CN113195770A - 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，其包含：电工钢板基体，以重量％计，所述电工钢板基体包含Si：2.0％至6.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0003％至0.097％，余量包含Fe和不可避免的杂质；以及金属氧化物层，其位于电工钢板基体的表面上，金属氧化物层包含0.0005重量％至0.25重量％的Co。

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，本发明涉及一种制造取向电工钢板的方法，在一次再结晶退火工艺中控制环境气体，从而抑制金属氧化物层中的Co富集，以改善磁性。
背景技术
取向电工钢板是一种软磁材料，相对于轧制方向具有钢坯织构为{110}<001>的高斯织构(Goss texture)，因此在一个方向或轧制方向上具有优异的磁特性。为了表征这种织构，需要复杂的工艺，例如炼钢中的成分控制、热轧中的板坯再加热、热轧工艺参数控制、热轧板退火热处理、冷轧、一次再结晶退火和二次再结晶退火，而且对这些工艺必须非常精确和严格地进行管理。
为了二次再结晶退火(最终退火)中获得高斯织构，在发生二次再结晶之前必须抑制所有一次再结晶晶粒的生长，而且为了获得用于达到此目的的足够的抑制力，抑制剂的量必须足够多，分布也必须均匀。
另一方面，为了在高温二次再结晶退火工艺期间顺利发生二次再结晶，抑制剂要具有优异的热稳定性，不易分解。二次再结晶是抑制一次再结晶晶粒生长的抑制剂在适当的温度段分解或失去抑制力而产生的现象，在此情况下，高斯晶粒等特定晶粒在较短时间内会迅速生长。
通常，可以用典型的磁特性(磁通密度和铁损)来评价取向电工钢板的品质，并且高斯织构的精度越高，磁特性越优异。此外，对于品质优异的取向电工钢板，由于其磁特性，可以制造高效的用电设备，从而可以实现用电设备的小型化和高效化。
降低取向电工钢板的铁损的研发首先是从提高磁通密度的研发开始的。早期的取向电工钢板使用MnS作为晶粒生长抑制剂，并且采用两次冷轧法进行制造。虽然稳定地形成二次再结晶，但是磁通密度并不高，铁损也偏高。
另一种用于提高晶粒生长抑制力的方法是利用Mn、Se和Sb作为晶粒生长抑制剂来制造取向电工钢板的方法。该方法由高温板坯加热、热轧、热轧板退火、一次冷轧、中间退火、二次冷轧、脱碳退火、最终退火等工艺组成，由于晶粒生长抑制力高，具有可获得高磁通密度的优点，但是由于坯料本身相当硬，不可能一次完成冷轧，需要经由中间退火进行二次冷轧，因此制造成本增加。不仅如此，由于使用高价元素Se，存在制造成本增加的缺点。
作为用于提高晶粒生长抑制力的另一方案提出了一种取向电工钢板制造方法，其特征在于，复合加入Sn和Cr，并通过板坯加热热处理进行热轧、中间退火、一次或二次冷轧、脱碳退火后，再进行氮化处理。然而，在此情况下，采用用于制造低铁损、高磁通密度的薄规格取向电工钢板的非常严格的制造标准，即根据酸溶铝和基体钢氮含量严格控制热轧板退火温度，不仅热轧板退火工艺变得复杂，而且由于氧亲和力强的Cr，脱碳氮化退火工艺中形成的氧化层会形成得相当致密，因此存在不易脱碳、不会顺利氮化的缺点。
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的制造方法。具体地，本发明提供一种制造取向电工钢板的方法，在一次再结晶退火工艺中控制环境气体，从而抑制金属氧化物层中的Co富集，以改善磁性。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其包含：电工钢板基体，以重量％计，所述电工钢板基体包含Si：2.0％至6.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0003％至0.097％，余量包含Fe和不可避免的杂质；以及金属氧化物层，其位于电工钢板基体的表面上，金属氧化物层包含0.0005重量％至0.25重量％的Co。
电工钢板基体还可包含Al：0.005重量％至0.04重量％、Mn：0.01重量％至0.2重量％、N：小于等于0.01重量％、S：小于等于0.01重量％和P：0.0005重量％至0.045重量％中的一种或多种。
金属氧化物层还可包含Si：10重量％至30重量％、O：30重量％至55重量％、Mg：25重量％至50重量％和余量的Fe。
金属氧化物层的厚度可为0.5μm至10μm。
电工钢板基体可包含晶粒，晶粒的平均β角小于等于3°。
此时，β角是指以轧制垂直面为基准时织构的[001]方向与轧制方向轴所形成的角度。
