專(zhuān)利名稱(chēng)：生產(chǎn)晶粒取向磁鋼板的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)晶粒取向磁鋼板的工藝，按該工藝，將由含(％質(zhì)量)＞0.005-0.1％的C、2.5-4.5％的Si、0.03-0.15％的Mn、＞0.01-0.05％的S、0.01-0.035％的Al、0.0045-0.012％的N、0.02-0.3％的Cu，余量的Fe以及不可避免雜質(zhì)的鋼制成的扁坯在低于硫化錳的溶解度溫度的溫度下，在任何情況下在低于1320℃，但高于硫化銅的溶解度溫度的溫度下徹底加熱；然后將此坯熱軋至1.5-7.0mm的最終熱軋帶的厚度，熱軋起始溫度為至少960℃，而終止溫度為880-1000℃。接著將此熱軋帶在880-1150℃的溫度下作100-600秒的退火，而后立即以＞15k/s的冷卻速度冷卻，然后以一或數(shù)個(gè)冷軋步驟冷軋至冷軋帶的最終厚度，接著使該冷軋帶在含H2和N2的濕氣氛中經(jīng)受再結(jié)晶退火，同時(shí)經(jīng)受脫碳，在兩側(cè)涂過(guò)主要含MgO的隔離劑后，將該帶在高溫下退火，在涂過(guò)絕緣層后，使其經(jīng)受最終退火。
這種工藝已公開(kāi)于DE4311151C1中。由于用硫化銅作主要的晶粒生長(zhǎng)抑制劑，使得將扁坯預(yù)熱溫度降到硫化錳的溶解度溫度以下，但在任何情況下低于1320℃是可能的。其溶解度溫度是如些之低，以致于即使以這種降低的溫度預(yù)熱和接著帶有退火地將鋼帶熱軋帶，形成足量的這種抑制相也是可能的。由于硫化錳的溶解度溫度非常高，所以它起不到抑制劑的作用，而溶解度和析出(Ausscheidung)特性在硫化錳和硫化銅之間的AIN僅有不充分的抑制作用。
在熱軋前降低該溫度的目的在于避免液態(tài)渣沉積在鋼坯上，從而減少退火設(shè)備的磨損，以及提高生產(chǎn)率。
EP-B-0219611述及一種工藝，它也可以一種有益的方式降低鋼坯的預(yù)熱溫度。按此法，(Al,Si)N-顆粒被用作晶粒生長(zhǎng)抑制劑，它們是用滲氮工藝而加于冷軋至最終厚度并經(jīng)脫碳的鋼帶中的。公開(kāi)了作為進(jìn)行這種滲氮的措施，以這樣的方式選擇粗晶化退火的氣氛該氣氛具有滲氮能力或還將滲氮添加劑用于退火隔離，或有二者的組合。
EP-B-0321695述及一種類(lèi)似的工藝。只用(Al,Si)N-顆粒作晶粒生長(zhǎng)抑制劑。還進(jìn)一步敘述了與化學(xué)成份相關(guān)的細(xì)節(jié)，并展示了滲N處理和脫C退火一起進(jìn)行的可能性。此外，還指明鋼坯的預(yù)熱溫度最好保持在1200℃以下。
EP-B-0339474詳細(xì)地?cái)⒓耙环N工藝，但按此工藝滲N處理在500-900℃的連續(xù)退火溫度下，在退火氣體中存有足量的NH3時(shí)進(jìn)行。此外，還有關(guān)于在脫C退火后如何直接進(jìn)行退火滲N處理的陳述。就此而言，目的在于形成作為有效的晶粒生長(zhǎng)抑制劑的(Al,Si)N-顆粒。在此，對(duì)于這種滲N處理而言，特別強(qiáng)調(diào)的是，必須加入至少100ppm，而更好是＞180ppm的氮。鋼坯的預(yù)熱溫度應(yīng)＜1200℃。
EP-B-390140特別強(qiáng)調(diào)脫C冷軋帶中的晶粒尺寸分布，并提供了各種用于鑒定該分布的方法。在每一種情況下，都談到了＜1280℃的鋼坯預(yù)熱溫度。但，已有將鋼坯預(yù)熱至1200℃以下的建議；這種方法中所有的例子都指出預(yù)熱溫度為1150℃。
