CN1057342C - 无取向电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

无取向电磁钢板的制法，包括对含有0.01wt%以下的C、4.0wt%以下的Si、1.5wt%以下的Mn、1.5wt%以下的Al、0.2wt%以下的P和0.01wt%以下的S的钢坯进行热轧，之后进行一次冷轧或夹有中间退火的两次冷轧，然后进行最终退火。在热轧步骤中，增加把所得薄板坯保持在850-1150℃温度使薄板坯温度不均匀得到缓和的步骤；和对薄板坯施加应力，促进薄板坯中析出物粗化的步骤。或者在850-1150℃进行卷取，卷材供热精轧用。

Description

无取向电磁钢板的制造方法
本发明涉及无取向电磁钢板的制造方法，其成品卷材具有均匀的磁性能和钢板形状。
无取向电磁钢板用于马达、发电机或者变压器的铁心等，为了提高这些机器的能量效率，作为磁性能，铁损小而且磁通密度高是重要的。
近年来在马达领域，随着对通过利用集成电路(IC)而具有高度控制性的马达的开发，马达特性的不均匀性小是重要的。因此，作为马达的铁心材料使用的无取向电磁钢板中，对无取向电磁钢板的成品卷材的磁性能和钢板形状、特别是钢板厚度的均匀性有非常高的要求。
作为使成品卷材的钢板厚度均匀化的技术，特公昭57-60408号公报公开了把热轧的精轧温度保持在α相温度范围的方法。而且，作为使成品卷材的磁性能均匀化的技术，特开平5-140649号公报公开了使钢板中N、S含量极低的方法。但是，这些技术无法满足近年来更严格的要求，需要根本的改善。
本发明的目的在于提供一种使成品卷材的磁性能及钢板形状均匀的无取向电磁钢板的制造方法。
本发明是关于无取向电磁钢板的制造方法，包括以下步骤：对含有0.01wt％以下的C、4.0wt％以下的Si、1.5wt％以下的Mn、1.5wt％以下的Al、0.2wt％以下的P和0.01wt％以下的S的钢坯进行热轧后，进行一次冷轨或者夹有中间退火的两次冷轧，然后进行最终退火，其特征在于所述热轧步骤中，增加把由粗轧钢坯所得薄板坯保持在850-1150℃的温度范围内，使用钢坯加热产生的薄板坯的温度不均匀得到缓和的步骤，和对薄板坯施加应力，促进薄板坯中的析出物粗化的步骤。
而且，本发明的无取向电磁钢板的制造方法，包括以下步骤：对含有0.01wt％以下的C、4.0wt％以下的Si、1.5wt％以下的Mn、1.5wt％以下的Al、0.2wt％以下的P和0.01wt％以下的S的钢坯进行热轧之后，进行一次冷轧或者夹有中间退火的两次冷轧，然后进行最终退火，其特征在于所述热轧步骤中，把由粗轧钢坯所得的薄板坯置于850-1150℃设置范围内，卷绕成内径为100mm以上而外径为3600mm以下的卷材，之后开卷以供热精轧之用。
在本发明中，在满足下式的温度T(℃)下进行薄板坯的卷绕是有利的。
900.31-2.0183T+1.4139×10-3T2-3.0648×10-7T3-326.7[Cwt％]+11.8[Siwt％]-12.2[Mnwt％]+39.7[Pwt％]+22.8[Alwt％]＞0
                                            ----(1)
而且，在最终退火后，再施以压下率为3-15％的轻轧，有利于提高磁性能。
根据本发明，可以制成成品磁性能优异、而且磁性能和钢板厚度在卷材中均匀的无取向电磁钢板。
图1展示了薄板坯卷绕对铁损的影响。
图2展示了卷材形状对磁性能的影响。
图3展示了α相稳定性指数G与磁性能的关系。
图4展示了α相稳定性指数G与α相比率的关系。
以下，对导致本发明的实验结果做详细说明。
对含0.003wt％的C、0.4wt％的Si、0.2wt％的Mn、0.25wt％的Al、0.05wt％的P和0.005wt％的S、余量为Fe的2块连续铸造坯，在1150℃分别再加热后，粗轧至厚为30mm的薄板坯。一块薄板坯直接热精轧，制成热轧板。另一块薄板坯在970℃卷绕成内径为500mm、外么为1400mm的卷材，然后开卷，再进行热精轧，制成热轧板。两者的热精轧结束温度都是840℃。
