具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及取向電工鋼板，并且提供了一種制造具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板的方法，其中在1050-1250℃下加熱鋼坯，所述鋼坯按重量％包括Si：2.0-4.5％、Al：0.005-0.040％、Mn：0.20％以下、N：0.010％以下、S：0.010％以下、P：0.005-0.05％、C：0.04-0.07％、Sn：0.08-0.10％，以及余量的Fe和其他不可避免引入的雜質(zhì)；進(jìn)行熱軋；之后使熱軋帶鋼退火；之后進(jìn)行冷軋；接著進(jìn)行脫碳和氮化物退火，然后二次結(jié)晶退火，其中Sn用作主要的晶粒生長抑制劑。根據(jù)本發(fā)明，使用合適量的Sn作為主要的晶粒生長抑制劑而提高初次結(jié)晶織構(gòu)中戈斯取向晶粒的分?jǐn)?shù)，控制用于再加熱鋼坯的N的含量，并且恰當(dāng)?shù)乜刂泼撎纪嘶鹎凹訜釛l件和脫碳退火溫度以恰當(dāng)?shù)乇３志ЯＩL的驅(qū)動力與抑制力之間的適當(dāng)平衡，使二次結(jié)晶穩(wěn)定，從而可以制造在最終的二次結(jié)晶后具有非常高的整合{110}<001>取向且包含具有極其精細(xì)的晶粒尺寸的戈斯織構(gòu)的、具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板。
【專利說明】具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用作電力設(shè)備(如發(fā)電機(jī)或變壓器)的芯材的取向電工鋼板的制造，以及具有低鐵損和高磁通量的取向電工鋼板及其制造方法，其中鋼板的磁性能通過使用Sn作為主要的晶粒生長抑制劑來提高初次重結(jié)晶織構(gòu)中戈斯織構(gòu)的分?jǐn)?shù)以及最優(yōu)化經(jīng)過最終高溫退火的二次重結(jié)晶粒度而改進(jìn)。
【背景技術(shù)】
[0002]取向電工鋼板是一種軟磁材料，其具有平行于鋼的軋制方向的{110}〈001〉織構(gòu)，因而在一個方向或軋制方向上表現(xiàn)出優(yōu)異的磁性能。為表達(dá)這種戈斯(Goss)織構(gòu)，應(yīng)當(dāng)非常精確并且嚴(yán)格地控制各種過程條件，包括制鋼步驟中的組分、熱軋中的鋼坯再加熱和熱軋過程因素、熱軋板退火、初次重結(jié)晶退火和二次重結(jié)晶退火。
[0003]另外，抑制劑(inhibitor)是發(fā)展戈斯織構(gòu)中涉及的一個因素，其作為抑制初次重結(jié)晶晶粒生長并在二次重結(jié)晶過程中僅允許戈斯織構(gòu)生長的晶粒生長抑制劑，發(fā)揮著極其重要的功能。為獲得在二次重結(jié)晶退火后具有優(yōu)異戈斯織構(gòu)的最終鋼板，應(yīng)當(dāng)抑制所有初次重結(jié)晶晶粒的生長直到二次重結(jié)晶發(fā)生前不久，為實(shí)現(xiàn)這種抑制作用，抑制劑的量應(yīng)當(dāng)足夠大，其分布也應(yīng)當(dāng)均勻。另外，抑制劑應(yīng)當(dāng)具有優(yōu)異熱穩(wěn)定性而不會輕易分解，以便在高溫二次重結(jié)晶退火(最終高溫退火)期間發(fā)生二次重結(jié)晶。二次重結(jié)晶是由于抑制劑在最終高溫退火時在合適的溫度范圍內(nèi)分解或喪失抑制力而發(fā)生的現(xiàn)象，在這種情況下，特定晶粒如戈斯晶粒會在較短時間內(nèi)快速生長。
[0004]通常，取向電工鋼板的質(zhì)量可以通過作為典型磁性能的磁通量密度和鐵損而評估，并且戈斯取向密度越高，磁性能越好。此外，具有優(yōu)異質(zhì)量的取向電工鋼板可以制造高效的電力設(shè)備，可以減小電力設(shè)備的尺寸并且提高電力設(shè)備的效率。
[0005]降低取向電工鋼的鐵損的研發(fā)從提高磁通密度的研發(fā)入手。最初發(fā)展的取向電工鋼板如M.F.Littman所提出的使用MnS用作晶粒生長抑制劑，通過兩次冷軋過程制造。在該過程中，二次重結(jié)晶晶粒相對穩(wěn)定地形成，但是鋼板的磁通密度不是很高并且鐵損也不希望地較高。
