专利名称：低铁损、高磁通密度、取向电工钢板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用于发电机或变压器的铁芯等的取向电工钢板的制造方法，特别是涉及具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板及其制造方法，取向电工钢板由高碳含量的硅钢坯制造，从而可确保抑制剂的固溶稳定性，而且由于进行热轧钢板退火的同时进行脱碳， 可增加戈斯织构的成核，从而具有优异的磁性能。
背景技术：
取向钢板是一种软磁材料，其由于具有钢织构沿轧制方向的{110}<001>方向取向的戈斯织构(Goss texture)而在单向或轧制方向上具有优异的磁性能。为具有这种戈斯织构，应当非常精确并且严格地控制各种过程，包括钢制造时的钢组分控制、热轧时的钢坯再加热和热轧过程因素控制、热轧钢板退火、初次重结晶退火、二次重结晶退火等。另外，抑制剂anhibitor)为体现戈斯织构的一个因素，即，抑制初次重结晶晶粒无规生长并在二次重结晶时仅使戈斯织构生长的控制晶粒生长的抑制剂也极其重要。为获得在二次重结晶退火后具有优异戈斯织构的最终钢板，在二次重结晶发生之前应当抑制所有初次重结晶晶粒的生长。为获得足够的晶粒生长抑制力，应当使用足够大量的抑制剂，并且其分布也应当是均勻的。另外，抑制剂应当具有优异热稳定性并且也不能轻易分解，以便在高温二次重结晶退火(最终退火)期间发生二次重结晶。当抑制剂在最终退火时在合适的温度范围内分解或丧失抑制力时，会引起二次重结晶。在这种情况下，特定晶粒如戈斯晶粒会在较短时间内急剧生长。通常，取向电工钢板的质量可以通过代表磁性能的磁通量密度和铁损而评估。戈斯织构精确度越高磁性能越优异。此外，高质量的取向电工钢板由于其各种性能可用于制造高效的电力设备，以获得高效的小电力设备。降低取向电工钢的铁损的研究从提高磁通密度的研究开发入手。最初的取向电工钢板通过使用M. F. Littman提出的含有MnS的晶粒生长抑制剂以二次冷轧操作法制造。据此，稳定地形成了二次重结晶晶粒，但是磁通量密度不是很高并且铁损较高。后来，Taguchi和Itakura提出了一种钢冷轧技术，该技术结合使用AlN和MnS沉淀，使一次冷轧率达到80%以上。该技术通过强有力的晶粒生长抑制剂和钢冷轧，可提高沿轧制方向的{110}<001>方位的取向度，得到高磁通密度。由此，磁滞损耗大大改善，从而获得低铁损性能。同时，研究了增加电工钢板中的硅含量以增大钢板的电阻率并抑制流入钢板的涡流从而减小铁损的方法、在二次重结晶之后进行纯化退火以去除不必要杂质从而提高钢板纯净度的方法、以及控制二次重结晶晶粒以获得合适大小从而降低铁损的方法。想要通过加入高电阻率的硅来增加硅含量从而提高铁损，但是随着加入的硅的总含量的增加，钢板的脆性可能大大增加而大大降低加工性，并且脱碳退火时，可能形成致密的SiO2层，难以形成基底涂层。另外，想要在1200°C下使用100%氢气进行纯化退火IOh以上以减少杂质总量从而去除杂质，但是纯化退火可能大大增加生产成本。另外，控制二次重结晶晶粒的大小是非常复杂的过程，因为重结晶应通过控制晶粒生长抑制剂以及冷轧和初次重结晶来进行调节，并且至今仍未开发出突破性的生产技术。另一方面，进行了通过精炼二次重结晶磁畴的方法来改善铁损的研究，相关技术已大量开发。精炼磁畴包括在钢板表面进行激光辐射来短暂施加应力从而精炼{110}<001> 取向的磁畴的方法，和在钢板表面施加一定的变形并进行退火来产生磁畴结构变化从而精炼磁畴的方法。这种磁畴精炼方法在最终二次重结晶退火之后需要对产品额外地进行磁畴精炼处理，因此具有增加制造成本的负担。减小钢板厚度的一般技术通过冷轧变形来减小作为代表之一的涡流损耗。然而在这种情况下，晶粒生长的驱动力可能增大，而原来的生长抑制剂不能抑制晶粒取向生长的驱动力，从而弓丨起二次重结晶不稳定的问题。为了平衡晶粒生长和晶粒生长抑制力，同时降低厚度，应当在最终冷轧时进行适当冷轧率的轧制，但是该适当冷轧率取决于晶粒生长抑制剂的抑制力。当使用Taguchi 提出的AlN和MnS沉淀组合物作为晶粒生长抑制剂时，合适的冷轧率约为87%，当使用 Littman提出的MnS沉淀作为晶粒生长抑制剂时，约50-70%的冷轧率是合适的。与形成不均勻的二次重结晶不同的另一个理由是，就静磁能而言由于钢板厚度减小使磁畴范围变大，不易在交替磁场的随机应用中移动磁畴。在厚度为0. 1-0. 25mm的薄层取向电工钢板的生产中，为解决有关热轧钢板的厚度限制的问题并且为了达到合适的最终轧制率，已经提出了一种对热轧钢板进行10-50% 的预冷轧然后进行热轧钢板退火和钢板冷轧的制造取向电工钢板的方法。但是在这种情况下，由于两次冷轧操作和两次重结晶退火操作，生产成本增加。因此，已经提出了添加B和Ti的技术以降低生产成本并通过一次钢板冷轧操作弥补晶粒生长抑制力的弱化。然而，当加入B时，难以控制钢制造过程来少量地进行加入，并且加入后，在钢中可能容易形成粗大的BN。另外，Ti可能形成TiN和TiC，由于TiN和TiC的固溶温度高于 1300°C，这些材料即使在二次重结晶之后也会残留，成为增大铁损的原因。另外，作为提高晶粒生长抑制力的另一个提案，提出了一种制造0.23mm以下的薄取向电工钢板的方法，即加入Sn和Sb，并在1200°C以下加热钢坯，热轧，冷轧80%以上， 脱碳退火，然后使用氨气进行氮化处理。然而，该方法对于制造这种薄取向电工钢板具有的非常严格标准，因而在实际生产中，在1200°C下加热钢坯会导致热轧负担，并且要另行进行脱碳和氮化退火，从而增加了生产成本，并且难以确保优异的磁性能。另外，除了调节合金组分和进行多步冷轧来制造厚度为0. 23mm以下的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的技术之外，还提出了能够形成精细AIN/MnS沉淀分布的热轧钢板退火方法，从而抑制由于钢冷轧而增强的晶粒生长驱动力。根据该技术，热轧钢板退火温度应当根据酸溶性Al含量进行控制，但是可控温度范围非常窄，难以制造这种钢板。另外，有关制造厚度0.23mm以下的取向电工钢板的方法的专利包括了静电涂布 MgO以作为退火隔离剂的方法、进行三步冷轧操作和三步真空退火操作的方法、以及根据工作辊(Work roll)的厚度来改变其直径从而生产的超薄钢板的方法。然而，这些方法非常困难，因为与现有生产技术相比，需要额外的设备投资和专门的工作技能，不利地降低了单位质量的利益率。在制造取向电工钢板时，钢坯加热温度与用作晶粒生长抑制剂的AlN和MnS沉淀的固溶温度密切相关。例如，高温钢坯加热方法是一种将钢坯加入至1300°C以上的温度以使AlN和MnS 沉淀完全固溶的方法，这样设计是为了使完全固溶的AlN和MnS沉淀在热轧和之后的热轧钢板退火时精细沉淀以呈现强有力的晶粒生长抑制效应。这是将含有3重量％纯硅的钢板假设为铁素体相。在该情况下，AlN的固溶度可以以Iwayama提出的下面等式表示
