CN115956009A - 钢片的加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种加工用于生产电工钢带的含硅热轧钢片的方法，所述钢片2含有大于1.5％重量份的硅，所述方法包括用于去除氧化层的表面处理和热处理，其中所述去除氧化层的表面处理采用机械方式进行，无需化学除垢，并且其中在所述表面处理之后的所述热处理在保护气体气氛下在热轧带钢退火设备中进行。

Description

钢片的加工方法
本发明涉及一种加工用于生产电工钢带的含硅热轧钢片的方法。
对于大量电工和电磁应用，具有高硅含量，特别是硅含量大于1.5重量％的铁硅合金钢片受到高度关注。这种通常被称为电工钢片(Elektroblech)或电工钢带(Elektroband)的钢片具有较高的饱和磁化强度和较高的电阻值，因此具有较低的磁损耗的优点，特别是在较高频率的应用中。这种电工钢带是构造高效电机的重要基础。
为了生产这种电工钢片，在熔化钢合金之后，首先将熔体倒入所谓的板坯中。从这种原材料，在热轧过程中首先生产所谓的热轧带钢。为此，在原材料中间冷却的情况下，需要对表面进行重新加热和除垢，以去除残留的氧化层。这通常通过作为浸蚀的化学表面处理完成。然后将所获得的热轧带钢轧制成冷轧带钢。最后，带钢在退火炉中进行热处理，其中通过所述退火过程形成有利于所需特性的晶体结构。
在这种钢带加工成电工钢片的中间阶段，将钢带被卷绕成卷，即所谓的Coi ls。为了能够在连续过程中进行制造过程，在为此设计的生产线中提供中间站，在所述中间站中，钢卷被展开，并且接连送至的钢卷的末端彼此焊接在一起。另一方面，在生产线的输出端设计有连续钢带的切割机和卷成钢卷的重新卷绕机。
本发明的任务是提供一种用于加工含硅热轧钢片以生产电工钢带的方法，通过该方法可以实现电工钢带的表面均匀性和光学外观的改善。
本发明的任务通过一种加工用于生产电工钢带的含硅热轧钢片的方法实现，所述钢片含有大于1.5％重量份的硅，所述方法包括在装置中用于去除所述钢片的表面氧化层的表面处理和热处理，其中所述去除氧化层的表面处理采用机械方式进行，无需化学除垢，并且在所述表面处理之后经清洁的钢片的所述热处理在保护气体气氛下在热轧带钢退火设备中进行。该方法被证明特别环保，因为表面除垢不使用化学物质。该方法的应用被证明尤其对于钢片或钢带的加工是有利的，所述钢片或钢带具有大于1.5重量％的含硅量，特别是对于钢带具有在2％和4％之间的硅含量。
机械表面处理有利地用粒状材料进行，其中所述粒状材料的颗粒被加速并喷射在钢片的表面上。
根据一种优选的措施，在该方法中使用悬浮液进行机械表面处理，其中将粒状材料液体中悬浮。经此可防止喷砂过程中产生的灰尘。在此也可以使用粒状材料具有较小粒度的颗粒。
有利的是该方法的进一步发展，其中所述机械表面处理包括喷丸处理，该喷丸处理在所述用粒状材料进行的表面处理之前进行。
在优选的方法中，所述机械表面处理和热处理在连续过程中进行，其中钢片的带速在机械表面处理区域和热处理区域中相等。
热轧带钢退火设备包括一个加热区、一个保持区和一个冷却区，其中在加热阶段期间将加热区内的钢片加热至800℃至1130℃的最高温度。所述加热有利地是以2℃/s至15℃/s的加热速率进行。
根据优选的方法，规定在保持阶段保持区中的所述钢片保持在最高温度，保持时间为15s至180s，优选保持时间为45s至120s。
有利地，所述钢片的移动速度根据所述热轧带钢退火设备的加热功率来控制。
在优选的方法中，基于热轧带钢退火设备的数学物理计算模型来计算钢片的移动速度。
在热轧带钢退火设备中提供由氢气和/或氮气组成的保护气体气氛也是有利的。
优选地，在保护气体气氛中提供比例为50％至100％，特别是比例为80％至100％的氢气。
根据该方法的进一步发展，规定在保护气体气氛中含有水蒸气，其比例对应于-70℃至-20℃的露点。
在优选的方法中，钢片在热轧带钢退火设备中沿垂直输送方向移动。
