CN103237907B - 含硅钢坯料的热轧方法 - Google Patents

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Abstract

在将具有下述成分组成的钢坯料再加热并进行热轧时，在上述再加热中，将从再加热开始到750℃为止的钢坯料的升温速度设为R1(℃/分钟)、将750℃～1050℃为止的钢坯料的升温速度设为R2(℃/分钟)时，按照R1和R2满足20℃/分钟≥R2≥R1≥2℃/分钟的关系的方式进行再加热，之后进行热轧，从而可降低热轧板中产生的表面瑕疵；所述成分组成为0.03质量%以下的C、2.0质量%～5.0质量%的Si、0.005质量%～1.0质量%的Mn、0.040质量%以下的sol.Al、0.0005质量%～0.0150质量%的N、0.030质量%以下的S+Se，余部含有Fe和不可避免的杂质。

Description

含硅钢坯料的热轧方法
技术领域
本发明涉及电磁钢板等材料中所用的含硅钢坯料的热轧方法，具体地说，其涉及一种含硅钢坯料的加热方法，该方法对于防止热轧中的表面瑕疵(疵)的产生有效。
背景技术
作为变压器或马达等电子设备的铁芯材料广泛使用的电磁钢板大致分为方向性电磁钢板与无方向性电磁钢板。在这些电磁钢板中，出于降低铁损的目的，采用最大含有5.0质量%左右的硅(Si)的钢坯料作为材料进行制造。进一步地，在上述钢坯料中，除了Si以外，还添加有C、Mn、Al、N、S、Se等成分，这些成分被作为用于产生二次再结晶的抑制剂成分、或者为了改善金属组织或提高强度等各种目的而添加。
对于上述电磁钢板的代表性制造工艺，例如在无方向性电磁钢板的情况下，通常为如下工艺：将具有上述各种成分的钢坯料再加热、进行热轧，制成热轧板，根据需要施以热轧板退火后，通过1次冷轧或隔着中间退火的2次以上的冷轧制成最终板厚的冷轧板，其后对该冷轧板施以再结晶退火，之后被覆绝缘覆膜，制成制品。
此外，在方向性电磁钢板的情况下，通常为下述工艺：将具有上述各种成分的钢坯料再加热、进行热轧，制成热轧板，根据需要施以热轧板退火后，通过1次冷轧或隔着中间退火的2次以上的冷轧制成最终板厚的冷轧板，其后对该冷轧板实施兼进行脱炭的一次再结晶退火，之后将退火分离剂涂布在钢板表面，实施兼进行二次再结晶与纯化的最终退火、实施兼进行绝缘覆膜的被覆的平坦化退火，制成制品。
在上述电磁钢板的制造工艺中，特别是如冷轧或连续退火这样并非以板卷(コイル)而是以未卷绕板卷的钢板状态进行处理的制造工艺中，由于在热轧阶段产生的表面瑕疵，钢板会发生断裂、或者由于该原因而产生其它表面瑕疵，从而存在制造性显著受损的问题。此外，尽管微小的表面瑕疵不至于使钢板发生断裂，但通过进行冷轧会使其变得明显，会在钢板表面产生凹凸缺陷、或使绝缘覆膜的膜厚不均匀，或者进一步地，不仅使制品钢板的表面品质降低、而且还会招致磁特性的降低。因而，优选尽可能降低热轧时产生的表面瑕疵。
针对该问题，例如在专利文献1中公开了下述技术，在该技术中，通过将热轧终止温度控制在由所含有的Mn量与S量之比求出的特定温度范围内，由此来避免S所致的热脆性、防止热轧后的表面瑕疵的。此外，在专利文献2中公开了下述技术，在该技术中，将钢坯料在保护气体气氛中加热至晶界偏析的至少一部分发生熔融的温度域，其后加热保持在特定温度域来进行热轧，从而防止晶粒粗大化所致的表面瑕疵。此外，在专利文献3中公开了下述技术，在该技术中，使坯料的加热为通电加热或感应加热、并在氮分压PN2为0.5气压以下的气氛中进行，从而防止坯料表面由于AlN的析出所致的表面瑕疵。另外，在专利文献4中公开了下述技术，在该技术中，从坯料加热炉中取出后，对于至粗热轧第一路径为止的传送距离进行限制，并将该第一路径的压下量控制在20mm～40mm，从而减少与传送台的接触所致的破裂(割れ)的起点，并且使表层晶粒微细化由此来防止表面瑕疵。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭59-035966号公报
专利文献2：日本专利第2735898号公报
