CN109844156A - 用于制造电磁钢板的热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

在表面具有氧化皮层的用于制造电磁钢板的热轧钢板中，将该钢板表面的JIS Z 8781‑4:2013中规定的明度L*设定为30≤L*≤50、且将色度a*、b*分别设定为‑1≤a*≤2、‑5≤b*≤3，并且，将以卷材长度方向的一个端部为基准的中央部和相反侧端部的JIS Z 8781‑4:2013中规定的色差ΔEab *设定为ΔEab *≤8，由此得到制品卷材内的特性偏差小的取向性电磁钢板。

Description

用于制造电磁钢板的热轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及热轧卷材内的表面性状均匀的用于制造电磁钢板的热轧钢板(以下也称为热轧板)。
背景技术
取向性电磁钢板是作为变压器、发电机的铁芯材料使用的软磁性材料，其具有作为铁的易磁化轴的＜001＞取向高度地向钢板的轧制方向对齐的结晶组织。这样的织构通过在取向性电磁钢板的制造工序中进行二次再结晶退火时使被称为所谓的高斯(Goss)取向的{110}＜001＞取向的晶粒优先巨大生长的二次再结晶而形成。
对于该取向性电磁钢板，使用利用被称为抑制剂的微细析出物在最终退火中使具有高斯取向的晶粒发生二次再结晶的技术作为一般的技术。
例如，在专利文献1中公开了使用AlN、MnS的方法，另外在专利文献2中公开了使用MnS、MnSe的方法，均在工业上被实用化。这些使用抑制剂的方法需要1300℃以上的高温下的钢坯加热，但对于稳定地使二次再结晶晶粒发达是极其有用的方法。此外，为了强化这些抑制剂的作用，在专利文献3中公开了利用Pb、Sb、Nb、Te的方法，在专利文献4中公开了利用Zr、Ti、B、Nb、Ta、V、Cr、Mo的方法。
另外，在专利文献5中提出了如下方法：通过使钢坯成分含有0.010～0.060％的酸可溶性Al并且抑制N的含量，将钢坯加热抑制为低温，在脱碳退火工序中在适当的氮化气氛下进行氮化，由此，在二次再结晶时析出(Al,Si)N而作为抑制剂使用。已提出大量这样的在中途工序中进行氮化处理、利用(Al,Si)N或AlN作为抑制剂的方法，最近还公开了钢坯加热温度也超过1300℃的制造方法等。
另一方面，在专利文献6等中公开了在不含有抑制剂成分的原材中使高斯取向晶粒优先地进行二次再结晶的技术。该方法是如下方法：不需要抑制剂的钢中微细分散，因此，不需要在此之前不可避免的高温下的钢坯加热等，在成本方面和维护方面都具有很大优点。但是，在不具有抑制剂成分的成分体系中，在热轧板退火时退火温度的控制变得极其重要。这是因为，由于不具有抑制剂成分，因而钢板组织的温度依赖性与具有抑制剂的成分体系相比更大。
但是，用于制造电磁钢板的钢坯含有大量Si，因此，在热轧中在钢板表面局部性地生成被称为Si氧化皮的氧化皮的情况较多。因此，热轧板退火中，由于钢板表面的Si氧化皮而使由辐射热等提供的热量发生变化，因此，热轧板的表面性状有时发生变化。由此，存在如下问题：热轧板的表面性状发生变化时，在卷材内产生热轧板退火温度的偏差，另外，由于反馈控制而助长过加热或加热不足。
需要说明的是，在专利文献7中提出了虽为高强度热轧钢板的制造方法、但Si为0.40～2.0质量％的表面性状优良的热轧钢板的制造技术。但是，在Si为2.0质量％以上的电磁钢板的热轧板的制造中，难以使表面性状均匀化，仍然残留有问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭40-15644号公报
专利文献2：日本特公昭51-13469号公报
专利文献3：日本特公昭38-8214号公报
专利文献4：日本特开昭52-24116号公报
专利文献5：日本专利第2782086号公报
专利文献6：日本特开2000-129356号公报