该方法特别适用于厚度值为0.5mm至3.0mm、优选值为0.6mm至2.8mm的钢片。
为了更好地理解本发明，将依据以下附图更详细地解释。
分别以极为简化的示意图表示：
图1用于加工含硅热轧钢片的装置；
图2热轧带钢退火设备中热处理期间的钢片温度的运行时间图；
图3用于处理含硅热轧钢片的装置的第二实施例；
图4根据可选实施例的热处理期间的钢片温度的运行时间。
指导性确认，在不同描述的实施形式中，相同部分使用相同标记或相同部件描述，其中在整个说明书所包含的公开内容中具有相同标记或相同部件描述的相同部分可以符合逻辑地转换。此外，在说明书中选择的位置信息，例如顶部、底部、侧面等，与直接描述的以及所示的附图相关，并且这些位置信息在位置变化中符合逻辑地转换到新的位置。
图1显示了用于加工用于生产电工钢带的含硅热轧钢片2的装置1。在装置1中经加工的钢片2是厚度在0.5mm至3mm范围内的热轧钢片，其中获得的中间产品适合于或备用于随后的冷轧。所述钢片2通过装置1的多个顺序布置的加工站以连续顺序移动以进行加工。作为中央加工站，装置1包括用于表面处理的装置3和用于热处理的装置4。
在开端处就此构造加工站5，其用于提供连续供应的钢片2。通过该加工站5象征性地组合了若干操作，例如从相应的钢卷展开钢片2、修整边缘、平滑以及将若干卷的连续端焊接在一起。为了平衡或匹配钢片2在一方面加工站5和另一方面随后用于表面处理和热处理3、4之间移动的不同速度设计了以缠绕机(Schl ingenbi ldner)形式的带钢储存装置6。
在用于加工钢片2的装置1的该实施例中，在表面处理装置3中对其进行机械处理，用以从钢片2的表面去除氧化层。这意味着，在该表面处理装置3中，不进行钢片2除垢的通常的化学处理。使用粒状材料进行机械表面处理，例如作为所谓的喷砂已知的。粒状材料的颗粒在气流中被加速并高速抛到钢片2上，从而去除粘附的氧化层。
根据优选实施形式，在用于从钢片2的表面机械去除氧化层的表面处理装置3中，用在液体中悬浮的粒状材料进行处理。除实际磨料外，含水泥浆(悬浮液)中还含有防蚀物质或用以提高清洁效果的肥皂。这种机械表面处理也已知于英文描述“Slurry Blas ting”。使用这种悬浮液进行表面处理的一个优点尤其是可以使用粒度明显较小的粒状材料的颗粒。
当在装置1中加工含硅热轧钢片时，在机械表面处理之后，在热轧带钢退火设备4中使用保护性气体气氛对经清洁的钢片2进行热处理。所述保护气体气氛就此包含氢气和氮气，其中提供50％至100％的氢气比例。优选地，在保护气体气氛中提供80％至100％的氢气比例。当保护气体气氛中仅包含最小可能的水蒸气残留时，是特别有利的。有利的是，所述保护性气体气氛中存在的水蒸气的比例对应于-70℃至-20℃的露点。经此可以防止在热轧带钢退火设备4的热处理过程中，在其主导的高温下，水分子中的氧的在钢片2的表面上新形成氧化层。
在装置3中的机械表面处理和热轧带钢退火设备4中的热处理之间，还可以提供从表面去除残余物(例如残余氧化物)的额外清洁步骤。
在热轧带钢退火设备4中的热处理之后，钢片2尤其是移动通过测量站7，在测量站7中测量钢片2中的晶粒尺寸。通过在测量站7中测量晶粒尺寸，可以控制钢片2中所需晶体结构的形成。就此获得的钢片2通过加工所达到的质量信息也用作控制装置1中的加工过程的基础。
为了将钢片2转移到后加工站8，在输出侧设置了第二带钢储存装置9。所述后加工站8在此再次代表多个单独的站或钢片2的后加工和控制工作，钢片2最终被切割成子带并卷绕成相应的卷。这些包括例如修整钢片2的边缘、检查缺陷以及通过施加诸如油的防蚀保护来钝化钢片2的表面。
设置一个控制装置10用于实施钢片2的加工过程。特别是如此进行控制，即，使得在表面处理装置3和热处理装置4中的处理以连续的过程进行，其中钢片2的移动速度至少在用于机械表面处理和热处理的装置3、4的区域中相等。所述控制装置10根据热轧带钢退火设备4的加热功率调节钢片2的速度。因此，在表面处理装置3中的加工，即氧化层的去除强度，由控制装置10根据钢片2的设定带材速度来设置。根据该方法的优选实施形式，在控制装置10中提供数学物理计算模型11，基于该模型计算在热轧带钢退火设备4中实现所需晶体结构所需的加热功率，并根据该模型计算钢片2的移动速度。