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，一次再结晶退火的步骤包含第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤，第一升温步骤的氧化度(PH2O/PH2)为0.7至2.0，第二升温步骤的氧化度为0.05至0.6，均热步骤的氧化度为0.3至0.6。
以重量％计，板坯可包含Si：2.0％至6.0％、C：0.02％至0.08％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0005％至0.1％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
第一升温步骤的氧化度和第二升温步骤的氧化度可以满足下述式1。
[式1]
0.3≤[P1]–[P2]≤1.6
在式1中，[P1]和[P2]各自表示第一升温步骤的氧化度和第二升温步骤的氧化度。
第二升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度可以满足下述式2。
[式2]
-0.1≤[P3]–[P2]≤0.5
在式2中，[P2]和[P3]各自表示第二升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
第一升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度可以满足下述式3。
[式3]
0.3≤[P1]–[P3]≤1.5
在式3中，[P1]和[P3]各自表示第一升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
第一升温步骤可以是将冷轧板升温到710℃至770℃的结束温度的步骤，第二升温步骤可以是将温度从第一升温步骤的结束温度升温到830℃至890℃的结束温度的步骤，均热步骤可以是将温度保持在第二升温步骤的结束温度至900℃的范围的步骤。
在第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤中任何一个或多个步骤中，环境气体可包含小于等于50重量％的氮化气体。
二次再结晶退火的步骤可以是在900℃至1210℃的均热温度下进行。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法，通过控制一次再结晶退火工艺中的环境气体，可以精确控制二次再结晶晶体的取向，从而改善磁性。
附图说明
图1是用于说明α角、β角、δ角的概念的取向电工钢板的立体示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的截面示意图。
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。
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：2.0％至6.0％、C：0.02％至0.08％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0005％至0.1％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
另外，板坯还可包含Al：0.005重量％至0.04重量％、Mn：0.01重量％至0.2重量％、N：小于等于0.01重量％、S：小于等于0.01重量％和P：0.0005重量％至0.045重量％中的一种或多种。
下面描述板坯的成分限制理由。
Si：2.0重量％至6.0重量％
硅(Si)是电工钢板的基本组分，其作用是增加坯料的电阻率降低铁损(coreloss)。
如果Si加入量过少，则电阻率降低，进而涡流损耗增加导致铁损特性下降，并且一次再结晶退火时铁素体和奥氏体之间的相变变得活跃，可能会严重破坏一次再结晶织构。此外，在二次再结晶退火时，铁素体和奥氏体之间发生相变，不仅二次再结晶变得不稳定，还可能严重破坏{110}<001>织构。
另一方面，如果Si加入量过多，则一次再结晶退火时形成过度致密的SiO2和Fe2SiO4氧化层，可能会延迟脱碳行为。因此，在一次再结晶退火期间会持续发生铁素体和奥氏体之间的相变，可能会严重破坏一次再结晶织构。由于上述的形成致密的氧化层所导致的脱碳行为延迟效果，氮化行为也被延迟，无法充分形成(Al、Si、Mn)N和AlN等氮化物，从而无法确保二次再结晶退火时二次再结晶所需的充分的晶粒抑制力。
另外，电工钢板的机械特性中脆性增加，韧性减小，进而轧制过程中板裂发生率增加，钢板之间的焊接性变差，可能无法确保易操作性。综上，如果没有将Si含量控制在所述预定范围，则二次再结晶变得不稳定，磁特性受到严重破坏，操作性也会恶化。更具体地，Si可包含2.5重量％至5.0重量％.
