CN102650014A - 方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种方向性电磁钢板的制造方法，该方法具备：对下述板坯进行加热的工序，所述板坯含有Si：2.0质量％～7.0质量％、C：0.04质量％～0.07质量％、酸可溶性Al：0.015质量％～0.035质量％、Mn：大于0质量％且在0.20质量％以下、N：大于0质量％且在0.003质量％以下、S：大于0质量％且在0.003质量％以下；对所述板坯进行热轧而形成第1轧制板的工序；对所述第1轧制板进行冷轧而形成第2轧制板的工序；对所述第2轧制板同时进行脱碳和氮化的脱碳及氮化退火工序；和最终退火工序。在所述脱碳及氮化退火工序中，使进行该工序的炉的前半部的所述气氛中的所述氨的浓度低于所述炉的后半部的所述气氛中的所述氨的浓度。

Description

方向性电磁钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及用作各种变压器及发电机这样的大型回转机械等电子设备的铁心材料的磁性优良的方向性电磁钢板的制造方法。 

背景技术

方向性电磁钢板由钢板面的结晶方位为{110}面、轧制方向的结晶方位与<001>轴平行的具有所谓高斯织构(Goss texture)的晶粒构成。因此，此种方向性电磁钢板是其轧制方向的磁特性非常优异的软磁性材料。为了得到如此的{110}<001>织构，一般而言，重要的是在非常严格的控制下进行板坯的加热、热轧、热轧板退火、1次再结晶退火及最终退火等工序，且严格控制构成板坯的各成分的量。 

在方向性电磁钢板的制造方法中，采用晶粒生长抑制剂(以下称为“抑制剂”)来抑制1次再结晶晶粒的生长，通过从该抑制了生长的状态的晶粒中选择性地使{110}<001>方位的晶粒生长，得到2次再结晶组织。该2次再结晶组织的结晶方位越整齐，制造的电磁钢板越显示优异的磁特性。所以，抑制剂是非常重要的。而且，在最终退火工序中，能够从抑制了生长的晶粒中优先稳定地使{110}<001>方位的晶粒生长(以下称为“2次再结晶”)是方向性电磁钢板制造技术的的核心。 

抑制剂利用微细的析出物或偏析元素。在最终退火工序中，直到2次再结晶的生长开始之前，为了抑制所有1次再结晶晶粒的生长，必须以充分的量和适当的尺寸将这样的析出物均匀地分布在钢板内。所以，在最终退火工序中，在升温时，直到2次再结晶的生长开始之前的温度，抑制剂都需要保持热稳定，不能被容易地分解。在最终退火工序中，2次再结晶开始生长是下述情况的结果，即，这样的抑制剂因温度升高而生长肥大化或被分解，而且抑制1次再结晶晶粒的生长的功能消失。此时，在比较短的时间内引起2次再结晶的晶粒生长。 

作为满足上述条件且目前被广泛商业利用的抑制剂，例如有硫化锰(MnS)、氮化铝(AlN)、硒化锰(MnSe)等。以下，对采用这些抑制剂时的制造方法进行说明。 

作为只利用MnS作为抑制剂来制造电磁钢板的代表性的公知技术，例如有专利文献1中提示的技术。在该制造方法中，通过进行包含中间退火的2次冷轧，得到了稳定的2次再结晶组织。可是，在该方法中，具有因进行2次冷轧而使制造成本增高的问题。另外，在只利用MnS作为抑制剂的方法中，制造的电磁钢板不能得到高的磁通密度。对于方向性电磁钢板，一直要求高磁通密度。这是因为，如果采用磁通密度高的制品作为铁心，可进行电器设备小型化。基于这样的理由，不断进行提高磁通密度的研究开发。 

有同时采用MnS和AlN作为抑制剂来制造方向性电磁钢板的方法。作为代表性的公知技术，例如有专利文献2中提示的技术。在该制造方法中，以80％以上的高轧制率、通过1次冷轧得到磁通密度高的制品。具体而言，该方法由高温板坯加热、热轧、热轧板退火、冷轧、脱碳退火及最终退火等一连串的工序构成。这里，所谓最终退火工序，指的是通过以将轧制板卷绕成卷的状态产生上述2次再结晶的生长，使{110}<001>方位的晶粒发达的工序。在如此的最终退火工序中，虽怎样的抑制剂都可采用，但要通过在退火前将以氧化镁(MgO)为主成分的退火分离剂涂布在钢板表面来防止钢板彼此附着。另外在该最终退火工序中，在脱碳退火时，形成于钢板表面上的氧化物层和退火分离剂反应，形成玻璃质被膜，为钢板提供绝缘性。这样，在专利文献2中所述的方法中，通过最终退火对具有在{110}<001>方位聚齐的晶粒的钢板最后实施绝缘涂层，制造最终制品。 

在专利文献3中记载了例如采用MnSe和锑(Sb)作为抑制剂制造方向性电磁钢板的方法。该制造方法由板坯高温加热、热轧、热轧板退火、1次冷轧、中间退火、2次冷轧、脱碳退火及最终退火等工序构成。该方法具有制造的电磁钢板可得到高磁通密度的优点。但是，由于进行2次冷轧，且采用高价的Sb及Se作为抑制剂，因此制造成本高。此外，由于这些元素具有有毒性，因此作业性差。 

