專利名稱：晶粒取向電工鋼帶的制造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在晶粒取向電工鋼帶的制造中控制和引導(dǎo)二次再結(jié)晶的工藝，特別是涉及這樣一種工藝，在初次再結(jié)晶之后的連續(xù)處理過程中可以完成或至少引發(fā)取向性二次再結(jié)晶。
已有技術(shù)眾所周知，在晶粒取向電工鋼帶中，通過一系列復(fù)雜的相互依賴的鋼帶組織的轉(zhuǎn)變，獲得期望的最終磁性能，這些轉(zhuǎn)變發(fā)生在二次再結(jié)晶的最終處理過程中。這種步驟這里理解為密勒指數(shù)為<0001>(110)的晶粒高速生長的步驟，迄今為止，這種步驟是在靜態(tài)退火爐(箱式退火)中在極長的高溫退火處理過程中實(shí)現(xiàn)的，把具有期望的最終厚度的緊密卷繞的冷帶卷材放入爐中，其重量一般在6-18噸之間，對卷材進(jìn)行退火、冷卻，然后出爐。這種靜態(tài)退火還消除了對鋼帶最終質(zhì)量有損害的元素，并且在鋼帶表面形成稱為“玻璃膜”的涂層，有利于鋼帶的電絕緣，并且用做其它必要涂層的基底。
但是，這種箱式退火存在某些重要缺點(diǎn)，其中有需要幾天的長處理周期，并且一批包含多個(gè)卷材。由于高的處理溫度和長時(shí)間，這些卷材在其自重下變形，因此必須通過縱切操作來消除變形區(qū)域。由于相鄰卷材螺旋的粘附會(huì)產(chǎn)生較多的廢料，即使采用氧化物粉末退火分離劑也會(huì)發(fā)生這種情況。由于質(zhì)量問題(來源于在箱式退火爐的裝載和卸載過程中運(yùn)輸卷材所引起的損壞和來源于在慢速退火工藝過程中卷材的最外和最內(nèi)螺旋所經(jīng)受的不同處理?xiàng)l件)，要求去除卷材的起始和最終螺旋，會(huì)產(chǎn)生更多的碎屑。而且，該工藝賦予鋼帶以卷繞形式，還必須再對鋼帶進(jìn)行處理，使其恢復(fù)扁平形狀，這是制造通常為變壓器鐵心的最終產(chǎn)品所必需的。
來源于晶粒取向鋼帶的冶金最終處理所采用的箱式退火的其他缺點(diǎn)涉及工藝控制。
事實(shí)上，一方面，通過與退火氣氛的相互作用，使諸如硫和氮的各種元素固相析出，基本上由此實(shí)現(xiàn)的鋼帶的高溫凈化，受沿卷繞鋼帶的氣氛和溫度差(縱向和橫向梯度)的影響雖然并不嚴(yán)重，但是另一方面，這種差異對晶粒生長和取向性二次再結(jié)晶的影響卻很大。事實(shí)上，由于這種冶金工藝的顯微尺度和取向性二次再結(jié)晶的性質(zhì)，主要由鋼帶不同部分所處的物理化學(xué)的“微環(huán)境”控制工藝的過程。
為了更清楚地了解最終冶金退火過程中工藝控制的重要性以及與靜態(tài)熱處理相關(guān)的困難，以下將參考已有技術(shù)和處理中發(fā)生的物理和化學(xué)現(xiàn)象，介紹某些細(xì)節(jié)。
取向性二次再結(jié)晶的最終結(jié)果，是沿易磁化結(jié)晶方向(根據(jù)密勒指數(shù)為<100>)同等取向的多晶結(jié)構(gòu)，對于良好的工業(yè)產(chǎn)品，其具有的角分散性小于10°。這是通過精密工藝獲得的，選用這種工藝用來僅生長早已具有上述取向的那些晶粒，在最終退火之前這種晶粒代表極少量的起始顯微組織。在這種工藝中，產(chǎn)品組織中發(fā)生尺寸變化，從退火前的幾微米到退火后的幾毫米。
這種工藝的期望結(jié)果難以按工業(yè)規(guī)模獲得，其強(qiáng)烈地取決于最終退火和確定幾何形狀之前的處理?xiàng)l件，以及鋼帶的表層狀態(tài)和顯微組織。
如上所述，在按如下精確控制的方式的最終冶金退火過程中獲得這種結(jié)果，即通過存在于金屬基體中的例如硫化物和氮化物的某些顆粒尺寸的動(dòng)力學(xué)演變來控制，以及通過相同顆粒之間和移向鋼帶表面的相關(guān)組成元素的擴(kuò)散、以及經(jīng)該表面移向金屬基體內(nèi)外的擴(kuò)散來控制。通過與退火氣氛(微環(huán)境)的相互作用來控制后兩種現(xiàn)象。
根據(jù)箱式退火期間產(chǎn)生的不同微環(huán)境，所述過程的動(dòng)力學(xué)(以及該過程激活和展開的溫度)在鋼帶的不同區(qū)域即使有小的變化，也會(huì)在晶粒生長中產(chǎn)生差異，在最佳情況平均最終晶粒尺寸和取向在各個(gè)區(qū)域之間是不同的，這引起磁性能沿鋼帶和橫向產(chǎn)生變化。
在更臨界的情況，但在工業(yè)實(shí)施中并不罕見，這種差異導(dǎo)致對取向性二次再結(jié)晶失去控制，在部分最終產(chǎn)品中磁性能整體不適當(dāng)，因此必須在生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)進(jìn)一步調(diào)整，或者降級或者報(bào)廢。
出于相似的原因，依據(jù)微環(huán)境在表面的化學(xué)反應(yīng)例如，隨時(shí)間和在熱處理中表面氧化層的產(chǎn)生強(qiáng)烈地影響金屬基體與退火氣氛之間的化學(xué)反應(yīng)，使得冶金工藝控制的已精確的方面復(fù)雜化。