专利文献7：日本专利第2689810号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明有利地解决上述的问题，其目的在于提出有效地抑制因Si氧化皮引起的热轧卷材内的表面性状(色调)的变化、从而减轻制品卷材内的特性偏差的用于制造电磁钢板的热轧钢板及其有利的制造方法。
用于解决问题的方法
以下，对想到本发明的实验进行说明。
＜实验＞
将以质量％计含有C：0.05％、Si：3.0％、Mn：0.1％、酸可溶性Al：0.005％、N：0.002％和S：0.005％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯加热至1270℃，利用第一阶段的热轧制成80mm厚，接着，利用第二阶段的热轧制成板厚2.5mm的热轧板。此时，在第一阶段的热轧后进行利用高压水的脱氧化皮，通过使其水压变化而改变氧化皮厚度。
接着，利用连续式的退火炉，对于氧化皮厚度为10～70μm的钢板，在1050℃、100秒的条件下实施热轧板退火，然后，通过一次冷轧制成最终板厚0.23mm的冷轧板。接着，在55体积％H2-45体积％N2的湿润气氛下实施860℃、100秒的兼作脱碳的一次再结晶退火。然后，在钢板表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，干燥后，在氢气气氛下实施1200℃、5小时的包括纯化和二次再结晶的最终退火。
对于这样得到的取向性电磁钢板，从卷材长度方向的两端部和中央部分别裁取各10张宽度为100mm的试验片，分别通过JIS C 2556所记载的方法测定磁通密度B8。
将以热轧后的氧化皮厚度为横轴对磁通密度B8的平均值的变化进行调查而得到的结果示于图1。
如图1所示可知，在热轧后的氧化皮厚度为30～50μm的范围内，磁通密度B8均匀且良好。
另外，表1中示出对热轧后的表面氧化皮测定JIS Z 8729中规定的明度L*、色度a*、b*而得到的结果。
如表1所示查明了，在磁通密度的偏差小的范围内，明度L*为30≤L*≤50，且色度a*、b*分别为-1≤a*≤2、-5≤b*≤3，并且，以氧化皮厚度40μm为基准的色差ΔEab *落入ΔEab *≤8的范围内，表面氧化皮的颜色影响磁通密度B8的偏差。
[表1]
通过减小热轧板的表面氧化皮的色差而使制品板中的磁通密度B8的偏差减小的原因未必明确，但本发明人认为如下。
即，热轧板的表面氧化皮的颜色在热轧板退火中对钢板所获得的辐射热量带来影响。因此，在利用相同条件的连续炉对表面的颜色不同的钢板进行退火的情况下，所得到的热量局部性地不同，因此，均热温度产生差异，这导致制品板中的磁通密度B8的偏差。关于这一点，认为通过像本次实验这样在热轧中控制氧化皮厚度而使热轧板的表面氧化皮的颜色保持均匀，能够在热轧板退火中进行精密的温度控制，由此，制品板中的磁通密度B8的偏差减小。
本发明是基于上述见解并进一步反复进行研究后完成的。
即，本发明的主旨构成如下所述。
1.一种用于制造电磁钢板的热轧钢板，其为在表面具有氧化皮层的热轧钢板，其中，
该钢板表面的JIS Z 8781-4:2013中规定的明度L*满足30≤L*≤50，且色度a*、b*分别满足-1≤a*≤2、-5≤b*≤3的范围，
并且，使以热轧卷材的长度方向的一个端部为基准的该卷材的中央部和相反侧端部的JIS Z 8781-4:2013中规定的色差ΔEab *分别满足ΔEab *≤8。
2.如上述1所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板，其中，上述热轧钢板的成分组成以质量％计含有C：0.02～0.08％、Si：2.0～5.0％、Mn：0.02～1.0％、酸可溶性Al：0.01％以下和S：0.0015～0.01％，并且将N抑制为低于0.006％，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
