CN104726795A - 晶粒取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

晶粒取向电工钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种晶粒取向电工钢板及可提供所述晶粒取向电工钢板的制造方法，所述晶粒取向电工钢板由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成，其中大于40μm的粗晶粒面积分数为小于等于30％，初次再结晶的晶粒平均粒度(Ra)在特定范围内。

Description

晶粒取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种晶粒取向电工钢板及其制造方法，更具体地涉及一种在低磁场下不仅铁损低、磁通密度高而且具有高磁性的晶粒取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
电工钢板是指用于制造电工机械或设备的硅钢板。电工钢板可广义地分为晶粒取向电工钢板和无取向电工钢板。具体而言，晶粒取向电工钢板由具有高斯织构(Goss texture)的晶粒组成，如高斯发现并提出的，在所述织构中，晶粒的晶面取向为{110}面，并且在轧制方向上的晶体取向平行于<001>轴。因此，这种钢板在轧制方向具有优异的磁性能。
为了制造取向接近高斯取向而具有优异的磁性能的钢板，必须使所有晶体的取向均与高斯取向匹配。然而，在电工钢板中，各晶体具有不同的取向，要使各晶体的取向接近于高斯取向，还需要进行再结晶过程以使钢板中仅存留取向接近于高斯织构的晶体。这种再结晶过程称为二次再结晶，以使其区别于之前的初次再结晶(将在下文中描述)。
通常，初次再结晶在冷轧过程后进行的脱碳退火后立即进行或者与之同时进行。通过初次再结晶过程，可形成粒度均匀适宜的晶粒。初次再结晶钢板可通过在能使钢板具有高斯取向的适当温度下进行二次再结晶而制造成具有优异磁性和高斯取向的钢板。
然而，如果初次再结晶钢板中具有不同取向的晶粒具有不同的尺寸，则由于尺寸优势(size advantage)，无论晶粒的取向如何，较大晶粒很可能在数量上超过较小晶粒，即便在能使初次再结晶钢板具有高斯取向的适当温度下进行二次再结晶。因此，取向偏离高斯取向的晶粒比例可能增加。
因此，需要一种能抑制晶粒生长以防止加热至二次再结晶的适当温度之前再结晶的方法。在钢板中起这种作用的方法，可通过使添加至钢板中的成分偏析或沉淀而获得，起这种作用的添加成分称为抑制剂(inhibitor)。
广泛用作抑制剂的上述成分例如为MnS或MnSe等。但是，将MnS用作抑制剂的方法，必须在1300℃以上的高温下再加热板坯以形成MnS，因而存在生产设备维护和生产成本高的问题。
因此，需要一种可降低板坯再加热温度的抑制剂。为了应对这种需求，已提出一种氮化物基抑制剂。
所述氮化物基抑制剂的优点在于，采用常规工艺制造冷轧板后，将所述冷轧板在脱碳退火的同时或者脱碳退火后置于氮气氛中，以形成氮容易引入钢板中的条件，使得所引入的氮与钢板中能形成氮化物的成分反应而形成氮化物，该氮化物起到抑制剂的作用。所述氮化物例如为AlN、(Al、Si)N等成分。
冷轧板可在适当温度下在脱碳退火的同时或者在脱碳退火后被氮化，因而加热温度可接近热轧过程中的常规再加热温度，这种加热方式称为“板坯低温加热”。
然而，利用上述氮化法的低温加热方式，也存在只使用氮不可能提高磁性的局限性。因此，作为进一步提高晶粒取向电工钢板的磁性的方法，有必要开发出一种通过控制钢板的成分进一步提高晶粒取向电工钢板的磁性的方法。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种在低磁场下不仅铁损低、磁通密度高而且具有高磁性的晶粒取向电工钢板。
另外，本发明的目的在于，提供一种所述晶粒取向电工钢板的制造方法。
本发明的目的还在于，提供一种通过所述晶粒取向电工钢板的制造方法来制造的晶粒取向电工钢板。
本发明的晶粒取向电工钢板由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成，其中大于40μm的粗晶粒面积分数为小于等于30％，
而且，所述晶粒取向电工钢板满足下式1，
