CN113166882A - 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取向电工钢板的制造方法，其包含：对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧以制造热轧钢板的步骤；对热轧钢板进行热轧板退火的步骤；对热轧板退火后的热轧钢板进行一次冷轧的步骤；对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤；对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤；对完成二次冷轧的钢板进行连续退火的步骤；以及对连续退火后的钢板进行罩式退火的步骤。

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。具体地，本发明涉及一种通过包含多次冷轧和脱碳退火工艺来提高磁性的取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
取向电工钢板是一种由具有钢板的晶体取向为{110}<001>的所谓高斯(Goss)取向的晶粒组成的轧制方向的磁特性优异的软磁材料。
对于这样的取向电工钢板，在板坯加热之后，通过热轧、热轧板退火、冷轧轧制成最终厚度，再经过一次再结晶退火和用于形成二次再结晶的高温退火制成取向电工钢板。
通常，取向电工钢板的二次再结晶退火工艺需要低升温率和高温下的长时间纯化退火，因此可以说是一种能量消耗严重的工艺。由于经过这种极端的工艺形成二次再结晶制成磁特性优异的取向电工钢板，因此工艺上会出现如下困难。
第一，由于产生卷板状态下热处理所导致的卷板的外卷部和内卷部的温度偏差，各部分无法应用相同的热处理模式，因此产生外卷部和内卷部的磁性偏差。第二，在脱碳退火之后，将MgO涂覆在表面上进行高温退火形成基体涂层(Base coating)的过程中产生各种表面缺陷，因此成品率会下降。第三，将脱碳退火结束后的脱碳板卷成卷板形式，然后进行高温退火，再经过平坦化退火进行绝缘涂覆，因此生产分成三个步骤，从而发生成品率下降的问题。
为了克服这样的工艺上的限制，曾经提出过一种技术，通过调节脱碳退火和冷轧压下率，利用正常的结晶生长，而非二次再结晶现象。然而，在连续退火的情况下，由于几分钟的短时间热处理，最终晶粒的晶粒生长受到限制，而且无法生长成具有最佳粒径的晶粒，铁损改善方面存在限制。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明提供一种取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明提供一种通过包含多次冷轧和脱碳退火工艺来提高磁性的取向电工钢板及其制造方法。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法，其包含：对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧以制造热轧钢板的步骤；对热轧钢板进行热轧板退火的步骤；对热轧板退火后的热轧钢板进行一次冷轧的步骤；对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤；对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤；对完成二次冷轧的钢板进行连续退火的步骤；以及对连续退火后的钢板进行罩式退火的步骤。
以重量％计，板坯可包含Si：1.0％至4.0％、C：0.1％至0.4％、余量的Fe和不可避免的杂质。
板坯还可包含Mn：小于等于0.1重量％和S：小于等于0.005重量％。
热轧板退火的步骤中可包含脱碳过程。
热轧板退火的步骤可以是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤可以是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤可以是在奥氏体单向区域或存在铁素体和奥氏体复相的区域进行退火。
对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤之后，晶粒的平均直径可为150μm至250μm。
对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤和所述对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤可以重复两次或更多次。
连续退火的步骤可以是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
连续退火的步骤可以退火1分钟至5分钟。
罩式退火的步骤可以在1000℃至1200℃的温度和-20℃或更低的露点温度下进行退火。
罩式退火的步骤可以退火1小时至8小时。
罩式退火的步骤之后，从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数可大于等于40％。
罩式退火的步骤之后，整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至70％。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至70％。
以重量％计，电工钢板可包含Si：1.0％至4.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、余量的Fe和不可避免的杂质。
电工钢板还可包含Mn：小于等于0.1重量％和S：小于等于0.005重量％。