此外，上述专利文献1～3所述的方法含有以下的问题。也就是说，在 专利文献1～3所述的方法中，只有通过对板坯长时间进行再加热，才能在高温下使该板坯中所含的MnS或AlN等固溶，在热轧后的冷却过程中出现微细的析出物，其具有作为抑制剂的功能。因此，必须在高温下对板坯进行加热。具体而言，在采用MnS作为抑制剂时，通过在1300℃以上的温度下对板坯进行再加热，在采用MnS+AlN作为抑制剂时，通过在1350℃以上的温度下对板坯进行再加热，在采用MnSe+Sb作为抑制剂时，通过在1320℃以上的温度下对板坯进行再加热，由此可以得到具有高磁通密度的电磁钢板。实际上，在工业生产电磁钢板时，实际情况是：考虑到板坯的大小等，为了直到板坯的内部都得到均匀的温度分布，将板坯加热到大致1400℃。但是，如果如此在高温下对板坯进行长时间加热，则使用热量增加，制造费用提高。此外，因板坯的表面部达到熔融状态并流出，而要花费加热炉的维修费用，有加热炉的寿命缩短的可能性。特别是，在板坯的柱状晶组织因长时间的高温加热而粗大地生长时，有在后续的热轧工序中在钢板的宽度方向产生裂纹，使实际收率显著降低的可能性。 

因此，如果能够通过降低板坯的再加热温度来制造方向性电磁钢板，则可在制造成本和实际收率方面带来许多有益的效果。所以，研究了不采用固溶温度高的MnS作为抑制剂的新方法。作为此方法，有作为氮化处理已知的方法。该方法不是只从板坯中所含的元素生成抑制剂，而通过在制造工序中的适当的工序中从钢板外注入氮来形成氮化物的技术。在该方法中，因能够降低板坯的再加热温度而可解决上述问题点，利用在钢板达到最终厚度以后进行氮化处理的方法来制作成为抑制剂的氮化物。该制造技术通常被称为利用低温板坯加热方式的方向性电磁钢板制造技术。 

作为氮化处理方法，已知有在脱碳工序后在具有氮化能力的气体气氛下对钢板进行氮化的方法、使具有氮化能力的化合物包含在退火分离剂中然后涂布在钢板上的方法、在退火工序的升温期间使具有氮化能力的气体包含在气氛气体中然后进入钢板的中心部的方法等各式各样的方法。其中，在脱碳工序以后在具有氮化能力的气体气氛中对钢板进行氮化的方法最为普及。 

例如，在专利文献4及专利文献5中提出了在脱碳工序以后，用与该脱碳工序不同的氮化工序，采用氨气向钢板内部供给氮，形成Al系氮化物 的方法。 

另一方面，在专利文献6中提示了同时进行脱碳退火和氮化退火的方法。另外，在专利文献7中提示了采用与上述专利文献6不同的成分体系同时进行脱碳退火和氮化退火的方法。 

此外，在专利文献8中提出了优先进行脱碳退火，在晶粒直径生长到某程度以上后，利用氨气进行氮化退火的方法。 

在上述的专利文献4～8中，在作为2次再结晶的抑制剂发挥作用的AlN部分被溶体化的温度范围进行板坯的加热。但是，当在AlN部分被溶体化的温度下进行板坯加热时，热轧板的晶粒的尺寸分布产生大的差。这样的差结果成为诱发1次再结晶板的晶粒直径分布的差，对完成了最终退火的制品的磁性产生不良影响的一个主要原因。不仅如此，即使在采用AlN作为主抑制剂时，MnS也对1次再结晶粒径产生影响，因此MnS是否完全被溶体化也对1次再结晶粒径的分布产生影响，因此是重要的。 

此外，在专利文献9及专利文献10中，公开了通过将板坯的再加热温度规定为1200℃以上的温度，在从脱碳退火后到通过最终退火2次再结晶开始生长的期间进行氮化处理，制造1次再结晶晶粒的平均粒径为7μm～18μm的电磁钢板的制造方法。在上述专利文献9及10中记载，当在板坯的再结热温度为1200℃以下、且抑制剂完全溶体化的温度条件下制造电磁钢板时，1次再结晶的晶粒直径为26.2μm，不发生2次再结晶，不能确保磁性。这样，在1次再结晶的晶粒长大时，晶粒直径的分布也广，因此引起不均匀的2次再结晶的生长，能够对磁性施加不良影响。 

此外，在专利文献11中，公开了通过将板坯加热到1200℃以下的温度，与脱碳同时进行氮化，形成以(Al、Si)N作为主要组成的抑制剂而制造方向性电磁钢板的方法。在该专利文献11中，作为板坯的再加热温度，提出了不完全使Al溶体化的条件，可是，因N含量多到0.0030～0.010％，而因该N含量的增加使含有Al的抑制剂的溶体化不完全，不析出地残留在钢板中。 

上述的利用氨气的氮化方法是采用氨在大约500℃以上被分解成氢和氮的性质的方法。在该方法中，因氨分解而生成的氮进入钢板内部，进入到钢板内部的氮与已经存在于钢板内的Al、Si、Mn等反应，形成氮化物。 可采用该形成的氮化物作为抑制剂。在此时形成的氮化物中，可用作抑制剂的为AlN和(Al、Si、Mn)N的Al系氮化物。 

在上述专利文献4～11所述的方法中，都是通过在低温下对板坯进行加热，采用对钢板具有氮化能力的物质或气体使钢板内部的物质氮化，在钢板内部形成新的析出物，从而制造方向性电磁钢板的方法。如所述，具有氮化能力的气体以氨为代表。在脱碳退火结束后采用氨进行氮化时的作用和问题点如下。 

利用氨气的分解的氮化只要在氨气的分解温度即500℃以上就可进行。可是，在接近500℃的温度下，在钢板内氮的扩散速度非常慢，因此氮化需要长时间。另一方面，如果达到超过800℃的温度，则氮化变得容易，但1次再结晶容易生长。所以，钢板内的晶粒分布不均匀，2次再结晶的发达不稳定。因此，认为适当的氮化温度范围为500～800℃。可是，如果因氮化温度低而使氮化处理时间太延长，则生产率下降。因此，可在实际的氮化温度为700～800℃的范围下进行。专利文献12中记载了基于如此的思想进行氮化的方法。 

