非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板、由其所制成的部件和非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板的制造方法

摘要

本发明涉及一种由钢制成的非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板，该钢除了包含有铁和不可避免的杂质以外，还包括（以重量%示出的）Si：1.0-4.5%、Al：不高于2.0%、Mn：不高于1.0%、C：不高于0.01%、N：不高于0.01%、S：不高于0.012%、Ti：0.1-0.5%、P：0.1-0.3%，其中对于Ti含量%Ti和P含量%P的比例%Ti/%P下式成立：1.0≤%Ti/%P≤2.0。根据本发明的非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板以及由这种钢板或钢带制成的、电工用途的部件具有提高的强度以及同时具有良好的磁性能的特点。可以由此来制造根据本发明的NO钢板或NO钢带，即，通过将由具有前述组成成份的钢构成的热轧钢带冷轧成冷轧钢带并且对该冷轧钢带进行最终退火处理。为了特别形成NO钢带或NO钢板的特定性能，本发明提供了不同的最终退火方案。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电工用途的非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢 板、由这种磁性钢带或磁性钢板制成的电工部件以及磁性钢带或磁性 钢板的制造方法。

背景技术

非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板在专业术语也称为“无取向 电工钢”或者在英语中也称为“NGO-Electrical Steel”（“NGO” =Non Grain Oriented），非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板用于加 强在旋转的电机的铁心中的磁通量。这种板材典型地用于电动机和发 电机。

为了提高这种机器的效率，使在工作中各个旋转的部件努力达 到尽可能高的转速或大的直径。这种发展趋势的结果是使由这里所述 类型的磁性钢带或磁性钢板制成的电气相关部件承受高的机械负荷， 当前所提供的NO磁性钢带类型通常不能满足这种机械负荷。

一种NO磁性钢带或磁性钢板已由文献US 5，084，112已知，这 种磁性钢带或磁性钢板具有至少60kg-f/mm²（约589MPa）的屈服极 限并且由这种钢制成，即，该钢除了包含有铁和不可避免的杂质以外， 还包括（以重量%示出的）不高于0.04%的C、2.0-少于4.0%的Si、不 高于2.0%的Al、不高于0.2%的P和“Mn、Ni”组分中的至少一种元 素，其中Mn和Ni的总含量至少为0.3%和最高为10%。

为了通过形成氮化碳而实现强度的提高，由文献US 5，084，112 已知的钢包含“Ti、V、Nb、Zr”组分中的至少一种元素，其中，在 存在有Ti或V的情况下，Ti含量%Ti和V含量%V关于钢的C含量%C 和各个不可避免的N含量%N应该满足条件[0.4×（%Ti+%V）]/[4× （%C+%N）]＜4.0。对此在钢中有磷的存在对提高强度起了作用。然 而，不得存在更高的磷含量，因为磷含量可以引起晶界脆化。为了对 抗这个严重的问题，提供额外的0.001-0.007%的B含量。

根据文献US 5，084，112将具有这种组分的钢铸造成钢锭，然 后将该钢锭热轧成热轧钢带，可选择地对该热轧钢带进行退火，然后 进行酸洗然后冷轧成具有一定最终厚度的冷轧钢带。最后，对所得到 的冷轧钢带进行再结晶退火，其中，在至少650℃、但是低于900℃ 的退火温度下进行退火。

在钢中同时存在有Ti和P以及B、N、C、Mn和Ni的有效含量的情 况下，根据文献US 5，084，112制成的NO磁性钢带或磁性钢板虽然 达到至少70.4kg-f/mm²（688MPa）的屈服极限。但是同时在板材厚度 为0.5mm、极化率为1.5特斯拉和频率为50Hz时，磁滞损耗P_1.5至少 为6.94W/kg。对于现代化的电工用途不再能够接受这样高的磁滞损 耗。此外，在许多这种用途中磁滞损耗在较高频率时是非常重要的。

发明内容

在此基础上，本发明的目的在于，给出一种NO磁性钢带或磁性 钢板以及由这种板材或带材制成的、电工用途的部件，该部件具有提 高的强度，特别是较高的屈服极限同时具有良好的磁性能，特别是在 高的频率下具有低的磁滞损耗。此外，还应该给出这种NO磁性钢带 或磁性钢板的制造方法。

