CN110651058A - 取向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

由以质量％计含有C：0.002～0.15％、Si：2.5～6.0％、Mn：0.01～0.80％、Al：0.010～0.050％、N：0.003～0.020％的钢坯制造取向性电磁钢板时，将脱碳退火的500℃至700℃之间的升温速度设定为80℃/s以上、将最终冷轧的工作辊的表面粗糙度Ra设定为0.01～3.0μm、将退火分离剂中的碱土金属相对于MgO的总含量设定为0～5质量％，将贯通晶粒的轧制方向的平均长度L设定为25mm以下、将轧制方向的长度为5mm以下的晶粒的个数比率设定为40～90％、将镁橄榄石覆膜断面中的等效圆直径为0.5μm以上的碱土金属硫化物的存在比率设定为板宽方向每单位长度0.2个/μm以下，由此制造铁损特性优良、铁损的波动小的取向性电磁钢板。

Description

取向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及取向性电磁钢板及其制造方法，具体而言，涉及铁损特性优良的取向性电磁钢板及其制造方法。
背景技术
电磁钢板是作为变压器、发电机的铁芯材料等被广泛使用的软磁性材料，存在无取向性电磁钢板和取向性电磁钢板。特别是取向性电磁钢板，通过使结晶方位高度地向被称为高斯(Goss)方位的{110}＜001＞方位集聚而显示优良的磁特性，因此，主要作为大型的变压器的铁芯材料等使用。因此，为了降低对变压器进行励磁时产生的能量损失，对该取向性电磁钢板要求励磁所引起的损耗、即铁损低。
取向性电磁钢板的铁损可以分为磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗可以通过提高结晶方位朝向高斯方位的集聚度来降低。因此，例如在专利文献1中公开了如下技术：使AlN在制造过程微细析出，将其作为在最终退火时对晶界进行钉扎的抑制剂来使用，由此，使高斯方位优先进行二次再结晶，从而制造方位集聚度高的取向性电磁钢板。
另一方面，作为降低涡流损耗的方法，已知如下方法：添加Si而提高钢的电阻率，降低对制品进行励磁时产生的涡电流。但是，过度添加Si时，饱和磁通密度降低，铁芯的尺寸增大，因此，增加Si的方法存在极限。
另外，作为降低涡流损耗的其他手段，已知如下技术：利用覆膜张力将钢板内部生成的磁畴宽度进行细化，或者将晶粒微细化。作为前者的利用覆膜张力的技术，有在钢板表面形成以镁橄榄石作为主成分的覆膜、或者以上述镁橄榄石覆膜作为基底覆膜并在其上形成以磷酸盐和胶态二氧化硅作为主成分的绝缘覆膜的方法。该技术是利用镁橄榄石和绝缘覆膜的热膨胀率比钢基的热膨胀率小这一点而对钢板表面赋予拉伸应力的方法，特别是已知，轧制方向的拉伸应力对于将磁畴细化、降低铁损是有效的。
另一方面，作为后者的将晶粒微细化的方法，例如在专利文献2中记载了如下方法：通过在脱碳退火的加热过程进行快速加热，促进高斯晶粒的一次再结晶，将二次再结晶后的粒径微细化。另外，在专利文献3中提出了如下技术：在从一次再结晶退火的中途至开始二次再结晶为止的期间内，照射高温的光斑激光或脉冲激光等而在钢板内部人为地设置使结晶生长的驱动力增加的区域，由此，在二次再结晶中形成粒径3mm以下的微细晶粒，从而降低铁损。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公昭40-015644号公报
专利文献2：日本特开平07-062436号公报
专利文献3：日本特开平10-183312号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，根据发明人的研究明确了：在钢板中在形成有微细晶粒的取向性电磁钢板的表面形成镁橄榄石覆膜、或者镁橄榄石覆膜和绝缘覆膜而制成制品的情况下，有时铁损的波动大、得不到期望的铁损。此外，为了在从脱碳退火至最终退火的期间内使用激光等在钢板内部设置使结晶生长的驱动力增加的区域、或者在二次再结晶中形成微细晶粒，需要新的设备投资，因此，存在导致制造成本的增加的问题。
本发明是鉴于现有技术所存在的上述问题而完成的，其目的在于提供在具有张力覆膜、有效利用微细晶粒的取向性电磁钢板中铁损特性优良、而且铁损的波动小的取向性电磁钢板，并且提出其廉价的制造方法。
用于解决问题的方法
发明人首先对在不导入人为的应变的情况下在二次再结晶后的制品板中形成微细晶粒、从而降低铁损的方法进行了研究。根据专利文献3，记载了：就微细晶粒而言，即使不人为地形成，也存在自然产生的，这样的微细晶粒具有与高斯方位极其接近的方位。因此，首先对在最终退火前的组织中形成大量的高斯方位晶粒的方法进行了研究。
