CN116829764A - 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，取向电工钢板基材，以重量％计，所述取向电工钢板基材包含Si：2.0至7.0重量％、Sb：0.01至0.07重量％和余量的Fe和不可避免的杂质，位于从电工钢板基材表面向电工钢板基材内部方向的细晶粒界面层，位于所述细晶粒界面层上的基底涂层，以及，位于所述基底涂层上的绝缘涂层，并满足下述式1。[式1]([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/‑([S]/2)≥13.0Mpa(式1中，[P]为绝缘涂层的厚度(μm)，[PS]为绝缘涂层的残余应力(MPa)，[F]为基底涂层的厚度(μm)，[FS]为基底涂层的残余应力(MPa)，[C]为细晶粒界面层的厚度(μm)，[CS]为细晶粒界面层的残余应力(MPa)，[S]代表电工钢板基材厚度(μm)。)

Description

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取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例提供一种取向电工钢板及制造方法，通过在形成绝缘涂层的过程中，控制施加到钢板上的张力以抑制亚晶粒(Subgrain boundary)形成，而提高磁性。
背景技术
通常，取向电工钢板是含有Si成分的钢板，并具有晶粒取向沿{100}<001>方向对齐的织构，进而沿轧制方向具有极优秀的磁性能的电工钢板。这种{100}<001>织构通过诸多制造工艺的组合才能获得，特别是需要对钢板坯成分以及加热、热轧、热轧板退火、1次再结晶退火、2次再结晶退火等一系列过程非常严格地进行控制。
具体地，取向电工钢板通过抑制1次再结晶晶粒的生长且在生长被抑制的晶粒中使{100}<001>取向的晶粒选择性地生长而得到2次再结晶组织，以显示出优秀的磁性能，因此1次再结晶晶粒的生长抑制剂尤为重要。另外，取向电工钢板制造技术的主要项目之一就是在最终退火工艺使生长被抑制的晶粒中稳定地具有{100}<001>取向织构的晶粒能够优先生长。
作为可满足上述的条件且目前工业上广泛采用的1次再结晶晶粒的生长抑制剂有MnS、AlN、及MnSe等。具体地，在高温下长时间再加热使钢板坯中含有的MnS、AlN、及MnSe等固溶后进行热轧，在随后的冷却过程中具有适当大小及分布的所述成分成为析出物，从而可以用作所述生长抑制剂。然而，这样会存在必须以高温加热钢板坯的问题。
有关于此，近来正在努力通过低温下加热钢板坯的方法来改善取向电工钢板的磁性能。为此提出了一种取向电工钢板中加入锑(Sb)元素的方法，但是在最终高温退火后晶粒大小不均匀且粗大，从而导致变压器噪音质量变差。
另外，为了将取向电工钢板的电力损耗降到最低，通常在其表面上形成绝缘覆膜(或者张力涂层)，此时绝缘覆膜基本上电绝缘性高，与材料的附着性优秀，还要具有无外观缺陷的均匀的颜色。与此同时，近来随着对变压器噪音的国际标准进一步加强以及相关行业的竞争越来越激烈，为了通过取向电工钢板的绝缘覆膜减少噪音，需要对磁致形变(磁致伸缩)现象进行研究。
具体地，当用于变压器铁芯的电工钢板被施加磁场时，因反复收缩和膨胀而导致振颤现象，由于这种振颤在变压器中引起振动和噪音。
通常，对于已知的取向电工钢板，在钢板及镁橄榄石(Forsterite)类基底覆膜上形成绝缘覆膜，利用该绝缘覆膜的热膨胀系数之差向钢板赋予拉伸应力，从而改善铁损，并期待减少磁致形变所导致的噪音的效果，但是在满足近来要求的高级取向电工钢板中的噪音水平方面受到限制。
另外，作为减少取向电工钢板的90度磁畴的方法已知有湿式涂覆法。90度磁畴是指相对于磁场施加方向呈直角的磁化区域，这种90度磁畴的量越少磁致形变越小。然而，采用常规湿式涂覆法存在如下缺陷：基于拉伸应力的噪音改善效果不足，且需要涂覆成涂层厚度较厚的厚膜。因此，存在变压器叠装系数和效率变差的问题。
此外，作为向取向电工钢板的表面赋予高张力特性的方法已知有物理气相沉积法(Physical Vapor Deposition，PVD)及化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)等通过真空沉积的涂覆法。然而，这种涂覆法存在商业化生产困难的问题，而且通过该方法制造的取向电工钢板其绝缘性能变差。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个实施例涉及取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例提供一种取向电工钢板及制造方法，通过在形成绝缘涂层的过程中，控制施加到钢板上的张力以抑制亚晶粒(Subgrain boundary)形成，而提高磁性。
