CN105074044B - 方向性电磁钢板的氮化处理设备以及氮化处理方法 - Google Patents

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Abstract

一种方向性电磁钢板的氮化处理设备，是在方向性电磁钢板的生产线中，在冷轧后且二次再结晶退火前对连续地通过的带钢连续地实施氮化处理的设备，所述方向性电磁钢板的氮化处理设备具有：氮化处理区域，对带钢实施氮化处理；冷却区域，对带钢进行冷却；以及加热区域，根据需要而在该氮化处理区域之前对带钢进行加热，在该氮化处理区域设置辉光放电用的电极，将该辉光放电用电极作为正极，对作为负极的带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理，从而使抑制剂形成元素遍及带钢的全长、全宽均匀地分散，并且获得具有无偏差的优异的磁特性的方向性电磁钢板。

Description

方向性电磁钢板的氮化处理设备以及氮化处理方法
技术领域
本发明涉及适合于对方向性电磁钢板实施氮化处理的方向性电磁钢板的氮化处理设备以及氮化处理方法。
背景技术
方向性电磁钢板是作为变压器、发电机的铁芯材料而使用的软磁性材料，要求其磁化特性优异，特别要求铁损低。该钢板具有铁的易磁化轴即＜001＞方位在钢板的轧制方向上高度一致的集合组织。而且，这样的集合组织是通过在方向性电磁钢板的制造工序中在二次再结晶退火时使被称作高斯(Goss)方位的(110)〔001〕方位的结晶粒优先巨大生长即所谓二次再结晶而形成的。
以往，这样的方向性电磁钢板能够通过如下方法进行制造，即，将含有4.5mass％以下的Si和MnS、MnSe、AlN等抑制剂成分的板坯加热至1300℃以上而使抑制剂成分暂时固溶后，进行热轧，根据需要实施热轧板退火后，通过一次或夹着中间退火的两次以上的冷轧来形成最终板厚，接着在湿润氢气氛中实施一次再结晶退火，进行一次再结晶以及脱炭，接着涂敷以氧化镁(MgO)为主剂的退火分离剂之后，为了二次再结晶以及抑制剂成分的纯化而以1200℃进行5h左右的最终精退火(例如专利文献1、专利文献2、专利文献3)。
然而，板坯的高温加热不仅在实现加热方面增加设备成本，而且由于在热轧时生成的水锈量也增大而成品率降低，而且存在设备的维护变繁杂等问题，存在无法满足近年来的制造成本降低的要求这样的问题。
因此，对于在板坯中不含有抑制剂成分的情况下使二次再结晶显现的技术，进行了各种开发。例如，提出了如下技术，即，即使在板坯中不含有抑制剂成分的情况下，通过在一次再结晶退火后且二次再结晶完成前使基铁中的S量增加，也能够稳定地显现二次再结晶(“增硫法”)(专利文献4)。
另外，提出了如下技术，即，通过在脱炭退火之前或之后实施气体氮化，即使在板坯中不含有抑制剂成分的情况下，也能够在一次再结晶退火后且二次再结晶完成前对抑制剂进行强化而稳定地显现二次再结晶(专利文献5)、在氮化区域之前设置用于向钢板表面的氧化层施加还原作用的还原带(专利文献6)。
而且，为了在这样的气体氮化工序中遍及带钢整体均匀地进行氮化，提出了如下方法，即，在钢板中央部和钢板两端部分割并调整由喷嘴或喷雾器供给的氮化气体(专利文献7)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第1965559号说明书
专利文献2：日本特公昭40-15644号公报
专利文献3：日本特公昭51-13469号公报
专利文献4：日本专利4321120号公报
专利文献5：日本专利2771634号公报
专利文献6：日本特开平03-122227号公报
专利文献7：日本专利3940205号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，在上述的专利文献4公开的技术中，因线圈加热时的温度、气氛不均而线圈内的增硫量发生变化，从而在二次再结晶行为中产生差异，其结果是，存在磁特性产生偏差的情况。
另外，在专利文献5～7公开的技术中，由于是将氮化性气体吹向钢板来进行氮化的方法，因此存在有如下情况，即，由于炉内温度的时间上·位置上的不均匀、由热引起的配管中的氮化性气体的分解量的差异等，所以氮化增量因带钢的部位不同而不同，其结果是，存在二次再结晶变得不均匀而导致磁特性恶化的情况。
本发明鉴于上述的现状而开发，其目的在于提供一种在方向性电磁钢板的制造时即使板坯中不含有抑制剂成分的情况下也获得无偏差的优异的磁特性的方面极其有用的方向性电磁钢板的氮化处理设备和使用该氮化处理设备的氮化处理方法，该无偏差的优异的磁特性通过如下的方式获得，即，在二次再结晶前实施适当的氮化处理而使抑制剂形成元素遍及带钢的全长、全宽均匀地分散。
用于解决课题的手段
然后，发明者们为了解决上述的课题而反复进行了精心的研究。
其结果是，获得有如下见解，即，在对带钢(钢板)连续地进行氮化处理的情况下，通过利用辉光放电来实施氮化，能够进行氮化量的高精度的控制，同时其偏差也被消除，而且实现了处理时间的缩短，从而在全带钢内稳定地获得优异的磁特性。
并且，作为为了将上述那样的基于辉光放电进行的等离子氮化作为对带钢的氮化处理进行实施所需要的设备，发现了最佳的构造，从而完成本发明。
即，本发明的主要结构如下。
1.一种方向性电磁钢板的氮化处理设备，是在方向性电磁钢板的生产线中，在冷轧后且二次再结晶退火前对连续地通过的带钢连续地实施氮化处理的设备，其中，
所述方向性电磁钢板的氮化处理设备具有：
氮化处理区域，对带钢实施氮化处理；
冷却区域，对带钢进行冷却；以及
加热区域，根据需要而在该氮化处理区域之前对带钢进行加热，
在该氮化处理区域设置辉光放电用的电极，将该辉光放电用电极作为正极，对作为负极的带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
2.根据所述1记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，在减压下保持所述氮化处理区域。