C：0.02重量％至0.08重量％
碳(C)是引起铁素体和奥氏体之间的相变使晶粒细化，从而有助于提高延伸率的元素，而且是用于提高脆性较强导致轧制性差的电工钢板的轧制性的必要元素。
但是，当最终产品中残留有碳时，由于磁时效效果，所形成的碳化物在钢板内析出，从而导致磁特性恶化，因此可以控制成适当的含量。
板坯中加入的C的含量为0.02重量％至0.08重量％。在上述的Si含量的范围内，当板坯中C含量较少时，铁素体和奥氏体之间的相变不会充分发生，进而导致板坯和热轧微细组织的非均匀化，因此连冷轧性都会受到影响。
另一方面，由于热轧板退火热处理后钢板内存在的残留碳，冷轧中激活位错锁定，从而增加剪切变形区，可能会增加高斯核的生成部位。因此，一次再结晶微细组织的高斯晶粒分数会增加，似乎C越多越好，但是在上述的Si含量的范围内，如果板坯中含有过多的C，则不仅在一次再结晶退火工艺中无法获得充分的脱碳，由此造成的相变现象会导致二次再结晶织构严重破坏，并且最终产品应用于用电设备时有可能造成磁时效引起的磁特性衰减现象。更具体地，板坯中的C含量可为0.03重量％至0.07重量％。
如前所述，在电工钢板的制造过程中，由于一次再结晶退火过程中的脱碳，最终制造的电工钢板中包含小于等于0.005重量％的C。更具体地，最终制造的电工钢板中包含小于等于0.003重量％的C。
Sb：0.01重量％至0.05重量％
锑(Sb)具有在晶界偏析而抑制晶粒生长的效果，并具有使二次再结晶稳定的效果。然而，由于熔点低，一次再结晶退火中容易扩散到表面，从而具有阻碍脱碳或形成氧化层以及基于氮化的渗氮的效果。因此，如果Sb加入一定水平以上，则阻碍脱碳，可能会抑制形成作为基底涂层基础的氧化层，因此加入量有上限。
如果Sb含量过少，则晶粒生长抑制效果可能不明显。另一方面，如果Sb含量过多，则晶粒生长抑制效果和向表面的扩散加重，反而无法获得稳定的二次再结晶，而且表面品质也可能变差。
更具体地，Sb可包含0.02重量％至0.04重量％。
Sn：0.03重量％至0.08重量％
锡(Sn)作为晶界偏析元素是阻碍晶界移动的元素，因此锡起到晶粒生长抑制剂的作用。在预定的Si含量范围内，由于二次再结晶退火时用于使二次再结晶行为顺利进行的晶粒生长抑制力不足，必须加入通过在晶界偏析而阻碍晶界移动的Sn。
如果Sn含量过少，则磁特性改善效果可能不明显。另一方面，当Sn含量过多时，如果在一次再结晶退火区段不调节升温速度或者保持一定时间，则由于晶粒生长抑制力太强，可能无法获得稳定的二次再结晶。
更具体地，Sn可包含0.05重量％至0.07重量％。
Cr：0.01重量％至0.2重量％
铬(Cr)促进热轧退火板内形成硬质相，进而冷轧时促进形成{110}<001>织构，在一次再结晶退火过程中促进脱碳，从而可以减少奥氏体相变保持时间，以防止织构受到破坏的现象。另外，促进形成一次再结晶退火过程中形成的表面氧化层，从而具有解决用作晶粒生长辅助抑制剂的合金元素中Sn和Sb导致氧化层形成受阻的缺点的效果。
如果Cr含量过少，则可能无法充分发挥前述的效果。如果Cr加入量过多，则一次再结晶退火过程中反而会造成氧化层形成得较差，就连脱碳和渗氮也可能受阻。
更具体地，Cr可包含0.02重量％至0.1重量％。
Co：0.0005重量％至0.1重量％
钴(Co)是增加铁的磁化提高磁通密度的有效合金元素，同时也是增加电阻率降低铁损的合金元素。
如果Co含量过少，则难以适当地获得前述的效果。
如果Co含量过多，则由于奥氏体相变量增加，可能对微细组织、析出物和织构产生不良影响。
更具体地，Co可包含0.01重量％至0.05重量％。
如下所述，虽然板坯中包含0.0005重量％至0.1重量％的Co，但是最终制造的电工钢板基体中可能包含0.0003重量％至0.097重量％的Co。这是因为，部分Co会扩散到金属氧化物层，因此最终制造的电工钢板基体中的Co含量可能少于板坯中的Co含量。Co最多可以扩散25％。更具体地，最终制造的电工钢板基体中可包含0.008重量％至0.05重量％的Co。
Al：0.005重量％至0.04重量％
