专利名称：具有高磁性能的晶粒取向电工钢片的制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有高磁性能的晶粒取向电工钢片的制造工艺，更准确地讲涉及这样一种工艺，其中在能够溶解存在的部分硫化物和氮化物的温度，对通过连铸所获得的钢板坯进行退火，这些硫化物和氮化物随后以适合于在脱碳退火过程中控制晶粒尺寸的形式再析出，并且能够进行随后的高温连续热处理过程，在此过程中通过遍及钢带厚度的氮扩散，使铝以氮化物形式直接析出，补充控制最终产品的晶粒取向所需第二相比例。
已有技术用于电气用途的晶粒取向硅钢通常分为两类，基本不同之处在于在800安培-匝/m的磁场作用下测量的磁感强度值，记为B800传统的晶粒取向硅钢的等级是B800小于1890mT，高导磁率晶粒取向硅钢的等级是B800大于1900mT。根据由W/kg表示的所谓铁心损耗再做进一步细分。
产生于三十年代的传统晶粒取向硅钢和在工业上产生于六十年代后期的具有更高导磁率的超取向晶粒硅钢，主要用于生产电气变压器的铁心，超取向晶粒产品的优点在于其高导磁率，可使铁心尺寸减小，损耗降低，节约能量。
电工钢片的导磁率是铁的体心立方结晶(晶粒)取向的函数；该结晶必须具有平行于轧制方向的一个棱。通过利用一定适当析出的析出物(抑制剂)，所谓的第二相降低了晶界的迁移性，仅具有期望取向的晶粒获得了选择性生长。这些析出物在钢中的溶解温度越高，取向均匀性就越高，最终产品的磁性能就越好。在取向晶粒钢中，抑制剂主要由硫化锰和/或硒化物组成，而在超取向晶粒钢中，抑制剂主要由含铝的氮化物组成。
但是，在超取向电工钢带的制造中，在液态钢的凝固以及所得固体的随后冷却过程中，硫化物和氮化铝以粗粒形式析出，不适于期望的目的。因此，它们必须再溶解并且以正确形式再析出，并且保持到在冷轧到要求的最终厚度和脱碳退火之后，亦即在复杂和昂贵的转变工艺结束时，在最终退火阶段获得具有要求的尺寸和取向的晶粒。
基本在于难以获得良好的生产率和稳定的质量的制造问题，明显主要是起因于必须采取措施以便在整个钢的转变工艺过程中按要求的形式和分布保持氮化铝。
为了克服这些问题已经开发了新技术，借助钢带的渗氮，最好是在冷轧之后，产生适合于控制晶粒生长的氮化铝，正如美国专利4225366和欧洲专利EP0339474所述的。
在后者专利中，在钢的慢速凝固过程中，以粗粒形式析出的氮化铝，通过在热轧之前对钢板坯的低温加热(亦即低于1280℃，最好低于1250℃)保持在这种状态。在脱碳退火之后引入氮，主要在钢带的表面层立即反应产生氮化硅和氮化硅-锰，具有相对低的增溶温度并且在最终的箱式退火中溶解。如此释放的氮扩散进入钢带并且与铝反应，以铝和硅的氮化物的混合形式在钢带的整个厚度再析出形成细小均匀分布形式。这种工艺要求材料在700-800℃保温至少4小时。在上述专利中，说明了为了避免晶粒的异常生长，氮引入温度必须接近脱碳温度(约850℃)，在任何情况一定不大于900℃，但未给出适当的抑制剂。事实上，最佳渗氮温度出现在750℃，而850℃代表避免这种异常生长的上限。
此工艺似乎具有一定优点，例如在热轧工序之前的相对低的钢板坯加热温度，或者相对低的脱碳和渗氮温度；另一个优点是在箱式退火过程中使钢带保持在700-800℃的温度至少4小时(目的在于获得控制晶粒生长所需的混合的铝和硅的氮化物)，生产成本没有增加，因为在任何情况下箱式退火炉的加热所需时间是相同的。
但是，上述优点牵涉到某些问题，其中(i)由于钢板坯的加热温度低，所以钢片在用作晶粒生长抑制剂的析出物方面很差；因此，所有钢带加热循环、特别是在脱碳和渗氮处理过程中，必须在相对较低和精确控制的温度下进行，在这种条件下晶界是极易迁移的，这意味着晶粒异常生长的危险；(ii)在最终退火工序不可能引进任何可以加速加热时间的改进；例如通过用其它连续型式的炉替箱式退火炉。
发明概述本发明的目的在于克服已知制造系统的缺点，提出一种工艺，其中在显然高于涉及钢带渗氮的所述已知工艺中采用的温度，但是低于高导磁率钢片的经典制造工艺的温度的温度，均匀加热用于电气用途的硅钢钢板坯，然后热轧。如此获得的钢带进行两级快速退火随后急冷，然后进行冷轧，如果需要的话，则在180℃-250℃的温度进行多个轧制工序。冷轧钢片首先进行脱碳退火，然后在含氨的气氛中于高温下进行渗氮退火。
随后进行通常的最终处理，其中包括退火分离剂的淀积和二次再结晶最终退火。
