CN115943221A - 用于生产电工钢带的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于伴随用于生产非晶粒取向的电工钢带的热处理来加工含硅冷轧钢板的方法，其中，钢板2所含硅的重量比例在1.5％和6％之间，并且其中，钢板以带形状态提供并且在热处理期间在连续的过程中运动通过具有加热区域、保持区域和冷却区域的退火设备，其中，钢板在退火设备3沿垂直的主运送方向运动。

Description

用于生产电工钢带的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于加工含硅冷轧钢板的具有用于生产非晶粒取向的电工钢带的热处理的方法。
背景技术
对多种电工技术的或电磁的应用而言，硅含量高的、特别是硅含量超过1.5％的重量百分比的铁硅合金钢板是意义重大的。这些通常称为电工钢板或电工钢带的钢板结合较高的电阻值而具有较高的饱和磁化强度和并且因此特别是在频率较高的应用中提供了磁性损耗较低的优点。
为了生产这种电工钢板，首先在冶炼钢合金之后将熔液浇铸成所谓的板坯。在热轧过程中，首先由这种预制材料生产所谓的热轧带材。为此在预制材料在此期间冷却的情况下，需要对表面进行再加热和除锈以去除残留的氧化层。这通常通过作为酸洗执行的化学表面处理完成。获得的热轧带材然后被轧制成冷轧带材。最后在退火炉中对带材进行热处理，其中，通过退火过程形成利于所期望的特性的结晶结构。
在将这种钢带加工成电工钢板的中间阶段中，带材被卷绕成卷材，即所谓的卷筒。为了能够在连续的方法中执行生产过程，在为此所设的制造装置中设有中间工作站，在这些中间工作站中将卷退卷材并且将相继供应的卷材的末端相互焊接。另一方面，在制造装置的输出端处，规定对连续的带材进行切割并且将其重新卷绕成卷材。
发明内容
本发明的任务是，创造一种用于加工含硅冷轧钢板的方法，该方法使得能生产出具有更好的磁性和明显更好的表面质量的非晶粒取向的电工钢带。
本发明的任务通过一种用于加工含硅冷轧钢板的具有用于生产非晶粒取向的电工钢带的热处理的方法解决，其中，钢板所含硅的重量比例在1.5％和6％之间，并且其中，钢板以带形状态提供并且在热处理期间在连续的过程中运动通过具有加热区域、保持区域和冷却区域的退火设备，其中，钢板在退火设备中沿垂直的主运送方向运动。
按照一种优选的方法工序规定：钢板在退火设备中从布置在退火设备的下方的末端区域中的进炉区域，经由布置在退火设备的上方的末端区域中的转向辊，运动到布置在退火设备的下方的末端区域中的出炉区域。
所述方法工序也是有利的，在该方法工序中，加热区域和保持区域在进炉区域和转向辊之间延伸。
在一种优选的方法工序中规定：钢板在加热区域中在加热阶段期间被加热到在920℃至1150℃的范围内、优选在950℃至1100℃的范围内的最高温度。
特别有利的是，在加热阶段中，在第一段中以100℃/s至1000℃/s的加热速率执行对钢板的加热并且在第二段中以3℃/s至50℃/s的加热速率执行对钢板的加热。
按照一种优选的方法工序，钢板在保持区域中在保持阶段中以5s至45s的持续时间、优选以10s至30s的持续时间保持在最高温度。
所述方法工序的扩展设计方案是有利的，在该扩展设计方案中，钢板紧接着保持阶段地在保持区域和转向辊之间被冷却到200℃至1050℃、优选400℃至900℃中的第一中间温度，其中，以3℃/s至30℃/s的冷却速率、优选以5℃/s至15℃/s的冷却速率来执行冷却。
对钢板的一种优选的热处理规定：钢板紧接着转向辊地在第一段中被从第一中间温度冷却到在200℃至1050℃、优选在400℃至900℃的范围内的第二中间温度，其中，以3℃/s至30℃/s的冷却速率、优选以5℃/s至15℃/s的冷却速率来执行冷却。
还有利的是，紧接着在第二段中在运动到出炉区域时将钢板从第二中间温度继续冷却，其中，以3℃/s至60℃/s的冷却速率、优选以15℃/s至35℃/s的冷却速率来执行冷却。
所述方法工序具有的优点是，可以避免在表面处重新形成氧化层，按照所述方法工序，在退火设备中提供主要包括氢气的、氢气含量超过99％(体积百分比)的保护气体氛围。
当保护气体环境氛围中水蒸气具有非常低的含量，特别是具有对应-70℃至-45℃的露点的含量时，尤其被证实是有利的。
所述方法特别适用于厚度值为0.05mm至0.5mm的钢板。