[式1]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式1中，[P]和[Sb]分别表示晶粒取向电工钢板中P和Sb的含量(重量％)。
另外，本发明提供一种晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：对钢板坯进行热轧、热轧板退火及冷轧，以制造钢板，其中钢板坯由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成；对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以得到脱碳渗氮钢板；以及对所述脱碳渗氮钢板进行最终退火，所述最终退火步骤包括一次均热阶段、升温阶段及二次均热阶段，所述升温阶段的初始升温速度为18至75℃/hr，之后在900℃至1200℃的温度范围升温速度变更为10至15℃/hr。
所述板坯的组分可满足下式2，
[式2]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式2中，[P]和[Sb]分别表示板坯中P和Sb的含量(重量％)。
通过所述方法制造的晶粒取向电工钢板中，大于40μm的粗晶粒面积分数小于等于30％，初次再结晶的晶粒平均粒度(Ra)可满足下式3，
[式3]
18≤Ra≤50×[Sn]+20
所述式3中，[Sn]为晶粒取向电工钢板中Sn的含量(重量％)。
另外，对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以得到脱碳渗氮钢板的步骤，可包括以下步骤：对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火；以及对所述脱碳退火钢板，在800℃至950℃的温度下同时进行脱碳和氮化。
此时，对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火的步骤中，所述脱碳退火钢板内部的残留碳量可控制在小于等于100ppm。
具体地，所述脱碳退火可在800℃至850℃的板温度及60℃至65℃的露点下进行。
而且，对所述脱碳退火钢板，在800至950℃温度下同时进行脱碳和氮化的步骤中，所述同时脱碳氮化的钢板内部的残留氮量控制在100至300ppm，残留碳量可控制在少于20ppm。
具体地，所述同步脱碳氮化，可在800℃至850℃的板温度及65℃至72℃的露点下进行。
同时，所述晶粒取向电工钢板的制造方法，还可包括以下步骤：在进行所述热轧之前，将所述钢板坯加热至1050至1250℃温度范围。
根据本发明的一实施例，可以提供一种在低磁场下不仅铁损低、磁通密度高而且具有高磁性的晶粒取向电工钢板。
根据本发明的另一实施例，可提供具有所述特征的晶粒取向电工钢板的制造方法。
具体实施方式
下面，更详细地说明本发明具体实施例的晶粒取向电工钢板及其制造方法。
根据本发明的一实施例，可以提供一种晶粒取向电工钢板，该晶粒取向电工钢板由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成，其中大于40μm的粗晶粒面积分数小于等于30％。
从下述制造方法中可以确认，晶粒取向电工钢板的制造过程中，在最终退火步骤的升温阶段调整升温速度，并有选择地将炼钢成分Sn、Sb、P的含量控制在适当范围内，还在适当温度下同时进行脱碳和氮化，从而适度调整初次再结晶平均晶粒的尺寸，最大限度地避免在脱碳退火工序中随着Sn含量的增加而形成致密的氧化层以及延缓脱碳的现象，进而改善脱碳能力，而且同时适用脱碳渗氮技术，在适当的升温条件下，使初次再结晶晶粒以所要范围的尺寸均匀分布，从而使二次再结晶稳定地进行，由此能够制造出铁损低、磁通密度高的晶粒取向电工钢板。
而且，通过所述方法制造的晶粒取向电工钢板，包含具有最佳晶粒尺寸及尺寸分布均匀的初次再结晶晶粒，从而确保足够的具有{110}<001>取向的晶粒，并使二次再结晶充分地进行，因此在低磁场下不仅铁损低、磁通密度高，而且可具有高磁性。
具体地，所述初次再结晶晶粒可满足下式3：18≤Ra≤50×[Sn]+20(所述式3中，[Sn]为晶粒取向电工钢板中Sn的含量(重量％))。
