專利名稱：具有優(yōu)良磁性能的盤條和鋼線及其制造方法
技術領域：
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率(permeability)的變壓器、汽車、電子或電器廣品等。
背景技術：
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)有技術相比，該技術具有更高的效率，并且需要研究和開發(fā)小型化和輕便化的機器，對制造高品質(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，當向超低碳鋼中加入過量娃(Si)時,需人工形成織構(texture)結構外觀。然而，當娃
(Si)組分的含量不低于6.5%時,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，從而增強其磁特性。晶粒取向電工鋼板也是不利的:其需在高溫和氮氣氣氛下進行熱處理以人工形成織構結構(已知為戈斯(Goss)結構)。這是由于必須控制具有最大磁感應值的〈100〉晶體晶粒取向。同時，雖然最近提出了一種方法，該方法能夠通過控制織構結構或表面涂層而改進電工鋼板的磁特性，但是用于變壓器的電工鋼板需要精密加工以抑制當電工鋼帶堆疊時可能造成的電工鋼板的撕裂、剪切或彎曲。在鐵芯相對小的情況下，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，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)動機的盤條。當電工鋼板以盤條的形式制造時，不需要嚴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致的產(chǎn)率下降。公開號為第2001-115241號的日本未審查專利申請公開了一種代表性的技術。上述技術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長的真空脫氣時間進行復合脫氧(compositedeoxidization),不可避免的提高了加工成本。而且,還由于需添加最高達0.1-15%含量的鉻(Cr)以增強磁特性，因為合金元素的添加使得成本增加也是不可避免的。彌補上述專利方法的缺陷的技術之一是公開于公開號為第2000-045051號的日本未審查專利申請的技術。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，對通過例如熱軋過程的磁特性缺少建議以及對織構結構部分缺少清楚的建議。同時，公開號為第2001-131718號的日本未審查專利申請公開了一種鋼線，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高價的合金元素(例如，Cr、N1、Cu等)，并且具有一些不足之處，例如對關于磁特性的具體結構缺少建議；對磁特性值缺少建議。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，因此隨后不得不進行退火處理以提高磁特性。

發(fā)明內(nèi)容
[技術問題]本發(fā)明的一個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構，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。[技術方案]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，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％的戈斯結構，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％的戈斯結構，以及不小于250emu的飽和磁通密度。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，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)進行?？仔蛙堉坪?，經(jīng)孔型軋制的鋼可以以0.1°C/s的速率進行冷卻。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昂貴的合金元素和添加制造設備就可以提供具有晶粒取向的盤條和鋼線。


圖1是說明當盤條通過模擬孔型軋制進行軋制時結構改變的示意圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的本發(fā)明材料1-5的EBSD微結構照片。圖3是說明根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的本發(fā)明材料1-5的emu測量值曲線圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)明材料3的(a)EBSD(電子背散射衍射(ElectronBackscattered Diffraction))微結構照片；(b)EBSD 掃描照片。最佳實施方式本發(fā)明的發(fā)明人了進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是說明當盤條通過模擬孔型軋制進行軋制時結構改變的示意圖。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:對磁特性有影響的大量戈斯結構可以通過在一個方向軋制盤條而產(chǎn)生，所述軋制使用孔型軋制的特性以引起盤條結構中的應變。在下文中，將對本發(fā)明進行詳細描述。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％，在盤條中可能不會形成一致的戈斯結構；并且如果C的量超過0.05重量％，磁特性可能會降低。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，磁特性會降低；并且如果Si的量超過5重量％,加工硬化(workhardening)迅速進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％，其不能彌補軋制期間的強度減小，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磁特性的有效元素，因此對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構的形成，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雜的過程，在實際過程中可能不能實現(xiàn)。如果N的添加量高于0.003重量％，N可以在鋼中自由移動，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，戈斯結構產(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％的戈斯結構。因此，由于在本發(fā)明的盤條中產(chǎn)生了更大量的戈斯結構，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。更詳細地，基于在退火過程中產(chǎn)生的戈斯結構，包覆結構(surrounding structures)向戈斯結構的方向改變，因此增強了磁性能。即，戈斯結構可以作為有效的方向促進劑使磁動量(magnetic momentums)移動并且在退火過程中使包覆結構容易磁化,并且特別地，由于戈斯結構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，對于可以顯示磁特性的鋼而言是必要的結構。然而，如果戈斯結構產(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)生的戈斯結構盡可能的大，但是由于方法限制，戈斯結構的上限限制在10%。所述盤條還具有不低于180emu的飽和磁通密度。當飽和磁通密度小于180emu時，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。與戈斯結構相同，盡可能高的飽和磁通密度對于磁性能是有利的，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，所述鋼線可以包括不小于7面積％的戈斯結構和不小于250emu的飽和磁通密度。但是，在鋼線的情況下，由于方法限制，戈斯結構和飽和磁通密度的上限分別限制為14面積%和300emu。
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當本發(fā)明的盤條滿足所述組分范圍時，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)選實現(xiàn)本發(fā)明，以下是制造盤條的方法的實施例。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，當從加熱爐中取出所述鋼然后進行粗軋時，由于嚴重應變的提高可能產(chǎn)生表面缺陷，并且當加熱溫度超過1100°c時，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，其使得盤條中的結構在一個方向上軋制以弓I起應變，從而可以活化參與磁性能的織構結構(即戈斯結構)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的溫度下進行。但是，當在低于900°C的溫度下進行孔型軋制時，由于工藝負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。當孔型軋制的溫度超過1000°c時，由于在軋制過程中延展性的提高，不能有效地產(chǎn)生應變。在所述孔型軋制中，斷面收縮率優(yōu)選在50-80%范圍內(nèi)。當斷面收縮率低于50%時，由于缺少應變，戈斯結構產(chǎn)生不足，從而可能不能將該結構分布至磁性盤條。當斷面收縮率超過80%時，由于盤條結構的劇烈張力，再結晶力增加，使得戈斯結構自身可能改變。在孔型軋制后，冷卻過程也優(yōu)選在不高于0.10C /s的冷卻速率下進行。當冷卻速率超過ο.rc /s時，在該結構中產(chǎn)生低溫結構，并且因此轉變?yōu)殍F素體結構的可能性提高。在上述盤條制造過程后，還可以再進行拉制過程以制造鋼線，從而進一步增強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，當斷面收縮率低于10%時，拉制量可能不足并且因此戈斯結構沒有增加。優(yōu)選盡可能多地增加拉制量。但是，當斷面收縮率超過80%時，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)，其中戈斯結構占據(jù)11.5面積％或更多。在下文中，將參考實施例詳細描述本發(fā)明。但是，描述以下實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，然后進行孔型軋制。在通過所述制造條件制造的盤條中，測量戈斯結構分數(shù)和飽和磁通密度并且示于下表2。[表 I]
權利要求
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％的戈斯結構。
3.權利要求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％的戈斯結構。
6.權利要求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.權利要求7的方法，其中所述孔型軋制在900-1000°C的溫度下進行。
9.權利要求7的方法，其中所述孔型軋制以50-80%的斷面收縮率進行。
10.權利要求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利要求7-10中任一項的方法制造的鋼線。
12.權利要求11的方法，其中所述拉制以10-80%的斷面收縮率進行。
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備，就可以提供具有方向特性的盤條和鋼線。
文檔編號C21D8/06GK103201402SQ201180053756
公開日2013年7月10日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權日2010年11月10日
發(fā)明者金東炫, 李侑煥, 辛宇基 申請人:Posco公司