如前所述，为了将二次再结晶晶粒微细化，在脱碳退火的加热过程进行快速加热是有效的。这是由于，脱碳退火的加热速度慢时，在冷轧中从应变被大量导入的＜111＞//ND方位进行再结晶，但实施快速加热而在短时间内使钢板到达高温的情况下，＜111＞//ND方位以外的方位的再结晶也进行，特别是高斯方位的再结晶被促进。高斯方位晶粒成为二次再结晶的种子，因此，在即将二次再结晶之前存在大量高斯方位晶粒的情况下，更多的高斯方位晶粒进行二次再结晶，再结晶粒径微细化。但是，在进行快速加热的方法中，二次再结晶晶粒平均地进行微细化，因此，无法使微细晶粒配置于钢板中。
因此，发明人着眼于高斯方位的核形成。已知高斯方位的核形成在冷轧中形成的剪切带中。剪切带由于冷轧中的剪切应力的局部集中而产生，因此期待通过增大轧制时的剪切应力来增加形成量。因此，发明人想到了通过改变轧制辊的粗糙度、使冷轧中形成的剪切带增加来增加高斯方位晶粒的方法。
即，本发明为一种取向性电磁钢板，其具有含有C：0.005质量％以下、Si：2.5～6.0质量％、Mn：0.01～0.80质量％、S：0.005质量％以下、Se：0.005质量％以下和N：0.005质量％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，在钢板表面具有以镁橄榄石作为主成分的镁橄榄石覆膜，所述取向性电磁钢板的特征在于，在板厚方向上贯通的晶粒的轧制方向的平均长度L为25mm以下，轧制方向的长度为5mm以下的晶粒相对于全部晶粒的个数比率P在40～90％的范围内，对镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行观察时，等效圆直径为0.5μm以上的选自Ca、Sr和Ba中的一种以上的碱土金属的硫化物的存在比率为板宽方向每单位长度0.2个/μm以下。
本发明的上述取向性电磁钢板的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有选自Cr：0.010～0.500质量％、Ni：0.010～1.500质量％、Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％、Mo：0.005～0.100质量％、B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上。
另外，本发明提出了上述的取向性电磁钢板的制造方法，对具有含有C：0.002～0.15质量％、Si：2.5～6.0质量％、Mn：0.01～0.80质量％、Al：0.010～0.050质量％和N：0.003～0.020质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢坯进行加热，进行热轧而制成热轧板，对该热轧板实施热轧板退火后，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，对该冷轧板实施脱碳退火后，涂布钢板表面的以MgO作为主成分的退火分离剂并干燥，进行最终退火，所述取向性电磁钢板的制造方法的特征在于，在上述脱碳退火的加热过程中，将500～700℃的温度范围的加热速度设定为80℃/s以上，将上述冷轧的最终冷轧中使用的工作辊的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计设定为0.01～3.0μm的范围，作为上述以MgO作为主成分的退火分离剂，相对于MgO含有以碱土金属换算计合计为0～5质量％的选自Ca、Sr和Ba中的一种以上的碱土金属的化合物。
本发明的上述取向性电磁钢板的制造方法中使用的上述钢坯的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有选自S：0.002～0.030质量％和Se：0.002～0.100质量％中的一种或两种。
另外，本发明的上述取向性电磁钢板的制造方法中使用的上述钢坯的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有选自Cr：0.010～0.500质量％、Ni：0.010～1.500质量％、Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％、Mo：0.005～0.100质量％、B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上。
发明效果