之后，把热轧板冷轧至0.5mm厚，然后进行770℃×30秒的连续退火，对卷材纵长方向的磁性能及钢板厚度进行测量。
磁性能和钢板厚度的测量，在成品卷材全长上每隔30m进行一次，按照由下式(2)和(3)分别定义的各测量值的算术平均(X)和标准偏差σ，对性能及其波动进行评价。 ( X ) = Σ X 1 n - - - - ( 2 ) σ = Σ { X 1 - ( X ) } 2 n - - - - ( 3 )
这里，Xi：铁损W15/50或钢板厚度测量值
       n：测量数(本实施例中是n＝133)
图1中，用黑色圆点表示不进行薄板坯卷绕、由通常的工艺所得的成品卷材的铁损测量结果。这时，  可见成品卷材中铁损变化较大。
再者，铁损劣化的部位对应于滑道之间(钢坯加热时的高温部位)。这里，滑道是钢坯加热炉内支承钢坯的部件，通常滑道用水冷却。
一般，当钢坯加热温度较高时，由于对铁损有害的细微析出物增多，滑道之间的部位(钢坯加热时的高温部位)的细微析出物比滑道接触部位(钢坯加热时的低温部位)要多。结果，滑道之间的铁损比滑道接触部位的要差。
另一方面，在图1中用白色圆圈表示经过薄板坯卷绕的成品卷材的铁损测量结果。
此时，可见卷材中的铁损变化比不进行薄板坯卷绕就采用传统的热轧工艺的情形要小。
表1列出了磁性能及成品板厚的测量结果。与热轧后直接进行轧制的传统工艺相比，粗轧后卷绕薄板坯的工艺，不但卷材的磁性能及板厚的标准偏差σ小，而且磁性能的平均值(X)也优异。
在不进行薄板坯卷绕的传统工艺中，成品板厚在卷材中的变化原因在于，由于滑道部位与滑道之间的部位存在温度差而引起的精轧时的抗形变性的变化，难以控制热轧板的板厚。
                         表1
   磁通密度B50(T)     铁损W15/50(W/kg)       板  厚(mm) 测量数
   (X)     σ    (X)     σ   (X)     σ   n
  无薄板坯卷绕有薄板坯卷绕   1.7511.762   0.0040.001   5.7065.315   0.1220.031   0.500.50   0.0030.001   133133
如图1和表1所示，可以了解一旦对粗轧后的薄板坯进行卷绕，可使卷材的磁性能和板厚均匀，同时改善磁性能。
其原因如下：
(1)由钢坯加热而产生的薄板坯温度波动，通过薄板坯的卷绕而得以缓和；
(2)因薄板坯卷绕而引入了应力，可以促进析出物的粗化。
因此，本发明不仅限于薄板坯的卷绕。本发明的基本要点是，在热轧工艺中，增加如下两个步骤：把由钢坯粗轧所得的薄板坯保持在850-1150℃的温度范围内，使钢坯加热所产生的薄板坯温度波动得以缓和；对薄板坯施加应力，促进薄板坯中的析出物粗化。
作为具体措施，除了薄板坯卷绕之外，还可以参考在施加0.5-5％左右的轧制应力后，在保温炉内保温。此时，由于对未卷绕的薄板坯进行保温，所以需要较长的炉体。
然后，对薄板卷材的形状做了各种研究。图2中展示了卷材内、外径对磁性能的影响。
首先，当卷材外径超过3600mm时，卷材的铁损平均值(参见同图(a))和卷材的铁损标准偏差(参见同图(b))同时劣化。
这里，当卷材外径较大时，温度难以达到均匀，因而通过卷绕对薄板坯施加的应力较小，推断无法促进析出物的粗化。所以，为了保持温度均匀，而且应力要大，使卷材外径在3600mm以下是非常必要的。另一方面，当内径不足100mm时，由于薄板坯表面开裂引起表面产生裂纹所以必须使卷材内径在100mm以上。
之后，对钢成分和薄板坯卷绕温度对磁性能的影响进行了研究，结果如下。
把具有表2所示的成分的钢A、B、C在转炉、真空抽气装置中熔炼后连续铸造成钢坯。对这些钢坯再加热进行粗轧，制成厚40mm的薄板坯后，在各种温度下进行薄板坯卷绕，然后进行热精轧。
