CN113166872B - 双取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.008％、C：大于0％且小于等于0.005％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。

Description

双取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明的一个实施例涉及一种双取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例涉及一种双取向电工钢板及其制造方法，通过适当地控制合金组分中Mg、Ca的含量来提高具有{100}<001>取向的晶粒的分数，从而具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。
背景技术
为了改善电工钢板的磁通密度，最有效的方法是通过改善钢的织构使<100>轴沿磁化方向平行对齐。此外，还采用一种方法，通过减少钢的合金量来提高Fe原子在钢中所占的分数，从而使饱和磁通接近纯铁，以改善磁通密度。在电工钢板中，取向电工钢板利用被称为高斯(Goss)织构的{110}<001>取向，通常取向电工钢板可以通过板坯-热轧-热轧板退火-冷轧-一次再结晶中脱碳-氮化-二次高温退火过程来获得。然而，对于这样的取向电工钢板，只有在轧制方向(Rd方向)具有优异的磁性，而在轧制垂直方向(TD方向)磁性极差，除了用于磁化方向确定为轧制方向的变压器之外，使用起来有些困难。因此，需要制造一种电工钢板，对织构进行控制，通过其他织构使磁化方向与<100>轴平行。
对于旋转设备中的磁化方向，由于通常在板面内旋转，<100>轴应平行于板面，在该条件下的取向中，钢铁材料上经常观测到的取向是{100}<011>取向。这是因为，<100>轴在从轧制方向朝轧制垂直方向(TD方向)扭曲45度的方向上平行，所以当磁化方向与板的轧制方向成45度时，具有磁性最优异的特征。然而，作为冷轧稳定取向，该取向具有再结晶退火时都消失的特征，因此不会应用于电工钢板材料。
与此类似地，还有{100}<001>取向，其作为立方织构(Cube)取向，有用性已经得到认可，但是已知方法只有通过实际无法大规模工业生产的机制(如交叉轧制或真空退火等)来制造的方法。
尤其，交叉轧制法不能连续生产材料，因此不可采用。对于大型发电设备，需要制造直径长达几米的圆筒形铁芯，因此无法应用于铁芯分割成几个至几十个后进行组装的工艺中，而且生产性也极低。
对于发电机，普通涡轮发电机按照各国的商业用电频率50Hz或者60Hz进行发电，因此50Hz和60Hz下的磁性能十分重要，但是在风力发电机等旋转速度慢的发电机中，DC和30Hz以下的频率下的磁性能十分重要。
因此，在上述的设备中，相较于交流磁场中产生的铁损，表征磁化程度的磁通密度特性更为重要，对此通常用B8磁通密度进行评价。B8磁通密度是指800A/m的磁场强度下的钢板的磁通密度值，主要是在50Hz的交流磁场下测定，但是根据情况，也会在直流磁场下测定，或者在50Hz以下的频率下测定。
发明内容
技术问题
本发明的一个实施例旨在提供一种双取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例旨在提供一种双取向电工钢板及其制造方法，通过适当地控制合金组分中Mg、Ca的含量来提高具有{100}<001>取向的晶粒的分数，从而具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。
技术方案
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.008％、C：大于0％且小于等于0.005％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其可以满足下述式1。
[式1]
[Ca]+[Mg]≥[S]
在式1中，[Ca]、[Mn]和[S]各自表示Ca、Mn和S的含量(重量％)。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其还可包含Sb：0.001重量％至0.1重量％和Sn：0.001重量％至0.1重量％中的一种或更多种。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其还可包含Ti：小于等于0.01重量％、Mo：小于等于0.01重量％、Bi：小于等于0.01重量％、Pb：小于等于0.01重量％、As：小于等于0.01重量％、Be：小于等于0.01重量％和Sr：小于等于0.01重量％中的一种或更多种。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数可为60％至99％。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其平均晶粒粒径可为钢板厚度的20倍或更大。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其可包含从钢板的基体表面向基体内部方向形成的氧化层和形成在基体表面上的绝缘层。