根据本发明，能够廉价地提供铁损特性优良、而且铁损的波动小的取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示冷轧中使用的工作辊的平均粗糙度Ra与铁损W17/50的关系的图。
图2是表示冷轧中使用的工作辊的表面粗糙度Ra与微细晶粒的个数比率P的关系的图。
图3是表示微细晶粒的个数比率P与铁损W17/50的关系的图。
图4是表示硫化物的存在比率与铁损W17/50的关系的图。
图5是表示退火分离剂中的Ca、Sr和Ba的含有率与镁橄榄石覆膜中的硫化物的存在比率的关系的图。
具体实施方式
首先，对开发本发明的实验进行说明。
＜实验1＞
将含有C：0.06质量％、Si：3.3质量％、Mn：0.05质量％、Al：0.02质量％和N：0.01质量％的钢坯加热至1420℃后，进行热轧而制成板厚2.4mm的热轧板，对该热轧板实施1040℃×60秒的热轧板退火后，进行第一次冷轧而制成1.8mm的中间板厚，实施1120℃×80秒的中间退火后，进行第二次冷轧而制成最终板厚0.23mm的冷轧板。此时，最终冷轧中使用的森吉米尔轧机的工作辊使用辊径为80mm的辊，使表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计发生各种变化。接着，从上述冷轧板的板宽中央部切出轧制方向的长度：100mm×板宽方向的长度：300mm的试验片。
接着，对上述试验片在50体积％H2-50体积％N2的湿润气氛(露点：60℃)下实施850℃×80秒的脱碳退火。此外，使加热过程的500℃至700℃之间的升温速度V变化为50℃/s和80℃/s这两个水准。
然后，在上述试验片的表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，并干燥，然后，实施由二次再结晶退火和在氢气气氛中于1200℃的温度下保持7小时的纯化退火构成的最终退火。
对于这样得到的最终退火后的试验片，依据JISC2550测定励磁频率50Hz下的铁损W17/50。图1示出工作辊的表面粗糙度Ra与铁损W17/50的关系。由该图可知，工作辊的表面粗糙度Ra在0.01～3.0μm的范围内时得到了0.80W/kg以下的良好的铁损。
因此，为了对通过使工作辊的表面粗糙度Ra加粗而改善了铁损的原因进行调查，将钢板表面的镁橄榄石覆膜除去而使钢基露出后，对在板厚方向上贯通的晶粒的钢板表面上的轧制方向的平均长度L和轧制方向的长度为5mm以下的晶粒(不管有无贯通)相对于全部晶粒的个数比率P进行测定。L和P的测定中，将由封闭的晶界围成的区域视为一个晶粒，测定晶粒的轧制方向的长度。
其结果可知，升温速度V为50℃/s时，平均粒径L为29～32mm的范围，与此相对，升温速度V为80℃/s时，L微细化至19～22mm的范围。
另外，图2示出工作辊的表面粗糙度Ra与微细晶粒的个数比率P的关系。由该图可知，随着Ra变粗，轧制方向的长度为5mm以下的微细晶粒的个数比率P增大。
关于通过使冷轧的工作辊的表面粗糙度加粗而使微细晶粒大量生成的原因，发明人认为是由于，通过使辊粗糙度变粗，在冷轧时对钢板起作用的剪切应力增加，剪切带的形成被促进，由此使高斯方位核的生成被促进。
另外，图3示出微细晶粒的个数比率P与铁损W17/50的关系。由该图可知，微细晶粒的个数比率P在40～90％的范围内时，可以得到良好的铁损。这是因为，微细晶粒的个数比率P为40％以上时，晶界增加，由此使磁畴细化效果发挥作用，铁损得到改善。但是，微细晶粒超过90％时，由于微细晶粒的结晶方位的分散增大而使磁通密度降低，反而磁滞损耗增大。因此认为，微细晶粒的个数比率P存在适当范围。
上述实验的结果可知，在不进行人为的应变的导入的情况下形成微细晶粒，能够改善铁损。但是，发明人的进一步调查的结果可知，平均结晶粒径和微细晶粒的个数比率P即使在上述的范围内，铁损的波动也大，仍有可能无法得到期望的铁损。
因此，为了调查钢基以外的影响，发明人对形成在钢基表面的镁橄榄石覆膜进行了调查。其结果表明，铁损大的制品的镁橄榄石覆膜相对于铁损优良的覆膜，覆膜张力低。
因此，为了进一步调查覆膜张力低的原因，使用SEM对镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行了调查，结果，在覆膜张力低的镁橄榄石覆膜中，以进入镁橄榄石的晶粒之间的方式大量形成有粗大的Ca、Sr或Ba的硫化物。这些硫化物与镁橄榄石和钢基相比，热膨胀率大，因此认为，具有使钢基与镁橄榄石的热膨胀率差所引起的覆膜张力缓和的作用。
因此，为了调查硫化物的形成量给铁损带来的影响，进行了以下的实验。
＜实验2＞