而且，为了比较，对一部分薄板坯不进行薄板坯卷绕而直接进行热精轧。热精轧后的热轧板卷材的板厚为2.0mm。然后，对热轧板在900℃进行1分钟的热轧退火，之后冷轧至厚度为0.5mm，进行800℃、30秒的连续最终退火，涂覆绝缘膜制成成品钢板。把成品板切成爱泼斯坦试验片、供磁性能测量用。
测量结果可见图3(a)和(b)所示的，在薄板坯卷绕温度下α相稳定化系数G与卷材的铁损平均值的关系，以及在薄板坯卷绕温度下α相稳定化系数G与卷材的铁损标准偏差的关系。
                   表2
钢类                 组  成    (wt％) 薄板坯卷绕温度(℃)
    C     Si     Mn     P     Al
A 0.003 0.5 0.25 0.08 0.25     90895098510201050未卷绕
B 0.003 0.25 0.25 0.08 0.5     910985104010501080未卷绕
C 0.003 0.4 0.45 0.08 0.25     90092098010001080未卷绕
如后面图4所示，G与α相比率相关。特别是，可以了解到随着G在0以上增加时，α相比率增加，亦即实现α相的稳定。
一方面，由图3可见，在G＞0的温度下进行薄板坯卷绕，由此可以显著地同时改善卷材的平均铁损W15/50值和标准偏差σ。其原因考虑如下。
亦即，通过薄板坯卷绕，可以使因粗轧生成的对铁损有害的细微析出物粗化。这里，α相的扩散速度比8相快1个数量级，而且由于析出物的粗化取决于扩散速度，所以薄板卷材内的α相比率较高其粗化快速进行，因而铁损改善率高、标准偏差小。
从以上所述各点可见，通过对钢组成以及卷绕温度的控制，使G＞0，可以制造卷材的铁损均匀性更为优异的无取向电磁钢板。
以下对本发明的材料的成分组成和制造工艺的各种情况予以说明。
C：0.01wt％以下
如果C超过0.01wt％，由于C析出而使磁性能劣化，所以C含量应限制在0.01wt％以下。而且，从经济上的原因考虑，下限在0.001wt％为好。
Si：4.0wt％以下
虽然Si是能提高电阻率、降低铁损的有用成分，但如果超过4.0wt％，会使冷轧性变劣，所以应限制在4.0wt％以下。而且，从电阻率考虑，下限在0.05wt％为好。
Mn：1.5wt以下
虽然Mn是能提高电阻率、降低铁损的有用成分，但Mn的增多导致成本增大，所以限制在1.5wt％以下。
另一方面，Mn可以使对磁性能有害的S大量地被固定成为MnS，所以从磁性能来考虑把下限定为0.1wt％为好。
Al：1.5wt％以下
虽然Al是能提高电阻率、降低铁损的有用元素，但如果超过1.5％，则会使冷轧性能变劣，所以限制在1.5％以下。
P：0.2wt％以下
虽然添加P可以改善冲裁性，但如果超过0.2wt％，则会使冷轧性能变劣，所以应在0.2wt％以下。而且，从经济的理由来考虑，其下限在0.0001wt％为好。
S：0.01wt％以下
S形成细微析出物MnS，由于其阻碍磁畴壁移动和颗粒生长，所以应尽可能少，应在0.01wt％以下。
另外，为了改善磁性能，可以添加已知的添加成分Sb、Sn、Bi、Ge、B、Ca、稀土金属，但从经济观点考虑，各添加量在0.2wt％以下为好。
然后，把具有上述组成的钢坯，通过直接粗轧或者经再加热后粗轧，制成薄板坯。在850-1150℃温度下，把此薄板坯卷绕成内径为100mm以上外径为3600mm以下的卷材。
如果薄板坯卷绕温度超过1150℃，则热精轧当中会增加细微析出，卷材的铁损的均匀性，卷材之间的铁损的均匀性均会变劣。另一方面，如果薄板坯卷绕温度低于850℃，则消除不均匀的析出物和组织所需时间过长，经济上不合算。
而且，薄板坯卷材的内径不足100mm时，薄板坯的曲率过大，薄板坯表面出现裂纹，成为表面出现缺陷的原因。另一方面，如果卷材外径超过3600mm，通过卷绕而产生的薄板坯温度均匀化的效果和引入应力的效果较小，因而磁特性及板厚的均匀化的效果也小。
通过在上述条件卷绕薄板坯，可实现铁损及板厚的均匀化，但是进一步通过控制薄板坯卷绕温度，使上述α相稳定性指数G＞0，由此可使铁损平均值的改善和均匀化的效果进一步增大。因而，应在G＞0的温度下卷绕薄板坯。
