非晶粒取向的電工鋼帶或電工鋼板、由其制成的部件及用于制造非晶粒取向的電工鋼帶 ...的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于電工技術(shù)應(yīng)用的非晶粒取向的電工鋼帶或電工鋼板、由這類(lèi) 電工鋼帶或電工鋼板制成的電工技術(shù)部件及用于制造電工鋼帶或電工鋼板的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 非晶粒取向的電工鋼帶或電工鋼板，專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)又稱(chēng)為"N0電工鋼帶或NO電工鋼板" 或者在英語(yǔ)中也稱(chēng)為"NGO electrical steel"（"NGO" =Non Grain Oriented，非晶粒取 向），用于加強(qiáng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)的鐵芯中的磁通量。這類(lèi)板材的典型應(yīng)用為電動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)。
[0003] 為了提高這類(lèi)機(jī)器的效能，追求在運(yùn)行中各自旋轉(zhuǎn)的部件盡可能高的轉(zhuǎn)數(shù)或盡可 能大的直徑。由于這種趨勢(shì)，與電相關(guān)的、由上述類(lèi)型的電工鋼帶或電工鋼板制成的部件受 到較高的機(jī)械負(fù)荷，目前可供使用的NO電工鋼帶的類(lèi)型通常不能滿(mǎn)足這種機(jī)械負(fù)荷。
[0004] US 5,084，112中已知一種NO電工鋼帶或電工鋼板，其具有至少60kg-f/mm2(約 589MPa)的屈服極限并且由這樣一種鋼材制成，該鋼材除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還包 括（以重量％示出的）不高于0.04%的C，2.0至低于4.0%的Si,不高于2.0%的Al,不高于 0.2%的P以及"Mn，Ni"族中的至少一種元素，其中，Mn和Ni的總含量至少為0.3%并且最高 為 10% 〇
[0005] 為了通過(guò)碳氮化物的形成而達(dá)到強(qiáng)度的提高，US 5,084，112中已知的鋼材包括 "11，￥，他，2^族中的至少一種元素，其中，在存在1^或￥的情況下，11含量％11和￥含量％￥ 相對(duì)于C的含量和該鋼材相應(yīng)不可避免的N含量滿(mǎn)足的條件為：[0.4X(%Ti + % V)]/[4X(%C+%N)]<4.0。在鋼材中磷的存在在此也起到提高強(qiáng)度的作用。但是，應(yīng)防止 更高的磷含量的存在，因?yàn)楦叩牧缀繒?huì)觸發(fā)晶界脆化。為了抵消該視為嚴(yán)重的問(wèn)題，建 議存在0.001-0.007 %的額外的B含量。
[0006] 根據(jù)US 5,084,112這樣組成的鋼材澆鑄成扁坯，該扁坯隨后熱乳成為熱乳帶材， 可選地對(duì)該熱乳帶材進(jìn)行退火，隨后酸洗并進(jìn)而冷乳成為具有特定最終厚度的冷乳帶材。 隨后對(duì)得到的冷乳帶材進(jìn)行再結(jié)晶退火，其中，在至少650°C但低于900°C的退火溫度下進(jìn) 行退火。
[0007] 在鋼材中同時(shí)出現(xiàn)有效含量的Ti和P以及B，N，C，Mn和Ni的情況下，根據(jù)US 5，084， 112制成的NO電工鋼帶或電工鋼板達(dá)到了至少70.4kg-f/mm2(688MPa)的屈服極限。但同時(shí)， 在0.5mm的板材厚度和1.5特斯拉的極化強(qiáng)度以及50Hz的頻率條件下，磁滯損耗Pl 5為至少 6.94W/kg。這樣高的磁滯損耗對(duì)于現(xiàn)代的電工技術(shù)應(yīng)用而言不再是能夠接受的。另外，在許 多這類(lèi)應(yīng)用中在更高的頻率下的磁滯損耗有重要的意義。