比較起來(lái)，從DE4311151C1中得知的工藝有明顯的優(yōu)點(diǎn)不必如前所述那樣，將預(yù)熱溫度選得如1150℃-1200℃那樣低。在現(xiàn)代熱軋廠常用的混合軋制工藝中，常將鋼坯預(yù)熱溫度設(shè)定在1250℃-1300℃之間，這是因?yàn)閺哪芰抗こ毯蜔彳埣夹g(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，這種溫度范圍是特別有益的。此外，用硫化銅作抑制劑具有決定性的優(yōu)點(diǎn)不必用另外的技術(shù)進(jìn)行滲氮處理和不必控制滲氮處理，而可在該生產(chǎn)工藝開(kāi)始時(shí)就已直接生成了晶粒生長(zhǎng)抑制劑。以這種方法，從熱鋼帶到最終產(chǎn)物的進(jìn)一步處理過(guò)程被大為簡(jiǎn)化了。
為析出將形成抑制劑相的硫化銅顆粒，使熱軋帶經(jīng)受退火。然后是冷軋至最終鋼帶的厚度。作為此法的替換措施，可先使熱軋帶經(jīng)受第一冷軋步驟，然后進(jìn)行析出抑制劑的退火和最后冷軋至成品鋼帶厚度的冷軋。最后使這種帶材在含H2和N2的濕氣氛中經(jīng)受連續(xù)的脫C處理。在這種退火處理開(kāi)始時(shí)，顯微組織經(jīng)再結(jié)晶，而且該鋼帶被脫碳。接著將主要含MgO的不粘合層涂在脫碳的冷軋帶的表面上，然后將此帶卷繞成卷。
然后使以這種方法生產(chǎn)的脫碳冷軋帶卷在罩式爐中經(jīng)受高溫退火，以便經(jīng)二次再結(jié)晶的過(guò)程促使戈斯織構(gòu)(Gosstextur)的形成。通常將該帶卷在由H2和N2組成的氣氛中，以約10-30K/時(shí)的速度緩慢加熱。在帶的溫度為約400℃時(shí)，因?yàn)樗康牟徽澈蠈?主要含MgO)中的結(jié)晶水在此階段被釋放，所以退火氣體的露點(diǎn)迅速上升。二次再結(jié)晶在約950-1020℃時(shí)發(fā)生。雖然由此戈斯織構(gòu)的形成已經(jīng)完成，但該溫度還要持續(xù)升高到至少1150℃，更好是至少1180℃，然后將此溫度至少保持2-20小時(shí)。為了清除帶片不再需要的抑制劑顆粒，這是必要的，因?yàn)榉駝t這些顆粒還殘留在該材料中，因而會(huì)妨礙成品中的反復(fù)磁化過(guò)程。為了保證最佳的清除過(guò)程，在二次再結(jié)晶完成后，通常從保溫期開(kāi)始，大大提高退火氣氛中的H2含量，比如，提到100％。
在粗晶化退火的加熱期中，通常用H2和N2的混合物作退火氣體，特別是通常采用75％H2和25％N2的混合物。利用這種氣體成份，鋼帶中的N含量達(dá)到一定的提高，因?yàn)樵谶@種化學(xué)計(jì)量組成下，含有足夠數(shù)目的，對(duì)滲N來(lái)說(shuō)是必要的NH3分子。以這種方式，以AlN為基礎(chǔ)的已知抑制作用也進(jìn)一步提高。
在DE4311151C1中所述的工藝過(guò)程中，其中的抑制作用不基于AIN顆粒，而是基于硫化銅顆粒，當(dāng)采用這種粗晶化退火類(lèi)型時(shí)，在織構(gòu)形成過(guò)程(二次再結(jié)晶過(guò)程)中的分散會(huì)偶然地在高溫退火期間出現(xiàn)。這些分散對(duì)磁性值有直接的、不利的作用。因此本發(fā)明的目的在于在粗晶化退火期間顯著地減少這些分散作用，由此使二次再結(jié)晶的進(jìn)程穩(wěn)定，從而使磁性值達(dá)到非常好的水平。
為達(dá)到這個(gè)目的，本發(fā)明的一般工藝推薦，為進(jìn)行高溫退火，將冷軋帶在含少于25％(體積)的H2，其余是N2和/或惰性氣體，如氬氣的氣氛中加熱，至少直至達(dá)到保溫溫度。達(dá)到保溫溫度后，可將H2含量逐步升高到100％。
為了能評(píng)價(jià)和比較二次再結(jié)晶的進(jìn)程，將幾件經(jīng)相同脫碳的冷軋帶試樣在罩式爐內(nèi)，在作業(yè)條件下經(jīng)受高溫退火的實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)。在加熱過(guò)程中，剛一達(dá)到某個(gè)事先確定的溫度，從料堆中取出單個(gè)試樣。在這些試樣中，在粗晶化退火的這一階段的材料的結(jié)構(gòu)(Teilzustaende)被凝固。選用900-1045℃間的范圍作此溫度區(qū)間，因?yàn)樵诖朔秶鷥?nèi)發(fā)生二次結(jié)晶。對(duì)于所有的試樣都檢測(cè)矯頑場(chǎng)強(qiáng)度，而且相對(duì)取樣溫度在