3.根据所述2记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
将所述加热区域及/或所述冷却区域保持为与大气压相比进行了减压且与所述氮化处理区域相比减压度较低的状态。
4.根据所述1～3中任一项记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
在所述加热区域与所述氮化处理区域之间设有前段气氛调整区域，并且在所述氮化处理区域与所述冷却区域之间设有后段气氛调整区域。
5.根据所述4记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
所述前段气氛调整区域及所述后段气氛调整区域分别划分为多个气室，该多个气室能够单独地进行减压度的调整。
6.根据所述5记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
在所述前段气氛调整区域中，随着朝向所述氮化处理区域而逐渐提高减压度，另一方面，在所述后段气氛调整区域中，随着朝向所述冷却区域而逐渐降低减压度。
7.根据所述1～6中任一项记载的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
将所述氮化处理区域的内部沿带钢的宽度方向分割为多个区域，在各分割区域内能够进行单独的氮化处理控制。
8.一种方向性电磁钢板的氮化处理方法，其中，
在方向性电磁钢板的制造工序中，在冷轧后且二次再结晶退火前的阶段中，使用所述1～7中任一项记载的氮化处理设备，对带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
发明效果
根据本发明，能够抑制氮化处理的偏差而在全带钢内稳定地确保均匀的氮化量，因此能够遍及带钢的全长、全宽稳定地获得优异的磁特性。
另外，根据本方法，能够使用氮气用作氮源，因此无需使用以往气体氮化时所需的氨气、进行盐浴氮化的情况下所需的氰系的盐等担心环境上的问题的氮源，因此其工业上的利用价值极大。
附图说明
图1是表示本发明的氮化处理设备的优选例的概略的图。
图2是表示依据本发明的等离子氮化处理装置的优选例的图。
图3是表示依据本发明的等离子氮化处理装置的其他例的图。
图4是表示本发明的氮化处理设备的其他例的概略的图。
具体实施方式
以下，具体地说明本发明。
图1中示出了本发明的氮化处理设备的优选例的概略。图中，标号1是加热区域，2是氮化处理区域，3是冷却区域。并且，4是在形成为上述构造的氮化处理设备内连续地通过的带钢(钢板)。需要说明的是，加热区域根据需要设置即可，并非必须。
另外，在本发明中，在上述的氮化处理区域2中，对带钢4实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
图2中示出了依据本发明的等离子氮化处理装置的优选例。图中，标号5是辉光放电用的电极，6是兼作电极辊的夹送辊，在该例中形成为隔着带钢4而在带钢4的上下配置辉光放电用电极5的构造。需要说明的是，氮化处理区域2内填充有氮气及氢气作为氮供给源。
并且，将辉光放电用电极5作为正极，经由夹送辊(电极辊)而将带钢4作为负极，向正极与负极之间施加电压，在带钢4的两侧产生辉光放电，从而在等离子气氛中同时对带钢4的两面进行氮化处理。
另外，图3中示出了依据本发明的等离子氮化处理装置的其他例。该例形成为在使带钢4沿着与正极(辉光放电用电极)5对置地配置的电极辊6'的状态下产生辉光放电的构造。需要说明的是，在该例中，由于仅对带钢4的单面进行氮化处理，因此在对带钢4的两面实施氮化的情况下，需要另一组氮化处理装置。
在上述的氮化处理时，优选预先将带钢温度升高至400℃以上。
另外，优选预先在减压下保持氮化处理区域内。
而且，优选的是，加热区域及冷却区域保持为与氮化处理区域相比减压度较低但与大气压相比进行了减压的状态，由此，易于进行基于对流的热交换，能够提高加热、冷却效率。
在此，作为辉光放电条件，优选氮化处理区域内预先减压为适宜的0.5托～10托左右，另外优选加热区域以及冷却区域预先减压为减压度低于氮化处理区域的30托～500托左右。
接着，图4中示出了隔着氮化处理区域2而在氮化处理区域2的前后设有前段气氛调整区域7-1及后段气氛调整区域7-2的情况。
在该情况下，优选的是，预先将前段气氛调整区域7-1及后段气氛调整区域7-2分别划分为多个气室，该多个气室能够单独地进行减压度的调整。并且，优选形成为如下结构，即，在前段气氛调整区域7-1中，随着朝向氮化处理区域2而逐渐提高减压度，另一方面，在后段气氛调整区域7-2中，随着从氮化处理区域2朝向冷却区域3而逐渐降低减压度。
需要说明的是，各区域间及各气室间的密封使用迄今为止公知的气密密封手段即可，有使用辊或使用密封垫等方法。
另外，在本发明中，优选形成为如下构造，即，将氮化处理区域的内部沿带钢的宽度方向分割为多个区域，在各分割区域内能够单独地独立进行氮化处理，通过形成为这样的构造，能够有效地消除由边缘效果导致的端部的过氮化等带钢的宽度方向上的氮化不均。
需要说明的是，关于加热区域，在设置于进行其他的必要的处理的连续生产线内而带钢已被加热的情况下或等离子氮化处理时的基于等离子照射进行的加热足够的情况下，可以省略。
另外，关于冷却区域，在等离子氮化处理后以进行了加热的状态实施其他处理的情况下等，也可以配置于该处理区域之后。
而且，本发明的氮化处理设备也可以作为仅连续地进行氮化处理的独立的设备，但也可以安装于实施其他处理的工序生产线中，只要是连续生产线，在考虑效率层面的基础上安装于最佳的位置即可。
并且，在本发明中，对于作为被处理材料的带钢并无特殊限制，只要是方向性电磁钢带钢即可，迄今为止公知的带钢均适合。
标号说明
1、加热区域；2、氮化处理区域；3、冷却区域；4、带钢(钢板)；5、辉光放电用电极；6、夹送辊(兼作电极辊)；6'、电极辊；7-1、前段气氛调整区域；7-2、后段气氛调整区域。

