技术领域
[0001] 本
发明涉及用于生产晶粒取向电工钢带的方法以及晶粒取向电工钢带。
背景技术
[0002] 若在本
申请中提及“电工钢带”，那么指的是通过辊轧具有合适组成的钢而制成的电工钢板和电工钢带以及由此分割出的
板坯或者裁切段，其规定用于生产用于电气工程应用的部件。
[0003] 这里，此处所说种类的晶粒取向电工钢带尤其适用于这样的应用，在这些应用中重点是特别低的
磁滞损耗(Ummagnetisierungsverlust)，并且对导磁率或者极化强度提出了高要求。这些要求尤其出现在用于功率
变压器，
配电变压器和较高价值的小型变压器的部件中。
[0004] 如例如在EP 1025268B1中详细说明的，在生产电工钢带的过程中通常首先将通常由具有(以重量％为单位)2.5至4％的Si，0.010至0.100％的C，最大0.150％的Mn，最大0.065％的Al和最大0.0150％的N，以及分别选择性的0.010至0.3％的Cu，最大0.060％的S，最大0.100％的P，分别最大0.2％的As，Sn，Sb，Te和Bi，其余为
铁和不可避免的杂质的钢浇铸为预制材料，如扁坯，薄扁坯或者浇铸带材。如果必须，那么将该预制材料进行
退火处理然后
热轧为热轧带材。
[0005] 将由此得到的热轧带材卷曲为卷材，然后必要情况下可以进行退火以及同样选择性进行的去鳞皮或者
酸洗处理。然后由该热轧带材一级或多级地辊轧得到
冷轧带材，其中在该多级的，在多个步骤中进行的冷轧中，必要情况下在冷轧步骤之间进行中间退火。
[0006] 所得到的冷轧带材通常接着经过脱
碳退火，以将该冷轧带材的碳含量最小化以避免
磁性老化。
[0007] 在
脱碳退火后在带材表面施加退火隔离层，该退火隔离层通常是MgO。该退火隔离层阻止了由该冷轧带材卷绕成的卷材的各圈在接下来进行的高温退火中彼此
焊接在一起。
[0008] 在通常在罩式
退火炉中在保护气中进行的高温退火过程中，在冷轧带材中通过选择性晶粒成长出现主要有利于磁性特性的组织结构。
[0009] 同时在高温退火过程中在带材表面形成镁橄榄石层，在专业文献中通常也被称作“玻璃膜”。
[0010] 此外通过在高温退火过程中进行的扩散过程清洁了钢材料。
[0011] 在高温退火之后将由此得到的、具有镁橄榄石层的扁钢产品涂覆绝缘层，热调整并且在最后的“最终退火”中进行应
力消除退火。该最终退火可以在将以前述方法制成的扁钢产品批量生产为后续加工所必需的裁切件之前或者之后进行。通过在将裁切件分离后进行的最终退火，可以消除在分离过程中产生的额外
应力。由此制造的电工钢带通常具有0.15mm至0.5mm的厚度。
[0012] 正如在WO 03/000951 A1中进一步说明的那样，可以额外通过设置在板材
基板上产生永久性拉应力的绝缘层来改善区域结构，以及此外在扁钢产品上产生横向于或斜向于辊轧方向的局部应力的刻痕线的处理也可以进一步改善晶粒取向电工钢带的磁性特性，都属于
现有技术。这种表面结构可以例如通过局部机械
变形(EP 0409 389 A2)、激光或
电子射线处理(EP 0008385 B1；EP 0100638 B1；EP 0571705 A2)或者
酸蚀出沟槽(EP 0539236 B1)来制造。
[0013] 此外，例如由EP 0225619 B1还已知，镁橄榄石
薄膜也对电工钢带的重要使用特性具有重要影响。由此，例如损耗、变压器中的噪声行为或者绝缘层的附着强度通过磁性活性的基材和绝缘层之间的镁橄榄石薄膜被影响。
[0014] 因此，在实际中对该镁橄榄石薄膜提出了以下要求：
[0015] -应通过与钢制基板的最优
啮合保证绝缘薄膜在基材上的附着强度。
[0016] -应在基材上施加拉应力，通过该拉应力极大改善电工钢带的磁性特性。
[0017] -应确保成品材料表面均匀的暗灰着色。
