晶粒取向硅钢板的制造方法、晶粒取向电工钢板及其应用
【专利说明】晶粒取向硅钢板的制造方法、晶粒取向电工钢板及其应用
[0001] 本发明涉及一种磁性能Fe-Si晶粒取向电工钢的制造方法。这种材料被用于例如 变压器的制造。
[0002] 向Fe-Si晶粒取向钢赋予磁性能是磁感应最经济的来源。从化学组成的角度来 看，将硅加入铁是增加电阻率很常见的方式，从而改善磁性能，并同时减少总功率损耗。目 前共存两类用于电气设备的钢的构造：晶粒取向钢和非取向晶粒钢。
[0003] 当晶面{110}在理想情况下平行于轧制平面，且晶向〈001〉在理想情况下平行于 轧制方向时，所谓的高斯织构{110}〈001〉为晶粒取向钢提供显著的磁特性。后者的轧制 方向对应于易磁化方向。
[0004] 构成Fe-Si晶粒取向钢的基体并具有接近理想的{110}〈001〉晶体学取向的铁素 体晶粒通常被称为尚斯晶粒。
[0005] 当涉及磁性能时，下面的性能用来评估电工钢的效率：
[0006] ?磁感应强度，由特斯拉表示，作为在施加了 800A/m磁场下测量的参比值，其在本 文中被称为J800。这个值表示晶粒接近高斯织构的程度，越高越好。
[0007] ?铁芯功率损耗，由W/kg表示，在以特斯拉（T)表示的特定磁感应强度和以赫兹表 示的工作频率下测量。总的损耗越小越好。
[0008] 许多冶金参数可能影响上述性能，最常见的是：材料的织构、铁素体晶粒尺寸、析 出物的尺寸和分布、材料的厚度、隔离覆层和最终的表面热处理。由此，为达到目标要求，从 铸造到最终表面热处理的热-机械加工工艺是至关重要的。
[0009] 一方面，关于高磁通密度板，EP2077164公开了一种具有B10彡1. 90T的晶粒取向 硅级钢的生产方法，使用：C :0. 010到0. 075%，Si :2. 95至4%，酸溶铝：0. 010至0. 040%， N :0. 0010至0. 0150%，且S和Se的一者或二者在0. 005至0. 1 %之间，余量为Fe和不可 避免的杂质。铸造后制成的型钢具有20至70毫米范围之间的厚度。可以在上述化学组分 中加入以下元素之一 ：Sb :0? 005%至 0? 2%，Nb :0? 005%至 0? 2%，Mo :0? 003%至 0? 1%， Cu:0. 02%至0. 2%，Sn:0. 02%至0. 3%。在热轧前容许的最低温度为1200°C。这种加工 路线相当耗能，因为即使对棒材立即实施热轧，在铸造后保持棒材高于1200°C甚至1250 °C 会需要更多能量。
[0010] 另一方面，US2009/0301157涉及一种方法和系统，用于生产为进一步加工成晶粒 取向钢板的热轧带硅合金钢。铸造的板坯具有120_的最大厚度。该发明需要至少1200°C 的铸造产品进入热轧线的入口温度，优选超过1250°C。该发明涉及针对多功能的方法和系 统，因而没有公开化学组成。如前所述板坯重新加热是重要步骤，在此为两部分：采用第一 预加热步骤和接下来的强化加热步骤。由于铸造产品在强化加热步骤要被再次加热，可参 考该文献图6所展示系统图，这样的加工路线相当耗能。
[0011] 本发明目的在于提供热轧Fe-Si钢板的制造方法，包括以下连续步骤：
[0012] -熔融包含以下的钢组成，以重量百分比计：
[0013] 2. 8彡Si彡4，
[0014] 0.20彡Cu彡0.6，
[0015] 0.05 彡Mn彡 0.4，
[0016] 0. 001 彡 A1 彡 0. 04，
[0017] 0? 025彡C彡0? 05，
[0018] 0? 005彡N彡0? 02，
[0019] 0. 005彡Sn彡0. 03，
[0020] S < 0. 015,
[0021] 且任选地，累计量低于0. 02的Ti、Nb、V或B，
[0022] 同时彳两足以下关系：
[0023] Mn/Sn彡40，
[0024] 2. 0 ^ C/N ^ 5. 0,
[0025] A1/N 彡 1. 20，
[0026] 且余量为Fe和其他不可避免的杂质；
[0027]-连铸所述板以获得厚度不超过80毫米的板坯，以使得，在凝固之后，所述板坯的 表面不会冷却至低于850°C超过5分钟，
[0028]-将所述板坯重新加热升至1080°C至1250°C之间的温度，保持至少20分钟；
[0029] _接下来，热轧所述板还，最初厚度减薄发生时所述板坯的温度高于1060°C，且最 终厚度减薄发生在高于950°C的终轧温度，以获得热轧带，
[0030]-在少于10秒钟内将所述带冷却至500°C至600°C的温度范围内，然后，
[0031]-卷取所述热轧带，然后
[0032] -清洁其表面，