氧化层的厚度可为5μm或更小。
绝缘层的厚度可为0.2μm至8μm。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其还可包含夹在基体表面和绝缘层之间的镁橄榄石层。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其轧制方向和轧制垂直方向的Br皆为1.63T或更大，圆周方向的Br为1.56T或更大，Br可以通过下述式2进行计算。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其在750℃至880℃的温度下对钢板进行退火1小时至2小时后测定的Br值为1.65T或更大，Br可以通过下述式2进行计算。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的制造方法，其包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.02％、C：大于0％且小于等于0.05％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；对冷轧板进行一次再结晶退火的步骤；以及对一次再结晶退火后的冷轧板进行二次再结晶退火的步骤。
板坯可以满足下述式3。
[式3]
[C]/[Si]≥0.0067
在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的含量(重量％)。
制造热轧板的步骤可包含对板坯进行粗轧的步骤、对粗轧后的中间坯进行加热的步骤和对加热后中间坯进行精轧的步骤，在对中间坯进行加热的步骤中，可以在1100℃或更高的温度下保持30秒至20分钟。
一次再结晶退火的步骤中可包含50℃至70℃的露点温度下脱碳的步骤。
一次再结晶退火的步骤中可包含氮化步骤，氮化量为0.01重量％至0.03重量％。
在一次再结晶退火的步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径可为30μm至50μm。
在一次再结晶退火的步骤之后，还可包含涂布退火隔离剂的步骤。
在二次再结晶退火的步骤之后，还可包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。
发明效果
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，通过适当地控制合金组分中Mg、Ca的含量，具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。
尤其，根据本发明的一个实施方例的双取向电工钢板，可有效地用于转速慢的发电机如风力发电机等。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的截面示意图。
图2是根据本发明的另一个实施例的双取向电工钢板的截面示意图。
具体实施方式
本文中第一、第二、第三等词汇用于描述各部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些词汇限制。这些词汇仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。
本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。在说明书中使用的“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不存在其他部分。
虽然没有另作定义，但是本文中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。对于辞典中定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。
另外，在没有特别提及的情况下，％表示重量％，1ppm是0.0001重量％。
在本发明的一个实施例中，进一步包含附加元素是指余量的铁(Fe)中一部分被附加元素替代，替代量相当于附加元素的加入量。
在下文中，将详细描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不限于本文所述的实施例。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.008％、C：大于0％且小于等于0.005％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。