由依賴于卷材幾何結(jié)構(gòu)(鋼帶的頭尾，卷材的外層和內(nèi)心，等等)的不同微環(huán)境引起的不同表層反應(yīng)之間差異，更直接導(dǎo)致鋼帶表層的組織和組成的差異。
表層性能是晶粒取向鋼帶的另一個(gè)重要方面，其直接或間接地影響磁性能和絕緣性能。于是，沿鋼帶表層質(zhì)量的變化構(gòu)成產(chǎn)品質(zhì)量以及工藝控制的工業(yè)問題。目前已知，具有最終厚度的晶粒取向電工鋼帶的箱式退火，用于引發(fā)和進(jìn)行取向性二次再結(jié)晶，以及改善表面結(jié)構(gòu)和形態(tài)，和最終產(chǎn)品基體中不期望的某些元素的去雜，是在某些方面不方便和昂貴的處理技術(shù)，其中需要大量用于支持適當(dāng)生產(chǎn)容量的設(shè)備，具有低的生產(chǎn)率，實(shí)際產(chǎn)量難以控制，而且首先不允許進(jìn)行這些復(fù)雜生產(chǎn)絕對必需的工藝控制，同樣存在于從鋼車間生產(chǎn)到初次再結(jié)晶的其他所有生產(chǎn)工序中。
如上所述，在這種產(chǎn)品中，二次再結(jié)晶工藝由某些晶粒的選擇性生長構(gòu)成，這些晶粒具有相對于軋制方向和鋼帶表面的特定取向。通過專家熟知的復(fù)雜工藝，可以采用所謂的晶粒生長抑制劑、即非氧化析出物(硫化物、硒化物、氮化物)，來主要使期望的晶粒生長，這些抑制劑與晶界作用，減少和／或防止晶界的移動(dòng)(以及晶粒生長)。
如果抑制劑均勻地分布在基體，則晶粒結(jié)構(gòu)變得對熱處理略微敏感，高達(dá)如下的溫度，即在析出物數(shù)量的漸進(jìn)減少的凈結(jié)果的任何情形(與金屬基體交界的二次相在表面的量控制晶粒生長物理現(xiàn)象)，通過溶解或溶解并生長過程，特定的抑制劑開始改變其尺寸的溫度，這與抑制劑進(jìn)入合金的本身熱力學(xué)穩(wěn)定性和金屬基體化學(xué)組成相關(guān)。
在這種處理的同時(shí)，晶界能夠開始明顯地移動(dòng)，以使能夠使可較早和較快生長的那些晶粒生長。正如專家所熟知的那樣，如果在整個(gè)循環(huán)過程中和最終退火過程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に嚳刂?，則將僅有極少的晶粒按期望的取向選擇地生長，即按平行于軋制方向的<100>軸生長，這是根據(jù)密勒指數(shù)而言。進(jìn)行這種處理的溫度越高，生長晶粒的取向就越好，產(chǎn)品的最終磁性能也就越好。
每種抑制劑均具有其增溶溫度，從硫化物和硒化物到氮化物呈現(xiàn)升高的趨勢。由于在最終箱式退火中卷材被緩慢地加熱，所以抑制劑的實(shí)際增溶溫度基本對應(yīng)于其熱力學(xué)溫度，因此二次再結(jié)晶溫度與采用的抑制劑類型和合金組成根本相關(guān)。
因此，提高最終產(chǎn)品的磁性能的可能性實(shí)質(zhì)上大致受限于所選抑制劑的溶解溫度。
在此時(shí)刻，了解如何形成有利于晶粒生長控制的抑制劑是有益的。
在鋼水的鑄造和后續(xù)的冷卻之中的相對緩慢的凝固工藝過程中，由于這種工藝的緩慢所增強(qiáng)的偏析而在基體某些區(qū)域非均勻地聚集的抑制劑的單質(zhì)組分，能夠容易地以非均勻分布的粗顆粒的形式聚集，這對有效地抑制晶界的移動(dòng)是無用的，從而對其在直到期望溫度下的生長也是不利的。
由于硅鋼軋制成為鋼帶的形變工藝包括多個(gè)高溫處理，顯然在每個(gè)所述處理之中可能發(fā)生晶粒的非控制生長，于是質(zhì)量的損失可能較大。這就是電工鋼帶制造通常采用的工藝為什么包括連續(xù)鑄造體(通常是鋼坯)的高溫處理的原因，以便溶解粗糙析出的抑制劑，以后以更細(xì)微的和均勻分布的形式再析出。
這種處理之后，必須小心地控制其他所有高溫處理，避免或限制二次相顆粒尺寸分布的變化；這種控制顯然是極為精確和困難的。
為了解決上述問題，例如在美國專利4225366和EP0339474已經(jīng)提出在根本上改進(jìn)這種工藝，保留在鋼凝固過程中獲得的實(shí)際上未改善的粗析出物，在低于常規(guī)溫度的溫度進(jìn)行所有后續(xù)處理，并且通過向鋼帶引入氮從而形成氮化物，僅在工藝的后工序形成有利于晶粒生長抑制的抑制劑。
這種技術(shù)至少其基本概念是在1966年提出的(日本專利申請，優(yōu)先權(quán)號41-26533)，在工業(yè)規(guī)模上仍舊存在某些不便利之處，其中由于缺乏抑制劑，所有熱處理、即使是在相對低的溫度也必須小心地控制，以便避免不期望的晶粒生長，通過直接在該階段中的氮滲透，以及后續(xù)的氮化物在鋼帶整個(gè)厚度的擴(kuò)散和析出，或者通過連續(xù)滲氮(在箱式退火之前)，但這必須限制在不是很高的溫度，在慢速加熱到最終箱式退火的退火溫度的過程中獲得抑制劑的分布，這種抑制劑有利于晶粒生長和取向性二次再結(jié)晶，由此在鋼帶表面實(shí)際上與硅一起產(chǎn)生穩(wěn)定性低的氮化物的析出物，這種硅在金屬基體中大量存在，將與鋼帶表面附近的氮鍵合，阻止其進(jìn)一步擴(kuò)散。這種硅基氮化物對期望的晶粒生長抑制是無用的，并且僅在后續(xù)的箱式退火的慢速加熱中，將分解從而釋放氮，這時(shí)氮能夠擴(kuò)散進(jìn)入鋼帶并且形成期望的穩(wěn)定鋁基氮化物(Takahashi，HaraseMaterials Science Forum，1966，Vol．204-204，page 143-154；EP 0494730 A2，page 5，line 3-44)。