本发明涉及具有高磁性能的钢片的制造工艺，其中硅钢包含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，余量是铁和少量杂质，对所述硅钢进行连铸、高温退火、热轧、单级或多于一级的冷轧。对如此获得的冷轧钢带连续退火，进行初次再结晶和脱碳，涂敷退火分离剂，进行箱式退火用于二次再结晶最终处理，其特征在于以协同关系结合以下工序(i)在1200℃-1320℃、最好是1270℃-1310℃的温度，对如此获得的钢板坯进行消除应力热处理；(ii)对如此获得的钢板坯热轧，在低于700℃、最好是低于600℃的温度卷绕所得钢带；(iii)对热轧钢带快速加热到1000℃-1150℃、最好是1060℃-1130℃的温度，随后冷却到并停止在800℃-950℃、最好是900℃-950℃的温度，然后在700℃-800℃的温度开始急冷，优选在在水和水蒸汽中进行；(iv)进行至少一级的冷轧；(v)在pH2O/pH2的范围在0.3-0.7的温性氮-氢气氛中，于800℃-950℃的温度，对冷轧钢带进行时间总量在50-350秒的连续脱碳退火；(vi)向炉内送入氮-氢基气体，该气体NH3含量为每公斤钢带1-35、最好是1-9当量升，以及含量在0.5-100g/m3的水蒸汽，在850℃-1050℃的温度进行15-120秒的连续渗氮退火；(vii)进行通常的最终处理，包括二次再结晶退火。在此退火过程中，在700℃-1200℃的温度加热2-10小时，最好是小于4小时。
连铸钢板坯最好具有如下受控组成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；余量是铁和少量杂质。
最好进行单级冷轧，至少在冷轧道次的一部分，冷轧温度保持在至少180℃的值；特别是在两个中间冷轧道次，温度在200℃-220℃。
脱碳温度最好在830℃-880℃，而渗氮退火最好在950℃或以上的温度进行。本发明的基础可以解释如下。可以认为重要的是在钢中保持一定量的、不是微量的适于控制晶粒生长的抑制剂，直到连续渗氮退火。这种抑制剂使得可在相当高的温度进行加工，同时避免将导致生产率和磁性能严重损失的晶粒异常生长。这在理论上有许多不同方式的可能性，但是对于本发明的目的，已经选择了把加热钢板坯的温度保持在足够高的值，以便溶解相当多量的抑制剂，但温度仍旧是足够地低，以便避免形成液态钢渣以及需要使用昂贵的特殊炉子。
在其它方面之中，这些抑制剂的随后析出可以使渗氮温度提高到直接获得作为氮化物的铝的析出的值，并且提高氮在钢中的渗透和扩散速率。存在于基体中的第二相用做所述析出物的核，这种析出由氮的扩散诱发的，并且可使吸收的氮在钢带的整个厚度中更均匀地分布。
在以下实施例中将说明根据本发明的工艺，但是这仅是示例性的，并非是限制各种可能性。
实施例1制造多种钢，组成由表1给出表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每种组成的两块钢板坯加热到1300℃，其周期持续200分钟，直接热轧到2.1mm。
热轧钢带进行两级退火，第一个间歇是在1100℃30秒，第二个间歇是在920℃60秒，随后从750℃开始在水和水蒸汽中急冷，喷沙和酸洗。
然后，对钢带进行5个道次的单级冷轧，第三和第四道次在210℃进行，压下到0.30mm的厚度。
冷轧钢带在870℃进行180秒的脱碳退火，接着向炉中送入含8％体积的NH3的氮和氢气氛(露点为10℃)，在1000℃进行30秒的渗氮退火。
钢带然后涂敷退火分离剂，按照以下加热周期进行箱式退火在25％N2和75％H2的气氛中，以15℃/秒的加热速率加热到1200℃，之后在纯氢气中于此温度钢带保温20小时。
以下表2展示了获得的平均磁性能。
表2序号 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实施例2组成4的钢带按照上述实施例处理到脱碳后，在含7体积％的NH3的氮-氢气氛中(露点为10℃)，于770℃、830℃、890℃、950℃、1000℃和1050℃的温度，进行30秒的渗氮退火。对各产品确定以下值吸收的氮(A)，以氮化铝形式吸收的氮(B)，和获得的导磁率(见表3)。
表3渗氮 A B C温度 吸收的N 与Al键合 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
实施例3对实施例1的组成4的热轧钢带冷轧到0.30、0.27和0.23mm的厚度。在湿性氮-氢气氛中，于850℃对这些冷轧钢带进行180秒的脱碳，并根据其厚度在1000℃进行30、20和23秒的渗氮退火。氮的吸收量和获得的磁导率值在表4中给出。
表4厚度 吸收的NB800(mm) (ppm) (mT)0.23 14019290.27 13519350.30 1421932实施例4按照实施例1对表1的钢2进行脱碳，然后通过向炉内供入含8体积％NH3的氮-氢气氛(露点为10℃)，在不同温度A)1000℃，B)770℃进行渗氮。
每种钢带然后进行两次最终退火1)在25％N2和75％H2的气氛中，以15℃/小时的速率加热到1200℃，在纯氢气中于此温度保温20小时；2)在25％N2和75％H2的气氛中，以15℃/小时的速率加热到700℃，以250℃/小时的速率加热到1200℃，在纯氢气中于此温度保温20小时。
获得的导磁率以mT表示于表5中。
表5
