CN104726662A

CN104726662A - 取向电工钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN104726662A
Application number: CN201410806719.4A
Authority: CN
Inventors: 宋大贤; 朴峻秀
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2034-12-22
Also published as: CN104726662B

Abstract

本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：提供板坯；对所述板坯进行再加热；将所述板坯热轧成热轧钢板；将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；对所述冷轧钢板进行脱碳退火后氮化退火或者同时进行脱碳退火及氮化退火；在所述脱碳退火及氮化退火后的电工钢板上形成铝层或铝合金层；使形成有所述铝层或铝合金层的电工钢板在氧化气氛下形成铝氧化层；以及对形成有所述铝氧化层的电工钢板进行最终退火。

Description

取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种取向电工钢板及其制造方法。

背景技术

取向电工钢板是一种在钢板轧制方向上磁性能非常优异的软磁性材料,因为取向电工钢板形成所谓的高斯织构，其中钢板面的所有晶粒取向为{110}面，并且在轧制方向上晶体取向平行于＜001＞轴。

对于取向电工钢板而言，要想具有优异的铁损特性电工钢板的电阻率就得高，并且要适当控制晶粒粒径。因为，电阻率低涡流损耗就大，进而导致铁损增加。

以往，为了提高电阻率主要添加Si、Al、Mn等合金元素。然而，添加这些合金元素会使材料变硬，过量添加时无法进行冷轧，而且随着合金元素的过量使用杂质元素含量会增加，进而导致磁性能变差。

发明内容

本发明一实施例提供一种取向电工钢板。

本发明另一实施例提供一种取向电工钢板的制造方法。

所述形成铝层或铝合金层的步骤中铝合金可为铝硅合金。

所述板坯以重量百分比计可包含Si：2.0～6.5％、Al：0.040％以下(不包括0％)、Mn：0.20％以下(不包括0％)、N：0.01％以下(不包括0％)、S：0.01％以下(不包括0％)、P：0.005～0.05％、C：0.04～0.12％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

在所述形成铝层或铝合金层的步骤，可将钢板浸渍于铝或铝合金熔浴。此时，熔浴的温度可为600～900℃。

在所述对板坯进行再加热的步骤中，再次固溶于板坯的氮的总含量可为20～50ppm。

在所述对板坯进行再加热的步骤中，再加热温度可为N及S不完全固溶的温度范围，所述不完全固溶的温度范围可为1250℃以下。

本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，还包括对所述热轧钢板进行热轧板退火的步骤，在所述热轧板退火之后，钢板中的析出物平均大小可为

在所述冷轧钢板的制造步骤中，通过一次冷轧可使冷轧率达到87％以上。

所述脱碳退火及氮化退火可在800～950℃的温度下进行。

对于所述最终退火，在发生二次再结晶之前的升温阶段，可在氮气和氢气的混合气体气氛下进行，而二次再结晶结束之后，可在氢气气氛下进行。

在所述对冷轧钢板进行脱碳退火和氮化退火的步骤中，可在脱碳退火之后进行氮化退火，或者可同时进行脱碳退火和氮化退火。

本发明一实施例的取向电工钢板，其中基体钢板上形成有铝层或铝合金层，并且所述铝层或铝合金层上可形成有铝氧化层。

所述基体钢板以重量百分比计可包含Si：2.0～6.5％、Al：0.040％以下(不包括0％)、Mn：0.20％以下(不包括0％)、N：0.01％以下(不包括0％)、S：0.01％以下(不包括0％)、P：0.005～0.05％、C：0.04～0.12％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

所述电工钢板的铝合金可为铝硅合金。

根据本发明的取向电工钢板，将炼钢阶段的Al控制在适宜范围，从而在脱碳退火及氮化退火时抑制粗大氮化物的形成。而且，在后续步骤中使Al扩散到钢板内部增加电阻率，从而能够提供铁损低且磁性能优异的取向电工钢板。

此外，通过本发明的取向电工钢板的制造方法，可以生产绝缘性优异的取向电工钢板，而无需另行涂覆退火隔离剂。

具体实施方式

参照附图和详细描述的下列实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、特点以及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下列实施例.提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有一个全面的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。

在本说明书中1ppm表示0.0001重量％。

本发明一实施例的取向电工钢板可以是一种基体钢板上形成有铝层或铝合金层，并且所述铝层或铝合金层上形成有铝氧化层的取向电工钢板。

所述电工钢板的铝合金可为铝硅合金。

本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：提供板坯；对所述板坯进行再加热；将所述板坯热轧成热轧钢板；将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；对所述冷轧钢板进行脱碳退火及氮化退火；在所述脱碳退火及氮化退火后的电工钢板上形成铝层或铝合金层；使形成有所述铝层或铝合金层的电工钢板在氧化气氛下形成铝氧化层；对形成有所述铝氧化层的电工钢板进行最终退火。