首先说明限制双取向电工钢板成分的理由。
Si：2.0重量％至4.0重量％
硅(Si)是热轧中形成奥氏体的元素，为了在板坯加热温度附近和热轧板退火温度附近具有10％左右的奥氏体分数，需要限制加入量。此外，在二次再结晶退火中，只有在铁素体单相的情况下，才会在退火时顺利地形成二次再结晶微细组织，因此需要限制为形成铁素体单相的成分。在纯铁中，当加入2.0重量％或更多时，就会形成铁素体单相，藉以通过加入C，可以调节奥氏体分数。因此，可以将Si含量的下限限制为2.0重量％。另外，当加入量大于4重量％时，难以进行冷轧，饱和磁通会下降，因此限制加入量大于4重量％。进一步具体地，Si可包含2.2重量％至3.3重量％。更具体地，为了获得磁通密度高的钢板，Si可包含2.4重量％至2.9重量％。
Al：0.01重量％至0.04重量％
铝(Al)会形成AlN，从而用作二次再结晶的抑制剂。在本发明的一个实施例中，使用常规取向电工钢板的氮化工艺以外的抑制剂时，也可以获得立方织构(Cube)。因此，可以将Al的加入量控制在比常规取向电工钢板更宽的范围。但是，当加入量小于0.01重量％时，钢中的氧化物会大大增加，从而导致磁性变差，还会改变二次再结晶温度，从而阻碍立方织构(Cube)取向的形成。因此，将加入量的下限限制为0.01重量％。如果加入量大于0.04重量％，则二次再结晶温度会大大增加，难以工业生产。更具体地，Al可包含0.015重量％至0.035重量％。
S：0.0004重量％至0.002重量％
硫(S)与钢中Cu或Mn结合而微形成MnS，微形成的析出物有助于二次再结晶。因此，可以将加入量限制为0.0004重量％至0.002重量％。当过量加入S时，由于S的偏析，二次再结晶时钢中高斯织构(Goss)的分数可能会增加，热轧板中的析出物没有得到控制，可能无法获得二次再结晶时的所希望的织构。更具体地，S可包含0.0005重量％至0.001重量％。
Mn：0.05重量％至0.3重量％
锰(Mn)是钢水中不可避免存在的元素，当少量加入时，可以用作形成析出物的元素，而且作为形成FeS后转变成MnS的元素加入钢中。但是，当过量加入时，即使高温退火，Mn也会保持与S的强力结合，从而阻碍形成微析出物的Mg、Ca和S的结合。另一方面，如果含量过少，则二次再结晶时的织构控制会变得困难。因此，Mn可包含0.05重量％至0.3重量％。更具体地，Mn可包含0.08重量％至0.2重量％。
N：小于等于0.008重量％
氮(N)是形成AlN的元素，将AlN用作抑制剂，因此需要确保适当的含量。当N的含量过少时，冷轧时会充分增加组织不均匀变形率，从而无法在一次再结晶时促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长。当N的含量过多时，在热轧后的工艺中，不仅会导致氮扩散引起的鼓泡(blister)等表面缺陷，而且在热轧钢板状态下形成过剩的氮化物，因此不容易轧制，从而成为制造成本上升的原因。更具体地，电工钢板中N的含量可小于等于0.005重量％。
板坯中N的含量可小于等于0.02重量％。在本发明的一个实施例中，一次再结晶退火时包含氮化过程，但是热轧钢板中加入0.01重量％至0.02重量％时，即使省略氮化过程，也可以充分形成抑制剂。由于二次再结晶退火时去除部分N，板坯和最终制造的电工钢板的N含量有可能不同。
C：小于等于0.005重量％
对于碳(C)，如果二次再结晶退火后仍包含大量碳，就会引起磁时效，从而造成铁损大大增加。因此，碳含量的上限限制为0.005重量％。进一步具体地，C可包含0.0001重量％至0.005重量％。
在板坯中，C的含量可小于等于0.05重量％。由此，可以抑制热轧板内的应力集中以及形成高斯织构(Goss)，还可以使析出物微细化。此外，C在冷轧时增加组织不均匀变形率，可以在一次再结晶时促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长。但是，当过量加入时，虽然能消除热轧板内的应力集中，但是不能抑制形成高斯织构(Goss)，而且析出物的微细化也困难。由于冷轧时也会大大降低冷轧性，加入量受到限制。在本发明的一个实施例中，一次再结晶退火时包含脱碳过程，因此板坯和最终制造的电工钢板的C含量可能会不同。
板坯中的C和Si含量可以满足式3。
[式3]
[C]/[Si]≥0.0067
在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的含量(重量％)。
如果C含量过少或者Si含量过多，则促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长会变得困难。更具体地，式3的左边可大于等于0.0083。
P：0.005重量％至0.15重量％