[0006]后來，田口(Taguehi)和板倉(Itakura)提出了一種制造取向電工鋼板的技術(shù),該技術(shù)結(jié)合使用AIN和MnS沉淀作為晶粒生長抑制劑，并在80%以上的冷軋率下進(jìn)行一次冷車U根據(jù)該技術(shù)，高磁通密度可通過使用強(qiáng)力晶粒生長抑制劑和強(qiáng)力冷軋來提高沿軋制方向的{110}〈001>取向的程度而獲得，低鐵損性能可通過顯著降低磁滯損耗而獲得。
[0007]通常，降低鋼板的厚度對于降低渦流損耗而降低鐵損很有效。該方法可通過在冷軋過程中增加變形處理而實(shí)現(xiàn)，在該情況下，存在如下問題:晶粒生長驅(qū)動力提高，因此初始晶粒抑制劑不能充分地抑制晶粒生長，從而使得二次重結(jié)晶不穩(wěn)定。
[0008]為了在保持晶粒生長驅(qū)動力與晶粒生長抑制力之間的平衡的同時降低鋼板厚度，鋼板應(yīng)該在最后冷軋過程中在合適的冷軋率下軋制，而且該合適的冷軋率根據(jù)晶粒生長抑制劑的抑制力而改變。[0009]在使用上述田口提出的AIN和MnS沉淀的結(jié)合作為晶粒生長抑制劑時，約87%的冷軋率是合適的，而在使用Littman提出的MnS沉淀用作晶粒生長抑制劑時，約50-70%的冷軋率是合適的。但是，這種嚴(yán)格的冷軋條件對生產(chǎn)過程造成負(fù)擔(dān)。
[0010]除上述技術(shù)外，在嘗試進(jìn)一步提高取向電工鋼板的磁性能的過程中，與通過沉淀抑制晶粒生長的技術(shù)不同，已經(jīng)提出了加入能夠提供類似于沉淀的抑制力的合金元素的技術(shù)。
[0011]關(guān)于此，提出了加入B或Ti的技術(shù)，以補(bǔ)償通過一次冷軋而造成的晶粒生長抑制力的降低。但是，在加入B的技術(shù)中，因?yàn)锽的加入量非常小，其在制鋼步驟中難以控制，并且添加的B可能在鋼中形成粗BN。另外，在加入Ti的技術(shù)中，形成固溶溫度為1300°C以上的TiN或TiC，即使在二次重結(jié)晶后也依然存在，反而會成為提高鋼的鐵損的一個因素。
[0012]作為改進(jìn)晶粒生長抑制力的其他方法，可以列舉使用MnSe和Sb作為晶粒生長抑制力而制造取向電工鋼板的方法。該方法雖然具有因?yàn)榫ЯＩL抑制力高而可以獲得高磁通密度的優(yōu)點(diǎn)，但也具有如下缺點(diǎn):鋼材料變得相當(dāng)硬，使得鋼板不能通過一次冷軋過程生產(chǎn)，因此必須實(shí)施在冷軋步驟之間進(jìn)行中間退火的兩次冷軋過程，此外，因?yàn)槭褂糜卸厩野嘿F的Sb或Se，所以必須要求處理有毒材料的設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高。
[0013]作為另一個方法提出了如下的制造取向電工鋼板的方法:將Sn和Cr的結(jié)合加入鋼坯，在1200°C以下的溫度對鋼坯進(jìn)行加熱，然后再對其進(jìn)行熱軋、進(jìn)行中間退火、一次冷軋或兩次冷軋、脫碳退火，之后再使用氨氣使鋼板硝化。然而，該方法具有如下缺點(diǎn):存在應(yīng)當(dāng)根據(jù)制造具有低鐵損和高磁通密度的薄取向電工鋼板的非常嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)、即根據(jù)鋼中的酸溶性Al和氮的含量而嚴(yán)格控制熱軋板退火的溫度這一限制，導(dǎo)致對熱軋板退火工序造成負(fù)擔(dān)，并且需要結(jié)合加入有毒的Cr與Sn，造成制造成本提高，除此之外，由于Cr具有強(qiáng)氧親和性，所以在脫碳和硝化退火過程中形成的氧化物層相當(dāng)致密，使得鋼板不易脫碳和硝化。
[0014]同時，日本專利特開公布號第2006-241503公開了通過將元素如Sb、P、Sn等加入至鋼板而改進(jìn)電工鋼板磁性能的技術(shù)。具體地，該技術(shù)提出通過包含0.015-0.07重量％的P，并根據(jù)需要再加入0.005-0.2重量％的Sb和0.01-0.5重量％的Sn中的一種或兩種而
獲得穩(wěn)定的磁性能。
[0015]此外，日本專利特開公布號第2007-254829提出了單獨(dú)或結(jié)合地加入Sb、P、Sn的技術(shù)。其公開了通過根據(jù)需要包含0.02-0.30重量％的Sn、Sb、P中的一種以上而改進(jìn)磁性倉泛。
