本发明涉及一种金属合金制造方法，尤其涉及 一种铁基合金的制造方法。 背景技术

通常现有普通取向硅钢 (CGO)是以 MnS或 MnSe为抑制剂， 利用二次冷 轧法制造生产的， 其主要生产工艺流程为- 冶炼→热轧—常化→一次冷轧→中间退火→二 次冷轧→脱碳退火→高温 退火→绝缘涂层。 其中技术要点为- 冶炼： 用转炉 (或电炉)炼钢， 进行二次精炼及合金化， 连铸成板坯， 其 基本化学成分质量百分含量为 Si: 2.5〜4.5%, C: 0.02—0.10%, Mn: 0.025〜 0.25%, S或 Se: 0.01〜0.035%， Al^O.01%, ^O.005%, 有的成分体系还 含有 Cu、 Mo、 Sb、 B、 Bi等元素中的一种或多种， 其余为铁及不可避免的 杂质元素。

热轧： 一般将板坯在专用高温加热炉内加热到 1350°C以上的温度， 并进 行 45分钟以上的保温， 使有利的夹杂物 MnS或 MnSe充分固溶， 然后进行 4〜6道次的粗轧和精轧。逋过精轧和卷取之间� ��快速冷却， 可使碳化物弥散 分布在晶粒内， 有利于以后获得细小均匀的初次晶粒。

常化： 在 850〜950°C温度下保持 3分钟， 使热轧板组织更均匀。

一次冷轧： 冷轧压下率为 60〜70%， 经 3〜4道轧制。

中间退火： 中间退火温度为 850〜950°C， 退火时间为 2.5〜4.0分钟。 二次冷轧： 中间退火后的二次冷轧压下率为 50〜55%，冷轧道次为 2〜3 道。

脱碳退火： 通过脱碳退火完成初次再结晶并形成二次晶粒 形核点。 将 C 含量脱至 30ppm以下，保证之后的高温退火时处于单一的 a相， 发展完善的 二次再结晶组织， 消除成品的磁时效。

确认本 高温退火： 必须先经高温退火进行二次再结晶并使二次晶 粒长大， 然后 在带钢表面形成一层硅酸镁底层玻璃膜； 最后净化退火除掉抑制剂分解出来 的硫和氮等对磁性有害的元素，得到取向度高 和理想磁性能的普通取向硅钢。

绝缘涂层： 经过涂布绝缘涂层和拉伸退火， 获得商业应用形态的取向硅 钢产品。

公开号为 CN1321787A, 公开日为 2001年 11月 14日， 名称为"单取向 电工钢板及其制备方法"的中国专利文献， 其公开了一种单取向电工钢板及 其制造方法。 该方法的制造工序包括: 将原材料进行冶炼， 其化学成分质量 百分含量为 C: 0.02—0.15%, Si: 1.5 2.5% Mn: 0.02—0.20%, 酸可溶性 的 Al; 0.015 0.065% N: 0.0030 0.0150%， 选自 S和 Se中的一种或两种 的总量： 0.005 0.040%， 余量为 Fe和不可避免的其他杂质； 在 900 1100 °C温度下进行热轧板卷退火，进行一次冷轧， 脱碳退火， 最终退火， 最后涂敷 后获得板厚为 0.20 0.55mm、 平均结晶粒径为 1.5 5.5mm的电工钢板， 其 铁损值 W _17/50 满足： Ο^δ^ ¹ . ⁹¹⁵ ^板厚 ^Wn/SOiW/kg^O SSe ¹ ' ⁷³ 板厚

B8(T)值满足 1.88≤B8(T)^1.95

公开号为 US5039359, 公开日为 1991年 8月 13日， 名称为 "一种具有 优异磁性晶粒取向电工钢板的制造方法"的美� �专利文献， 其涉及一种具有 优良磁性电工钢板的制造方法， 其制造方法的步骤为： 冶炼钢水， 其化学成 分的质量百分含量配比为 C: 0,021— 0.100 wt %, Si: 2.5—4.5 wt %, 其中 还含有硅钢板坯形成抑制剂， 其 铁和不可避免的其他杂质， 形成热轧卷取 钢板，卷取冷却温度 700°C，该温度比实际的热轧卷取钢板的温度降 低 80% 以上， 在热轧钢板的工作表上组成的平衡一个或多个 元素， 采取至少一次冷 轧生产取向硅钢， 该产品磁感^以达 1:90T以上。