从实验1中制作的、在冷轧的工作辊的表面粗糙度Ra为0.5μm、500-700℃的升温速度V为80℃/s的条件下进行脱碳退火后的钢板裁取试验片，在该试验片的表面涂布以MgO作为主成分、以各种比例含有Ca、Sr和Ba中的任意一种的退火分离剂，并干燥，然后，实施由二次再结晶退火和在氢气气氛中于1200℃的温度下保持7小时的纯化退火构成的最终退火。
对于这样得到的最终退火后的试验片，依据JISC2550测定励磁频率50Hz下的铁损W17/50。进而，利用SEM对镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行观察。在此，利用SEM的观察中，以板宽方向上60μm的宽度作为1个视野，观察5个视野，由各视野的SE像和EDX谱计测镁橄榄石覆膜中的Ca、Sr和Ba的硫化物的数量，测定等效圆直径为0.5μm以上的硫化物的个数，对于板宽方向的每单位长度的存在比率，求出5个视野的平均。
图4示出硫化物的存在比率与铁损W17/50的关系。由该图可知，镁橄榄石覆膜中的硫化物的存在比率为0.2个/μm以下时，可以得到良好的铁损。此外，图5示出退火分离剂中的Ca、Sr和Ba的含有率与镁橄榄石覆膜中的硫化物的存在比率的关系。由该图可知，为了得到良好的铁损，需要使退火分离剂中的Ca、Sr和Ba的含有率为5质量％以下。
本发明是对由上述的实验得到的新见解进一步进行研究而开发的。
接着，对本发明的取向性电磁钢板(制品板)进行说明。
本发明的取向性电磁钢板需要使钢板的成分组成为Si：2.5～6.0质量％、Mn：0.01～0.80质量％的范围。
Si是提高钢的电阻率、降低涡流损耗所需的元素。低于2.5质量％时，上述效果不充分，另一方面，超过6.0质量％时，加工性降低，难以加工成铁芯。优选为2.8～4.5质量％的范围。
另外，Mn与Si同样地具有提高钢的电阻率的效果，但主要是出于提高钢的热加工性的目的而添加。低于0.01质量％时，上述效果不充分，另一方面，超过0.80质量％时，磁通密度降低。优选为0.05～0.40质量％的范围。
本发明的取向性电磁钢板中，上述Si和Mn以外的余量为Fe和不可避免的杂质，该不可避免的杂质中的C、N、S和Se的含量分别优选为C：0.005质量％以下、N：0.005质量％以下、S：0.005质量％以下和Se：0.005质量％以下。这些C、N、S和Se是炼钢阶段中作为提高制品的磁通密度的抑制剂形成元素添加的元素，但在制品板中残留这些元素时，形成析出物而对磁畴的移动进行钉扎，成为使铁损劣化的原因，因此，优选在制造过程中降低至上述范围。更优选为C：0.003质量％以下、N：0.002质量％以下、S：0.002质量％以下和Se：0.002质量％以下。
需要说明的是，本发明的取向性电磁钢板中，除了上述Si和Mn以外，还可以根据各种目的而含有选自Cr：0.010～0.500质量％、Ni：0.010～1.500质量％、Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％、Mo：0.005～0.100质量％、B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上。
接着，本发明的取向性电磁钢板中，需要使在板厚方向上贯通的晶粒的钢板表面的轧制方向的平均长度L为25mm以下。上述平均长度L高于上述的范围时，不能充分地得到磁畴细化的效果。优选的平均长度L为20mm以下。
此外，本发明的取向性电磁钢板中，需要使轧制方向的长度为5mm以下的微细晶粒相对于全部晶粒的个数比率P为40～90％的范围。轧制方向的长度为5mm以下的微细晶粒对于进一步提高磁畴细化效果是有效的，相对于全部晶粒为40％以上时其效果变得显著。但是，超过90％时，各个微细晶粒从高斯方位的偏离变大，由于磁通密度的降低而使铁损劣化。优选为50～80％的范围。需要说明的是，上述微细晶粒没有必要是在板厚方向上贯通的晶粒。
另外，本发明的取向性电磁钢板中，需要在钢板表面具有以镁橄榄石作为主成分的镁橄榄石覆膜、并且在对上述镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行观察时、等效圆直径为0.5μm以上的、碱土金属的硫化物、具体而言Ca、Sr和Ba的硫化物的存在比率为板宽方向的每单位长度0.2个/μm以下。这是因为，在镁橄榄石覆膜中存在上述大小的硫化物时，减弱镁橄榄石的覆膜张力，铁损劣化。需要说明的是，优选的碱土金属的硫化物的存在比率为板宽方向的每单位长度0.13个/μm以下。
需要说明的是，对于本发明的取向性电磁钢板而言，在将钢板层叠来使用的情况下，为了改善铁损，优选在上述镁橄榄石覆膜上被覆绝缘覆膜而成。
接着，对制造本发明的取向性电磁钢板的方法进行说明。