在该温度范围，氨的分解反应和氮的扩散活跃。因此，为了使钢板中的氮量处于所希望量，需要非常严格地控制氮化条件。也就是说，氮化量由氨浓度、氮化温度及氮化时间来决定。因此，必须通过这些条件的组合来决定适当的氮化量。如果考虑到生产率，由于必须以短时间进行氮化，因此最好氨浓度和氮化温度高。但是，在这种情况下，因短时间进行氮化而主要使钢板表面部上的氮浓度增高。所以，在钢板内，氮化量的部位偏差非常大。也就是说，在钢板中心部几乎没有被氮化，即使在表面部，氮化量也因其位置而不同，氮化量不均匀。 

此外，钢板状态对氮化量的影响也较大。作为代表性的例子，可列举出钢板的表面粗糙度、晶粒直径、化学组成。 

如果表面粗糙度大，则因钢板与气氛气体接触的面积扩大，而产生氮化量的偏差。

如果晶粒直径小，则单位面积的晶界增多。在这种情况下，与晶粒内的扩散相比，先产生经由晶界的氮的扩散，因此产生氮化量的偏差。 

对于化学组成，根据钢板内的元素中的容易制造氮化物的元素的相对 量，也能产生氮化量的偏差。这样的氮化量的偏差导致发生最终的被膜的缺陷。但是，该被膜的缺陷如专利文献13中所提示，可通过最终退火的气氛及热处理温度的组合来解决。 

所以，最好钢板的表面粗糙度小、且晶粒直径大。 

最终退火过程如前所述是得到具有{110}<001>方位的2次再结晶组织的步骤，是非常重要的工序。特别是，在脱碳后进行氮化的专利文献12提出的方法中，在对氮化退火后生成的析出物进行最终退火的过程中，包含使该析出物相变的过程。氮化后生成的析出物是Si₃N₄或(Si、Mn)N的析出物。这些析出物因热不稳定而容易被分解。所以，这样的析出物由于没有满足上述的抑制剂应具有的条件，而不能用作抑制剂。所以，如果将这些析出物变成AlN或(Al、Si、Mn)N这样的热稳定的析出物，则可作为抑制剂发挥作用。在脱碳后，在因氮化退火的方式而形成氮化物时，如果在后道工序即最终退火工序中在700～800℃的温度下至少保温4小时以上，则相变成可用作抑制剂的析出物。但是，在该方法中最终退火工序长，必须非常严格地控制工序。因此，在制造成本方面也非常不利。 

为了解决如此的问题，在专利文献14记载了同时实施脱碳和氮化的方法。但是，在该专利文献14记载的方法中，由于同时实施脱碳和氮化，因此与脱碳后进行氮化的工序相比，1次再结晶板的晶粒直径减小。因此，在最终退火过程中开始2次再结晶的温度降低，发生具有{110}<001>以外的方位的2次再结晶晶粒的概率提高。其结果是，在最终退火完成后，有2次再结晶的{110}<001>集成度变差，磁特性劣化的问题。 

在专利文献15中公开了一种方向性电磁钢板的制造技术，其中，通过以即使在板坯加热时将作为抑制剂发挥作用的AlN完全溶体化、也能够增大1次再结晶板的晶粒直径的方式，将板坯成分中的氮含量和硫含量控制在非常低，并使对1次再结晶粒径产生影响的MnS也完全溶体化而使1次再结晶粒径均匀化，并同时进行脱碳和氮化，由此可以制造磁性优异的方向性电磁钢板。 

先行技术文献 

专利文献 

专利文献1：日本特开昭30-3651号公报 

专利文献2：日本特开昭40-15644号公报 

专利文献3：日本特开昭51-13469号公报 

专利文献4：日本特开平01-230721号公报 

专利文献5：日本特开平01-283324号公报 

专利文献6：韩国专利申请97-43184号公报 

专利文献7：韩国专利申请97-28305号公报 

专利文献8：日本特开平03-2324号公报 

专利文献9：韩国专利申请2001-031104号公报 

专利文献10：日本特开平12-167963号公报 

专利文献11：日本特开平02-294428号公报 

专利文献12：韩国专利申请95-4710号公报 

专利文献13：韩国专利申请97-65356号公报 

专利文献14：韩国专利申请98-58313号公报 

专利文献15：韩国专利申请2006-0135111号公报 

发明内容

发明要解决的问题 

但是，在同时进行脱碳和氮化的以往的方法中，由于从脱碳氮化炉的前半部与脱碳并行地进行氮化，因此在前半部在钢板中产生氮化物，因而抑制剂的效果增大。其结果是，在脱碳氮化炉前半部，脱碳的结果是应进行的晶粒生长被抑制。因此，不能产生1次再结晶的充分生长，因而存在不能暂时地使再结晶粒径增大的问题。 

本发明是鉴于上述事情而完成的，其目的是提供一种制造磁性优良的方向性电磁钢板的方法，其中，在同时进行脱碳和氮化的工序中，不易引起脱碳氮化工序的前半中的氮化反应，脱碳反应成为优势，通过促进1次再结晶晶粒的生长，使1次再结晶粒的粒径增大，从而制造方向性电磁钢板。 