在该方法的可选实施例中，用于表面处理的装置3包括高压水喷射设备。具有在大于150巴的范围中的高压水射流指向钢片2，以去除氧化层。优选地，使用脉动高压水射流。通过脉动实现凿形效果。这种装置配备有强射喷嘴(Vol ls trahldüsen)或平面喷嘴(Flachs trahldüsen)，它们单旋或多旋、振荡或“刚性(s tarr)”地指向钢片2的表面。
参见图2，下面将更详细地解释热轧带钢退火设备4的操作方式。图2显示了在热轧带钢退火设备4中热处理期间钢片2的温度的运行时间图。在温度过程中必须区分加热阶段12、保持阶段13和冷却阶段14。来自装置3中的机械表面处理的钢片2首先通过热轧带钢退火设备4的加热区，并最终在加热阶段12期间升高到800度至1130度的范围内的最高温度。在加热阶段12的加热区内，加热速度为2℃/s至15℃/s。此后，在保持阶段13中，将钢片2的温度保持在先前达到的最高温度下15秒至180秒，优选45秒至120秒的持续时间。在随后的冷却阶段14中，钢片2的冷却在第一节段中主要通过释放辐射热进行，在随后的节段中通过对流释放热进行。
用作热轧带钢退火设备4的退火炉可以在水平方向输送和垂直方向输送钢片2的退火炉之间进行区分。在具有水平方向输送钢片2的炉的情况下，热轧带钢退火设备4自然也包括辊，通过辊保持或支撑通过炉的钢片2。根据优选实施形式，具有主要是垂直方向输送的炉被用作热轧带钢退火设备4。经此可以有利地实现钢片2尽可能少地接触，特别是热钢片2尽可能完全不接触，否则用以引导所需的辊。可以就此防止对钢片2的表面的任何损伤，例如当在其表面滚动支撑辊时形成凹槽。
图4显示了根据可选实施例的在热轧带钢退火设备4中热处理期间钢片2的温度的时间过程图。热轧带钢退火设备4包括用于加热钢片2的感应工作炉，由此可以在20℃/s至600℃/s的范围内实现显著更高的加热速率。相应地在图4的示意图中，加热阶段12的第一区域中的温度升高显示出与图2的温度进程相比明显更陡峭的进程。特别优选地，加热在加热阶段12的第一节段进行，直至约700℃，加热速率在20℃/s至600℃/s的范围内。然后，在第二节段中，以2℃/s至15℃/s的加热速率再次加热至最高温度。
在图3中，示出了装置1的另一个且视情况独立的实施形式，其中同样对于相同的部分，示出如在前述图1、2中所使用的相同的标记或部件标记。为了避免不必要的重复，请参考前述说明或引用中的详细描述。
图3显示了用于实施加工含硅热轧钢片2以生产电工钢带的方法的装置的第二实施例。在根据该实施例的装置1中，钢片2在装置3中的机械表面处理之前在喷丸装置15中进行预机械表面处理。在此使用钢珠作为射流介质。在喷丸装置15中的加工之后，将钢片2进一步移动到表面处理装置3中，其中进行如在前在第一实施例中所描述的机械表面处理。同样地，如第一实施例中所述，钢片2的移动在控制装置10的控制下通过装置1进行。钢片2在此具有至少在装置1的喷丸装置15、用于表面处理的装置3和用于热处理的装置4的延伸区域上的相同的带速。以无端条带形式穿过该区域的钢片2最终在后加工站8中在带钢储存装置9的中间线路(Zwischenschal tung)下再次被分割，并卷绕成钢卷。
在另一可选实施例中，在输入侧带钢储存装置6前面的装置3中进行表面处理。
通过根据所述方法加工而获得的钢片2适合作为用于生产电工钢带的半成品，并且具有特别高的均匀性和显著改善的表面质量。这可作为冷轧过程中后续加工的中间产品。该方法的应用特别适用于钢片或钢带的加工，其含硅量大于1.5重量％，特别是对于硅重量份在2％和4％之间的钢带。
利用根据本发明的方法，可以实现带材(就钢片2而言)的更高的表面粗糙度。这种较高的表面粗糙度能够提高带材的温度吸收或改进的带材发射率，这可以在必要时减少加热炉的长度。表面粗糙度(根据DIN EN ISO 4287:2010的平均粗糙度Ra)可以在2μm和8μm之间，特别是在2.5μm和4μm之间。