首先，对成为本发明的取向性电磁钢板的原材的钢坯的成分组成进行说明。
C：0.002～0.15质量％
C低于0.002质量％时，C所带来的晶界强化效果消失，钢坯发生破裂等，给制造带来障碍。另外，C是奥氏体形成元素，并且是对于提高γ相的最大百分率、使钢坯的组织微细化也有用的元素。但是，C超过0.15质量％时，难以利用脱碳退火将C降低至不引起磁时效的0.005质量％以下。因此，C设定为0.002质量％～0.15质量％的范围。优选为0.01～0.10质量％以下。
Si：2.5～6.0质量％
Si是用于提高钢的电阻率、降低涡流损耗所需的元素。低于2.5质量％时，上述效果不充分，另一方面，超过6.0质量％时，二次再结晶变得困难，并且加工性降低，难以进行轧制来制造。因此，Si设定为2.5～6.0质量％的范围。优选为2.5～4.6质量％，更优选为3.0～4.0质量％的范围。
Mn：0.01～0.80质量％
Mn是用于改善钢的热加工性所需的元素。低于0.01质量％时，不能充分得到上述效果，另一方面，超过0.80质量％时，制品板的磁通密度降低。因此，Mn设定为0.01～0.80质量％的范围。优选为0.02～0.50质量％的范围。
Al：0.010～0.050质量％和N：0.003～0.020质量％
Al和N均是作为抑制剂形成元素而必需的元素，但少于上述下限值时，不能充分得到抑制剂效果，另一方面，超过上述上限值时，钢坯再加热时的固溶温度变得过高，即使在钢坯再加热后也以未固溶的形式残留，导致磁特性的降低。因此，设定为Al：0.010～0.050质量％、N：0.003～0.020质量％的范围。优选为Al：0.015～0.035质量％、N：0.005～0.015质量％的范围。
作为本发明的取向性电磁钢板的原材的钢坯中，上述基本成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质，但可以含有以下的元素。
选自S：0.002～0.030质量％和Se：0.002～0.100质量％中的一种或两种
S和Se均与Mn结合而形成抑制剂，但含量分别少于上述下限值时，不能充分得到抑制剂效果，另一方面，超过上述上限值时，钢坯再加热时的固溶温度变得过高，即使在钢坯再加热后也以未固溶的形式残留，导致磁特性的降低。因此，在添加S和Se的情况下，优选分别设定为S：0.002～0.030质量％和Se：0.002～0.100质量％的范围。更优选分别为S：0.005～0.020质量％、Se：0.010～0.050质量％的范围。
Cr：0.010～0.500质量％
Cr是使最终退火中的镁橄榄石覆膜的形成稳定化、减少覆膜不良的有用元素。但是，含量低于0.010质量％时，上述效果不足，另一方面，超过0.500质量％时，磁通密度降低。因此，在添加Cr的情况下，优选设定为0.010～0.500质量％的范围。更优选为0.050～0.400质量％的范围。
Ni：0.010～1.500质量％
Ni是奥氏体形成元素，因此是对于提高钢坯的最大γ相百分率有用的元素。但是，含量低于0.010质量％时，上述效果小，另一方面，超过1.500质量％时，加工性降低，通板性也变差，除此以外，二次再结晶变得不稳定，磁特性劣化。因此，在添加Ni的情况下，优选设定为0.010～1.500质量％的范围。更优选为0.100～1.000质量％的范围。
选自Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％和Mo：0.005～0.100质量％中的一种或两种以上
Sn、Sb、P、Cu和Mo是对于磁特性的提高有用的元素，但各自的含量低于上述范围的下限值时，磁特性的改善效果不足，另一方面，各自的含量超过上述范围的上限值时，二次再结晶变得不稳定，反而磁特性劣化。因此，在添加上述元素的情况下，优选以上述范围进行添加。更优选分别为Sn：0.01～0.10质量％、Sb：0.01～0.10质量％、P：0.01～0.10质量％、Cu：0.05～0.300质量％和Mo：0.01～0.05质量％的范围。
选自B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上
B、Nb和V均通过以微细的氮化物或碳化物的形式析出而发挥作为辅助抑制剂的作用，因此是对于提高磁通密度有用的元素。但是，各自的含量低于上述范围的下限值时，磁特性的改善效果不足，另一方面，各自的含量超过上述范围时，最终退火中的纯化变得困难，反而铁损劣化。因此，在添加上述元素的情况下，优选以上述范围进行添加。更优选分别为B：0.0002～0.0015质量％、Nb：0.0010～0.0060质量％和V：0.0010～0.0060质量％的范围。