而且，薄板坯卷绕温度是指薄板坯卷绕时的薄板坯的平均温度。通常，卷绕的薄板坯的平均温度，从卷绕至开卷时无实质变化。但是，卷绕时间延长时，薄板坯卷绕平均温度会出现降低，此时，薄板坯卷绕时的温度和薄板坯开卷时的温度中的一个应满足G＞0。
使连续卷绕的薄板坯开卷，进行热精轧，制成热轧板。此时，根据需要，可以进行自退火或者热轧板退火。热轧板退火可以采用分批退火(箱退火)或者连续退火。
之后，通过一次冷轧或者夹有中间退火的两次冷轧，由确定的板厚(例如0.5mm)供最终退火，制成品。
不言自喻，最终退火后可以涂覆绝缘膜。而且，从生产性和经济性的理由考虑，最终退火以连续退火为好。
再者，最终退火或涂覆绝缘膜之后，可以进行3-15％的轻轧。亦即，如果压下率不足3％或者超过15％，则轻轧的效果小，亦即由于用户进行矫正退火时的粗晶粒生长而导致低铁损化的效果小，不能获得期望的磁性能。
实施例1
采用转炉及抽真空装置进行调整成分之后，通过连续铸造制成钢坯，当钢坯表面温度变成300℃时插入加热炉，进行再加热。之后，粗轧制成厚30mm的薄板坯，进行薄板坯卷绕后，热精轧制成热轧板。一部分热轧板进行热轧板退火。然后，把热轧板冷轧至0.5mm厚，再进行850℃×30秒的连续退火，然后测量卷材纵长方向的磁性能和板厚。
成品卷材长4000m，每30m测量一次磁性能。
表3展示了钢板组成、热轧及薄板坯卷绕的各条件，以及磁性能和板厚的测量结果。
如表3所示，在粗轧后对薄板坯进行卷绕的本发明实施例中，与粗轧后直接进行热精轧的传统例相比，不仅卷材的磁性能和板厚的标准偏差小，而且磁性能的平均值也优异。特别是，在G＞0的第1、2、8、9、13、14例中获得良好的性能。此外，在薄板坯卷绕外径超过3600mm的第3、16例中，由卷绕所得的改善效果较小、在薄板坯卷绕内径不足100mm的第4、12例中，成品板表面发生多处的缺陷。进一步，在薄板坯卷绕温度底于850℃的第6例中不能消除磁性能的波动，在薄板坯卷绕温度超过1150℃的第17例中磁性能平均值及其波动，比1150℃以下的情形的第13例的结果变劣。
                          表3
试样No                       组成(％)                  热轧薄板坯卷绕条件   磁通密度B50     铁损W15/50        板厚 表面缺陷 备注
  钢坯加热温度(℃)           卷绕条件 α相稳定化指数   平均   离散  平均   离散   平均   离散
    C   Sl   Mn   P     S   Al   温度(℃)   内径(mm)  外径(mm)     G   (X)(T)     σ(T)   (X)(W/kg)     σ(W/kg)   (X)(mm)    σ(mm)
 1234567  0.0026  0.12  0.2  0.05  0.0031  0.25   1150115011501150125011501150   9509209509501000820-   200500150090500500-   15003500380080015001500-     2.017.362.012.01-4.7632.84-   1.7721.7701.7551.7711.7651.7451.755   0.0010.0010.0040.0010.0020.0050.004   5.655.506.215.005.856.206.40   0.030.020.190.030.050.150.18   0.500.500.500.500.500.500.50  0.0010.0010.0030.0010.0010.0040.003 无无无有无无无 发明例发明例比较例比较例发明例比较例比较例
