具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線及其制造方法

專利名稱：具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良磁性能的盤條(wire rod)和鋼線，并且涉及其制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線，并且涉及其制造方法，其中所述盤條和鋼線可以用于要求較低程度的鐵損和高磁導(dǎo)率(permeability)的變壓器、汽車、電子或電器廣品等。
背景技術(shù)：
晶粒取向電工鋼板(grain-oriented electrical steel)或非晶粒取向電工鋼板已經(jīng)用作大多數(shù)中型到大型變壓器的鐵芯材料。特別是由于與現(xiàn)有技術(shù)相比，該技術(shù)具有更高的效率，并且需要研究和開發(fā)小型化和輕便化的機(jī)器，對(duì)制造高品質(zhì)的晶粒取向電工鋼板的方法的研究和開發(fā)必不可少。特別是由于晶粒取向電工鋼板需易被磁化并且在其軋制方向上需具有高的磁特性，當(dāng)向超低碳鋼中加入過量娃(Si)時(shí),需人工形成織構(gòu)(texture)結(jié)構(gòu)外觀。然而，當(dāng)娃
(Si)組分的含量不低于6.5%時(shí),這種晶粒取向電工鋼板可以展示高品質(zhì)晶粒取向電工鋼板的性能，從而增強(qiáng)其磁特性。晶粒取向電工鋼板也是不利的:其需在高溫和氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行熱處理以人工形成織構(gòu)結(jié)構(gòu)(已知為戈斯(Goss)結(jié)構(gòu))。這是由于必須控制具有最大磁感應(yīng)值的〈100〉晶體晶粒取向。同時(shí)，雖然最近提出了一種方法，該方法能夠通過控制織構(gòu)結(jié)構(gòu)或表面涂層而改進(jìn)電工鋼板的磁特性，但是用于變壓器的電工鋼板需要精密加工以抑制當(dāng)電工鋼帶堆疊時(shí)可能造成的電工鋼板的撕裂、剪切或彎曲。在鐵芯相對(duì)小的情況下，難以加工電工鋼帶，受鋼帶加工扭曲的部分鐵芯的 體積相對(duì)于鐵芯的總體積有所增加，因此可能顯著降低磁特性。為解決上述限制，已經(jīng)開發(fā)了一種技術(shù)，其中制造了一種電器鋼線或電工鋼線，并且然后制造了為小型變壓器或汽車提供的用于小型發(fā)動(dòng)機(jī)的盤條。當(dāng)電工鋼板以盤條的形式制造時(shí)，不需要嚴(yán)格的軋制和表面缺陷抑制的加工控制，并且可以解決由于電工鋼帶的層壓導(dǎo)致的產(chǎn)率下降。公開號(hào)為第2001-115241號(hào)的日本未審查專利申請(qǐng)公開了一種代表性的技術(shù)。上述技術(shù)旨在制造用于具有優(yōu)異的拉制可加工性(特別是作為軋制的冷拉可加工性)的電工鋼板材料，并且公開了一種組分體系，該組分體系的含硅量為0.1-8%，并且C+N+0+S的總量不高于0.015%。但是，由于該技術(shù)將碳含量控制至超低值，需增加Ruhrstahl-Heraues (RH)脫氣過程，并且由于需要使用相對(duì)長的真空脫氣時(shí)間進(jìn)行復(fù)合脫氧(compositedeoxidization),不可避免的提高了加工成本。而且,還由于需添加最高達(dá)0.1-15%含量的鉻(Cr)以增強(qiáng)磁特性，因?yàn)楹辖鹪氐奶砑邮沟贸杀驹黾右彩遣豢杀苊獾?。彌補(bǔ)上述專利方法的缺陷的技術(shù)之一是公開于公開號(hào)為第2000-045051號(hào)的日本未審查專利申請(qǐng)的技術(shù)。上述專利公開了一種硅鋼線，該鋼線的鐵損降低較少并且具有優(yōu)異的可加工性，其中將碳(C )、氮(N)、氧(O )、硫(S )的含量控制至C+S+0+N〈0.015重量％，控制了拉制后盤條的平均晶粒尺寸和直徑，并且還添加了彡2%N1、彡2%A1、彡2%Cu作為合金元素。然而，在上述專利中公開的硅鋼線具有不足之處，例如，由于合金元素添加含量的增加使得其制造成本增加，對(duì)通過例如熱軋過程的磁特性缺少建議以及對(duì)織構(gòu)結(jié)構(gòu)部分缺少清楚的建議。同時(shí)，公開號(hào)為第2001-131718號(hào)的日本未審查專利申請(qǐng)公開了一種鋼線，其中C、S、O和N的總量控制在< 0.025重量％，并且拉制后鋼線的直徑控制在0.01-1.0mm。但是，上述專利還要求必不可少的添加相對(duì)高價(jià)的合金元素(例如，Cr、N1、Cu等)，并且具有一些不足之處，例如對(duì)關(guān)于磁特性的具體結(jié)構(gòu)缺少建議；對(duì)磁特性值缺少建議。特別地，上述所有專利具有共同的不足之處，即硅鋼線的磁特性具有接近于非晶粒取向電工鋼板的磁特性值，因此隨后不得不進(jìn)行退火處理以提高磁特性。