[0016]此外，日本專利特開公布號第2007-051338公開了一種制造取向電工鋼板的方法，所述方法包含0.2重量％以下的P并根據(jù)需要再加入0.001-0.02重量％的Sb和0.002-0.1重量％的511中的一種以上，并具有磁性能在軋制方向的45°方向上優(yōu)異的特征。
[0017]此外，日本專利特開平公布號第11-335794公開了一種制造電工鋼板的方法，所述方法將0.0005-2.0 %的一種以上選自Sb、P、Sn、B、B1、Mo、Te、Ge等元素加入至電工鋼板
組合物。
[0018]上述技術(shù)示意性地公開了通過加入合金元素如Sb、P、Sn、B等而制備取向電工鋼板，但是其中所述的合金元素的范圍過寬，根據(jù)其公開內(nèi)容，并不是通過單獨(dú)添加合金元素而帶來技術(shù)效果，而是在兩種以上合金元素中包含一種以上。另外，上述技術(shù)沒有提出使用合金元素作為主要的晶粒生長抑制劑的具體方法。換言之，根據(jù)目前的技術(shù)，只是知道通過加入一種以上合金元素如Sb、P、Sn、B等可改進(jìn)磁性能，但是用作主要晶粒生長抑制劑的各個合金元素的合適的含量，和其工序條件或?qū)Υ艘蚬P(guān)系的詳細(xì)說明仍是未知的。此外，雖然取向電工鋼板的初次重結(jié)晶和二次重結(jié)晶的性能彼此不同，但上述加入合金元素的技術(shù)也未提供其解決方法。
[0019](現(xiàn)有技術(shù)文件)
[0020](專利文件)
[0021 ](專利文件 I) JP2006-241503A
[0022](專利文件2) JP2007-254829A
[0023](專利文件3) JP2007-051338A
[0024](專利文件4) JP1999-335794A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]技術(shù)問題
[0026]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題而作出，本發(fā)明的一個目的在于提供具有改進(jìn)的磁性能(低鐵損和高磁通密度)的取向電工鋼板及其制造方法，其中在制鋼步驟中加入Sn并控制在可以用作主要的晶粒生長抑制劑的合適范圍內(nèi)，從而提高初次重結(jié)晶織構(gòu)中戈斯織構(gòu)的分?jǐn)?shù)并且使二次重結(jié)晶粒度最優(yōu)化。
[0027]本發(fā)明的另一目`的在于提供能夠制造具有非常優(yōu)異的磁性能的取向電工鋼板而不降低生產(chǎn)率的方法，其中具有合適尺寸的第一重結(jié)晶晶粒以下述方式形成:控制鋼坯的加熱溫度以控制鋼中N的固溶含量，控制脫碳退火前的加熱條件以使Sn作為主要的晶粒生長抑制劑的效果最大化，并且恰當(dāng)?shù)乜刂泼撎纪嘶饻囟葪l件以保持晶粒生長驅(qū)動力與晶粒生長抑制力之間的平衡。
[0028]技術(shù)問題
[0029]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制造具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板的方法，所述方法包括:加熱鋼還，所述鋼還按重量％包括S1:2.0-4.5 %> Al:0.005-0.040%, Mn:0.20% 以下、N:0.010% 以下、S:0.010% 以下、P:0.005-0.05%, C:0.04-0.07%, Sn:0.08-0.10%,以及余量的Fe和其他不可避免的雜質(zhì)；進(jìn)行熱軋；之后使熱軋板退火；之后進(jìn)行冷軋；之后進(jìn)行脫碳和硝化退火；然后二次重結(jié)晶退火，其中Sn用作主要的晶粒生長抑制劑。
[0030]優(yōu)選地，在所述脫碳和硝化退火中脫碳退火在800-950°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行以使初次重結(jié)晶粒度可以控制在18-25 μ m,并且在脫碳退火前的加熱過程中保持在600°C以上且700°C以下的溫度。更優(yōu)選地，在脫碳退火前，600-700°C的溫度范圍內(nèi)加熱速率控制為10C / sX [Sn(重量％ )]以上且 12°C / sX [Sn(重量％ )]以下。