3.如上述2所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板，其中，上述热轧钢板以质量％计还含有选自Ni：1.5％以下、Cu：1.0％以下、Cr：0.5％以下、P：0.5％以下、Sb：0.5％以下、Sn：0.5％以下、Bi：0.5％以下、Mo：1.0％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.1％以下、V：0.1％以下、B：0.0025％以下、Te：0.01％以下和Ta：0.01％以下中的一种或两种以上。
4.一种用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其为上述1～3中任一项所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其中，
在1180℃以上且1300℃以下的范围内的钢坯加热后的热轧中，将轧制至厚度100mm以下的第一阶段的轧制中的出口侧温度设定为950℃以上，接着在轧制至厚度3.0mm以下的第二阶段的轧制之前进行利用高压水的脱氧化皮，
将上述第二阶段的轧制后的钢板的表面氧化皮的以热轧卷材的长度方向的一个端部为基准的该卷材的中央部和相反侧端部的表面氧化皮的厚度差分别抑制为小于25μm。
5.如上述4所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其中，在上述钢坯加热后、第一阶段的热轧之前，进行利用破鳞机的原始氧化皮的破坏。
发明效果
根据本发明，能够通过控制热轧板的表面氧化皮的颜色而得到减小了热轧板退火中的长度方向的温度不均的用于制造电磁钢板的热轧钢板，进而能够得到制品卷材内的磁通密度B8的偏差小的取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示热轧后的热轧板表面的氧化皮厚度与制品板中的磁通密度B8的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明具体进行说明。
首先，对本发明中作为钢原材(钢坯)优选的成分组成进行说明。需要说明的是，表示成分组成的％只要没有特别说明则是指质量％。
C：0.02～0.08％
C低于0.02％时，不发生α-γ相变，并且碳化物本身减少，难以表现出由碳化物控制带来的效果。另一方面，超过0.08％时，在脱碳退火中难以降低至不发生磁时效的0.005％以下。因此，C优选设定为0.02～0.08％的范围。更优选为0.02～0.05％的范围。
Si：2.0～5.0％
Si是用于提高钢的电阻率、降低铁损所必需的元素。上述效果在低于2.0％时是不充分的，另一方面，超过5.0％时，加工性降低，难以进行轧制来制造。因此，Si优选设定为2.0～5.0％的范围。更优选为2.5～4.5％的范围。
Mn：0.02～1.0％
Mn是用于改善钢的热加工性所必需的元素。上述效果在低于0.02％时是不充分的，另一方面，超过1.0％时，使得制品板的磁通密度降低。因此，Mn优选设定为0.02～1.0％的范围。更优选为0.05～0.7％的范围。
酸可溶性Al：0.01％以下
Al在表面形成致密的氧化膜，有时会阻碍脱碳，因此，Al以酸可溶性Al量计优选抑制为0.01％以下。优选为0.008％以下。
S：0.0015～0.01％
S在形成MnS、Cu2S的同时，以固溶S、Se的形式抑制晶粒生长，有助于磁特性的稳定化。S低于0.0015％时，固溶S量不足，磁特性变得不稳定，另一方面，超过0.01％时，热轧前钢坯加热中的析出物的固溶变得不充分，磁特性变得不稳定，因此，S优选设定为0.0015～0.01％的范围。此外，S具有提高脱氧化皮性的效果，优选为0.002～0.01％的范围。
N：低于0.006％
N在钢坯加热时成为起泡等缺陷的原因，因此，优选抑制为低于0.006％。