發(fā)明內(nèi)容
[技術(shù)問題]本發(fā)明的一個(gè)方面通過普通孔型軋制(groove rolling)方法使用普通低碳鋼而不是超低碳鋼，控制合金組分以活化戈斯結(jié)構(gòu)，提供了具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線，并且提供了制造所述盤條和鋼線的方法。[技術(shù)方案]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了具有優(yōu)良磁性能的盤條，所述盤條包括碳(C):0.03-0.05 重量 ％、硅(Si):3.0-5.0 重量 ％、錳(Mn):0.1-2.0 重量 ％、鋁(Al):0.02-0.08 重量％、氮(N):0.0015-0.0030重量％，余量:鐵(Fe)和其它不可避免的雜質(zhì)。所述盤條可以包括不小于2面積％的戈斯結(jié)構(gòu)，以及不小于ISOemu的飽和磁通密度。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了具有優(yōu)良磁性能的鋼線，所述鋼線包括C:0.03-0.05 重量 %、S1: 3.0-5.0 重量 %、Mn:0.1-2.0 重量 %、Al:0.02-0.08 重量 %、N:
0.0015-0.0030重量％，余量:Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。所述鋼線可以包括不小于7面積％的戈斯結(jié)構(gòu)，以及不小于250emu的飽和磁通密度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了制造具有優(yōu)良磁性能的盤條的方法，所述方法包括在1000-1100°C的溫度下加熱鋼并且孔型軋制加熱的鋼，所述鋼包括C:0.03-0.05重量 ％、S1: 3.0-5.0 重量 ％、Mn:0.1-2.0 重量 ％、Al:0.02-0.08 重量 ％、N:0.0015-0.0030 重
量％，余量:Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。所述孔型軋制可以在900-1000 °C的溫度下以50-80%的斷面收縮率(cross-section reduction ration)進(jìn)行?？仔蛙堉坪?，經(jīng)孔型軋制的鋼可以以0.1°C/s的速率進(jìn)行冷卻。本發(fā)明提供了制造具有具有優(yōu)良磁性能的鋼線的方法，所述方法包括拉制通過上述制造方法制造的盤條。所述拉制可以以10-80%的斷面收縮率進(jìn)行。[有益效果]
根據(jù)本發(fā)明，僅通過使用常用制造方法而沒有使用相對(duì)昂貴的合金元素和添加制造設(shè)備就可以提供具有晶粒取向的盤條和鋼線。


圖1是說明當(dāng)盤條通過模擬孔型軋制進(jìn)行軋制時(shí)結(jié)構(gòu)改變的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的本發(fā)明材料1-5的EBSD微結(jié)構(gòu)照片。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的本發(fā)明材料1-5的emu測(cè)量值曲線圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的發(fā)明材料3的(a)EBSD(電子背散射衍射(ElectronBackscattered Diffraction))微結(jié)構(gòu)照片；(b)EBSD 掃描照片。最佳實(shí)施方式本發(fā)明的發(fā)明人了進(jìn)行了研究以賦予普通低碳鋼盤條以優(yōu)良的磁性能，并且發(fā)現(xiàn)可通過控制組合物的成分，僅經(jīng)熱軋即可制造具有高的磁性能的盤條和鋼線。