[發明專利]一種取向硅鋼的滲氮方法

有效

• 申請號: 200710039838.1
• 申請日: 2007-04-24
• 公開（公告）號: CN101294268A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 李國保;吳培文;劉獻東;沈侃毅;孫煥德;靳偉忠;金冰忠
• 申請（專利權）人: 寶山鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: C23C8/26
• 分類號: C23C8/26;C23C14/48;C23C14/54
• 代理公司: 上海東信專利商標事務所
• 代理人: 楊丹莉

技術領域

本發明涉及一種取向硅鋼的滲氮技術，特別涉及一種取向硅鋼的等離子滲氮技術方法。?

背景技術

取向硅鋼是指沿軋制方向具有高斯織構，即(110)[001]織構，的硅鋼板，它在軋制方向具有最優的磁性能。取向硅鋼的高斯織構是在冷軋板二次再結晶過程中形成的，而這個過程以抑制冷軋板初次再結晶為前提。抑制初次再結晶主要通過鋼中細小的沉淀相和偏析元素，所以取向硅鋼制造工藝的關鍵點之一就是如何形成尺寸、分布適宜的抑制劑。這些充當抑制劑的相在形成后，就不應在二次再結晶前的工藝中因分解或尺寸顯著變化而失效，目前常用的如AlN、MnS《何忠治編著.電工鋼(下).V0l.章節為7-3-5.1996：冶金工業出版社》等。?

取向硅鋼的制造技術按抑制劑的形成時間可以分為高溫制造工藝和低溫制造工藝。?

高溫制造工藝的應用歷史較長。它的工藝特征是在煉鋼時就加入了形成抑制劑所需的充分元素。它的技術特征是需要在熱軋前，高溫長時間地加熱板坯。具體而言，在用MnS作抑制劑的方法中板坯加熱溫度必須達1300℃以上，在用MnS和AlN作抑制劑的方法中必須達1350℃以上。實際生產中，為了讓板坯中心也達到溫度，爐內溫度甚至會設置到1400℃。形成鮮明對比的是，普通碳鋼的熱軋加熱溫度只在1250℃左右。?

取向硅鋼生產中的抑制劑是有尺寸要求的，只有在幾十納米尺度上的抑制劑才能起到作用，特別是20～40nm。而在鋼水凝固期間析出的MnS或AlN形態粗大，不能起到抑制晶粒長大的作用，所以要改變它的形態。要改變粗大的析出相的形態，首先就要使之固溶。這就是高溫制造工藝中采用熱軋前高溫加熱的原因。?

這種板坯的高溫加熱消耗了大量的能源，板坯表面的融化增加了加熱爐?的維修成本，并且在熱軋中容易形成嚴重邊裂，降低熱軋成材率。另一方面，為了控制在熱軋加熱期間固溶的抑制劑的析出形態，高溫制造工藝對隨后進行的熱軋、?；?、脫碳等工藝過程都有嚴格的控制要求。這也導致了高昂的制造成本、較低的成品率，并需要復雜的設備來實現。?

為了避免高溫制造工藝中的上述問題，近來在低溫制造工藝，即不需要高溫固溶處理的取向硅鋼制造技術上進行了大量研究。在這些方法中，抑制劑不僅僅靠煉鋼中加入的元素形成，還在加工過程中的適當階段形成抑制劑。目前最有應用意義的就是對鋼板進行滲氮處理。?

采用低溫滲氮工藝制造的取向硅鋼，其熱軋加熱溫度可降低到1250℃左右或以下。在這個溫度下，生產成本和成材率得到顯著改善。?

由浦項綜合制鐵株式會社申請的中國專利號為98800888.2的專利中，介紹了采用化學熱處理的方式滲氮方法，即將鋼板在氨氣氛中進行熱處理。滲氮的過程可以在脫碳時、脫碳后，或高溫退火時。在這些熱處理中，氨氣在鋼板表面分解。剛分解出的N元素具有活性，通過高溫下的熱運動就可以按一定比例進入鋼板表層，形成SiN或(Si、Mn)N等化合物。這些化合物具有較低的固溶溫度，所以在高溫退火中，固溶出的N元素會滲入鋼板內部與Al重新化合，再以AlN的形式再次析出。這些細小的AlN析出相就是所希望獲取的抑制劑形態。?

雖然該現有滲氮工藝在取向硅鋼的生產中已經獲得了應用，但存在以下局限性：?

第一，它對滲氮工藝前后的工藝的溫度、露點、氣氛等與鋼板表面質量相關的工藝參數提出了很高的控制要求。這是因為鋼板的表面質量對化學熱處理的效果影響顯著，并且化學熱處理滲入的氮是相對不穩定的。?

第二，滲氮效率低。因為化學熱處理滲入的氮需要靠熱能通過擴散進入鋼板，所以滲入的氮主要集中在表層，并且滲入速度相對較慢。?

第三、滲氮過程中，氨氣在管道、爐壁上的分解降低了氨氣的滲氮效率，同時因為對設備有滲氮效果，也加大了設備維護的難度。?

由于上述第一和第二個原因，使采用這種滲氮方法生產的產品具有有以下缺陷：?

1.由于所滲入的N高度集中于材料的界面上，所以抑制劑在沿厚度方向上是分布不均勻的，所以成品性能不穩定。

2.由于表層的N很容易返回到氣氛中去，所以最終從表層進入鋼板基體的N含量是不穩定的，所以產品性能波動較大。?

3.由于N最終進入基體的過程是一個緩慢的熱處理過程，所以形成的抑制劑必然形態較為粗大，一般在50nm以上，產品性能較高溫工藝的最高水平偏低。?

4.因為滲氮量高度依賴鋼板表面狀態，所以會因為表面氧化層或殘存油等分布的不均勻造成滲氮量在表面分布的不均勻，導致成品在二維平面上二次再結晶不均勻。?