公开号为 US5472521 , 公开日为 1995年 12月 5日， 名称为 "一种具有 优异磁性晶粒取向的电工钢板的制造 的美国专利文献， 其公开了一种 提高磁性和稳定晶粒取向的电工钢板的制造方 法。其采用低温板坯加热技术、 免常化的一次冷轧工艺生产取向硅 ft， 同时还涉及了冶炼后氮含量与钢板磁 感的关系。

上述现有技术存在以下缺点：

( 1 )采用 MnS或 MnSe为主抑制剂， 导致成品磁性偏低； (2)为了使 MnS或 MnSe抑制剂充分固溶， 加热温度最高需达到 1400 °C， 这是传统加热炉的极限水平； 此外， 由于加热温度高、 烧损大， 加热炉 需频繁修补， 利用率低； 同时， 加热温度高导致能耗高， 热轧卷的边裂大， 致使冷轧工序生产困难， 成材率低， 成本也高；

(3 )在现有化学成分体系下，整个生产过程需要� �用常化、中间退火以 及两次冷轧法才能获得磁性符合要求的普通取 向硅钢成品， 从而导致工序繁 复、 制造工艺流程长， 生产效率过低；

(4)现有普通取向硅钢中的 MnS或 MnSe为完全固溶非氮化型， 其在 实际生成中由于板坯再加热温度过高， 会发生板坯内抑制剂强度不均匀， 易 生成粗大晶粒等， 这都会导致二次再结晶不完善， 磁感降低等问题。 发明内容

本发明的目的在于提供一种高磁感普通取向硅 钢的制造方法， 采用该制 造方法能在省去常化、 中间退火等工序的前提下， 仅采用一次免时效轧制即 可获得较高磁感 (B8 ^ 1.88T)的普通取向硅钢。

为了实现上述发明目的， 本发明提供了一种高磁感普通取向硅钢的制造 方法， 其包括下列步骤： -

( 1 )冶炼、连铸后得到板坯，控制冶炼阶段的 N含量为 0.002〜0.014wt%;

(2) 热轧： 加热温度为 1090〜1200°C ;

(3 )冷轧： 一次免时效轧制；

(4) 脱碳退火；

(5)氮化处理：渗入氮含量 [N] _D 满足 328 - 0.14 a - 0.85 b - 2.33 c ^ [N] _D ^ 362 - 0.16 a - 0.94 b - 2.57 c;其中， a为冶炼步骤 Als的含量，单位为 ppm; b为冶炼步骤 N元素的含量， 单位为 ppm; c为初次晶粒尺寸， 单位为 μ ιη;

(6)钢板表面涂覆氧化镁涂层， 进行退火；

(7)涂敷綠缘涂层。

发明人通过大量试验发现， 在炼钢过程中适当控制氮含量， 既能获得磁 感较高的产品， 又能免去常化和中间退火等工序， 并且将二次冷轧法转为一 次冷轧法， 使得生产周期缩短， 生产效率明显提高。 由于在本技术方案中， 脱碳退火工序后还需要采取氮化处理，因此需 要在冶炼阶段可将 Ν含量控制 在较低范围内， 从而避免用高温来进行加热， 本技术方案中采用了 1090〜 1200°C的低温板坯加热技术进行生产制造。在� �技术技术方案中， 当 N含量 不足 0.002%时，不能获得稳定的一次抑制剂效果，初 次再结晶尺寸的控制变 得困难， 二次再结晶也不完善。 此时， 需要采用中间退火和二次冷轧工艺来 改善成品磁性。 然而， 当 N含量超过 0.014%时， 在实际的生产过程中既需 要使板坯再加热温度升至 1350°C以上， 又由于后工序的氮化处理， 会使高斯 取向度降低。另外， 当 N含量较高时，还需要增加常化工序来使得 A1N抑制 剂细小弥散的析出， 并采用一次冷轧时效轧制工艺来获得最终成品 厚度的冷 轧板。 因此， 结合成品磁性， 生产效率及综合各项因素而言， 在本发明的技 术方案中， 需要将 N含量控制在 0.002〜0.014wt%。