本发明中，除了上述成分以外，还可以出于改善磁特性的目的而进一步含有选自Ni：1.5％以下、Cu：1.0％以下、Cr：0.5％以下、P：0.5％以下、Sb：0.5％以下、Sn：0.5％以下、Bi：0.5％以下、Mo：1.0％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.1％以下、V：0.1％以下、B：0.0025％以下、Te：0.01％以下和Ta：0.01％以下中的一种或两种以上。
关于这些成分，特别优选为Ni：0.5％以下、Cu：0.8％以下、Cr：0.15％以下、P：0.15％以下、Sb：0.15％以下、Sn：0.15％以下、Bi：0.2％以下、Mo：0.1％以下、Ti：0.01％以下、Nb：0.05％以下、V：0.05％以下、B：0.0020％以下、Te：0.005％以下、Ta：0.005％以下。
接着，对本发明的热轧钢板的制造方法进行说明。
将具有前述成分组成的钢水通过常规方法的精炼工艺进行熔炼后，通过以往公知的铸锭-开坯轧制法或连续铸造法制成钢原材(钢坯)。或者，可以通过直接铸造法制成厚度为100mm以下的薄铸片。
将上述钢坯依照常规方法加热至1180℃以上且1300℃以下的温度后，供于热轧。需要说明的是，铸造后，如果没有从该温度范围起进行降温，则可以不经加热而直接供于热轧。
热轧分为两阶段，在此之间必须进行脱氧化皮。该脱氧化皮利用高压水来进行，将热轧后的氧化皮厚度在长度方向上抑制为小于25μm的氧化皮厚度差是重要的。此时，通过在出口侧温度：950℃以上进行第一阶段的轧制，容易利用脱氧化皮形成均匀的表面性状。虽然不清楚其准确的原因，但认为是因为，添加到钢中的S在表面氧化皮中存在，由此使剥离性提高。需要说明的是，在厚度为100mm以下的薄铸片的情况下，以一阶段进行热轧，在该热轧之前进行脱氧化皮。
另外，在第一阶段的热轧后仅通过利用高压水的脱氧化皮进行氧化皮厚度的调整的情况下，钢板的温度过度降低，从组织控制的观点考虑，有时变得不利。
在这种情况下，在第一阶段的热轧之前利用破鳞机破坏钢坯表面的原始氧化皮是有效的。由此，热轧的第一阶段后的脱氧化皮变得容易，并且新生成的氧化皮也容易剥离。
这样，可以得到用于制造电磁钢板的热轧钢板。
然后，用于制造取向性电磁钢板的工序如下所述。
即，对热轧得到的热轧板实施热轧板退火。关于该热轧板退火的退火温度，为了得到良好的磁特性，在冷轧一次法的情况下优选设定为1000～1150℃的范围，在冷轧两次法的情况下优选设定为800～1200℃的范围。热轧板退火温度低于800℃时，通过热轧形成的带状组织残留，难以得到整粒的一次再结晶组织，阻碍二次再结晶的发达。在冷轧一次法的情况下，热轧板退火为即将最终冷轧之前的退火，因此优选为1000℃以上。另一方面，热轧板退火温度超过1200℃时，热轧板退火后的晶粒过度粗大化，仍然难以得到整粒的一次再结晶组织。因此，优选设定为1200℃以下。特别是在冷轧一次法的情况下，热轧板退火为即将最终冷轧之前的退火，因此，优选设定为1100℃以下。关于该温度范围内的保持时间，为了热轧板退火后的组织的均匀化而需要为10秒以上，但即使保持长时间也没有提高磁特性的效果，因此，从作业成本的观点考虑，优选设定为300秒以下。
在此，在利用连续退火炉实施热轧板退火的情况下，通过将热轧板的色调、板厚接近的热轧板连接，不仅对于一个卷材，对于多个卷材也能够进行精密的温度控制。
热轧板退火后，进行一次冷轧或夹着中间退火的两次以上的冷轧而制成最终板厚的冷轧板。上述中间退火的退火温度优选设定为900～1200℃的范围。低于900℃时，中间退火后的再结晶晶粒变细，而且一次再结晶组织中的高斯核减少，制品板的磁特性有降低的倾向。另一方面，超过1200℃时，与热轧板退火时同样，晶粒过度粗大化，难以得到整粒的一次再结晶组织。特别是，最终冷轧前的中间退火优选为1000～1150℃的温度范围，为了热轧板退火后的组织的均匀化而需要使保持时间为10秒以上，但即使保持长时间也没有提高磁特性的效果，因此，从作业成本的观点考虑，优选设定为300秒以下。