从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数可大于等于40％。
内接圆直径(D2)与外接圆直径(D1)之比(D2/D1)大于等于0.5的高斯晶粒可以在整体高斯晶粒中占大于等于95面积％。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，利用正常的结晶生长，并使大直径高斯晶粒稳定地形成，从而具有优异的磁特性。
另外，作为晶粒生长抑制剂，不使用AlN和MnS，因此无需在1300℃或更高的高温下对板坯进行加热。
此外，无需去除析出物N、S，可以相对缩短纯化退火时间，而且可以提高生产性。
另外，可以提供宽度方向上具有均匀的磁特性的取向电工钢板。
附图说明
图1是用扫描电子显微镜观察由发明材料2制造的取向电工钢板的表面的图片。
图2是用扫描电子显微镜观察由对比材料2制造的取向电工钢板的表面的图片。
具体实施方式
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取向电工钢板的制造方法，其包含：对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧以制造热轧钢板的步骤；对热轧钢板进行热轧板退火的步骤；对热轧板退火后的热轧钢板进行一次冷轧的步骤；对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤；对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤；对完成二次冷轧的钢板进行连续退火的步骤；以及对连续退火后的钢板进行罩式退火的步骤。
下面按照各步骤具体描述。
首先，对板坯进行加热。
以重量％计，板坯可包含Si：1.0％至4.0％、C：0.1％至0.4％、余量的Fe和不可避免的杂质。
限制组分的理由如下。
硅(Si)降低电工钢板的磁各向异性，并增加电阻率，从而改善铁损。如果Si含量小于1.0重量％，则铁损会恶化。如果Si含量大于4.0重量％，则脆性会增加。因此，在板坯和最终退火步骤后的取向电工钢板中Si的含量可为1.0重量％至4.0重量％。更具体地，Si的含量可为1.5重量％至3.5重量％。
至于(C)，在中间脱碳退火和最终脱碳退火中，为了使表层部的高斯晶粒扩散到中心部，需要中心部的C逸出到表层部的过程，因此板坯中C的含量可为0.1重量％至0.4重量％。更具体地，板坯中C的含量可为0.15重量％至0.3重量％。另外，在完成脱碳的最终退火步骤之后，最终取向电工钢板中的碳量可小于等于0.0050重量％。更具体地，可小于等于0.002重量％。
板坯还可包含Mn：小于等于0.1重量％和S：小于等于0.005重量％。
Mn和S形成MnS析出物，从而阻碍脱碳过程中扩散到中心部的高斯晶粒的生长。因此，不优选加入Mn、S。然而，考虑到炼钢工艺中不可避免混入的量，可以将板坯和最终退火步骤后的取向电工钢板中的Mn、S分别控制成Mn小于等于0.1重量％，S小于等于0.005重量％。
余量包含Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质是炼钢步骤和取向电工钢板的制造工艺过程中混入的杂质，这些杂质是众所周知的，因此省略具体描述。具体地，Al、N、Ti、Mg、Ca等成分在钢中与氧发生反应而形成氧化物，因此需要强力抑制，可以按照各成分控制成小于等于0.005重量％。在本发明的一个实施例中，除了前述的合金成分之外，并不排除加入其他元素，在不影响本发明的技术思想的范围内，可以包含各种元素。当进一步包含附加元素时，替代余量的Fe中的一部分。
更具体地，以重量％计，板坯可由Si：1.0％至4.0％、C：0.1％至0.4％、余量的Fe和不可避免的杂质组成。
板坯加热温度可以是高于常规加热温度的1100℃至1350℃。如果板坯加热时温度高，则热轧组织变得粗大化，因此存在对磁性产生不良影响的问题。然而，根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法，由于板坯的碳含量较多，即使板坯再加热温度较高，热轧组织也不会变得粗大化，通过在高于常规情况的温度下进行再加热，在热轧时更有利。
接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧钢板。
对于热轧，可以通过热轧来制造厚度为1.5mm至4.0mm的热轧板，以在最终冷轧步骤中采用适当的轧制率能够制成最终产品厚度。
对热轧温度或冷却温度没有特别限制，作为磁性优异的一个实例，可以将热轧结束温度设定为950℃或更低，并在水中快速冷却后，可以在600℃或更低的温度下进行卷取。
接下来，对热轧钢板进行热轧板退火。此时，热轧板退火可包含脱碳过程。具体地，热轧板退火可以是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。在前述的退火之后，可以在1000℃至1200℃的温度和0℃或更低的露点温度下进一步退火。在实施热轧板退火之后，可以进行酸洗。
接下来，通过实施一次冷轧来制造冷轧钢板。
众所周知，在常规的取向电工钢板的制造工艺中，有效的冷轧是以接近90％的高压下率实施一次，因为这样会形成一次再结晶晶粒中只对高斯晶粒有利的生长环境。然而，根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法，没有利用高斯取向晶粒的异常晶粒生长，而是使脱碳退火和冷轧所产生的表层部的高斯晶粒扩散到内部，因此形成为表层部中分布大量的高斯取向晶粒较有利。
因此，如果冷轧时以50％至70％的压下率实施冷轧，则高斯织构可以在表层部大量形成。更具体地，压下率可为55％至65％。