铝(Al)形成热轧和热轧板退火时微析出的AlN之外，在冷轧后的退火工艺中，通过氨气引入的氮离子与钢中以固溶状态存在的Al、Si、Mn结合而形成(Al、Si、Mn)N和AlN形式的氮化物，从而还起到强劲的晶粒生长抑制剂的作用。
当进一步包含Al时，如果含量过少，则由于所形成的氮化物数量和体积处于相当低的水平，无法期待作为抑制剂的充分的效果。如果Al含量过多，则由于形成粗大的氮化物，晶粒生长抑制力可能会下降。
更具体地，当进一步包含Al时，Al可包含0.01重量％至0.035重量％。
Mn：0.01重量％至0.2重量％
锰(Mn)与Si一样，通过增加电阻率来降低涡流损耗，从而降低整体铁损。在基体钢状态下，Mn与S反应而形成Mn系硫化物，还和Si一起与氮化处理所引入的氮反应而形成(Al、Si、Mn)N的析出物，从而抑制一次再结晶晶粒的生长引起二次再结晶，锰是引起二次再结晶的重要元素。因此，可以进一步加入Mn。
当进一步加入Mn时，如果Mn含量过少，则由于所形成的析出物数量和体积处于低水平，无法期待作为抑制剂的充分的效果。如果Mn含量过多，则由于钢板表面上会大量形成Fe2SiO4之外的(Fe、Mn)和Mn氧化物，将会阻碍形成高温退火中形成的基底涂层，因此表面品质可能会下降。由于二次再结晶退火工艺中导致铁素体和奥氏体之间的相变，织构受到严重破坏，进而磁特性可能会大大降低。更具体地，当进一步包含Mn时，可包含0.05重量％至0.15重量％。
N：小于等于0.01重量％
氮(N)是与Al反应而形成AlN的重要元素。当板坯中进一步包含N时，所加入的N的含量小于等于0.01重量％。如果加入量过多，则热轧后的工艺中造成氮扩散导致的被称为鼓泡(Blister)的表面缺陷，由于板坯状态下形成过多的氮化物，轧制变得困难，后续工艺会变得复杂，有可能成为制造成本增加的原因。
另一方面，对于形成(Al、Si、Mn)N、AlN、(Si、Mn)N等氮化物所需的额外的N，通过在冷轧后的退火工艺中利用氮化气体对钢中实施氮化处理来补充。在二次再结晶退火过程中去除部分N。因此，最终制造的电工钢板的N含量可小于等于0.01重量％。
S：小于等于0.01重量％
如果硫(S)含量过多，则MnS析出物会形成在板坯中，进而抑制晶粒生长，由于铸造时在板坯中心部偏析，难以控制后续工艺中的微细组织。因此，作为晶粒生长抑制剂不使用MnS时，可以使S加入量不超过不可避免混入的含量。
P：0.0005重量％至0.045重量％
磷(P)在晶界偏析阻碍晶界的移动，同时可以起到抑制晶粒生长的辅助作用，并且在微细组织方面具有改善{110}<001>织构的效果。
当进一步包含P时，如果P含量过少，则加入效果不明显，而如果P含量过多，则由于脆性增加，轧制性会大大降低。
再回到对制造方法的描述，对板坯进行加热时，可以在1250℃以下的温度下进行加热。由此，根据固溶的Al和N、M和S的化学计量关系，可以使Al系氮化物或Mn系硫化物的析出物不完全熔化或完全熔化。
接下来，板坯加热完后进行热轧，以制造热轧板。热轧板的厚度可为1.0mm至3.5mm。
然后，可以实施热轧板退火。在热轧板退火的步骤中，均热温度可为800℃至1300℃。
接下来，对热轧板进行冷轧，以制造冷轧板。冷轧的步骤可以实施一次冷轧或者可以实施含有中间退火的两次以上冷轧。冷轧板的厚度可为0.1mm至0.5mm。
接下来，对冷轧板进行一次再结晶退火。在一次再结晶退火工艺中，潮湿环境的水分与基体铁和基体铁中含有的Si发生反应形成氧化层，而如果氧化层形成得不必要地过度致密，则基体金属内部的碳无法顺利地脱碳到外部，因此铁素体和奥氏体之间的相变会持续，从而造成一次再结晶织构中高斯织构受到破坏。此外，钢板内的合金元素中Co过度扩散到氧化层，将会发生Co无法适当地残留在钢板内部的问题。如果Co没有残留在钢板内部，则无法适当地获得通过加入Co来改善磁性的效果。
在前述的氧化层形成过程中，如果适当地控制加热区和均热区的氧化度，则可以尽量避免高斯织构受到破坏。此外，可以抑制Co过度扩散到氧化层。
具体地，一次再结晶退火的步骤包含第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤，第一升温步骤的氧化度(PH2O/PH2)为0.7至2.0，第二升温步骤的氧化度为0.05至0.6，均热步骤的氧化度为0.3至0.6。