圖1中給出曲線。矯頑場(chǎng)強(qiáng)度與該微觀組織的平均晶粒尺寸成反比。因此，當(dāng)矯頑場(chǎng)強(qiáng)度在某個(gè)取樣溫度下突然下降時(shí)，就可得知二次再結(jié)晶開(kāi)始了。可在圖1中看到標(biāo)志二次再結(jié)晶開(kāi)始的這種突然下降。這種試驗(yàn)被稱(chēng)為“再結(jié)晶試驗(yàn)”(參見(jiàn)M.Hastenrath et al.,物理年鑒紀(jì)事(Anales de Fisika)B,Vol,86(1990),229-331頁(yè))。與此同時(shí)，測(cè)定這些再結(jié)晶試樣中的N和S含量。這些研究表明若按DE4311151生產(chǎn)的脫碳冷軋板按在加熱期中含75％ H2和25％ N2的常規(guī)粗晶化退火工藝退火，它也是被高度滲氮的。但與此同時(shí)，在此粗晶化退火過(guò)程中，S含量明顯下降。然而這意味著基于硫化銅作用的抑制作用變?nèi)酢＿@種脫S還以不均勻的方式發(fā)生，這解釋了所觀察到的磁性值的分布。但若按本發(fā)明改變粗晶化退火以及在加熱過(guò)程中將H2含量限于25％(體積)的最大值，則脫S大為減少。僅當(dāng)二次再結(jié)晶已完成時(shí)，S含量在更高溫度下才明顯下降。下文通過(guò)一些實(shí)施例證明這一事實(shí)。
但是，在加熱期采用低的H2含量也明顯提高退火氣氛的氧化勢(shì)，這在個(gè)別情況下會(huì)對(duì)后續(xù)的，隔絕磷酸鹽層的形成及其粘附產(chǎn)生不利影響。但這個(gè)問(wèn)題僅在加熱期開(kāi)始時(shí)，由于從不粘合層中釋放水蒸氣的結(jié)果，使退火氣體的露點(diǎn)明顯升高時(shí)才可查覺(jué)得到。但在這樣低的溫度下，并不出現(xiàn)由于脫S的結(jié)果而產(chǎn)生抑制相變化，這種變化只在高溫下出現(xiàn)。為了避對(duì)表面狀態(tài)的任何不利影響，應(yīng)改變加熱期間的氣體成分。因此以含高H2含量的退火氣氛開(kāi)始進(jìn)行粗晶化退火并且在這些條件下加熱到450-750℃的溫度是有利的。然后將改變退火氣氛及設(shè)定低的H2含量，如5-10％(體積)，而且將加熱持續(xù)達(dá)到保溫階段。從保溫期開(kāi)始，然后以常規(guī)方式將H2含量升至100％。
實(shí)施例證明了本發(fā)明的措施的效果。將用化學(xué)成份符合表1的熔融料生產(chǎn)的熱軋帶按DE4311151C1所述工藝進(jìn)一步處理成脫碳冷軋板。將此脫碳冷軋板分開(kāi)，然后在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中進(jìn)行三種不同的粗晶化退火處理。
“對(duì)照”方案被稱(chēng)為“對(duì)照”方案的第一種粗晶化退火是符合現(xiàn)有技術(shù)的，并在加熱期間包括75％(體積)的H2和25％(體積)的N2。以15k/小時(shí)的速度從室溫加熱到保溫溫度1200℃；在此溫度下保溫20小時(shí)，然后開(kāi)始緩慢冷卻。從保溫期開(kāi)始，將此氣氛變更為100％的H2。
“新的”方案被稱(chēng)為“新的”第二粗晶化退火，它代表與“對(duì)照”方案不同的，根據(jù)本發(fā)明的措施，即在加熱期間包含10％(體積)的H2+90％(體積)的N2的氣氛。