另外，制成最终板厚的冷轧(最终冷轧)中，为了在一次再结晶退火板的组织中使＜111＞//ND取向充分发达，优选将压下率设定为80～95％。
然后，对制成最终板厚的冷轧板实施一次再结晶退火。该一次再结晶退火也可以兼作脱碳退火，从脱碳性的观点考虑，退火温度优选设定为800～900℃的范围，另外，气氛优选设定为湿润气氛。此外，通过在一次再结晶退火的升温过程中的500～700℃的温度范围内以30℃/s以上进行快速加热，高斯取向晶粒的再结晶核增加，能够实现低铁损化，能够制造兼具高磁通密度和低铁损的取向性电磁钢板。但是，此时的升温速度超过400℃/s时，产生织构的无序化，导致磁特性的劣化，因此，升温速度优选设定为30℃/s以上且400℃/s以下。优选为50℃/s以上且300℃/s以下。
对于实施一次再结晶退火后的钢板，在钢板表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，干燥后，实施最终退火，使沿高斯取向高度聚集的二次再结晶组织发达，并且形成镁橄榄石覆膜。关于最终退火的退火温度，为了表现出二次再结晶而在800℃以上进行，而且为了使二次再结晶完成，优选在800℃以上的温度下保持20小时以上。进而，为了形成良好的镁橄榄石覆膜，优选升温至约1200℃的温度并保持1小时以上。
然后，对最终退火后的钢板进行用于除去附着于钢板表面的未反应的退火分离剂的水洗、刷洗、酸洗等，然后实施平坦化退火而进行形状矫正对于铁损的降低是有效的。这是因为，最终退火通常以卷材状态进行，因此，有时会产生卷材的卷痕，其导致在铁损测定时特性劣化。此外，在将钢板层叠来使用的情况下，在上述平坦化退火之前或之后在钢板表面形成绝缘覆膜是有效的。特别是，为了降低铁损，优选应用能够对钢板赋予张力的张力赋予覆膜作为绝缘覆膜。需要说明的是，张力赋予覆膜的形成采用隔着粘合剂涂布张力覆膜的方法、利用物理蒸镀法或化学蒸镀法在钢板表面蒸镀无机物的方法时，能够形成覆膜密合性优良且铁损降低效果显著高的绝缘覆膜。
此外，为了进一步降低铁损，可以实施磁畴细化处理。作为该磁畴细化处理方法，可以使用通常实施的、在最终制品板上形成槽、或者利用电子束照射、激光照射、等离子体照射等以线状或点列状导入热应变或冲击应变的方法、在冷轧至最终板厚的钢板等中间工序的钢板表面实施蚀刻加工而形成槽的方法等。
实施例
(实施例1)
准备多个含有C：0.06％、Si：2.8％、Mn：0.08％、酸可溶性Al：0.005％、N：0.004％和S：0.01％且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯，加热至1230℃后，通过热轧制成板厚2.2mm的热轧板。热轧的条件如表2所记载的那样。氧化皮厚度的调整通过热轧第二阶段前的利用高压水的脱氧化皮来进行。接着，进行1000℃、100秒的热轧板退火后，通过夹着1060℃、100秒的中间退火的两次冷轧制成最终板厚为0.23mm的冷轧板，然后，在55体积％H2-45体积％N2的湿润气氛下进行850℃、100秒的兼作脱碳退火的一次再结晶退火。然后，在钢板表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，干燥后，在氢气气氛下实施1200℃、5小时的包括纯化处理和二次再结晶的最终退火。
从这样得到的取向性电磁钢板的卷材两端部和中央部分别裁取各10张宽度为100mm的试验片，分别通过JIS C 2556所记载的方法测定磁通密度B8，求出其平均值。
将所得到的结果一并记载于表2中。
另外，表2中也一并示出对热轧钢板调查JIS Z 8781-4:2013中规定的明度L*、色度a*、b*和色差ΔEab *而得到的结果。
由表2可知，在热轧板的色调(明度、色度)和色差满足本发明范围的情况下，制品板中磁特性的偏差小。
(实施例2)
