CN1069288A - 生产晶粒取向电工薄钢板或钢带的方法 - Google Patents

生产晶粒取向电工薄钢板或钢带的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种生产最终厚度范围0.1～0.5mm 的晶粒取向电工薄钢板或钢带的方法。将一种具有 权利要求1所述成分的扁钢锭热轧，然后可能退火， 然后至少经二道冷轧，在最后一道冷轧工序之前在 800-1100℃温度范围内将钢带退火30～600秒，以 大于50K/秒的速度从中间退火温度加速冷却。在 最后一道冷轧工序之前回火退火处理之后，其中将其 厚度减少40～80％，在湿润气氛中伴随脱碳进行再 结晶退火，钢带冷轧到最终厚度。在钢带表面涂覆分 离剂后进行高温退火。

Description

在由欧洲专利0047129已知的方法中，生产最终厚度在0.15mm～0.25mm范围内的晶粒取向电工薄钢板或钢带至少经二道冷轧工序，并且在最后一道冷轧工序之前进行一次中间退火，所述中间退火是在850～1100℃温度范围进行至少30秒至最多15分钟。然后从中间退火温度700～200/℃温度范围内以至少2.5K/秒的速度冷却钢带，并且在最后一道冷轧工序轧制到最终厚度，随后没有任何回火退火处理。在所述最后一道冷轧工序中的冷轧期间钢带温度可以调节在50～400℃范围内。
在欧洲专利0101321中公开的类似方法中生产晶粒取向电工薄钢板或钢带至少经二道冷轧工序并在最后一道冷轧工序前进行一次中间退火，但是在最后一道工序之前也没有回火退火处理，建议从中间退火温度快速冷却钢带的最小速度为5K/秒。在该工艺中冷却速度最好在约20～30K/秒的范围内，冷却钢带接着在900～500℃温度范围进行中间退火。该工艺的特征是以最好约20～35K/秒的速度将钢带加热到中间退火温度。
如果通过上述的两种方法生产晶粒取向电工薄钢板或钢带，即从中间退火温度以2.5～约40K/秒的速度冷却，其磁性能值（例如铁心损耗）相差很大。其原因是在该工艺的每个步骤的公差，例如钢的生产/熔体的组分、热轧、可能的热钢带退火、具有中间退火的冷轧以及退火脱碳和高温退火。
本发明的目的是改进上述的现有工艺方法，使电工薄钢板或钢带的磁性，特别是磁极化强度和铁心损耗达到更合适的值，同时获得改进的分散小的统计分布。
本发明解决该问题通过下述方法：
扁钢锭含：
2.0-4.0%    Si，
0.02-0.10%    C，
0.02-0.15%    Mn，
0.008-0.08%    S和/或Se，
≤0.005%    Al，
≤0.3%    Cu
余为铁及不可避免的杂质和任何晶界偏析元素，将其热轧。可将热轧钢带在900-1100℃温度范围内退火60-600秒。然后将热轧钢带至少进行二道冷轧工序，在最后一道冷轧工序前在800-1100℃温度范围将钢带中间退火30-600秒，并且在最后一道冷轧工序前进行一次回火退火处理，最后一道冷轧工序中减厚40-80%。在最后一道冷轧工序中冷轧之前和/或期间，钢带的温度最好调到50-400℃范围内。
然后将冷轧到最终厚度的钢带在伴随脱碳的湿润气氛下进行再结晶退火。然后在向钢带表面涂覆最好含MgO的分离剂之后进行最终的高温退火。
本发明的基本特点是将冷轧到中间厚度的钢带在中间退火后从退火温度进行加速冷却，以大于50K/秒，最好在100-300K/秒之间的高速度，并最多在三个月之后，在最后一道冷轧工序之前在300-700℃温度范围内进行一次回火退火处理。大于15分钟的退火是不经济的。通过喷水可进行快速冷却。
按照本发明的方法可降低铁心损耗的平均值。
图1表明按照普通方法生产的最终厚度0.23mm的141条晶粒取向电工钢带所测的铁心损耗值的统计分布。
图2表明按本发明生产的同图1相同最终厚度0.23mm的141条晶粒取向电工钢带铁心损耗值的分布。
图3为图1和2结果的结合。
图4表明由于按照本发明的方法铁心损耗的降低。
图5表明了按照本发明具有回火退火和不具有这种回火退火的其磁性能与由中间退火温度开始的冷却速度的函数关系。
图6表明最终厚度0.3mm钢带的磁性能与回火退火温度的关系曲线。
由图1-3可以看出的最大分布的移动，本发明方法的使用使铁心损耗改善约5%。同时使获得的磁性值平均，即分散少。
图4表明在钢带按已知的普遍生产工艺生产其铁心损耗值很差的情况下，按照本发明改变中间退火（中间退火具有高速冷却和随后的回火退火处理）的作用则很清楚地表现出来。在钢带按已知工艺生产其铁心损耗值很差情况下，借助于本发明工艺铁心再磁化损耗可达到最大的降低。