磷(P)的作用是提高钢的电阻率以及二次再结晶时提高立方织构(Cube)的分数，而且冷轧时也会增加不均匀变形率，因此优选加入至少0.005重量％。但是，当加入量大于0.15重量％时，冷轧性会极弱，因此限制加入量。更具体地，P可包含0.01重量％至0.08重量％。
Ca：0.0001重量％至0.005重量％和Mg：0.0001重量％至0.005重量％
钙(Ca)和镁(Mg)都是钢中反应性非常好的合金元素，微量加入时也会对钢的性质产生很大影响。在适量加入S的钢中，Ca和Mg与S结合而形成高温下微细的硫化物。由于这种硫化物在低温下也很稳定，如果这种微析出物形成在热轧板中，则二次再结晶时起到用于控制织构的抑制剂的作用。但是，当过量加入Ca和Mg时，也与钢中的氧结合而形成氧化物，这种氧化物有可能成为表面缺陷、磁性不良的原因。因此，Ca包含0.0001重量％至0.005重量％，Mg包含0.0001重量％至0.005重量％。更具体地，Ca包含0.001重量％至0.003重量％，Mg包含0.0005重量％至0.0025重量％。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其可以满足下述式1。
[式1]
[Ca]+[Mg]≥[S]
在式1中，[Ca]、[Mn]和[S]各自表示Ca、Mn和S的含量(重量％)。
Ca和Mg与S结合而形成微细的硫化物时，可以作为抑制剂在二次再结晶发挥作用。为了抑制剂的作用，需要有足够的量具有适当的大小，而且分布偏差得少。由于S是偏析元素，当S多于Ca与Mg之和时，微析出物主要分布在表面或热轧晶界上，这样不适合作为立方织构(Cube)相邻取向的二次再结晶抑制剂发挥作用。另一方面，Ca和Mg不是偏析元素，所以无论位置如何在钢中均匀分布。因此，优选S少于Ca与Mg之和。更优选地，S小于等于Ca与Mg之和的一半。也就是说，优选[Ca]+[Mg]≥2×[S]。
Sb：0.001重量％至0.1重量％和Sn：0.001重量％至0.1重量％中的一种或更多种
锡(Sn)和锑(Sb)是为了控制一次再结晶织构可以加入的元素。另外，如果加入量大于等于0.001重量％，则改变氧化层的形成厚度，从而减少轧制垂直方向和轧制方向的磁性差，而如果加入量大于0.1重量％，则冷轧时轧辊下的滑移会大大增加，因此限制加入量。更具体地，可包含Sb：0.005重量％至0.05重量％和Sn：0.005重量％至0.05重量％中的一种或更多种。
如前所述，当包含附加元素时，将替代余量的Fe的一部分。例如，对于进一步包含0.001重量％至0.1重量％的Sb的双取向电工钢板的组分，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.005％、C：大于0％且小于等于0.005％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％、Mg：0.0001％至0.005％、Sb：0.001％至0.1％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其还可包含Ti：小于等于0.01重量％、Mo：小于等于0.01重量％、Bi：小于等于0.01重量％、Pb：小于等于0.01重量％、As：小于等于0.01重量％、Be：小于等于0.01重量％和Sr：小于等于0.01重量％中的一种或更多种。
钛(Ti)是形成TiSiCN等复合析出物或者形成氧化物的元素，优选加入小于等于0.01重量％。此外，由于高温下稳定的析出物和氧化物会阻碍二次再结晶，其加入量必须小于等于0.01重量％。但是，在常规炼钢工艺中，极难彻底去除。更具体地，Ti的含量可小于等于0.005重量％。
钼(Mo)是偏析到晶界的元素，当额外加入时，具有抑制电工钢板中Si导致的晶界脆化的效果。另一方面，Mo与C结合而形成钼碳化物等析出物，从而对磁性产生不良影响，因此需要限制在小于等于0.01重量％。
铋(Bi)、铅(Pb)、镁(Mg)、砷(As)、铍(Be)和锶(Sr)是钢中微形成氧化物、氮化物、碳化物的元素，有助于二次再结晶，可以额外加入。但是，当加入量大于0.01重量％时，将会引起二次再结晶不稳定的问题，因此需要限制加入量。
另外，除了前述的成分之外，本发明的双取向电工钢板的余量是Fe和不可避免的杂质。然而，只要是在不阻碍本发明的作用效果的范围内，并不排除含有其他元素。
如此，根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板精确控制合金组分，从而形成多个立方织构。具体地，具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数可为60％至99％。此时，大于99％是指抑制形成二次再结晶中不可避免形成的岛状晶粒(Islandgrain)，并且彻底去除析出物，为此在高温下的退火时间大大增加，因此限制在60％至99％。
在本发明的一个实施例中，电工钢板的晶粒粒径可大于板厚的20倍。本发明利用二次再结晶，而二次再结晶的晶粒粒径大于板厚的20倍，有利于获得所需的取向。对于晶粒粒径，以与钢板的轧制面(ND面)平行的面为基准，可以测定晶粒粒径，并且假设面积与晶粒相同的虚拟圆，用该圆的直径表示粒径。