关于NO磁性钢带或磁性钢板，根据本发明通过使NO磁性钢带 或磁性钢板具有权利要求1所给出的成份，由此实现该目的。

关于电工用途的部件方面，根据本发明的、以上所述目的的实 现方案相应地在于，由根据本发明电工钢板或电工钢带制造这种部 件。

最后，关于该方法，通过在制造根据本发明的磁性钢带或磁性 钢板时至少进行在权利要求9中所给出的操作步骤来实现上述目的。

本发明的有利设计在从属权利要求中给出并且在下面详细阐述 例如本发明的一般思想。

根据本发明所提供的、电工用途的、非晶粒取向的磁性钢带或 磁性钢板由这样的钢制成，即，该钢由（以重量%示出的）1.0-4.5% 的Si、特别是2.4-3.4%的Si、不高于2.0%的Al、特别是不高于1.5% 的Al、不高于1.0%的Mn、不高于0.01%的C、特别是不高于0.006% 的C、特别有利的是不高于0.005%的C、不高于0.01%的N、特别是 不高于0.006%的N、不高于0.012%的S、特别是不高于0.006%的S、 0.1-0.5%的Ti、0.1-0.3%的P和由铁和不可避免的杂质构成的余量 构成，其中，对于Ti含量%Ti和P含量%P的比%Ti/%P下式成立

1.0≤%Ti/%P≤2.0。

本发明使用FeTi磷化物（FeTiP）来提高强度。根据本发明使 用钛和磷将具有1.0-4.5重量%（在实际实施时具有2.4-3.4重量%） 的Si含量的硅钢制成合金，以形成精细的FeTiP析出物以及通过颗 粒硬化提高NO磁性钢带或磁性钢板的强度。

如果将钢中的Si、C、N、S、Ti和P的含量分别有选择地限制 在（以重量%示出的）2.4-3.4%的Si、不高于0.005%的C、不高于0.006% 的N、不高于0.006%的S、不高于0.5%的Ti或不高于0.3%的P，那 么对此得到根据本发明的磁性钢带合金或磁性钢板合金的特别实用 的设计。此外，在根据本发明的钢中可以存在有不高于2.0%的Al和 不高于1.0%的Mn。

代替通常对此所使用的氮化碳，本发明使用FeTi磷化物来提高 强度。以这种方式，一方面可以避免可能由于高的C含量和/或N含 量而出现的磁老化现象。除了同时分别存在有Ti和P的充足的绝对 量以外，使Ti含量%Ti比P含量%P的比例满足权利要求1给出的条 件对此也是非常重要的，根据该条件，根据本发明的磁性钢带或磁性 钢板的钛含量比磷含量的比例总是大于或等于1.0以及同时小于或 等于2.0。通过保持根据本发明所规定的、Ti和P含量的小的范围以 及其含量比例才可以确保，以根据本发明的方式所构成的电工钢板或 电工钢带具有足够数量的FeTiP颗粒及其满意的分布，以除了确保足 够高的强度以外还确保良好的电磁性能。由于根据本发明的%Ti比%P 的比例设置，一方面避免磷过量带来的损害，过量的磷在根据本发明 的磁性钢带或磁性钢板中导致脆化。一方面由于根据本发明所规定的 比例也避免钛的过量。这种钛过量可能导致形成氮化钛，氮化钛对磁 性钢带或磁性钢板的磁性能产生不利的影响。

对此，本发明基于这个知识点，当磁性钢板或磁性钢带中的Ti 和P的含量以尽可能小的偏差对应于1.55的化学计量比例时，在根 据本发明的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢带中实现了根据本发明 所应用的、Ti和P同时存在的最大效用。因此，考虑到该知识点并 且同时本发明对实际应用特别重要的设计在于，对于Ti含量%Ti和P 含量%P的比例%Ti/%P下式成立