(二)技术方案
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，包含，取向电工钢板基材，以重量％计，所述取向电工钢板基材包含Si：2.0至7.0重量％、Sb：0.01至0.07重量％和余量的Fe和不可避免的杂质；包含位于从电工钢板基材表面向电工钢板基材内部方向的细晶粒界面层；位于所述细晶粒界面层上的基底涂层；以及位于所述基底涂层上的绝缘涂层。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板满足下述式1。
[式1]
([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2)≥13.0Mpa
(式1中，[P]为绝缘涂层的厚度(μm)，[PS]为绝缘涂层的残余应力(MPa)，[F]为基底涂层的厚度(μm)，[FS]为基底涂层的残余应力(MPa)，[C]为细晶粒界面层的厚度(μm)，[CS]为细晶粒界面层的残余应力(MPa)，[S]代表电工钢板基材厚度(μm)。)
细晶粒界面层的平均晶粒粒径为0.1至5μm。
基底涂层的RD方向残余应力为-50至-1500MPa。
绝缘涂层的RD方向残余应力为-10至-1000MPa。
电工钢板基材的RD方向残余应力为1至50MPa。
细晶粒界面层的RD方向残余应力为-10至-1000MPa。
细晶粒界面层的厚度为0.1至5μm。
基底涂层的厚度为0.1至15μm。
绝缘涂层的厚度为0.1至15μm。
绝缘涂层包含粒径为10nm以上的气孔，
电工钢板基材包含亚晶粒，所述亚晶粒存在于从所述气孔中心沿RD方向1500μm以内的区域(A)和从所述电工钢板基材表面沿电工钢板基材内部方向50至100μm的区域(B)，
所述亚晶粒中，结晶取向从{110}<001>形成1°至15°的角度，
在ND截面中的所述亚晶粒的面积分数为5％以下。
亚晶粒中，相对于ND方向的晶粒长度(z)的TD方向的晶粒长度(y)的比率(y/z)为1.5以下。
包含从所述电工钢板基材表面沿电工钢板基材内部方向50至100μm的区域(B)中结晶取向从{110}<001>形成小于1°的高斯晶粒，在ND截面中，相对于所述高斯晶粒的平均粒径(LG)的亚晶粒的平均粒径(LS)的比率(LS/LG)为0.20以下。
RD方向上每1mm可存在1至300个粒径为10nm以上的气孔。
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：制造取向电工钢板基材的步骤，以重量％计，所述取向电工钢板基材包含Si：2.0至7.0重量％、Sb：0.01至0.07重量％和余量的Fe和不可避免的杂质；
在所述取向电工钢板基材上涂覆绝缘涂层形成组成物的步骤；以及，对所述取向电工钢板基材进行热处理，在取向电工钢板基材上形成绝缘涂层的步骤。在形成绝缘涂层的步骤中施加到钢板上的张力为0.2至0.70kgf/mm2，对于钢板的整个长度，张力的最大值(MA)和最小值(MI)满足下述式2。
[式2]
[MI]≥0.5×[MA]
形成绝缘涂层的步骤是在550℃至1100℃的温度下进行热处理。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，可以通过抑制对磁性产生不利影响的亚晶粒来提高磁性。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板，可以通过增加基底涂层、绝缘涂层和细晶粒界面层的残余应力来提高磁性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的钢板TD截面的示意图。
图2是实施例1中制造的钢板的电子背散射衍射(EBSD)照片。
图3是表示使用曲率半径的膜张力计算方法的图。
图4是表示残余应力的测定中的斜率的图。
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括复数形式。在说明书中使用的“包括”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(包括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。
下面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。