[0031]另外，作為本發(fā)明方法的取向電工鋼板的制造方法，優(yōu)選在熱軋前將鋼坯加熱至1050-1250°C的溫度，并且控制鋼板的加熱以使鋼中N的固溶含量范圍為20-50ppm。
[0032]此外，作為本發(fā)明方法的取向電工鋼板的制造方法，β角——作為二次重結(jié)晶鋼板中晶體取向絕對值的面積加權(quán)平均值一控制為小于3°，并且二次重結(jié)晶鋼板的平均粒度控制為l_2cm。
[0033]為解決上述課題，作為本發(fā)明的具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板，按重量％包括 Si:2.0-4.5%, Al:0.005-0.040%,Mn:0.20% 以下、N:0.010% 以下、S:0.010%以下、P:0.005-0.05%, Sn:0.08-0.10%，以及余量的Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0034]本發(fā)明的具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板，其使用鋼坯來制造，所述鋼坯按重量％包括 Si:2.0-4.5%, Al:0.005-0.040%, Mn:0.20% 以下、N:0.010% 以下、S:0.010% 以下、P:0.005-0.05%,C:0.04-0.07%,Sn:0.08-0.10%，以及余量的 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)。
[0035]在本發(fā)明的取向電工鋼板中，作為二次重結(jié)晶鋼板中晶體取向絕對值的面積加權(quán)平均值的β角小于3°，并且二次重結(jié)晶鋼板的平均粒度為l_2cm。
[0036]有益效果
[0037]根據(jù)本發(fā)明，以合適用量加入的Sn作為主要的晶粒生長抑制劑以提高初次重結(jié)晶織構(gòu)中戈斯取向晶粒的分?jǐn)?shù)，從而可以制造具有超低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板，所述鋼板在最終二次重結(jié)晶后具有高度的{110}〈001>取向和精細(xì)的粒度。
[0038]另外，根據(jù)本發(fā)明，控制在鋼坯再加熱過程中固溶的N的含量，控制脫碳退火前的加熱條件以使Sn作為主要的晶粒生長抑制劑的效果最大化，并且在略高于常規(guī)溫度的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫碳退火以形成具有合適的尺寸的初次重結(jié)晶晶粒，以恰當(dāng)?shù)乇３志ЯＩL驅(qū)動力與晶粒生長抑制力之間的平衡，使二次重結(jié)晶穩(wěn)定，從而可以制造具有非常優(yōu)異的磁性能的取向電工鋼板。
【具體實(shí)施方式】
[0039]在下文中，詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0040]本發(fā)明人已經(jīng)對制造取向電工鋼板中各種元素對磁性能的影響、以及鋼板加熱和脫碳等過程條件對含有各個合金元素的組分體系的磁性能的影響進(jìn)行了研究和試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)Sn以0.08-0.10重量％的量加入以作為主要的晶粒生長抑制劑時，初次重結(jié)晶織構(gòu)中戈斯取向晶粒的晶粒增加并且可確保在二次重結(jié)晶后具有非常高程度的{110}〈001>取向的戈斯取向二次重結(jié)晶織構(gòu)和精細(xì)的粒度，從而可以制造具有非常低的鐵損和高的磁通密度的取向電工鋼板。
[0041]此外，本發(fā)明人關(guān)注的是，為使用加入了上述組成范圍的Sn的組分體系的鋼坯來穩(wěn)定地引起二次重結(jié)晶，在鋼坯再加熱過程中固溶的N的含量應(yīng)該控制在20-50ppm，并且鋼板在脫碳退火前的加熱過程中應(yīng)該保持為600-700°C的溫度以使Sn優(yōu)先在除具有戈斯織構(gòu)的晶粒之外的其他晶粒的晶界處偏析，并且脫碳退火應(yīng)該在略高于常規(guī)溫度的溫度范圍(800-950°C)內(nèi)進(jìn)行以保持晶粒生長驅(qū)動力和晶粒生長抑制力之間的平衡，由此形成尺寸為18-25um的初次重結(jié)晶晶粒?；谶@些事實(shí)完成了本發(fā)明。