图1是根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板100的截面示意图。
如图1所示，可包含从钢板的基体10表面向基体10内部方向形成的氧化层11和形成在钢板表面上的绝缘层30。此时，钢板的基体10表面可以是钢板的一面或两面(上表面和下表面)。
氧化层11是氧渗入基体内部而形成的。具体地，除了前述的钢板组分之外，可包含大于等于10重量％的氧(O)。从氧含量上，可以区分基体10和氧化层11。氧化层11的厚度可小于等于5μm。当氧化层11的过厚时，由于钢中氧分数，将会抑制立方织构(Cube)晶粒的生长，进而立方织构(Cube)分数降低，最终导致磁性衰减。更具体地，氧化层11的厚度可为0.01μm至2.5μm。
基体10表面上可以形成绝缘层30。绝缘层30有助于确保绝缘性。绝缘层30可由有机或无机涂层组合物形成，根据情况，可由有机和无机复合涂层组合物形成。绝缘层30的厚度可为0.2μm至8μm。如果厚度过薄，则难以满足所要求的绝缘特性。如果厚度过厚，则表面磁化时磁畴移动困难，不容易磁化，因此最终磁性会衰减。当绝缘层30形成在基体10两面时，两面上所形成的绝缘层30分别可以满足前述的的厚度范围。更具体地，绝缘层30的厚度可为0.4μm至5μm。
图2是根据本发明的另一个实施例的双取向电工钢板100的截面示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，还可包含夹在基体10表面和绝缘层30之间的镁橄榄石层20。为了沿轧制方向赋予张力，取向电工钢板从表面形成厚度为2μm至3μm的含有镁橄榄石(Mg2SiO4)的氧化层，利用该氧化层与母材的热膨胀系数之差赋予张力。然而，在本发明的一个实施例中，轧制方向上的张力即意味着轧制垂直方向上的压缩，因此优选尽量减少张力。2.0μm以内的薄的镁橄榄石层20，其张力赋予效果极差，通过形成这种薄的镁橄榄石层20，可以消除钢板整体上的张力。镁橄榄石层20是由二次再结晶退火前涂布的退火隔离剂形成。退火隔离剂作为主要成分包含MgO，这是众所周知的，因此不再赘述。
在二次再结晶退火之后，可以移除镁橄榄石层20，在此情况下，如图1所示，可以在基体10表面上直接形成绝缘层30。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其轧制方向和轧制垂直方向的磁性均优异。具体地，轧制方向和轧制垂直方向的Br皆为1.63T或更大，圆周方向的Br为1.56T或更大，Br通过下述式2进行计算。
[式2]
Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[AI])×B8
在式2中，[Si]和[AI]各自表示Si和AI的含量(重量％)。B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度(特斯拉)。
对于大型发电机，环形框架的直径为几米，将电工钢板切割成T字形齿(Teeth)，以形成环形框架。此时，可以将T字形齿部放在轧制垂直方向，而轧制方向放在环形框架。或者，相反地，可以将T字形齿部放在轧制方向，而轧制垂直方向放在环形框架。这样的设计变化取决于齿(Teeth)的长度和环形框架的直径长度以及环形框架的宽度。通常，齿部是发电机启动时大磁通流过的部位，这种磁通从环形部流出。考虑到此时产生的能量，确定轧制方向和轧制垂直方向是放在齿部还是放在环形部，而在具有非常高的磁通密度(Br皆为1.63T或更大)的材料的情况下，不需要区分轧制方向和轧制垂直方向用于哪个部位，任何部位都会具有非常高的能量效率。另外，当圆周方向的Br磁通密度高到1.56T或更大时，在T字形齿部和环形框架的连接部位的磁通所导致的能量损失会大大减少。由此，通过提高发电机的效率或减小环形框架的宽度和齿部的大小，用小尺寸铁芯，也可以制成高效发电机。
在750℃至880℃的温度下对电工钢板进行退火1小时至2小时后测定的Br值可为1.65T或更大。
[式2]
Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[AI])×B8
在式2中，[Si]和[AI]各自表示Si和AI的含量(重量％)。B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度(特斯拉)。
根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的制造方法，其包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至4.0％、AI：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.02％、C：大于0％且小于等于0.05％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；对冷轧板进行一次再结晶退火的步骤；以及对一次再结晶退火后的冷轧板进行二次再结晶退火的步骤。