1.43≤%Ti/%P≤1.67。

通过根据本发明的钢组成成份而实现的FeTiP颗粒通常具有远 远小于0.1μm的直径。这要考虑到材料的强度虽然随着晶格缺陷（例 如杂质原子、位错、晶界或者另一相颗粒）的数量而增加，但是晶格 缺陷对材料的磁特征值具有不利的影响的效果。对此，当颗粒尺寸处 于的布洛赫壁厚的范围中（具有各种不同的磁化的磁畴之间的过渡区 域）、即，约0.1μm时，这种不利的影响正如已知的那样是最大的。 通过根据本发明使用明显较小的颗粒来提高强度，从而在根据本发明 的电工钢板中最多以明显最小化的形式产生这种不利的影响。对此在 根据本发明的材料中也可能个别地存在有明显大于0.1μm的FeTiP 颗粒。然而，这些颗粒最多在能够忽略的范围里影响根据本发明的产 品的性能。

在根据本发明所构成的合金中不再需要为了增加强度而通过形 成氮化碳通常所加入的、与高含量的碳或氮相结合的微晶合金元素 （如，Nb、Zr或V）。较高的C和N含量对相应构成的非晶粒取向的 磁性钢带或磁性钢板的磁性能有不利的影响，因为较高的含量在实际 使用过程中导致不希望的、材料的磁老化。因此根据本发明通过颗粒 硬化实现了强度提高，即，通过FeTiP析出物的存在，然而没有借助 引起老化作用的碳和/或氮。

与此相应，根据本发明构成的磁性钢带或磁性钢板通常在极化 率为1.0特斯拉和频率为400Hz时，在0.5mm厚度的磁性钢带或磁性 钢板上具有最高为65W/kg的磁滞损耗P_1.0/400以及在0.35mm厚度的磁 性钢带或磁性钢板上具有最高为45W/kg的磁滞损耗P_1.0/400。同时，相 对于虽然不具有有效的Ti和P含量、但是另外具有与根据本发明的合 金相一致的其他合金元素含量的以传统方式构成的合金，根据本发明 所构成的磁性钢带或磁性钢板通常提高至少60MPa的屈服极限。

这样实施根据本发明的方法，即，能够操作可靠地制造根据本 发明的非晶粒取向的磁性钢带或磁性钢板。

对此，首先提供有以上面对根据本发明的非晶粒取向的磁性钢 带或磁性钢板所述的方式构成的热轧钢带，然后冷轧该热轧钢带并且 作为经冷轧的带体进行最终退火。然后，最终退火之后所得到的经最 终退火的冷轧钢带就是根据本发明所构成的和获得的磁性钢带或磁 性钢板。

可以尽量以传统方式制造根据本发明所提供的热轧钢带。对此 可以首先熔化具有与根据本发明规定相符的组成成份（Si：1.0-4.5%、 Al：不高于2.0%、Mn：不高于1.0%、C：不高于0.01%、N：不高于 0.01%、S：不高于0.012%、Ti：0.1-0.5%、P：0.1-0.3%、余量的铁 和不可避免的杂质，以重量%规定，其中对于Ti含量%Ti和P含量%P 的比例%Ti/%P满足1.0≤%Ti/%P≤2.0）的钢水并且铸造成初加工材 料，对于该初加工材料在传统的制造工艺中可以是钢锭或薄板坯。因 为根据本发明的析出物形成过程在凝固之后才进行，但是原则上将钢 水浇铸成铸造钢带也是可能的，接下来将该钢带热轧成热轧钢带。

然后可以使这样制成的初加工材料达到1020-1300℃的初加工 材料温度。必要时对此再次加热初加工材料或者通过使用浇铸热保持 在各个目标温度。

然后可以将经这样加热的初加工材料热轧成典型地具有 1.5-4mm（特别是2-3mm）厚度的热轧钢带。对此热轧过程以已知的 方式在1000-1150℃的热轧起始温度下开始并且以700-920℃（特别 是780-850℃）的热轧最终温度结束。

然后可以将所得到的热轧钢带冷却到缠卷温度并且缠卷成卷 材。对此这样理想地选择缠卷温度，即，避免析出Fe-Ti磷化物，以 防止在接下来进行的冷轧过程中出现问题。在实践中，缠卷温度对此 例如最高为700℃。