将形成表3所示的成分组成的钢坯加热至1300℃，通过两阶段的热轧制成板厚2.2mm的热轧板。热轧的第一阶段的轧制中的出口侧温度设定为1050℃。另外，在钢坯加热后应用VSB(立式破鳞机)并且在第一阶段的轧制后进行高压水的脱氧化皮，由此将热轧板的氧化皮厚度控制为30～50μm的范围。接着，进行1030℃、100秒的热轧板退火后，通过一次冷轧制成最终板厚为0.23mm的冷轧板。接着，在55体积％H2-45体积％N2的湿润气氛下进行870℃、100秒的兼作脱碳退火的一次再结晶退火。关于表3中氮增量(ΔN)一栏中记载的成分体系，在一次再结晶退火后在NH3气氛气体中进行氮化。然后，在钢板表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，干燥后，在氢气气氛下实施1200℃、5小时的包括纯化处理和二次再结晶的最终退火。
从这样得到的取向性电磁钢板的卷材两端部和中央部分别裁取各10张宽度为100mm的试验片，分别通过JIS C 2556所记载的方法测定磁通密度B8，求出其平均值。
将所得到的结果与对热轧钢板的明度L*、色度a*、b*和色差ΔEab *进行调查而得到的结果一起示于表4中。
[表3]
由表4可知，在以本发明的优选成分组成、热轧条件实施热轧而使热轧板的色调和色差满足本发明的适当范围的情况下，制品板中磁特性的偏差小。

Claims (5)

1.一种用于制造电磁钢板的热轧钢板，其为在表面具有氧化皮层的热轧钢板，其中，
该钢板表面的JIS Z 8781-4:2013中规定的明度L*满足30≤L*≤50，且色度a*、b*分别满足-1≤a*≤2、-5≤b*≤3的范围，
并且，使以热轧卷材的长度方向的一个端部为基准的该卷材的中央部和相反侧端部的JIS Z 8781-4:2013中规定的色差ΔEab *分别满足ΔEab *≤8。
2.如权利要求1所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板，其中，所述热轧钢板的成分组成以质量％计含有C：0.02～0.08％、Si：2.0～5.0％、Mn：0.02～1.0％、酸可溶性Al：0.01％以下和S：0.0015～0.01％，并且将N抑制为低于0.006％，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
3.如权利要求2所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板，其中，所述热轧钢板以质量％计还含有选自Ni：1.5％以下、Cu：1.0％以下、Cr：0.5％以下、P：0.5％以下、Sb：0.5％以下、Sn：0.5％以下、Bi：0.5％以下、Mo：1.0％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.1％以下、V：0.1％以下、B：0.0025％以下、Te：0.01％以下和Ta：0.01％以下中的一种或两种以上。
4.一种用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其为权利要求1～3中任一项所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其中，
在1180℃以上且1300℃以下的范围内的钢坯加热后的热轧中，将轧制至厚度100mm以下的第一阶段的轧制中的出口侧温度设定为950℃以上，接着在轧制至厚度3.0mm以下的第二阶段的轧制之前进行利用高压水的脱氧化皮，
将所述第二阶段的轧制后的钢板的表面氧化皮的以热轧卷材的长度方向的一个端部为基准的该卷材的中央部和相反侧端部的表面氧化皮的厚度差分别抑制为小于25μm。
5.如权利要求4所述的用于制造电磁钢板的热轧钢板的制造方法，其中，在所述钢坯加热后、第一阶段的热轧之前，进行利用破鳞机的原始氧化皮的破坏。
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