所述铝合金可为铝硅合金。所述铝硅合金以重量百分比计可包含20％～30％的硅，余量为铝和其他不可避免的杂质。

所述铝层或铝合金层可为1μm～1000μm，若小于1μm，则在最终退火时会出现基体钢板之间熔融粘结的现象，若超过1000μm，则在最终退火过程中因铝层或铝合金层的熔融会出现钢板之间熔融粘结的现象。

[Si：2.0～6.5重量％]

Si作为电工钢板的基本组分，起到增加材料电阻率降低铁损(core loss)的作用。当Si含量少于2.0重量％时，电阻率减小涡流损耗增加，导致铁损特性劣化。而且，在高温退火时，铁素体和奥氏体之间发生相变，不仅二次再结晶变得不稳定，而且集合织构也会严重受损。当Si含量超过6.5重量％时，磁致伸缩特性和导磁率明显变差。

[Al：0.040重量％以下]

Al除了热轧和热轧板退火时微析出的AlN，还以冷轧后退火时由氨气导入的氮离子与在钢中以固溶状态存在的Al、Si、Mn结合而形成的(Al、Si、Mn)N及AlN类型的氮化物形式存在，从而起到强劲的晶粒生长抑制剂的作用。然而，在板坯中Al含量超过0.040重量％时，形成粗大的氮化物，会降低晶粒生长抑制力，结果对铁损及磁性产生不良影响。

[Mn：0.20重量％以下]

Mn增加电阻率减少涡流损耗，从而具有降低整体铁损的效果，并且同Si一起与通过氮化处理导入的氮进行反应而形成(Al、Si、Mn)N析出物，从而抑制初次再结晶晶粒的生长，以便发生二次再结晶。当Mn超过0.20重量％时，钢板表面除了Fe₂SiO₄之外还会形成大量的(Fe、Mn)及Mn氧化物，进而妨碍高温退火中形成基底涂层，导致表面质量变差，并且在高温退火时引发铁素体和奥氏体之间的相变，因此集合织构会严重受损，磁性能大为劣化。因此，Mn含量限于0.20重量％以下。

[N：0.01重量％以下]

N是与Al反应而形成AlN的元素，其含量可为0.01重量％以下。

当N超过0.01重量％时，则在热轧之后的过程中，由于氮扩散会导致表面缺陷，并且在板坯状态下形成过多的氮化物而降低轧制性，从而导致后续工艺变得复杂、成本上升。而且，在冷轧之后的退火工艺进行利用氨气的氮化处理时，可以进一步使必要的N再次固溶，以形成(Al、Si、Mn)N及AlN等氮化物。

[C：0.04～0.12重量％]

C作为引发铁素体及奥氏体之间相变的元素，是提高脆性强轧制性不良的电工钢板的轧制性所必需的元素。然而，当C残留在最终产品时，因磁时效效应而形成的碳化物会使磁性能变差。在根据本发明的Si含量范围内，当C含量少于0.04重量％时，则不会发生铁素体及奥氏体之间的相变，导致板坯及热轧显微织构的不均匀化。而且，当C超过0.12重量％时，则在脱碳退火工艺不能获得充分的脱碳效果，而且因相变现象二次再结晶集合织构会受损，导致磁时效引起的磁性能劣化现象。

[S：0.01重量％以下]

S是与Mn反应而形成MnS的重要元素。

S含量为0.01重量％以上时，MnS的析出物形成在板坯中会抑制晶粒的生长，而且铸造时会偏析到板坯中心部，难以对后续工艺的显微织构进行控制。而且，在本发明中作为晶粒生长抑制剂不会使用MnS，因此可以不添加S。但，考虑到炼钢工艺中不可避免地被混入的量，可将S含量限于0.01重量％以下。

[P：0.005～0.05重量％]

P起到辅助作用，P向晶界偏析而妨碍晶界移动，同时抑制晶粒生长。

另外，在显微织构方面，P具有改善{111}<001>集合织构的效果。当P含量少于0.005重量％时，则不具有添加效果，当P含量超过0.05重量％时，则脆性增加轧制性大大降低。

对所述基体材料板坯进行再加热。在对所述板坯进行再加热的步骤中，再次固溶于板坯的氮的总含量可为20～50ppm。

再次固溶的N含量要顾及钢中含有的Al含量，因为用作晶粒生长抑制剂的氮化物是(Al、Si、Mn)N及AlN。

也就是说，再次固溶的N决定在脱碳氮化退火工艺中进一步形成的AlN的大小和量，AlN的大小相同时，量多就会增加晶粒生长抑制力，从而不能获得具有高斯集合织构的适宜的二次再结晶显微织构。