本申請人了解取向晶粒電工鋼帶生產(chǎn)的已知工藝的難點(diǎn)，開發(fā)了獨(dú)創(chuàng)和高度創(chuàng)新的技術(shù)，根據(jù)這種技術(shù)，在鑄造體的高溫退火之后，或者在熱軋之后，在連鑄鋼中能夠形成有限量的有用抑制劑析出物，減少對處理溫度的嚴(yán)格要求，更具體地講，是在連續(xù)滲氮過程中采用足夠高的溫度，使得氮在鋼帶的整個(gè)厚度中滲透，同時(shí)直接形成其形態(tài)有利于控制晶粒生長抑制的鋁基氮化物。
上述技術(shù)可見PCT申請PCT／EP97／04005，PCT／EP97／04007，PCT／EP97／04080和PCT／EP97／04089。
在包括“傳統(tǒng)取向晶?！笔?具有最高到約1890mT的磁導(dǎo)率)或“超取向”式(具有高于約1900mT的磁導(dǎo)率)的電工鋼帶的生產(chǎn)中，雖然上述新技術(shù)提供了重要的工序，但是仍舊存在許多需要深入研究和適當(dāng)解決的重要之處。
在這些重點(diǎn)中，如上所述，雖然在生產(chǎn)率、成本和工藝控制方面還存在重要的問題，但是靜態(tài)箱式退火仍舊被認(rèn)為是獲得期望的磁性能并且被電工鋼帶的制造者在世界范圍內(nèi)采用而言是重要的。
本發(fā)明的目的在于避免上述不便利之處，提供一種工藝，其中在初次再結(jié)晶之后的快速連續(xù)處理和直接形成鋁基氮化物的滲氮中，實(shí)現(xiàn)了或者至少顯著地引發(fā)了目前僅在箱式退火爐中才能獲得的二次再結(jié)晶，于是能夠在取向性二次再結(jié)晶階段中具有更充分的工藝控制，并且可以選擇再結(jié)晶開始溫度，有助于和減少箱式退火爐的管理。
發(fā)明的公開根據(jù)本發(fā)明，一種晶粒取向電工鋼帶的制造工藝，包括以下工序(i)制備具有要求組成的液態(tài)硅鋼，(ii)連續(xù)鑄造上述鋼，(iii)在1100-1300℃的溫度連續(xù)處理鑄造體，通過其非完全增溶和后續(xù)的熱軋，按細(xì)微和均勻分布形式析出在先溶解的抑制劑，矯正鑄造體中的抑制劑的非均勻分布，獲得預(yù)定程度的均勻抑制，(iv)對鋼進(jìn)行冷軋，其特征在于如下工序的協(xié)同關(guān)系的組合a)按至少70％的壓下率進(jìn)行冷軋，b)在700-1000℃之間的溫度，最好在800-900℃進(jìn)行初次再結(jié)晶的連續(xù)退火，還包括可能的脫碳和控制的表面氧化物相；c)在800-1100℃、最好是900-1000℃的溫度下，在滲氮?dú)夥罩羞M(jìn)行后續(xù)的連續(xù)處理，有利于直接獲得對高溫晶粒生長抑制有用的氮化物，該氮化物分布貫穿于鋼帶厚度；d)在1000-1200℃、最好是1050-1150℃的溫度下，在含氮-氫的氣氛中進(jìn)行進(jìn)一步的連續(xù)處理，實(shí)施或者至少引發(fā)二次再結(jié)晶過程；e)可能進(jìn)一步進(jìn)行高溫連續(xù)熱處理。
該后一高溫處理可以在滲氮?dú)夥罩羞M(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明所采用的鋼，按重量百分比包括以下元素Si 2．0-5．5；C 0．003-0．08；Als0．010-0．040；N 0．003-0．010；Cu 0-0．40；Mn0．03-0．30；S0．004-0．030；Sn≤0．20；還可含有其他元素，例如Cr、Mo、Ni，總量小于0．35％ b／w。此外，還可以含有其他有用的氮化物形成元素，例如Ti、V、Zr、Nb。鋼的余量基本是鐵和不可避免的雜質(zhì)。某些元素的含量應(yīng)必須如下，按重量百分比C 0．03-0．06；Als0．025-0．035；N 0．006-0．009；Mn 0．05-0．15；S 0．006-0．025。也可以含有0．1-0．2％ b／w的銅。
可以按任何已知方法連鑄鋼水，也可以采用薄鋼坯或鋼帶連鑄。
在對連鑄體的高溫加熱之后的冷卻過程中，以及在熱軋過程中，采用專家熟知的加工條件，以此獲得在300-1400cm-1之間的有效抑制程度，由下式表示lz=1．9fv／r其中，lz是抑制程度，fv是有效析出物的體積比例，r是該析出物的平均尺寸。
通過脫碳溫度和持續(xù)時(shí)間來調(diào)節(jié)初次再結(jié)晶和隨后的控制生長過程中產(chǎn)生的晶粒尺寸；這兩個(gè)處理參數(shù)之間的關(guān)系和獲得的晶粒尺寸取決于所用的化學(xué)組成，取決于鑄造體加熱周期和鋼帶厚度。
滲氮處理之前的晶粒尺寸還取決于在連續(xù)處理中鋼帶達(dá)到處理溫度所需要的時(shí)間。