权利要求
1.一种制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其中对高碳含量的硅钢坯进行加热和热轧，然后进行热轧钢板退火和冷轧，进行脱碳和氮化退火，然后进行二次重结晶退火，其特征在于，脱碳与热轧钢板退火同时进行。
2.权利要求1的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于， 其中所述硅钢坯含有C 0. 10-0. 30重量％。
3.权利要求1的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于， 所述硅钢坯含有，按重量分数计:C :0. 10-0. 30%, 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%，余量由铁和其它不可避免的杂质组成。
4.权利要求3的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于， 其中所述硅钢坯还包含0. 01-0. 3%的单独或复合的Sn和Sb。
5.权利要求1至4之一的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述钢坯的加热温度为1050-1250°C。
6.权利要求1至4之一的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述热轧过程包括将已热轧的钢坯以15°C /s以上的速率冷却并在580°C以下的温度下卷曲的过程。
7.权利要求1至4之一的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述热轧钢板的退火温度为900-1200°C。
8.权利要求1至4之一的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述热轧钢板退火以将热轧钢板加热至900-1200°C、然后在湿气氛中保持 900-1100°C 来实施。
9.权利要求8的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于， 其中所述热轧钢板退火包括将已热轧退火的钢板以15-500°C /s的速率冷却。
10.权利要求1至4之一的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述冷轧是不进行中间退火的单独一步钢板冷轧。
11.权利要求10的制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其特征在于，其中所述冷轧是将已热轧退火的钢板轧制为0. 20mm以下的厚度。
12.—种具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，通过对高碳含量的硅钢坯进行加热和热轧钢板退火，然后进行热轧和冷轧而制造，其特征在于，在二次重结晶退火之后的平均晶粒大小为10-30mm。
13.权利要求12的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于，其中所述硅钢坯含有C 0. 10-0. 30重量％。
14.权利要求12的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于，其中所述硅钢坯含有，按重量分数计=C 0. 10-0. 30%, Si 2. 0-4. 5%、酸溶性 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%，余量由铁和其它不可避免的杂质构成。
15.权利要求14的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于，其中所述硅钢坯还包含0. 01-0. 3%单独或复合的Sn和Sb。
16.权利要求12至15之一的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于，其中所述钢板的β角为3°以下。
17.权利要求12至15之一的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于， 所述钢板通过在热轧钢板退火的同时进行脱碳而制造。
18.权利要求12至15之一的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于， 所述钢板的厚度为0. 20mm以下。
19.权利要求12至15之一的具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板，其特征在于， 所述钢板的铁损(W17/50)为0. 90ff/Kg以下，并且所述钢板的磁通密度(BlO)为1. 92T以上。
全文摘要
本发明涉及取向电工钢板，并提供一种制造具有低铁损和高磁通密度的取向电工钢板的方法，其中对高含碳量的硅钢坯进行加热和热轧，然后进行热轧钢板退火和冷轧，然后进行脱碳及氮化退火，然后进行二次重结晶退火，其特征在于，脱碳与热轧退火同时进行。
文档编号C21D8/12GK102575314SQ201080044431
公开日2012年7月11日 申请日期2010年9月17日 优先权日2009年10月1日
发明者宋大贤, 林才洙, 韩赞熙 申请人:Posco公司