图4中横坐标轴表示普遍生产的铁心损耗P1.7/50。纵坐标轴表示当同样钢带在最后一道冷轧工序前按本发明方式处理时所得铁心损耗的减小（＝改进质量）。图4基于同图3相同的数据资料。
如果在直接的后续步骤中进行本发明的处理也可观察到同样的作用，即将钢带尽可能快的从中间退火温度冷却到等于或稍低于回火退火处理温度，此后立刻进行回火退火处理。重要的特征是在每种情况下的两者结合，即将从中间退火温度快速冷却和最后一道冷轧工序之前紧接附加的在300～700℃温度范围内，最好在450～650℃的回火退火处理结合。
下面参照表1中所列实施例可清楚地说明本说明工艺提高质量的作用，将按本发明工艺生产的晶粒取向电工薄钢板（1.1）、（2.1）和（3.1）与按已知的普遍工艺生产的电工薄钢板（1.0）、（2.0）和（3.0）进行比较。
（1.0）首先由连铸扁锭生产厚2.0mm的热轧钢带，上述偏锭含3.19%Si、0.031%C、0.061%Mn、0.021%S、0.06%Cu、＜0.002%Al、＜0.005%N、余为Fe。然后在干燥氢气/氮气（约5%H2+95%N2）中于1030℃将热轧钢带退火150秒，此后在空气中静止慢冷40秒，然后喷水快冷。表面酸洗后进行第一道冷轧到中间厚度0.65mm。然后在980℃进行普通中间退火180秒，该退火也在干燥氢气/氮气（约5%H2+95%N2）中进行。在空气中静止地以20K/秒的速度从中间退火温度冷却到室温。第二道冷轧到最终厚度0.30mm，之后在84℃于湿润的氢气/氮气（约20%H2+80%N2;露点大于35℃）中进行脱碳退火120秒。涂覆MgO分离层后，在干燥的100%氢气中进行高温退火。然后以约20K/小时的加热速率将冷钢带加热到1200℃，保温2小时，然后慢冷（无应力）。测定磁性值铁心损耗P1.7/50＝1.22w/kg，磁极化强度B8＝1.83T。
（1.1）使用按照（1.0）的另一热轧钢带按相同的方法加工，但有差别：中间退火后使用加速冷却并接着按照本发明进行回火退火处理。中间退火在干燥的氢气/氮气（约5%H2+95%N2）中于1020℃温度进行180秒。然后借助于喷水以110K/秒的速度从中间退火温度冷却到室温。然后在空气中于600℃按照本发明进行回火退火约300秒。加热和冷却速度约10K/秒。借助于这种工艺获得的磁性值结果是铁心损耗P1.7/50＝1.16w/kg，而磁极化强度B8＝1.87T。
（2.0）由扁锭生产最终厚度2.0mm的热轧钢带，上述扁锭含3.16%Si、0.032%C、0.060%Mn、0.020%S、0.055%Cu、＜0.002%Al、＜0.005%N、余为Fe。接着进行热轧钢带退火，冷轧到中间厚度0.65mm，同例（1.0）进行中间退火并冷却到室温。冷轧到最终0.27mm后同例（1.0）进行脱碳退火，涂覆分离剂和高温退火。这样生产的钢带磁性值为铁心损耗P1.7/50＝1.19w/kg，而磁极化强度B8＝1.84T。
（2.1）用相同的方式加工按照（2.0）的热轧钢带，但仍有差别：在最后一道冷轧前使用本发明工艺。在干燥氢气/氮气中于1020℃温度进行中间退火180秒。然后用喷水以120K/秒的速度从中间退火温度冷却到室温。然后在空气中以10K/秒将钢带加热到600℃，在该温度保温约200秒并以相同的速度再冷却。对于铁心损耗和磁极化强度获得下面的改进值：P1.7/50＝1.08w/kg，而B8＝1.87T。
（3.0）由连铸扁锭仍生产最终厚度2.0mm的热轧钢带，上述扁锭含3.23%Si、0.030%C、0.062%Mn、0.020%S、0.062%Cu、＜0.002%Al、＜0.005%N、平衡Fe。同例（1.0）和（2.0）接着进行中间退火，冷轧到中间厚度0.65mm并进行中间退火，以22K/秒的速度冷却到室温。然后将钢带冷轧到最终厚度0.23mm。根据（1.0）和（2.0）仍进行脱碳退火，涂覆MgO（分离剂）和接着高温退火。测量结果是铁心损耗P1.7/50＝1.06w/kg，而磁极化强度B8＝1.85T。
（3.1）首先热轧钢带，然后退火，然后按照（3.0）冷轧到中间厚度0.65mm，在干燥氢气/氮气中于1020℃温度下退火180秒。然后借助于喷水以约130K/秒的速度从中间退火温度冷却到室温。同例（2.1）接着仍进行回退火处理。按照（1.0）脱碳和高温退火后，对于最终0.23mm的生产钢带的测量结果是铁心损耗P1.7/50＝1.00W/kg，而磁极化强度B8＝1.87T。