例如，以下表1展示了晶粒尺寸和處理溫度之間的關(guān)系，這是針對0．30mm厚的鋼帶，含有290ppm的Al，80ppm的N，1400ppm的Mn，1000ppm的Cu，70ppm的S，按1300℃的鋼坯加熱溫度進(jìn)行熱軋；在連續(xù)熱處理的第一部分以不同溫度處理軋制樣品，并且在高溫滲氮工序之前停止處理，對這樣的樣品進(jìn)行分析，獲得晶粒尺寸。
表1
如果鋼組成中的碳含量極低，則可以不必控制脫碳，它通常與初次再結(jié)晶有關(guān)。
在高溫滲氮時(shí)深度滲透進(jìn)鋼帶的氮，最好形成鋁基氮化物。但是，在本發(fā)明中，也可以采用其他有效的氮化物形成元素，例如Ti、V、Zr、Nb。
滲氮工序之后的高溫處理是指引發(fā)、并且可能是完成取向性二次再結(jié)晶。事實(shí)上，在比鋼帶在滲氮爐中傳送時(shí)間少的時(shí)間中可以完成滲氮工序。這樣能夠有利地在滲氮爐內(nèi)至少引發(fā)二次再結(jié)晶。但是，趨于至少引發(fā)二次再結(jié)晶的連續(xù)處理也可以在其他爐中進(jìn)行，甚至是在鋼帶冷卻之后。
采用“取向性二次再結(jié)晶的引發(fā)”的表述，該工藝是指存在于基體中并且具有最終產(chǎn)品期望取向的少量晶粒，開始快速和明顯地生長，其尺寸明顯不同于(大于)其余晶粒(平均尺寸)。在本發(fā)明中，所述晶粒部分的選擇性生長，是指在連續(xù)退火處理結(jié)束時(shí)，通過適當(dāng)?shù)臉悠分苽?，可以用肉眼觀察相關(guān)的晶粒(其最大尺寸估計(jì)在0．3mm左右)。
上述工藝的各種加熱工序中的至少某些工序可以按約40-800℃／s的快速進(jìn)行；按此方式，可以增加鋼帶能夠處于處理溫度的時(shí)間，由于設(shè)備長度是相同的，所以提高了工藝生產(chǎn)率。
而且，眾所周知，在用于初次再結(jié)晶的高溫快速加熱，導(dǎo)致大量的與工藝相關(guān)的結(jié)晶晶核以及隨后可以生長的大量晶粒。因此，將相應(yīng)地有大量的晶粒參與二次再結(jié)晶，加速了二次再結(jié)晶過程，其開始和結(jié)束均較早。
在根據(jù)本發(fā)明的工藝過程的第三階段(緊跟滲氮工序之后)期間，按如此的高速但按連續(xù)退火處理的一般速度達(dá)到所述處理溫度，可以事先確定二次再結(jié)晶將開始的溫度，與箱式退火爐的工藝不同，在箱式退火爐的情形由于不可避免的慢速加熱，所以二次再結(jié)晶開始溫度以一種復(fù)雜并且不可控制的方式，與所用的抑制劑的種類相關(guān)，并且與長處理過程期間在鋼帶表面建立的各種條件和微環(huán)境的總體相關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明，二次再結(jié)晶開始溫度以及該再結(jié)晶發(fā)展和結(jié)束的溫度，很大程度上與熱力學(xué)和物理-化學(xué)限制無關(guān)，例如抑制劑成分的溶解性，擴(kuò)散系數(shù)，晶界遷移率等等。
在初次再結(jié)晶和鋼帶金屬基體內(nèi)形成期望的抑制劑之后的連續(xù)處理期間，實(shí)現(xiàn)或至少開始二次再結(jié)晶過程，還可以在工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)過程中，對退火條件(例如溫度和退火氣氛的組成)進(jìn)行極為精確的控制?？梢员ＷC在鋼帶的整個(gè)長度和寬度上這些條件是均衡的，并且根據(jù)需要是可以針對每個(gè)卷材調(diào)節(jié)的。
本發(fā)明的另一個(gè)重要特征，是可以控制最終退火工藝條件，在連續(xù)處理生產(chǎn)線的出口直接測量二次取向再結(jié)晶的形成結(jié)果所產(chǎn)生的磁性能。
采用在動(dòng)態(tài)退火處理結(jié)束時(shí)連續(xù)測量磁性能是一種公知技術(shù)，在某些情況良好地建立了間接評價(jià)鋼帶的其他冶金特性，例如晶粒尺寸。
在此情形，可以進(jìn)行產(chǎn)品的功能特性的直接測量，對工藝控制實(shí)踐有明顯的優(yōu)點(diǎn)。
就以上所述而言，重要的是記住在晶粒取向電工鋼帶的制造過程的全部周期，實(shí)際采用了并且在文獻(xiàn)中也說明了，在靜態(tài)退火中開始并且完成取向性二次再結(jié)晶，于是一旦開始了退火，一般同時(shí)針對大量的卷材，不可能為了影響其結(jié)果而改變處理?xiàng)l件。事實(shí)上只能在熱矯平和涂敷的后續(xù)處理結(jié)束時(shí)評價(jià)最終磁性能。
在工業(yè)生產(chǎn)中，這是目前為止生產(chǎn)者不得不接受的一個(gè)危險(xiǎn)的限制，在生產(chǎn)過程的工藝控制中會(huì)潛在某些問題，這意味著在確認(rèn)產(chǎn)生了問題之前，會(huì)產(chǎn)生大量質(zhì)量差甚至不能接受的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明，在連續(xù)周期中的二次再結(jié)晶之后，也可以連續(xù)處理鋼帶，消除當(dāng)前不再有用的氮以及有害于鋼最終質(zhì)量的其他元素，進(jìn)行最終處理形成保護(hù)性和絕緣涂層。對于此后一處理，在采用其他類型涂層的情形，例如較薄的涂層，也可以進(jìn)行光亮退火處理等，避免形成玻璃膜，在最終產(chǎn)品例如變壓器鐵心的制造中改進(jìn)占空系數(shù)。