[0033]-在未事先将所述热轧带退火的情况下，以至少60%的冷轧率对所述热轧带实施 第一冷轧步骤，然后
[0034]-在780°C至920°C之间的温度下实施初次再结晶退火步骤，在由氢气、氮气和 水蒸汽的混合物构成的气氛下，所述钢在下保持的最短时间t :为2分钟，然后冷却至室 温，从而在冷却后获得低于0. 004%的钢碳含量和低于16微米的初次平均晶粒尺寸，
[0035]_以至少50%的冷轧率进行第二冷轧步骤以获得冷轧钢板的最终厚度，
[0036]-在所述冷乳钢板的表面沉积一层绝缘隔离物（isolating separator)，
[0037] -在包含氢气和氮气的气氛中使经隔离的冷轧钢板经历二次退火，在600°C至 1150°C之间钢加热速率VI为低于15°C /小时，板的温度维持的最低温度1~2为1150°C并且 保持的最短时间〖2为600分钟，退火总时间超过120小时从而将硫和氮中每一者的含量降 低至小于0. 001%，并获得小于15毫米的二次平均晶粒尺寸，
[0038]-实施缓慢冷却至室温。
[0039] 优选地，所述铜的含量在0? 4%至0? 6%之间。
[0040] 优选地，硫的含量低于0.010%。
[0041] 在优选的实施方式中，钢中碳的含量在0. 025%至0. 032%之间。
[0042] 优选地，所述板坯以4.0米/分钟的最小速度铸造。
[0043] 在优选的实施方式中，所述板坯的重新加热在1080 °C至1200°C之间的温度范围 中进行，且所述终轧温度为至少980°C。
[0044] 优选地，在热轧步骤后形成析出相结构，快速的冷却和卷取导致低于60%的 Alas (酸溶错）析出，所述析出结构完全不含尺寸在5nm至150nm之间的A1N析出相。
[0045] 优选地，晶粒取向钢板涂覆有基于胶态二氧化硅乳液的绝缘张力覆层。
[0046] 优选地，在初次退火后，钢的含碳量低于0. 0025%。
[0047] 在一个优选实施方案中，在初次退火后，初次平均晶粒尺寸小于10微米。
[0048] 在另一优选实施方案中，在二次退火之后，二次平均晶粒尺寸小于10毫米。
[0049] 在一个优选实施方案中，通过本发明的方法获得的晶粒取向钢板，在800A/m下呈 现高于1. 870特斯拉的感应强度值，且在1. 7特斯拉（T)的特定磁感应强度下呈现出低于 1. 3W/kg的铁芯功率损耗。
[0050] 由根据本发明的晶粒取向钢板制成的部件可用于获得电力变压器。
[0051] 为了达到所需的性能，根据本发明的钢包括下列元素。
[0052] 首先，其包含2. 8和4%之间的硅以获得高斯织构并提高钢的电阻率。如果含量低 于2. 8%，晶粒取向钢的高磁性能和低的铁芯功率损耗将无法达到。另一方面，如果硅的添 加超过4%，则在冷轧过程中的开裂敏感性达到无法接受的水平。
[0053] 硫含量为严格低于0.015% (150ppm)以避免在靠近铸坯中心线出现偏析。这些 偏析损害制造出的热轧显微组织和析出物分布的均匀性。为了把硫浓度在整个板坯厚度内 均匀化，将必须提高板坯的再加热温度，并将板坯在高温保持更长时间，影响生产率并使生 产成本增加。此外，如果硫含量高于150ppm，在高温退火（HTA)过程中的净化阶段会变得 太长，在该阶段中有害元素，例如S、N等通过与含有大于75%的氢气的干燥气氛相互作用 而移除，过长的净化阶段会影响品质、生产率并使成本增加。事实上，该长的净化阶段成本 高昂，且其会降低玻璃膜的品质。为了减少所有这些缺陷的显现的风险，优选地，硫含量低 于lOOppm。事实上，在保温过程中，气氛中的氢气浓度应高于75%以通过除去溶解在钢中 的氮和硫而确保必要的金属纯化。其通过与氢气气氛的相互作用而发生，达到钢中总氮和 总硫浓度优选低于lOOppm的水平。
[0054] 钢中还含有0.20%至0.6%之间的铜来提高钢的J800的值。在退火过程中，铜的 析出物产生可作为用于A1N进一步析出的晶核的纳米析出物。如果铜含量低于0.20%，Cu 析出物的量太低，导致J800的值在目标值以下。然而，已知铜会降低金属的饱和极化强度， 结果是铜含量超过〇. 6%使得1. 870T的J800目标变得无法实现。优选地，铜含量为0. 4% 至0. 6%之间。
[0055] 锰浓度应当高于0. 05%以避免在热轧阶段的开裂。此外加入Mn来控制再结晶。 Mn的浓度超过0. 4%增加不必要的合金化成本并减少饱和磁化强度，导致J800的值在目标 值以下。锰以0.05%至0.4%之间的含量加入钢中。该元素与硫析出生成MnS析出物，该 析出物也可作为用于AIN进一步析出的晶核。因此锰的最低含量为0. 05%。
[0056] 锡（Sn)是晶界偏析元素，其可被添加来控制初次和二次再结晶结构