表2进一步说明按照本发明工艺生产的最终厚度0.30mm的晶粒取向电工薄钢板达到的磁性能。并将它们与不按本发明工艺生产的相同最终厚度的晶粒取向电工薄钢板比较。
由表2实施例10、9、8和7与对照图5可以推测冷却速度可进一步提高磁性值，除非使用本发明回火退火处理接着加速从中间退火温度冷却，否则铁心损耗又增加并恶化。同样，如果使用高速冷却而没有本发明接着的回火退火处理，发现磁极化强度值沿着更不适宜的方向下降。
相反如果按照权利要求所述的工艺，高速冷却并接着按照本发明在300-700℃温度范围回火退火处理，同表2中实施例3、1和2与图5所示，测量的铁心损耗值继续沿着更低的并且更适宜的方向下降。同样，磁极化强度测量值沿着更高值的方向有利地继续增大。
表2也示出本发明回火退火处理的温度范围，在图6曲线中也示出，从而可达到最有利的铁心损耗和磁极化强度值，如果将冷轧到中间厚度的钢带在450-650℃，最好在约600℃温度下进行回火退火处理，随后借助于喷水以最好高于100K/秒的速度从中间退火温度加速冷却。
与普通中间退火相比，根据本发明中间退火的改变，接着加速冷却和回火退火处理可改进权利要求所述合金成分的晶粒取向电工薄钢板的织构的形成。本发明改进的中间退火的作用在于更有利的碳化物沉淀，正如许多显微结构研究所表明的。
对普通生产方法和本发明方法制得的最后冷轧条件下钢带的冷轧织构的研究表明它们基本上具有相同的织构过程。但是，对相应的脱碳冷轧钢带织构的研究清楚地表明高斯强度（Gossintensity）的差别，对晶粒取向电工薄钢板，该高斯强度是表明脱碳冷轧钢带中再结晶织构组成的特别重要参数。当使用本发明工艺生产时该高斯强度明显地更高。
在普通中间退火之后和按本发明改进型中间退火之后，直接使用透射电子显微镜用复膜方法研究碳沉淀状态。
元素弥散EDX分析（STEM型）表明碳化物只存在于晶界，且不取决于中间退火的类型。
在普通生产方法中晶界碳化物长度为200-1000nm（一般500nm），而按照本发明接着中间退火（具有加速冷却和回火退火处理）晶界碳化物长度为50-200nm（一般100nm）。在两种情况下晶粒内部的沉淀仅是抑制相颗粒，它不受本发明处理方法的影响。采用本发明工艺晶界碳化物的细小弥散性和均匀分布性明显地得到增加。
本发明建议的中间退火的结果是更细小分布的碳化物中结合的碳在脱碳退火加热相中可比普通工艺快得多的溶解（在再结晶开始之前）。这由在晶界均匀得多的分布所支持。
碳化物不影响冷轧工艺，但对再结晶工艺有影响。再结晶织构被加强，产生更多的高斯取向核（Goss-oriented    nuclei）以改进二次再结晶。
除了本发明权利要求的工艺步骤外，生产最终厚度在0.1～0.5mm范围的晶粒取向电工薄钢板中其他可改进磁性能的步骤是公知的。例如，如果冷轧到中间厚度的钢带在普通中间退火期间，钢带同时被部分脱碳，则铁心损耗值可进一步降低。类似地，如果在加热期间，在高温箱式退火过程中附加加入持续几小时的保温步骤，可降低铁心损耗。这些附加步骤的结合也是公知的。
相反，在本发明工艺中这些附加步骤不是必需的，特别是获得上述晶粒取向电工薄钢板的磁稳定性，正如选择的141种钢带所表明的。本发明工艺足以保证有利地减小铁心损耗和磁极化强度值的统计分散，本发明工艺建议在进行普通中间退火之后快速冷却与随后的本发明回火退火处理相结合。所以本发明工艺最重要的优点是在生产晶粒取向电工薄钢板中对其磁性能（例如铁心损耗和磁极化强度）的稳定作用。
表1
按照本发明和已知的普通工艺生产的实施例(1.0)-(3.1),最终厚度0.30mm、0.27mm和0.23mm的晶粒取向电工薄钢板的磁性能。
中间退火    磁性能
钢板    本
第一阶    冷却    第二阶    普
冷    厚度    P1.7    B8    发    通
段保温    速度    段保温    mm    w/kg    T    明
温度℃    却    K/秒    温度℃
1020    水    110    600    0.30    1.16    1.87    ×
980    空气    20    ...    1.22    1.83    ×
1020    水    120    600    0.27    1.08    1.87    ×
980    空气    20    ...    1.19    1.84    ×
1020    水    130    600    0.23    1.00    1.87    ×