另外，Sn、Sb、P都是向晶界偏析的元素，偏析到晶界降低晶界内聚能(grain boundary cohesive energy)，导致晶界脆化。由此发现，在冷轧中因晶界脆性产生许多边裂(edge crack)，从而导致轧制生产率下降。
相反，所述一实施例的晶粒取向电工钢板，包含特定范围的Sn、Sb及P，可解决所述轧制生产率下降的问题，而且具有尺寸分布均匀、尺寸范围适度的初次再结晶细小组织，从而可具有优异的磁性。以下，对包含于所述一实施例的晶粒取向电工钢板中的Sn、Sb及P的各自含量进行详细说明。
如果包含有Sn，则为了减小二次结晶晶粒尺寸增加{110}<001>取向的二次核的数量，进而能够提高降低铁损的效果。另外，Sn通过向晶界偏析，对抑制晶粒生长起到重要的作用，这可以补偿随着AlN粒子变得粗大、Si含量增加而减弱的晶粒生长抑制效果。
如上所述，Sn的含量范围控制在所述0.03至0.07重量％时，能够获得以往无法想象的不连续且显著的铁损降低效果。当所述晶粒取向电工钢板中Sn含量少于0.03重量％时，很难正常发挥上述作用，而超过0.09重量％时，与Sb一样会妨碍脱碳及氧化层的形成，导致初次再结晶晶粒过小且不够均匀，因而无法保证晶粒尺寸，并且二次再结晶起始温度相对于抑制力偏低，导致磁性变坏。
Sb向晶界偏析而起到抑制初次再结晶晶粒过度生长的作用。通过添加Sb在初次再结晶步骤中抑制晶粒生长，进而消除板厚度方向的初次再结晶晶粒尺寸不均匀的现象，同时使二次再结晶稳定地进行，从而能够制造出磁性更优异的晶粒取向电工钢板。
虽然Sb向晶界偏析而起到抑制初次再结晶晶粒过度生长的作用，但是若含量少于0.01重量％，就难以正常发挥作用，若含量超过0.05重量％，初次再结晶晶粒就会变得过小，二次再结晶起始温度变低，导致磁性变坏或者对晶粒生长的抑制力过大，还可能不会发生二次再结晶。
P在低温加热方式的晶粒取向电工钢板中促进初次再结晶晶粒的生长，因而提高二次再结晶温度，并提高最终产品中{110}<001>取向的聚集度。如果初次再结晶晶粒过大，二次再结晶就会不稳定，但只要发生二次再结晶，为了提高二次再结晶温度，初次再结晶晶粒就得大，这有利于磁性。另外，P增加初次再结晶的钢板中具有{110}<001>取向的晶粒数量，从而降低最终产品的铁损，而且加强初次再结晶钢板中的{111}<112>织构，进而提高最终产品的{110}<001>聚集度，因此磁通密度也会变高。
而且，P还有加强抑制力的作用，在二次再结晶退火时，约1000℃的高温为止向晶界偏析而延缓析出物的分解。
P的含量为约0.01至约0.05重量％范围时，可得到由现有文献根本想不到的显著效果。即，如果要正常发挥上述的P的作用，其含量至少得大于等于0.01重量％，如果P含量超过0.05重量％，初次再结晶晶粒反而变小，不仅导致二次再结晶不稳定，而且脆性增加，不利于冷轧。
另外，所述晶粒取向电工钢板中所包含的P和Sb可满足下式1。
[式1]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式1中，[P]及[Sb]分别表示晶粒取向电工钢板中P及Sb的含量(重量％)。
本发明发明者们的实验结果表明，除了添加各种元素之外，将所述[P]+0.5×[Sb]控制在上述范围时，降低铁损的效果更为显著。因为，一起添加所述各元素能获得协同效应，而且满足所述数值范围时，相对于其他数值范围，该协同效应会不连续的达到最大化。因此，除了控制各成分的范围之外，还优先将所述[P]+0.5×[Sb]控制在上述范围内。
P和Sb的重量％满足如上所述的关系时，可获得最佳尺寸范围的初次再结晶晶粒。而且，一起控制P和Sb的彼此含量范围时，会产生其他的临界性协同效应，因此有必要以一数学式来控制P和Sb的含量，其范围优选为0.0370至0.0630。
另外，对上述的Sn、Sb及P之外的元素含量的说明如下。
由常规电工钢板中所包含的各种成分及其含量范围，容易推导出不可避免的所述其他杂质，并应用在本发明一实施例的晶粒取向电工钢板中，其具体成分及含量根据最终制造的电工钢板的特性会有所不同。
所述Si是电工钢板的基本成分，起到增加材料的电阻率，降低铁芯损耗(core loss)即铁损的作用。如果Si的含量少于2.0重量％，电阻率就会下降，导致铁损特性变坏，如果含量过多超过4.0重量％，钢的脆性就会变大，难以进行冷轧，而且二次再结晶变得不稳定。因此，Si的含量为约2.0至约4.0重量％会是适宜的范围。