用于解决问题的手段 

本发明为了通过解决上述课题实现所述目的，采取了以下的手段。 

(1)本发明的一形态的方向性电磁钢板的制造方法，具备以下工序： 对下述板坯进行加热的工序，所述板坯含有Si：2.0质量％～7.0质量％、C：0.04质量％～0.07质量％、酸可溶性Al：0.015质量％～0.035质量％、Mn：大于0质量％且在0.20质量％以下、N：大于0质量％且在0.003质量％以下、S：大于0质量％且在0.004质量％以下，剩余部分包含Fe及其它不可避免的杂质；对所述板坯进行热轧而形成第1轧制板的工序；对所述第1轧制板进行冷轧而形成第2轧制板的工序；对所述第2轧制板在含有氨、氢及氮的气氛中同时进行脱碳和氮化的脱碳及氮化退火工序；和进行退火的最终退火工序；在所述脱碳及氮化退火工序中，使进行脱碳及氮化的炉的前半部的第1气氛中的氨的浓度低于所述炉的后半部的第2气氛中的氨的浓度。 

(2)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，在所述脱碳及氮化退火工序中，可以使从所述炉的外部吹入所述炉的所述前半部的气氛气体的氨的比例低于从所述炉的外部吹入所述炉的所述后半部的气氛气体的氨的比例。 

(3)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，在所述脱碳及氮化退火工序的升温过程中，可以以40℃/秒～200℃/秒的加热速度在550℃～720℃的温度区进行加热。 

(4)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，在所述脱碳及氮化退火工序中，退火温度可以在800℃～950℃。 

(5)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，所述板坯的加热温度可以在1050℃～1250℃。 

(6)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，关于所述第1轧制板，含有N的析出物的摩尔分率可以大于0％且在0.015％以下，含有S的析出物的摩尔分率可以大于0％且在0.007％以下。 

(7)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，所述最终退火工序中，可以根据在所述脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶的平均粒径确定最终退火温度。 

(8)在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，可以将在所述脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶晶粒的平均粒径控制为达到20μm～32μm，而且，将所述最终退火工序中的最终退火温度控制在1000℃ ～1150℃的温度。 

发明效果 

在上述(1)所述的方向性电磁钢板的制造方法中，将板坯中的N含量控制在较低水平，且将板坯加热到析出物完全溶体化的温度以上，因而能够使1次再结晶的粒径均匀并增大。特别是，在板坯的N含量低时，冷轧前的初期晶粒直径变得粗大。因此，在1次再结晶板中，具有{110}<001>方位的晶粒数增加，而2次再结晶粒径减小。其结果是，能够制造磁通密度高、铁损低的方向性电磁钢板。 

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的方向性电磁钢板的制造方法中的工序流程的图示。 

图2是示意性地表示进行脱碳及氮化退火的炉子的图示。 

具体实施方式

以下，对本发明的一实施方式的方向性电磁钢板的制造方法进行详细说明。 

本实施方式的方向性电磁钢板的制造方法具备以下工序：制造含有规定量的规定元素且剩余部分包含Fe及其它不可避免的杂质的板坯，对该板坯进行加热的工序；通过对被加热的板坯进行热轧而形成第1轧制板的工序；通过对第1轧制板进行冷轧而形成第2轧制板的工序；对第2轧制板同时进行脱碳和氮化的脱碳及氮化退火工序；和最终退火工序。此外，在热轧和冷轧之间，也可以进一步具备对第1轧制板进行退火的热轧板退火工序。 

在本实施方式的制造方法中，氮化与脱碳同时进行，通过氨气分解而产生的氮进入到钢板的内部，形成氮化物。在脱碳后进行氮化的方法中，通常在700～800℃的温度进行氮化。而在同时进行脱碳和氮化的方法中，例如，在800～950℃的温度、且在氨+氢+氮气氛下进行氮化。这两种方法是单纯的氮化方法或是基于超过退火温度的差、如以下所示的在冶金学上相互不同的技术思想的方法。 

脱碳后通过另外的氮化过程形成析出物的方法例如在退火温度为800℃以下进行，在钢板的表面部形成(析出)Si₃N₄或(Si、Mn)N这样的氮化物。这样的析出物在较低的温度下简单地形成，因此热稳定性非常差。所以，这样的析出物只要达到高温就容易被分解，因而不能用作方向性电磁钢板的抑制剂。此外，在该制造方法中，由于退火温度低，氮的扩散不太活跃，因此在钢板的表面部集中地形成氮化物。所以，在后道工序即最终退火过程中，必须将这些氮化物再分解并使其与存在于钢板中的其它元素结合，进行再析出。此时生成的析出物是AlN或(Al、Si)N这样的稳定的氮化物，可用作方向性电磁钢板的抑制剂。 

在本实施方式的通过同时进行脱碳及氮化而形成析出物的方法中，退火温度优选为800℃以上。这是考虑到脱碳性及氮的扩散而设定的温度。如果退火温度低于800℃，则退火时间太长，工业利用价值降低，有时氮的扩散也为狭窄的范围。通过将退火温度规定在800℃以上，不形成Si₃N₄、(Si、Mn)N这样的不稳定的析出物，而形成AlN、(Al、Si、Mn)N这样的热稳定性非常高的析出物。所以，不需要在后续的最终退火工序中使不稳定的Si₃N₄、(Si、Mn)N这样的氮化物再析出，能够用作抑制剂。 

可是，在同时进行脱碳及氮化的情况下，利用从开始就在钢板中的碳和通过氮化进入钢板中的氮，1次再结晶晶粒的生长被抑制。由于碳、氮都是侵入型元素，因此容易阻碍晶粒的生长。如果1次再结晶粒径没有达到足够的尺寸，则对后续的最终退火工序中的2次再结晶的生长开始温度或结晶方位产生影响。也就是说，如果1次再结晶粒径小，则2次再结晶的生长开始温度降低，且不是只有具有{110}<001>方位的2次再结晶晶粒被2次再结晶，具有其它方位的晶粒也被2次再结晶。其结果是，制造的方向性电磁钢板的磁特性劣化。所以，为了制造磁特性优异的方向性电磁钢板，重要的是严格控制1次再结晶的晶粒直径。 