可以选择地对热轧钢带进行热轧带钢退火处理。

将所提供的热轧钢带冷轧成典型地具有在0.15-1.1mm（特别是 0.2-0.65mm）范围中的厚度的冷轧钢带。

最后的最终退火操作十分有助于根据本发明为了提高强度而使 用的FeTiP颗粒的形成。同时可以通过变化最终退火的退火条件有选 择地有利于较高的强度或者较低的磁滞损耗地优化材料特性。

依据根据本发明的方法的第一个方案可以通过使冷轧钢带在最 终退火的过程中经历在连续退火炉中完成的、具有两个阶段的瞬时退 火，在瞬时退火过程中首先将冷轧钢带在第一退火阶段d.1）中在至 少900℃和最高1150℃的退火温度下进行退火持续时间为1-100s的 退火处理然后在第二退火阶段d.2）中在500-850℃的退火温度下进 行退火持续时间为30-120s的退火处理，从而特别可靠地获得根据本 发明的具有在390-550MPa范围中的屈服极限以及在钢带厚度为 0.35mm时具有小于27W/kg的磁滞损耗P_1.0/400和在钢带厚度为0.5mm时 具有小于47W/kg的磁滞损耗P_1.0/400的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢 带。在该方案中，必要时已经存在的FeTiP析出物在第一退火阶段d.1） 中得到溶解并且实现了组织的完全再结晶。然后在第二退火阶段d.2） 中有针对性地析出FeTiP颗粒。

为了进一步改善在前述的两个阶段的瞬时退火处理之后所得到 的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢带的强度等级，可以紧接着两个阶 段的瞬时退火处理之后可选择地在罩式退火炉中进行长时间退火，在 该长时间退火处理过程中使冷轧钢带在550-660℃的温度下进行退 火持续时间为0.5-20h的退火处理。能够通过该额外的长时间退火处 理得到的、屈服极限的提高通常为至少50MPa。

依据根据本发明的方法的第二方案，也可以通过将最终退火作 为瞬时退火来进行，在该瞬时退火中将冷轧钢带在连续退火炉中在 750-900℃的退火温度下进行退火持续时间为20-250秒钟的退火处 理，由此制造对于0.35mm厚的磁性钢板或磁性钢带来说具有 500-800MPa的屈服极限和小于45W/kg的磁滞损耗P_1.0/400的非晶粒取向 的磁性钢板或磁性钢带。由于较低的退火温度，对此没有实现组织的 完全再结晶。然而形成了所需要的提高强度的FeTiP析出物。

依据根据本发明的方法的第三方案，也可以通过将最终退火作 为长时间退火在罩式退火炉中进行，在该长时间退火过程中将冷轧钢 带在600-850℃的退火温度下进行退火持续时间为0.5-20h的退火处 理，由此获得制造对于0.35mm厚的磁性钢板或磁性钢带来说具有在 500-800MPa范围中的屈服极限和小于45W/kg的磁滞损耗P_1.0/400的根据 本发明的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢带的替代性可行性方案。在 本方案中不会出现完全再结晶的组织。然而形成了比在根据前述第一 方案所制造的根据本发明的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢带时存 在的FeTiP析出物更精细的FeTiP析出物。与前述第二方案相比，对此 可以通过这里阐述的、根据本发明的方法的第三方案改善磁滞损耗。

可以有选择地在根据本发明的方法的第三方案中在长时间退火 处理之后还在连续退火炉中进行瞬时退火，在该瞬时退火中将各个冷 轧钢带在750℃-900℃下进行退火持续时间为20-250秒钟的退火处 理。通过这个额外的瞬时退火可以改善组织的再结晶度。从而可以随 之预期磁滞损耗的改善。

为了通过提高置换密度而引入关键性的能量，从而在接下来的 瞬时退火中开始进行再结晶，可以将冷轧钢带在根据本发明的方法的 第三变体的过程中在长时间退火和瞬时退火之间可选择地以至少 0.5%和最高12%的变形度进行变形。这种通常作为额外的冷轧步骤而 进行的变形步骤同时有助于改善在根据本发明的不同的工艺方案结 束时所得到的非晶粒取向的磁性钢板或磁性钢带的平整度。当冷成型 的变形度为1-8%时，那么可以特别可靠地实现以可选择地、额外地 进行的冷成型所达到的效果。