[0018] 通过在高温退火前施加在冷轧扁钢产品上的退火隔离层中添加化学添加剂来优化镁橄榄石薄膜的作用的方法例如在WO 95/25820 A1中进行了说明。
[0019] 同样已知的有，也能够通过钢制基板在生产晶粒取向电工钢带时在施加退火隔离层之前进行的过程步骤影响镁橄榄石薄膜的特性和作用。这里，指示参数是在罩式退火之前存在于钢制基板上的
氧化物层的组成，该氧化物层在根据现有技术实施的高温退火中促使可再生产的玻璃薄膜，在该高温退火之后进行消除应力退火以及选择性额外进行激光处理。
[0020] 在观察钢制基板在制造晶粒取向电工钢带时在施加退火隔离层和高温退火之前所具有的状态和由此产生的所得到的镁橄榄石薄膜的特性之间的关联时，技术文献中主要目光通常集中在镁橄榄石和钢制基板的啮合，因为在接下来的工作步骤中形成的由镁橄榄石薄膜和绝缘涂层形成的复合层的附着取决于此。
[0021] 由此例如在JP 2004/191217 A1中建议，利用基于傅里叶变换红外
光谱“FTIR”的研究来优化最上层的氧化物层，以改善绝缘层的附着强度。为此，将红外射线以所定义的
角度射到表面上并测量所发出的反射。因为在材料内部出现多重反射，取决于入射角度，只能测量氧化层的最上面部分。因此该方法只允许得到附着强度的结论，其它的特性，例如后续的拉应力不能由此确定。
[0022] 因此，在已经提到的JP 2004/191217 A1中或在其它的专业公开中，例如在Jung et al.发表于Surface Interface Analysis，2012，44，270-275的文章“Rapid quantitative analysis of fayalite and silica formed during decarburization of electrical steel”，中，或者同样是Jung et al.的，发表于Surface Interface Analysis，2013，45，1119-1128中的文章“Characterization of chemical information and morphology for in-depth oxide layers on decarburized electrical steel with glow discharge sputtering”中，讨论了与侵入性技术，例如rf-GDOES(脉冲射频
辉光放电光谱仪)或者湿化学的结合。但这些方法却不再允许关于氧化物层或者在其上制造出的镁橄榄石层的分子组成的结论，因为通过对表面的剥蚀破坏了分子组成。在与如在第二篇前述Jung et al的文章中所建议的
显微镜方法的组合中也无法给出能够以可以从中获得实际应用的直接结论的方式来说明氧化层的结论。
发明内容
[0023] 在现有技术的背景下提出了这样的目的，即给出一种用于生产晶粒取向电工钢带的方法，利用该方法可以目的性地在施加退火隔离层之前调整各个扁钢产品的表面结构，使得得到在待生产的电工钢带的磁性特性方面具有最优作用的镁橄榄石薄膜。
[0024] 本发明通过在生产晶粒取向电工钢带时根据在
权利要求1中给出的方法的说明来操作解决了该目的。
[0025] 本发明有利的设计方案在
从属权利要求中给出并且在后面与总体发明思想一起进行详细说明。
[0026] 根据本发明，在生产晶粒取向电工钢带时进行在现有技术中通常为此所设定的工作步骤。其包括：
[0027] a)
熔化钢熔融物，其具有(重量％为单位)2.0至4.0％的Si，0.010至0.100％的C，最大0.065％的Al和最大0.020％的N，以及分别选择性的最大0.5％的Cu，最大0.060％的S，和同样选择性的分别最大0.3％的Cr，Mn，Ni，Mo，P，As，Sn，Sb，Se，Te，B或Bi，其余为铁和不可避免的杂质；
[0028] b)将该钢熔融物浇铸为预制材料，如扁坯，薄扁坯或者浇铸带材；
