專利名稱：具有高磁性能的晶粒取向電工鋼片的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有高磁性能的晶粒取向電工鋼片的制造工藝，更準(zhǔn)確地講涉及這樣一種工藝，其中在能夠溶解存在的部分硫化物和氮化物的溫度，對(duì)通過連鑄所獲得的鋼板坯進(jìn)行退火，這些硫化物和氮化物隨后以適合于在脫碳退火過程中控制晶粒尺寸的形式再析出，并且能夠進(jìn)行隨后的高溫連續(xù)熱處理過程，在此過程中通過遍及鋼帶厚度的氮擴(kuò)散，使鋁以氮化物形式直接析出，補(bǔ)充控制最終產(chǎn)品的晶粒取向所需第二相比例。
已有技術(shù)用于電氣用途的晶粒取向硅鋼通常分為兩類，基本不同之處在于在800安培-匝/m的磁場作用下測(cè)量的磁感強(qiáng)度值，記為B800傳統(tǒng)的晶粒取向硅鋼的等級(jí)是B800小于1890mT，高導(dǎo)磁率晶粒取向硅鋼的等級(jí)是B800大于1900mT。根據(jù)由W/kg表示的所謂鐵心損耗再做進(jìn)一步細(xì)分。
產(chǎn)生于三十年代的傳統(tǒng)晶粒取向硅鋼和在工業(yè)上產(chǎn)生于六十年代后期的具有更高導(dǎo)磁率的超取向晶粒硅鋼，主要用于生產(chǎn)電氣變壓器的鐵心，超取向晶粒產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于其高導(dǎo)磁率，可使鐵心尺寸減小，損耗降低，節(jié)約能量。
電工鋼片的導(dǎo)磁率是鐵的體心立方結(jié)晶(晶粒)取向的函數(shù)；該結(jié)晶必須具有平行于軋制方向的一個(gè)棱。通過利用一定適當(dāng)析出的析出物(抑制劑)，所謂的第二相降低了晶界的遷移性，僅具有期望取向的晶粒獲得了選擇性生長。這些析出物在鋼中的溶解溫度越高，取向均勻性就越高，最終產(chǎn)品的磁性能就越好。在取向晶粒鋼中，抑制劑主要由硫化錳和/或硒化物組成，而在超取向晶粒鋼中，抑制劑主要由含鋁的氮化物組成。
但是，在超取向電工鋼帶的制造中，在液態(tài)鋼的凝固以及所得固體的隨后冷卻過程中，硫化物和氮化鋁以粗粒形式析出，不適于期望的目的。因此，它們必須再溶解并且以正確形式再析出，并且保持到在冷軋到要求的最終厚度和脫碳退火之后，亦即在復(fù)雜和昂貴的轉(zhuǎn)變工藝結(jié)束時(shí)，在最終退火階段獲得具有要求的尺寸和取向的晶粒。
基本在于難以獲得良好的生產(chǎn)率和穩(wěn)定的質(zhì)量的制造問題，明顯主要是起因于必須采取措施以便在整個(gè)鋼的轉(zhuǎn)變工藝過程中按要求的形式和分布保持氮化鋁。
為了克服這些問題已經(jīng)開發(fā)了新技術(shù)，借助鋼帶的滲氮，最好是在冷軋之后，產(chǎn)生適合于控制晶粒生長的氮化鋁，正如美國專利4225366和歐洲專利EP0339474所述的。
在后者專利中，在鋼的慢速凝固過程中，以粗粒形式析出的氮化鋁，通過在熱軋之前對(duì)鋼板坯的低溫加熱(亦即低于1280℃，最好低于1250℃)保持在這種狀態(tài)。在脫碳退火之后引入氮，主要在鋼帶的表面層立即反應(yīng)產(chǎn)生氮化硅和氮化硅-錳，具有相對(duì)低的增溶溫度并且在最終的箱式退火中溶解。如此釋放的氮擴(kuò)散進(jìn)入鋼帶并且與鋁反應(yīng)，以鋁和硅的氮化物的混合形式在鋼帶的整個(gè)厚度再析出形成細(xì)小均勻分布形式。這種工藝要求材料在700-800℃保溫至少4小時(shí)。在上述專利中，說明了為了避免晶粒的異常生長，氮引入溫度必須接近脫碳溫度(約850℃)，在任何情況一定不大于900℃，但未給出適當(dāng)?shù)囊种苿?。事?shí)上，最佳滲氮溫度出現(xiàn)在750℃，而850℃代表避免這種異常生長的上限。
