将连铸薄带材加工成铁镍型合金带材的方法

摘要

一种铁镍型合金带材的加工方法,所述合金带材主要含有25—50wt%的镍、50—75wt%的铁并可任选地含有钴、铬、钼、锰、硅、钒、钽、钛和铝中的一种或多种且其含量低于8wt%的合金元素,其余量为由熔融操作产生的杂质,其中连铸出一条厚度小于10mm的薄带材,对薄带材进行轧制并在轧制前或轧制后对带材进行均质处理,从而获得小于0.4%的镍的“标准偏析度”,所述均质处理包括在温度T(℃)下保温一段时间t(小时):t≥0.5×10－12exp(38000/(T+273))。

说明书

本发明涉及一种将通过薄带材的直接连铸而获得的薄带材加工成铁镍型合金带材。

铁镍型合金是众所周知的，而且这种合金因其磁性或其膨胀性能而得以广泛使用。这种合金的化学成分主要包括25％-50％重量百分比的镍、50％-75％重量百分比的铁，并可选择地包括钴、铬、钼中的至少一种合金元素且含量低于5％。例如，含大约36％或33％的镍、约4％的钴、余量基本为铁和有选择地含少量附加元素和杂质且具有小膨胀系数的合金是众所周知的。这些具有小膨胀系数的合金也因其良好的磁性而得以应用，尤其是厚度一般为十分之一和十分之几毫米之间的冷轧带材更是得到广泛应用。具体地说，所获得的磁性的特点表现为低于55A/m的矫顽场。

为制造这样的冷轧带材，合金被铸成100mm以上厚的钢坯或钢锭。随后，热轧钢锭或钢坯以获得5mm以下厚的热轧带材。此后，冷轧热轧带材以获得冷轧带材并在大约750℃的温度下对冷轧带材进行再结晶退火。这种技术的缺点是需要大范围的热轧加工。

为限制或避免热轧，可直接将合金连铸成10mm以下厚的薄带材。为此，可以采用其中薄带材在两个具有水平轴的转动辊之间连铸成型的连铸机。但是，发明人发现，由连铸薄带材制成的冷轧带材出人意料地比由钢锭或钢坯制成的冷轧带材具有强得多的矫顽场。

本发明的目的是通过提供一种铁镍型合金的冷轧带材的加工方法来弥补这一缺点，所述的冷轧带材是由一条通过直接连铸薄带材而获得的薄带材制成的，并且它具有与由钢锭或钢坯轧出的同类合金带材同样令人满意的磁性。

为此，本发明的主题是一种铁镍型合金带材的加工方法，所述的合金带材主要含有25％-50％重量百分比的镍、50％-75％重量百分比的铁并可选择地含有例如特别是钴、铬、钼、锰、硅、钒、钽、钛和铝中的一种或多种且其含量按重量百分比计低于8％的合金元素，以及余量为熔融操作时产生的杂质，其中连铸出一条10mm以下厚的薄带材，对所述的薄带材进行轧制并在轧制之前或轧制之后对带材进行均质处理，从而获得了低于0.4％的镍的“标准偏析度”，所述均质处理包括在温度T(℃)下保温一段时间t(小时)：