在下文中，将按照各步骤详细描述。
首先，制造板坯。板坯中各组分的加入比例限制理由与前述的双取向电工钢板的组分限制理由相同，因此不再赘述。在下述的热轧、热轧板退火、冷轧、一次再结晶退火、二次再结晶退火等制造过程中，C、N之外的板坯的组分实际上不会变化，因此板坯的组分与双取向电工钢板的组分实际上相同。
板坯可以满足下述式3。
[式3]
[C]/[Si]≥0.0067
在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的含量(重量％)。
如果C含量过少或者Si含量过多，则促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长会变得困难。更具体地，式3的左边可大于等于0.0083。
对于板坯，可以采用薄板坯法或薄带铸轧法进行制造。板坯的厚度可为200mm至300mm。根据需要，可以对板坯进行加热。
接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧板。
在制造热轧板的步骤中，可包含对板坯进行粗轧的步骤、对粗轧后的中间坯进行加热的步骤和对加热后中间坯进行精轧的步骤，在加热步骤中，可以在1100℃或更高的温度下保持0.5分钟至20分钟。当保持时间不足0.5分钟时，无法适当地确保热轧板的晶粒粒径，而且无法为了后续轧制获得均匀的微细组织。另一方面，当保持时间超出10分钟时，表面与大气中的氧发生反应而形成氧化层，进而不会与Mg或Ca发生反应形成微细的硫化物，MgO或CaO会形成在靠近表面的中间坯(Bar)内部，从而无法适当地确保轧制垂直方向上的磁性。
热轧结束温度可以是950℃或更低。由于热轧结束温度较低，热轧板内部具有延伸的立方织构(Cube)取向的晶粒会积累更多的能量，因此热轧板退火时立方织构(Cube)的分数会增加。
热轧板的厚度可为1mm至2mm。
在制造板坯的步骤之后，直至制造热轧板的步骤，1100℃或更高的时间可为10分钟以内。
在制造热轧板的步骤之后，还可包含对热轧板进行退火的步骤。
对热轧板进行退火的步骤的退火温度可为1000℃至1200℃。
接下来，对热轧板进行冷轧，以制造冷轧板。在制造冷轧板的步骤中，压下率可为50％至70％。当压下率过高时，存在形成很多高斯织构(GOSS)结晶的问题。当压下率过低时，存在最终制造的钢板的厚度变厚的问题。
一次再结晶退火的步骤中可包含50℃至70℃的露点温度下脱碳的步骤。如果二次再结晶退火后仍包含大量碳，就会引起磁时效，从而造成铁损大大增加。因此，在一次再结晶退火步骤中，可以经过脱碳去除部分碳。可以在50℃至70℃的露点温度以及氢气和氮气环境下实施。
在一次再结晶退火步骤中，氮化量可为0.01重量％至0.03重量％。如果没有适当地确保氮化量，就不会顺利形成二次再结晶，可能会发生磁性衰减的问题。
对于脱碳和氮化，可以同时进行或者依次进行。当依次进行时，可在脱碳后进行氮化，或者可在氮化后进行脱碳。
在一次再结晶退火的步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径可为30μm至50μm。如果无法适当地确保一次再结晶退火后钢板的平均晶粒粒径，就不会顺利形成二次再结晶，可能会发生磁性衰减的问题。
对于一次再结晶退火，可以在800℃至900℃的温度范围下实施。
在一次再结晶退火的步骤之后，还可包含涂布含有MgO的退火隔离剂的步骤。
对于涂布退火隔离剂所形成的镁橄榄石层，与前述的内容相同，因此不再赘述。
对于二次再结晶退火，以适当的升温率进行升温，从而引起{100}<001>立方织构(Cube)取向的二次再结晶，然后经过杂质去除过程即纯化退火，再进行冷却。在此过程中，对于退火环境气体，像一般的情况一样，在升温过程中使用氢气和氮气的混合气体进行热处理，而在纯化退火中使用100％氢气长时间保持，以去除杂质。二次再结晶退火的温度可为1000℃至1300℃，时间可为10小时至25小时。
在本发明的一个实施例中，如前所述，镁橄榄石层采用薄层或者移除可能更有利。因此，在二次再结晶退火后，还可包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。移除方法可以采用物理或化学方法。
下面描述本发明的优选实施例和比较例。然而，下述实施例是本发明的优选的一个实施例而已，本发明不限于下述实施例。
实验例1
制造由表1和表2所示的成分及余量的Fe和不可避免的杂质组成的板坯，在1200℃下加热后进行热轧，以制造厚度为1.4mm的热轧卷材。热轧途中在1100℃下保持3分钟。然后，在1100℃至1140℃下退火30秒，并在900℃下退火90秒后，对快速冷却的热轧退火板进行冷轧至压下率为63％。