通过1次再结晶粒径来控制2次再结晶的行为是最容易的方法。此时，最好在抑制剂即AlN、(Al、Si、Mn)N的析出物开始急剧不稳定的温度区域的下方的温度下完成2次再结晶。在同时进行脱碳及氮化的制造工序中，主要采用使1次再结晶晶粒进一步生长的方法或使2次再结晶所需的1次再结晶的生长抑制力增大的方法。 

例如，为了使1次再结晶的晶粒生长的抑制力增大，考虑了添加硼(B)或铜(Cu)这样的元素。但是，B容易形成非常粗大的B和C的复合化合物，因此难以得到均匀且稳定的抑制力。 

另一方面，Cu尽管形成Cu硫化物，但是该硫化物不均匀地析出。因此，出现铁损和磁通密度的偏差增加、降低制品品质的问题。 

对于上述课题，作为在同时进行脱碳及氮化的工序中防止1次再结晶粒径减小的方案，提出了将板坯中的氮及硫的含量控制在低水平的方法是非常有效这样的构想。 

1次再结晶的粒径主要由热轧工序中形成的存在于第1轧制板中的AlN、MnS析出物来决定。此时，如果将形成析出物的N含量和S含量控制在非常低，则能减少析出物的量，能够防止1次再结晶的粒径减小。也就是说，在第1轧制板中，含有N的析出物的摩尔分率优选为大于0％且在0.015％以下，含有S的析出物的摩尔分率优选为大于0％且在0.007％以下。由此，能够减少析出物的量，能够将1次再结晶的平均粒径控制在20～32μm的范围内。如果1次再结晶的平均粒径低于20μm，则晶粒的生长驱动力增大，2次再结晶开始的温度容易降低。其结果是，发生晶粒的取向不是Goss取向的晶粒的生长，因此有时制造的方向性电磁钢板的磁特性及铁损特性劣化。此外，如果1次再结晶的平均粒径超过32μm，则晶粒的生长驱动力降低，2次再结晶不易产生。所以，制造的方向性电磁钢板的磁特性容易劣化。 

如此，在本实施方式中，与上述的专利文献9及10不同，即使在1次再结晶的平均粒径例如大到26.2μm时，因抑制剂的量小，晶粒均匀，因而充分产生2次再结晶，且能够制造磁性优良的方向性电磁钢板。 

另一方面，即使在将板坯加热到用作抑制剂的析出物部分溶体化的温度的情况下，AlN析出物在板坯中的分布产生较大的差异，1次再结晶的晶粒分布发生大的偏差。因此，成为制造的方向性电磁钢板的磁性不稳定的一个主要原因。可是，如本实施方式那样，在N含量和S含量非常低时，即使将板坯加热到用作抑制剂的析出物完全溶体化的温度，生成析出物的量也非常小，因此能够得到晶粒直径均匀且较大的1次再结晶晶粒。此外，在板坯的N含量和S含量低的情况下，具有冷轧前的初期晶粒直径变得粗 大的效果，因此在形成有1次再结晶晶粒的轧制板(1次再结晶板)具有{110}<001>方位的晶粒数增加。其结果是，2次再结晶的平均粒径减小，最终制品即方向性电磁钢板的磁性提高。 

此时，在1次再结晶板中，(平均晶粒直径)/(晶粒直径的标准偏差)的值优选为1.2以上。可谋求提高制造的方向性电磁钢板的磁特性。如果(平均晶粒直径)/(晶粒直径的标准偏差)的值低于1.2，则不是Goss取向的晶粒被粗大化，有时方向性电磁钢板的磁特性劣化。 

以下，对板坯所含的成分的限定理由进行更详细的说明。 

Si是电磁钢板的基本组成，通过使原材料的比电阻增加来降低铁心损失(core loss)即铁损。因此，板坯中的Si含量相对于板坯的总质量为2.0质量％～7.0质量％。在板坯中的Si含量低于2.0质量％时，比电阻减小，铁损特性劣化。另一方面，在板坯中的Si含量大于7.0质量％的情况下，钢的脆性增大，冷轧非常难，2次再结晶的形成不稳定。此外，为了更容易进行冷轧，Si含量优选为4.0质量％以下。 

酸可溶性Al最终成为AlN、(Al、Si、Mn)N的形态的氮化物，作为抑制剂发挥作用。因此，板坯中的酸可溶性Al含量相对于板坯的总质量为0.015质量％～0.035质量％。在板坯中的酸可溶性Al含量低于0.015质量％时，不能期待作为抑制剂的良好的效果。另一方面，如果板坯中的酸可溶性Al含量超过0.035质量％，则用作抑制剂的析出物的完全溶体化所需的温度提高，对热轧作业性产生不良影响。 

Mn与Si同样通过增加比电阻来减少铁损。此外，与Si一同与通过氮化处理导入的氮反应，而形成(Al、Si、Mn)N的析出物，对于抑制1次再结晶晶粒的生长而产生2次再结晶是重要的元素。因此，板坯中的Mn含量相对于板坯的总质量为大于0质量％且在0.20质量％以下。如果板坯中的Mn含量大于0.20质量％，则在板坯的热轧途中促进奥氏体相变。其结果是，因1次再结晶粒径减小而使2次再结晶不稳定。 