進(jìn)行二次再結(jié)晶退火的鋼也可以再進(jìn)行箱式爐處理，例如為了去除硫；但是，這種處理并不嚴(yán)格地受熱梯度、加熱速度等的限制，因此其持續(xù)時(shí)間急劇減少。
由連續(xù)處理生產(chǎn)線制造的鋼帶能夠直接代表最終產(chǎn)品，不必考慮在其他生產(chǎn)線再進(jìn)行絕緣涂層處理，而是也可以在獲得初次再結(jié)晶、晶粒生長和二次再結(jié)晶的同一生產(chǎn)線上進(jìn)行連續(xù)后續(xù)工藝。
以下將參考實(shí)施例介紹本發(fā)明的技術(shù)和品質(zhì)內(nèi)容，應(yīng)該知道這僅是示例性的，對本發(fā)明的特征和范圍并無限制。
實(shí)施例1按工業(yè)條件制造一些硅鋼卷材，全部含有240-350ppm的可酸溶解的鋁，但是各自的組成、鑄造類型和條件、熱軋條件互不相同。相關(guān)的熱軋鋼帶具有2．1-2．3mm厚度，然后處理成為0．29mm厚的冷軋鋼帶(在某些情況采用工業(yè)設(shè)備，在其他情況采用研究設(shè)備)。在全部情形中，冷軋?zhí)幚碇皩︿搸?，考察非氧化雜質(zhì)含量。根據(jù)上述確定的關(guān)系lz=1．9v／r，從二次相的體積百分比和觀察到的顆粒的平均尺寸，估計(jì)每個(gè)樣品的抑制程度。
在如下表2中列出了七個(gè)卷材獲得的數(shù)值表2
然后根據(jù)以下周期對七個(gè)冷軋卷材進(jìn)行連續(xù)退火·第一階段在pH2O／pH2比例為0．58的濕氮-氫氣氛中，在850℃進(jìn)行210秒的處理；·第二階段在pH2O／pH2比例為0．03的濕氮-氫氣氛中，在以每平方米鋼帶和每分鐘處理時(shí)間50升NH3的等效流量在含有氨的氣體混合物中，在970℃進(jìn)行30秒的處理；·第三階段在pH2O／pH2比例為0．01的溫氮-氫氣氛中，在1120℃進(jìn)行處理；在干氮?dú)庵欣鋮s到200℃，隨后空氣冷卻到室溫。
對如此獲得的鋼帶涂敷MgO基退火分離劑，并且通過根據(jù)以下熱處理周期的普通退火處理進(jìn)行凈化(i)在50％氮-氫氣氛中，在3小時(shí)從30℃加熱到1200℃；(ii)在純氫氣氛中于1200℃均熱處理3小時(shí)；(iii)在氫氣中冷卻到800℃，在氮?dú)庵欣鋮s到室溫。
對每個(gè)連續(xù)退火鋼帶取樣，對樣品酸洗，然后制備橫截面用于金相顯微鏡觀察。分析相同樣品的氮含量，對每個(gè)樣品計(jì)算通過滲氮引入的氮；表3展示了引入的氮、二次再結(jié)晶晶粒的百分比和磁性能，這是箱式退火后測量的結(jié)果。
表3
實(shí)施例2制造160噸鋼水，其組成如下，按wt％或ppmSi 3．2％，C 430ppm，Mn 1500ppm，S 70ppm，Als280ppm，N 80ppm，Sn 800ppm，Cu 1000ppm，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)。
通過3小時(shí)的周期把鋼坯加熱在1300℃，熱軋到2．1mm。
對熱軋鋼帶進(jìn)行正火(1050℃ 40秒)，然后冷軋到0．30mm。
部分冷軋鋼帶(5個(gè)卷材)進(jìn)行與在先實(shí)施例相似的再結(jié)晶、滲氮和晶粒生長處理，而另5個(gè)卷材在同一生產(chǎn)線、相同的溫度和濕度條件下進(jìn)行處理，但是在滲氮階段沒有添加氨。
根據(jù)在先實(shí)施例對全部卷材進(jìn)行凈化。
以下表4展示了滲氮階段使用的氨量，添加的氮量和每個(gè)卷材獲得的磁性能。
表4
實(shí)施例3鋼的連鑄體包括，按wt％或ppmSi 3．2％，C 500ppm，Als280ppm，Mn 1500ppm，S 35ppm，N 40ppm，Cu 3000ppm，Sn 900ppm，加熱在1280℃，然后熱軋到2．1mm；然后在1050℃對熱軋鋼帶進(jìn)行60秒的退火，然后冷軋到0．30mm；所得鋼帶在濕氮?dú)?氫氣中，850℃脫碳200秒，在氮?dú)?、氫氣和氨的混合氣體中，在900℃滲氮，向鋼帶引入100ppm的氮。在氮?dú)?氫氣氣氛中，在3分鐘內(nèi)加熱到1100℃，在此溫度保持15分鐘，然后冷卻。
這些鋼帶的B800平均是1910mT。
實(shí)施例4鋼具有以下組成，按wt％或ppmSi 3．1％，C 500ppm，Mn 1350ppm，S 60ppm，Als270ppm，N 60ppm，Sn 700ppm，Cu 2300ppm，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，對其按3mm的厚度進(jìn)行帶鑄。
然后鋼帶在1100℃進(jìn)行60秒退火，冷軋到0．30mm。
然后在水／氫比例為0．49的濕氮?dú)?氫氣氣氛中對冷軋鋼帶脫碳。部分鋼帶在含10％氨的氮?dú)?氫氣氣氛中，在950℃進(jìn)行40秒的滲氮。如此獲得的樣品在1150℃進(jìn)行20分鐘的二次再結(jié)晶處理。