所述Al最终成为AlN、(Al、Si)N、(Al、Si、Mn)N形式的氮化物起到抑制剂的作用，如果含量少于0.005重量％，就不能充分发挥抑制剂作用，如果含量过高，Al基氮化物就会析出、生长得过于粗大，抑制剂效果变得不明显。因此，Al的含量为约0.005至0.040重量％会是适宜的范围。Al可以以酸溶性Al的形态存在。
所述Mn与Si一样具有增加电阻率来降低铁损的效果，所述Mn还是一种和Si一起与通过氮化处理被引入的氮进行反应形成(Al、Si、Mn)N的析出物或形成MnS，从而抑制初次再结晶晶粒的生长，进而发生二次再结晶的重要元素。然而，如果Mn的添加量超过0.20重量％，就会促进奥氏体相转变，减小初次再结晶晶粒的尺寸，从而使二次再结晶变得不稳定。而且，Mn为形成奥氏体的元素，在热轧再加热时，会提高奥氏体分数，使析出物的固溶量增多，从而具有再析出时使析出物细化和通过形成MnS使初次再结晶晶粒不至于过大的效果，所以其含量要大于等于0.01重量％。因此，Mn的含量为约0.01重量％至约0.20重量％会是适宜的范围。
所述C是对本发明的晶粒取向电工钢板的磁性没有太大帮助的成分，要尽可能除去。但是，如果含有一定程度的C，则在轧制过程中促进钢的奥氏体相转变，从而在热轧时使热轧组织细化，有助于形成均匀的细小组织，因此所述C的含量优选大于等于0.04重量％。然而，如果含量过大，就会生成粗大的碳化物，脱碳时不易除去。从这一点上，C含量优选为约0.04至约0.08重量％。
所述N是与Al等反应使晶粒细化的元素。如果这些元素分布得当，就能如上所述冷轧后使组织细化，从而有助于确保适度的初次再结晶粒度，但如果其含量过大，会使初次再结晶晶粒过于细化，结果因细小晶粒而导致二次再结晶时晶粒生长的动力变大，就连具有不必要取向的晶粒也会生长，所以不可取。另外，如果N含量过大，在最终退火过程中除去时也需要花费很长时间。但是，如下所述，板坯再加热时固溶的氮含量应大于等于0.001重量％，考虑到再固溶的比例，所述氮含量优选为约0.001至约0.006重量％。
如果所述S的含量过高，由于热轧板坯加热时再固溶而微量析出，从而减小初次再结晶晶粒的尺寸，进而降低二次再结晶的起始温度，导致磁性变坏。而且，在最终退火工序的二次均热时段中，除去固溶状态的S需要花费很长时间，因而会降低晶粒取向电工钢板的生产率。另外，如果S含量小于等于0.0010重量％，则具有使冷轧前的初期晶粒尺寸变粗大的作用，因而在初次再结晶工序中，在变形带上成核的具有{110}<001>取向的晶粒数量会增加，由此可以减小二次再结晶晶粒的尺寸，进而提高最终产品的磁性。S生成MnS会影响初次再结晶晶粒的尺寸，因而含量优选大于等于0.001重量％。从这一观点上，S含量优选为约0.0010至0.006重量％。
如上限定各成分时，所述晶粒取向电工钢板可具有0.970W/kg以下的铁损(W17/50)及1.900T以上的磁通密度(B8)，这得到了下述实施例的支持。所述铁损(W17/50)是指在50Hz的频率下产生1.7特斯拉(Tesla)磁通密度时的轧制方向和垂直于轧制方向的平均损耗(W/kg)。另外，所述磁通密度(B8)是指施加800A/m的磁场时产生的磁通密度的大小(特斯拉)。
此外，本发明的另一实施例提供一种晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：对钢板坯进行热轧、热轧板退火及冷轧以制造钢板，其中所述钢板坯由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成；对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以获得脱碳渗氮钢板；以及对所述脱碳渗氮钢板进行最终退火，所述最终退火步骤包括一次均热阶段、升温阶段以及二次均热阶段，所述升温阶段的初始升温速度为18至75℃/hr，之后在900至1200℃的温度范围升温速度变更为10至15℃/hr。
所述晶粒取向电工钢板的制造过程中，在最终退火步骤的升温阶段调整升温速度，并有选择地将炼钢成分Sn、Sb，P的含量控制在适当范围内，还在适当温度条件下同时进行脱碳和氮化，从而适度调整初次再结晶平均晶粒的尺寸，最大限度地避免在脱碳退火工序中随着Sn含量的增加而形成致密的氧化层以及延缓脱碳的现象，进而改善脱碳能力，而且同时适用脱碳渗氮技术，在适当的升温条件下，使初次再结晶晶粒以所要范围的尺寸均匀分布，从而使二次再结晶稳定地进行，由此制造出铁损低、磁通密度高的晶粒取向电工钢板。