板坯中的N含量相对于板坯的总质量为大于0质量％且在0.003质量％以下。当在板坯中含有大于0.003质量％的N时，如果将板坯加热到用作抑制剂的析出物完全被溶体化的温度，则1次再结晶晶粒的尺寸减小，开始2次再结晶的温度降低。其结果是，不是{110}<001>方位的晶粒也产生2 次再结晶，使制造的方向性电磁钢板的磁性劣化。此外，如上述的专利文献11所述，因N含量增加而使含有Al的抑制剂没有完全被溶体化，有时不析出地残留在钢板中。其结果是，制造的方向性电磁钢板的磁性劣化。 

在N含量为0.001质量％～0.003质量％的范围时，即使将板坯加热到用作抑制剂的析出物完全被溶体化的温度，由于生成析出物的量本身非常小，因此可得到晶粒尺寸均匀且较大的1次再结晶晶粒。其结果是，能够得到磁特性优异的方向性电磁钢板。另外，在板坯中的N含量低到0.003质量％以下时，具有冷轧前的初期晶粒直径变得粗大的效果。因此，在1次再结晶板中具有{110}<001>方位的晶粒数增加，而使2次再结晶晶粒的尺寸减小，最终制品的方向性电磁钢板的磁性提高。 

板坯中的C含量相对于板坯的总质量为0.04质量％～0.07质量％。如果含有大于0.04质量％的C，则促进钢的奥氏体相变，热轧时热轧组织微细化，能够形成均匀的微细组织。但是，如果其含量超过0.07质量％，则析出粗大的碳化物，在脱碳时难以除去碳。另一方面，如果C含量低于0.04质量％，则得不到上述效果，不能改善磁特性。 

板坯中的S含量相对于板坯的总质量为大于0质量％且在0.004质量％以下。在含有大于0.004质量％的S时，如果在用作抑制剂的析出物完全被溶体化的温度下对板坯进行加热，则1次再结晶晶粒的尺寸减小，使开始2次再结晶的温度降低。其结果是，不是{110}<001>方位的晶粒也产生2次再结晶，因此制造的方向性电磁钢板的磁性劣化。另一方面，在S含量低到0.0040质量％以下时，即使将板坯加热到用作抑制剂的析出物完全被溶体化的温度，生成析出物的量本身也非常少。因此，可得到晶粒尺寸均匀且大的1次再结晶晶粒，能够得到磁特性优异的方向性电磁钢板。另外，在板坯的S含量低到0.0040质量％以下时，冷轧前的初期晶粒直径变得粗大。因此，在1次再结晶板中具有{110}<001>方位的晶粒数增加，使2次再结晶晶粒的尺寸减小。其结果是，最终制品的方向性电磁钢板的磁性提高。 

以下，对工序条件进行说明。 

对于本实施方式的方向性电磁钢板的制造方法，如图1所示，具备以下工序：板坯的加热工序；通过对被加热的板坯进行热轧而形成第1轧制 板的工序(热轧工序)；对第1轧制板进行退火的热轧板退火工序；通过对第1轧制板进行冷轧而形成第2轧制板的工序(冷轧工序)；对该第2轧制板同时进行脱碳和氮化的退火工序(脱碳及氮化退火工序)；和最终退火工序。再有，图1中的虚线部的工序是根据热轧工序后的第1轧制板的组织有选择性地进行的工序。下面，对各工序进行说明。 

<板坯的加热工序> 

制造含有规定量的所述规定元素的板坯，然后将该板坯加热。具体是板坯的加热温度优选为1050℃以上。如果考虑到板坯内的温度偏差，该加热温度更优选为1100℃以上。从节能的观点出发，板坯加热温度优选为1250℃以下，更优选为1200℃以下。 

<热轧工序> 

用通常的方法对按上述加热的电磁钢板板坯进行热轧，制作第1轧制板。现在，在通常采用的热轧方法中，得到的第1轧制板(热轧板)的最终厚度通常为2.0～3.5mm。例如通过卷取机将被热轧的第1轧制板卷成卷状，进行下述的热轧板退火。此时，在卷成卷状的第1轧制板中，如上述含有N的析出物的摩尔分率优选为大于0％且在0.015％以下，含有S的析出物的摩尔分率优选为大于0％且在0.007％以下。由此，能够减少析出物的量，并能够将1次再结晶的平均粒径控制在20～32μm的范围内。 

<热轧板退火工序及冷轧工序> 

对热轧过的板(第1轧制板)进行热轧板退火，然后，通过对该第1轧制板进行冷轧，形成最终厚度为0.23～0.35mm的第2轧制板。热轧板退火也有多种方法，例如将第1轧制板加热到1000～1200℃，在800～950℃均热后进行冷却。 

<脱碳及氮化退火工序> 

对冷轧过的第2轧制板，在氨+氢+氮的气氛气体中同时进行脱碳及氮化退火。该气氛气体的露点根据退火温度和混合气体的构成比而变化，但以脱碳能力达到最大的方式进行设定。 

在本实施方式中，以使进行该脱碳及氮化的炉(脱碳及氮化炉)的前半部的气氛(第1气氛)中的氨浓度低于脱碳及氮化炉的后半部的气氛(第2气氛)中的氨浓度的方式控制气氛。图2是该脱碳及氮化炉的概略图。脱 碳及氮化炉1具备：对第2轧制板S2进行加热的加热区2；对加热后的第2轧制板S2一边进行退火一边同时进行脱碳和氮化的脱碳及氮化区3；对施加了脱碳及氮化的第2轧制板S2进行冷却的冷却区7。另外，为了适当地维持加热区2、脱碳及氮化区3、冷却区7的气氛，在该脱碳及氮化炉1中，在加热区2与脱碳及氮化区3之间、脱碳及氮化区3与冷却区7之间设有耐热性的气氛隔壁8。该气氛隔壁8被设置成一边抑制各区2、3、7间的气体的移动，一边沿着设在气氛隔壁8上的间隙使第2轧制板S2通过。另外，通过设在各区2、3、7上的传送辊9，使第2轧制板S2向一方向通过，在脱碳及氮化区3的上游侧(传送方向的逆方向)配置有加热区2，在脱碳及氮化区3的下游侧(传送方向)配置有冷却区7。此外，脱碳及氮化区3具备用于控制炉内气氛的气体吹入口(气体吹入位置)和气体排出口(气体排出位置)。这里，炉的前半部表示炉的钢板进炉侧(图2中的位置A侧)的部分。此外，炉的后半部表示炉的钢板出炉侧(图2中的位置C侧)的部分。 