接下来，对冷轧钢板进行脱碳退火。此时，脱碳退火的步骤可以是在奥氏体单向区域或存在铁素体和奥氏体复相的区域实施。具体地，可以在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。另外，退火环境可以是氢气和氮气的混合气体环境。此外，脱碳退火时脱碳量可为0.0300重量％至0.0600重量％。在前述的退火之后，可以在1000℃至1200℃的温度和0℃或更低的露点温度下进一步退火。
在这样的脱碳退火过程中，电工钢板表面的晶粒尺寸粗大生长，但是电工钢板内部的晶粒作为微细组织保留。在这样的脱碳退火之后，晶粒的平均直径可为150μm至250μm。此时，晶粒是表面铁素体晶粒。此外，晶粒的直径是指假设有一虚拟圆面积与晶粒相同时该圆的直径。
接下来，对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧。二次冷轧与一次冷轧相同，因此省略具体描述。
前述的对冷轧钢板进行脱碳退火的步骤和对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤可以重复两次或更多次。通过重复实施两次或更多次，高斯织构可以在表层部大量形成。
接下来，对完成二次冷轧的钢板进行连续退火。
连续退火的步骤是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。由于连续退火前对冷轧板进行脱碳退火，冷轧板的状态是相对于板坯的碳重量残留有40％至60％的碳量。因此，在连续退火的步骤中，随着碳逸出，形成在表层部的晶粒扩散到内部。在连续退火的步骤中，可以实施脱碳，以使钢板中的碳量小于等于0.005重量％。
连续退火的步骤可以退火1分钟至5分钟。连续退火的目的在于，将钢中的碳(Carbon)脱碳后，使晶粒生长成一定尺寸以上，其理由是通过脱碳和脱碳后的晶粒生长过程，高斯晶粒的分数会持续增加。这是因为，高斯晶粒侵蚀周围的非高斯晶粒而生长。然而，考虑到连续退火的生产性，退火时间限制在几分钟以内，因此结晶生长受到限制。在本发明的一个实施例中，通过进一步的罩式退火来诱导结晶生长，因此认为具有降低铁损的效果。此时，不会发生高斯分数的增加，但是由于晶粒尺寸增加所带来的效果，铁损会降低。
在连续退火的步骤之后，可以涂覆退火隔离剂。退火隔离剂是所属技术领域中众所周知的，因此省略具体描述。例如，可以使用MgO作为主成分的退火隔离剂。
接下来，对连续退火后的钢板进行罩式退火。罩式(batch)退火是指将钢板卷取成卷板状态后进行退火。
在罩式退火的步骤中，将会生长出具有连续退火步骤中扩散的高斯取向织构。在根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法中，高斯织构不同于传统的通过异常晶粒生长使晶粒生长的情形，晶粒的直径可小于等于5mm。具体地，直径为1000um至5000um的晶粒分数会增加。因此，与传统的通过异常结晶生长来制造的取向电工钢板相比，虽然晶粒尺寸小的高斯晶粒大量存在，但是其晶粒尺寸可以调节成尽可能降低铁损的适当的尺寸。更具体地，整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至70％。此时，晶粒面积分数是在与钢板的轧制面(ND面)平行的面上测定的面积分数。更具体地，整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至60％。更具体地，整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至50％。
罩式退火的步骤可以是在1000℃至1200℃的温度和-20℃或更低的露点温度下进行退火。
此外，罩式退火的步骤可以退火1小时至8小时。更具体地，可以退火2小时至5小时。
另外，在根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法中，由于高斯分数高，磁性得到提高。具体地，从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数可大于等于40％。更具体地，可为40％至75％。更具体地，可为45％至60％。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数可为20％至70％。
对于晶粒的面积分布，有关取向电工钢板的制造方法的部分中已有详细描述，因此不再赘述。
以重量％计，电工钢板可包含Si：1.0％至4.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、余量的Fe和不可避免的杂质。
电工钢板还可包含Mn：小于等于0.1重量％和S：小于等于0.005重量％。
除了C之外，与板坯的成分限制内容相同，因此不再赘述。
从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数可大于等于40％。
内接圆直径(D2)与外接圆直径(D1)之比(D2/D1)大于等于0.5的高斯晶粒可以在整体高斯晶粒中占大于等于95面积％。在本发明的一个实施例中，由于特有的制造工艺，将会形成前述形状的晶粒。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，由于高斯分数较高，磁性得到提高。具体地，铁损W17/50可小于等于1.3W/kg。更具体地，铁损W17/50可为1W/kg至1.3W/kg。更具体地，可为1.1W/kg至1.25W/kg。铁损W17/50是在1.7Tesla和50Hz的条件下感应的铁损的大小(W/kg)。
在下文中，将描述本发明的具体实施例。然而，下述实施例只是本发明的一个具体实施例而已，本发明不限于下述实施例。