另外，根据所述方法制造的晶粒取向电工钢板，包含具有最佳晶粒尺寸及尺寸分布均匀的初次再结晶晶粒，从而确保足够的具有{110}<001>取向的晶粒，并使二次再结晶充分地进行，因此在低磁场下不仅铁损低、磁通密度高，而且可具有高磁性。
根据所述晶粒取向电工钢板的制造方法，可提供上述本发明一实施例的晶粒取向电工钢板。
具体地，根据所述方法制造的晶粒取向电工钢板中，大于40μm的粗晶粒面积分数小于等于30％，初次再结晶的晶粒平均粒度(Ra)可满足下式3，
[式3]
18≤Ra≤50×[Sn]+20
所述式3中，[Sn]为晶粒取向电工钢板中Sn的含量(重量％)。
此外，在所述晶粒取向电工钢板的制造方法中，通过使用包含特定含量范围的Sn、Sb及P的钢板坯，解决了所述轧制生产率降低的问题，能够提供具有尺寸分布均匀且尺寸范围适度的初次再结晶细小组织，因而具有优异磁性的晶粒取向电工钢板。
具体地，所述板坯的组分可满足下式2，
[式2]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式2中，[P]和<Sb]分别表示板坯中P和Sb的含量(重量％)。
本发明发明者们的实验结果表明，除了添加各种元素之外，将所述[P]+0.5×[Sb]控制在上述范围时，降低铁损的效果更为显著。因为，一起添加所述各元素能获得协同效应，而且满足所述数值范围时，相对于其他数值范围，该协同效应会不连续的达到最大化。因此，除了控制各成分的范围之外，还优选将所述[P]+0.5×[Sb]控制在上述范围内。
P和Sb的重量％满足如上所述的关系时，可获得最佳尺寸范围的初次再结晶晶粒。另外，一起控制P和Sb的彼此含量范围时，会产生其他的临界性协同效应，因此有必要以一数学式来控制P和Sb的含量，其范围优选为0.0370至0.0630。
对所述钢板坯中所包含的元素及含量的详细说明，与对所述晶粒取向电工钢板的上述描述相同。
如上所述，在本发明一实施例的晶粒取向电工钢板的制造方法中，所述最终退火步骤，包括一次均热阶段、升温阶段及二次均热阶段，所述升温阶段的初始升温速度为18至75℃/hr，之后在900至1200℃的温度范围升温速度变更为10至15℃/hr。
在所述升温条件下，形成初次再结晶晶粒尺寸范围最佳且尺寸分布均匀的初次再结晶晶粒，所以能够确保足够的具有{110}<001>取向的晶粒，由于形成二次再结晶，从而可以制造出磁通密度高、铁损低的晶粒取向电工钢板。
所述最终退火过程如下：首先，进行一次均热，以除去涂覆在卷取钢板上的退火隔离剂中的水分。之后，进行升温，以使初次再结晶钢板进行二次再结晶，然后，进一步使钢板再结晶的同时进行二次均热，以除去钢中的杂质。
以往，将升温速度限制得非常慢，以使抑制剂在较窄的温度范围内瞬间再溶解而消除晶粒生长屏障，并且在较窄的温度范围内开始二次再结晶，将二次均热时间设定为较长时间，以除去杂质。上述常规方式存在生产率差的问题，为了解决这种问题，本发明者们从多方面分析的结果发现，一次均热后将升温速度分两个阶段来升温是有利的。
也就是说，进行升温时，温度达到抑制剂溶解的温度为止，快速升温也不会发生二次再结晶，因而不会影响二次再结晶行为，可以适用较快的升温速度，而从二次再结晶发生的温度开始，适用与以往相似的较慢的升温速度，就可以获得相同的二次再结晶效果，也可以缩短花费的时间，有利于提高生产率。
在本发明一实施例的晶粒取向电工钢板的制造方法中，适用不同的升温速度，并将参考温度定为约900至1200℃。即，一次均热后，以较快的升温速度对钢板进行升温，而在所述温度范围，考虑到二次再结晶，则改用较慢的升温速度。
本发明一实施例的晶粒取向电工钢板的制造方法中，所述初始快速升温区段的升温速度设定为约18至约75℃/hr，而考虑到二次再结晶，慢速升温区段的升温速度设定为约10至约15℃/hr。
另外，在本发明一实施例的晶粒取向电工钢板的制造方法中，制造冷轧钢板的过程为止，采用常规制造工序。也就是说，适当选择本发明所属领域中公知的方法之一，必要时再加以适当改变，就可以对包含上述元素的钢板坯实施热轧、热轧板退火、冷轧过程。酸洗等常规电工钢板的热轧及冷轧过程中所需的附加工序当然也包括在内。