图1是本发明的一个实施例的钢板TD截面的示意图。
如图1所示，根据本发明一个实施例的取向电工钢板100包括电工钢板基材10和位于电工钢板基材10上的绝缘涂层30。
在下文中，将详细描述根据本发明实施例的每个构成。
电工钢板基材10是指取向性电工钢板100中除了基底涂层20和绝缘涂层30之外的部分。
在本发明的一种实施例中，其由绝缘涂层30中的气孔31和电工钢板基材10中的亚晶粒11来表示，而与电工钢基体10的合金成分无关。作为补充，对电工钢板基材10的合金成分进行说明。
以重量％计，电工钢板基材10包含Si：2.0至7.0重量％、Sn：0.01至0.10重量％、Sb：0.01至0.07重量％、Al：0.020至0.040重量％、Mn：0.01至0.20重量％、C：0.01重量％以下，N：0.005重量％以下，S：0.005重量％以下和余量的Fe和不可避免的杂质。
Si：2.0至7.0重量％
硅(Si)起到通过增加材料的比电阻来降低铁损的作用。当Si含量过少时，比电阻下降，导致铁损特性变差，且在二次再结晶退火时存在相变区间，导致二次再结晶不稳定，当Si含量过多时，钢的脆性变大，因此很难进行冷轧。因此，可以将Si含量调整到上述范围内。具体地，可包含2.5～5.0重量％的Si。
Sn：0.01至0.10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。通过促进{110}<001>方向高斯晶粒的生成，有助于优异磁性的二次再结晶的良好发达,起着晶粒生长抑制力的辅助作用
当Sn含量过少时，其效果会变差。当Sn含量过多时，会产生严重的晶界偏析及表面偏析，导致在冷轧时发生板断裂的可能性较高。
因此，可以将Sn含量调整到上述范围内。具体地，可包含0.02至0.08重量％的Sn。
Sb：0.01至0.05重量％
锑(Sb)是促进{110}<001>取向的高斯晶粒生成的元素，
如果Sb含量过少，则不能充分得到作为高斯晶粒形成促进剂的期待效果。如果Sb含量太多，则其在表面偏析，从而抑制氧化层的形成，并且出现表面缺陷。因此，可以将Sb含量调整到上述范围内。具体地，可包含0.02至0.04重量％的Sb。
Al：0.020至0.040重量％
铝(Al)是一种通过形AlN、(Al,Si)N或(Al,Si,Mn)N形式的氮化物而起到抑制剂作用的元素。当Al含量太小时，不能得到期望作为抑制剂的充分效果。相反，如果Al含量过多时，则Al系氮化物析出、生长过于粗大，因此作为抑制剂的效果不充分。因此，可以将Al含量调整到上述范围内。具体地，可包含0.020至0.030重量％的Al。
Mn：0.01至0.20重量％
锰(Mn)与Si一样，通过增加电阻率来降低涡流损耗，从而具有降低整体铁损的效果，和Si一起与氮化处理所引入的氮发生反应形成(Al,Si,Mn)N的析出物，从而抑制一次再结晶晶粒的生长引发二次再结晶。然而，当Mn含量过多时，由于在热轧期间促进奥氏体相变，因此一次再结晶晶粒的尺寸减小，从而使二次再结晶不稳定。另外，当Mn含量过少时，作为奥氏体形成元素，在热轧再加热过程中奥氏体分数增加，而增加析出物的固溶，导致在再析出过程中，通过析出物微细化和MnS形成来防止一次再结晶晶粒过于大的效果可能未充分发挥。因此，可以将Mn含量调整到上述范围内。
C：0.010重量％以下
碳(C)是对本发明的实施例中的取向性电工钢板的磁特性的改善没有很大帮助的成分，因此优选尽可能地除去。但是，如果其含量超过一定水平时，其具有通过在轧制过程中促进钢的奥氏体转变，有助于在热轧过程中细化热轧组织形成均匀的显微组织的效果。板坯中的C含量优选为0.04重量％以上。然而，如果C含量过量，则形成粗大的碳化物并且在脱碳过程中难以去除，因此其可以为0.07重量％以下。脱碳在一次再结晶退火过程中进行，脱碳后在最终制造的取向电工钢基材中的含量可以为0.005重量％以下。
N：0.005重量％以下
氮(N)是一种与Al进行反应来微细化晶粒的元素。当这些元素适当分布时，如上所述，通过在冷轧后的适当细化组织，有助于确保适当的一次再结晶晶粒尺寸。然而，如果含量过多，则一次再结晶晶粒过度微细化，结果，由于晶粒细化，导致二次再结晶晶粒生长的驱动力增加，因此晶粒可能生长至不期望的取向。另外，如果N含量过多，则在最终退火过程中除去N的时间较长，因此，氮含量的上限可以设定为0.005重量％。在第一次再结晶过程中，氮的量可能由于渗氮而增加，并且在这种情况下，由于在二次再结晶退火过程中再次被去除，因此板坯和最终的取向电工钢板基体10中的氮的量可能是相同的。
S：0.005重量％以下