t≥0.5×10^-12exp(38000/(T+273))。

钴、铬、钼、锰、硅、钒、钽、钛和铝的含量之和最好低于或等于8％。

镍的标准偏析度最好低于0.35％。

可以对直接通过连铸获得的薄带材进行均质处理，或者对热轧后的带材或冷轧后的带材进行均质处理。

最好在均质处理后将带材冷轧到成品带材厚度，从而赋予带材可调整的晶体结构。

当镍含量为35％-37％时，在750℃对带材进行15分钟的退火后，矫顽场Hc小于45A/m。

当镍含量为32％-34％、钴含量为3.5％-6.5％时，在750℃对带材进行15分钟的退火后，矫顽场Hc小于55A/m。

以下将以非限定的方式具体地描述本发明并举例说明。

发明人很出人意料地第一次发现：铁镍型合金的磁性受由凝固引起的镍在枝晶间的微观偏析的影响。

为显示这种影响，发明人定义了“标准偏析度”，这个概念可以说明冷轧带材中的镍微观偏析情况和待冷轧的热轧带材中镍的微观偏析情况。待冷轧的热轧带材可以是一条直接通过薄带材连铸而获得的薄带材且它可选择地经过了热轧或附加热处理。为了表示得更明确和更形象，直接通过薄带材连铸而获得的薄带材的厚度为1mm-10mm。

发明人定义的“标准偏析度”是镍含量在厚度小于0.2mm的冷轧带材的整个厚度上的标准分布偏差的无偏估计量，其中所述的带材在850℃下接受15分钟的再结晶退火处理。

为确定标准偏析度，在厚度小于0.2mm的薄板上通过扫描电子显微术并结合能量弥散光谱学(EDS)测量出分布在整个厚度的许多点上(在一条垂直于表面的线上每隔1um取一点)的镍含量。由此，获得了镍含量(Ni)_j(j=1,…n)的n值并利用下述公式计算出标准偏析度σ_Ni：

在此公式中，(Ni)_平代表(Ni)_j的算术平均值，n是测量次数。

利用这一定义，在没有特殊处理的情况下，根据现有技术，对经过薄带材直接连铸-热轧-冷轧而获得的薄带材来说，镍的标准偏析度高于0.5％，而对由钢锭形成的冷轧带材来说，镍的标准偏析度低于0.35％。

为了加工出通过薄带材连铸而获得的冷轧带材，在电弧炉中熔化如上所述的铁镍型合金并在内置钢桶内对其进行精炼，这样作是希望使该合金例如含有36％的镍、最好为0.02％-0.5％的锰，且其余量为铁和熔炼所带来的杂质。利用具有两个水平布置且相互平行从而构成一个宽度小于10mm且通常为1mm-5mm的间隙的辊的薄带材连铸机将如此获得的合金液铸成薄带材。这两个辊绕各自的轴线反向转动，从而驱动合金向下流动，这使合金流过辊缝。通过内部水循环来冷却这两个辊，从而当合金与辊接触时，将合金冷却并以一条厚度约等于辊间距的宽度的凝固带材的形状离开它们的夹持点。然后，利用卷取机卷取薄带材，以获得通常要接受空冷的带卷。

在连铸后，薄带材可任选地接受热轧且最好在带材被重新加热到1050℃-1300℃之后进行热轧。

在酸洗后，对如此获得的热轧带材进行冷轧，以获得具有所希望的成品厚度(可能为0.1mm-0.25mm)的冷轧带材。通常，在若干个被大约1000℃的再结晶退火操作隔开的步骤中进行冷轧。举例而言，第一步骤允许获得0.5mm-2mm的厚度，第二步骤允许获得0.15mm-0.3mm的厚度，最终步骤产生成品厚度。冷轧不仅用于获得成品厚度，而且用于赋予带材一定的晶体结构并控制晶粒大小，所述晶体结构最好必须是立方晶格而晶粒大小最好必须具有约8-9的AFNOR指数。

除了热轧和冷轧外，带材加工最终经过均质处理而结束，所述均质处理包括至少在温度T(℃)下保温一段时间t(小时)：

t≥Aexp(38000/(T+273))。

系数A大于或等于0.5×10^-12，最好大于1×10^-12。

也可以在温度T₁、T₂…T_n下进行若干次耗时为t₁、t₂…t_n的连续均质处理。在这种情况下，时间和温度必须满足以下公式： $>\underset{}{\overset{}{}}$>

