CN107002204A - 取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一实施例的取向电工钢板，其基底钢板中Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和杂质。

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
通常，对于磁性能优秀的取向电工钢板，{110}<001>取向的高斯组织(Gosstexture)应该沿钢板轧制方向高度发达，为了形成这样的织构，需通过晶粒异常生长的2次再结晶来形成高斯取向晶粒。
这种非正常的结晶生长不同于常规的晶粒生长是在正常的晶粒生长因析出物、夹杂物或者固溶或晶界偏析的元素而受到正常生长的晶界迁移被抑制时发生。
取向电工钢板主要采用作为晶粒生长抑制剂利用AlN、MnS等析出物来引发2次再结晶的制造方法。这种将AlN、MnS析出物用作晶粒生长抑制剂的取向电工钢板制造方法存在如下问题。
为了将AlN、MnS析出物用作晶粒生长抑制剂，需要使析出物非常微细且均匀地分布在钢板中。
如此，为了使微细的析出物均匀地分布，需要将板坯以1300℃以上的高温长时间加热，以使钢中存在的粗大析出物固溶后，并在非常快的时间内实施热轧，以在未发生析出的状态下结束热轧。
为此需要大规模的板坯加热设备，而且为了最大限度地抑制析出，需要非常严格地管理热轧和卷取工艺，还需要通过管理使热轧后的热轧板退火工艺中固溶的析出物微细析出。
另外，将板坯以高温加热时，由于形成低熔点的Fe2SiO4，因此产生板洗(washing)现象，从而导致成品率下降。
此外，在2次再结晶结束后，为了除去析出物组分，需要在1200℃的高温下进行30小时以上的长时间净化退火，因此存在制造工艺上的复杂性和成本负担所带来的问题。
而且，在这种净化退火过程中，AlN析出物在分解成Al和N后，Al会迁移到钢板表面与表面氧化层的氧进行反应，因而形成Al2O3氧化物。
如此形成的Al基氧化物或者净化退火过程中未分解的AlN析出物在钢板内或表面附近妨碍磁畴的移动，从而成为导致铁损劣化的原因。
发明内容
(一)要解决的技术问题
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。
(二)技术方案
本发明的一个示例性实施方案的取向电工钢板，其基底钢板中Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和杂质。
所述基底钢板中以重量％计还可包含Si：1.0％至7.0％、C：0.0050％以下(不包括0％)、Al：0.005％以下(不包括0％)、N：0.0055％以下(不包括0％)、S：0.0055％以下(不包括0％)、及Mn：0.01％至0.5％。
在所述电工钢板中，具有2mm以下粒径的晶粒的面积比率可为10％以下。
在所述电工钢板中，具有2mm以上粒径的晶粒的平均粒径可为10mm以上。
另外，在所述电工钢板中，<100>面与钢板的板面所形成的角度之差可为3.5°以下。
在所述钢板中，1000A/m的磁场下测定的磁通密度B10可为1.88以上。
所述电工钢板可包含偏析到晶界的Ba、Y或者它们的组合。
本发明的一个示例性实施方案的取向电工钢板的制造方法包括：对板坯进行加热的步骤，所述板坯中Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；对所述板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对所述热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；对所述冷轧板进行1次再结晶退火的步骤；以及对1次再结晶退火完毕的电工钢板进行2次再结晶退火的步骤。
所述板坯以重量％计还可包含Si：1.0％至4.5％、C：0.001％至0.1％、Al：0.005％以下、N：0.0055％以下、S：0.0055％以下、及Mn：0.01％至0.5％。
在所述对板坯进行加热的步骤中板坯加热温度可为1280℃以下。
所述2次再结晶退火时均热温度可为900℃至1250℃。
所述热轧步骤后，还可包括实施热轧板退火的步骤。
所述1次再结晶退火中可将冷轧板在750℃以上的温度下保持30秒以上。
(三)有益效果
本发明一实施例的取向电工钢板稳定地形成高斯晶粒，因而铁损低且磁性能优秀。
此外，作为晶粒生长抑制剂不使用AlN及MnS，因而不需要在1300℃以上的高温下进行板坯再加热。
而且，不需要进行用于除去AlN及MnS等析出物的高温净化退火，因而节省制造成本。