此工藝似乎具有一定優(yōu)點(diǎn)，例如在熱軋工序之前的相對(duì)低的鋼板坯加熱溫度，或者相對(duì)低的脫碳和滲氮溫度；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在箱式退火過程中使鋼帶保持在700-800℃的溫度至少4小時(shí)(目的在于獲得控制晶粒生長所需的混合的鋁和硅的氮化物)，生產(chǎn)成本沒有增加，因?yàn)樵谌魏吻闆r下箱式退火爐的加熱所需時(shí)間是相同的。
但是，上述優(yōu)點(diǎn)牽涉到某些問題，其中(i)由于鋼板坯的加熱溫度低，所以鋼片在用作晶粒生長抑制劑的析出物方面很差；因此，所有鋼帶加熱循環(huán)、特別是在脫碳和滲氮處理過程中，必須在相對(duì)較低和精確控制的溫度下進(jìn)行，在這種條件下晶界是極易遷移的，這意味著晶粒異常生長的危險(xiǎn)；(ii)在最終退火工序不可能引進(jìn)任何可以加速加熱時(shí)間的改進(jìn)；例如通過用其它連續(xù)型式的爐替箱式退火爐。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的在于克服已知制造系統(tǒng)的缺點(diǎn)，提出一種工藝，其中在顯然高于涉及鋼帶滲氮的所述已知工藝中采用的溫度，但是低于高導(dǎo)磁率鋼片的經(jīng)典制造工藝的溫度的溫度，均勻加熱用于電氣用途的硅鋼鋼板坯，然后熱軋。如此獲得的鋼帶進(jìn)行兩級(jí)快速退火隨后急冷，然后進(jìn)行冷軋，如果需要的話，則在180℃-250℃的溫度進(jìn)行多個(gè)軋制工序。冷軋鋼片首先進(jìn)行脫碳退火，然后在含氨的氣氛中于高溫下進(jìn)行滲氮退火。
隨后進(jìn)行通常的最終處理，其中包括退火分離劑的淀積和二次再結(jié)晶最終退火。
本發(fā)明涉及具有高磁性能的鋼片的制造工藝，其中硅鋼包含2.5％-4.5％的硅，150-750ppm、最好是250-500ppm的C，300-4000ppm、最好是500-2000ppm的Mn，小于120ppm、最好是50-70ppm的S，100-400ppm、最好是200-350ppm的Al可溶，30-130ppm、最好是60-100ppm的N，小于50ppm、最好是小于30ppm的Ti，余量是鐵和少量雜質(zhì)，對(duì)所述硅鋼進(jìn)行連鑄、高溫退火、熱軋、單級(jí)或多于一級(jí)的冷軋。對(duì)如此獲得的冷軋鋼帶連續(xù)退火，進(jìn)行初次再結(jié)晶和脫碳，涂敷退火分離劑，進(jìn)行箱式退火用于二次再結(jié)晶最終處理，其特征在于以協(xié)同關(guān)系結(jié)合以下工序(i)在1200℃-1320℃、最好是1270℃-1310℃的溫度，對(duì)如此獲得的鋼板坯進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理；(ii)對(duì)如此獲得的鋼板坯熱軋，在低于700℃、最好是低于600℃的溫度卷繞所得鋼帶；(iii)對(duì)熱軋鋼帶快速加熱到1000℃-1150℃、最好是1060℃-1130℃的溫度，隨后冷卻到并停止在800℃-950℃、最好是900℃-950℃的溫度，然后在700℃-800℃的溫度開始急冷，優(yōu)選在在水和水蒸汽中進(jìn)行；(iv)進(jìn)行至少一級(jí)的冷軋；(v)在pH2O/pH2的范圍在0.3-0.7的溫性氮-氫氣氛中，于800℃-950℃的溫度，對(duì)冷軋鋼帶進(jìn)行時(shí)間總量在50-350秒的連續(xù)脫碳退火；(vi)向爐內(nèi)送入氮-氫基氣體，該氣體NH3含量為每公斤鋼帶1-35、最好是1-9當(dāng)量升，以及含量在0.5-100g/m3的水蒸汽，在850℃-1050℃的溫度進(jìn)行15-120秒的連續(xù)滲氮退火；(vii)進(jìn)行通常的最終處理，包括二次再結(jié)晶退火。在此退火過程中，在700℃-1200℃的溫度加熱2-10小時(shí)，最好是小于4小時(shí)。