渗氮退火最终退火AB1 1920 18582 1928 1540实施例5对具有如下组成的钢进行连铸Si，3.2wt％；C，500ppm；Mn，0.14wt％；S，75ppm；Al可溶，290ppm；N，850ppm；和Ti，10ppm；余量是铁和少量杂质。把钢板坯加热到A)1150℃和B)1300℃，并且加热周期持续200分钟。然后根据实施例1对钢带处理到冷轧状态，随后在840℃进行170秒的脱碳，随后立即进行如下两种渗氮1)在850℃20秒，2)在1000℃ 20秒。
在通常的最终处理之后，按照B800测量表示为mT的磁性能。展示如下(表6)。
表6钢坯加热渗氮A B1 1920 18952 1560 1940
权利要求
1.一种具有高磁性能的硅钢片的制造工艺，其中，硅钢包含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，余量是铁和少量杂质，对所述硅钢进行连铸形成钢板坯、高温退火、热轧、单级或多于一级的冷轧，对如此获得的冷轧钢带连续退火，进行初次再结晶和脱碳，然后涂敷退火分离剂，进行箱式退火用于二次再结晶最终处理，其特征在于以协同关系结合以下工序(i)在1200℃-1320℃的温度，对连铸钢板坯进行消除应力热处理；(ii)对如此获得的钢板坯热轧，在低于700℃的温度卷绕所得钢带；(iii)对热轧钢带快速加热到1000℃-1150℃的温度，随后冷却并停止在800℃-950℃的温度，然后急冷；(iv)进行至少一级的冷轧；(v)在pH2O/pH2的范围在0.3-0.7的湿性氮-氢气氛中，于800℃-950℃的温度，对冷轧钢带进行时间总量为50-350秒的连续脱碳退火；(vi)向炉内供入氮-氢基气体，NH3含量为每公斤钢带1-35当量升，以及含量在0.5-100g/m3的水蒸汽，在850℃-1050℃的温度进行15-120秒的渗氮退火；(vii)进行通常的最终处理，包括二次再结晶退火。
2.根据权利要求1的工艺，其特征在于，连铸钢板坯具有如下组成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；余量是铁和少量杂质。
3.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，钢板坯的消除应力处理的温度在1270℃-1310℃。
4.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，在1060℃-1130℃的温度进行热轧钢带的快速加热。
5.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，热轧钢带在所述快速加热之后的冷却停止温度在900℃-950℃。
6.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，在900℃-950℃的温度保持的热轧钢带然后在水和水蒸汽中，从700℃-800℃的温度开始急冷。
7.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，在两个中间轧制道次，冷轧温度保持在180℃-250℃的值。
8.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，在某些轧制道次，在至少180℃的轧制温度进行单级冷轧。
9.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，在两个中间轧制道次，冷轧温度在200℃-220℃。
10.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，脱碳温度在830℃-880℃，而渗氮退火最好在950℃或以上的温度进行。
11.根据权利要求1的工艺，其特征在于，进行5-120秒的时间间隔的渗氮退火。
12.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，供入炉内的渗氮气体中的氨含量是每公斤处理钢带1-9当量升。
13.根据前述权利要求中任一项的工艺，其特征在于，二次再结晶退火过程中，在700℃-1200℃的温度的加热时间是2-10小时。
14.根据权利要求13的工艺，其特征在于，在700℃-1200℃的温度的加热时间小于4小时。
全文摘要
公开了一种具有高磁性能的晶粒取向电工钢片的制造工艺,更准确地讲是这样一种工艺,其中通过铝和氮之间的反应对由连铸所获得的钢板坯进行连续渗氮。要点在于控制析出物的数量、尺寸和分布,可以进行高温连续热处理,在其过程中实现初次再结晶和高温渗氮。
文档编号C21D8/12GK1242057SQ97180995
公开日2000年1月19日 申请日期1997年7月24日 优先权日1996年12月24日
发明者S·西卡勒, S·福图那蒂, G·阿博鲁泽斯 申请人:阿奇亚斯佩丝阿里特尔尼公司