紧接着最终退火可以以传统方式进行精轧道次。

此外，最后可以对得到的、非晶粒取向的磁性钢带材料或者磁 性钢板材料进行传统的消除应力退火。根据在最终加工部的加工过程 可以在根据本发明的NO磁性钢带或者磁性钢板的制造商那里在卷材 中进行消除应力退火，或者可以首先将在最终加工部进行加工的下料 毛坯从以根据本发明的方式制造的磁性钢带或者磁性钢板上分离下 来，然后对磁性钢带或者磁性钢板进行消除应力退火。

具体实施方式

下面通过实施例详细阐述本发明。

下面所述的试验分别是在实验室环境下进行的。对此，首先熔 化根据本发明构成的钢水TiP和参照熔液Ref并且铸造成钢锭。熔液 TiP和Ref的组成成份在表格1中给出。在参照熔液Ref中，除了缺 少的Ti和P的有效含量以外，在合金元素以及在标准误差的范围中 这些元素的含量都和根据本发明的熔液TiP相一致。

使钢锭达到1250℃的温度并且以1020℃的热轧起始温度和840 ℃的热轧最终温度热轧成2mm厚的热轧钢带。将各个热轧钢带冷却到 缠卷温度T_Haspel。然后在卷材中模拟典型的冷却过程。

然后将三个由根据本发明的钢合金TiP构成的热轧钢带样品和 一个由参照钢Ref构成的热轧钢带样品在740℃的温度下进行持续时 间为2h的热轧钢带退火处理并且随后冷轧成具有0.5mm或0.35mm 最终厚度的冷轧钢带。

而另外两个由根据本发明的钢合金TiP构成的热轧钢带样品和 另外一个由参照钢Ref构成的热轧钢带样品在没有进行退火处理的 情况下分别冷轧成0.5mm厚的冷轧钢带。

然后分别进行具有两个阶段的最终退火。在第一退火阶段中， 将样品加热到1100℃并且保持在这个温度15s，从而包含在样品中的 Ti和P大部分都已溶解。紧接着进行第二退火阶段，在第二退火阶段 中在T_low温度下进行退火，该温度明显低于FeTiP的析出温度T_Aus。以 这种方式形成所需要的、精细的、平均在0.01-0.1μm大小的FeTi磷 化物析出物。

分别在表格2中为冷轧到0.5mm厚度的样品以及在表格3中为冷 轧到0.35mm厚度的样品给出了缠卷温度T_Haspel和温度T_low。此外，在表 格2和3中分别给出了为每个样品分别所测得的在样品的横向和纵向 上的屈服极限上限R_eH、屈服极限下限R_eL、抗拉强度R_m、分别在50Hz 时计算出的磁滞损耗P_1.0（在1.0T极化率时的磁滞损耗）、P_1.5（在 1.5T极化率时的磁滞损耗）以及极化率J₂₅₀₀（在2500A/m的磁场强度 时的极化率）和J₅₀₀₀（在5000A/m的磁场强度时的极化率）、以及分 别在400Hz频率和1kHz时计算出的磁滞损耗P_1.0（在1.0T极化率时的 磁滞损耗）。

这表明，和由参照钢Ref制造的样品相比，在由根据本发明构成 且加工而成的样品中的屈服极限下限R_eL分别高出60-100MPa。而在以 热轧钢带退火处理和没有进行热轧钢带退火处理制造的样品之间没 有显著的区别。缠卷温度的变化或者温度T_low的变化对机械性能也没 有显著影响。

在50Hz频率时，对于0.5mm厚度的钢板来说具有3.9-4.8W/kg 的磁滞损耗和对于0.35mm厚度的板材来说具有小于3.7W/kg的磁滞 损耗的、由根据本发明的钢制造的样品比由参照钢制造的样品具有更 高的磁滞损耗P_1.5。缠卷温度在此也没有显著的影响。