第一升温步骤的氧化度可为0.7至2.0。如果第一升温步骤的氧化度过小，则无法充分供应脱碳反应所需的水分，从而导致脱碳延迟，可能会造成高斯织构受到破坏。如果第一升温步骤的氧化度过大，则基体金属的表面上会形成致密的氧化层，从而导致脱碳行为延迟，最终造成高斯织构受到破坏。更具体地，第一升温步骤的氧化度可为0.8至1.5。
第一升温步骤是将冷轧板升温到710℃至770℃的结束温度的步骤。更具体地，第一升温步骤的结束温度为720℃至760℃。更具体地，第一升温步骤的结束温度为740℃。
第二升温步骤的氧化度可为0.05至0.6。如果第二升温步骤的氧化度过小，则与环境气体中的水分使氧快速扩散的速度相比，供氧量不足，因此脱碳可能会延迟。如果第二升温步骤的氧化度过大，则表面上氧化层变得过度致密，因此可能会发生脱碳行为延迟的问题。更具体地，第二升温步骤的氧化度可为0.1至0.3。
第二升温步骤是将温度从第一升温步骤的结束温度升温到830℃至890℃的结束温度的步骤。即，从710℃至770℃的开始温度升温到830℃至890℃的结束温度的步骤。更具体地，第二升温步骤的开始温度为720至760℃，结束温度为840至880℃。更具体地，第二升温步骤的开始温度为740℃，结束温度为860℃。
第一升温步骤的氧化度和第二升温步骤的氧化度可以满足下述式1。
[式1]
0.3≤[P1]–[P2]≤1.6
在式1中，[P1]和[P2]各自表示第一升温步骤的氧化度和第二升温步骤的氧化度。
当满足式1时，可以顺利地进行脱碳，同时可以解决表面上氧化层变得过度致密的问题。更具体地，式1的下限可为0.5，上限可为1.0。
均热步骤的氧化度可为0.3至0.6。如果均热步骤的氧化度过小，则基于环境气体中水分的供氧量不足，因此脱碳退火后也会残留很多碳，可能会出现对最终产品产生不良影响的磁时效效果。如果均热步骤的氧化度过大，就会形成过度致密的外部氧化层，从而阻碍进一步脱碳，与前述的效果一样，磁时效效果变高，因此在最终产品的使用过程中磁性会持续衰减。更具体地，均热步骤的氧化度可为0.35至0.55。
均热步骤是将温度保持在第二升温步骤的结束温度至900℃的范围的步骤。即，将温度保持在830℃至890℃的开始温度至900℃的范围的步骤。更具体地，均热步骤是将温度保持在840℃至900℃的范围的步骤。更具体地，均热步骤是将温度保持在高于860℃至900℃的范围的步骤。
第二升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度可以满足下述式2。
[式2]
-0.1≤[P3]–[P2]≤0.5
在式2中，[P2]和[P3]各自表示第二升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
当满足式2时，可以顺利地进行脱碳，同时可以解决表面上氧化层变得过度致密的问题。更具体地，式2的下限可为0.05，上限可为0.4。
第一升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度可以满足下述式3。
[式3]
0.3≤[P1]–[P3]≤1.5
在式3中，[P1]和[P3]各自表示第一升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
当满足式3时，可以顺利地进行脱碳，同时可以解决表面上氧化层变得过度致密的问题。更具体地，式3的下限可为0.5，上限可为1.0。
如前所述，通过一次再结晶退火工艺中精确控制氧化度，可以避免高斯织构受到破坏，而且可以防止Co过度扩散到氧化层。此外，最终制造的取向电工钢板中的高斯织构的聚集度提高，而且二次再结晶晶粒大小变得粗大，从而可以避免磁特性变差的问题。另外，钢板基体中大量残留Co，可以减少扩散到金属氧化物层的Co的量。进一步地，通过一次再结晶退火工艺中精确控制氧化度，在二次再结晶退火之后，可以将二次再结晶晶体的平均β角控制成小于等于3°。由此，可以确保优异的磁特性。β角是指以轧制垂直面为基准时织构的[001]方向与轧制方向轴所形成的角度。