[0042]根據(jù)本發(fā)明，具有優(yōu)異磁性能的取向電工鋼板如下制造:加熱鋼坯至1050-1250°C的溫度以控制鋼中N的固溶含量在20-50ppm的范圍內(nèi)，所述鋼坯按重量％包括:Si:2.0-4.5% , Al:0.005-0.040%, Mn:0.20% 以下、N:0.010% 以下、S:0.010% 以下、P:0.005-0.05%、C:0.04-0.07%, Sn:0.08-0.10%，以及余量的 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)，之后在900-1200°C的溫度下使熱軋板退火，之后進(jìn)行冷軋，之后保持在600°C以上且700°C以下的溫度，然后在稍微高于一般條件的800-950°C的溫度下進(jìn)行脫碳和硝化退火以控制初次重結(jié)晶晶粒至18-25 μ m，然后使鋼板二次重結(jié)晶退火以控制二次重結(jié)晶晶粒的平均粒度至l-2cm。本發(fā)明使用Sn作為主要的晶粒生長抑制劑。
[0043]在本發(fā)明中，Sn充當(dāng)主要的晶粒生長抑制劑，其在除戈斯晶粒之外的其他晶粒的晶界處偏析以干擾晶界的遷移。為引起穩(wěn)定的二次重結(jié)晶，應(yīng)以0.08-0.10%的合適的用量加入Sn。若以如上所述的合適的用量加入Sn，則在初次重結(jié)晶織構(gòu)中具有{110}〈001>取向的戈斯晶粒的分?jǐn)?shù)提高，從而生長為二次重結(jié)晶織構(gòu)的戈斯取向的核的含量提高。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，使用如上所述含有合適含量的Sn的組合物的鋼坯。根據(jù)本發(fā)明，控制鋼坯的再加熱溫度以使N的固溶含量在20-50ppm的范圍內(nèi)，并且在脫碳退火前的加熱過程中保持鋼板的溫度為600-700°C以使Sn優(yōu)先在除戈斯晶粒之外的其他晶粒的晶界處偏析，并且控制脫碳退火的溫度以保持晶粒生長驅(qū)動力與晶粒生長抑制力之間的平衡，將初次重結(jié)晶晶粒形成為18-25 μ m的合適的尺寸并且使最終產(chǎn)物中二次重結(jié)晶粒度以l-2cm最優(yōu)化。其結(jié)果，具有戈斯織構(gòu)的成核位置增加并且最終鋼板的β角在3°以下，從而可以制造具有非常優(yōu)異的磁性能的取向 電工鋼板。在此，β角是指以二次重結(jié)晶晶粒的軋制垂直方向?yàn)檩S、在[100]方向與軋制方向之間偏差的角度。
[0045]在下文中，將描述限制本發(fā)明組分的原因。
[0046]S1:2.0-4.5 重量％
[0047]Si是電工鋼板的基本元素，用于提高鋼的電阻率以降低鐵損(core less)。如果Si含量低于2.0%，電阻率將降低，使得鐵損特性劣化，并且在高溫退火過程中將發(fā)生鐵素體與奧氏體之間的相轉(zhuǎn)變，不僅使二次重結(jié)晶不穩(wěn)定還會對鋼板的織構(gòu)造成嚴(yán)重的損害。如果Si含量大于4.5%,電工鋼板的脆性將增加而韌性將降低，因此在軋制過程中帶材拉斷的發(fā)生率將增加并且使二次重結(jié)晶晶粒的形成不穩(wěn)定。因此，Si含量優(yōu)選限制在
2.0-4.5 重量％。
[0048]Al:0.005-0.04 重量％
[0049]Al作為有效的晶粒生長抑制劑，其不僅在熱軋和熱軋板退火過程中形成精細(xì)的AIN沉淀，而且通過在冷軋后的退火過程中通過氨氣而引入的氮離子與在鋼中以固溶狀態(tài)存在的Al、S1、Mn反應(yīng)而形成(Al，Si，Mn)N型氮化物。如果Al含量低于0.005%，所形成的個數(shù)和量在相當(dāng)?shù)偷乃?，而不能帶來作為晶粒生長抑制劑的充分的效果，如果Al含量高于0.040%，其將形成粗氮化物而使抑制晶粒生長的能力降低。因此，Al含量限制在0.005-0.040 重量％。
[0050]Mn:0.02 重量％ 以下
[0051]類似于Si，Mn具有增加鋼電阻率以降低渦流損耗發(fā)熱、由此降低鐵損的效果。在硝化過程中，Mn與Si —起通過硝化與引入的氮反應(yīng)而形成(Al, Si, Mn)N沉淀，因此Mn是對抑制初次重結(jié)晶晶粒的生長并且引起二次重結(jié)晶而言重要的元素。如果加入Mn的含量大于0.20重量％，除Fe2SiO4外大量(Fe，Mn)和Mn氧化物在鋼板表面形成并干擾將在高溫退火過程中形成的基底涂層的形成，使得表面質(zhì)量降低，并且在高溫退火過程中引起鐵素體與奧氏體之間的相轉(zhuǎn)變，這對鋼織構(gòu)造成嚴(yán)重的損害，由此劣化磁性能。因此，Mn含量限制在0.20重量％以下。