另外，对冷轧后的钢板，在800至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，对此说明如下。
通常，氮化退火可与脱碳退火同时进行，也可在脱碳退火结束后单独实施。根据先进行脱碳退火后实施氮化退火的方法，会形成Si3N4或(Si、Mn)N等析出物，这些析出物对热不稳定而容易被分解，不能起到有效的抑制剂作用，而为了使其转变为AlN或(Al、Si)N等析出物，需要长时间保持高温状态，但是如果同时进行脱碳退火和氮化退火，就会同时形成所述AlN或(Al、Si)N，因此不需要太长的处理时间。所以优选采用同时进行脱碳退火和氮化退火的方法。
然而，本发明并不局限于此，脱碳退火后进行氮化退火的方法，也可应用于具有本发明有益特征的电工钢板的制造中。也就是说，所述的同时进行脱碳及氮化的方法，在制造上更方便有用而已，本发明的电工钢板的制造并不局限于所述的同时进行脱碳和氮化的方法。
具体地，对所述冷轧钢板，在800至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以获得脱碳渗氮钢板的步骤，可包括以下步骤：对所述冷轧钢板，在800至950℃的温度下进行脱碳退火；以及对所述脱碳退火钢板，在800至950℃的温度下同时进行脱碳和氮化。
此时，对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火的步骤中，所述脱碳退火钢板内部的残留碳量可控制在小于等于100ppm。
具体地，所述脱碳退火可在800℃至850℃的板温度及60℃至65℃的露点下进行。
而且，对所述脱碳退火钢板，在800至950℃的温度下同时进行脱碳和氮化的步骤中，所述同时脱碳氮化的钢板内部的残留氮量控制在100至300ppm，残留碳量可控制在少于20ppm。
具体地，所述同步脱碳氮化，可在800℃至850℃的板温度及65℃至72℃的露点下进行。
更具体地，对如上所述的脱碳退火后同时进行的脱碳和氮化说明如下。
在初始脱碳退火中，重要的是通过完全除去表层未脱碳区域诱发晶粒生长，并且通过除去部分内部未脱碳区域，将同时进行脱碳及氮化退火的钢板中残留碳量降低至低于100ppm。之后，重要的是将同时进行脱碳及氮化退火区段的温度设定为800至850℃。炼钢成分Sn、Sb具有通过晶界偏析使初次再结晶尺寸分布均匀的作用，但也有向表面游离出的成分使氧化层变薄、致密而抑制脱碳及氧化的缺点。特别是，在850℃以上高温下其作用得到进一步加强，为了同时进行脱碳及氮化退火的稳定性，重要的是将同时进行脱碳及氮化退火的温度设定为800至850℃。
脱碳是主要是通过如下反应来进行的，内部的碳向表层扩散且该碳与氧进行反应以CO气体形式排出。
C+H2O→CO(气体)+H2
钢板中的碳，其10％左右固溶于组织内，而大部分存在于由轧制工序中生成的奥氏体相转变的珠光体或者贝氏体(根据冷却方式，局部存在)组织中，并以冷轧工序被破碎成细小块的珠光体形式存在于局部，且沿着轧制方向以带状形式存在。这些在脱碳退火工艺中分解而析出的碳，需要通过铁素体粒子及晶界扩散到表层，但在低温条件下碳的扩散速度慢，铁素体的碳固溶度低，因而不易析出。
而且，氧应该固溶渗透到钢板表层并与碳进行反应，但在低于700℃的温度条件下，深度方向固溶渗透的氧量微乎其微，脱碳反应不够活跃。在700至850℃区段氧真正开始向深度方向渗透，此时渗透的氧和碳的脱碳反应开始活跃起来，同时和内部的Si相遇而在钢板表层向深度方向形成SiO2内部氧化层。通过实验证实，深处形成有内部氧化层的钢板，发生更多的脱碳反应。
因此，要顺利进行脱碳，需要将板温度提高至大于等于800℃，以便内部碳向表面扩散以及氧向厚度方向渗透，同时形成氧化气氛使氧向厚度方向渗透。此时需要注意的是，在尚未完成脱碳的状态下，板温度上升太高就会发生局部的奥氏体相转变。该现象，主要发生在脱碳最晚的中心部，影响晶粒生长，局部形成细小粒子，导致严重的组织不均匀。因此，脱碳反应最好在低于850℃的温度下进行。
此外，脱碳中氧气的适量投入很重要。氧气的投入量应考虑氧化气氛(露点、氢气氛)和表层的氧化层形成及板温度。如果只以氧化能力来判断，氧化能力越高氧的分压越高，对提高氧化能力是有好处的。然而，如果若氧化能力过高，表层形成致密的如SiO2、铁橄榄石(Fayalite)等氧化物，如果形成致密的氧化物，就会阻滞厚度方向渗透的氧气而起到障碍物作用，结果阻滞氧气的内部渗透。炼钢成分Si与退火气氛气体中的水分反应而形成氧化层，Si含量越多这种倾向越严重。