本技术方案中的氮化处理是针对本技术方案中 的低温板坯加热技术的， 其对冷轧脱碳板进行渗氮处理， 从而补充基板中不足抑制剂的强度， 所增加 的抑制剂是专门为进行二次再结晶所准备的二 次抑制剂， 其数量的多少直接 决定了脱碳钢板在高温退火过程中二次再结晶 的完善程度。 当氮化处理中的 渗入氮含量过少时， 会使抑制剂强度偏弱， 从而导致二次再结晶晶核位置扩 展到板厚方向， 不仅钢板近表层的尖锐高斯取向， 而且中心层的正常晶粒也 发生二次再结晶，致使取向度变差，磁特性劣 化，使得成品的 B ₈ 降低。反之， 氮化处理中渗入氮含量过多时， 高斯取向度也会极为劣化， 并且在高温退火 过程中形成的硅酸镁玻璃膜上会发生露出金属 缺陷， 且缺陷率会显著增加。 因此， 氮化处理的渗入氮含量应满足关系式： 328 - 0.14 a - 0.85 b - 2.33 c [N] _D ^362 - 0.16 a - 0.94 b - 2.57 c (a为冶炼步骤中 Als的含量， ppm; b为冶 炼步骤中 N元素的含量， ppm; c为初次晶粒尺寸， μ πι)。

进一步地， 在上述步骤 （2) 中， 1180°C以下开轧， 860°C以上终轧， 轧 后卷取， 卷取温度小于 650° ( 。

进一步地， 在上述步骤 （3 ) 中， 控制冷轧压下率 80%。

进一步地， 在上述步―骤 （4) 中， 控制升温速度 15〜35°C/s， 脱碳温度 800〜860°C， 脱碳露点 60〜70°C。

进一步地， 在上述步骤（4) 中保护气氛为 75%H ₂ +25%N ₂ (体积分数）。 进一步地， 在上述步骤（5 ) 中， 采用体积分数为 0.5〜4.0%的 NH ₃ 进行 渗氮， 渗氮温度 760〜860°C， 渗氮时间 20〜50s， 氧化度 P¾O/PH ₂ 为 0.045〜 与现有技术相比， 本发明所述的高磁感普通取向硅钢的制造方法 ， 通过 控制冶炼过程中的 Ν含量， 并根据冶炼步骤中 Als的含量， N元素的含量和 初次晶粒尺寸控制后续过程中氮化处理的渗入 氮含量， 在减少生产工艺流程 的前提下， 获得了磁感较高 (B8 1.88T)的普通取向硅钢， 不仅节省了生产工 序， 提高了生产效率， 而且还保证普通取向硅钢具备理想的磁性能和 优良的 取向度。 具体实施方式

以下将结合具体实施例和比较例对本发明所述 的技术方案作进一步的解 释说明。

实施例 1-3和比较例 1-2:

采用转炉或电炉炼钢， 钢水经二次精炼， 并在连铸后得到板坯， 其化学 元素质量百分数为： C: 0.02—0.08%, Si: 2.0〜3.5%， Mn: 0.05—0.20%, S: 0.005〜0.012%， Als: 0.010〜0.060%， N: 0.002〜0.014%， Sn: 0.10%， 余 量为 Fe及其他不可避免的杂质。 将不同成分的板坯放在 1150°C加热后热轧 至厚度为 ₂ . _3mm 的热轧板， 开轧和终轧温度分别为 1070°C和 935°C， 卷取温 度 636°C。 热轧板经酸洗后， 一次冷轧到成品厚度 0.30mm。 脱碳退火升温速 率 25°C/s、 脱碳温度 845°C， 脱碳露点 67°C的条件下进行脱碳退火， 使钢板 中 [C]含量降到 30ppm 以下。 氮化处理工艺： 780X 30sec， 氧化度 P¾o/P¾ 是 0.065， ΝΉ ₃ 用量 3.2wt%， 渗入 [N]含量 160ppm。 涂布 MgO为主要成分的 隔离剂后， 在罩式炉中进行高温退火。 开卷后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整 退火， 得到的成品 和生产周期见表 1。

表 1. (余量为 Fe和其他不可避免的杂质， wt%)

序 C Si Mn S Als N Sn B ₈ 热轧- -冷轧 工艺

号 (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (T) 生产周期

1 0.04 2.0 0.10 0.012 0.03 0.014 0.04 1.90

3.5 免常化和中

2 0.06 0.20 0.005 0.06 0.008 0.10 1.88

间退火、 48小时

0.08 一次冷轧法

3 3.0 0.05 0.006 0.01 0.002 0.06 1.89

)