[0052]N:0.010 重量％ 以下[0053]N是與Al反應(yīng)以形成AIN的重要的元素并且在制鋼步驟中優(yōu)選加入用量為0.010重量％以下。如果加入N含量高于0.01重量％，在熱軋后的工序中由于氮擴(kuò)散而引起鼓泡(blister)這一表面缺陷，并且在鋼坯中形成過量的氮化物使軋制難以進(jìn)行，使隨后的步驟復(fù)雜并且提高了制造成本，因此限制在0.01%以下。同時，形成(Al，Si，Mn)N和AIN等氮化物額外所需的N，在冷軋后在退火過程中使用氨氣在鋼中硝化而增強(qiáng)。
[0054]C:0.04-0.07 重量％
[0055]C是引起鐵素體與奧氏體之間相轉(zhuǎn)變的元素并且是用于改進(jìn)由于強(qiáng)脆性導(dǎo)致軋制特性差的電工鋼板的軋制特性所必需的元素。然而，如果C保留在最終產(chǎn)物中，形成的碳化物將由于磁老化效果而使鋼板的磁特性劣化，所以優(yōu)選應(yīng)將C控制至合適的含量。如果在上述Si含量范圍內(nèi)Si含量小于0.04%,則出現(xiàn)不希望的鐵素體與奧氏體之間的相轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致鋼坯和熱軋的微結(jié)構(gòu)變得不均勻。因此，C最小含量優(yōu)選在0.04%以上。同時，可以預(yù)期，有利的是通過熱軋板退火后鋼中殘留的碳而提高C含量，以活化冷軋過程中的固持能力，從而增加剪切帶以增加戈斯的成核位置，由此提高初次重結(jié)晶織構(gòu)中戈斯晶粒的分?jǐn)?shù)；然而，如果在上述Si含量范圍內(nèi)C加入量超過0.07%，并且若不追加單獨(dú)的步驟或體系，則在脫碳或退火過程中不能實(shí)現(xiàn)充分的脫碳，并且由此引起的相轉(zhuǎn)變將對二次重結(jié)晶織構(gòu)造成嚴(yán)重的損害，進(jìn)而在將最終產(chǎn)品用于電力設(shè)備時由于磁老化而造成磁性能劣化。因此，C最大含量優(yōu)選為0.07%。
[0056]S:0.010 重量％ 以下
[0057]如果S含量聞于0.01 %,MnS沉淀將會在鋼還中形成而抑制晶粒生長，并且在鑄造過程中在鋼坯的中心部偏析，使得在隨后的步驟中難以控制微結(jié)構(gòu)。此外，因?yàn)镸nS在本發(fā)明中不用作主要的晶粒生長抑制劑，所以S不可避免地超過混入含量而沉淀是不優(yōu)選的。因此，S含量優(yōu)選控制在0.010重量％以下。
[0058]Sn:0.08-0.10 重量％
[0059]在本發(fā)明中Sn作為關(guān)鍵的合金元素，在晶界處偏析以干擾晶界的遷移，從而作為晶粒生長抑制劑來使用。此外，其增加了在初次重結(jié)晶織構(gòu)中具有{110}〈001>取向的戈斯晶粒的分?jǐn)?shù)并且降低了有助于{111}和{411}等戈斯織構(gòu)易于生長的織構(gòu)，由此增加生長為二次重結(jié)晶織構(gòu)的戈斯取向核。因此，當(dāng)加入合適量的Sn時，二次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)的尺寸將降低，由此在最終鋼產(chǎn)品中粒度將降低而使渦流損耗降低，從而可以制造具有顯著優(yōu)異的磁性能的取向電工鋼板。
[0060]如上所述，Sn通過在晶界處偏析而在抑制晶粒生長中起到重要的作用。這不僅提高了抑制初次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)的晶粒生長驅(qū)動力的效果，還通過在形成二次重結(jié)晶織構(gòu)的高溫退火過程中粗化(Al，Si，Mn)N和AIN等引起晶粒生長抑制作用的晶粒從而降低晶粒生長抑制力，而且防止降低具有晶粒生長抑制效果的晶粒的數(shù)量因Si含量的增加而降低，從而使晶粒生長抑制力減弱的現(xiàn)象。其結(jié)果，不僅在低Si含量時，即使在高Si含量時，Sn也會確保出現(xiàn)成功的二次重結(jié)晶織構(gòu)。
