[发明专利]用于制造电工钢片的热轧带材及其制造方法

说明书

发明内容

本发明涉及用于制造电工钢片的热轧带材及其制造方法。

用于电工钢片的材料例如在DE 101 53 234 A1或DE 601 08 980 T2中已知。它们大多由铁-硅合金或铁-硅-铝合金组成，其中区别为晶粒定向（KO）的和非晶粒定向（NO）的电工钢片，并且将其用于不同的应用。特别是加入铝和硅以使磁化损失尽可能低。

通常，其物理性能取决于负荷方向的材料称为各向异性的。如果性能在所有的负荷方向中都相同，则称为各向同性的材料。电工带材的磁性性能的各向异性是基于铁的晶体各向异性。铁及其合金以立方体结构结晶。其中立方棱方向是最容易能够磁化的方向[100]。在立方体中的空间对角线[111]方向是磁性上最不利的方向。

在电机构造的应用中，磁通量没有固定在特定的方向上并且因此需要在所有方向中同样好的磁性性能，为此通常制造具有尽可能各向同性性能的电工带材，其称为非晶粒定向（NO）的电工带材。其主要应用于发电机、电动机、接触器、继电器和小型变压器。

非晶粒定向的电工带材的理想结构（微观结构）是具有20-200μm的晶粒大小的多晶微观结构，其中微晶无规地定向在具有面（100）的钢片面中。然而，实际上在钢片面中的真实的非晶粒定向的电工带材的磁性性能在小的范围中取决于磁化方向。因此，在纵向和横向之间的损失差仅为最大10%。在非晶粒定向的电工带材的情况下，磁性性能的充分的各向同性的建立主要受热变形、冷变形和最终退火的制造方法的设计的影响。

对于依赖特别低的转磁化损失和对磁导率或极化提出特别高要求的应用目的，例如电力变压器、配电变压器和高效小型变压器，制造具有统一微晶定向（晶体纹理）的电工带材，其称为晶粒定向（KO）的电工带材。统一的微晶定向造成电工带材强烈各向异性的性能。对于晶粒定向的电工带材，为此通过复杂的制造过程而实施有效的晶粒生长选择。其晶粒（微晶）由于在经最终退火的材料中的低缺陷定向而展现出几乎理想的纹理，该纹理根据其发现者而命名为戈斯（Goss）纹理。立方棱展现在轧制方向上，而面对角线展现在垂直于轧制方向上。对于标准材料，立方棱与轧制方向的偏差通常为最大7°，对于高磁导性的材料为最大3°。晶粒的大小为几毫米至几厘米。

根据已知的现有技术，电工带材的磁性性能主要由高纯度、硅和铝的含量（最多约4质量%）、其它合金元素（如锰、硫和氮）的低含量，以及由热轧、冷轧和退火工艺而决定。常见的钢片厚度明显低于1mm，例如为0.18mm或0.35mm。

在钢片面中的非晶粒定向的材料具有尽可能各向同性的磁性性能并且由此优选用于旋转的机器，而晶粒定向的材料由于多步相继的轧制处理和退火处理而产生晶粒定向（纹理）。由于在材料中有针对性地引入各向异性，在相应的磁化方向上转磁化损失减少而相对磁导率值增加。因此，相比于非晶粒定向的材料，可以使用这种纹理化的材料制造性能较高而构造尺寸较小的变压器。

在DE 101 53 234 A1中已知的用于非晶粒定向的电工钢片的材料具有的合金成分为：C＜0.02%、Mn≤1.2%、Si 0.1-4.4%和Al 0.1–4.4%。其中描述多种制造方法，例如薄板浇铸或薄带材浇铸，通过这些方法可以制造热轧带材。

所述已知材料的缺点在于，分别具有最多4.4%的相对低的硅含量和铝含量；在许多应用情况下，由于这些硅和铝含量而使磁导率仍不够高并且磁化损失足够低，这对电机的功效及其经济效率产生不利的影响。随着硅和铝的含量的增加，钢的电阻也增加。由此降低了诱导的涡电流以及磁芯损耗。

问题在于，随着增加的硅含量超过已知的限值，通过已知方法的铸造由于在凝固过程中棒材或带材的宏观偏析或弯曲而变得困难或者甚至变得不可能。铝含量＞2%的钢在空气中凝固的过程中形成氧化物（Al₂O₃），其极其硬和脆，由此使得铸造和再加工变得不可能。因此，所述钢只可能通过复杂的方法技术进行再加工，例如通过基础合金的真空感应熔炼制成块料，然后通过电渣再熔以均化和纯化熔体并且最后通过任选使用切削处理的重新锻造而获得钢片。当硅含量大于3.5%时，由于脆性（设定的有序态）而不能进行冷成型，而最多4%时热变形相对没有问题。因为成品带材厚度与涡电流损失的平方成正比，因此希望获得薄的最终厚度。由于脆性，这通过传统的方法（板坯、薄板浇铸（CSP））很难实现。对于近终型的铸造方法（例如使用相应高的冷却速度的薄带材浇铸），可以避免临界有序态。