[发明专利]由薄板坯开始生产晶粒取向的磁性片材的方法

说明书

本发明涉及用于电气应用的含硅的磁性片材的生产，所述磁性片材沿着带材的轧制方向具有高水平的各向异性和优异的磁性特征，该片材称为晶粒取向的磁性片材。

在用于产生和输送电能(从生产工厂远至最终用户)的整个循环中，晶粒取向的磁性片材可特别应用于构建变压器的磁心。

如已知的，这些材料的磁性特征是沿参比方向的导磁率(在轧制型材的轧制方向中的磁化曲线)和主要以热形式耗散的功率损耗，这归因于在相同的参比方向(其中磁流量流动)和变压器运行感应下(典型地，测得功率损耗在1.5和1.7特斯拉)的交替电磁场(在欧洲50Hz)的施用。工业生产的且出现在市场上的晶粒取向片材具有不同的品质等级。产生的最好等级具有非常薄的厚度(功率损失直接与轧制型材的厚度成比例)并且具有优异的磁导率，通过施加800安培-匝/米的磁场，获得B₈₀₀＞1.8特斯拉的感应并且对于最好的产品达到B₈₀₀＞1.9特斯拉。

除了合金的化学组成(Si＞3％-硅增加电阻率并且因此降低了磁损失)和轧制型材的厚度(磁损失与轧制型材的厚度成正比)、组成成品的多晶金属基质的显微组织特征之外，严格确定了通过这些产品能获得的优异磁性能。特别的，成品片材的金属基质必须包括更少量的能够形成小夹杂物(第二相)的元素，例如碳、氮、硫、氧，所述小夹杂物在磁化循环期间通过增加损失而与磁畴壁的运动相互作用，并且单个金属晶体的取向必须导致与较容易被磁化的铁素体晶向簇一致的尽可能与轧制方向对齐的晶向簇<100>(根据密勒指数)。

最好的工业产品具有极度特定的结晶织构(每个晶粒取向的统计分布)，该结晶织构带有其相对于轧制方向锥角为3°-4°的单个晶体的<100>方向的角分散。此结晶织构的特定水平与理论上可在多晶中获得的极限接近。可通过降低基质中晶体的密度和通过因此增加晶粒平均尺寸获得上述锥角分散的额外降低。如本领域的技术人员所熟知，通过平衡产品的功能特征，甚至通过改善在参比方向中的磁场的磁导率特征，这涉及由于所谓异常动态磁损失的较高影响所致的功率损失的提高，金属基质的晶粒尺寸越大，这种结果越大。此外，在提高晶粒尺寸的同时，产品的机械性能变坏(脆性提高)。

即使变压器生产商具有可获得的高品质产品并具有最佳程度的优异磁性能的晶粒取向的片材(HGO-高磁导率晶粒取向)，在多数情况下，对于制造电机的磁心，他们仍使用具有低品质和较低成本的晶粒取向片材(CGO-常规晶粒取向)等级。

因此，需要为钢铁工业开发的新方法用于制造这些产品，采用所述方法可通过简化生产周期并增加物理和磁性的产量(yield)来降低制造具有优异磁性能的高品质产品的成本。

在过去的几年里，为生产这些产品开发了这样的技术：以铸造产品的形式将Fe-Si合金凝固，所述产品具有接近成品的厚度(如在专利WO9848062，WO9808987，WO9810104，WO0250318，WO0250314，WO0250315中所描述的从薄板坯到带材的铸造)，所述技术在合理化生产周期和减少制造成本方面具有优点。

晶粒取向片材的生产基于Fe-Si合金的制备，该合金凝固成铸锭、板坯或直接带材的形式，从而产生典型厚度在1.5-3.5mm的热带材，该热带材的特征在于合金组成中Si含量大于3％(但是少于4％，因为机械脆性的增强与硅含量有关，其将显著影响半成品和成品的工业可加工性)，且在于以严格的标准(forks)校准某些必要的组成元素的含量以产生第二相(硫化物、硒化物、氮化物等)颗粒的分布，该第二相在最后生产流程中(具有最终厚度的轧制带材的热处理)必须保证在初次再结晶后金属基质的晶粒边界运动的破坏作用。通过冷轧，热轧型材的厚度减少到典型为0.50mm-0.18mm的值。特殊的织构与热带材冷变形过程中产生的结构和织构严格相关，其开始于允许初次再结晶的热处理，通过对带材施加静态退火到很高温度(高达1200℃)而结束，在这过程中第二相的颗粒减缓了晶粒生长直到停滞于800℃与900℃之间，使得因而允许(当第二相开始溶解和/或者数量减少时)在晶向接近于[110]<001>(根据Miller指数)基质中存在的一些晶粒的选择性和异常生长，这称作Goss晶粒。为了将成品中存在的夹杂物(对磁性能有害)限制到最低限度，通过在最终退火前的脱碳处理将合金碳减少到低于30ppm，然而，在结束选择性异常晶粒生长(取向二次再结晶)后，在高温下以干氢气完成除硫和除氮的最终退火期间，除去了硫和氮。