专利文献3：日本特开平06-192734号公报
专利文献4：日本特开2004-291051号公报
发明内容
发明所要解决的课题
通过应用上述技术，大幅降低了热轧板的表面瑕疵。但是，根据发明人最近的研究揭示出，在热轧时还产生了未能通过应用上述现有技术而充分消除的表面瑕疵，特别是在具有各种钢成分的含硅钢坯料中，在采用某一特定成分系的钢坯料作为材料的热轧板中，其表面瑕疵的产生率高。
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提出一种有利的热轧方法，该热轧方法可降低采用某一特定成分系的含硅钢坯料作为材料的热轧板中所产生的表面瑕疵。
解决课题的手段
为了解决上述课题，发明人对于其发生机理的明确及其防止策略进行了深入研究。结果发现，与以往所认为的机理完全不同，上述热轧时产生的表面瑕疵是由于坯料表层与内部的升温速度差所致的坯料表面破裂而产生的；并且，为了防止上述坯料表面破裂，使发生破裂的900℃附近的升温速度高于相比于其为低温域的升温速度为有效的；从而开发出本发明。
即，本发明涉及一种含硅钢坯料的热轧方法，在该方法中，在将具有下述成分组成的钢坯料再加热并进行热轧时，在上述再加热中，将从再加热开始到750℃为止的钢坯料的升温速度设为R1(℃/分钟)、将750℃～1050℃为止的钢坯料的升温速度设为R2(℃/分钟)时，按照R1和R2满足下式的关系的方式来进行再加热；
20℃/分钟≥R2≥R1≥2℃/分钟
所述成分组成中含有0.03质量%以下的C、2.0质量%～5.0质量%的Si、0.005质量%～1.0质量%的Mn、0.040质量%以下的sol.Al、0.0005质量%～0.0150质量%的N、0.030质量%以下的S+Se，余部含有Fe和不可避免的杂质。
此外，本发明热轧方法中的钢坯料除了含有上述成分组成外，还可以含有选自0.005质量%～1.5质量%的Ni、0.005质量%～0.50质量%的Sn、0.005质量%～0.50质量%的Sb、0.005质量%～1.5质量%的Cu、0.005质量%～0.50质量%的P和0.005质量%～1.5质量%的Cr中的1种或2种以上。
发明的效果
根据本发明，由于可大幅降低热轧时产生的表面瑕疵，因而可大幅降低后面工序中的生产故障，同时可稳定提供不仅表面品质优异、而且磁特性也优异的高品质的电磁钢板。
附图说明
图1为说明坯料再加热的升温模式A、B的图。
图2为示出升温速度R1、R2与热轧板的表面瑕疵产生率的关系的曲线图。
具体实施方式
发明人首先对于含有各种成分系的含硅钢坯料中的在热轧时特别容易产生表面瑕疵的成分系进行了研究。结果可知，在某一特定成分系、即含有C：0.03质量%以下、Si：2.0质量%～5.0质量%、Mn：0.005质量%～1.0质量%、sol.Al：0.040质量%以下、N：0.0005质量%～0.0150质量%、S+Se：0.030质量%以下的钢坯料中，表面瑕疵的产生率高。
表1示出了由具有X、Y和Z这3种成分组成的钢坯料进行轧制而成的热轧板的表面瑕疵产生率，可知满足上述条件的钢X显示出了显著高于其它钢Y、Z的表面瑕疵产生率。此处，上述钢板的表面瑕疵产生率指的是，利用CCD照相机(电荷耦合元件照相机，Charge-Coupled device camera)对热轧板卷的表面和背面的全长钢板表面进行检査，以10cm×10cm为单位判断有无表面瑕疵的产生，此时被判断为有表面瑕疵的部分的面积率为该表面瑕疵产生率。
[表1]
另外，发明人为了明确将上述钢坯料作为材料时热轧板表面瑕疵的产生机理，从钢X、Y和Z的坯料表层采取拉伸试验片，供于高温拉伸试验中。对于拉伸试验，在从700℃至1100℃的各种温度中，以应变速度为2×10-6/s与2×10-3/s的2个基准赋予应变，直至应变为1%，测定从拉伸开始到破裂产生为止的拉伸应变。结果可知，C含量少且含有大量N的钢X在900℃附近的温度域在低应变速度(2×10-6/s)的基准下显示出明显的脆性，拉伸应变量仅为0.2%，产生了晶界破裂。需要说明的是，在2×10-3/s的应变速度的情况下未产生破裂。另一方面，在N含量低的钢Y、以及C含量高的钢Z中，在任一温度、应变速度下均未产生破裂。
