專利名稱：用薄鋼坯生產(chǎn)具有高的磁性能的晶粒取向電工鋼帶的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用薄鋼坯生產(chǎn)具有高的磁性能的晶粒取向電工鋼板的工藝，尤其是涉及這樣的工藝按此工藝，控制了鑄造條件，從而在此鋼坯中得這樣一種微觀組織特點(高的等軸晶與柱狀晶之比，特定的等軸晶的尺寸，較小的析出物尺寸及其特定的分布)，從而簡化該生產(chǎn)工藝，但仍能獲得優(yōu)越的磁性能。
背景技術(shù)：
晶粒取向電工鋼通常被分為兩個主要類別，其基本區(qū)別在于在800As/m磁場作用下的相應(yīng)的磁感值，即被稱為B800的值不同，常規(guī)的晶粒取向鋼產(chǎn)品的B800約小于1890mT，而高導磁率鋼產(chǎn)品的B800大于1900mT。進一步的細分是根據(jù)在給定的磁感和頻率下的，以W/kg表達的鐵損值進行的。這種常規(guī)的晶粒取向鋼板首先產(chǎn)生于30年代，而且仍有重要的應(yīng)用范圍；高導磁率的晶粒取向鋼出現(xiàn)于60年代后半葉，而且也有很多用途，主要是這樣一些可用其高的導磁率和較低的鐵損的優(yōu)點彌補與常規(guī)產(chǎn)品相關(guān)的高成本的領(lǐng)域。
在高導磁率的電工鋼中，利用充分析出的第二相(尤其是AlN)取得較高的特性，這些第二相降低了晶界的遷移率，從而使具有平行于軋制方向的棱邊及平行于鋼板表面的對角線面(Goss組織)的晶粒(體心立方結(jié)構(gòu)的)有選擇地生長，由此減少了相對于軋制方向的取向混亂。
但，在鋼水凝固期間，可獲得這類較佳效果的AlN以粗大的形式析出，因而對所追求的效果是無益的，因而必須使其溶解，再以合適的形式重新析出，所述的合適形式必須在冷軋至最終尺寸之后，在最終退火階段期間保持到獲得具有所需的尺寸及取向的結(jié)晶組織的時刻，直至復雜而昂貴的轉(zhuǎn)變過程結(jié)束。立即可以想到的是，主要與獲得良好產(chǎn)率及均勻的質(zhì)量的困難相關(guān)的生產(chǎn)問題主要歸因于在整個鋼的轉(zhuǎn)變過程中為保持具有所需形式及分布的AlN所必需的全部必要預防措施。
在這方面，開發(fā)過一些技術(shù)，比如，敘述于US.4,225,366及EP339,474的技術(shù)，按此技術(shù)，借助于鋼帶滲氮，尤其是在冷軋后滲氮產(chǎn)生適于控制晶粒生長過程的AlN。
按此技術(shù)，利用低的鋼坯加熱溫度(低于1280℃，更好是低于1250℃)在熱軋前使在鋼的緩慢凝固過程中析出的粗大的AlN保持在這種狀態(tài)；在鋼帶脫碳后，引入其中的氮立即反應(yīng)，從而形成Si和Mn/Si的氮化物，它們具有相對低的溶解溫度，因而在最后的箱式退火期間溶解；這樣獲得的游離氮在鋼帶中擴散并與Al反應(yīng)，結(jié)果以細的和均勻的形式，作為Al/Si的氮化物的混合物沿鋼帶厚度重新析出。這一技術(shù)要求將鋼在700-850℃下保持至少4小時。
在上述專利中提到，由于缺乏適宜的抑制劑，所以為避免晶粒不可控制地生長，滲氮溫度必須接近脫碳溫度(約850℃)，而且無論如何也不得大于900℃。實際上，最佳的滲氮溫度大致為750℃，為避免晶粒不可控制地生長，850℃是該溫度上限。
這種工藝似乎有一些優(yōu)點，如，相對低的熱軋前的鋼坯加熱溫度，相對低的脫碳和滲氮溫度，以及需將該鋼帶在箱式退火爐中于700-850℃下至少保持4小時的時間(為得到控制晶粒所需的混合的Al/Si氮化物)實際上并未增加總的生產(chǎn)成本，因為在任何情況下，箱式退火爐的加熱都需要相似的時間。
但，上面所述看上去似乎是優(yōu)點，實際不然(ⅰ)低的鋼坯加熱溫度保持了不能控制晶粒生長過程的AlN析出物的粗大形態(tài)，因而，全部的后續(xù)加熱，尤其是脫碳和滲氮過程必須在相當?shù)偷模⌒目刂频臏囟认逻M行，以便精確地避免了晶粒不可控制的生長；(ⅱ)在這樣低的溫度下的處理時間因而必須延長；(ⅲ)不可能在最終退火時，比如，用連續(xù)爐替代不連續(xù)的箱式退火爐以產(chǎn)生可能的改進，從而縮短加熱時間。