“隋性”方案被稱(chēng)為“惰性的”第三粗晶化退火，它也代表根據(jù)本發(fā)明的措施，但與“新的”不同，在加熱期中不是用N2，而是用惰性的氣體氬氣。
其中獲得了表2中所列的磁性特征。在圖2a和2b中，這些值用曲線示出。與“對(duì)照”粗晶化退火(現(xiàn)有技術(shù))相比，根據(jù)本發(fā)明的“新的”和“惰性的”粗晶化退火顯示出以極化表示的明顯更加一致的磁性值，從而表明了穩(wěn)定的效果。此外，這些值都處于高水平。
比較根據(jù)本發(fā)明的兩種“新的”和“惰性的”方案表明，使用氮?dú)庾鳛橥嘶饸怏w的主成份是最適宜的。出于成本原因，采用惰性的氣體，如氫氣是沒(méi)有意義的。但該“惰性的”方案也顯示出使磁性能改善和穩(wěn)定，因此證明不是作為退火氣氛的主要組份的N2，而是低的H2含量對(duì)此起到?jīng)Q定性作用。
在進(jìn)行粗晶化退火之前，先對(duì)脫碳冷軋帶樣品進(jìn)行上述方式的再結(jié)晶實(shí)驗(yàn)。如在上述試驗(yàn)中一樣，就在加熱階段中相應(yīng)的氣體氛圍來(lái)說(shuō)，同樣形成三種方案。
描繪出矯頑場(chǎng)強(qiáng)度急劇下降的圖1表明在三種情況下都發(fā)生了二次再結(jié)晶。對(duì)各個(gè)再結(jié)晶試樣均作化學(xué)分析，以確定它們的N和S的含量。
圖3展示了在粗晶化退火的加熱期中的900℃-1045℃的溫度區(qū)間的N含量的變化，圖4展示了其中的S含量的變化。對(duì)于此二圖，計(jì)算了表1所列熔融料A-E的全部帶材的平均測(cè)量值。該帶被軋至0.30mm的最終厚度。
在“對(duì)照”方案的情況下，圖3中的加熱期間N含量的變化表明，在低于1020℃的溫度下就已達(dá)到了期望中的高的提高。通過(guò)對(duì)比可知，在根據(jù)本發(fā)明的“新的”方案中，增長(zhǎng)明顯減弱，而且僅在高溫下在二次再結(jié)晶已完成后才變得明顯。在同樣根據(jù)本發(fā)明的“隋性的”方案的情況下，由于退火氣體中不合N，所以未出現(xiàn)N含量的增長(zhǎng)。但，僅在高于二次再結(jié)晶的高溫下才出現(xiàn)N含量的明顯下降。因此，在退火期間，兩種根據(jù)本發(fā)明的粗晶化退火方案對(duì)N含量的影響是不同的。但，對(duì)磁性能的影響則大致相同。因此在按DE4311151C1中所述的工藝生產(chǎn)的材料的情況下，N含量的影響不可能是這些改善的原因，而這些改善正是本發(fā)明的要點(diǎn)。
但，若人們觀察加熱過(guò)程中S含量的變化并將觀察的三種方案加以比較就很容易理解本發(fā)明工藝的作用機(jī)理在“對(duì)照”方案的情況下，在加熱過(guò)程中，S含量的下降相當(dāng)快-甚至在二次再結(jié)晶開(kāi)始前就已如此-在根據(jù)本發(fā)明的“新的”和“惰性的”方案的情況下，這種下降明顯地減小。S含量的下降只能用起抑制劑作用的硫化銅的相應(yīng)減少來(lái)解釋。在“對(duì)照”粗晶化退火方案的情況下，這種下降迅速發(fā)生，因而抑制作用很早就減弱。因而在二次再結(jié)晶開(kāi)始時(shí)的織構(gòu)選擇過(guò)程經(jīng)受某種分散。通過(guò)運(yùn)用根據(jù)本發(fā)明的粗晶化退火方案，抑制劑相的作用時(shí)間延長(zhǎng)，因此對(duì)二次再結(jié)晶過(guò)程中的選擇過(guò)程有有益的作用。