在第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤中任何一个或多个步骤中，环境气体可包含小于等于50重量％的氮化气体。具体地，氮化气体可包含氨气。通过适量包含氮化气体，将氮离子引入钢板，以析出作为抑制剂的(Al、Si、Mn)N、AlN等，从而可以用作抑制剂。
第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤是按照温度段进行区分，并且可以连续进行各步骤。
接下来，一次再结晶退火热处理结束之前或之后，在还原性环境下，可以还原去除形成在一次再结晶退火后的钢板表面上的外部氧化层中的一部分或全部。
接下来，可以对一次再结晶退火后的冷轧板进行二次再结晶退火。在二次再结晶退火之前，可以将退火隔离剂涂覆在钢板上。退火隔离剂是众所周知的，因此不再赘述。作为一个实例，可以使用MgO作为主成分的退火隔离剂。
二次再结晶退火的目的大致在于，通过二次再结晶形成{110}<001>织构以及通过一次再结晶退火时形成的氧化层与MgO的反应形成玻璃质膜层，以赋予绝缘性，并去除不利于磁特性的杂质。通过二次再结晶退火的方法，在发生二次再结晶前的升温段用氮气和氢气的混合气体保持，以保护作为晶粒生长抑制剂的氮化物，使得二次再结晶顺利发达，当完成二次再结晶后，均热步骤中在100％的氢气环境下长时间保持，以去除杂质。
二次再结晶退火的步骤可以是在900℃至1210℃的均热温度下进行。
在二次再结晶退火步骤中，一次再结晶退火过程中形成的氧化层与退火隔离剂成分发生反应，从而形成金属氧化物层。
此时，金属氧化物层包含0.0005重量％至0.25重量％的Co。如前所述，通过一次再结晶退火过程中精确控制氧化度来抑制Co扩散到氧化层，从而金属氧化物层中包含如前所述的Co含量。当金属氧化物层包含过多的Co时，相反地钢板基体中包含较少的Co，因此难以获得基于Co的磁性改善效果。更具体地，金属氧化物层可包含0.005重量％至0.25重量％的Co。更具体地，金属氧化物层可包含0.008重量％至0.23重量％的Co。金属氧化物层中的合金成分可具有根据厚度的浓度梯度。在本发明的一个实施例中，金属氧化物层的合金成分表示金属氧化物层中的平均含量。
除了Co之外，金属氧化物层还包含Si：10重量％至30重量％、O：30重量％至55重量％、Mg：25重量％至50重量％、余量的Fe和不可避免的杂质。Si、Fe等可来自钢板基体。Mg可来自退火隔离剂。O可来自一次再结晶退火过程中扩散于环境中的氧。
金属氧化物层可以形成为0.5μm至10μm的厚度。更具体地，可以形成为0.5μm至5μm的厚度。更具体地，可以形成为1μm至3μm的厚度。此时，厚度是指平均厚度。
图2中示意性地示出根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的截面。如图2所示，根据本发明的一个实施例的取向电工钢板包含电工钢板基体10和位于电工钢板基体10的表面上的金属氧化物层20。图2中示出金属氧化物层20位于一面上的实例，但是不限于此。金属氧化物层20可位于电工钢板基体10的表面的一面或两面上。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板基体10，以重量％计，所述钢板基体10包含Si：2.0％至6.0％、C：小于等于0.005％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0003至0.9％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板基体10，还可包含Al：0.005重量％至0.04重量％、Mn：0.01重量％至0.2重量％、N：小于等于0.01重量％、S：小于等于0.01重量％和P：0.0005重量％至0.045重量％中的一种或多种。
取向电工钢板的合金成分和微细组织与前述的内容相同，因此省略重复描述。
另外，金属氧化物层20可包含0.0005重量％至0.5重量％的Co。