對發(fā)明的描述本發(fā)明旨在適時地用薄鋼坯連鑄工藝消除已知生產(chǎn)工藝中的這些缺點，以獲得具有特定凝固及顯微組織特征的薄的硅鋼坯，這些特征得以獲得一種不存在某些限制性步驟的轉(zhuǎn)變工藝。特別是，實施此連鑄工藝，以在鋼坯中得到規(guī)定的等軸晶與柱狀晶之比，等軸晶的特定尺寸及細的析出物。本發(fā)明涉及高磁性能硅鋼帶的生產(chǎn)工藝，按該工藝連鑄含(％重量)2.5-5Si、0.002-0.075C、0.05-0.4Mn、S(或S+0.504Se)＜0.015、0.010-0.045Al、0.003-0.0130N，最多為0.2Sn、0.040-0.3Cu，余為Fe及次要雜質(zhì)的鋼，將其高溫退火、熱軋及以單步驟或帶中間退火的多步驟冷軋，將這樣得到的冷軋帶退火，以進行初次退火和脫碳，涂退火隔離劑及進行箱式退火以便進行最終的二次再結(jié)晶處理，所述工藝的特征在于以下組合(ⅰ)將鑄造時過熱20-40℃的鋼連鑄成厚20-80mm，更好是50-60mm的薄坯，鑄速為3-5m/分，冷卻速度要使鋼在30-100秒內(nèi)完全凝固，鑄模的振蕩振幅為1-10mm，振蕩頻率為每分鐘200-400周。
(ⅱ)使這樣獲得的鋼坯在1150-1300℃的溫度下均熱。
(ⅲ)以1000-1200℃的開軋溫度和850-1050℃的終軋溫度熱軋此坯。
(ⅳ)在900-1170℃下將此熱軋帶鋼連續(xù)退火30-300秒，并將其冷卻至不低于850℃的溫度，將其在所述溫度下保溫30-300秒，而后可在沸水中將其冷卻。
(ⅴ)以一個步驟或帶有中間退火的多個步驟冷軋此帶鋼，最后一步驟以至少80％的壓縮比進行，在最后步驟期間，至少2個道次的軋制溫度保持為至少200℃。
(ⅵ)在濕的pH20/pH2為0.3-0.7的N2/H2氣氛中，在850-1050℃的溫度下，以100-350秒的總時間使該冷軋帶鋼連續(xù)退火。
(ⅶ)對此帶鋼涂退火隔離劑，將帶鋼卷取，并對此帶卷在具有以下成分的氣氛中，在加熱期間作箱式退火在與至少30％(體積)的氮混合的氫中加熱至900℃，在與至少40％(體積)的氮混合的氫中加熱至1100-1200℃，然后在純氫中使該帶卷在此溫度下保溫。
該鋼的成份與常規(guī)鋼的區(qū)別可在于希望有20-100ppm的低碳含量。
該鋼還可有400-3000ppm，更好是700-2000ppm的銅含量。
具有最多為2000ppm，而較好是1000-1700ppm的錫含量也是可以的。
在連鑄期間，通過選擇鑄造參數(shù)以得到35-75％，更好是＞50％的等軸晶與柱狀晶之比，0.7-2.5mm的等軸晶尺寸；由于在此薄坯的連鑄期間的快速冷卻，第二相(析出物)尺寸明顯小于在傳統(tǒng)連鑄時所獲得的第二相尺寸。
若在脫碳退火時將溫度保持在950℃以下，則控制后續(xù)的箱式退火氣氛中的N2含量，以使帶鋼滲氮，從而直接產(chǎn)生這種尺寸、數(shù)量和分布的Al和Si的氮化物它使晶粒在后續(xù)的二次再結(jié)晶期間的生長得以有效地抑制。在此情況下將被引入的最大氮量為＜50ppm。
在脫碳退火后，可利用另一過程使氮的吸收最高達50ppm，以形成分布于鋼帶整個厚度中的，細的AlN析出物，即將鋼帶在900-1050℃，優(yōu)選1000℃下在氮氣氛中保持。
在此情況下，必須存有量為0.5-100g/m3的水蒸汽。
若該鋼中有錫，則應(yīng)采用滲氮勢較高的氣氛(如，含NH3)，因為錫抑制氮的吸收。
本工藝的上述步驟可作如下解釋。選擇鑄造條件，以獲得數(shù)目大于用傳統(tǒng)連鑄(坯厚約為200-250mm)可獲得的等軸晶粒數(shù)目的等軸晶粒(一般多約25％)，以及特別適于獲得高質(zhì)量的最終產(chǎn)品的晶粒尺寸及細的析出物分布。尤其是，析出物細小的尺寸及后面的在最高為1300℃的溫度下的薄鋼坯退火，可在已經(jīng)熱軋過的帶鋼中得到適于對晶粒尺寸作某種控制的AlN析出物，因此避免了對最高處理溫度作嚴格控制，由于所述的較高溫度，可采用較短的處理時間。