在這種情況下，所述熱軋意指孔型軋制。圖1是說明當(dāng)盤條通過模擬孔型軋制進(jìn)行軋制時(shí)結(jié)構(gòu)改變的示意圖。由圖1知，本發(fā)明的發(fā)明人基于如下所述完成了本發(fā)明:對(duì)磁特性有影響的大量戈斯結(jié)構(gòu)可以通過在一個(gè)方向軋制盤條而產(chǎn)生，所述軋制使用孔型軋制的特性以引起盤條結(jié)構(gòu)中的應(yīng)變。在下文中，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。碳(C):0.03 重量 ％-0.05 重量 ％C在盤條的固溶體中，它造成晶格畸變(lattice distortion)和老化并同時(shí)降低延展性。如果添加的C的量小 于0.03重量％，在盤條中可能不會(huì)形成一致的戈斯結(jié)構(gòu)；并且如果C的量超過0.05重量％，磁特性可能會(huì)降低。因此，碳含量優(yōu)選限定在0.03-0.05重
量％范圍內(nèi)。娃(Si):3.0-5.0 重量 ％Si是有效增加盤條電阻并且因此增強(qiáng)磁特性的成分。然而，如果Si的添加量小于3重量％，由于添加量欠缺，磁特性會(huì)降低；并且如果Si的量超過5重量％,加工硬化(workhardening)迅速進(jìn)行使得不能夠軋制盤條。因此，Si的含量優(yōu)選限制在3.0-5.0重量％的范圍內(nèi)。錳(Mn):0.1 重量 %_2.0 重量 %Mn是提高盤條電阻和鐵損性能的有用成分。但是，如果Mn的添加量小于0.1重量％，其不能彌補(bǔ)軋制期間的強(qiáng)度減小，并且如果Mn的量超過2.0重量％，由于在Si中所述相同的加工硬化作用，在熱軋中可能出現(xiàn)問題。因此，Mn的含量優(yōu)選限制在0.1重量％_2.0
重量％的范圍內(nèi)。鋁(Al):0.02 重量 %-0.08 重量 %由于Al是控制鋼中的氮從而增強(qiáng)磁特性的有效元素，因此對(duì)Al的量的限制優(yōu)選與氮的控制范圍相一致。如果Al的添加量小于0.02重量％，其不能夠有效地控制氮；如果Al的添加量超過0.08重量％，A1可能以原子態(tài)沉積以破壞磁特性。因此，Al的量優(yōu)選限制在0.02重量％-0.08重量％的范圍內(nèi)。氮(N):0.0015 重量 ％-0.003 重量 ％由于N滲透到晶格中并且與合金元素形成氮化物，其通過晶格畸變抑制戈斯結(jié)構(gòu)的形成，并且N是造成老化和延展性下降的因素。由于控制N的量小于0.0015重量％在鋼制造過程中是非常復(fù)雜的過程，在實(shí)際過程中可能不能實(shí)現(xiàn)。如果N的添加量高于0.003重量％，N可以在鋼中自由移動(dòng)，并且增加了 Al的量和增加了產(chǎn)生粗AlN的可能性。因此，N的量優(yōu)選限制在0.0015重量％-0.003重量％的范圍內(nèi)。通過限制上述組分范圍，可以賦予所述盤條優(yōu)良的磁性能，即方向性(directional properties)。在常用電工鋼板的情況下，戈斯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的量小于2面積％，而本發(fā)明的盤條包括不小于2面積％的戈斯結(jié)構(gòu)。因此，由于在本發(fā)明的盤條中產(chǎn)生了更大量的戈斯結(jié)構(gòu)，與目前具有磁性能的電工鋼板或盤條相比，本發(fā)明的盤條具有優(yōu)良的磁特性，即方向性。更詳細(xì)地，基于在退火過程中產(chǎn)生的戈斯結(jié)構(gòu)，包覆結(jié)構(gòu)(surrounding structures)向戈斯結(jié)構(gòu)的方向改變，因此增強(qiáng)了磁性能。即，戈斯結(jié)構(gòu)可以作為有效的方向促進(jìn)劑使磁動(dòng)量(magnetic momentums)移動(dòng)并且在退火過程中使包覆結(jié)構(gòu)容易磁化,并且特別地，由于戈斯結(jié)構(gòu)在與軋制方向垂直的方向上以及在軋制方向上可以顯示磁特性，對(duì)于可以顯示磁特性的鋼而言是必要的結(jié)構(gòu)。然而，如果戈斯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的量小于2%，不能賦予盤條方向性，從而盤條具有非晶粒方向的磁特性。