常化、 一次

4 0.05 3.2 0.15 0.006 0.03 0.016 0.06 1.85 48〜56小时 冷轧法 0.07 中间退火、

5 2.6 0.12 0.007 0.04 0.001 0.05 1.84 55-65小时 二次冷轧法

(序号 1-3分别为实施例 1-3， 序号 4-5分别为对比例 1-2 )

从表 1可以看出， 当 N元素含量控制在 0.002〜0.014%范围内时， 成品 的磁感普遍较高， 都能达到 B ₈ 1.88T。 反之， 对比例 1-2的 N元素不满足 本发明所述的技术方案， 其磁感与实施例 1-3相比较稍低。

此外， 从表 1还可以看出， 当冶炼阶段的 N含量满足 0.002〜0.014%时， 可以免去常化和中间退火步骤， 同时采用一次冷轧工艺技术， 这就使得从热 轧板到最终成品冷轧板的生产周期控制在 48小时以内。 否则， 当 N含量不 满足要求时， 由于需要进行常化、 中间退火和二次冷轧等工序， 会将生产周 期延长约 5~20小时。 实施例 4-8和对比例 3-7:

采用转炉或电炉炼钢， 钢水经二次精炼， 并在连铸后得到板坯， 其化学 元素质量百分数为 Si: 3.0%， C: 0.05%, Mn: 0.11%, S: 0.007%, Als: 0.03%, N: 0.007%, Sn: 0.06%, 其余为 Fe及不可避免的杂质； 然后进行热轧， 不同 的热轧工艺条件如下表 2所示。热轧板经酸洗，一次冷 到成品厚度 0.30mm。 脱碳退火升温速率 25°C/s、 脱碳温度 840°C， 脱碳露点 70 °C的条件下进行脱 碳退火， 使钢板中 [C]含量降到 30ppm以下。 氮化处理工艺： 800°C x30sec， 氧化度 PH ₂ O/P¾是 0.14， NH ₃ 用量 l .lwt%， 渗入 [N]含量 200ppm。 涂布 MgO 为主要成分的隔离剂后， 在罩式炉中进行高温退火。 开卷后经过涂敷绝缘涂 层及拉伸平整退火， 得到的成品 B ₈ 见表 2。

表 2

板坯加热温

开轧温度 终轧温度 卷取温度 Bg

序号 度

C) (。C) CC) (T)

CC)

实施例 4 1090°C 1060 945 576 1.88 实施例 5 1200°C 1070 880 628 1.89 实施例 6 1150°C 1180 940 564 1.89 实施例 7 1130°C 1050 860 550 1.88 实施例 8 1100。C 1065 930 650 1.90 对比例 3 1085 V 1090 905 625 1.83 对比例 4 1205 V 1054 885 589 1.85 对比例 5 1105°C 1185 936 640 1.85 对比例 6 1160°C 1081 850 580 1.84 对比例 7 1135°C 1140 920 660 1.84 从表 2 结果可以看到， 当热轧工艺满足： 板坯在加热炉内加热到 1090-1200 °C , 开轧温度 1180°C以下， 终轧温度为 860°C以上， 轧后层流冷 却， 650°C温度以下卷取时，实施例 4-8的磁感普遍更高,都能达到 B ₈ 1.88T。 反之， 当热轧工艺与本技术方案不符时，对比例 3-7的磁感都较实施例偏低。 实施例 9-13和对比例 8-13 :

采用转炉或电炉炼钢， 钢水经二次精炼， 并在连铸后得到板坯， 其化学 元素质量百分数为 Si: 2.8%， C: 0.04%, S: 0.009%, Als: 0.04%, N: 0.005%, Mn: 0.10%, Sn: 0.03%, 其余为 Fe及不可避免的杂质。 将板坯在 1130°C下 加热， 而后热轧至厚度为 2.5mm的热轧板， 开轧和终轧温度分别为 1080°C 和 920°C， 卷取温度 605 C。 热轧板经酸洗， 冷轧到成品厚度 0.35mm， 然后 进行脱碳退火， 不同的脱碳退火工艺条件如下表 3所示。 脱碳退火后， 使钢 板中 [C]含量降到 30ppm以下。渗氮退火工艺： 800°C x30sec， 氧化度 PH ₂ O/P¾ 是 0.15， NH ₃ 用量 0.9wt%, 渗入 [N]含量 170ppm。 涂布 MgO为主要成分的 隔离剂后， 在罩式炉中进行高温退火。 开卷后经过涂敷绝缘涂层及拉伸平整 退火， 得到的成品 B ₈ 见表 3。