出于同樣目的，可以考慮使用低碳含量，尤其是低于形成γ相所需的碳含量，以限制氮化鋁的溶解，因為α相比γ相難溶解。
從鋼坯形成以來，所述數(shù)量甚小的細AlN析出物的存在使得對熱處理不再苛求，從而也使脫碳溫度得以提高而又無晶粒生長失控的風險；這種提高了的溫度對于氮在整個鋼帶中的更好地擴散，以及在此步驟中直接形成其它的AlN是至關(guān)重要的。此外，在這種條件下，只需有限制的擴散到鋼帶中的氮量。
至于滲氮步驟，其條件的選擇似不特別重要滲氮可在脫碳過程中進行，在此情況下，將處理溫度保持于約1000℃以直接獲得AlN是有利的。反之，若將脫碳溫度保持較低，則在箱式退火時發(fā)生最大的氮吸收。
實施例本發(fā)明的工藝將按下列實施例以非限制性的舉例的方式被說明。
實施例1生產(chǎn)下列的鋼，其成分列于表1。
表

將上述各種鋼，以4.3m/分的鑄速，65秒的凝固時間，28℃的過熱溫度，利用以260周/分的頻率，3mm振幅振蕩的鑄模鑄成厚60mm的鋼坯。
將此鋼坯于1180℃均熱10分鐘。然后按2.05-2.15mm的不同厚度熱軋；再將此帶鋼于1100℃連續(xù)退火30秒，冷至930℃，在此溫度下保溫90秒，再于沸水中冷卻。
以單一步驟，用第三和第四軋制道次時的230℃的軋制溫度將此帶鋼冷軋至0.29mm。每種成份的，稱為NS的，部分冷軋帶鋼按如下周期經(jīng)受了初次再結(jié)晶和脫碳于860℃在pH2O/pH2為0.65的H2-N2(75∶25)的氣氛中，180秒，再于890℃，在pH2O/pH2為0.02的H2-N2(75∶25)的氣氛中，30秒。
對于稱為ND的其余鋼帶，為使AlN立即形成，較高的處理溫度為980℃，同時還將NH3引入此爐中。表2展示了根據(jù)引入爐中的NH3量而滲入帶鋼中的氮量。
表2

這種經(jīng)過處理的帶鋼被涂以常規(guī)的，以MgO為基的退火隔離劑，然后按下述周期進行箱式退火快速加熱至700℃，將此溫度保持5小時，在H2-N2(60∶40)的氣氛中加熱至1200℃，于H2中將此溫度保持20小時。
在常規(guī)的最終處理之后，測得如下磁性能表3

實施例2
以不同的鑄造程序?qū)⒈?中所示的，成份類似的鋼進行鑄造。
表4

按240mm的厚度連鑄鋼A1，從而得到25％的等軸晶與柱狀晶之比(REX)。
按50mm的厚度連鑄鋼B1，其REX為50％。
按60mm的厚度連鑄鋼C1，其REX為30％。
加熱這些鋼坯至1250℃，按2.1mm的厚度將其熱軋，按實施例1使此帶鋼退火，再冷軋0.29mm。
將此冷軋帶鋼分成3組，每組按以下周期處理周期1在PH2O/PH2為0.55的H2-N2(75∶25)的氣氛中，在850℃加熱120秒，于pH2O/pH2為0.02的H2-N2(75∶25)的氣氛中升溫至880℃并保溫20秒。
周期2在pH2O/pH2為0.55的H2-N2(75∶25)的氣氛中，在860℃加熱120秒，于含3％NH3且pH2O/pH2為0.02的H2-N2(75∶25)的氣氛中升溫至890℃并保溫20秒。
周期3在pH2O/pH2為0.55的H2-N2(75∶25)的氣氛中在860℃加熱120秒，于含3％NH3，及pH2O/pH2為0.02的H2-N2氣氛中升溫至1000℃并保溫20秒。
全部帶鋼按實施例1作箱式退火。
所測得的磁性能列于表5。
表5<

這些磁性能達不到令人滿意的二次再結(jié)晶。
實施例3按實施例1將具有如下成份的鋼鑄成薄坯Si3.01％,C450ppm,Mn0.09％,Cu0.10％,S100ppm,Als310ppm,N70ppm,Sn1200ppm,余為Fe及次要的雜質(zhì)，然后按實施例2將其轉(zhuǎn)變成冷軋帶鋼。然后此帶鋼經(jīng)受下列不同的連續(xù)退火周期于溫度T1，在pH2O/pH2為0.58的H2-N2(74∶25)的氣氛中退火180秒；于溫度T2，在含不同的NH3含量而pH20/pH2為0.03的H2-N2(74∶25)的氣氛中退火30秒。