相反地，量过少就会增加初次再结晶显微织构的晶粒生长驱动力，类似于上述现象不能获得适宜的二次再结晶显微织构。

而且，对板坯进行再加热的步骤中，可在N及S不完全固溶的温度范围下进行再加热。

如果N及S完全固溶，在热轧板退火处理之后，会形成大量的细小氮化物或硫化物，无法进行后续工艺即一次冷轧，需要进行额外工艺，因而制造成本上升。

另外，由于初次再结晶晶粒变得非常细小，因此不能发生适宜的二次再结晶。为了使N及S不完全固溶，优选在1250℃以下的温度下对板坯进行再加热。

将所述再加热的板坯热轧成热轧钢板。

此外，还可包括对所述热轧钢板进行热轧板退火的步骤。

热轧的热轧板中存在因应力而沿轧制方向延伸的变形织构，并且在热轧过程中会析出AlN或MnS等。

因此，在冷轧之前进行热轧板退火，以获得均匀的再结晶显微织构和细小的AlN析出物分布。

为了使奥氏体分率最大化，可将热轧板退火温度设定为900～1200℃，并采用均热处理后进行冷却的方法。

适用上述的热处理进行热轧板退火处理后，带材(strip)中的析出物平均大小可为

热轧板退火后进行冷轧，冷轧厚度为0.10mm～0.50mm，并且可以进行由初始热轧厚度直接轧制为最终产品所需厚度的一次冷轧，而不对变形织构进行中间的低温热处理退火。

一次冷轧使{110}<001>取向中聚集度低的取向旋转为变形取向，从而冷轧板中仅存在沿{110}<001>取向具有最佳排列的高斯晶粒。因此，在两次以上的轧制方法中，冷轧板中还存在聚集度低的取向，最终高温退火时会发生二次再结晶，导致磁通密度和铁损变差。因此，冷轧操作可通过一次冷轧使冷轧率达到87％以上。

对冷轧后的冷轧钢板进行脱碳和使用氨气的氮化处理。

而且，使用氨气使晶粒生长抑制剂如(Al、Si、Mn)N、AlN、(B、Si、Mn)N、(Al、B)N、BN等析出时，可在脱碳及再结晶后使用氨气进行氮化处理，或者可以采用同时注入氨气，以便脱碳的同时进行氮化处理的方法，但并不局限于此。

对于脱碳处理和氮化处理，可在800～950℃的钢板退火温度下进行热处理。

如果钢板退火温度为800℃以下，则脱碳时间可能变长，而且钢板表面上可能会形成致密的SiO₂氧化层，从而导致基底涂层缺陷。相反，如果退火温度为950℃以上，则再结晶晶粒可能粗大生长，从而降低结晶生长驱动力不能形成稳定的二次再结晶晶粒。

鉴于生产性，退火时间可为5分钟以内。

脱碳退火及氮化退火结束之前或者脱碳退火及氮化退火结束之后，在还原气氛下使形成于钢板表面的外氧化层中的部分或整个氧化层还原并去除，然后将钢板浸渍于铝熔浴或铝合金熔浴以形成铝层或铝合金层。

所述熔浴的温度可为600～900℃。如果低于600℃，则金属会熔融得不均匀，导致质量变差，而如果超过900℃，则金属与脱碳氮化处理的钢板的表面湿润性可能会变差。

形成铝层或铝硅层后，在氧化气氛下进行热处理，从而在铝层或铝合金层的表面形成铝氧化层。

所述铝氧化层可通过在含氧的气氛下进行热处理来形成。

然后，对形成有铝氧化层的电工钢板进行最终退火，以便发生二次再结晶，藉以形成钢板的{110}面平行于轧制面且<001>取向平行于轧制方向的{110}<001>集合织构，从而制造出取向电工钢板。

以往，在生产取向电工钢板时，最终退火之前涂覆以MgO或氧化铝为主成分的退火隔离剂后进行了最终退火，但在本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法中，形成于铝层或铝合金层上的铝涂层会在最终退火时形成玻璃质覆膜，因此可以省略另行涂覆退火隔离剂的步骤。

在最终退火时，通过二次再结晶形成{110}<001>集合织构，并除去不利于磁性能的杂质。

另外，铝层扩散及渗透到钢板内部，因而基体钢板的铝含量增加提高电阻率，进而取向电工钢板的磁性能变得优异。

而且，铝氧化层在最终退火步骤形成玻璃质覆膜，从而赋予绝缘性。

作为最终退火的方法，在发生二次再结晶之前的升温阶段保持氮气和氢气的混合气体气氛，从而保护晶粒生长抑制剂即氮化物，以使二次再结晶发达，而二次再结晶结束后，在氢气气氛下长时间保持以除去杂质。