金属氧化物层20还可包含Si：10重量％至30重量％、O：30重量％至55重量％、Mg：25重量％至50重量％、余量的Fe和不可避免的杂质。除此之外，金属氧化物层20还可包含Mn、Al等。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板基体包含二次再结晶晶体，二次再结晶晶体的平均β角小于等于3°。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其铁损和磁通密度特性特别优异。根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其磁通密度B8大于等于1.9T，铁损W17/50可小于等于0.85W/kg。此时，磁通密度B8是在800A/m的磁场下感应的磁通密度的大小(Tesla)，铁损W17/50是在1.7Tesla和50Hz条件下感应的铁损的大小(W/kg)。更具体地，根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，其磁通密度B8大于等于1.91T，铁损W17/50可小于等于0.83W/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
以重量％计，钢材包含Si：3.4％、C：0.06％、S：0.005％、N：0.005％、Al：0.029％、Sb：0.027％、Sn：0.065％、P：0.030％、Cr：0.04％和Co：0.032％，剩下的成分包含余量的Fe和其他不可避免含有的杂质，将该钢材真空熔化后制成钢锭，接着在1150℃的温度下进行加热，然后热轧成厚度为2.3mm。热轧板加热到1085℃后，在920℃下保持160秒，然后在水中快速冷却。对热轧板退火板进行酸洗，然后一次轧制成厚度为0.23mm，再按照下表1所示的氧化度控制第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤的环境，在含氨混合气体环境下保持并进行脱碳和氮化，以使碳含量小于等于30ppm，氮含量达到170ppm。第一升温步骤是在常温至740℃下平均进行。第二升温步骤是在高于740℃至860℃下进行。均热步骤是保持在860℃至900℃的温度范围。
电工钢板的两个表面上形成了平均厚度为约2.8μm的金属氧化物层。对于金属氧化物层中的Co含量，在测定钢板基体中的Co含量后，从板坯的Co含量(0.032重量％)除去钢板基体中的Co含量，将扩散到金属氧化物层的Co含量的总量示于表2中。在扩散的Co含量中，通过用金属氧化物层的平均厚度进行换算来求出金属氧化物层中的Co含量。
除了Co之外，金属氧化物层包含Si：约21重量％、O：约32重量％、Mg：约45重量％，余量是Fe和不可避免的杂质。
该钢板上涂覆退火隔离剂MgO后，再进行二次再结晶退火。对于二次再结晶退火，1200℃为止是在25体积％氮气+75体积％氢气的混合环境下进行，当达到1200℃后，在100体积％的氢气环境下保持10小时以上，然后进行炉冷。不同的条件下测定磁特性和β角的值如表1所示。在二次再结晶退火之后，利用单片(single sheet)测试法测定了钢板的磁通密度B8(800A/m)和铁损W17/50，并示于下表2中。
【表1】
Figure BDA0003115851080000191
【表2】
Figure BDA0003115851080000201
如上表1和表2所示，与对比材料相比，适当地控制第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤的氧化度的发明材料抑制Co扩散到金属氧化物层，而且二次再结晶晶体的平均β角小，最终具有优异的磁特性。
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 (11)

1.一种取向电工钢板，其包含：
电工钢板基体，以重量％计，所述电工钢板基体包含Si：2.0％至6.0％、C：大于0％且小于等于0.005％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0003％至0.097％，余量包含Fe和不可避免的杂质；以及