如果硫(S)含量超过0.005重量％时，则当加热热轧板坯时，其会再固溶而微细析出，从而减小一次再结晶晶粒的粒径并降低二次再结晶开始温度，从而使磁性变差。另外，由于在最终退火过程的二次均热区间除去固溶S需要花费大量的时间，因此降低取向电工钢板的生产率。另一方面，当S含量低至0.005％以下时，冷轧前的初始晶粒粒径过于粗化，因此在一次再结晶过程中的变形带中核形成的具有{110}<001>取向的晶粒数会增加。因此，为了通过减小二次再结晶晶粒的粒径来提高最终产品的磁性，S含量优选为0.005重量％以下。
余量包含铁(Fe)。另外，可以包含不可避免的杂质。不可避免的杂质是炼钢和取向电工钢板的制造过程中不可避免混入的杂质。不可避免的杂质是众所周知的，因此省略具体描述。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。
在本发明的一种实施例中，电工钢板基板10在RD方向上可以具有1MPa至50MPa的残余应力。残余应力存在于该范围内的原因是由于电工钢板基板10上存在基底涂层20和绝缘涂层30。通过存在上述范围内的残余应力，对铁基赋予覆膜张力，从而提高磁性。
具体地，电工钢板基板10可以具有16.0至30.0MPa的沿RD方向的残余应力。电工钢板基板10的残余应力可以通过细粒界面层12、基底涂层20和绝缘涂层30的残余应力之和为零的值来获得。
Σtiσi＝0
ti:各个层的厚度
σi:各个层的残余应力
i：基底涂层/细晶粒界面层/基底钢板
如图1所示，细晶粒界面层12可以存在于从电工钢板基材10的表面朝向电工钢板基材的内部。细晶粒界面层12可以具有0.1至5μm的平均晶粒粒径。由于表面能不均匀性的影响而形成细晶粒界面层12。
细晶粒界面层12的厚度可以为0.1μm至5μm。如果细晶粒界面层12太厚，则导致磁性劣化，所以将其厚度变薄是有利的。更具体地，细晶粒界面层12的厚度可以为0.5至3μm。
所述细晶粒界面层的RD方向残余应力为-10至-1000Mpa。
在这种情况下，负号表示由细晶粒界面层12施加到电工钢板基板10的应力。更具体地，细晶粒界面层12可以在RD方向上具有-100至-500MPa的残余应力。更具体地，细晶粒界面层12可以在RD方向上具有-400至-500MPa的残余应力。
如图1所示，根据本发明实施例的取向电工钢板100还可以包括位于电工钢板基板10和绝缘涂层30之间的基底涂层20。
基底涂层20是通过一次再结晶过程中形成的氧化物层与退火隔离剂中的成分反应而形成涂层。基底涂层20提高绝缘涂层30和电工钢板基材10之间的粘附力，并且与绝缘涂层30一起赋予取向电工钢板100绝缘性。
基底涂层20的成分没有特别限定，但在退火隔离剂成分中含有MgO的情况下，也可以含有镁橄榄石(Mg2SiO4)。
所述基底涂层20的厚度可以为0.1至15μm。
如果底涂层20的厚度太薄，则不能充分发挥上述的绝缘性以及提高与绝缘涂层30的附着性地效果。如果基底涂层20太厚，则占空比可能降低，并且与绝缘涂层30的附着性可能变差。更具体地，基底涂层20的厚度可以为0.5μm至3μm。
所述基底涂层20的RD方向残余应力可以为-50至-1500Mpa。具体地，可以为-500至-1000MPa。更具体地，可以为-760至-1000MPa。
如图1所示，绝缘涂层30位于电工钢板基板10上。当基底涂层20位于电工钢基板10上时，绝缘涂层30位于基底涂层20上。绝缘涂层30向取向电工钢板100赋予绝缘性，并且还起到通过向电工钢基板10赋予张力来改善铁损的作用。
绝缘涂层30可以使用能够向电工钢板100的表面赋予绝缘性能的材料。具体地，可以包括磷酸盐(H3PO4)。
绝缘涂层30是通过将含有溶剂的绝缘涂层形成用组合物涂布在钢板上然后对其进行热处理而形成的。此时，由于溶剂在高温下挥发，因此在绝缘涂层30中不可避免地形成一些气孔31。气孔31是指该部分不存在任何东西的状态，即空的空间。
RD方向上每1mm可存在1至300个粒径为10nm以上的气孔。具体地，每1mm可以存在1至30个。此时，可以基于ND面或TD面来测量气孔的粒径。气孔的数量可以以TD表面为基准来测量。
每个粒径为10nm以上的气孔有1至30个亚晶粒。如上所述，在气孔31下方的(A、B)区域中可以不存在亚晶粒11，也可以存在两个以上的亚晶粒11。然而，除了气孔31下方的(A、B)区域外，可以不存在亚晶粒11。
绝缘涂层30的厚度可以为0.1μm至15μm。如果绝缘涂层30的厚度太薄，则不能充分发挥上述绝缘作用。如果绝缘涂层30太厚，则占空比可能降低，并且与钢板基材10的附着性可能劣化。更具体地，绝缘涂层30的厚度可以为1.0μm至5.0μm。