[0008] JP 2005 264315 A中已知另一種方法，該方法實(shí)現(xiàn)了操作可靠地制造具有良好的 電磁性能的、高強(qiáng)度的非晶粒取向的電工鋼板。由該方法制成的電工鋼板具有主要為鐵素 體、包含不高于50體積％的馬氏體的組織結(jié)構(gòu)并且除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還包括 (以重量％示出的）不高于0.0400%的C，0.2-6.5%的Si ,0.05-10.0%的Mn,不高于0.30% 的P，不高于0.020 %的S，不高于15%的Al,不高于0.0400%的N以及其余"Ni ,Mo ,Ti ,Nb ,Co 和W"族中、以分別不高于10.0重量％的一種、兩種或更多種的元素作為沉淀成分。作為鋼材 中的沉淀物可以額外地存在以分別不高于10.0重量％的Zr，Cr，B，Cu，Zn，Mg和Sn。在鋼材中 由上述元素形成的沉淀物以金屬間互化物的形式存在，該金屬間互化物具有大于20/μπι 3的 數(shù)量密度和最大〇. 050μπι的直徑。在此分別這樣選擇鋼材的組成，即，F(xiàn)e，Zr和Si析出物通常 以二元形式存在。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 由上述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的目的在于說(shuō)明一種NO電工鋼帶或電工鋼板以及由 這類(lèi)板材或帶材制成的、用于電工技術(shù)應(yīng)用的部件，該部件具有提高的強(qiáng)度、特別是更高的 屈服極限并且同時(shí)具有良好的磁特性，特別是在高頻率下較低的磁滯損耗。此外，還說(shuō)明了 一種用于制造這類(lèi)NO電工鋼帶或電工鋼板的方法。
[0010] 本發(fā)明關(guān)于NO電工鋼帶或電工鋼板的目的按照本發(fā)明由此得以實(shí)現(xiàn)，即，NO電工 鋼帶或電工鋼板具有權(quán)利要求1中給出的組成。
[0011]相應(yīng)地，上述關(guān)于用于電工技術(shù)應(yīng)用的部件的目的的解決方案在于，這類(lèi)部件由 按照本發(fā)明的電工鋼帶或電工鋼板制成。
[0012] 最后，上述關(guān)于方法的目的由此得以實(shí)現(xiàn)，即，在制造按照本發(fā)明的電工鋼帶或電 工鋼板的過(guò)程中至少進(jìn)行權(quán)利要求11中給出的操作步驟。
[0013] 本發(fā)明有利的設(shè)計(jì)在從屬權(quán)利要求中說(shuō)明并且隨后詳細(xì)說(shuō)明例如本發(fā)明的基本 構(gòu)思。
[0014] 因此，按照本發(fā)明得到的、用于電工技術(shù)應(yīng)用的非晶粒取向的電工鋼帶或電工鋼 板由鋼材制成，該鋼材由下述組成（以重量％示出的）：2.0-4.5%的Si ,0.03-0.3%Zr，不高 于2.0%、特別是不高于1.5%的額外可選的Al，不高于1.0%的Mn,不高于0.01%、特別是不 高于0.006 %、特別有利地不高于0.005%的C，不高于0.01 %、特別是不高于0.006%的N，不 高于0.01 %、特別是不高于0.006%的S，不高于0.015%、特別是不高于0.006%的P以及剩 余鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0015] 在此，對(duì)于本發(fā)明起到?jīng)Q定性作用的是，在電工鋼帶或電工鋼板的組織結(jié)構(gòu)中存 在Fe-Si-Zr三元共沉淀。這通過(guò)沉淀硬化或顆粒硬化提高了按照本發(fā)明鋼材的強(qiáng)度。
[0016] 如材料科學(xué)國(guó)際團(tuán)隊(duì)（廳IT?):以及Du,Yong,Xiong，Wei ,Zhang,Weiwei ,Chen, Hai Iin，Sun ,Weihua等人的：鐵、錯(cuò)和娃，Eff enberg ,Giinter，I Iyenko，Svitlana(編輯）， SpringerMaterials,Landolt-B6rnstein.數(shù)據(jù)庫(kù)，Springer出版社，Berlin Heidelberg, 2009 .DOI: 10 · 1007/978-3-540-70890-2_29結(jié)晶和熱力學(xué)數(shù)據(jù)中所描述的（Materials Science International Team, MS IT*, and Du,Yong,Xiong,Wei,Zhang1Weiwei, Chen, Hailin,Sun1Weihua:Iron-Silicon-Zirconium.Effenberg,Giinter, Ilyenko ,Svitlana (ed.).SpringerMaterials-The Lando11-BOrnStein Database .Springer-Verlag Berlin Heidelberg,2009.DOI:10.1007/978-3-540-70890-2_29Crystallographic and Thermodynamic Data)，由鐵、錯(cuò)和娃組成的三元共沉淀出現(xiàn)在六個(gè)不同的階段。