 89101112  0.003  0.5  0.5  0.05  0.002  0.6   11001100110011501100   860950-1060950   2000150-80090   34002000-2000800     29.8410.69--0.8710.69   1.7651.7651.7501.7601.762   0.0010.0010.0040.0020.001   4.054.204.894.354.20   0.020.020.150.040.02   0.500.500.500.500.50  0.0010.0010.0030.0010.001 无无无无有 发明例发明例比较例发明例比较例
 1314151617   0.003   2.5  0.5  0.01  0.002  0.3   11001250110011001250   8501100-10001180   500500-2700500   15001500-38001500     25.8612.73-10.0913.53   1.6881.6891.6551.6701.655   0.0010.0010.0040.0030.004   2.812.853.353.223.26   0.020.020.080.080.08   0.500.500.500.500 50  0.0010.0010.0040.0030.002 无无无无无 发明例发明例比较例比较例比较例
注)第8-12例是热轧板在850℃×30分进行自退火，第13-17例是
热轧板在950℃×90秒进行连续退火。下横线表示比要求范围
之外的条件或者本发明例性能变劣的例子。
第7、10、15例不进行薄板坯环绕。
实施例2
采用转炉及抽真空装置进行成分的调整后，通过连续铸造制成钢坯，当钢坯表面温度降至850℃时，插入加热炉再加热。之后，进行粗轧制成300mm厚的薄板坯，进行薄板坯卷绕之后，进行热精轧制成热轧板。对一部分热轧板进行热轧板退火。接着在连续进行冷轧、770℃×30秒的连续最终退火后，进行5％的表面光轧，制成厚0.5mm的成品板，最后测量卷材纵长方向的磁性能及板厚。
表4展示了钢坯组成、热轧和薄板坯卷绕的各条件，以及磁性能和板厚的测量结果。
如表4所示，在粗轧后对薄板坯进行卷绕的本发明中，与粗轧后直接进行热精轧的传统例相比，不仅卷材的磁性能和板厚的标准偏差小，而且磁性能的平均值也优异。特别是，在G＞0的第18、19、25、30例中获得良好的特性。而且，在薄板坯卷绕的外径超过3600mm的第20、33例中由卷绕所得的改善效果较小，在薄板坯卷绕的内径不足100mm的第21、29例中成品板表面发生多处缺陷。此外，在薄板坯卷绕温度低于850℃的第23例中不能消除磁性能的波动，在薄板坯卷绕温度超过1150℃的第34例中，磁性能平均值及其波动，比1150℃以下的第30例的结果变劣。
                                 表4
试样No 组成(％)                热轧薄板坯卷绕条件   光轧      磁通密度B50     铁损W15/50         板厚 表面缺陷 备注
 钢坯加热温度(℃)          卷绕条件 α相稳定化指数 压下率 平均  离散   平均   离散   平均   离散
    C   Sl   Mn   P     S   Al  温度(℃)   内径(mm)   外径(mm)     G   (X)(T)   σ(T)   (X)(W/kg)     σ(W/kg)   (X)(mm)    σ(mm)
18192021222324  0.0026  0.12  0.2  0.05   0.003  0.25   1150115011501150125011501150   9508209509501000820-   200500150090500500-   15003500380080015001500-     2.017.362.012.01-4.7632.84-     85810875   1.7701.7651.7451.7681.7601.7351.740   0.0010.0010.0030.0010.0020.0050.005   4.564.555.304.504.755.305.21   0.030.020.150.030.040.150.18   0.500.500.500.500.500.500.50  0.0010 0010.0030.0010.0010.0040.004 无无无有无无无 发明例发明例比较例比较例发明例比较例比较例