所述绝缘涂层的RD方向残余应力可以为-10至-1000Mpa。具体地，可以为-70至-500Mpa。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板满足下述式1。
[式1]
([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2)≥13.0Mpa
(式1中，[P]为绝缘涂层的厚度(μm)，[PS]为绝缘涂层的残余应力(MPa)，[F]为基底涂层的厚度(μm)，[FS]为基底涂层的残余应力(MPa)，[C]为细晶粒界面层的厚度(μm)，[CS]为细晶粒界面层的残余应力(MPa)，[S]代表电工钢板基材厚度(μm)。)
式1表示取方向性电磁钢板的轧制方向的拉伸张力。例如，如果式1的左侧太小，则可能出现磁性差的问题。更具体地，式1的左边可以是14.0至21.0。
绝缘涂层30是通过将含有溶剂的绝缘涂层形成用组合物涂布在钢板上然后对其进行热处理而形成的。此时，由于溶剂在高温下挥发，因此在绝缘涂层30中不可避免地形成一些孔31。
当气孔31大于10nm时，施加到钢板上的应力集中在气孔31的下部，从而形成亚晶粒11。这与取向电工钢板的主晶粒高斯晶粒相比，这对磁性产生不利影响，因此优选尽可能地抑制。
在本发明的一实施例中，通过分析气孔31与亚晶粒11之间的位置关系以及亚晶粒11的形成原因，从而尽可能地抑制亚晶粒11的形成。
在图1中，示出了气孔31和亚晶粒11。
如图1所示，在气孔31的下方存在有亚晶粒11。钢板基材10中的所有亚晶粒11都存在于气孔31下方的特定区域中。然而，并不是所有气孔31的下方存在有亚晶粒11，并且可能由下方不存在亚晶粒11的气孔31。
如图1所示，电工钢板基材10中存在亚晶粒11。
亚晶粒11与除亚晶粒之外的其余高斯晶粒的区别在于，结晶取向从{110}<001>形成1°至15°的角度。具体地，高斯晶粒的晶体取向从{110}<001>的角度小于1°。晶体取向由米勒指数(Miller index)表示。
在本发明的一实施例中，亚晶粒11位于气孔31的下方。
具体地，亚晶粒存在于从所述气孔中心沿RD方向1500μm以内的区域(A)和从所述电工钢板基材表面沿电工钢板基材内部方向50至100μm的区域(B)。在图1中，定义为区域A和B的位置由虚线矩形表示。具体地，亚晶粒11的所有区域可以包括在被定义为区域A和区域B的位置中。在本发明的一实施例中，亚晶粒11仅存在于上述区域中，而亚晶粒11不存在于其他区域中。
在本发明的一实施例中，可以通过抑制亚晶粒11来改善磁性能。具体地，在ND截面中的所述亚晶粒的面积分数可以为5％以下。如果亚晶粒11的面积分数太大，则导致磁性劣化。更具体地，ND截面中的亚晶粒的面积分数可以为0.1％至5％。更具体地，可以为1％至3％。ND截面是指垂直于ND方向的平面。
亚晶粒11的晶粒粒径为1至500nm，即使通过晶粒粒径也能够将其与其余的高斯晶粒区分开。具体地，除了亚晶粒的高斯晶粒的平均粒径可以为5至100mm。此时，为晶粒ND截面中的晶粒粒径。更具体地，亚晶粒11可以具有10至250nm的粒径，并且除了亚晶粒之外的高斯晶粒的平均粒径可以为10至50mm。
在ND截面中，相对于所述高斯晶粒的平均粒径(LG)的亚晶粒的平均粒径(LS)的比率(LS/LG)为0.20以下。具体地，可以为0.10以下。
在本发明的一实施例中，对于平均粒径，假设有一个面积与晶粒相同的虚拟圆时，由该圆的直径计算平均粒径。
根据本发明的一个实施例的取向电工钢板的制造方法，包含取向电工钢板的制造步骤；将绝缘涂层形成组合物涂覆在取向电工钢板上的步骤；以及对取向电工钢板进行热处理，以在取向电工钢板上形成绝缘涂层步骤。
以下，对各步骤进行详细说明。
首先，制造取向电工钢板基材。此时，可使用在取向电工钢板基材10形成有基底涂层20的取向电工钢板基材10。
在本发明的一个实施例中，其技术特征在于调节在形成绝缘涂层的步骤中施加到钢板上的张力，并且制造取向性电工钢板的方法可以使用各种传统已知的方法。
以下，对形成绝缘涂层之前的取向性电磁钢板基材的制造方法的一例进行说明。
取向性电工钢板基材的制造方法，可包含对钢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；冷轧板的一次再结晶退火步骤；对一次再结晶退火结束的冷轧板进行二次再结晶退火的步骤。
以重量％计，所述板坯包含Si：2.0至7.0重量％、Sn：0.01至0.10重量％、Sb：0.01至0.07重量％、Al：0.020至0.040重量％、Mn：0.01至0.20重量％、C：0.04至0.07重量％、N：10至50重量ppm，S：0.001至0.005重量％和余量的Fe和不可避免的杂质。