所述方法的应用特别适用于处理由合金钢制成的电工钢带，合金钢的合金成分的重量比例为Si:1.5％至6％、优选2％至4％，Al：0.05％至2％，C：<0.01％、优选<0.005％，Mn：0.05％至5％，P：0.01％至0.2％，S：<0.01％、优选<0.005％，和N：<0.01％、优选<0.005％。
附图说明
为了更好地理解本发明，借助接下来的附图更为详细地阐释本发明。在强烈简化的示意图中：
图1示出了用于加工含硅冷轧钢板的装置；
图2示出了用于热处理按图1的钢板的退火设备；
图3示出了热处理期间钢板的温度变化曲线图表；
图4示出了用于热处理钢板的退火设备的一个备选的实施例；
图5示出了退火设备的另一个备选的实施例。
具体实施方式
应当指出的是，在不同地说明的实施方式中，相同的部件配设有相同的附图标记或相同的构件名称，其中，包含在整个说明书中的公开内容按意义均可以转用于有相同的附图标记或相同的构件的部件。在说明书中选择的位置说明，如上、下、侧向等也涉及到直接说明和示出的图并且这些位置说明在位置改变时可以按意义转用于新位置。
图1示出了形式为用于加工含硅冷轧钢板2的具有用于生产非晶粒取向的电工钢带的热处理的生产线的装置1。在装置1中经受热处理的钢板2在此是一种厚度在0.05mm至0.5mm范围内的冷轧钢带。钢板2在所述加工方法中以带形状态提供并且在加工期间在连续的过程中运动通过生产线的相继布置的工作站。这个装置包括用于热处理钢板2的退火设备3作为装置1的主要加工工作站。
装置1在输入端侧包括用于提供作为连续带材输入的钢板2的准备工作站4。在图1中作为仅一个部件示出的准备工作站4代表了多个单独的加工工作站或准备工作，如将冷轧钢板2从相应的卷材退卷、将多个卷材的连续相继的末端焊接在一起成为连续带材以及对表面进行预备性的清洁或去油脂。通过随后布置的带材储存器5确保了钢板2在准备工作站4和紧接着的加工工作站之间的不同的运动速度的均衡或适配。
冷轧钢板2紧接着在退火设备3中经受热处理，其中，如接下来借助图2的图示所说明的那样，钢板2在退火设备3中沿垂直的运送方向运动。通过钢板2在退火设备3中的热处理，钢板的结晶结构被改变成，使得能改进最终获得的电工钢带的磁性。通过在这种热处理期间钢板2的垂直的运送方向可以避免否则需要的运送辊在钢板2处特别是在钢板2的高温下接触或展开/滚动开，因此这些电工钢带的表面获得了高度的均匀性。为了影响钢板2的结晶结构，这个钢板在退火设备3中的热处理期间运行穿过加热区域、保持区域和冷却区域，每个区域分别具有特殊的、合适的时间上的温度变化曲线。
为了控制装置1中的加工方法，这个装置包括控制装置6，通过控制装置既控制退火设备3的所述的区域中的温度也控制钢板2的运动速度以达到对应的时间上的温度变化曲线。在装置1中对加工方法的控制也额外依赖于用于监控钢板2所获得的质量的后续控制装置的信息。因此，钢板2在离开退火设备3之后运行通过测量工作站7，在该测量工作站中检测热处理后钢板2的磁性。在偏离钢板2的期望的特性的情况下，就可以通过控制装置6——特别是在退火设备3中——自动对加工方法施加纠正性影响。除了在测量工作站7中检测钢板2的磁性外，该测量工作站也可以设计用于测量其它特性，如所加工的钢板2的几何尺寸。
在一种优选的实施方案中，用于执行加工方法的装置1紧接着也包括用于涂抹和接着干燥钢板2上的保护层的涂层工作站8。随后设置涂层测量工作站9，在该涂层测量工作站中测量并且因此控制涂到钢板2上的保护层的厚度和均匀性。最后在输出端侧设有另一个带材储存器10和紧随其后的再加工工作站11。再加工工作站主要用于将作为连续带材运行通过装置1的钢板2切割成部分带材并且并将它们卷绕到各个卷材上。
图2作为图1的细节以退火设备的组件的简化的原理图示出了退火设备3。这个用于对钢板2进行热处理的设备按照钢板2的运动方向的顺序依次包括进炉区域12、快速加热区域13和垂直炉14。在垂直炉14的最上方的末端区域中，保持区域或者说保温区15连接到这个垂直炉上。此外，在钢板2的上升段中紧接着的是第一冷却区16并且在退火设备3的上方的末端区域中紧接着的是转向区域17。这个转向区域具有转向辊18，钢板2通过该转向辊被导引并且因此从上升段转为退火设备3的下降段。紧随布置在退火设备3的上方的末端区域中的转向区域17的是第二冷却区19、第三冷却区20和最后的出炉区域21。