发明人进一步对于钢X、Y和Z在拉伸试验后的试验片截面组织进行了研究，其结果，在钢X的晶界，有AlN或Si3N4大量析出；与此相对，在钢Y中未确认到晶界析出物。此外，在钢Z的晶界附近确认到了珍珠岩相，因而认为其在高温加热时在晶界附近生成了奥氏体相。由这些情况可推测出，钢X在900℃显著发生脆化的原因在于AlN或Si3N4在铁素体晶界中析出从而使晶界强度降低；并且晶界附近的奥氏体相的生成具有提高晶界强度的效果。
钢在900℃附近的温度且在低应变速度下显示出脆性，这一点是一直以来已知的。但是，尽管显示出脆性，但至发生破裂为止的伸长率均为5%以上，在上述那样的0.2%这样极小的伸长率发生破裂、而且在某一特定的成分组成、温度和应变速度的条件下发生的情况迄今为止全然不为人所知。
因此，发明人认为，上述钢X中发生大量表面瑕疵的原因在于上述低应变速度下的高温脆性，对于引起该脆性的原因进行了调查，结果可知，钢坯料再加热时的加热条件、特别是900℃附近的加热速度与之有很大相关。
即，一般来说，将坯料再加热时坯料表层的温度高于坯料内部，通常随着升温速度大，该温度差增大。另一方面，在通常的加热方法中，越为高温，坯料加热速度越降低，其结果，表层与内部的温度差也变小。此时，在出现了坯料表层的升温速度小于坯料内部这样的条件时，由于坯料内部的热膨胀而在坯料表层产生拉伸应变。并且可知，对于此时的拉伸应变，在坯料温度为700℃～1000℃下，预计应变量为0.2%左右、应变速度为2×10-6/s左右，与上述的脆化条件一致。
如此，发明人认为，若提高坯料再加热时的900℃附近的升温速度、即提高900℃附近的升温速度而使坯料表层的升温速度高于坯料内部，则可防止坯料表层的拉伸应变所致的破裂；在图1所示的模式A和模式B的2个条件下，以900℃附近的升温速度对于上述钢X的钢坯料进行再加热、进行热轧，研究热轧板所产生的表面瑕疵的产生率。此处，对于图1中的750℃以下的升温速度，在模式A、模式B中均为9.6℃/分钟；对于从750℃至1050℃为止的升温速度，模式A中为5.7℃/分钟、模式B中为12.3℃/分钟。
在上述改变升温速度进行的实验的结果中，模式A中的表面瑕疵产生率为9.8%、模式B中的表面瑕疵产生率为0.1%。由该结果确认到，通过使从750℃至1050℃为止的升温速度大于从坯料再加热开始至坯料温度750℃为止的升温速度，可大幅降低热轧板的表面瑕疵产生率。
本发明是进一步对上述新颖的技术思想加以研究而成的。
接下来，对于限定本发明钢坯料的成分组成的理由进行说明。
C：0.03质量%以下
对于C，在方向性电磁钢板中，出于改善金属组织的目的，其以0.1质量%左右作为添加上限。但是，C含量超过0.03质量%时，晶界附近的奥氏体相会增加，因而可抑制高温、低应变速度下的脆性，从而无需应用本发明。即，本发明为在下述成分系中有效的技术，该成分系中，高温、低应变速度下的脆性成为问题。因而，在本发明中，将C的含量限定为上述脆性成为问题的0.03质量%以下。需要说明的是，在原理上，C也可以为0质量%。
Si：2.0质量%～5.0质量%
Si为对于提高钢的电阻而降低铁损有效的元素。但是，Si含量超过5.0质量%时，冷轧性会显著降低，因而其上限为5.0质量%。另一方面，在Si低于2.0质量%时，晶界附近的奥氏体相增加，如上所述，高温、低应变速度下的脆性被抑制。即，在不含有Si的钢坯料中，不存在这样的坯料表面破裂成为问题的情况。因而，在本发明中，Si为2.0质量%～5.0质量%的范围。
Mn：0.005质量%～1.0质量%
Mn通常以杂质的形式含有0.005质量%以上。另一方面，Mn超过1.0质量%时，晶界附近的奥氏体相增加，高温、低应变速度下的脆性被抑制。因而，在本发明中，Mn为0.005质量%～1.0质量%的范围。
Al：以sol.Al计为0.040质量%以下