根據(jù)以下周期對樣品進(jìn)行凈化(i)在N2+H2(50％-50％)中以350℃／小時(shí)加熱到1200℃；(ii)在該溫度下在純氫氣保溫3小時(shí)；(iii)在純氫氣中冷卻。
這些樣品呈現(xiàn)1920mT的平均B800。
實(shí)施例5制備Fe-3．3％Si合金的鋼水，還含有C 250ppm，Als280ppm，N40ppm，Cu 1000ppm，Mn 800ppm，S 50ppm，(Cr+Ni+Mo)=1400ppm，和Sn 600ppm。
合金被連鑄成為60mm厚鋼坯。
在1180℃溫度的加熱和均勻化爐中把這種鋼坯快速傳輸15分鐘，然后熱軋到1．8-1．9mm的厚度。
對四種鋼帶進(jìn)行噴砂、酸洗，并且冷軋到0．23mm的厚度。
然后根據(jù)以下周期對冷軋鋼帶進(jìn)行連續(xù)退火·在露點(diǎn)為62℃的濕氮?dú)?氫氣(50％)氣氛中進(jìn)行150秒的870℃脫碳；·在pH2O／pH2比例為0．1的(N2-H2)+25％NH3中進(jìn)行50秒的930℃滲氮；·在氮?dú)?氫氣氣氛中(兩個(gè)卷材；NH)和氫氣氣氛中(兩個(gè)卷材；H)，在1120℃進(jìn)行100秒的二次再結(jié)晶激活；·用MgO基退火分離劑涂敷。
對鋼帶取樣，然后用兩種不同處理周期在箱式退火爐中，在1200℃進(jìn)行20小時(shí)的成對(一個(gè)NH鋼帶和一個(gè)H鋼帶)退火，其特征在于A)700-1200℃的加熱時(shí)間33小時(shí)；B)700-1200℃的加熱時(shí)間10小時(shí)。
獲得的最終產(chǎn)品的磁性能如表5所示。
表5
在連續(xù)退火出口對兩種鋼帶(NH和H)取樣，在實(shí)驗(yàn)室爐中進(jìn)行用于退火的調(diào)整，表面清潔，再次用MgO基退火分離劑涂敷，按照以下最終周期進(jìn)行退火1．在N2-H2(1∶3)中，在35小時(shí)內(nèi)從600到1200℃，在H2中、1200℃均熱5小時(shí)；2．在N2-H2(1∶3)中，在10小時(shí)內(nèi)從600到1200℃，在H2中、1200℃均熱5小時(shí)；3．在N2-H2(1∶3)中，在3小時(shí)內(nèi)從600-1200℃，在H2中、1200℃均熱5小時(shí)。
獲得的磁性能如表6所示。
表6
實(shí)施例6利用電弧爐制造鋼水，含有Si 3．2b／wt，C 280ppm，Al 350ppm，N 70ppm，S 30ppm，Mn 750ppm，Cu 2100ppm，余量是鐵和不可避免的雜質(zhì)，其存在于廢料中。
鋼水連鑄成為鋼坯，在步進(jìn)式爐中加熱，最大溫度是1250℃，保持15分鐘，在粗軋機(jī)中處理，然后熱軋成為2．1-2．2mm的最終厚度。
在1100℃的最大溫度對鋼帶連續(xù)退火；六個(gè)鋼帶一次冷軋為0．22mm的厚度。
然后在多階段連續(xù)處理生產(chǎn)線處理冷軋鋼帶，根據(jù)以下周期·第一階段，在pH2O／pH2比例為0．6的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在850℃處理180秒；·第二階段，在pH2O／pH2比例為0．05的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在與具有可變等效流量的氨的混合氣體中，在950℃處理25秒；·第三階段，在pH2O／pH2比例為0．01的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在1100℃處理50秒；·第四階段，在pH2O／pH2比例為0．05的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在970℃處理25秒；·在干氮?dú)庵欣鋮s到200℃，然后空氣冷卻到室溫。
對于在第二和第四階段處理的兩個(gè)鋼帶(DN)，向退火氣體添加每平方米鋼帶每分鐘處理時(shí)間40升的氮?dú)饬髁浚粚τ谄渌膫€(gè)鋼帶，在第四階段沒有氨，而在第二階段對兩個(gè)鋼帶(SN1)保持每平方米鋼帶和每分鐘處理時(shí)間40升的氨，對于其余(SN2)保持每平方米鋼帶和每分鐘處理時(shí)間60升的氨。
然后對鋼帶取樣，分析氮含量和晶粒結(jié)構(gòu)，然后在氫氣中、于1200℃的最高溫度進(jìn)行3小時(shí)的凈化和二次再結(jié)晶完成退火，包括從200℃的加熱時(shí)間和以100℃／秒冷卻到600℃?；瘜W(xué)分析和結(jié)構(gòu)的結(jié)果(連續(xù)退火處理之后)以及六個(gè)鋼帶的磁性能結(jié)果如表7所示。
表7