在前置热轧工艺后，在高温(500-700℃)下的进料站(卷材机)上冷却钢片2的卷时，带钢边缘和带钢端部上发生增强的带表面氧化。经此卷材边缘的氧化层厚度高于钢带中部，因为空气氧气更容易到达带钢边缘。与化学酸洗工艺相比，通过机械“酸洗”工艺可以更好/更可控地去除这种增加的氧化层。化学酸洗在整个表面上具有非常相似的效果。如果使用颗粒检测系统(摄像系统)，用其控制或监控抛射到钢带上的颗粒量和/或速度(例如在钢带边缘区域比钢带中部抛射更多或更快的颗粒)，则可以改进根据本发明的方法的受控机械除垢。结合在带宽和带材长度上改进的热辐射吸收(带材发射率)，可以避免所谓的酸洗边缘，所述酸洗边缘意味着在热处理期间在带材长度和带宽上热辐射吸收的波动，并且在现有技术中表现为发光边缘。
在现有技术中，表面的(光学)不均匀性被带到随后的冷轧工艺中，并且随后可能在最终退火步骤中对退火和涂层生产线产生负面影响。带材表面在带宽上的不同热辐射吸收可导致与带材中心相比带材边缘的长度增加，并可表现为边缘波纹。此外，具有较高热辐射吸收的较暗边缘区域通常具有不同于带材中心的磁性和机械特性。利用根据本发明的方法，可以在带宽上避免这些较暗和较亮的区域。在冷轧工艺后的退火和涂层生产线上终产品的最终下游的最终退火时，与传统生产路线相比，这导致整个材料单元具有非常均匀的机械、磁性和几何特性。
在机械除垢之后，可以在钢带清洁中借助多个刷子对和多个水冲洗节段来进一步清洁钢带。随即可以干燥所述钢带。通过这种清洁可以去除表面上残留的氧化物和润滑剂。该清洁步骤也可以用碱液作为清洁剂或电解的带清洁来进行。通过这种清洁可以避免因润滑剂的蒸发而污染烤炉中的气氛或者因烤炉中钢带上“松散”的残余氧化物在传送辊上氧化物的生长并由此热处理过程中的质量问题(例如压痕)。
钢带的热处理优选在其除垢之后立即进行(机械的，如果需要，还可以进行所述的进一步清洁)。
利用根据本发明的方法，可以实现光亮和粗糙的表面。由机械除垢和直接随后高氢含量、降低气氛的热处理产生的均匀微观结构，可以改善用于随后冷轧和最终退火过程的起始材料，以及用于具有改进的几何特性和高结构均匀性(带钢长度和带宽上的晶粒尺寸波动最小)的最终产品的起始材料。
实施例示出了可能的实施变体，就此需关注的是，本发明不限于特定所列举的实施变体本身，而是各个实施变体彼此之间的各种组合是可能的，并且基于通过本发明的技术操作的教导这种变体可能性在本技术领域工作的技术人员的能力范围内。
保护范围由权利要求决定。然而，说明书和附图应用于解释权利要求。来自所示和描述的不同实施例的单个特征或特征的组合本身可以构成独立的发明解决方案。独立发明解决方案的任务可以从说明书中得到。
本说明书中关于数值范围的所有信息应理解为包括其任何和所有子范围，例如，这样理解所给出的1至10：包括以下限1开始和上限10，即以下限1或更大开始，以上限10或更小结束，例如1至1.7，或3.2至8.1，或5.5至10。
为了有序起见，应该指出，为了更好地理解构件单元，部分显示是比例失调和/或放大和/或缩小的。
标记列表
1 装置
2 钢片
3 表面处理装置
4 热处理装置
5 加工站
6 带钢储存装置
7 测量站
8 后加工站
9 带钢储存装置
10 控制装置
11 计算模型
12 加热阶段
13 保持阶段
14 冷却阶段
15 喷丸装置

Claims (19)