在表层中形成的氧化层，不仅影响脱碳，还妨碍深度方向氧化层的形成。炉气氛中氢比例高时，表层的氢分压高而抑制致密氧化层的形成，氢含量越多，在高于相同露点水准的露点气氛中越容易进行脱碳。
基于所述初次再结晶细化的二次再结晶动力的提升作用更占优势，所以添加所述元素时，需要调整脱碳退火温度(即，初次再结晶温度)，以免初次再结晶的组织尺寸过于细化。因此，脱碳退火温度应设定为约800至约950℃左右高于常规温度约10至约30℃。温度低时，不仅不能获得充分的脱碳退火效果，而且晶粒保持细小状态，二次再结晶时可能会出现不良取向的晶体生长的现象。相反，如果温度过高，可能会出现初次再结晶的晶粒过度生长的现象。
所述一次均热温度和二次均热温度，控制在不超出常规均热温度范围即可，对此不作特别限制。只是，常规一次均热温度范围例如可为约650至约850℃，常规二次均热温度范围例如可为约1150至约1250℃。对于这些温度范围，根据钢板成分发生变化或者本发明的核心特征之外的其他些小部分的改变，可以进行小范围变更。
另外，本发明一实施例的晶粒取向电工钢板的制造方法，还可包括以下步骤：所述热轧之前将所述钢板坯以1050至1250℃的温度范围进行加热。
所述钢板坯的加热温度，最好采用能够形成部分溶解的1250℃以下的温度，以使析出物部分溶解，如果板坯加热温度升高，钢板制造费用就会增加，而且因板坯表面的熔融，会导致加热炉维护困难，缩短加热炉寿命。此外，如果以1250℃以下的温度加热板坯，可防止板坯的柱状组织的生长粗化，并可避免后续轧制工序中板宽度方向出现的裂纹，从而能够提高实收率。对晶粒取向电工钢板的板坯进行再加热后实施热轧。通过热轧可制造厚度为2.0至3.5mm的热轧板，之后，根据需求进行热轧板退火、冷轧。进行热轧板退火时，以1000至1250℃的温度加热后，在850至1000℃的温度下均热，然后进行冷却。热轧板退火是根据情况进行的，也可以省略此工序。此时，热轧后或者热轧板退火后，析出物的平均尺寸为300至
通过下实施例进一步详细说明本发明，但下述实施例只是用于说明本发明，本发明的内容并不局限于下述实施例。
[实施例1]铁损相对于Sn含量和初次再结晶晶粒尺寸的变化
将晶粒取向电工钢板的板坯在再固溶温度1200℃下加热210分钟后热轧，制造了厚度为2.7mm的热轧板，所述晶粒取向电工钢板的板坯，以重量％计，包含Si:3.2％、Mn:0.1％、Sol.Al:0.028％、P:0.025％、N:0.0040％、S:0.0045％、Sb:0.03％、C:0.055％、以及如表1所示不同含量的Sn、以及余量的Fe和其他不可避免的杂质。
将该热轧板加热至1080℃后，以920℃温度保持90秒，放入水中急速冷却并酸洗后以0.30mm厚度冷轧。升温过程中，为了初始脱碳退火，在板温为800至850℃的区段通过露点为62.5℃的(50％H2+50％N2)气氛，而均热带采用与加热带相同的温度及氢比例，并保持露点70℃，同时引入氨气保持180秒，以同时进行脱碳和氮化处理。
在该钢板上涂覆退火隔离剂MgO，并最终退火为卷材。在最终退火期间，将一次均热温度设定为700℃，二次均热温度设定为1200℃，升温期间的升温条件是在700至950℃的温度段每小时为45℃，在950至1200℃的温度段每小时为15℃。另外，1200℃温度下的均热时间设为15小时。最终退火期间的气氛，到1200℃为止为25％氮气+75％氢气的混合气氛，达到1200℃后保持100％氢气氛后进行炉内冷却。根据各个条件测定的磁性如表1所示。
【表1】
1)所述铁损(W17/50)是指在50Hz频率下保持1.7特斯拉磁通密度时的轧制方向和垂直于轧制方向的平均损耗(W/kg)。
2)所述磁通密度(B8)是指施加800A/m磁场时产生的磁通密度的大小(特斯拉)。
从所述表1中可知，实施例根据Sn含量初次再结晶晶粒的平均尺寸(Ra)同时满足18≤Ra≤50×Sn(重量％)+20和大于40μm的粗晶粒面积分数小于等于30％，实施例与比较例相比，具有显著的磁性提高效果。根据Sn含量，将初次再结晶晶粒的平均尺寸控制在所要范围内，就能够生产出磁性优异的晶粒取向电工钢板。

Claims (11)