接着，对本发明的取向性电磁钢板的制造方法进行说明。
钢坯
关于本发明的取向性电磁钢板的制造方法中使用的钢原材(钢坯)，将具有上述成分组成的钢通过使用转炉、真空脱气装置等的常规方法的精炼工艺熔炼后，可以通过常规方法的连续铸造法或铸锭-开坯轧制法进行制造，或者可以通过直接铸造法制成厚度为100mm以下的薄铸片，没有特别限制。
钢坯再加热和热轧
将上述钢坯在热轧之前根据常规方法再加热至约1200℃～约1400℃的温度，使抑制剂形成元素固溶，然后进行热轧而制成热轧板。关于该热轧的条件，在进行粗轧的情况下，优选将粗轧的结束温度设定为1100℃以上、将精轧的结束温度设定为900℃以上来进行。
热轧板退火
然后，对上述热轧后的钢板实施热轧板退火。为了得到良好的磁特性，该热轧板退火的均热温度优选设定为800～1150℃的范围。低于800℃时，热轧中形成的带状组织残留，难以得到整粒的一次再结晶组织，二次再晶粒的生长可能受到阻碍。另一方面，超过1150℃时，热轧板退火后的粒径过度粗大化，反而难以得到整粒的一次再结晶组织。需要说明的是，热轧板退火的均热时间优选设定为约10秒～约600秒。
冷轧
然后，将热轧板退火后的钢板通过一次冷轧或夹着中间退火的两次以上的冷轧制成最终板厚的冷轧板。实施中间退火的情况下的均热温度优选设定为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，制品板的磁特性可能降低。另一方面，超过1200℃时，与热轧板退火同样地，晶粒过度粗大化，难以得到整粒的一次再结晶组织。需要说明的是，中间退火的均热时间优选设定为约10秒～约600秒。
在此，本发明中重要的是，需要将进行上述冷轧的最终冷轧的森吉米尔轧机的工作辊的表面粗糙度Ra控制为0.01～3.0μm的范围。表面粗糙度Ra小于该范围时，剪切带的导入量变得不充分，不能充分形成高斯方位核，因此，制品板中的微细晶粒减少，得不到良好的铁损特性。另一方面，Ra大于3.0μm时，微细晶粒的数量过度增加，大量形成结晶方位偏离高斯方位的晶粒，因此，磁通密度降低，导致铁损特性的劣化。优选的工作辊的表面粗糙度Ra为0.05～2.0μm的范围。进一步优选为0.1～1.2μm的范围。另外，从确保摩擦系数的观点考虑，最终冷轧中使用的工作辊的辊径优选设定为150mmφ以下，更优选为100mmφ以下。
脱碳退火
然后，对制成最终板厚的冷轧板实施兼作一次再结晶退火的脱碳退火。该脱碳退火中，需要将加热过程的500℃至700℃之间的退火速度V设定为80℃/s以上。加热速度V小于80℃/s时，高斯方位核的一次再结晶变得不充分，制品板的晶粒粗大化，得不到良好的铁损。优选的加热速度V为120℃/s以上。
另外，上述脱碳退火的均热温度优选设定为700～1000℃的范围。均热温度低于700℃时，一次再结晶和脱碳不会充分进行，得不到期望的一次再结晶织构。另一方面，超过1000℃时，一次再结晶晶粒过度粗大化，接下来的最终退火中的高斯方位晶粒的二次再结晶的驱动力消失，可能难以发生二次再结晶。需要说明的是，脱碳退火的均热时间优选设定为约10秒～约600秒。
退火分离剂
然后，对于实施脱碳退火后的钢板，在钢板表面涂布以MgO作为主体的退火分离剂，并干燥。在此，上述退火分离剂需要相对于MgO含有以碱土金属换算计合计为0～5质量％的范围的选自Ca、Sr和Ba中的一种以上的碱土金属的化合物。上述的碱土金属的化合物为上述范围内时，通过包含在镁橄榄石覆膜中而具有提高镁橄榄石覆膜的密合性的效果。但是，碱土金属的化合物的含量超过5质量％而形成粗大的硫化物时，镁橄榄石覆膜的覆膜张力减小，铁损增大。因此，作为硫化物形成元素的Ca、Sr和Ba以合计设定为0～5质量％的范围。优选为0.5～4质量％的范围。
最终退火
然后，对涂布退火分离剂并干燥后的钢板实施由二次再结晶退火和纯化退火构成的最终退火，使向高斯方位高度集聚的二次再结晶组织发达，并且形成镁橄榄石覆膜。需要说明的是，最终退火中，为了进行纯化处理、以及为了形成镁橄榄石覆膜，优选升温至约1200℃。
需要说明的是，退火气氛根据常规方法的条件即可，没有特别限制，但在目的是将钢纯化的纯化退火时，期望设定为氢的含量高的气氛。
需要说明的是，对于上述最终退火后的钢板，然后通过水洗、刷洗、酸洗等将附着于钢板表面的未反应的退火分离剂除去，然后，实施平坦化退火而进行形状矫正对于降低铁损是有效的。这是因为，最终退火通常以卷材的状态进行，因此，防止由于卷材的翘边而在铁损测定时特性劣化的现象。