[0061]為了實(shí)現(xiàn)厚度變薄，在最終產(chǎn)品厚度減小并且軋制率提高的情況下，Sn可以通過彌補(bǔ)被認(rèn)為是薄取向電工鋼板的問題的、具有晶粒生長抑制效果的晶粒的熱不穩(wěn)定性，從而確保生長成功的二次重結(jié)晶織構(gòu)。
[0062]因此，當(dāng)加入合適量的Sn時，可以提高初次重結(jié)晶織構(gòu)的戈斯織構(gòu)的分?jǐn)?shù)，并且可以提高晶粒生長抑制力。因此，可以同時獲得更優(yōu)異的織構(gòu)、穩(wěn)定的晶粒生長抑制力和降低的由厚度變薄引起的鐵損。其結(jié)果，可以確保具有非常高整合度的戈斯晶粒的二次重結(jié)晶織構(gòu)。
[0063]本發(fā)明人的研究結(jié)果證實(shí)，當(dāng)Sn含量低于0.08重量％時，具有改進(jìn)磁性能的效果，但是增強(qiáng)戈斯晶粒整合的效果不顯著，并且通過基體中顆粒補(bǔ)償晶粒生長抑制力的效果不顯著，使得改進(jìn)磁性能的效果不顯著。
[0064]如果Sn含量大于0.10重量％，晶粒生長抑制力將過度增加，由此初次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)的粒度應(yīng)該降低以提高晶粒生長驅(qū)動力。因此，應(yīng)該在低溫下進(jìn)行脫碳退火，為此，難以控制成合適的氧化層，從而不能確保良好的表面。此外，就機(jī)械特性而言，由于晶界偏析元素的過量偏析使鋼板脆性增加而在制備過程中導(dǎo)致鋼板斷裂。因此，Sn含量優(yōu)選為0.08-0.10 重量％。
[0065]P:0.005-0.05 重量％
[0066]P是表現(xiàn)出類似于Sn效果的元素，其在晶界處偏析以干擾晶界的遷移，同時，可以起到抑制晶粒生長的作用。就微結(jié)構(gòu)而言，其具有改進(jìn){110}〈001>織構(gòu)的效果。如果P含量低于0.005重量％，其不是有效的，并且如果P含量高于0.05重量％，鋼的脆性增加而使軋制特性嚴(yán)重降低。因此，P含量優(yōu)選限制在0.005-0.05重量％。
[0067]使用具有上述組成的鋼坯制造的取向電工鋼板具有非常優(yōu)異的磁性能，因?yàn)榇_保了具有戈斯織構(gòu)的成核位置增加，使得作為戈斯織構(gòu)和軋制方向之間的取向關(guān)系之一的β取向(β角為以TD方向?yàn)檩S的〈001〉取向和RD取向之間的角度)為3。以下。
[0068]在下文中，將描述本發(fā)明的具有低鐵損和高磁通量的取向電工鋼板的制備方法。
[0069]首先在熱軋前，再加熱鋼坯。鋼坯再加熱優(yōu)選在固溶的N和S形成不完全的固溶體的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。當(dāng)`在N和S形成完全的固溶體的溫度下加熱鋼坯時，在熱軋板退火后將形成大量的精細(xì)的氮化物或硫化物，并且冷軋步驟不能通過一次強(qiáng)冷軋而實(shí)現(xiàn)，需要追加另外的工序。為此，制備成本提高，并且初始結(jié)晶粒度變得相當(dāng)小，使得不能出現(xiàn)合適的二次重結(jié)晶。
[0070]本發(fā)明人進(jìn)行了各種試驗(yàn)和研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)更重要的是控制通過鋼坯再加熱而固溶的N的固溶含量，而不是控制鋼中N的總含量，并且控制鋼坯加熱條件，使得通過鋼坯再加熱而在鋼中固溶的N的含量為20-50ppm，這對改進(jìn)磁特性特別有效。
[0071]通過鋼坯再加熱而固溶的N的含量決定在脫碳和硝化退火過程中形成的追加的AIN的尺寸和含量。在AIN的大小相同的情況下，如果形成的AIN的含量過大，晶粒生長抑制力將提高，使得不能獲得具有戈斯織構(gòu)的合適的二次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)。相反，如果AIN含量過小，初次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)的晶粒生長驅(qū)動力將提高，而與上述現(xiàn)象類似不能獲得合適的二次重結(jié)晶微結(jié)構(gòu)。因此，優(yōu)選控制鋼坯再加熱條件，使得通過鋼坯再加熱而固溶的N的含量為 20_50ppm。