[0029] c)将该预制材料热轧为热轧带材；
[0030] d)将该热轧带材卷绕为卷材；
[0031] e)对热轧带材进行选择性退火；
[0032] f)在一个或多个冷轧步骤中将该热轧带材冷轧为冷轧带材；
[0033] g)将该冷轧带材进行氧化退火/初次重结晶退火，其中该工作步骤选择性包括氮化处理并且其中该冷轧带材在该氧化退火/初次重结晶退火之后在其表面上具有氧化物层；
[0034] h)在冷轧带材的具有氧化物层的表面上施加退火隔离层；
[0035] i)将涂覆有退火隔离层的冷轧带材进行高温退火从而在经过退火的冷轧带材表面形成镁橄榄石层；
[0036] j)将绝缘层施加在冷轧带材具有镁橄榄石层的表面上；
[0037] k)将该冷轧带材进行最终退火；
[0038] l)选择性激光处理该冷轧带材。
[0039] 显而易见，根据本发明的方法也可以包括另外的在电工钢带的传统生产中所实施的工作步骤，以达到最优化的磁性特性或者对于实际应用重要的特性。其包括比如重新加热钢浇筑之后所得到的预制品，在冷轧之前给热轧带材去鳞皮或者当多级实施冷轧时分别在各个冷轧阶段之间以传统方式实施的中间退火。
[0040] 这里，对于在生产电工钢带时在施加退火隔离层之前得到各个扁钢产品的表面结构来说，该表面结构实现了在待生产的电工钢带的磁性特性方面具有最优作用的镁橄榄石薄膜的可靠产生，决定性的是，根据本发明，
[0041] -在工作步骤g)之后利用漫反射傅里叶变换红外光谱得出存在于冷轧带材表面上的氧化物层的光谱，
[0042] -通过积分确定在得到的光谱中在980cm-1时出现的、代表在氧化层中存在的Fe2SiO4分子，也叫做“铁橄榄石分子”的峰的面积“面积(Fe2SiO4)”，
[0043] -通过积分确定在得到的光谱中在1250cm-1时出现的、代表在氧化层中存在的αSiO2分子的峰的面积“面积(αSiO2)”
[0044] 并且
[0045] -如此调整钢的组成(工作步骤a))或者选择性进行的热轧带材退火(工作步骤e))的参数，冷轧(工作步骤f))或者氧化退火/初次重结晶退火(工作步骤g))的参数，使得面积(αSiO2)和面积(Fe2SiO4)满足下列条件
[0046] 0.5×面积(Fe2SiO4)≤面积(αSiO2)≤2×面积(Fe2SiO4)。
[0047] 本发明由这样的认知出发，即，一方面镁橄榄石薄膜在钢制基板上的附着强度仅通过氧化物层最上方的
原子层来控制，而与此相对，转移到基材上的应力仅能够以一定的限度改变。但为了进一步提高拉应力，例如必须在使用基本由MgO组成的退火隔离层时，在由该退火隔离层构成的镁橄榄石薄膜内部改变SiO4四面体基质中Mg原子的形态学排布。
[0048] 为此，根据本发明的认知所必要的是，不仅仅要控制近表
面层的分子组成和氧化物层的原子组成，而且要以分子的形式表征并目的性影响整个氧化物层。
[0049] 为了保证这一点，根据本发明，利用所谓的“漫反射傅里叶变换红外光谱”，也简称作“DRIFT法”表征氧化物层。在DRIFT法中将红外光射线利用凹面镜对准至试样表面上并同样利用凹面镜探测反射光(参见Beasley et al.,"Comparison of transmission FTIR,ATR and DRIFT spectra",Journal of Archeological Science,46卷,2014年6月,16-22页)。这实现了位于更深层的氧化物层的分析并由此实现了氧化物层中分子占比的深入分析。基于DRIFT研究的结果，在扁钢产品接下来的加工中如此调整过程参数，使得在钢制基板上形成对于具有最优
附着力并同时最优地施加高拉应力的镁橄榄石薄膜的出现有利的氧化物层。
[0050] 应持续检测在冷轧之后出现在扁钢产品表面上的氧化物层的DRIFT光谱的分析，以便一方面来为每个批次的电工钢带获得相关扁钢产品整个表面上的氧化物薄膜