相反，在较高的400Hz和1kHz的频率时，根据本发明的样品和 参照样品两者的磁滞损耗P_1.0非常相近。具有较高的700℃的温度T_low的样品在钢板厚度为0.5mm的情况下在400Hz时以低于39W/kg的磁滞 损耗以及在1kHz时以低于180W/kg的磁滞损耗表现出比参照材料更 低的磁滞损耗P_1.0。对于0.35mm厚度的钢板，分别达到了与在参照材 料的情况下相同的磁滞损耗。

在另一系列试验中熔化钢TiP2并且铸造成钢锭，该钢锭的组成 成份在表格4中给出。Ti含量%Ti和P含量%P的比例%Ti/%P在钢TiP2 中为%Ti/%P=1.51。

将钢锭再次加热到1250℃然后热轧成具有2.1mm或2.4mm的热 轧钢带厚度的热轧钢带。对此，热轧起始温度分别为1020℃，而热 轧最终温度分别为840℃。然后在620℃的缠卷温度下缠卷得到的热 轧钢带。

然后将这样得到的热轧钢带在没有进行前述的热轧钢带退火处 理的情况下冷轧成0.35mm厚的冷轧钢带。

对这样得到的冷轧钢带以不同方案进行最终退火。

在第一方案中，在连续退火炉中完成了两个阶段的瞬时退火。 在瞬时退火的第一阶段中分别遵循在表格5中给出的退火时间T_G1并 且达到了同样在表格5中所述的各个最大的退火温度T_max1，而第二阶 段分别以表格5给出的退火时间t_G2同样在表格5所述的最大退火温度 T_max2下完成。在这样得到的、经最终退火的NO磁性钢板样品上在横向 Q和纵向L上算得的机械性能和磁性能同样记录在表格5中。

然后在罩式退火炉中对经根据第一方案进行最终退火的其中一 个样品进行额外的长时间退火处理。对此所遵循的退火时间t_GH和最大 的退火温度T_maxH在表格6中给出。在经额外地长时间退火处理的NO磁 性钢板上在横向Q和纵向L上算得的机械性能和磁性能同样记录在表 格6中。这表明，通过附加的长时间退火处理可以明显提高屈服极限 R_e和抗拉强度R_m，而没有明显损害磁性能。

在最终退火的第二方案中使冷轧钢带的样品在不同的温度T_maxH下在罩式退火炉中进行t_GH退火持续时间的长时间退火处理。在表格7 中列出了相关的温度T_maxH和各个退火持续时间t_GH。在得到的、经长时 间退火处理的NO磁性钢板上在横向Q和纵向L上算得的机械性能和磁 性能同样记录在表格7中。

在最终退火的第三方案中使冷轧钢带的样品在不同的温度T_maxD下在连续退火炉中进行t_GD退火持续时间的、一个阶段的瞬时退火处 理。在表格8中列出了相关的温度T_maxD和各个退火持续时间t_GD。在这 样得到的、经长时间退火处理的NO磁性钢板上在横向Q和纵向L上算得 的机械性能和磁性能同样记录在表格8中。

因此，本发明涉及一种由钢制成的非晶粒取向的磁性钢带或磁 性钢板，该钢除了包含有铁和不可避免的杂质以外，还包括（以重量 %示出的）Si：1.0-4.5%、Al：不高于2.0%、Mn：不高于1.0%、C： 不高于0.01%、N：不高于0.01%、S：不高于0.012%、Ti：0.1-0.5%、 P：0.1-0.3%，其中对于Ti含量%Ti和P含量%P的比例%Ti/%P下式 成立：1.0≤%Ti/%P≤2.0。根据本发明的非晶粒取向的磁性钢带或磁 性钢板以及由这种钢板或钢带制成的、电工用途的部件具有提高的强 度以及同时具有良好的磁性能的特点。可以由此来制造根据本发明的 NO钢板或NO钢带，即，通过将由具有前述组成成份的钢构成的热轧 钢带冷轧成冷轧钢带并且对该冷轧钢带进行最终退火处理。为了特别 形成NO钢带或NO钢板的特定性能，本发明提供了不同的最终退火方 案。