每次試驗采用了不同的T1和T2值以及不同的NH3濃度，并且測量了氮的被吸收量，按實施例1制成此帶鋼，然后測磁性能。
表6展示了以T1=850℃,T2=900℃時得到的，作為被吸收氮(ppm)的函數(shù)的B800值(mT)。
表6

表7展示了作為T1溫度函數(shù)的，所得到的B800值，T2為950℃。
權(quán)利要求
1．生產(chǎn)高特性硅鋼帶的工藝，按該工藝將含(％重量)2.5-5Si,0.002-0.075C,0.05-0.4Mn,＜0.015S(或S+0.503Se),0.010-0.045Al,0.003-0.0130N，不超過0.2Sn，余量為Fe及次要的雜質(zhì)的鋼連鑄、高溫退火、熱軋，以單一步驟或以帶有中間退火的多個步驟冷軋，將這樣得到的冷軋帶鋼退火以進行初次退火及脫碳，涂以退火隔離劑再作箱式退火以進行最終的二次再結(jié)晶處理，所述工藝的特征在于以下協(xié)同關(guān)系的組合(ⅰ)以3-5m/分的鑄速、將鑄造時過熱20-40℃的鋼，以在30-100秒內(nèi)完全凝固的冷卻速度，1-10mm的鑄模振幅及每分鐘200-400周的振蕩頻率連鑄成厚20-800mm的薄鋼坯；(ⅱ)在1150-1300℃的溫度下使這樣得到的鋼坯均熱；(ⅲ)以1000-1200℃的開軋溫度和850-1050℃的終軋溫度熱軋此經(jīng)過均熱的鋼坯；(ⅳ)在900-1170℃的溫度下使該熱軋帶鋼連續(xù)退火30-300秒，將其冷至不小于850℃的溫度，將此溫度保持30-300秒，然后可在沸水中將其冷卻；(ⅴ)以單一步驟或帶有中間退火的多個步驟冷軋此帶鋼，最后的冷軋步驟以至少80％的壓縮比進行；(ⅵ)在850-1050℃的溫度，在濕的，pH2O/pH2為0.3-0.7的N2/H2氣氛中使此冷軋帶鋼作總時間為100-350秒的連續(xù)退火；(ⅶ)用退火隔離劑涂此帶鋼，將其卷取再于具有以下成分的氣氛中在加熱期間使此帶卷箱式退火加熱到900℃，混有至少30％(體積)氮的氫，加熱到1100-1200℃，混有至少40％(體積)氮的氫，然后在此溫度下將此帶卷保持于純氫之中。
2．權(quán)利要求1的工藝，其中鋼坯厚度為50-60mm。
3．權(quán)利要求1或2的工藝，其中鋼的碳含量為20-100ppm。
4．前述權(quán)利要求中任一項的工藝，其中鋼的銅含量為400-3000ppm。
5．權(quán)利要求4的工藝，其中銅含量為700-2000ppm。
6．前述任一項權(quán)利要求的工藝，其中鋼的錫含量最多為2000ppm。
7．權(quán)利要求6的工藝，其中錫含量為1000-1700ppm。
8．前述任一項權(quán)利要求的工藝，其中在連鑄期間，鑄造參數(shù)的選擇要使得等軸晶與柱狀晶之比為35-75％，而等軸晶尺寸為0.7-2.5mm。
9．權(quán)利要求8的工藝，其中等軸晶與柱狀晶之比大于50％。
10．前述任一項權(quán)利要求的工藝，其中在冷軋帶鋼連續(xù)退火之后，以900-1050℃的溫度，在水蒸汽含量為0.5-100g/m3的氣氛中進行滲氮處理。
11．權(quán)利要求1-9中任一項的工藝，其中在脫碳退火期間，將溫度保持在950℃以下，而后續(xù)箱式退火氣氛中的氮含量的選擇要使得擴散入此帶鋼中的氮不超過50ppm。
12．前述任一項權(quán)利要求的工藝，其中在最后的冷軋步驟期間，至少2個軋制道次的帶鋼溫度被保持為至少200℃的值。
全文摘要
在生產(chǎn)高導磁率的電工鋼時,控制薄鋼坯的連續(xù)鑄造條件得以獲得有益的凝固組織和析出物。這本身又得以不再苛求控制晶粒尺寸的工藝,得以將氮加到冷軋鋼板中,以便立即形成氮化鋁。
文檔編號B22D11/16GK1228817SQ97197500
公開日1999年9月15日 申請日期1997年7月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月30日
發(fā)明者S·弗圖納提, S·?？ɡ? G·阿布路采斯 申請人:阿奇亞斯佩絲阿里特爾尼公司