2526272829  0.003  0.5  0.5  0 05   0.002  0.6   11001100110011501100   860950-1060950   2000150-80090   34002000-2000800     29.8410.69--0.9710.60     82101010   1.7601.7621.7401.7551.762   0.0010.0010.0040.0020.001   3.053.774.853.213.08   0.020.020.130.040.02   0.500.500.500.500.50  0.0010.0010.0030.0010.001 无无无无有 发明例发明例比较例发明例比较例
3031323334  0.003  2.5  0.5  0.01   0.002  0.3   11001250110011001250   9501100-10001180   500500-2700500   15001500-38001500     25.8812.73-19.0913.53     8181288   1.6781.6401.6401.6481.645   0.0010.0010.0040.0030.004   2.053.053.253.053.12   0.020.020.090.080.08   0.500.500.500.500.50  0.0010.0010.0040.0030.002 无无无无无 发明例发明例比较例比较例比较例
注)第25-29例是热轧板在850℃×1小时分批退火，第30-34例是
热轧板进行950℃×90秒的连续退火。
在750℃×2小时的应力退火后进行磁性能测量。
下横线表示比要求范围之外的条件或者本发明其特性变劣的
例子。
第24、27、32例不进行薄板坯卷绕。

Claims (4)

1.无取向电磁钢板的制造方法，包括以下步骤：对含有0.01wt％以下的C、4.0wt％以下的Si、1.5wt％以下的Mn、1.5wt％以下的Al、0.2wt％以下的P和0.01wt％以下的S的钢坯进行热轧，之后进行一次冷轧或者夹有中间退火的两次冷轧，然后进行最终退火，其特征在于，在所述热轧步骤中，增加把由粗轧钢坯所得薄板坯保持在850-1150℃温度范围内，使因钢坯加热产生的薄板坯温度不均匀得到缓和的步骤；和对薄板坯施加应力，促进薄板坯中的析出物粗化的步骤。
2.根据权利要求1所述的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于，在所述热轧步骤中，把由粗轧钢坯所得薄板坯保持在850-1150℃温度范围内，卷绕成内径为100mm以上外径为3600mm以下的卷材，之后再开卷以供热精轧之用。
3.根据权利要求2所述的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于，在满足下式的温度下(℃)下进行薄板坯卷绕：900.31-2.0183T+1.4139×10-3T2-3.0648×10-7T3-326.7[Cwt％]+11.8[Siwt％]-12.2[Mnwt％]+39.7[Pwt％]+22.8[Alwt％]＞0
4.根据权利要求1至3中任何一项所述的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于，在最终退火以后，进行压下率为3-15％的轻轧。
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