另外，由于不需要在高温退火后除去N及S等，因而不存在净化退火工艺中N、S的气化反应所造成的表面缺陷。
具体实施方式
参照附图和下述实施例就可以清楚地理解本发明的优点、特征及实现这些的方法。然而，本发明能够以各种不同的方式实施，并不局限于下面公开的实施例。提供下述实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有整体和充分的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。通篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
因此，在一些实施例中，对众所周知的技术不再赘述，以避免本发明被解释得模糊不清。除非另有定义，否则本说明书中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义就是所属领域的技术人员通常理解的意思。在通篇说明书中，某一部分“包括(或包含)”某一构成要素时，除非有特别相反的记载，否则表示还可以包括其他构成要素而非排除其他构要素。除非另有说明，否则单数形式也意在包括复数形式。
此外，在没有特别提到的情况下，％表示重量％，1ppm为0.0001重量％。
下面对本发明的一个示例性实施方案的取向电工钢板的制造方法进行说明。
提供板坯，所述板坯中Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。
所述板坯以重量％计还可包含Si：1.0％至4.5％、C：0.005％以下、Al：0.005％以下、N：0.0055％以下、S：0.0055％以下、及Mn：0.01％至0.5％。
首先说明限制成分的理由。
Ba和Y起到晶粒生长抑制剂的作用，在2次再结晶退火时抑制高斯晶粒除外的其他取向晶粒的生长，从而提高电工钢板的磁性。Ba和Y分别可单独加入或者共同加入，其含量小于0.005％时，难以发挥充分的抑制力，而大于0.5％时，钢板的脆性会增加，有可能导致轧制时产生裂纹。
Si起到增加材料的电阻率以降低铁损的作用。在板坯及电工钢板中Si含量小于1.0％时，电阻率减小，有可能导致铁损性能下降。另外，板坯中的Si含量大于4.5％时，冷轧会变得困难。但，在冷轧后，可将Si粉末涂覆到钢板的表面上或者沉积在钢板的表面上后使Si扩散到钢板的内部，因此在最终材料的电工钢板中Si的含量可为4.5％以上。然而，如果取向电工钢板中Si含量大于7％，则在制造变压器时难以加工，因此取向电工钢板中的Si含量可为7％以下。
C是奥氏体稳定元素，板坯中加入0.001％以上，以使连铸过程中产生的粗大柱状组织细化，还可以抑制S的板坯中心偏析。而且，在冷轧中促进钢板的加工硬化，从而还可以促进钢板中{110}<001>取向的2次再结晶成核。然而，C含量大于0.1％时，热轧中会产生边缘裂纹(edge-crack)。但，制造电工钢板时经过脱碳退火，脱碳退火后C含量可为0.0050重量％以下。更具体地，可为0.0030重量％以下。
在本发明一实施例中，作为晶粒生长抑制剂可以不使用AlN，因而可以有效抑制Al含量。因此，在本发明一实施例中，Al不会被加入或者可以控制在0.005％以下。
N会形成AlN、(Al，Mn)N、(Al，Si，Mn)N、Si3N4等析出，因此本发明一实施例中N不会被加入或者可以控制为0.0055％以下。具体地，可为0.0035％以下。更具体地，可为0.0015％以下。
S是热轧时固溶温度高且偏析严重的元素，因此本发明一实施例中可以不加入或者控制为0.0055％以下。具体地，可为0.0035％以下。更具体地，可为0.0015％以下。
在本发明的一个示例性实施方案中，作为晶粒生长抑制剂不使用MnS，因此可以不加入Mn。但Mn作为电阻率元素具有可以改善磁性的效果，因此板坯及电工钢板中的Mn含量可为0.01％以上。然而，Mn含量大于0.5％时，2次再结晶后会引起相变，从而有可能导致磁性变差。
Ti、Mg、Ca等成分在钢中与氧进行反应而形成氧化物，优选不加入。但，考虑到钢中的杂质，分别可控制在0.005％以下。
对所述板坯进行加热。板坯的加热温度不受限制，但对板坯以1280℃以下的温度进行加热时，可避免板坯的柱状结晶组织生长得粗大，从而防止在热轧工艺中产生裂纹。因此，板坯的加热温度可为1000℃以上且1280℃以下。
板坯的再加热完毕后进行热轧。热轧温度或冷却温度不受限制，一实施例中可在950℃以下的温度下结束热轧，水冷后可在600℃以下的温度下进行卷取。
热轧后的热轧板可根据需要实施热轧板退火或者不实施热轧板退火，再进行冷轧。当实施热轧板退火时，为了使热轧组织均匀，可以900℃以上的温度加热实现均热后，再进行冷却。