冷轧的钢板氮化为0.02重量％，同时经过在60℃的露点和75体积％的氢气环境下进行脱碳的一次再结晶退火工艺，以使晶粒粒径达到36μm。然后，涂布含有MgO成分的退火隔离剂，再以每小时20℃的升温速度升温至1200℃，随后实施二次再结晶退火20小时。对于冷却的钢板，在去除MgO退火隔离剂后，上表面和下表面上实施厚度为0.4μm的绝缘涂布，并测定磁性，其结果示于表3中。测定磁性后，在800℃下退火2小时，然后再测定磁性，其结果示于表3中。
【表1】
Figure GDA0003086278850000161
【表2】
Figure GDA0003086278850000162
Figure GDA0003086278850000171
【表3】
Figure GDA0003086278850000172
Figure GDA0003086278850000181
如表1至表3所示，满足本发明的合金组分的发明例，其平均晶粒粒径大，立方织构(Cube)分数高，从而具有优异的磁性。另一方面，没有满足本发明的合金组分的比较例，其平均晶粒小，立方织构(Cube)分数低，而且磁性差。
实验例2
在没有去除退火隔离剂的情况下，如下表4所示，对实施例1的A1试样实施上表面绝缘涂布和下表面绝缘涂布，并测定磁性，其结果示于下表4中。
【表4】
Figure GDA0003086278850000182
如表4所示，满足上表面和下表面绝缘层的厚度范围的B1-B4，其具有优异的磁性。另一方面，没有满足上表面和下表面绝缘层的厚度范围的B5、B6，其轧制垂直方向的磁性部分衰减。
实验例3
制造板坯，以重量％计，所述板坯包含Si：2.8％、AI：0.027％、S：0.0007％、Mn：0.15％、N：0.003％、C：0.028％、P：0.04％、Ca：0.002％、Mg：0.001％，余量由Fe和不可避免的杂质组成。将板坯在1150℃下加热后进行热轧，以制造厚度为1.4mm的热轧卷材。将热轧时在1100℃或更高的温度下的停留时间调节成如下表5所示。将热轧卷材在1140℃下退火90秒后进行冷却，并对热轧退火板进行冷轧至压下率为63％。
将冷轧的钢板氮化为0.02wt％，并经过在60℃的露点和75％的氢气环境下进行脱碳的一次再结晶退火工艺，以使晶粒粒径如下表5所示。然后，涂布含有MgO成分的退火隔离剂，再以每小时20℃的升温速度升温至1200℃，随后实施二次再结晶退火20小时。对上表面和下表面实施厚度为0.4μm的绝缘涂布，并测定磁性，其结果示于表5中。
【表5】
Figure GDA0003086278850000191
如表5所示，适当地确保热轧时在1100℃或更高的温度下的停留时间的C1-C3，其适当地形成了氧化层厚度，并具有优异的磁性。
另一方面，在1100℃或更高的温度下的停留时间过长的C4、C5，其氧化层厚度形成得过厚，而且磁性较差。
本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下能够通过其他具体方式实施本发明。因此，应该理解上述的实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。
附图标记的说明
100：双取向电工钢板 10：钢板基体
11：氧化层 20：镁橄榄石层
30：绝缘层

Claims (20)

1.一种双取向电工钢板，其特征在于，
以重量％计，所述钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.008％、C：大于0％且小于等于0.005％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述钢板满足下述式1，
[式1]
[Ca]+[Mg]≥[S]
在式1中，[Ca]、[Mg]和[S]各自表示Ca、Mg和S的重量百分比含量。
3.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述钢板还包含Sb：0.001重量％至0.1重量％和Sn：0.001重量％至0.1重量％中的一种或更多种。
4.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述钢板还包含Ti：小于等于0.01重量％、Mo：小于等于0.01重量％、Bi：小于等于0.01重量％、Pb：小于等于0.01重量％、As：小于等于0.01重量％、Be：小于等于0.01重量％和Sr：小于等于0.01重量％中的一种或更多种。
5.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数为60％至99％。
6.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
平均晶粒粒径为所述钢板厚度的20倍或更大。
