī)缀鯖]有柱狀晶體。從這一點發(fā)現(xiàn)通過盡可能發(fā)展柱狀晶體來形成{100}<0vw>豐富的結(jié)構(gòu)是重要的。
圖4表示鋼條樣品冷軋比與磁通量密度B50間的關(guān)系，通過在室溫和不同冷軋比下冷軋在圖2實驗中獲得的{100}磁極強度為5.0的鑄鋼條，并且在最后步驟中于1075℃下退火該鋼條30秒鐘來獲得所述鋼條樣品。圖4表示通過在70～85％的冷軋比下冷軋{100}磁極強度為5.0的鑄鋼條獲得最高的磁通量密度。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在圖3和圖4中樣品所采取的冷軋溫度條件下，有一些樣品形成邊緣裂縫。下面的表1表示在發(fā)現(xiàn)裂縫的情況中鋼條樣品的冷軋溫度、邊緣裂縫深度和磁通量密度B50間的關(guān)系，通過在不同的軋制溫度和78％的冷軋比下，冷軋在圖2實驗中獲得的{100}磁極強度為5.0的鑄鋼條，并且在最后步驟中于1075℃下退火鋼條30秒鐘來獲得所述樣品。
如表1所示，新發(fā)現(xiàn)通過在高于180℃的溫度下冷軋鑄鋼條，防止了邊緣裂縫，并且磁通量密度B50增加了0.01T。
表1

在本發(fā)明的實施方案中，退火步驟在750～1250℃的范圍內(nèi)進行10～180秒。優(yōu)選地，退火步驟在850～1200℃的范圍內(nèi)進行20～180秒。最優(yōu)選地，退火步驟在1000～1200℃的范圍內(nèi)進行25～60秒。
如上所述，在未審查的日本專利申請62-240714號中，建議了一種制備平均晶粒尺寸等于或大于50微米的鑄鋼條，然后軋制鑄鋼條，從而產(chǎn)生大于50％冷軋比的方法。但是在該文獻中，可以合理地得出起始鋼材中包含等軸晶體的結(jié)論。這種結(jié)論是基于JP′714實施例1圖2中給出的數(shù)據(jù)是鋼條具有0.5毫米晶體晶粒尺寸和1.4毫米厚度的觀察結(jié)果得出的。
在本發(fā)明中，新發(fā)現(xiàn)通過使用具有柱狀晶體的鑄鋼條并且應(yīng)用70～85％的冷軋比可以獲得高的磁通量密度，而{100}磁極強度為1.3的樣品被認為在鋼條中心層中具有等軸晶體，如圖3A所示，在冷軋比為78％的情況下，LC方向上的B50為1.69T。如圖2所示，在本發(fā)明中，使用70～85％的冷軋比，具有展開柱狀晶體的鋼條結(jié)構(gòu)富含{100}<0vw>，LC方向上的B50高于1.72T，這會導(dǎo)致磁通量密度增加0.03T或更多。
還新發(fā)現(xiàn)通過在高于180℃的溫度下冷軋鑄鋼條，防止了邊緣裂縫，并且磁通量密度B50增加了0.01T，如上面的表1所示。
在本發(fā)明的鋼片中，以質(zhì)量百分數(shù)計，C含量達到0.008％，使得不會形成兩相奧氏體和鐵氧體，并且單相由鐵氧體構(gòu)成，鐵氧體盡可能地發(fā)展柱狀晶體。優(yōu)選地C含量為0.0002％到0.008％。
如果(Si+2Al)％為1.8％或更多并且C％為0.008％或更少，不會形成奧氏體和鐵氧體的兩相，而是形成鐵氧體單相，這有助于柱狀晶體的發(fā)展。當(dāng)(Si+2Al)％超過7％時，可冷軋性降低。所以(Si+2Al)％的上限為7％并且下限為1.8％。
為了改善脆性，Mn％為0.02％到1％。如果Mn含量超過1％，磁通量密度降低。
為了避免對鐵損有不利影響的細硫化物的形成，S％為0.005％或更少。優(yōu)選地，S含量為0.0002％到0.005％。
為了避免對鐵損有不利影響的細氮化物如AlN的形成，N％為0.01％或更少。優(yōu)選地，N含量為0.0002％到0.01％。
鋼液被在至少一個移動冷卻壁上固化，形成鑄鋼條?？梢允褂脝螡L筒方法和雙滾筒方法。
{100}磁極強度應(yīng)該為4或更大。當(dāng)柱狀晶體在鑄鋼條中發(fā)展時，獲得高的磁通量密度，并且{100}磁極強度為4或更大，如圖2和圖3所示。
為了控制{100}磁極強度，調(diào)節(jié)鋼液的過熱度是有效的。鋼液的過熱度定義為鋼液澆鑄溫度與液相線溫度之間的差值。如同在下面的實施方案中所示，70℃或更高的過熱度使{100}磁極強度為4或更大。
冷軋冷軋比在70～85％下應(yīng)用。如圖4所示，在冷軋比低于70％或多于85％的情況下，不能獲得高的磁通量密度。
優(yōu)選地，在180和350℃之間實施退火前的冷軋。如上面的表1所示，在低于180℃下實施冷軋的情況中，有可能形成邊緣裂縫。在高于350℃下實施冷軋的情況中，磁通量密度B50的增加被飽和。通過在鋼條溫度降低到180℃以下之前軋制淬火固化的鋼條，可在180℃以上的溫度下冷軋鋼條。還可以使用外部加熱裝置如電爐和煤氣爐將鋼條加熱到180℃以上。
實施例1在不同的過熱度下，以質(zhì)量計包含0.009％的C、3.0％的Si、0.20％的Mn、1.2％的溶解Al、0.0007到0.0018％的S和0.0018到0.0024％的N的鋼液通過雙滾筒方法淬火固化，從而形成具有不同厚度的鑄鋼條。鋼條的液相溫度為1490℃。然后，鑄鋼條在室溫下酸洗，冷軋成0.35毫米厚的鋼片，在1075℃下退火30秒并且最后用絕緣涂層來涂布。下面的表2表示冷軋比、磁性能和{100}磁極強度間關(guān)系。發(fā)現(xiàn)4或更大的{100}磁極強度和70到85％冷軋比的組合可以提供高的磁通量密度。
表2