連鑄鋼板坯最好具有如下受控組成Si，2.5％-3.5wt％；C，250-550ppm；Mn，800-1500ppm；可溶Al，250-350ppm；N，60-100ppm；S，60-80ppm；Ti，小于40ppm；余量是鐵和少量雜質(zhì)。
最好進(jìn)行單級(jí)冷軋，至少在冷軋道次的一部分，冷軋溫度保持在至少180℃的值；特別是在兩個(gè)中間冷軋道次，溫度在200℃-220℃。
脫碳溫度最好在830℃-880℃，而滲氮退火最好在950℃或以上的溫度進(jìn)行。本發(fā)明的基礎(chǔ)可以解釋如下?？梢哉J(rèn)為重要的是在鋼中保持一定量的、不是微量的適于控制晶粒生長的抑制劑，直到連續(xù)滲氮退火。這種抑制劑使得可在相當(dāng)高的溫度進(jìn)行加工，同時(shí)避免將導(dǎo)致生產(chǎn)率和磁性能嚴(yán)重?fù)p失的晶粒異常生長。這在理論上有許多不同方式的可能性，但是對(duì)于本發(fā)明的目的，已經(jīng)選擇了把加熱鋼板坯的溫度保持在足夠高的值，以便溶解相當(dāng)多量的抑制劑，但溫度仍舊是足夠地低，以便避免形成液態(tài)鋼渣以及需要使用昂貴的特殊爐子。
在其它方面之中，這些抑制劑的隨后析出可以使?jié)B氮溫度提高到直接獲得作為氮化物的鋁的析出的值，并且提高氮在鋼中的滲透和擴(kuò)散速率。存在于基體中的第二相用做所述析出物的核，這種析出由氮的擴(kuò)散誘發(fā)的，并且可使吸收的氮在鋼帶的整個(gè)厚度中更均勻地分布。
在以下實(shí)施例中將說明根據(jù)本發(fā)明的工藝，但是這僅是示例性的，并非是限制各種可能性。
實(shí)施例1制造多種鋼，組成由表1給出表1No.SiCMnSAl可溶NTi％ppm ％ppm ppm ppm ppm1 2.90 410 0.14 70 290 80 142 2.90 520 0.14 70 290 80 143 3.22 425 0.15 70 280 75 104 3.20 515 0.09 70 280 75 105 3.10 510 0.15 75 210 70 126 3.40 320 0.13 75 320 70 10每種組成的兩塊鋼板坯加熱到1300℃，其周期持續(xù)200分鐘，直接熱軋到2.1mm。
熱軋鋼帶進(jìn)行兩級(jí)退火，第一個(gè)間歇是在1100℃30秒，第二個(gè)間歇是在920℃60秒，隨后從750℃開始在水和水蒸汽中急冷，噴沙和酸洗。
然后，對(duì)鋼帶進(jìn)行5個(gè)道次的單級(jí)冷軋，第三和第四道次在210℃進(jìn)行，壓下到0.30mm的厚度。
冷軋鋼帶在870℃進(jìn)行180秒的脫碳退火，接著向爐中送入含8％體積的NH3的氮和氫氣氛(露點(diǎn)為10℃)，在1000℃進(jìn)行30秒的滲氮退火。
鋼帶然后涂敷退火分離劑，按照以下加熱周期進(jìn)行箱式退火在25％N2和75％H2的氣氛中，以15℃/秒的加熱速率加熱到1200℃，之后在純氫氣中于此溫度鋼帶保溫20小時(shí)。
以下表2展示了獲得的平均磁性能。
表2序號(hào) P(1，7T)[W/kg]B(800安培-匝/米)[mT]1 1.00 19302 0.95 19403 0.95 19354 1.01 19375 1.15 18806 1.05 1920實(shí)施例2組成4的鋼帶按照上述實(shí)施例處理到脫碳后，在含7體積％的NH3的氮-氫氣氛中(露點(diǎn)為10℃)，于770℃、830℃、890℃、950℃、1000℃和1050℃的溫度，進(jìn)行30秒的滲氮退火。對(duì)各產(chǎn)品確定以下值吸收的氮(A)，以氮化鋁形式吸收的氮(B)，和獲得的導(dǎo)磁率(見表3)。
表3滲氮 A B C溫度 吸收的N 與Al鍵合 100(B/A)B800(mT)(℃) (ppm) 的N(ppm)770 901011 1880830 120 3025 1895890 180 100 55 1910950 170 127 75 19251000 130 106 82 19221050 100 9090 1935