實(shí)施例7實(shí)施例6中所述的鋼水的其余熱軋卷材在退火后分成兩組，確定冷軋壓下量對根據(jù)本發(fā)明制造的鋼帶最終性能的影響。根據(jù)以下冷軋程序制造六個(gè)卷材·單級從2．1mm到0．35mm(83％的壓下量)(S83)；·單級從2．1mm到0．29mm(86％的壓下量)(S86)；·單級從2．2mm到0．26mm(88％的壓下量)(S88)；·單級從2．2nm到0．21mm(90％的壓下量)(S90)；·兩級從2．2mm到0．22mm，具有0．7mm的中間厚度，在900℃進(jìn)行40秒的中間退火，第二軋制階段的壓下量為69％(D69)；·兩級從2．2mm到0．22mm，具有0．7mm的中間厚度，在900℃進(jìn)行40秒的中間退火，第二軋制階段的壓下量為75％(D75)；·兩級從2．2mm到0．22mm，具有0．7mm的中間厚度，在900℃進(jìn)行40秒的中間退火，第二軋制階段的壓下量為83％(D83)；·兩級從2．2mm到0．22mm，具有1．5mm的中間厚度，在900℃進(jìn)行40秒的中間退火，第二軋制階段的壓下量為85％(D85)；然后按照以下連續(xù)退火周期對冷軋鋼帶進(jìn)行處理·第一階段，在pH2O／pH2比例為0．58的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在870℃處理180秒；·第二階段，在pH2O／pH2比例為0．05的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，與按可變等效流量注入的氨混合，在970℃處理25秒；·第三階段，在pH2O／pH2比例為0．01的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在1100℃處理50秒；·在干氮?dú)庵欣鋮s到200℃，然后空氣冷卻到室溫。
根據(jù)鋼帶厚度調(diào)整第二階段的氨流量，在處理結(jié)束時(shí)獲得180-210ppm的總氮含量。
在處理結(jié)束時(shí)，對測試鋼帶取樣分析，然后在1200℃進(jìn)行4小時(shí)的退火(包括從250℃的加熱時(shí)間)，完成二次再結(jié)晶并對其凈化。
表8展示了每次測試中作為氮化物析出的鋁量，連續(xù)退火之后二次再結(jié)晶晶粒浸入其中的晶粒的平均尺寸，和凈化后獲得的B800。在全部情形中，酸洗后肉眼可見的二次晶粒百分比在1-3％之間。
表8
必須注意，在單級冷軋測試中，由于特定的設(shè)備和工藝條件，不可能使用明顯小于80％的壓下量。但是，可以看出最終質(zhì)量強(qiáng)烈地依賴于兩級冷軋中的壓下量。
實(shí)施例8在1100℃對實(shí)施例6的熱軋鋼帶進(jìn)行連續(xù)退火，然后冷軋到0．26mm。
根據(jù)以下周期對鋼帶的不同部分進(jìn)行連續(xù)退火A)·第一階段，在pH2O／pH2比例為0．58的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在870℃處理180秒(包括加熱到處理溫度的50秒)；·第二階段，在pH2O／pH2比例為0．1的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，與氨混合，在1000℃處理50秒；·第三階段，在pH2O／pH2比例為0．01的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在1100℃處理50秒；或者
B)·第一階段，在pH20／pH2比例為0．58的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在870℃處理180秒(包括加熱到處理溫度的2秒)；·第二階段，在pH2O／pH2比例為0．1的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，與氨混合，在1000℃處理50秒；·第三階段，在pH2O／pH2比例為0．01的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在1100℃處理50秒；采用在第一退火階段的感應(yīng)加熱，實(shí)現(xiàn)情形B的快速加熱。
然后按照以下最終退火周期處理上述退火鋼帶的樣品1．在N2-H2(1∶3)中，在35小時(shí)內(nèi)從600到1200℃，在H2中、1200℃均熱5小時(shí)；2．在N2-H2(1∶3)中，在10小時(shí)內(nèi)從600到1200℃，在H2中、1200℃均熱5小時(shí)。
結(jié)果如表9所示。
表9
實(shí)施例9實(shí)施例5的熱軋鋼帶被冷軋到0．29mm。按照以下周期對不同的鋼帶部分連續(xù)退火·第一階段，在pH2O／pH2比例為0．58的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在870℃處理180秒(包括加熱到處理溫度的50秒)；·第二階段，在含有氨的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，其中氨具有可變的等效流量，在不同溫度處理50秒，以便在全部樣品中引入約為150ppm的給定量的氮；
·第三階段，在pH2O／pH2比例為0．01的濕氮?dú)?氫氣氣氛中，在1100℃處理100秒。
滲氮溫度是750、850和950℃。