质量。另一方面，根据本发明由DRIFT光谱得出的信息实现了优化电工钢带接下来的批次的生产结果。如果从DRIFT光谱中得出，α-SiO2分子和铁橄榄石(Fe2SO4)分子份额的比例不符合根据本发明的设定，那么为此对根据本发明的方法的进行至施加退火隔离层之前所进行的工作步骤进行匹配。也就是说，如此调整钢的分析组成，热轧带材退火的参数，冷轧的参数和氧化退火/初次重结晶退火参数，使得满足根据本发明对在DRIFT光谱中显示的分子份额所提出的条件：
[0051] 0.5×面积(Fe2SiO4)≤面积(αSiO2)≤2×面积(Fe2SiO4)。
[0052] 这里，氧化退火/初次重结晶退火可以以在实践中已知的方式与将钢制基板中的C含量最小化的脱碳退火和同样选择性以本身同样已知的方式实施的氮化处理相结合，该氮化处理的目的是提高钢制基板中的N含量。
[0053] 这里，对于代表着α-SiO2分子和Fe2SO4分子的份额的峰来说，可以以本身已知的方式(参见Foley,"Equations for chromatographic peak modeling and calculation of peak area",Analytical Chemistry,第59卷,1987年8月1日,1984–1985页)以由各个峰和其基线所围成的面积来确定面积(αSiO2)和面积(Fe2SiO4)，其中基线的启示与终止通过各个峰的两个脚点F1，F1'；F2，F2'，也就是说光谱的走向在此处过渡到各个峰中的点来确定(参见图1)。
[0054] 通常，在根据本发明的方法中，将冷轧(工作步骤f))在至少三个冷轧步骤中进行，其中在冷轧步骤之间通常以本身已知的方式进行中间退火，以去除在各个先前进行的冷轧步骤中产生的冷作硬化并为接下来的
轧制步骤保证可辊轧性。同样地，在根据本发明的方法的实践实施中，将热轧带材以同样已知的方式选择性进行热轧带材退火，以保证最优的可冷轧性。
[0055] 在冷轧之后得到的冷轧带材上的氧化物层的特性可以通过在工作步骤a)中熔化的钢组分以及在考虑各个相应后续的根据本发明的规定的情况下对选择性的热轧带材退火的参数的调整，冷轧参数的调整以及氧化退火/初次重结晶退火参数的调整得以影响，其中相关的措施可以彼此结合或者彼此替代地使用：
[0056] -在进行热轧带材退火(工作步骤e))的情况下，根据下列方程式来确定特性值kH：
[0057] kH＝Tmax/(8×DPmax+10×K)
[0058] 其中，Tmax：℃为单位给出的最大热轧带材退火
温度,
[0059] DPmax：最大达到的、℃为单位给出的环境
露点温度，在该环境中进行热轧带材退火，
[0060] K：在热轧带材退火后进行的700-400℃温度范围内的冷却中以℃/s为单位给出的冷却速率。
[0061] -根据下列方程为冷轧(工作步骤f))确定特征值kC：
[0062] kC＝Tob/(2×Ab)
[0063] 其中，Tob：℃为单位给出的、最后三个辊轧道次中的表面温度，
[0064] Ab：通过最后三个辊轧道次得到的以％给出的冷轧带材厚度的总压下率。
[0065] -根据下列方程为氧化退火/初次重结晶退火(工作步骤g))确定特征值kOx：
[0066] kOx＝Tox/(5×DPox)
[0067] 其中，Tox：在具有选择性的氮化部分的氧化退火/初次重结晶退火中最大达到的、℃为单位给出的温度，
[0068] DPox：最大达到的、℃为单位给出的氛围露点温度，在该氛围环境中进行氧化退火/初次重结晶退火。
[0069] 然后如此调整根据本发明的方法的工作步骤a)，f)，g)的参数Tmax,DPmax,K,Tob,Ab,Tox和DPox以及根据本发明加工的钢制基板的组成，使得特征值kH,kC和kOx满足条件[0070] (1)％Sn/％Cu≤kC≤3×(％Sn/％Cu+％Cr+kH)