1.一种加工用于生产电工钢带的含硅热轧钢片2的方法，其中所述钢片2含有大于1.5％重量份的硅，所述方法包括在装置3中用于去除所述钢片2的表面氧化层的表面处理，和热处理，其特征在于，所述去除氧化层的表面处理采用机械方式进行，无需化学除垢，并且在所述表面处理之后经清洁的钢片2的所述热处理在保护气体气氛下在热轧带钢退火设备4中进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械表面处理是用粒状材料进行的，其中所述粒状材料的颗粒被加速并喷射在所述钢片2的表面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述机械表面处理是用悬浮液进行的，其中所述粒状材料在液体中悬浮。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述机械表面处理是用高压水射流进行的，所述高压水射流的水压在大于150巴的范围内。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述机械表面处理包括在用所述粒状材料进行的表面处理之前通过喷丸进行的处理。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述机械表面处理和所述热处理在连续过程中进行，其中所述钢片2在机械表面处理区域3和热处理区域4中的移动速度相等。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述热轧带钢退火设备4包括加热区、保持区和冷却区。
8.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在加热阶段12阶段加热区内的所述钢片2被加热至800℃至1130℃范围内的最高温度，其中所述加热以2℃/s至15℃/s的加热速率进行。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在加热阶段12期间加热区内的所述钢片2被加热至800℃至1130℃范围内的最高温度，其中所述加热以20℃/s至600℃/s的加热速率进行。
10.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在保持阶段13保持区中的所述钢片2保持在所述最高温度，保持时间为15s至180s，优选保持时间为45s至120s。
11.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述钢片2的移动速度根据所述热轧带钢退火设备4的加热功率来控制。
12.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，基于热轧带钢退火设备4的数学物理计算模型11计算钢片2的移动速度。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在热轧带钢退火设备4中提供由氢气和/或氮气组成的保护气体气氛。
14.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在保护气体气氛中提供比例为50％至100％、优选比例为80％至100％的氢气。
15.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在保护气体气氛中含有水蒸气，其比例对应于-70℃至-20℃的露点。
16.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述钢片2在所述热轧带钢退火设备4中沿水平输送方向移动。
17.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢片2在所述热轧带钢退火设备4中沿垂直输送方向移动。
18.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述钢片2的厚度为0.5mm至3.0mm，优选为0.6mm至2.8mm。
19.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，使用含有2％至4％重量份的硅的钢片2。
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