Claims (9)

1.一种方向性电磁钢板的氮化处理设备，是在方向性电磁钢板的生产线中，在冷轧后且二次再结晶退火前对连续地通过的带钢连续地实施氮化处理的设备，其中，
所述方向性电磁钢板的氮化处理设备具有：
氮化处理区域，对带钢实施氮化处理；
冷却区域，对带钢进行冷却；以及
加热区域，根据需要而在该氮化处理区域之前对带钢进行加热，
在该氮化处理区域与带钢面相对地设置辉光放电用的电极，将该辉光放电用电极作为正极，对作为负极的带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理，
并且，将所述氮化处理区域的内部沿带钢的宽度方向分割为多个区域，能够进行各分割区域内的独立的氮化处理控制，
在0.5托～10托的减压下保持所述氮化处理区域。
2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
将所述加热区域及/或所述冷却区域保持为与大气压相比进行了减压且与所述氮化处理区域相比减压度较低的状态。
3.根据权利要求1或2所述的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
在所述加热区域与所述氮化处理区域之间设有前段气氛调整区域，并且在所述氮化处理区域与所述冷却区域之间设有后段气氛调整区域。
4.根据权利要求3所述的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
所述前段气氛调整区域及所述后段气氛调整区域分别划分为多个气室，该多个气室能够单独地进行减压度的调整。
5.根据权利要求4所述的方向性电磁钢板的氮化处理设备，其中，
在所述前段气氛调整区域中，随着朝向所述氮化处理区域而逐渐提高减压度，另一方面，在所述后段气氛调整区域中，随着朝向所述冷却区域而逐渐降低减压度。
6.一种方向性电磁钢板的氮化处理方法，其中，
在方向性电磁钢板的制造工序中，在冷轧后且二次再结晶退火前的阶段中，使用权利要求1或2所述的氮化处理设备，对带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
7.一种方向性电磁钢板的氮化处理方法，其中，
在方向性电磁钢板的制造工序中，在冷轧后且二次再结晶退火前的阶段中，使用权利要求3所述的氮化处理设备，对带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
8.一种方向性电磁钢板的氮化处理方法，其中，
在方向性电磁钢板的制造工序中，在冷轧后且二次再结晶退火前的阶段中，使用权利要求4所述的氮化处理设备，对带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
9.一种方向性电磁钢板的氮化处理方法，其中，
在方向性电磁钢板的制造工序中，在冷轧后且二次再结晶退火前的阶段中，使用权利要求5所述的氮化处理设备，对带钢实施基于辉光放电进行的等离子氮化处理。
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