表 3

从表 3可以看到， 当脱碳退火工艺满足: 脱碳升温速度 15~35°C/ _S ec， 脱 碳温度 800〜860°C， 脱碳露点 60~70°C时， 实施例 9-13的成品的磁感普遍更 高， 都能达到 B8 1.88T。 反之， 当脱碳退火工艺与本技术方案不符时， 对 比例 8-13的磁感都偏低 实施例 14-23和对比例 14-19:

采用转炉或电炉炼钢， 钢水经二次精炼， 并在连铸后得到板坯， 其化学 元素质量百分数为 Si: 3.0%， C: 0.05%, Mn: 0.11%, S: 0.007%, Als: 0.03%, N: 0.007%, Sn: 0.06%, 其余为 Fe及不可避免的杂质。 将板坯放在 1120 °C下 进行加热， 热轧至厚度为 2.5mm的热轧板， 开轧和终札温度分别为 1080°C 和 920°C， 卷取温度 605°C。 热轧板经酸洗， 冷轧到成品厚度 0.35mm。 而后 以升温速度 30°C/ _SeC ， 脱碳温度 840°C， 脱碳露点 68 °C下进行脱碳退火。 然 后进行氮化处理， 不同的渗氮退火工艺条件如下表 4所示。 涂布 MgO为主 要成分的隔离剂后， 在罩式炉中进行高温退火。 开卷后经过涂敷绝缘涂层及 拉伸平整退火， 得到的成品 B ₈ 见表 4。

表 4

从表 4的试验结果可以看到， 当渗氮退火工艺满足本技术方案： 渗氮温 度 760〜860°C， 渗氮时间 20~50sec， 氧化度 P¾O/PH _{2 :} 0.045-0.200 , NH ₃ :

0.5〜4.0wt%，渗入氮含量 328 - 0.14 a - 0.85 b - 2.33 c [N] _D ^ 362 - 0.16 a - 0.94 b - 2.57 c时， 实施例 14-23的磁感普遍更高， 都能达到 B8 1.88T。 反 之， 当渗氮退火工艺与本技术方案不符时， 对比例 14-19的成品磁感都偏低。 实施例 24-29和对比例 20-25：

采用转炉^^电炉炼钢， 钢水经二次精炼， 并在连铸后得到板坯， 其化学 元素质量百分数为 Si: 2.8%, C: 0.045%, Mn: 0.06%, S: 0.009%, Als: 0.024%, N: 0.009%, Sn: 0.04%, 其余为 Fe及不可避免的杂质。 将板坯放在 1120 °C下 进行加热， 热轧至厚度为 2.3mm的热轧板， 开轧和终轧温度分别为 1070°C 和 900°C， 卷取温度 570°C。 热轧板经酸洗， 冷轧到成品厚度 0.30mm。 而后 以升温速度 20°C/ _S ec， 脱碳温度 830°C， 脱碳露点 70°C下进行脱碳退火。 然 后进行氮化处理， 不同的渗入氮含量对成品 B ₈ 的影响如下表 5所示。 涂布 MgO为主要成分的隔离剂后， 在罩式炉中进行高温退火。开卷后经过涂敷绝 缘涂层及拉伸平整退火， 得到的成 B ₈ 见表 5。

表 5反映了渗入氮含量对成品 的影响。从表 5可以看出，渗入氮含量 需要满足根据冶炼阶段 Als含量 a、N含量 b和初次晶粒尺寸 c理论计算得到 的渗入氮含量 [N] _D (328 - 0.14 a - 0.85 b - 2.33 c ^ [N] _D ^ 362 - 0.16 a - 0.94 b - 2.57 c) ₀ 当实际渗氮量在计算值范围内时， 如实施例 24-29， 成品的磁感 较高； 反之， 如对比例 20-25， 其成品磁感偏低。 要注意的是， 以上列举的仅为本发明的具体实施例， 显然本发明不限于 以上实施例， 随之有着许多的类似变化。 本领域的技术人员如果从本发明公 开的内容直接导出或联想到的所有变形， 均应属于本发明的保护范围。