[0071] (2)1/4×(kH+kC+％Sn/％Cu)≤kOx≤2×(kH+kC+％Sn/％Cu+％Cr)
[0072] 并且，如果进行了热轧带材退火,
[0073] (3)γ1150/100×3≤kH≤γ1150/100×15
[0074] 其中
[0075] γ1150＝694x％C–23x％Si+64.8
[0076] 并且其中％C是钢熔融物的C含量，％Sn是钢熔融物的Sn含量，％Cu是钢熔融物的Cu含量，％Cr是钢熔融物的Cr含量，分别以重量％为单位给出。
[0077] 参数γ1150是按照百分比计算的alpha/gamma转化，其在EP0600181中有说明。
[0078] 令人惊奇地可以看到，当根据本发明加工的钢制基板如EP 0950120 A1中所说明的那样经过氮化过程时，根据本发明的规定制造的氧化层强化了氮到钢基材中的扩散。
[0079] 对于根据本发明的目的来说，尤其适合的是这样的传统的退火隔离层，对于根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其绝大部分，也就是说通常至少85重量％由MgO组成。
[0080] 原则上可行的有，在连续过程中进行高温退火。在所追求的磁性特性的优化和根据本发明制造的电工钢带的实际适用性方面，已经证明以罩式退火形式进行的高温退火(工作步骤i))是特别有利的。这里，高温退火的温度通常为对此本身已知的1000-1250℃的温度范围内。
[0081] 与前述说明相对应地，根据本发明的晶粒取向电工钢带包括冷轧的钢制基板，其由组成如下的钢组成(单位为重量％)：2.0至4.0％的Si，0.010至0.100％的C，最大0.065％的Al和最大0.020％的N，以及分别选择性的最大0.5％的Cu，最大0.060％的S，和同样选择性的分别最大0.3％的Cr，Mn，Ni，Mo，P，As，Sn，Sb，Se，Te，B或Bi，其余为铁和不可避免的杂质，其中在该钢制基板上有镁橄榄石薄膜，其特征在于，该薄膜在利用漫反射傅里叶变换红外光谱得出的光谱中，在977cm-1的
波数时具有比在984cm-1的波数时更高的峰。这种电工钢带尤其可以通过使用根据本发明的方法来制造。
[0082] 根据本发明所得到的电工钢带的碳含量通常至少为0.01重量％，但由于在其生产中进行的过程步骤，尤其是在相应进行选择性的脱碳退火时，也可以更低。
附图说明
[0083] 下面用
实施例进一步说明本发明。图中：
[0084] 图1示出了位于根据本发明试样和不根据本发明的试样上的氧化物层的DRIFT光谱；
[0085] 图2示出了位于根据本发明试样和不根据本发明的试样上的镁橄榄石薄膜的DRIFT光谱。
具体实施方式
[0086] 将具有表1中所示的组成的熔融物A-F熔化并浇铸成65mm的带，从该带上分离下薄板坯作为预制产品。
[0087] 在28个试验中，由薄板坯以下面说明的方式生成用于生产晶粒取向电工钢带的冷轧带材。
[0088] 在重新加热至通常为1170℃的重新加热温度后，将薄板坯热轧为具有通常为2.3mm厚度的热轧带材，然后将该热轧带材卷绕为卷材。卷绕温度在这里通常为540℃。
[0089] 然后对各个热轧带材进行热轧带材退火，在该热轧带材退火中将各个热轧带材在最大温度Tmax下，在具有Dpmax的最大露点温度的氛围中充分加热并在该热轧带材处理后将各个热轧带材以冷却速率K冷却至室温。
[0090] 然后将热轧带材在五个道次中分别冷轧为冷轧带材。这里测得冷轧带材在冷轧带材的最后三个道次中的平均表面温度Tob以及通
过冷轧带材最后三个道次所达到的总厚度减少Ab。
[0091] 对冷轧后得到的冷轧带材进行组合退火处理，其中在最大露点温度为Dpdec的氛围中和最大退火温度Tdec下进行脱碳，在最大退火温度Tox下和最大露点Dpox下进行氧化退火/初次重结晶退火，以及在一些选出的试样中在最大温度Tnit下，在最大露点为Dpnit的氛围中进行氮化处理。