[0072]通過鋼坯再加熱而固溶的N的含量應(yīng)當(dāng)考慮鋼中Al含量，因?yàn)橛米骶ЯＩL抑制劑的氮化物為Iwayama提出了 3%含硅鋼板中Al和N的固體溶解度和固溶溫度之間的關(guān)系等式，如下所示:
[0073]
【權(quán)利要求】
1.一種制造具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板的方法，所述方法包括:加熱鋼坯，所述鋼坯按重量％包括 Si:2.0-4.5%、A1:0.005-0.040%,Mn:0.20% 以下、N:0.010%以下、S:0.010% 以下、P:0.005-0.05%, C:0.04-0.07%, Sn:0.08-0.10%，以及余量的 Fe和其他不可避免的雜質(zhì)；進(jìn)行熱軋；之后使熱軋板退火；之后進(jìn)行冷軋；之后進(jìn)行脫碳和硝化退火；然后二次重結(jié)晶退火，其中Sn用作主要的晶粒生長抑制劑。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述脫碳和硝化退火中，脫碳退火在800-950°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述脫碳和硝化退火包括一個在脫碳退火前進(jìn)行加熱時保持在溫度為600°C以上且700°C以下的過程。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述脫碳和硝化退火在600-700°C的溫度范圍內(nèi)加熱速率控制為1°C /秒X [Sn(重量％ )]以上且12°C /秒X [Sn(重量％ )]以下。
5.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中初次重結(jié)晶粒度控制為18-25μ m。
6.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中在熱軋前鋼坯的加熱溫度為1050-1250°C。
7.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中控制熱軋前鋼坯的加熱，使得鋼中N的固溶含量為 20_50ppm。
8.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中作為二次重結(jié)晶鋼板中晶體取向絕對值的面積加權(quán)平均值， β角控制為小于3°，其中β角為以二次重結(jié)晶晶粒的軋制垂直方向?yàn)檩S的[100]方向與軋制方向之間偏差的角度。
9.權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的方法，其中將二次重結(jié)晶鋼板的平均粒度控制為l-2cm。
10.一種具有低鐵損和高磁通密度的取向電工鋼板，其中鋼板按重量％包括Si:2.0-4.5 Al:0.005-0.040 %、Mn:0.20 % 以下、N:0.010 % 以下、S:0.010 % 以下、P:0.005-0.05%, Sn:0.08-0.10%，以及余量的Fe和其他不可避免的雜質(zhì)。
11.權(quán)利要求10的取向電工鋼板，其中使用鋼坯來制造所述鋼板，所述鋼坯按重量％包括 S1:2.0-4.5%, Al:0.005-0.040%、Mn:0.20% 以下、N:0.010% 以下、S:0.010% 以下、P:0.005-0.05%、C:0.04-0.07%, Sn:0.08-0.10%，以及余量的 Fe 和其他不可避免的雜質(zhì)。
12.權(quán)利要求10或11的取向電工鋼板，其中作為二次重結(jié)晶鋼板中晶體取向絕對值的面積加權(quán)平均值，β角為小于3°，其中β角為以二次重結(jié)晶晶粒的軋制垂直方向?yàn)檩S的[100]方向與軋制方向之間偏差的角度。
13.權(quán)利要求10或11的取向電工鋼板，其中二次重結(jié)晶鋼板的平均粒度為l_2cm。
【文檔編號】C21D9/46GK103534366SQ201180070836
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月19日
【發(fā)明者】宋大賢, 金東珍, 梁日南, 林才洙 申請人:Posco公司