首先，对板坯进行热轧，以制造热轧钢板。
以下，由于除了C的含量以外，板坯合金的合金成分与电工钢板基材10的合金成分相同，因此省略重复的说明。
在制造热轧钢板的步骤之前，还可以包含将板坯加热到1230℃以下的步骤。
通过此步骤使得析出物部分熔化。并且，能防止板坯的柱状晶组织生长，在后续热轧工艺中避免沿宽度方向产生裂纹，从而提高成品率。
如果板坯加热温度变高，由于板坯的表面部熔化，需要维修加热炉，加热炉寿命会缩短。更具体地，可将板坯加热至1130至1200℃。也可以不加热板坯，将连铸板坯直接进行热轧。
在制造热轧钢板的步骤中，可以通过热轧制造厚度为1.8至2.3mm的热轧钢板。
在制造热轧钢板之后，还可以包括对热轧钢板进行退火的步骤。
在对热轧钢板进行退火的步骤，通过将热轧钢板加热至950至1100℃的温度后、可在850至1000℃温度下进行均热、然后冷却来进行。
接下来，对所述热轧钢板进行冷轧制造冷轧钢板。
冷轧可以通过一次强冷轧进行，也可以通过多道次进行。在轧制过程中，通过在200至300℃温度下进行一次以上的温轧，提供时效效果，最终获得出厚度0.14至0.25毫米。被冷轧的冷轧钢板在一次再结晶退火过程中，进行脱碳、变形组织的再结晶、以及通过渗氮气体进行渗氮处理。
接下来，对所述冷轧钢板进行一次再结晶退火处理。
此时，一次再结晶退火步骤可以包含脱碳步骤和渗氮步骤。
一次再结晶退火步骤的温度可为800℃至900℃。如果温度过低，则有时无法进行一次再结晶，或者无法顺利进行渗氮处理。如果温度过高，则一次再结晶变得过大，可能成为导致磁性劣化的原因。
脱碳也可以在氧化度(PH2O/PH2)为0.5至0.7的气氛中执行。通过脱碳，钢板可含有0.005重量％以下碳，更具体地，0.003重量％以下的碳。
接下来，对一次再结晶退火结束的冷轧板涂敷退火隔离剂，进行二次再结晶退火。可以使用各种隔离剂作为退火隔离剂。例如，可以使用含有MgO作为主要成分的退火隔离剂。此时，二次再结晶退火后，形成含有镁橄榄石的基底涂层20。
二次再结晶退火的目的是通过二次再结晶形成{110}<001>织构，通过脱碳时形成的氧化层与MgO反应形成玻璃状薄膜来提供绝缘性，并去除对磁性有害的杂质。作为二次再结晶退火的方法，在二次再结晶发生前的升温段，用氮和氢的混合气体维持，以保护作为晶粒生长抑制剂的氮化物，使二次再结晶良好地进行。完成后二次再结晶后，在100％氢气氛中长时间保持，以除去杂质。
在二次再结晶退火步骤之后，可以包括平坦化退火工艺。
返回到根据本发明实施例的取向性电工钢板的制造方法的说明，将绝缘涂层组合物涂覆在取向性电工钢板上。在本发明的一种实施方式中，可以使用各种形成绝缘涂层的组合物，并且没有特别限制。例如，可以使用包含磷酸盐的用于形成绝缘涂层的组合物。
接下来，通过对取向性电工钢板进行热处理，在取向性电工钢板基材以及基底涂层20上形成绝缘涂层。
此时，由于在热处理过程中溶剂在高温下挥发，因此在绝缘涂层30中不可避免地形成一些气孔31。此时，施加到钢板上的应力集中在气孔31的下部，从而形成亚晶粒11。在本发明的一实施例中，通过调节在形成绝缘涂层的过程中施加到钢板上的张力，尽可能地抑制亚晶粒11的形成。
具体地，在形成绝缘涂层的步骤中对钢板施加的张力为0.20至0.70kgf/mm2。
此时，如果施加在钢板上的张力太小，表面可能会出现划痕，导致耐腐蚀性变差。如果施加到钢板上的张力太大，则可能形成大量的亚晶粒11，这可能对磁性产生不利影响。具体地，其可以为0.20至0.50kgf/mm2。更具体地，其可以为0.3至0.47kgf/mm2。此时的张力是在热处理过程的出口侧测量的钢板长度方向上的平均张力。
在形成绝缘涂层的步骤中，在钢板的长度方向(RD方向)上施加的张力可以不同。在本发明的一个实施例中，通过最小化相对于钢板的整个长度的张力的最大值(MA)和最小值(MI)之间的差来适当地控制施加到每一层的残余应力，并且可以抑制亚晶粒11的形成。
具体地，对于钢板的整个长度，张力的最大值(MA)和最小值(MI)满足下式2。
[式2]
[MI]≥0.5×[MA]
当不满足式2，且沿钢板长度方向(RD方向)张力变化较大时，局部不均匀性增大，导致残余应力无法得到适当控制，形成大量亚晶粒11。
传统情况下，存在的问题是在平坦化退火过程中线速度(Line Speed)变化较大，因此沿钢板长度方向(RD方向)张力变化较大，导致局部不均匀性增加。