下面，通过实施例进一步详细描述本发明。

[实施例1]

在1200℃的温度下，对板坯进行再加热，该板坯包含Si：3.2重量％、C：0.055重量％、Mn：0.099重量％、S：0.0045重量％、N：0.0043重量％、Al：0.028重量％、P：0.028重量％，余量为Fe和不可避免的杂质。

然后，热轧成厚度为2.3mm的热轧板。将热轧板加热至1050℃后，在950℃下保持180秒并用水快速冷却。

酸洗所述钢板后，进行一次冷轧，冷轧厚度为0.23mm，将冷轧的钢板在潮湿的氢气、氮气及氨气的混合气体气氛下以870℃的温度保持180秒，同时进行脱碳及氮化处理，以使氮含量成为200ppm。

如表1所示，将该钢板浸渍于铝或铝-25％硅熔浴后进行了最终退火。

对于最终退火，1200℃为止是在25％氮气+75％氢气的混合气氛下进行的，而达到1200℃后在100％氢气气氛下保持10小时，然后在炉内进行了冷却。

在各条件下测试了磁性能，结果如表1所示。

【表1】

从所述表1可以确认，形成有铝层或铝硅合金层的发明材料的铁损特性显著提高。

[实施例2]

实施例2的板坯包含Si：3.2重量％、C：0.053重量％、Mn：0.099重量％、S：0.0042重量％、N：0.0044重量％、Al：0.029重量％、P：0.029重量％，余量为Fe和其他不可避免的杂质，通过与实施例1相同的方法制造了取向电工钢板(该制造工艺中铝合金层是由铝-25％硅来形成的)。

对于发明材料，在氧化气氛下热处理铝硅合金层而形成了铝氧化层，而对比材料没有在氧化气氛下进行热处理。

在各条件下测试了磁性能，结果如表2所示。

【表2】

从所述表2可以确认，形成铝硅合金层后在氧化气氛下保持一定时间使得表面上形成氧化铝层的发明材料与对比材料进行对比时，发明材料具有同等的磁通密度和铁损且绝缘性优异。

以上，对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员会理解，在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。

因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均落在本发明的保护范围。

Claims

1.一种取向电工钢板的制造方法，包括以下步骤：

提供板坯；

对所述板坯进行再加热；

将所述板坯热轧成热轧钢板；

将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；

对所述冷轧钢板进行脱碳退火后氮化退火或者同时进行脱碳退火及氮化退火；

在所述脱碳退火及氮化退火后的电工钢板上形成铝层或铝合金层；

使形成有所述铝层或铝合金层的电工钢板在氧化气氛下形成铝氧化层；以及

对形成有所述铝氧化层的电工钢板进行最终退火。

2.根据权利要求1所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述铝合金以重量百分比计包含20％～30％的硅，余量为铝和其他不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述板坯以重量百分比计包含Si：2.0～6.5％、Al：0.040％以下(不包括0％)、Mn：0.20％以下(不包括0％)、N：0.01％以下(不包括0％)、S：0.01％以下(不包括0％)、P：0.005～0.05％、C：0.04～0.12％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述形成铝层或铝合金层的步骤，将钢板浸渍于铝或铝合金熔浴，熔浴的温度为600～900℃。

5.根据权利要求4所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述对板坯进行再加热的步骤中，再次固溶于板坯的氮的总含量为20～50ppm。

6.根据权利要求5所述的取向电工钢板的制造方法，还包括以下步骤：

对所述热轧钢板进行热轧板退火，

在所述热轧板退火之后，钢板中的析出物平均大小为

7.根据权利要求1至6中任何一项所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述铝层或铝合金层为1μm～1000μm。

8.一种取向电工钢板，其中，

基体钢板上形成有铝层或铝合金层，并且所述铝层或铝合金层上形成有铝氧化层。

9.根据权利要求8所述的取向电工钢板，其中，

所述铝合金层以重量百分比计包含20％～30％硅，余量为铝和其他不可避免的杂质。

10.根据权利要求9所述的取向电工钢板，其中，

所述基体钢板以重量百分比计包含Si：2.0～6.5％、Al：0.040％以下(不包括0％)、Mn：0.20％以下(不包括0％)、N：0.01％以下(不包括0％)、S：0.01％以下(不包括0％)、P：0.005～0.05％、C：0.04～0.12％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

11.根据权利要求8至10中任何一项所述的取向电工钢板，其中，

所述铝层或铝合金层为1μm～1000μm。