[发明专利]制造晶粒取向电工钢带材的方法及由此制得的晶粒取向电工钢

说明书

本发明涉及制造晶粒取向电工钢带材的方法，其中通过一系列步骤将熔融合金凝固并立即热轧，以便在该热轧带材的金属基质中获得再结晶晶粒与第二相颗粒的非常均匀的分布，并在获得极佳磁性能的同时简化生产工艺。

晶粒取向电工钢(GOES)是用作电机(如变压器、发电机和其它电气设备)的核心材料的一类产品。相比于其它电工钢等级，GOES表现出芯部损耗的降低和磁导率的改善。这种改善是由于产品锋锐(sharp)的晶体织构(“戈斯织构”或“边缘立方”)，其中bcc晶格的易磁化方向<001>沿产品的轧制方向排列。通过适当地切割或卷绕该材料以便使变压器芯部中的设计磁通量方向符合该产品的轧制方向，由此充分利用GOES带材的磁性的这种各向异性特性。

定义GOES材料的磁特性是沿基准方向(在轧制方向上的磁化曲线)的磁导率和归因于使用交流电的主要以热形式散逸的功率损耗。通常在1.5和1.7特斯拉下测量该功率损耗。功率损耗与产品的厚度成正比。该合金的化学组成、轧制型材的厚度、显微组织和晶体织构决定了可以用这些产品获得的优异的磁性能。

GOES制造的每种现有工业路线的目的均在于在最终产品中获得锋锐的戈斯织构。通过在最终退火期间的选择性二次再结晶获得戈斯织构的锋锐度和相关的磁行为。必须保持初生组织(primary structure)中晶粒尺寸分布与第二相颗粒分布(晶粒生长抑制剂)之间的复杂平衡。初生组织的晶体织构在该工艺中起着重要的作用，因为存在于该初生组织中的极少的戈斯晶粒充当了最终显微组织中大的戈斯晶粒的晶核。随后的冷轧步骤中的冷轧速率越高，最终的戈斯织构越锋锐。

在传统加工路线中，在冷轧之前析出晶粒生长抑制剂并控制其尺寸，并且需要非常高温的板坯再加热处理以便溶解有待以期望尺寸分布再次析出的元素。这种高的板坯再加热温度从成本、环境和工艺的角度来看是不合意的。

由薄的铸造板坯(即厚度小于100毫米的板坯)开始的GOES制造面临凝固显微组织(柱状晶粒，称为“难熔”晶粒)的强继承性的问题，这不利于在最后的高温退火开始前控制所需织构和均匀的晶粒组织。由于难熔晶粒相对大的尺寸和热轧期间的高温，难熔晶粒倾向于通过变形和恢复而延长。克服该问题的一种方法是通过使用相对高的碳含量以便在热轧期间激活奥氏体-铁素体转变(由相变引发的再结晶)。遗憾的是，在铸造期间发生偏析现象以及对通过最终厚度带材的脱碳退火以消除带材中较高碳量的需要导致了较高的生产成本。

已知的是，由于通过在线(in-line)加工薄板坯能够进行温度的有利控制，薄板坯连铸机适于生产磁性钢片材。JP 2002212639A描述了一种制造晶粒取向磁性钢片材的方法，其中将硅钢熔体形成为厚度为30-140毫米的薄钢板坯。在DE19745445中，制造硅钢熔体，将其连铸成厚度为25-100毫米的铸坯(strand)。该铸坯在凝固过程期间冷却至不低于700℃的温度并分成薄板坯。该薄板坯随后于在线均匀化炉中均匀化。以此类方式加热的薄板坯随后在多机架热轧机中连续轧制从而形成厚度＜＝3.0毫米的热轧带材。DE19745445中的关键之处在于避免了在1000℃附近的变形以防止轧制期间的热延性问题。尽管现有技术中记载了对于实际应用的广泛建议，但使用铸造机(其中典型铸造厚度通常为40-100毫米的铸坯并随后分成薄板坯)用于制造晶粒取向磁性钢片材仍然是例外情形，因为存在特殊的要求，这些要求起因于与熔融金属组成和加工控制相关的磁性钢片材的制造。

本发明的一个目的是提供基于薄板坯铸造技术的制造具有优异磁性能的晶粒取向电工钢带材的低成本方法。

本发明的目的还在于提供基于薄板坯铸造技术的制造具有优异且一致的磁性能的晶粒取向电工钢带材的方法。

通过如权利要求1所述的方法实现了这些目的中的一个或多个。

该方法基于由熔融的硅合金钢开始制造厚度为0.7至4.0毫米的热轧带材，所述硅合金钢在连铸设备中铸造成厚度为50至100毫米并具有指定组成的板坯。

以最终固体铸坯的厚度通过连铸板坯来获得快速凝固，所述最终固体铸坯具有50至100毫米的厚度。该铸坯优选在少于300秒内快速凝固。如果凝固时间太长，例如，长于300秒，则发生诸如Si、C、S、Mn、Cu的元素的偏析现象，这导致化学组成和晶体结构的不合意的局部不均匀。

铸坯的厚度必须不低于50毫米以保证热轧期间足够的变形潜力。

为了制造具有优异的磁性能的最终产品GOES，熔融合金必须具有如权利要求1所规定的化学组成。