具体地，通过最小化线速度来执行激光焊接，以在平坦退火的入口处接合前一个卷材尾部和后一个卷材顶部。焊接结束后，为了提高最终产品的生产率而提高线速度，因此存在较大的张力偏差。具体地，随着线速度的变化，张紧辊(Bridle Roll)和炉底辊(HearthRoll)的变速幅度增大，因此在高温下钢板沿长度方向(RD方向)存在较大的张力偏差，在不可避免地伴随高温的平坦退火时，沿钢板长度方向(RD方向)存在较大的张力偏差。由于局部不均匀性的增加，存在残余应力无法得到适当控制的问题，因此张力(MI)的最小值不可避免地小于0.5×[MA]。
减小张力的最大值(MA)和最小值(MI)之间的差异的方法有很多种，但在本发明的一种实施方式中，例如可以采用控制张紧辊(Bridle Roll)和炉底辊(Hearth Roll)速度的方法。具体地，张紧辊(Bridle Roll)控制是一种通过随这张力计的值来控制反馈张力(Feedback Tension)的方法。更具体地说，是通过控制张紧辊(Bridle Roll)的速度来减小张力的最大值与最小值之间的差异的方法。另外，具体地，控制炉底辊(Hearth Roll)是控制张紧辊(Bridle Roll)速度追随反馈张力(Feedback Tension)的方法。更具体地，为了减小最大张力值和最小张力值之间的差，可以通过随着炉底辊的速度增加而降低张力来控制。在本发明的一个实施例中，即使在平坦退火过程中线速度发生变化，也可以在将张力调整在特定范围内的同时减小最大值(MA)和最小值(MI)之间的差异。
形成绝缘涂层的步骤可以在550℃至1100℃的温度下进行热处理。在上述温度下，产生较少的气孔31，并且可以适当地施加绝缘涂层30的残余应力。
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
将钢组分真空熔炼后制成钢锭，以重量％计，所述钢组分包含Si：3.4重量％、Sn：0.05重量％、Sb：0.02重量％、Al：0.02重量％、Mn：0.10重量％、C：0.05重量％、N：0.002重量％、S：0.001重量％和余下成分包含余量的Fe和其他不可避免含有的杂质，接着在1150℃的温度下加热210分钟后，再热轧成厚度为2.0mm厚度。然后进行酸洗处理，冷轧成厚度为0.220mm.
将冷轧后的板材在800至900℃温度，在氮气50体积％和氢气50体积％的混合气体环境下保持进行脱碳、氮化退火热处理。使得碳含量30ppm以下，总氮含量提高到130ppm以上，
钢板上涂覆退火隔离剂MgO后进行卷材最终退火热处理。最终退火在25体积％氮气和75体积％氢气的混合气氛中进行至1200℃。达到1200℃后，在100％氢气气氛中保持10小时以上，然后进行炉冷却。
此后，涂覆含有磷酸盐和二氧化硅的混合物的绝缘涂层形成组合物并在820℃下进行2个小时的热处理。
当形成绝缘涂层时，将出口侧的平均张力调整为如下表1所示。
生产的取向电工钢板的气孔、亚晶粒及其他晶粒特性总结于表1，界面层、基底涂层、绝缘涂层的特性及铁损总结于表1。
已证实，亚晶粒的位置仅存在于气孔下方的特定区域中。
仅测量粒径为10nm以上的气孔的数量。
通过电子背散射衍射(EBSD)测量每单位面积的亚晶粒分数。
假定在形成绝缘涂层后立即去除应力退火的以820℃热处理2小时后，测定了铁损(W17/50)和磁通密度(B8)。使用单片测量方法在1.7Tesla、50Hz的条件下测量铁损，并测量在800A/m的磁场下诱导的磁通密度。
使用3D曲率测量仪(ATOS core 45)测量绝缘涂层的残余应力。仅去除一侧的绝缘涂层，并测量钢板的弯曲量。
根据ASTM A717国际标准，使用富兰克林(Franklin)测量仪器测量涂层顶部的绝缘性。
耐腐蚀性是指按JIS Z2371国际标准，在35℃、5％NaCL、8小时条件下表面产生锈蚀的面积。
下图式是使用曲率半径的覆膜张力计算方法(参考文献M.Bielawski et al.,Surf.&Coat.Techno.,200(2006)2987)。
可以使用3D扫描仪软件根据测量的图像计算覆膜张力。可以测量去除磷化覆膜层之前(R2)和之后(R1)的试样的R值。
使用辐射光XRD设备测量基底涂层和细晶粒界面层的残余应力。X射线残余应力测量方法利用晶粒晶格面之间的距离作为应变仪。当样品受到应力时，随着应力方向和晶面的相对角度产生晶格面之间的距离变化。
可以说，平行于拉伸方向的晶格面即ψ＝0°的晶格面之间的距离，由于泊松效应，比应力为零时要小，ψ角度倾斜于拉伸方向的晶格面之间的距离比应力为零时更大。
X射线残余应力根据倾斜角Ψ测量峰值位移。因此，X射线残余应力计算遵循sin2Ψ法，可表示为以下公式：
双轴应力系统
·(Biaxial stress system)：
·X线测定：εψ-ε3＝(dψ-d0)/d0-(dz-d0)/d0.