1.一种晶粒取向电工钢板，其特征在于：
由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成，
其中，大于40μm的粗晶粒面积分数为小于等于30％。
2.根据权利要求1所述的晶粒取向电工钢板，其特征在于：
满足下式1，
[式1]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式1中，[P]和[Sb]分别表示晶粒取向电工钢板中P和Sb的含量(重量％)。
3.一种晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
包括以下步骤：
对钢板坯进行热轧、热轧板退火及冷轧，以制造钢板，其中钢板坯由Si:2.0至4.5重量％、Al:0.005至0.040重量％、Mn:小于等于0.20重量％(0重量％除外)、C:0.04至0.08重量％、N:0.0010至0.006重量％、S:0.0010至0.006重量％、Sn:0.03至0.09重量％、Sb:0.01至0.05重量％、P:0.01至0.05重量％、以及余量的Fe和其他杂质构成；
对所述冷轧钢板，在800至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以获得脱碳渗氮钢板；以及
对所述脱碳渗氮钢板进行最终退火，
所述最终退火步骤包括一次均热阶段、升温阶段以及二次均热阶段，所述升温阶段的初始升温速度为18至75℃/hr，之后在900至1200℃的温度范围升温速度变更为10至15℃/hr。
4.根据权利要求3所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
所述板坯的组分满足下式2，
[式2]
0.037≤[P]+0.5×[Sb]≤0.063
所述式2中，[P]和[Sb]分别表示板坯中P和Sb的含量(重量％)。
5.根据权利要求4所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
通过所述方法制造的晶粒取向电工钢板中，大于40μm的粗晶粒面积分数为小于等于30％，
初次再结晶的晶粒平均粒度(Ra)满足下式3，
[式3]
18≤Ra≤50×[Sn]+20
所述式1中，[Sn]为晶粒取向电工钢板中Sn的含量(重量％)。
6.根据权利要求5所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下脱碳后进行氮化退火或者同时进行脱碳和氮化，以得到脱碳渗氮钢板的步骤，包括以下步骤：
对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火；以及
对所述脱碳退火钢板，在800℃至950℃的温度下同时进行脱碳和氮化。
7.根据权利要求6所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火的步骤中，
所述脱碳退火钢板内部的残留碳量控制在小于等于100ppm。
8.根据权利要求7所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
对所述冷轧钢板，在800℃至950℃的温度下进行脱碳退火的步骤，其在800℃至850℃的板温度及60℃至65℃的露点下进行。
9.根据权利要求8所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
对所述脱碳退火钢板，在800至950℃温度下同时进行脱碳和氮化的步骤中，所述同时脱碳氮化的钢板内部的残留氮量控制在100至300ppm，残留碳量控制在少于20ppm。
10.根据权利要求9所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
对所述脱碳退火钢板，在800至950℃温度下同时进行脱碳和氮化的步骤，在800℃至850℃的板温度及60℃至72℃的露点下进行。
11.根据权利要求3所述的晶粒取向电工钢板的制造方法，其特征在于：
还包括以下步骤：在所述热轧之前，将所述钢板坯以1050至1250℃的温度范围进行加热。
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