在对钢板2热处理期间，钢板2在退火设备3中在主要由氢气构成的保护气体环境氛围中运动。保护气体环境氛围具有含量超过99％的氢气。因为钢板2在连续的过程中连续不断地运动通过退火设备3的内部，所以特别重要的是：钢板2在通过进炉区域12进入和通过出炉区域21离开退火设备3时的过渡被尽可能气密地构造。与此对应，进炉区域12和出炉区域21分别具有特殊的气体密封。在快速加热区域13和垂直炉14之间以及在垂直炉14和第一冷却区16之间的过渡处可选地也可以设置密封结构。此外，针对退火设备3中的包括99％以上的氢气的保护气体环境氛围还规定，只含有尽可能少的水蒸气残留。保护气体环境氛围优选包含含量对应-70℃至-45℃的露点的水蒸气。至少在从进炉区域12经由加热区域、保持区15和转向区域17延伸的容积内保持这种氢气含量超过99％并且水蒸气含量特别低的保护气体环境氛围。在紧接着一段中，在转向区域17后方，也可以设置纯度没那么高的保护气体环境氛围。
快速加热区域13和垂直炉14共同形成了退火设备3的加热区域。紧随其后的是保持区/保温区15中的保持区域并且最后是冷却区域，冷却区域由在退火设备3的下降段中的第一冷却区16、转向区域17以及第二和第三冷却区19、20组成。通过由快速加热区域13和垂直炉14在钢板向上运动期间输送到钢板2中的热能，使这个钢板最终被加热到在920℃至1150℃范围内的最高温度。钢板2在此同时承受相当于远远在下方悬挂的钢板2的自重的拉力负荷。在此这样来设定快速加热区域13、垂直炉14以及进炉区域12的尺寸，使得钢板2具有其最高温度的区域的高度24如此高，使得在钢板2中存在的拉应力小于5MPa。优选这样来选择高度，使得拉应力小于4MPa。退火设备3中具有最高温度的区域的高度24大致相当于退火设备3的总高度的一半。
此外，在所述方法的一种优选的实施变型方案中规定，在退火设备3中的热处理期间，在钢板2中引入周期性上升和下降的拉应力作为附加的处理。这可以例如通过产生作用在用于使钢板2运动的运送辊上的不同大小的扭矩实现。不过无论如何，在此都规定，在钢板2的具有最高温度的区域的横截面中，相应的存在的拉应力不超过5MPa的值。存在的拉应力优选保持在一个低于4MPa的值。通过在热处理期间用这样的交变载荷进行处理，可以额外有利于形成良好的磁性。因此尤其可以避免退火过程期间在钢带2的纵向和横向上磁性的不均匀性(磁各向异性)。
接下来参考图3更为详细地阐释钢板2在退火设备3中的热处理。图3示出了热处理期间钢板2的温度的时间变化曲线图表。在此要区分加热阶段25、保持阶段26和冷却阶段27。在加热阶段25开始时，在第一段中伴随极为陡峭地上升的温度曲线地以100℃/s至600℃/s的加热速率进行加热。钢板2的这种快速加热通过快速加热区域13完成(图2)。紧接着在第二段中以10℃/s至50℃/s的加热速率将钢板进一步加热至最高温度。加热阶段的这个第二部分在垂直炉14中实现。钢板2优选被加热到在950℃至1100℃范围内的最高温度。然后在保持区域或保温区15中，将温度在保持阶段26的持续时间期间保持在最高温度。保持阶段26的时长或持续时间在5秒至45秒的范围内、优选在10秒至30秒的范围内。
随着保持阶段26的结束，即对应钢板2从保持区25过渡到第一冷却区16，钢板2的温度就转入冷却阶段27。在这个冷却阶段27开始时，对应于钢板2在第一冷却区16中在保持区15和转向区域17之间的运动，钢板2先从最高温度冷却到值在200℃至1100℃的范围内、优选在400℃至900℃的范围内的第一中间温度。较为缓慢地以3℃/s至20℃/s的冷却速率、优选以5℃/s至15℃/s的冷却速率冷却到第一中间温度。在钢板2通过转向辊18导引时，钢板的温度在转向区域17中大致恒定不变地保持在第一中间温度。紧接着转向辊18地在离开转向区域17之后，在第二冷却区19中继续冷却，直至达到在600℃至700℃的范围内的第二中间温度。冷却的速度在此伴随3℃/s至20℃/s的冷却速率、优选5℃/s至15℃/s的冷却速率进行。在冷却阶段27的最后的一段中，对应于伴随钢板2朝着出炉区域21的运动的第三冷却区20，钢板2从第二中间温度冷却到约室温，其中，以10℃/s至50℃/s的冷却速率执行冷却。
关于冷却期间的温度变化曲线，这就是说，在从最高温度经由转向区域17中的第一中间温度过渡到第二中间温度并且最后最终冷却到室温时，至少可以区分两种不同的变型方案。
示例1：在保持区15中的保持区域后方，在第一冷却区16中使钢板2的温度下降到约800℃的第一中间温度值。钢板2在转向区域17中伴随第一中间温度的这个值地经由转向辊18导引并且紧接着在第二冷却区19中以最初较低的冷却速度继续冷却。在第二冷却区19中以约10℃/s的冷却速率降温。只有当钢板2已达到在600℃至700℃范围内的第二中间温度值时，才在第三冷却区20中以典型地35℃/s的冷却速率继续冷却。