·整理如下，
·以ψ方向置于晶格面方向的晶格面的d-间距(spacing)
·dz：dz：以样品表面垂直方向置于晶格面方向的晶格面的d-间距(spacing)
·do：无压力(stress-free)晶格面的d-间距(spacing)
【表1】
【表2】
【表3】
铁损(W17/50，W/kg) 磁通密度(B8，T) 绝缘(mA) 耐腐蚀性
实施例1 0.735 1.935 35 -
实施例2 0.739 1.935 55 -
实施例3 0.752 1.934 30 -
实施例4 0.753 1.935 35 -
实施例5 0.76 1.933 42 -
实施例6 0.761 1.932 32 -
实施例7 0.772 1.928 55 -
实施例8 0.77 1.93 55 -
实施例9 0.782 1.927 42 0.7
比较例1 0.847 1.921 95 5.5
比较例2 0.844 1.922 360 8.2
比较例3 0.843 1.923 277 7.7
比较例4 0.912 1.915 345 9
比较例5 0.998 1.88 678 15
比较例6 1.052 1.876 850 42.3
由表1至表3可知，在形成绝缘涂层的过程中，当张力控制适当时，式1值超过7.0MPa,亚晶粒受到抑制，细晶粒界面层、基底涂层和绝缘涂层的残余应力得到抑制，可以确认磁性、绝缘性和耐腐蚀性都有所提高。
相反，当在形成绝缘涂层过程中没有适当地控制张力时，形成了大量的亚晶粒，并且可以确认磁性、绝缘性或耐腐蚀性变差。
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。
附图标记说明
100：取向电工钢板， 10：电工钢板基材，
11：亚晶粒， 12：细晶粒界面层，
20：基底涂层， 30：绝缘涂层，
31：气孔

Claims (14)

1.一种取向电工钢板，包含：
取向电工钢板基材，以重量％计，所述取向电工钢板基材包含Si：2.0至7.0重量％、Sb：0.01至0.07重量％和余量的Fe和不可避免的杂质；
位于从电工钢板基材表面向电工钢板基材内部方向的细晶粒界面层；
位于所述细晶粒界面层上的基底涂层；以及
位于所述基底涂层上的绝缘涂层，
所述取向电工钢板满足下述式1，
[式1]
([P]×[PS]+[F]×[FS]+[C]×[CS])/-([S]/2)≥13.0Mpa
式1中，[P]为绝缘涂层的厚度(μm)，[PS]为绝缘涂层的残余应力(MPa)，[F]为基底涂层的厚度(μm)，[FS]为基底涂层的残余应力(MPa)，[C]为细晶粒界面层的厚度(μm)，[CS]为细晶粒界面层的残余应力(MPa)，[S]代表电工钢板基材厚度(μm)。
2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述细晶粒界面层的平均晶粒粒径为0.1至5μm。
3.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述基底涂层的RD方向残余应力为-50至-1500MPa。
4.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述绝缘涂层的RD方向残余应力为-10至-1000MPa。
5.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述电工钢板基材的RD方向残余应力为1至50MPa。
6.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述细晶粒界面层的RD方向残余应力为-10至-1000MPa。
7.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述细晶粒界面层的厚度为0.1至5μm。
8.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述基底涂层的厚度为0.1至15μm。
9.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述绝缘涂层的厚度为0.1至15μm。
10.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，
所述绝缘涂层包含粒径为10nm以上的气孔，
所述电工钢板基材包含亚晶粒，所述亚晶粒存在于从所述气孔中心沿RD方向1500μm以内的区域(A)和从所述电工钢板基材表面沿电工钢板基材内部方向50至100μm的区域(B)，
所述亚晶粒中，结晶取向从{110}<001>形成1°至15°的角度，
在ND截面中的所述亚晶粒的面积分数为5％以下。
11.根据权利要求10所述的取向电工钢板，其中，
所述亚晶粒中，相对于ND方向的晶粒长度(z)的TD方向的晶粒长度(y)的比率(y/z)为1.5以下。
12.根据权利要求10所述的取向电工钢板，其中，
包含从所述电工钢板基材表面沿电工钢板基材内部方向50至100μm的区域(B)中结晶取向从{110}<001>形成小于1°的高斯晶粒，
在ND截面中，相对于所述高斯晶粒的平均粒径(LG)的亚晶粒的平均粒径(LS)的比率(LS/LG)为0.20以下。
13.一种取向电工钢板的制造方法，其包含：
制造取向电工钢板基材的步骤，以重量％计，所述取向电工钢板基材包含Si：2.0至7.0重量％、Sb：0.01至0.07重量％和余量的Fe和不可避免的杂质；
在所述取向电工钢板基材上涂覆绝缘涂层形成组成物的步骤；以及，
对所述取向电工钢板基材进行热处理，在取向电工钢板基材上形成绝缘涂层的步骤，
在形成绝缘涂层的步骤中施加到钢板上的张力为0.2至0.70kgf/mm2，
对于钢板的整个长度，张力的最大值(MA)和最小值(MI)满足下述式2，
[式2]
[MI]≥0.5×[MA]。
14.根据权利要求13所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
形成绝缘涂层的步骤是在550℃至1100℃的温度下进行热处理。
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