實施例2下面的表3表示鋼條樣品的冷軋溫度、冷軋比、邊緣裂縫深度、{100}磁極強度和磁性能間的關(guān)系，所述鋼條樣品通過在不同的軋制溫度下冷軋用于制備表2中實施例1第9樣品時獲得的鑄鋼條成0.35毫米厚的鋼片、在1075℃下退火鋼條30秒鐘，并且將絕緣薄膜應(yīng)用于鋼條上來獲得。根據(jù)本發(fā)明的方法，通過采用70％到85％間的冷軋冷軋比、至少為4的{100}磁極強度及180和350℃間冷軋溫度的條件，可以制造沒有邊緣裂縫的高磁通量密度非取向電工鋼片。
表3

根據(jù)本發(fā)明的方法，可以生產(chǎn)在L和C方向上具有極高磁通量密度的低鐵損非取向電工鋼片，它適合于用作大型發(fā)電機、小型靜止電裝置、發(fā)動機(包括分裂鐵芯)等的鐵芯。
權(quán)利要求
1.一種制造具有高磁通量密度的非取向電工鋼片的方法，其包括以下步驟制備鋼液，以質(zhì)量百分數(shù)計，該鋼液含有高至0.008％的C、1.8％到7％的(Si+2Al)、0.02到1.0％的Mn、達到0.005％的S、達到0.01％的N、以及余量Fe和不可避免的雜質(zhì)；在至少一個移動冷卻壁上固化鋼液，形成鑄鋼條；冷軋鑄鋼條至預(yù)定的厚度；以及退火冷軋過的鋼條；其中{100}磁極強度至少為4，并且冷軋時的冷軋比在70％和85％之間
2.一種制造具有高磁通量密度的非取向電工鋼片的方法，其包括以下步驟制備鋼液，以質(zhì)量百分數(shù)計，該鋼液含有達到0.008％的C、1.8％到7％的(Si+2Al)、0.02到1.0％的Mn、達到0.005％的S、達到0.01％的N，以及余量Fe和不可避免的雜質(zhì)；在至少一個移動冷卻壁上固化鋼液，形成鑄鋼條；冷軋鑄鋼條至預(yù)定的厚度；以及退火冷軋過的鋼條，其中冷軋時的冷軋比在70％和85％之間，并且固化前鋼液的過熱度至少為70℃。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中固化前鋼液的過熱度為70℃到100℃。
4.如權(quán)利要求1的方法，其中以質(zhì)量百分數(shù)計，所述鋼液含有0.0011-0.0013％的C。
5.如權(quán)利要求1的方法，其中所述冷軋在至少180℃的溫度下實行。
6.如權(quán)利要求2的方法，其中所述冷軋在至少180℃的溫度下實行。
7.如權(quán)利要求5的方法，其中所述冷軋在180到350℃的溫度下實行。
8.如權(quán)利要求6的方法，其中所述冷軋在180到350℃的溫度下實行。
9.如權(quán)利要求1的方法，其中所述{100}磁極強度是4到6.4。
10.如權(quán)利要求1的方法，其中所述冷軋過的鋼具有柱狀晶體。
11.如權(quán)利要求1的方法，其中所述冷軋過的鋼具有比球形等軸晶體更多量的柱狀晶體。
12.如權(quán)利要求1的方法，其中所述鋼液使用單滾筒方法來固化。
13.如權(quán)利要求1的方法，其中所述鋼液使用雙滾筒方法來固化。
14.如權(quán)利要求2的方法，其中以質(zhì)量百分數(shù)計，所述鋼液含有0.0011-0.0013％的C。
15.如權(quán)利要求2的方法，其中所述{100}磁極強度是4到6.4。
16.如權(quán)利要求2的方法，其中所述冷軋過的鋼具有柱狀晶體。
17.如權(quán)利要求2的方法，其中所述冷軋過的鋼具有比球形等軸晶體更多量的柱狀晶體。
18.如權(quán)利要求2的方法，其中所述{100}磁極強度至少為4。
全文摘要
一種淬火固化方法，其中平均晶粒尺寸為50微米或更大的鑄鋼條被制備，然后冷軋鑄鋼條來生產(chǎn)在L和C方向上具有高磁通量密度的非取向電工鋼片。但是當(dāng)冷軋比超過70％時，磁通量密度降低。為了避免這種問題，在給定鋼片樣品{100}面的積分反轉(zhuǎn)磁極強度與晶粒隨機取向的“隨機”樣品{100}面積分反轉(zhuǎn)磁極強度的比例至少為4；并且冷軋的冷軋比在70％到85％之間的情況下，生產(chǎn)非取向的電工鋼片。鋼液的過熱度可以為70℃或更高。
文檔編號B22D11/06GK1537957SQ20041003359
公開日2004年10月20日 申請日期2004年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月10日
發(fā)明者黑崎洋介, 久保田猛, 山村英明, 新井貴士, 石丸詠一朗, 有田吉宏, 水地功, 小菅健司, 一朗, 司, 士, 宏, 明, 猛 申請人:新日本制鐵株式會社