在方向性电磁钢板中，Al作为抑制剂，以sol.Al计，添加上限为0.040质量%。另外，与Si同样地，Al为对于提高钢的电阻而降低铁损有效的元素，因而，在无方向性电磁钢板中，其添加上限为2.0质量%。但是，在sol.Al超过0.040质量%时，AlN在晶粒内析出而并非在晶界析出，因而脆性不会成为问题。因此，在本发明中，将sol.Al限制在0.040质量%以下。需要说明的是，在方向性电磁钢板或者无方向性电磁钢板中，以杂质形式含有小于0.010质量%(大于0质量%)的作为脱氧剂添加的Al。
N：0.0005质量%～0.0150质量%
N与Al形成AlN、与Si形成Si3N4并在晶界析出，是促进上述高温、低应变速度下的脆性的元素，在方向性电磁钢板中，添加上限为0.015质量%的N作为抑制剂。但是，在N小于0.0005质量%时，向晶界的析出量少，高温、低应变速度下的脆性不会成为问题。因而，在本发明中，N为0.0005质量%～0.0150质量%的范围。需要说明的是，在方向性电磁钢板或者无方向性电磁钢板中，有时含有小于0.010质量%(大于0质量%)的N作为杂质。
S和Se：合计为0.030质量%以下
对于S和Se，在无方向性电磁钢板中，作为杂质含有小于0.010质量%(大于0质量%)的S、含有小于0.0010质量%(大于0质量%)的Se。此外，在方向性电磁钢板中，添加合计上限为0.030质量%的S与Se作为抑制剂。因而，在本发明中，S与Se合计为0.030质量%以下。
需要说明的是，在本发明的钢坯料中，除上述成分以外，也可以在下述范围内含有选自Ni、Sn、Sb、Cu、P和Cr中的1种或2种以上。
Ni：0.005质量%～1.5质量%
Ni为改善热轧板的组织、提高磁特性的元素。但是，其含量小于0.005质量%时，磁特性的提高效果小；另一方面，大于1.5质量%时，方向性电磁钢板中的二次再结晶不稳定，磁特性变差。因而，Ni优选在0.005质量%～1.5质量%的范围内添加。
Sn：0.005质量%～0.50质量%、Sb：0.005质量%～0.50质量%、Cu：0.005质量%～1.5质量%、P：0.005质量%～0.50质量%和Cr：0.005质量%～1.5质量%
Sn、Sb、Cu、P和Cr分别为对于提高铁损有用的元素，但在均不满足上述范围的下限值时，铁损改善效果较小；另一方面，在超过上限值时，会阻碍方向性电磁钢板中的二次再结晶粒的发达，因而优选分别在上述范围内含有。
需要说明的是，本发明的钢坯料中，上述成分以外的余部为Fe和不可避免的杂质。
接下来，对本发明含硅钢坯料的热轧方法进行说明。
本发明涉及下述的热轧方法，在该方法中，将调整为适合于上述本发明的成分组成的钢通过使用转炉或电炉的工艺、或者进一步经真空脱气体处理等的工艺进行熔炼，利用连续铸造法或者铸锭-开坯轧制法(造塊-分塊圧延法)等制成钢材(钢坯料)，其后将上述钢坯料再加热至规定温度，之后进行热轧，制成规定板厚的热轧板；关于钢的熔炼方法、制成钢坯料方法和热轧条件，只要按照常规方法进行即可，没有特别限制。
其中，对于上述钢坯料的再加热，需要满足下述条件来进行。即，在本发明中，需要按如下方式进行钢坯料的再加热来对钢坯料进行再加热：即，将从坯料的再加热开始到坯料温度为750℃为止的升温速度设为R1(℃/分钟)、将从坯料温度750℃至1050℃的升温速度设为R2(℃/分钟)时，R1和R2满足下式:
20℃/分钟≥R2≥R1≥2℃/分钟。
此处，上述坯料温度为坯料厚度方向的平均温度，并且升温速度为坯料厚度方向的平均温度的升温速度。
按照从750℃到1050℃的升温速度R2为至750℃为止的升温速度R1以上的方式来进行加热的原因在于，在R2小于R1时，900℃附近处的坯料表层与内部的升温速度差使得坯料表层产生拉伸应变，该拉伸应变会导致坯料表层产生晶界破裂，在热轧后会产生表面瑕疵。此外，使R1和R2为2℃/分钟以上的原因在于，若其小于2℃/分钟，则坯料再加热需要非常长的时间，不现实；另一方面，使R1和R2为20℃/分钟以下的原因在于，若在大于20℃/分钟下进行加热，则需要极大的能量，同样不经济。需要说明的是，为了确保操作稳定性，优选R2≥R1+2℃/分钟。