金属氧化物层，其位于所述电工钢板基体的表面上，
所述金属氧化物层包含0.0005重量％至0.25重量％的Co。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述电工钢板基体还包含Al：0.005重量％至0.04重量％、Mn：0.01重量％至0.2重量％、N：小于等于0.01重量％、S：小于等于0.01重量％和P：0.0005重量％至0.045重量％中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述金属氧化物层还包含Si：10重量％至30重量％、O：30重量％至55重量％、Mg：25重量％至50重量％、余量的Fe和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述金属氧化物层的厚度为0.5μm至10μm。
5.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述电工钢板基体包含晶粒，晶粒的平均β角小于等于3°，
此时，β角是指以轧制垂直面为基准时织构的[001]方向与轧制方向轴所形成的角度。
6.一种取向电工钢板的制造方法，其包含：
对板坯进行加热的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至6.0％、C：0.02％至0.08％、Sb：0.01％至0.05％、Sn：0.03％至0.08％、Cr：0.01％至0.2％和Co：0.0005％至0.1％，余量包含Fe和不可避免的杂质；
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
对所述一次再结晶退火后的冷轧板进行二次再结晶退火的步骤，
所述一次再结晶退火的步骤包含第一升温步骤、第二升温步骤和均热步骤，
所述第一升温步骤的氧化度为0.7至2.0，第二升温步骤的氧化度为0.05至0.6，均热步骤的氧化度为0.3至0.6。
7.根据权利要求6所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述第一升温步骤的氧化度和所述第二升温步骤的氧化度满足下述式1，
[式1]
0.3≤[P1]–[P2]≤1.6
在式1中，[P1]和[P2]各自表示第一升温步骤的氧化度和第二升温步骤的氧化度。
8.根据权利要求6所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述第二升温步骤的氧化度和所述均热步骤的氧化度满足下述式2，
[式2]
-0.1≤[P3]–[P2]≤0.5
在式2中，[P2]和[P3]各自表示第二升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
9.根据权利要求6所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述第一升温步骤的氧化度和所述均热步骤的氧化度满足下述式3，
[式3]
0.3≤[P1]–[P3]≤1.5
在式3中，[P1]和[P3]各自表示第一升温步骤的氧化度和均热步骤的氧化度。
10.根据权利要求6所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述第一升温步骤是将所述冷轧板升温到710℃至770℃的结束温度的步骤，
所述第二升温步骤是将温度从第一升温步骤的结束温度升温到830℃至890℃的结束温度的步骤，
所述均热步骤是将温度保持在第二升温步骤的结束温度至900℃的范围的步骤。
11.根据权利要求6所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述二次再结晶退火的步骤是在900℃至1210℃的均热温度下进行。
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