980    空气    22    ...    1.06    1.85    ×
表2
最终厚度0.30mm的晶粒取向性电工薄钢板的磁性能，取决于：
a)从中间退火温度加速冷却的速度
－接着无回火退火处理
－接着回火退火处理
b)按照本发明接着回火退火处理的温度
中间退火    磁性能
钢板    本
第一阶    冷却    第二阶    普
冷    厚度    P1.7    B8    发    NO
段保温    速度    段保温    mm    w/kg    T    明    通
温度℃    却    K/秒    温度℃
200    1.22    1.83
300    1.21    1.84    ×
400    1.20    1.85    ×
1020    水    110    500    0.30    1.17    1.87    ×    1
600    1.16    1.87    ×
700    1.22    1.84    ×
800    1.25    1.79
1020    水    180    600    0.30    1.15    1.88    ×    2
1020    空气    35    600    0.30    1.20    1.84    3
1020    空气    20    600    0.30    1.22    1.83    4
1020    空气    10    600    0.30    1.24    1.81    5
1020    空气    9    600    0.30    1.25    1.80    6
980    水    220    ...    0.30    1.28    1.79    7
980    水    110    ...    0.30    1.26    1.81    8
980    空气    35    ...    0.30    1.21    1.83    ×    9
980    空气    20    ...    0.30    1.22    1.83    ×    10
980    空气    10    ...    0.30    1.23    1.82    11
980    空气    9    ...    0.30    1.24    1.80    12

Claims (9)

1、一种生产最终厚度在0.1-0.5mm范围内的晶粒取向电工薄钢板或带的方法，通过热轧扁锭，该扁锭含
2.0-4.0%  Si，
0.02-0.10%  C，
0.02-0.15%  Mn，
0.008-0.08%  S和/或Se，
＜0.005%  Al，
＜0.3%  Cu，
平衡为铁和含不可避免的杂质，以及任何晶界偏析元素，
冷轧该热轧钢带，在至少二道冷轧中将钢带在800-1100℃温度范围内中间退火30-600秒，并在最后一道冷轧工序之前加速冷却，在湿润气氛中再结晶退火，将脱碳的钢带冷轧到最终厚度，将分离剂涂覆到钢带表面，并进行最终高温退火，其特征在于以大于50K/秒的速度从中间退火温度进行冷却，此后立刻或至多三个月后，在最后一道冷轧工序之前在300-700℃温度范围内进行回火退火至少30秒，其厚度减少40-80%。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于将钢带立刻从中间退火温度加速冷却到回火退火处理温度。
3、按照权利要求1的方法，其特征在于以100-300K/秒范围的速度加速冷却钢带。
4、按照权利要求1的方法，其特征在于在450-650℃温度范围内进行回火退火100-600秒。
5、按照权利要求1的方法，其特征在于以2.5-20K/秒的速度将钢带加热到回火退火处理温度，并以同样的速度再冷却。
6、按照权利要求1的方法，其特征在于在900-1100℃温度范围内将热轧钢带退火60-600秒。
7、按照权利要求1的方法，其特征在于最后一道冷轧时在50-400℃温度范围内冷轧钢带。
8、按照权利要求1的方法，其特征在于将含MgO的分离剂涂覆到钢带表面。
9、按照权利要求1的方法，其特征在于进行回火退火不大于15分钟。
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