例如，最好采用下述的结构：通过从炉外向炉的后半部吹入气氛气体，从炉的前半部向炉外排出气氛气体，从炉的后半部朝炉的前半部，使气体在炉中向与钢板移动方向相反的方向流动。在该结构中，吹入炉的后半部的气氛气体中的氨气分解，氮原子在钢板中移动，气氛气体中的氨浓度降低，氨浓度降低的气氛气体到达炉的前半部。 

此外，在从炉外向炉的前半部也吹入气氛气体的情况下，为了使在将气氛气体吹入炉的后半部后流入炉的前半部的气氛气体不增加炉的前半部的气氛气体中的氨气的浓度，优选使吹入炉的前半部的气氛气体中氨所占的比例小于等于从炉的后半部流入的气氛气体的氨的比例。所以，使从炉外吹入炉的前半部(钢板入炉侧)中的气氛气体(气体总量)中氨气量所占的比例小于从炉外吹入炉的后半部(钢板出炉侧)中的气氛气体(气体总量)中氨气量所占的比例。优选的是，使吹入炉的前半部的气体总量中氨气量所占的比例为吹入炉的后半部的气体总量中氨气量所占的比例的2/3以下。更优选的是，使吹入炉的前半部的气体总量中氨气量所占的比例为吹入炉的后半部的气体总量中氨气量所占的比例的1/2以下。 

再有，作为气氛气体，也可以事先混合多种气体后吹入，也可以从其 它系统吹入单一的气体(例如分别吹入氨、氢、氮)。此外，也可以将多种气体分为多种组合，从其它系统吹入各组的气体，也可以从其它系统吹入具有不同气体组成的气体。另外，也可以从多个位置吹入气体(单一气体或混合气体)，也可以通过在炉内混合来控制炉的前半部及炉的后半部的气氛气体。这样，通过适宜选择气氛气体的吹入方法，能够进一步减小退火设备，或更加灵活地控制炉内的气氛。 

再有，例如，炉内的氨的浓度可通过采集炉内的气体来测定。此外，例如，炉的前半部的第一气氛中的氨的浓度可通过多次采集存在于向一个方向传送的第2轧制板的传送方向的炉的中心位置的上游侧的气体来测定。同样，例如，炉的后半部的第二气氛中的氨的浓度可通过多次采集存在于第2轧制板的传送方向的炉的中心位置的下游侧的气体来测定。 

特别是在本实施方式中，优选使进行脱碳及氮化退火工序的炉的前半部的气氛气体的露点高于炉的后半部的气氛气体的露点。这样，为了使炉的前半部的气氛气体的露点高于炉的后半部的气氛气体的露点，在脱碳及氮化炉中，使吹入炉的前半部(钢板入炉侧)中的气体总量(wet基准)中水蒸汽量所占的比例大于吹入炉的后半部(钢板出炉侧)中的气体总量(wet基准)中水蒸汽量所占的比例。同时，在脱碳及氮化炉中，为了向与钢板的前进方向相反的方向流通气氛气体，优选设计气体流。具体而言，只要从炉的前半部排出气氛气体就可以。更优选从炉的钢板入口附近排出气氛气体。 

按以上所述，通过使炉的前半部的气氛的露点高于炉的后半部的气氛的露点，在脱碳及氮化退火工序的前半部(炉的前半部)活跃地进行脱碳。另一方面，通过降低该工序的后半部(炉的后半部)的露点，容易在该工序的后半部(炉的后半部)进行氮化。 

此时，优选使炉的前半部的露点比炉的后半部的露点高20℃以上，更优选高40℃以上，进一步优选高60℃以上。 

脱碳及氮化退火工序中的退火温度优选为800℃～950℃。如果退火温低于800℃，则脱碳需要长时间。而且，1次再结晶的平均粒径减小，在最终退火时难以期待稳定的2次再结晶。如果退火温高于950℃，则难以调节氮化反应的速度。其结果是，1次再结晶晶粒过于生长，或粒径尺寸不均匀， 而在最终退火时难以使稳定的2次再结晶组织发展。脱碳及氮化退火工序的退火时间由退火温度及投入的氨气的浓度来决定，但退火时间通常需要30秒以上。 

在本实施方式中，也可以在脱碳及氮化退火之前，在该退火的升温过程中对钢板进行急速加热。例如，在该升温过程中，如果优选以40℃/秒～200℃/秒的加热速度、更优选以75℃/秒～125℃/秒的加热速度，在550℃到720℃的温度区进行加热，则1次再结晶组织中的{411}方位的比率增加。认为1次再结晶组织中的{411}方位在2次再结晶中促进高斯生长。所以，通过在1次再结晶组织中增加该方位，可更进一步提高制造的方向性电磁钢板的磁通密度。 

<最终退火> 

通常，在制造方向性电磁钢板时，在将以MgO为基体的退火分离剂涂布在钢板上后，通过长时间的最终退火来产生2次再结晶。由此，可形成钢板的{110}面与轧制面平行的、<001>方向与轧制方向平行的{110}<001>织构，制造磁特性优异的方向性电磁钢板。 