冷轧可利用可逆式(Reverse)轧机或串列式(Tandom)轧机，通过包括1次冷轧、多次冷轧、或中间退火的多次冷轧法制造0.1mm至0.5mm的冷轧板。
另外，冷轧中可实施将钢板温度保持在100℃以上的温轧。而且，冷轧可通过1次冷轧制造成0.1mm至0.5mm的最终厚度。
对冷轧完毕的钢板进行1次再结晶退火。在1次再结晶退火中发生脱碳及高斯晶粒成核的1次再结晶。
所述1次再结晶退火中可将冷轧板在750℃以上的温度下保持30秒以上。温度低于750℃时，无法提供用于晶粒生长的充分的能量，而且时间短于30秒时，晶粒生长不充分，从而有可能导致磁性下降。
另外，在本发明的一个示例性实施方案的取向电工钢板的制造方法中，脱碳退火后可以省略氮化退火工艺。在现有的AlN用作晶粒生长抑制剂的取向电工钢板的制造方法中，为了形成AlN而需要进行氮化退火。然而，在本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法中，作为晶粒生长抑制剂不使用AlN，因此不需要氮化退火工艺。
1次再结晶退火完毕的钢板涂覆包含MgO的退火隔离剂，再实施2次再结晶退火。所述2次再结晶退火时均热温度可为900℃至1250℃。温度低于900℃时，高斯晶粒不会充分生长，从而有可能降低磁性，而温度高于1250℃时，晶粒生长得粗大，从而有可能降低电工钢板的性能。
在本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法中，2次再结晶退火完毕后可以省略净化退火工艺。
在现有的MnS、AlN用作晶粒生长抑制剂的取向电工钢板的制造方法中，为了除去AlN及MnS等析出物，需要进行高温净化退火，但本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法中不需要净化退火工艺。
对于本发明一实施例的取向电工钢板，基底钢板中Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和杂质。基底钢板是指形成于取向电工钢板表面上的涂层除外的部分。
而且，所述基底钢板中以重量％计还可包含Si：1.0％至7.0％、C：0.005％以下、Al：0.005％以下、N：0.0055％以下、S：0.0055％以下、及Mn：0.01％至0.5％。
此外，Ba、Y或它们的组合可包含0.02％至0.35％。
另外，在所述电工钢板中，相对于总晶粒面积100％，具有2mm以下粒径的晶粒的面积比率可为10％以下。相对于总晶粒面积100％，具有2mm以下粒径的晶粒的面积比率大于10％时，晶粒没有充分生长，从而有可能降低磁性。
此外，在所述电工钢板中，具有2mm以上粒径的晶粒的平均粒径可为10mm以上。具有2mm以上粒径的晶粒的平均粒径小于10mm时，晶粒没有充分生长，从而有可能降低磁性。
另外，在所述电工钢板中，<100>面与钢板的板面所形成的角度之差可为3.5°以下。钢板的轧制方向定为X轴且宽度方向定为Y轴时，钢板的板面是指XY面。当大于3.5°时，钢板的磁性会降低。
此外，在所述钢板中1000A/m的磁场下测定的磁通密度B10可为1.88以上。而且，所述Ba、Y或它们的组合起到抑制剂作用，可能会偏析到晶界。
下面通过实施例详细说明。但，下述实施例是本发明的示例而已，本发明的内容不限于下述实施例。
[实施例1]
准备板坯，所述板坯以重量％计包含Si：3.2％、C：0.051％、Mn：0.112％、S：0.0052％、N：0.005％、及Al：0.029％，而且以如表1所示的含量包含钡(Ba)和钇(Y)，余量由Fe和其他不可避免混入的杂质组成。
将所述板坯在1150℃的温度下加热90分钟后进行热轧，从而制造了厚度为2.6mm的热轧板。将该热轧板以1050℃以上的温度进行加热后在910℃下保持90秒，再进行水冷后酸洗。接着，冷轧成厚度为0.29mm。冷轧的钢板在炉内升温后，在氢(50体积％)和氮(50体积％)的混合气体保护下以及60℃的露点温度和850℃的退火温度下保持120秒以进行1次再结晶退火。1次再结晶退火后，碳为0.0030重量％。然后，涂覆MgO后卷取成卷材状，并进行2次再结晶退火。
最终退火是在氮(25体积％)和氢(75体积％)的混合气体保护下升温至1200℃，温度达到1200℃后，在氢气(100体积％)保护下保持20小时进行炉内冷却。
【表1】
从表1可以确认，将Ba和Y的含量控制在本发明的0.005％至0.5％范围内发明材料的磁性优于对比材料。
[实施例2]
准备板坯，所述板坯以重量％计包含Si：3.2％、C：0.051％、Mn：0.112％、S：0.0052％、N：0.005％、及Al：0.029％，而且以如表2所示的含量包含钡(Ba)和钇(Y)，余量由Fe和其他不可避免的杂质组成。