[0092] 在由此得到的冷轧带材上分别存在氧化物层，对每个氧化物层分别建立DRIFT光谱。
[0093] 额外地，为这些试样确定特征值kH，kC和kOx以及面积“面积(Fe2SiO4)”和“面积(αSiO2)”，这些面积由属于Fe2SiO4分子和αSiO2分子的、在波数980cm-1(Fe2SiO4分子)和波数1250cm-1(αSiO2分子)的峰处所占据，并确定比值“面积(Fe2SiO4)/面积(αSiO2)”。面积(Fe2SiO4)/面积(αSiO2)这一比值位于0.5-2范围内的试样满足本发明的要求。
[0094] 然后在冷轧带材上设置退火隔离层，该退火隔离层最大90％由MgO组成。
[0095] 将如此涂层的冷轧带材进行以罩式退火形式进行的高温退火，其最高温度为1200℃。这里，首先将冷轧带材以本身已知的方式在由最多75体积％的氢和25体积％的氮组成的氛围中保持，然后在清洁阶段，在由最多100体积％的氢组成的氛围中保持。
[0096] 在冷却后，试样上分别存在镁橄榄石薄膜，分别再建立其DRIFT光谱。在为28个试样建立的镁橄榄石薄膜DRIFT光谱中确定波数977cm-1和波数984cm-1处的峰高并与彼此比较。波数977cm-1处峰高小于波数984cm-1处峰高的试样不符合本发明。
[0097] 在表2中为表1中所示的、组成各个试样钢制基板的
合金A-F的实例1-28示出了热轧带材退火的温度Tmax和最大露点Dpmax，接下来的冷却的冷却速率K，在冷轧最后三个道次中的冷轧带材平均表面温度Tob以及通过冷轧最后三个道次所达到的总厚度减少Ab，脱碳退火的最大露点Dpdec和最大退火温度Tdec，氧化退火/初次重结晶退火的最大退火温度Tox和最大露点Dpox，选择性进行的氮化处理的最大温度Tnit和最大露点Dpnit。
[0098] 表3中为实例1-28示出了特征值kH，kC和kOx以及值“面积(Fe2SiO4)”和“面积(αSiO2)”，比值F/αS,也就是说比值“面积(Fe2SiO4)/面积(αSiO2)”，波数977cm-1和波数984cm-1处的峰高，977-984差值，也就是说“波数977cm-1处的峰高”减去“波数984cm-1处的峰高“。额外地在表3中还突出了实例1-28中的哪些是符合本发明的以及哪些不是。
[0099] 通过在试样1-28上得到的镁橄榄石薄膜施加各个相应钢制基板上的拉应力在根据本发明的试样中通常为6MPa。
[0100] 对试样1-28进行的所有测量以传统的测量装置进行。对于在脱碳退火后的状态中以及在罩式退火之后的状态中进行的FTIR测量使用的是Bruker公司的Bruker Tensor 27，并且对于DRIFT测量使用的是HARRICK SCIENTIFIC PRODUCTS INC生产的“Praying Mantis”附件。
[0101] 图1中以实线代表符合本发明的试样11并以虚线代表不符合本发明的试样18，示出了测得的在设置退火隔离层之前存在的氧化物层的DRIFT光谱。
[0102] 图2中以实线代表符合本发明的试样11并以虚线代表不符合本发明的试样18，示出了测得的在高温退火之后存在的镁橄榄石层的DRIFT光谱。
[0103] 熔融物 C Si Cr Cu SnA 0.04 3.07 0.069 0.18 0.061
B 0.04 3.12 0.023 0.068 0.079
C 0.04 3.252 0.039 0.071 0.116
D 0.04 3.16 0.014 0.069 0.081
E 0.04 3.21 0.11 0.013 0.048
F 0.04 3.19 0.055 0.006 0.05
[0104] 数据以重量％给出，其余为铁和不可避免的杂质
[0105] 表1
[0106]
[0107] 表2
[0108]