需要说明的是，在现有的坯料再加热中，从坯料再加热开始至750℃为止的升温速度R1与从750℃至1050℃的升温速度R2的关系为R2<R1。这样的原因在于，加热炉的炉温与坯料温度之差越大，向坯料表面的热输入越大、坯料的升温速度越大，即坯料温度越低，升温速度越大。而反过来说，坯料温度越高，则升温速度越小，坯料表层与内部的升温速度逆转，坯料表层容易发生破裂。因而，在本发明中，与现有的加热相反地，坯料温度为高温时的升温速度大于坯料温度为低温时。
为了实现本发明的坯料再加热条件、即实现R2≥R1，需要通过测定或计算来监测每1份坯料的温度历程，并且通过进行控制炉温等坯料温度控制管理，使其适于上述条件。
由于如此得到的本发明热轧板的表面品质优异，因而在其后利用上述的制造工艺制成方向性电磁钢板或者无方向性电磁钢板的情况下，可在无损于生产率的情况下得到高品质的制品。
实施例1
对于含有C：0.003质量%、Si：3.8质量%、Mn：0.05质量%、sol.Al：0.0040质量%、N：0.0030质量%、S：0.0015质量%和Se：0.0015质量%，余部含有Fe和不可避免的杂质的钢坯料，将从坯料再加热开始至750℃为止的升温速度设为R1、将从750℃至1050℃为止的升温速度设为R2，对这些R1和R2进行各种变化，再加热至1100℃，之后进行热轧，制成板厚为2.5mm的热轧板，对于该热轧板中产生的表面瑕疵的产生率进行研究。需要说明的是，对于上述表面瑕疵的产生率，利用CCD照相机对热轧板卷的表面和背面的全长进行观察，以10cm×10cm为单位判断有无表面瑕疵的产生，将被判断为表面瑕疵的钢板表面的面积率作为表面瑕疵的产生率。
图2示出了上述测定的结果，可知通过控制升温速度R1和R2使其满足R2≥R1的条件，可将表面瑕疵的产生降低至1%以下。
实施例2
利用图1所示的2个坯料再加热模式将具有表2所示各种成分组成的钢坯料再加热至1200℃，进行热轧，制成板厚为2.0mm的热轧板，与实施例1同样地测定在热轧板产生的表面瑕疵的产生率，将其结果一并记于表2中；该2个坯料再加热模式为：对于750℃以下的升温速度，在模式A、模式B中均为9.6℃/分钟；对于从750℃至1050℃为止的升温速度，在模式A中为5.7℃/分钟、在模式B中为12.3℃/分钟。
根据表2，对于不易产生表面瑕疵的本发明成分组成范围之外的No.22～25的钢坯料，不论为何种加热模式，表面瑕疵的产生率均显示出较低值。与此相对，对于容易产生表面瑕疵的具有本发明成分组成的钢坯料(No.1～21)，在与本发明条件不相符的再加热模式A中，表面瑕疵的产生率高；通过采用与本发明相符的再加热模式B，可显著降低表面瑕疵的产生率。
[表2]
工业实用性
本发明的技术不仅可应用于含硅钢坯料的热轧，还可应用于以同样的机理产生破裂的其它钢种的钢坯料的热轧中。

Claims (2)

1.一种含硅钢坯料的热轧方法，在该方法中，在将具有下述成分组成的钢坯料再加热并进行热轧时，在上述再加热中，将从再加热开始到750℃为止的钢坯料的升温速度设为R1℃/分钟、将750℃～1050℃为止的钢坯料的升温速度设为R2℃/分钟时，按照R1和R2满足下式的关系的方式来进行再加热；所述成分组成中含有0.03质量%以下的C、2.0质量%～5.0质量%的Si、0.005质量%～1.0质量%的Mn、0.040质量%以下的sol.Al、0.0005质量%～0.0150质量%的N、0.030质量%以下的S+Se，余部含有Fe和不可避免的杂质；
所述R1和R2所满足的关系为：20℃/分钟≥R2≥R1≥2℃/分钟。
2.如权利要求1所述的含硅钢坯料的热轧方法，其中，所述钢坯料除了含有所述成分组成外，还含有选自0.005质量%～1.5质量%的Ni、0.005质量%～0.50质量%的Sn、0.005质量%～0.50质量%的Sb、0.005质量%～1.5质量%的Cu、0.005质量%～0.50质量%的P和0.005质量%～1.5质量%的Cr中的1种或2种以上。
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