[0017] 對(duì)強(qiáng)度的進(jìn)一步提高有利的是，所涉及的Fe-Si-Zr共沉淀在其空間延伸方面盡可 能精細(xì)地形成。因此按照本發(fā)明，其平均直徑優(yōu)選明顯低于lOOnm。這樣小的Fe-Si-Zr共沉 淀明顯提高了按照本發(fā)明類(lèi)型的NO電工鋼帶或電工鋼板的強(qiáng)度，而在此在應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)制 造以及類(lèi)似重要的高頻率領(lǐng)域的情況下不會(huì)在本質(zhì)上使磁特性劣化。因此按照本發(fā)明為了 強(qiáng)度提高而使用的Fe-Si-Zr共沉淀由于其較小的尺寸僅輕微地阻礙布洛赫壁（Bloch-Winde)的移動(dòng)，并且相對(duì)于常規(guī)的、低強(qiáng)度的電工鋼帶或電工鋼板最多相應(yīng)地引起磁滯損 SPi.dPPu少許升高。布洛赫壁是具有不同磁化的磁疇之間的過(guò)渡區(qū)域。
[0018] 按照本發(fā)明的非晶粒取向的電工鋼板具有這樣調(diào)整的Si含量和Zr含量，即，力求 形成Fe-Si-Zr共沉淀。為此，一方面要求至少2.0重量％的31，其中，當(dāng)Si含量為至少1.6重 量％、特別是至少2.4重量％時(shí)，F(xiàn)e-Si-Zr共沉淀以特別操作可靠的方式調(diào)整為期望的概率 和分布。為了避免對(duì)按照本發(fā)明的NO電工鋼帶或電工鋼板的特性造成負(fù)面影響，Si含量限 制為最高4.5重量％，其中理想的是Si含量不超過(guò)3.5重量％、特別是3.4重量％的上限。
[0019] 為了形成期望的Zr三元共沉淀，至少0.03重量％的含量是必需的。為了使該效應(yīng) 特別可靠地出現(xiàn)，可以在按照本發(fā)明的鋼材中添加至少0.07重量％的2匕特別是至少0.08 重量％的冗!·。在Zr含量大于0.3重量％的情況下并不能觀察到由存在充足的Zr含量所引起 的性能改善的明顯提高。Zr在按照本發(fā)明的NO電工鋼帶或電工鋼板中理想的作用在此通過(guò) 將Zr含量限制為最高0.25重量％而得以實(shí)現(xiàn)。
[0020] 按照本發(fā)明構(gòu)成電工鋼帶或電工鋼板的鋼材可以含有其他合金元素含量，為了調(diào) 整其特性以已知的方式加入這些合金元素。特別是以此處說(shuō)明含量的Al和Mn算作適合于此 的元素。
[0021] 因?yàn)楸景l(fā)明為了提高強(qiáng)度而不必依賴(lài)于碳化物、氮化物或碳氮化物，可使按照本 發(fā)明的電工鋼帶或電工鋼板的C含量和N含量最小化。以這種方式防止了由于高C或N含量可 能導(dǎo)致的磁時(shí)效的危險(xiǎn)。
[0022] 按照本發(fā)明組成的電工鋼帶或電工鋼板由于其按照本發(fā)明的組成在厚度為 0.5mm、極化強(qiáng)度為1.0特斯拉且頻率為400Hz的情況下具有最高65W/kg的磁滯損耗P 1. Q/4〇〇。 相反地，在厚度為〇. 35mm、極化強(qiáng)度為1.0特斯拉且頻率為400Hz的情況下，按照本發(fā)明組成 的電工鋼帶具有最高45W/kg的磁滯損耗Pi. Q/4QQ。同時(shí)，相比于其中并未采取用于提高強(qiáng)度 的措施的常規(guī)組成的電工鋼帶或電工鋼板，按照本發(fā)明組成的電工鋼帶或電工鋼板的屈服 強(qiáng)度通常提高了至少20MPa。該強(qiáng)度在此隨著沉淀的細(xì)度而提高。100-200MPa的強(qiáng)度提高在 進(jìn)一步精細(xì)化的沉淀下是可能的。
[0023] 這樣設(shè)計(jì)按照本發(fā)明的方法，即，實(shí)現(xiàn)了操作可靠地生產(chǎn)按照本發(fā)明的非晶粒取 向的電工鋼帶或電工鋼板。
[0024] 為此首先提供熱乳帶材，該熱乳帶材以上述針對(duì)按照本發(fā)明的非晶粒取向的電工 鋼板或電工鋼帶所說(shuō)明的方式組成，該熱乳帶材隨后冷乳并作為冷乳帶材進(jìn)行最終退火。 最終退火后獲得的已最終退火的冷乳帶材即代表按照本發(fā)明組成和制造的電工鋼帶或電 工鋼板，其強(qiáng)度通過(guò)其組織結(jié)構(gòu)中存在Fe-Si-Zr共沉淀而相對(duì)于常規(guī)的NO電工鋼板或電工 鋼帶得到改善，并因此特別適用于制造在實(shí)際使用中暴露于高動(dòng)態(tài)荷載下的電氣的部件或 機(jī)組。
[0025] 按照本發(fā)明制備的熱乳帶材可以最大程度地以常規(guī)方式制造。為此熔煉具有按照 本發(fā)明描述的相應(yīng)組分的鋼熔體(Si : 2.0-4.5重量％，Zr: 0.03-0.3重量％ ,Al:不高于2.0 重量％ ,Mn:不高于1