7.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述钢板包含从钢板的基体表面向基体内部方向形成的氧化层和形成在所述基体表面上的绝缘层。
8.根据权利要求7所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述氧化层的厚度为5μm或更小。
9.根据权利要求7所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述绝缘层的厚度为0.2μm至8μm。
10.根据权利要求7所述的双取向电工钢板，其特征在于，
所述钢板还包含夹在所述基体表面和所述绝缘层之间的镁橄榄石层。
11.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
轧制方向和轧制垂直方向的Br皆为1.63T或更大，圆周方向的Br为1.56T或更大，Br通过下述式2进行计算，
[式2]
Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
在式2中，[Si]和[Al]各自表示Si和Al的重量百分比含量，B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度，单位为特斯拉。
12.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其特征在于，
在750℃至880℃的温度下对所述钢板进行退火1小时至2小时后测定的Br值为1.65T或更大，Br通过下述式2进行计算，
[式2]
Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
在式2中，[Si]和[Al]各自表示Si和Al的重量百分比含量，B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度，单位为特斯拉。
13.一种双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，所述方法包含：
制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.01％至0.04％、S：0.0004％至0.002％、Mn：0.05％至0.3％、N：大于0％且小于等于0.02％、C：大于0％且小于等于0.05％、P：0.005％至0.15％、Ca：0.0001％至0.005％和Mg：0.0001％至0.005％，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；
对所述冷轧板进行一次再结晶退火的步骤；以及
对一次再结晶退火后的冷轧板进行二次再结晶退火的步骤。
14.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述板坯满足下述式3，
[式3]
[C]/[Si]≥0.0067
在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的重量百分比含量。
15.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述制造热轧板的步骤包含对板坯进行粗轧的步骤、对粗轧后的中间坯进行加热的步骤和对加热后中间坯进行精轧的步骤，
在所述对中间坯进行加热的步骤中，在1100℃或更高的温度下保持30秒至20分钟。
16.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述一次再结晶退火的步骤中包含50℃至70℃的露点温度下脱碳的步骤。
17.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述一次再结晶退火的步骤中包含氮化步骤，氮化量为0.01重量％至0.03重量％。
18.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
在所述一次再结晶退火的步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径为30μm至50μm。
19.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
在所述一次再结晶退火的步骤之后，还包含涂布退火隔离剂的步骤。
20.根据权利要求19所述的双取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
在所述二次再结晶退火的步骤之后，还包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。
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