最终退火的目的是：利用2次再结晶形成{110}<001>织构；通过脱碳时形成的氧化层与MgO的反应赋予由玻璃质被膜形成所带来的绝缘性；除去对磁特性有害的杂质。作为最终退火的方法，通过在发生2次再结晶前的升温区间形成氮和氢的混合气体气氛，抑制抑制剂即氮化物的分解，能够使2次再结晶晶粒充分发达。在2次再结晶完成后，通过在100％的氢气氛中长时间保持来除去杂质。 

优选根据在脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶的平均粒径来决定最终退火温度。特别是，如上所述，在将在脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶的平均粒径控制在20μm～32μm时，也可以按以下所述控制最终退火温度。 

最终退火温度优选为1000℃～1150℃。如果最终退火温度低于1000℃，则不能充分进行2次再结晶。为了充分进行2次再结晶，优选最终退火温度为1050℃以上。如果最终退火温度过高，则退火后的钢板的平坦度恶化，因此优选最终退火温度为1150℃以上。 

实施例 

以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明。 

[实施例] 

采用相对于板坯以质量％计含有Si：3.18％、C：0.056％、Mn：0.062％、S：0.0061％、N：0.0020％、酸可溶性Al：0.026％、且具有构成剩余部分的Fe及其它不可避免地含有的物质的方向性电磁钢板的板坯，制造方向性电磁钢板。当在1100℃的温度下将上述板坯加热210分钟后，通过热轧制造2.3mm厚的热轧板。当在1100℃以上的温度下对该热轧板进行了热轧板退火后，在900℃保温90秒钟，然后用水急冷，在酸洗后冷轧到0.30mm厚。 

将冷轧过的钢板，在用各种吹入法吹入表1的各气体组成的气氛气体、气氛温度维持在875℃的炉中保温180秒钟，同时进行脱碳及氮化退火。但是，关于表1中的条件I～IV，在脱碳及氮化退火工序的升温过程中，将升温速度规定为25℃/秒，关于V，规定为120℃/秒。此外，表1中的气体吹入位置及气体排出位置与图2中所示的位置A～C对应。此时，被氮化处理的钢板的氮量被控制在170～200ppm的范围。表2中示出该被氮化处理过的冷轧板的平均粒径及混粒度(＝粒径的标准偏差/平均粒径)。 

在该钢板上涂布退火分离剂即MgO，然后卷成卷状，进行最终退火。作为最终退火，直至1200℃之前规定为25％氮+75％氢的混合气氛，在达到1200℃后，在100％氢气氛中维持10小时以上后进行炉冷。测定了制造的方向性电磁钢板的磁特性(磁通密度及铁损)。其结果见表2。关于磁通密度及铁损，分别测定了B8(磁场强度为800A/m时的磁通密度)，W17/50(用频率50Hz、磁通密度1.7T磁化时的损失)。其结果见表2。 

表1 

表2 

在以脱碳氮化炉的前半部的氨浓度低于后半部的方式设定的条件I、III、IV、V中，与条件II相比，1次再结晶晶粒的生长良好，制品的磁特性良好。即使在这些条件中，在以前半部的氨浓度大大低于后半部的方式设定的条件IV、V中，1次再结晶晶粒的生长为更良好，制品的磁特性为更良好。 

产业上的可利用性 

在本发明的方向性电磁钢板制造方法中，在同时进行脱碳退火工序和氮化工序的小型设备中，通过抑制早期进行氮化，能够使1次再结晶晶粒均匀且变大。由此，能够制造磁通密度高、且铁损低的方向性电磁钢板。 

符号说明 

1  脱碳及氮化炉(脱碳退火炉) 

2  加热区 

3  脱碳及氮化区 

7  冷却区 

8  气氛隔壁 

9  传送辊 

S2 第2轧制板(钢板)。 

Claims (8)

1.一种方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具备以下工序：

对下述板坯进行加热的工序，所述板坯含有Si：2.0质量％～7.0质量％、C：0.04质量％～0.07质量％、酸可溶性Al：0.015质量％～0.035质量％、Mn：大于0质量％且在0.20质量％以下、N：大于0质量％且在0.003质量％以下、S：大于0质量％且在0.004质量％以下，剩余部分包含Fe及其它不可避免的杂质；

对所述板坯进行热轧而形成第1轧制板的工序；

对所述第1轧制板进行冷轧而形成第2轧制板的工序；

对所述第2轧制板在含有氨、氢及氮的气氛中同时进行脱碳和氮化的脱碳及氮化退火工序；和

进行退火的最终退火工序；

在所述脱碳及氮化退火工序中，使进行脱碳及氮化的炉的前半部的第1气氛中的氨的浓度低于所述炉的后半部的第2气氛中的氨的浓度。

2.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述脱碳及氮化退火工序中，使从所述炉的外部吹入所述炉的所述前半部的气氛气体的氨的比例低于从所述炉的外部吹入所述炉的所述后半部的气氛气体的氨的比例。

3.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述脱碳及氮化退火工序的升温过程中，以40℃/秒～200℃/秒的加热速度在550℃～720℃的温度区进行加热。

4.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述脱碳及氮化退火工序中，退火温度为800℃～950℃。

5.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述板坯的加热温度为1050℃～1250℃。

6.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：关于所述第1轧制板，含有N的析出物的摩尔分率为大于0％且在0.015％以下，含有S的析出物的摩尔分率为大于0％且在0.007％以下。

7.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述最终退火工序中，根据在所述脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶的平均粒径确定最终退火温度。

8.根据权利要求1所述的方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于：将在所述脱碳及氮化退火工序中形成的1次再结晶晶粒的平均粒径控制为达到20μm～32μm，而且，将所述最终退火工序中的最终退火温度控制在1000℃～1150℃的温度。

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