示例2：在这种变型方案中，已经在第一冷却区16中达到了钢板2的约600℃的第一中间温度值。在钢板2在转向区域17中在转向辊18处转向后，就可以在第二冷却区19和第三冷却区20的进程中以典型地35℃/s的高冷却速率继续进一步冷却。
图4示出了用于按图1的钢板2进行热处理的退火设备3的一个备选的实施例。在这个退火设备3中，垂直炉14被直接设置在进炉区域12之后。这就是说，与按图2的图示的实施方案相比，不包括快速加热区域13并且仅借助垂直炉14将钢板2加热到最高温度。垂直炉14在此可以包括用气体运行的或者优选电气的加热装置。在这个退火设备3中，以在5℃/s和100℃/s之间的加热速率加热钢板2。
图5中示意性地简化示出了备选的退火设备3的另一个实施变型方案。就在此所规定的加热而言，这个退火设备3对应图4的示例，在该示例中同样仅设有垂直炉14。在这个实施例中，在上升段中，涂层工作站8紧接第三冷却区20(图1)。这个涂层工作站针对钢板2的垂直的运送方向所构造并且包括涂层区22和干燥区23。通过将涂层工作站8集成到退火设备3的上升段中，总体上达到了整个装置的空间需求减少的优点。
所说明的用于加工含硅冷轧钢板2的具有在装置1中的热处理的方法，有利地使得能生产一种非晶粒取向的电工钢带，该电工钢带的结晶结构具有很大的均匀性并且该电工钢带具有更好的磁性以及明显更好的表面质量。该方法的应用特别适用于处理由合金钢制成的电工钢带，合金钢的合金成分的重量比例为Si:1.5％至6％、优选2％至4％，Al：0.05％至2％，C：<0.01％、优选<0.005％，Mn：0.05％至5％，P：0.01％至0.2％，S：<0.01％、优选<0.005％，和N：<0.01％、优选<0.005％。
由于装置1中的高H2浓度和/或装置1中的高干燥度(极低的露点)和/或垂直的设计方案(垂直的运送方向)，在加工钢板2时，即使钢带中Si、Al和Mn含量很高并且结合高转向温度，也可以避免在转向辊上生成氧化物的风险。由此可以避免周期性的带材痕迹并且因此避免装置停机。通过钢带的较高的转向温度可以提高装置1的产量。
所述方法的一个实施变型方案可以规定下列步骤:
-将(针对钢板2的)带材退卷
-将一个带材焊接到另一个带材上形成连续带材
-对带材进行清洁或去油
-在退火期间在具有上升区域和下降区域的装置1中垂直导引带材(例如在带材的上方的转向区域中转向温度为至少200℃、特别是在200℃和950℃之间、例如在400℃和500℃之间)
-冷却带材
-必要时对带材涂层
-必要时干燥所述涂层；
-卷绕制成的带材。
实施例示出了可能的实施变型方案，其中，在此要指出的是，本发明并不限于本发明的具体示出的实施变型方案，而是更确切地说，各个实施变型方案彼此间的各种组合也是可能的，并且这些变型可行方案由于用于通过具体的发明进行技术行动的教导而处在这个技术领域中从业的专业技术人员的能力范围内。
由权利要求书确定保护范围。但说明书和附图可以用于阐释权利要求书。来自所示的和所说明的不同的实施例的单个特征或特征组合对可以代表独立的发明方案。可以由说明书得出独立发明方案所依据的任务。
应当这样来理解针对具体的说明书中的值域的所有的数据说明，即，这些值域包括任意的和所有的由此构成的子范围，例如，数据说明1至10应理解为，包括从下限1和上限10起的所有的子范围，这就是说，伴随下限1或更大的值开始并且在上限10或更小的值时结束的所有的子范围，例如1至1.7或者3.2至8.1或者5.5至10。
为有序起见，最后要指出的是，为了更好地理解结构，元件部分未按比例和/或放大和/或缩小示出。
附图标记列表
1装置
2钢板
3退火设备
4准备工作站
5带材储存器
6控制装置
7测量工作站
8涂层工作站
9涂层测量工作站
10 带材储存器
11 再加工工作站
12 进炉区域
13 快速加热区域
14 垂直炉
15 保持区
16 第一冷却区
17 转向区域
18 转向辊
19 第二冷却区
20 第三冷却区
21 出炉区域
22 涂层区
23 干燥区
24 高度
25 加热阶段
26 保持阶段
27 冷却阶段

Claims (17)