僅僅從高于900℃的帶溫度起，在本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的粗晶化退火方案之間才明顯出現(xiàn)硫含量的變化的差異。因此，既使僅在加熱過(guò)程中較晚的一個(gè)時(shí)刻采用低H2含量的退火氣氛，則也出現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方案的有益效果。比如，由于低H2含量氣氛有很高的氧化勢(shì)，所以在加熱期間采用H2很低如5％(體積)的退火氣氛會(huì)使鋼帶的表面狀況出現(xiàn)問(wèn)題，那么就將根據(jù)本發(fā)明的工藝作如下改變用高H2含量退火氣氛開(kāi)始退火。鋼帶達(dá)到至少450℃，而最高750℃的溫度后，改變?cè)撏嘶饸怏w的成份，和在低H2含量氣氛中繼續(xù)退火。原則上，在900℃改變退火氣氛是可能的，但用罩式爐進(jìn)行這種粗晶化退火時(shí)，由于所使用的卷狀材料有很高的熱容，以及從而形成的溫度梯度，使得難以足夠精度地確定鋼帶的溫度。一旦達(dá)到至少1150℃的保溫溫度，再次改變氣體氣氛并大為提高H2含量，最好提高到100％。就所涉及的效果而言，本發(fā)明的工藝的這種改變與前面所述的本發(fā)明的工藝是相同的。
表1被測(cè)試材料的化學(xué)成份(％質(zhì)量)
表2按不同的粗晶化退火工藝處理的實(shí)施例中所列的鋼帶的磁性能。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)晶粒取向磁鋼板的工藝，按該工藝，將含(％質(zhì)量)多于0.005-0.10％的C2.5-4.5％的Si0.03-0.15％的Mn多于0.01-0.05％的S0.01-0.035％的Al0.0045-0.012％的N0.02-0.3％的Cu余量的Fe及不可避的雜質(zhì)的鋼制成的扁坯在低于硫化錳的溶解度溫度下，在任何情況下，在低于1320℃但高于硫化銅的溶解度溫度的溫度下徹底加熱；接著將其熱軋至熱軋帶的最終厚度1.5-7.0mm，熱軋的開(kāi)始溫度為至少960℃而終止溫度為880-1000℃；接著將此熱軋帶在880-1150℃的溫度下作100-600秒的退火，然后立即以＞15K/秒的冷卻速率將其冷卻，且用一個(gè)或幾個(gè)冷軋步驟將其冷軋至冷軋帶的最終厚度；接著使該冷軋帶經(jīng)受在含H2和N2的濕氣氛中進(jìn)行的再結(jié)晶退火過(guò)程，同時(shí)進(jìn)行脫碳，在其兩側(cè)涂以主要含MgO的隔離劑后，將其于高溫下退火，在涂以絕緣層后使其經(jīng)受最終退火，其特征在于，為進(jìn)行高溫退火，將冷軋板在含＜25％(體積)的H2，其余為N2和/或惰性氣體，如氬氣的氣氛中至少被加熱達(dá)到至少1150-1200℃，更好是1180℃的保溫溫度。
2．權(quán)利要求1的工藝，其特征為，在達(dá)到該保溫溫度后，將退火氣氛中的H2含量逐步提高到100％。
3．權(quán)利要求1和2的工藝，其特征為，該退火氣氛含＞50％(體積)的H2直到它達(dá)到450-750℃的溫度；在超過(guò)此溫度后將此H2含量降至25％(體積)以下，而達(dá)到保溫溫度后，將此H2含量升到100％。
全文摘要
生產(chǎn)晶粒取向磁鋼板的工藝,按該工藝,將鋼制成的扁坯在低于硫化錳的溶解度溫度但高于硫化銅的溶解度溫度的溫下徹底加熱;接著將其熱軋至熱軋帶的最終厚度1.5－7.0mm,熱軋的開(kāi)始溫度為至少960℃而終止溫度為880－1000℃;接著將此熱軋帶在880－1150℃的溫度下作100－600秒的退火,然后立即以> 15K/秒的冷卻速率將其冷卻,且用一個(gè)或幾個(gè)冷軋步驟將其冷軋;接著使該冷軋帶經(jīng)受再結(jié)晶退火過(guò)程,同時(shí)進(jìn)行脫碳,涂以隔離劑后,將其于高溫下退火,在涂以絕緣層后使其經(jīng)受最終退火,其特征在于,為進(jìn)行高溫退火,將冷軋板在含< 25%(體積)的H
文檔編號(hào)H01F1/18GK1219977SQ97194985
公開(kāi)日1999年6月16日 申請(qǐng)日期1997年7月3日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月12日
發(fā)明者M·艾斯潘漢, A·伯特徹, K·昆瑟爾 申請(qǐng)人:蒂森鋼鐵股份公司