即，較好的是產(chǎn)生的戈斯結(jié)構(gòu)盡可能的大，但是由于方法限制，戈斯結(jié)構(gòu)的上限限制在10%。所述盤條還具有不低于180emu的飽和磁通密度。當(dāng)飽和磁通密度小于180emu時(shí)，難以賦予盤條方向性，從而使所述盤條可能具有非方向磁性能。與戈斯結(jié)構(gòu)相同，盡可能高的飽和磁通密度對(duì)于磁性能是有利的，但由于方法限制，其上限限于280emu。本發(fā)明提供了上述盤條以及使用該盤條的鋼線，其中拉制所述盤條以賦予所述鋼線優(yōu)良的磁性能。此時(shí)，所述鋼線可以包括不小于7面積％的戈斯結(jié)構(gòu)和不小于250emu的飽和磁通密度。但是，在鋼線的情況下，由于方法限制，戈斯結(jié)構(gòu)和飽和磁通密度的上限分別限制為14面積%和300emu。
·
當(dāng)本發(fā)明的盤條滿足所述組分范圍時(shí)，即使在常用孔型軋制條件下制造盤條，所述盤條也具有優(yōu)良的磁性能。因此，不特別限定孔型軋制條件和其他制造條件。為了更優(yōu)選實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以下是制造盤條的方法的實(shí)施例。首先，在1000-1100°C的溫度下加熱滿足本發(fā)明組合物范圍的鋼。在盤條加工中，在低于1000°c的加熱溫度情況下，當(dāng)從加熱爐中取出所述鋼然后進(jìn)行粗軋時(shí)，由于嚴(yán)重應(yīng)變的提高可能產(chǎn)生表面缺陷，并且當(dāng)加熱溫度超過1100°c時(shí)，由于受加熱爐的限制和表面氧化皮(surface scale)增加,產(chǎn)品質(zhì)量可能下降。然后，將再加熱后的鋼進(jìn)行孔型軋制。所述孔型軋制是盤條軋制中必要的過程，其使得盤條中的結(jié)構(gòu)在一個(gè)方向上軋制以弓I起應(yīng)變，從而可以活化參與磁性能的織構(gòu)結(jié)構(gòu)(即戈斯結(jié)構(gòu))的產(chǎn)生。因此，所述在熱狀態(tài)中的孔型軋制可以賦予所述盤條優(yōu)良的磁性能。所述孔型軋制優(yōu)選在900-1000°C的溫度下進(jìn)行。但是，當(dāng)在低于900°C的溫度下進(jìn)行孔型軋制時(shí)，由于工藝負(fù)荷在盤條中可能引起表面缺陷并且可能出現(xiàn)盤條軋輥的斷裂。當(dāng)孔型軋制的溫度超過1000°c時(shí)，由于在軋制過程中延展性的提高，不能有效地產(chǎn)生應(yīng)變。在所述孔型軋制中，斷面收縮率優(yōu)選在50-80%范圍內(nèi)。當(dāng)斷面收縮率低于50%時(shí)，由于缺少應(yīng)變，戈斯結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不足，從而可能不能將該結(jié)構(gòu)分布至磁性盤條。當(dāng)斷面收縮率超過80%時(shí)，由于盤條結(jié)構(gòu)的劇烈張力，再結(jié)晶力增加，使得戈斯結(jié)構(gòu)自身可能改變。在孔型軋制后，冷卻過程也優(yōu)選在不高于0.10C /s的冷卻速率下進(jìn)行。當(dāng)冷卻速率超過ο.rc /s時(shí)，在該結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生低溫結(jié)構(gòu)，并且因此轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體結(jié)構(gòu)的可能性提高。在上述盤條制造過程后，還可以再進(jìn)行拉制過程以制造鋼線，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了所述盤條的磁性能。在拉制過程中斷面收縮率優(yōu)選在10-80%的范圍內(nèi)。然而，當(dāng)斷面收縮率低于10%時(shí)，拉制量可能不足并且因此戈斯結(jié)構(gòu)沒有增加。優(yōu)選盡可能多地增加拉制量。但是，當(dāng)斷面收縮率超過80%時(shí)，由于受拉制的限制，在拉制過程中盤條可能斷裂。因此，斷面收縮率優(yōu)選限定在10-80%的范圍內(nèi)。斷面收縮率更優(yōu)選限定在50-80%的范圍內(nèi)。