實(shí)施例3對(duì)實(shí)施例1的組成4的熱軋鋼帶冷軋到0.30、0.27和0.23mm的厚度。在濕性氮-氫氣氛中，于850℃對(duì)這些冷軋鋼帶進(jìn)行180秒的脫碳，并根據(jù)其厚度在1000℃進(jìn)行30、20和23秒的滲氮退火。氮的吸收量和獲得的磁導(dǎo)率值在表4中給出。
表4厚度 吸收的NB800(mm) (ppm) (mT)0.23 14019290.27 13519350.30 1421932實(shí)施例4按照實(shí)施例1對(duì)表1的鋼2進(jìn)行脫碳，然后通過向爐內(nèi)供入含8體積％NH3的氮-氫氣氛(露點(diǎn)為10℃)，在不同溫度A)1000℃，B)770℃進(jìn)行滲氮。
每種鋼帶然后進(jìn)行兩次最終退火1)在25％N2和75％H2的氣氛中，以15℃/小時(shí)的速率加熱到1200℃，在純氫氣中于此溫度保溫20小時(shí)；2)在25％N2和75％H2的氣氛中，以15℃/小時(shí)的速率加熱到700℃，以250℃/小時(shí)的速率加熱到1200℃，在純氫氣中于此溫度保溫20小時(shí)。
獲得的導(dǎo)磁率以mT表示于表5中。
表5
滲氮退火最終退火AB1 1920 18582 1928 1540實(shí)施例5對(duì)具有如下組成的鋼進(jìn)行連鑄Si，3.2wt％；C，500ppm；Mn，0.14wt％；S，75ppm；Al可溶，290ppm；N，850ppm；和Ti，10ppm；余量是鐵和少量雜質(zhì)。把鋼板坯加熱到A)1150℃和B)1300℃，并且加熱周期持續(xù)200分鐘。然后根據(jù)實(shí)施例1對(duì)鋼帶處理到冷軋狀態(tài)，隨后在840℃進(jìn)行170秒的脫碳，隨后立即進(jìn)行如下兩種滲氮1)在850℃20秒，2)在1000℃ 20秒。
在通常的最終處理之后，按照B800測(cè)量表示為mT的磁性能。展示如下(表6)。
表6鋼坯加熱滲氮A B1 1920 18952 1560 1940
權(quán)利要求
1.一種具有高磁性能的硅鋼片的制造工藝，其中，硅鋼包含2.5％-4.5wt％的硅，150-750ppm、最好是250-500ppm的C，300-4000ppm、最好是500-2000ppm的Mn，小于120ppm、最好是50-70ppm的S，100-400ppm、最好是200-350ppm的Al可溶，30-130ppm、最好是60-100ppm的N，小于50ppm、最好是小于30ppm的Ti，余量是鐵和少量雜質(zhì)，對(duì)所述硅鋼進(jìn)行連鑄形成鋼板坯、高溫退火、熱軋、單級(jí)或多于一級(jí)的冷軋，對(duì)如此獲得的冷軋鋼帶連續(xù)退火，進(jìn)行初次再結(jié)晶和脫碳，然后涂敷退火分離劑，進(jìn)行箱式退火用于二次再結(jié)晶最終處理，其特征在于以協(xié)同關(guān)系結(jié)合以下工序(i)在1200℃-1320℃的溫度，對(duì)連鑄鋼板坯進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理；(ii)對(duì)如此獲得的鋼板坯熱軋，在低于700℃的溫度卷繞所得鋼帶；(iii)對(duì)熱軋鋼帶快速加熱到1000℃-1150℃的溫度，隨后冷卻并停止在800℃-950℃的溫度，然后急冷；(iv)進(jìn)行至少一級(jí)的冷軋；(v)在pH2O/pH2的范圍在0.3-0.7的濕性氮-氫氣氛中，于800℃-950℃的溫度，對(duì)冷軋鋼帶進(jìn)行時(shí)間總量為50-350秒的連續(xù)脫碳退火；(vi)向爐內(nèi)供入氮-氫基氣體，NH3含量為每公斤鋼帶1-35當(dāng)量升，以及含量在0.5-100g/m3的水蒸汽，在850℃-1050℃的溫度進(jìn)行15-120秒的滲氮退火；(vii)進(jìn)行通常的最終處理，包括二次再結(jié)晶退火。