按照以下周期在涂敷MgO基退火分離劑后進(jìn)行最終退火·在氮?dú)?氫氣中在5小時(shí)內(nèi)從100加熱到1150℃；·在干氫氣中、1050℃下均熱10小時(shí)；·冷卻。
連續(xù)退火后的總氮量和最終退火后的磁性能的結(jié)果如表10所示。
表10
權(quán)利要求
1．一種在晶粒取向電工鋼帶的制造中控制和引導(dǎo)二次再結(jié)晶的工藝，依次包括以下工序冷軋硅鋼帶，對冷軋鋼帶連續(xù)退火進(jìn)行初次再結(jié)晶處理以及晶粒生長，對初次再結(jié)晶鋼帶進(jìn)行用于滲氮的連續(xù)退火，滲氮后的鋼帶含有有利于控制和引導(dǎo)二次再結(jié)晶的析出物，其特征在于，在滲氮工序之后進(jìn)行連續(xù)退火，以便至少引發(fā)取向性二次再結(jié)晶。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的工藝，其中，在硅鋼帶冷軋過程中至少進(jìn)行一個(gè)形變階段，沒有中間退火，壓下量大于70％。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2中任一項(xiàng)的工藝，其中，硅鋼帶按wt％包括C 0．003-0．08，Al 0．01-0．04，N＜0．01，Mn 0．03-0．40，(S+Se)≤0．03，Sn≤0．2，Cu≤0．40，其特征在于以下階段的協(xié)同關(guān)系的組合·在700-1000℃溫度的用于初次再結(jié)晶和晶粒生長的熱處理，也可以用做脫碳工序；·在800-1100℃溫度的滲氮熱處理；·在1000-1200℃溫度的二次再結(jié)晶熱處理，在其結(jié)束時(shí)二次再結(jié)晶至少已經(jīng)開始；·在高于1100℃的溫度的凈化處理，時(shí)間不少于15分鐘，也可以用于完成取向性二次再結(jié)晶，其中上述全部處理均是連續(xù)的，但最后一個(gè)可以在靜態(tài)退火中進(jìn)行的工序除外。
4．根據(jù)權(quán)利要求3的工藝，其中，在二次再結(jié)晶開始后，在900-1100℃溫度進(jìn)行另外的滲氮處理。
5．根據(jù)上述任何一項(xiàng)權(quán)利要求的工藝，其中，硅鋼帶按wt％包含C 0．003-0．08，Al≤0．04，N≤0．01，Mn≤0．40，(S+Se)≤0．005，Cu≤0．3，Sn≤0．20，包括以下工序·在700-1000℃溫度的用于初次再結(jié)晶和晶粒生長的熱處理，也可以用做脫碳工序；·在800-1100℃溫度的滲氮熱處理；·在1000-1200℃溫度的二次再結(jié)晶熱處理，在其結(jié)束時(shí)二次再結(jié)晶已經(jīng)完成；其中全部所述處理均是連續(xù)的。
6．根據(jù)權(quán)利要求3和6中任一項(xiàng)的工藝，其中·在900-1000℃的溫度進(jìn)行初次再結(jié)晶熱處理；·在900-1000℃的溫度進(jìn)行滲氮熱處理；·在1050-1150℃的溫度進(jìn)行二次再結(jié)晶熱處理；·在1150-1250℃的溫度進(jìn)行凈化熱處理。
7．根據(jù)權(quán)利要求1和3-6中任一項(xiàng)的工藝，其中，至少部分所述處理包括以400-800℃／秒的速度進(jìn)行的加熱階段。
8．根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的工藝制造的用于電磁應(yīng)用的晶粒取向電工鋼帶，其特征在于，冷軋之前它含有分布于整個(gè)基體的二次相顆粒，并且所述顆粒包含選自硫、氮、硒之中的至少一種元素，其數(shù)量和分布使得根據(jù)下式的lz在300-1400cm-1之間，lz=1．9fv／r其中，fv和r分別是二次相的體積百分比和平均尺寸。
9．根據(jù)權(quán)利要求1的工藝制造的用于電磁應(yīng)用的晶粒取向電工鋼帶，對其進(jìn)行用于初次再結(jié)晶、晶粒生長及可能的脫碳的處理，和用于滲氮的處理，其特征在于，在所述滲氮處理結(jié)束時(shí)，對于控制和引導(dǎo)取向二次再結(jié)晶所直接必需的所有析出物，均勻分布于整個(gè)鋼帶厚度。
10．根據(jù)權(quán)利要求1的工藝制造的用于電磁應(yīng)用的晶粒取向電工鋼帶，還在連續(xù)退火中處理，以便至少引發(fā)二次再結(jié)晶，其特征在于，所述連續(xù)退火之后其含有尺寸至少為0．3mm的取向二次再結(jié)晶晶粒。
全文摘要
通過在連鑄體的退火之后形成適于控制晶粒生長的有限數(shù)量的析出物,并采用至少70%壓下量的冷軋,可以在連續(xù)滲氮的后續(xù)工序中直接形成有利于晶粒生長控制的氮化物,隨后仍舊在連續(xù)處理中至少引發(fā)取向性二次再結(jié)晶。
文檔編號C22C38/60GK1292832SQ99803821
公開日2001年4月25日 申請日期1999年3月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年3月10日
發(fā)明者S·福圖納帝, S·西卡勒, G·阿布魯澤斯 申請人:阿奇亞斯佩絲阿里特爾尼公司