斷面收縮率最優(yōu)選限定在70-80%的范圍內(nèi)，其中戈斯結(jié)構(gòu)占據(jù)11.5面積％或更多。在下文中，將參考實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明。但是，描述以下實(shí)施例是為了更具體地解釋本發(fā)明而不意欲限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1在表2的條件下加熱具有列于下表I中的組成的鋼，然后進(jìn)行孔型軋制。在通過所述制造條件制造的盤條中，測(cè)量戈斯結(jié)構(gòu)分?jǐn)?shù)和飽和磁通密度并且示于下表2。[表 I]
權(quán)利要求
1.具有優(yōu)異磁性能的盤條，所述盤條包括C:0.03-0.05重量％、Si:3.0-5.0重量％、Mn:0.1-2.0重量%、Al:0.02-0.08重量％、N:0.0015-0.0030重量％，余量:Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。
2.權(quán)利要求1的盤條，其中所述盤條包括不小于2面積％的戈斯結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求1的盤條,其中所述盤條具有不小于180emu的飽和磁通密度。
4.具有優(yōu)異磁性能的鋼線，所述鋼線包括C:0.03-0.05重量％、Si:3.0-5.0重量％、Mn:0.1-2.0重量%、Al:0.02-0.08重量％、N:0.0015-0.0030重量％，余量:Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。
5.權(quán)利要求4的鋼線，其中所述鋼線包括不小于7面積％的戈斯結(jié)構(gòu)。
6.權(quán)利要求4的鋼線，其中所述鋼線具有不小于250emu的飽和磁通密度。
7.制造具有優(yōu)異磁特性的盤條的方法，所述方法包括: 在1000-1100°C的溫度下加熱鋼，所述鋼 包括C:0.03-0.05重量％、S1:3.0-5.0重量％、Mn:0.1-2.0 重量 ％、Al:0.02-0.08 重量 ％、N:0.0015-0.0030 重量 ％，余量:Fe 和其它不可避免的雜質(zhì)；并且 孔型軋制所述加熱的鋼。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述孔型軋制在900-1000°C的溫度下進(jìn)行。
9.權(quán)利要求7的方法，其中所述孔型軋制以50-80%的斷面收縮率進(jìn)行。
10.權(quán)利要求7的方法，還包括在孔型軋制后以0.10C /s或更低的速率冷卻經(jīng)孔型軋制的鋼。
11.制造具有優(yōu)異磁特性的鋼線的方法，所述方法包括拉制通過權(quán)利要求7-10中任一項(xiàng)的方法制造的鋼線。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述拉制以10-80%的斷面收縮率進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線，并且涉及其制造方法，更具體而言，本發(fā)明涉及具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線，并且涉及其制造方法，其中所述盤條和鋼線可以用于要求較低程度的鐵損和高磁導(dǎo)率的變壓器、汽車、電子或電器產(chǎn)品等。本發(fā)明提供了具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線及其制造方法，其中所述盤條或鋼線包括C0.03-0.05重量%、Si3.0-5.0重量%、Mn0.1-2.0重量%、Al0.02-0.08重量%、N0.0015-0.0030重量%，余量Fe和其它不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，通過普通制造方法而無需使用昂貴的合金元素并且沒有添加制造設(shè)備，就可以提供具有方向特性的盤條和鋼線。
文檔編號(hào)C21D8/06GK103201402SQ201180053756
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月10日
發(fā)明者金東炫, 李侑煥, 辛宇基 申請(qǐng)人:Posco公司