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，連鑄鋼板坯具有如下組成Si，2.5％-3.5wt％；C，250-550ppm；Mn，800-1500ppm；可溶Al，250-350ppm；N，60-100ppm；S，60-80ppm；Ti，小于40ppm；余量是鐵和少量雜質(zhì)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，鋼板坯的消除應(yīng)力處理的溫度在1270℃-1310℃。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，在1060℃-1130℃的溫度進(jìn)行熱軋鋼帶的快速加熱。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，熱軋鋼帶在所述快速加熱之后的冷卻停止溫度在900℃-950℃。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，在900℃-950℃的溫度保持的熱軋鋼帶然后在水和水蒸汽中，從700℃-800℃的溫度開始急冷。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，在兩個(gè)中間軋制道次，冷軋溫度保持在180℃-250℃的值。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，在某些軋制道次，在至少180℃的軋制溫度進(jìn)行單級(jí)冷軋。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，在兩個(gè)中間軋制道次，冷軋溫度在200℃-220℃。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，脫碳溫度在830℃-880℃，而滲氮退火最好在950℃或以上的溫度進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其特征在于，進(jìn)行5-120秒的時(shí)間間隔的滲氮退火。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，供入爐內(nèi)的滲氮?dú)怏w中的氨含量是每公斤處理鋼帶1-9當(dāng)量升。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝，其特征在于，二次再結(jié)晶退火過程中，在700℃-1200℃的溫度的加熱時(shí)間是2-10小時(shí)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的工藝，其特征在于，在700℃-1200℃的溫度的加熱時(shí)間小于4小時(shí)。
全文摘要
公開了一種具有高磁性能的晶粒取向電工鋼片的制造工藝,更準(zhǔn)確地講是這樣一種工藝,其中通過鋁和氮之間的反應(yīng)對(duì)由連鑄所獲得的鋼板坯進(jìn)行連續(xù)滲氮。要點(diǎn)在于控制析出物的數(shù)量、尺寸和分布,可以進(jìn)行高溫連續(xù)熱處理,在其過程中實(shí)現(xiàn)初次再結(jié)晶和高溫滲氮。
文檔編號(hào)C21D8/12GK1242057SQ97180995
公開日2000年1月19日 申請(qǐng)日期1997年7月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月24日
發(fā)明者S·西卡勒, S·福圖那蒂, G·阿博魯澤斯 申請(qǐng)人:阿奇亞斯佩絲阿里特爾尼公司