1.一种用于加工含硅冷轧钢板2的具有用于生产非晶粒取向的电工钢带的热处理的方法，其中，钢板2所含硅的重量比例在1.5％和6％之间，并且钢板2以带形状态提供并且在热处理期间在连续的过程中运动通过具有加热区域、保持区域15和冷却区域的退火设备3，其特征在于，钢板2在退火设备3中沿垂直的运送方向运动。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钢板2在所述退火设备3中从布置在所述退火设备3的下方的末端区域中的进炉区域12经由布置在所述退火设备3的上方的末端区域中的转向辊运动到布置在所述退火设备3的下方的末端区域中的出炉区域21。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述加热区域和所述保持区域15在所述进炉区域12和所述转向辊之间延伸。
4.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢板2在所述加热区域中在加热阶段25期间被加热到在920℃至1150℃、优选在950℃至1100℃的范围内的最高温度。
5.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述加热阶段25中以5℃/s至100℃/s的加热速率执行对所述钢板2的加热。
6.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述加热阶段25中，在第一段中以100℃/s至1000℃/s的加热速率并且在第二段中以3℃/s至50℃/s的加热速率执行对所述钢板2的加热。
7.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述保持区域15中在保持阶段26中以5s至45s的持续时间、优选以10s至30s的持续时间将所述钢板2保持在所述最高温度。
8.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述钢板2的具有最高温度的区域的横截面中存在值小于5MPa的拉应力、优选存在值小于4MPa的拉应力。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述钢板2的具有最高温度的区域的横截面中，拉应力在时间上增强和减弱地产生。
10.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢板2紧接着所述保持阶段26在所述保持区域15和转向辊之间被冷却到200℃至1100℃、优选400℃至900℃的第一中间温度，其中，以3℃/s至20℃/s的冷却速率、优选以5℃/s至15℃/s的冷却速率来执行冷却。
11.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢板2紧接着转向辊地在第一段19中被从第一中间温度冷却到在600℃至700℃的范围内的第二中间温度，其中，以3℃/s至30℃/s的冷却速率、优选以5℃/s至15℃/s的冷却速率来执行冷却。
12.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，紧接着在第二段20中在运动到所述出炉区域21时将所述钢板2从第二中间温度继续冷却，其中，以3℃/s至60℃/s的冷却速率、优选以3℃/s至35℃/s的冷却速率来执行冷却。
13.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述退火设备3中提供主要包括氢气的、氢气含量超过99％的保护气体氛围。
14.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述保护气体环境氛围中包含有水蒸气，水蒸气具有对应-70℃至-45℃的露点的含量。
15.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢板2具有0.1mm至0.5mm的厚度。
16.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述热处理之后，将保护层涂到所述钢板2上，其中，在沿垂直的运送方向运动期间执行涂层。
17.按照前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢板2的合金成分包含的重量比例为Si:1.5％至6％、优选2％至4％，Al：0.05％至2％，C：<0.01％、优选<0.005％，Mn：0.05％至5％，P：0.01％至0.2％，S：<0.01％、优选<0.005％，和N：<0.01％、优选<0.005％。
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