实施例1
以重量％计，板坯包含Si：2.32％、C：0.195％，余量包含Fe和不可避免的杂质，对该板坯在1250℃的温度下进行加热，然后进行热轧，接着在950℃的退火温度、60℃的露点温度下进行热轧板退火。然后，将钢板冷却后实施酸洗，并以65％的压下率进行冷轧，以制作厚度为0.8mm的冷轧板。
冷轧板重新在950℃的温度以及氢气和氮气的潮湿的混合气体环境(露点温度为60℃)下经历脱碳退火80秒，再以65％的压下率进行冷轧，以制作厚度为0.28mm的冷轧板。
然后，当最终退火时，在950℃的温度以及氢气和氮气的潮湿的混合气体环境(露点温度为60℃)下实施脱碳退火2分钟后，如表1所示在1100℃的氢气和氮气的混合气体环境(露点温度为60℃)下连续实施热处理，或者以卷板状态在1200℃的氢气和氮气的混合气体环境下实施热处理，热处理时间如下表1所示。
表1是示出根据实施例的高温退火后的取向电工钢板的晶粒的高斯分数、大于等于1mm且小于等于5mm的晶粒的面积分数和铁损的表格。对于高斯分数，测定了从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数。对最终获得的钢板进行表面清洗后，利用单片(Single sheet)测试法在1.7Tesla、50Hz的条件下测定了铁损。
【表1】
Figure BDA0003093588440000111
如表1所示，罩式退火进行适当时间的发明材料1至发明材料4，其直径为1mm至5mm的晶粒的面积分数较高。尽管高斯分数较低于对比材料，反而具有良好的铁损。
图1和图2中示出用扫描电子显微镜观察由发明材料2和对比材料2制造的取向电工钢板的表面的图片。
如图1和图2所示，由发明材料2制造的取向电工钢板的晶粒形成得较大。
本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施方案/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方案/实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。

Claims (14)

1.一种取向电工钢板，其特征在于，
以重量％计，所述钢板包含Si：1.0％至4.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、Mn：大于0％且小于等于0.1％、S：大于0％且小于等于0.005％、余量的Fe和不可避免的杂质，
整体晶粒中直径为1000μm至5000μm的晶粒面积分数为20％至70％。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其特征在于，
从{110}<001>形成小于等于15°的角度的晶粒的体积分数大于等于40％。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其特征在于，
内接圆直径(D2)与外接圆直径(D1)之比(D2/D1)大于等于0.5的高斯晶粒在整体高斯晶粒中占大于等于95面积％。
4.一种取向电工钢板的制造方法，其特征在于，
所述制造方法包含：
对板坯进行加热的步骤；
对所述板坯进行热轧以制造热轧钢板的步骤；
对所述热轧钢板进行热轧板退火的步骤；
对所述热轧板退火后的热轧钢板进行一次冷轧的步骤；
对所述一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤；
对所述完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤；
对所述完成二次冷轧的钢板进行连续退火的步骤；以及
对连续退火后的钢板进行罩式退火的步骤。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述热轧板退火的步骤中包含脱碳过程。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述热轧板退火的步骤是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
8.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤是在奥氏体单向区域或存在铁素体和奥氏体复相的区域进行退火。
9.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤之后，晶粒的平均直径为150μm至250μm。
10.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述对一次冷轧后的钢板进行脱碳退火的步骤和所述对完成脱碳退火的钢板进行二次冷轧的步骤重复两次或更多次。
11.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述连续退火的步骤是在850℃至1000℃的温度和50℃至70℃的露点温度下进行退火。
12.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述连续退火的步骤退火1分钟至5分钟。
13.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述罩式退火的步骤是在1000℃至1200℃的温度和-20℃或更低的露点温度下进行退火。
14.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，
所述罩式退火的步骤退火1小时至8小时。
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