此外，在将本发明的钢板层叠来使用的情况下，在上述平坦化退火中、或者其前后，在钢板表面被覆绝缘覆膜是有效的。特别是为了实现铁损的降低，优选应用对钢板赋予张力的张力赋予覆膜作为绝缘覆膜。张力赋予覆膜的形成中，通过采用经由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将无机物蒸镀到钢板表层的方法，能够形成覆膜密合性优良、并且铁损降低效果显著大的绝缘覆膜，因此更优选。
另外，为了进一步降低铁损，优选实施磁畴细化处理。作为处理方法，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或激光照射、等离子体照射等以线状或点状引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。
需要说明的是，上述以外的其他制造条件根据取向性电磁钢板的一般制造方法即可。
实施例1
通过连续铸造法制造含有C：0.07质量％、Si：3.4质量％、Mn：0.11质量％、Al：0.025质量％和N：0.015质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯，将该钢坯再过热至1410℃的温度后，进行热轧而制成板厚2.4mm的热轧板，对该热轧板实施1000℃×50秒的热轧板退火后，进行冷轧而制成1.8mm的中间板厚，实施1100℃×20秒的中间退火后，进一步进行最终冷轧而制成板厚0.23mm的冷轧板。此时，上述最终冷轧中使用的森吉米尔轧机的工作辊使用辊径为70mmφ的辊，使表面粗糙度Ra如表1所示进行各种变化。
然后，对上述冷轧板在50体积％H2-50体积％N2的湿润气氛(露点：58℃)中进行850℃×100秒的脱碳退火。此时，使加热过程的500℃至700℃之间的升温速度V如表1所示进行各种改变来进行加热。
接着，涂布以MgO作为主成分、相对于MgO含有以Sr换算计为1质量％的SrCO3的退火分离剂，然后，实施如下的最终退火：在N2气氛下升温至1200℃，在H2气氛下于1200℃的温度保持10小时，在N2气氛下降温。
从以上述方式得到的钢板上裁取试验片，依据JISC2550记载的方法测定磁特性(铁损W17/50)。
接着，将上述试验片的镁橄榄石覆膜除去后，测定钢板的在板厚方向上贯通的晶粒的钢板表面上的轧制方向的平均长度L和轧制方向的长度为5mm以下的晶粒相对于全部晶粒的个数比率P。
在表1中一并记载上述测定的结果。由该表可知，满足本发明的制造条件而制造的钢板的贯通晶粒的轧制方向的平均长度L均为25mm以下，微细晶粒的个数比率P均在40～90％的范围内，均得到了良好的铁损。
[表1]
Figure BDA0002263667600000181
实施例2
通过连续铸造法制造含有C：0.08质量％、Si：3.2质量％、Mn：0.09质量％、Al：0.024质量％、N：0.011质量％、S：0.01质量％和Se：0.01质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯，将该钢坯再加热至1400℃的温度后，进行热轧而制成板厚2.2mm的热轧板，对该热轧板实施1000℃×50秒的热轧板退火后，进行冷轧而制成1.7mm的中间板厚，实施1100℃×20秒的中间退火后，进一步进行最终冷轧而制成板厚0.23mm的冷轧板。此时，上述最终冷轧中使用的森吉米尔轧机的工作辊使用辊径为130mmφ、表面粗糙度Ra为0.5μm的辊。
然后，在50体积％H2-50体积％N2的湿润气氛(露点：60℃)下实施850℃×100秒的脱碳退火。此时，加热过程的500℃至700℃之间的升温速度V设定为200℃/s。
接着，涂布以MgO作为主成分、以各自碱土金属换算计以表2所示的各种量含有Ca、Sr和Ba的碳酸盐的退火分离剂，并干燥后，实施如下的最终退火：在N2气氛下升温至1200℃，在H2气氛下于1200℃的温度保持10小时，在N2气氛下降温。
从以上述方式得到的钢板上裁取试验片，依据JISC2550记载的方法测定磁特性(铁损W17/50)。
进而，利用SEM对上述试验片的镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行观察，测定Ca、Sr和Ba的硫化物中等效圆直径为0.5μm以上的硫化物(析出物)的、板宽方向的每单位长度中的存在比率。
在表2中一并记载上述测定的结果。由该表可知，满足本发明的制造条件而制造的钢板的粗大的Ca、Sr和Ba的硫化物的存在比率均低，均得到了良好的铁损。
[表2]
Figure BDA0002263667600000201
实施例3