将所述板坯在1150℃的温度下加热90分钟后进行热轧，从而制造了厚度为2.6mm的热轧板。将该热轧板以1050℃以上的温度进行加热后在910℃下保持90秒，再进行水冷后酸洗。接着，冷轧成厚度为0.29mm。冷轧的钢板在炉内升温后，在氢(50体积％)和氮(50体积％)的混合气体保护下以及60℃的露点温度和850℃的退火温度下保持120秒以进行1次再结晶退火。1次再结晶退火后，碳为0.0030重量％。然后，涂覆MgO后卷取成卷材状，并进行2次再结晶退火。
最终退火是在氮(25体积％)和氢(75体积％)的混合气体保护下升温至1200℃，温度达到1200℃后，在氢气(100体积％)保护下保持20小时进行炉内冷却。
【表2】
请参见表3，在本发明一实施例的电工钢板中大小为1mm以下的晶粒的面积比率(％)显示为10％以下，大小为1mm以上的晶粒的平均大小显示为10mm以上。
以上参照附图对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员可以理解，在不改变技术思想及必要特征的情况下，本发明能够以其他具体实施方式实施。
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者变更的形式，均落入本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种取向电工钢板，相对于基底钢板的总组分100重量％，Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和杂质。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述基底钢板以重量％计，还包含Si：1.0％至7.0％、C：0.0050％以下(不包括0％)、Al：0.005％以下(不包括0％)、N：0.0055％以下(不包括0％)、S：0.0055％以下(不包括0％)以及Mn：0.01％至0.5％。
3.根据权利要求2所述的取向电工钢板，其中，
相对于总晶粒面积100％，具有2mm以下粒径的晶粒的面积比率为10％以下。
4.根据权利要求3所述的取向电工钢板，其中，
具有2mm以上粒径的晶粒的平均粒径为10mm以上。
5.根据权利要求4所述的取向电工钢板，其中，
<100>面与钢板的板面所形成的角度差为3.5°以下。
6.根据权利要求5所述的取向电工钢板，其中，
在1000A/m的磁场下测定的磁通密度B10为1.88以上。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的取向电工钢板，包含偏析到晶界的Ba、Y、或它们的组合。
8.一种取向电工钢板的制造方法，包括如下步骤：
对板坯进行加热，其中，相对于所述板坯总组分100重量％，Ba单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Y单独包含0.005重量％至0.5重量％，或者Ba和Y共同包含0.005％至0.5％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；
对所述板坯进行热轧以制造热轧板；
对所述热轧板进行冷轧以制造冷轧板；
对所述冷轧板进行1次再结晶退火；以及
对1次再结晶退火完毕的电工钢板进行2次再结晶退火。
9.根据权利要求8所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述板坯以重量％计，还包含Si：1.0％至4.5％、C：0.001％至0.1％、Al：0.005％以下、N：0.0055％以下、S：0.0055％以下、以及Mn：0.01％至0.5％。
10.根据权利要求8或9所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
对所述对板坯进行加热的步骤中，板坯加热温度为1280℃以下。
11.根据权利要求10所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述2次再结晶退火时均热温度为900℃至1250℃。
12.根据权利要求11所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述热轧步骤后，还包括实施热轧板退火的步骤。
13.根据权利要求12所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述1次再结晶退火中，将冷轧板在750℃以上的温度下保持30秒以上。
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