其中A大于0.5×10^-12，且它最好大于1×10^-12。

对于3mm厚的带材(直接由薄带材连铸而获得)来说，这些条件例如相当于在1150℃下保温半小时或在1200℃下保温10分钟。

尽管对成品进行的均质处理更有效且更易于进行，但当冷轧带材的最终冷轧是想产生特定的晶粒大小和晶体组织时，带材越薄，均质处理越绝对必须在最终冷轧步骤前进行。如果不这样作，则将会破坏晶体组织并导致晶粒粗化。

当在薄带材上结束均质处理时，薄带材或由其制得的冷轧带材的特点表现为镍的“标准偏析度”低于0.4％或0.35％。当只在冷轧带材上完成均质处理时，只有冷轧带材的特点表现为镍的“标准偏析度”低于0.4％或0.35％。

当本发明的冷轧带材由具有小膨胀系数的合金制成时，其中该合金主要含有35％-37％的镍，在750℃对带材进行15分钟的退火后，冷轧带材的矫顽场Hc小于45A/m。当冷轧带材由一种镍含量为32％-34％、钴含量为3.5％-6.5％的具有小膨胀系数的合金制成时，在750℃对带材进行15分钟退火后，则冷轧带材的矫顽场Hc小于55A/m。

例如，在两条直接连铸出的薄带材TSCC3、TSCC2和两个铸锭IC1、IC2之间进行比较，其中铸锭和薄带材是由一种含36％的镍、0.3％的锰且余量为铁和由熔炼操作带来的杂质的合金制成的。

由这些铸件轧制出0.12mm厚的冷轧带材且在750℃和850℃下对其进行退火处理。

铸锭IC1、IC2首先经过热轧以便获得3mm厚的热轧带材。接着，热轧带材被冷轧到成品带材厚度。如此获得了冷轧带材IS1、IS2，以供对比。

由薄带材直接连铸而获得的薄带材的厚度为3mm且它被用于制造以下几种冷轧带材：

-作为对比例，直接通过冷轧获得的冷轧带材TS3C、TS2C；

-除了冷轧外，根据本发明而接受均质处理的冷轧带材TS3I1、TS3I2、TS3I3、TS2I1和TS2I2。

均质处理为：

-TS3I1:1150℃下保温30分钟；

-TS3I2:1250℃下保温30分钟；

-TS3I3:在经过压下量为50％的冷轧步骤后，在1200℃下保温20分钟；

-TS2I2:1250℃下保温30分钟，随后接受压下量为35％的热轧。

在如此获得的所有冷轧带材中，测量镍的标准偏析度σ_Ni、矫顽场Hc和磁导率μ_max,dc。

其结果如下：

750℃下退火850℃下退火σ_Ni(％)Hc(A/m)μ_max,dcHc(A/m    )    μ _max,dc   IS1 0.30 34.2 9300 26.3 11800   IS2 0.32 39.0 5400 28.2 6400 TS3C 0.54 64.6 3200 52.2 3700 TS2C 0.75 68.3 3200 56.7 3600 TS3I1 0.39 43.4 5200 38.2 5500 TS3I2 0.38 44.6 5400 34.5 6400 TS3I3 0.36 43.2 5100 36.2 5700 TS2I2 0.32 39.4 6200 30.0 7600 CS1 0.30 33.9 9700 25.8 12100

一方面，这些结果显示出：由于将连铸薄带材直接冷轧成冷轧带材而不进行任何均质处理，所以不可能在750℃的15分钟热处理后获得低于50A/m的矫顽场，而在由钢锭制得的带材中可以毫无困难地获得这样的矫顽场。但是，当由连铸薄带材制得的冷轧带材的加工以允许镍偏析值降低到0.4％以下的均质处理而结束时，获得了低于45A/m的矫顽场。

另外，本发明带材的膨胀系数为0.99×10^-6(20℃-100℃)，晶粒尺寸G_AFNOR为9，并形成了{100}<001>的立方晶体结构且磁极密度l/I₀=5。在750℃下再结晶热处理15分钟后，晶体组织各向同性。