通过连续铸造法制造具有表3所示各种成分组成的钢坯，将该钢坯再加热至1400℃的温度后，进行热轧而制成板厚2.2mm的热轧板，对该热轧板实施1000℃×50秒的热轧板退火后，进行冷轧而制成1.7mm的中间板厚，实施1100℃×20秒的中间退火后，进一步进行最终冷轧而制成板厚0.23mm的冷轧板。此时，上述最终冷轧中使用的森吉米尔轧机的工作辊使用辊径为80mmφ、表面粗糙度Ra为0.5μm的辊。
然后，在50体积％H2-50体积％N2的湿润气氛(露点：60℃)下实施850℃×100秒的脱碳退火。此时，加热过程的500℃至700℃之间的升温速度V设定为200℃/s。
接着，涂布以MgO作为主成分、相对于MgO含有以Ca换算计为2.0质量％的Ca的碳酸盐的退火分离剂，然后，实施如下的最终退火：在N2气氛下升温至1200℃，在H2气氛下于1200℃的温度保持10小时，在N2气氛下降温。
从以上述方式得到的钢板上裁取试验片，依据JISC2550记载的方法测定磁特性(铁损W17/50)，将其结果一并记载于表3中。由该表可知，以符合本发明的成分组成的钢坯作为原材的钢板均具有良好的铁损。
[表3-1]
Figure BDA0002263667600000221
[表3-2]
Figure BDA0002263667600000231

Claims (5)

1.一种取向性电磁钢板，其具有含有C：0.005质量％以下、Si：2.5～6.0质量％、Mn：0.01～0.80质量％、S：0.005质量％以下、Se：0.005质量％以下和N：0.005质量％以下、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，在钢板表面具有以镁橄榄石作为主成分的镁橄榄石覆膜，所述取向性电磁钢板的特征在于，
在板厚方向上贯通的晶粒的轧制方向的平均长度L为25mm以下，
轧制方向的长度为5mm以下的晶粒相对于全部晶粒的个数比率P在40～90％的范围内，
对镁橄榄石覆膜的板宽方向断面进行观察时，等效圆直径为0.5μm以上的选自Ca、Sr和Ba中的一种以上的碱土金属的硫化物的存在比率为板宽方向每单位长度0.2个/μm以下。
2.如权利要求1所述的取向性电磁钢板，其特征在于，在所述成分组成的基础上还含有选自Cr：0.010～0.500质量％、Ni：0.010～1.500质量％、Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％、Mo：0.005～0.100质量％、B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上。
3.权利要求1所述的取向性电磁钢板的制造方法，对具有含有C：0.002～0.15质量％、Si：2.5～6.0质量％、Mn：0.01～0.80质量％、Al：0.010～0.050质量％和N：0.003～0.020质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢坯进行加热，进行热轧而制成热轧板，对该热轧板实施热轧板退火后，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，对该冷轧板实施脱碳退火后，涂布钢板表面的以MgO作为主成分的退火分离剂并干燥，进行最终退火，所述取向性电磁钢板的制造方法的特征在于，
在所述脱碳退火的加热过程中，将500～700℃的温度范围的加热速度设定为80℃/s以上，
将所述冷轧的最终冷轧中使用的工作辊的表面粗糙度以算术平均粗糙度Ra计设定为0.01～3.0μm的范围，
作为所述以MgO作为主成分的退火分离剂，相对于MgO含有以碱土金属换算计合计为0～5质量％的选自Ca、Sr和Ba中的一种以上的碱土金属的化合物。
4.如权利要求3所述的取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述钢坯在所述成分组成的基础上还含有选自S：0.002～0.030质量％和Se：0.002～0.100质量％中的一种或两种。
5.如权利要求3或4所述的取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述钢坯在所述成分组成的基础上还含有选自Cr：0.010～0.500质量％、Ni：0.010～1.500质量％、Sn：0.005～0.500质量％、Sb：0.005～0.500质量％、P：0.005～0.500质量％、Cu：0.010～0.500质量％、Mo：0.005～0.100质量％、B：0.0002～0.0025质量％、Nb：0.0010～0.0100质量％和V：0.0010～0.0100质量％中的一种或两种以上。
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