电工钢板及其制造方法与流程

本发明涉及一种电工钢板及其制造方法。更具体地，本发明涉及一种电工钢板及其制造方法，通过使制造热轧板后热轧板表面上存在的氧化皮的一部分残留来改善绝缘特性以及与绝缘涂层的附着性。

背景技术：

电工钢板是用作变压器、电动机和电气设备材料的产品，不同于重视机械特性等加工性的普通碳钢，电工钢板是一种重视电特性的功能性产品。所要求的电特性有低铁损、高磁通密度、高磁导率和高占空比。

电工钢板又分为取向电工钢板和无取向电工钢板。取向电工钢板利用被称为二次再结晶的异常晶粒生长现象在整体钢板中形成高斯织构({110}<001>织构)，从而在轧制方向上具有优异的磁特性。无方向性电工钢板是在轧制板的所有方向上具有均匀的磁特性的电工钢板。

作为无取向电工钢板的生产工艺，在制造板坯(slab)后，经过热轧、冷轧和最终退火形成绝缘涂层。

作为取向电工钢板的生产工艺，在制造板坯(slab)后，经过热轧、冷轧、一次再结晶退火、二次再结晶退火形成绝缘涂层。

在电工钢板的生产工艺中，通常热轧后去除表面上产生的氧化皮(scale)，以改善后续工艺的效率。

然而，酸洗后的钢板表面存在大量的fe，这样的钢板表面与oh、o官能团的结合力不大。在这样的表面上形成包含由o、oh成分组成的氧化物的绝缘涂层时，将会发生绝缘涂层不能均匀地形成的问题以及钢板与绝缘涂层之间的附着力差的问题。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种电工钢板及其制造方法。更具体地，本发明提供一种电工钢板及其制造方法，通过使制造热轧板后热轧板表面上存在的氧化皮的一部分残留来改善绝缘特性以及与绝缘涂层的附着性。

(二)技术方案

根据本发明的一个实施例的电工钢板制造方法，其包含：对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；去除形成在热轧板上的氧化皮中的一部分，并使10nm厚度以上的氧化皮层残留的步骤；控制残留有氧化皮层的热轧板的粗糙度的步骤；通过冷轧制造冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行退火的步骤。

以重量％计，板坯可包含c：0.1％以下、si：6.0％以下、p：0.5％以下、s：0.005％以下、mn：1.0％以下、al：2.0％以下、n：0.005％以下、ti：0.005％以下、cr：0.5％以下，余量包含fe和不可避免的杂质。

氧化皮可包含si：5至80重量％、o：5至80重量％、余量的fe和不可避免的杂质。

在使氧化皮残留的步骤中，可以利用喷净法进行处理，钢板每单位面积的颗粒的喷入量为20g/m³至1000g/m³，颗粒的速度为0.1km/s至200km/s。

在控制热轧板的粗糙度的步骤中，可以将粗糙度控制为0.1至2.0nm。

控制热轧板的粗糙度的步骤可包含使热轧板通过用橡胶涂覆的刮刀之间的步骤。

橡胶的弹性度可为7至45mpa。

在控制热轧板的粗糙度的步骤之后，还可包含酸洗的步骤。

酸洗的步骤可以是在15重量％以下的酸溶液中浸渍20至70秒。

在制造冷轧板的步骤之后，氧化皮层的厚度可为1至100nm。

在制造冷轧板的步骤之后，氧化皮层的粗糙度可为0.01至0.5nm。

根据本发明的一个实施例的电工钢板，其包含电工钢板基底和从电工钢板基底的表面在内部方向上存在的氧化皮层，氧化皮层的厚度可为1至100nm。

氧化皮层可包含si：5至80重量％、o：5至80重量％、余量的fe和不可避免的杂质。

氧化皮层的粗糙度可为0.01至0.5nm。

所述电工钢板还可包含位于氧化皮层上的绝缘涂层。

(三)有益效果

根据本发明的一个实施方案，通过形成绝缘涂层和氧化皮层之间的坚固的结合，可以改善与绝缘涂层的附着性。

另外，根据本发明的一个实施方案，氧化皮层本身具有绝缘特性，从而可以改善绝缘特性。

另外，根据本发明的一个实施方案，热轧卷板处在大气状态时，可以防止热轧板被空气中的氧气氧化。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的电工钢板的截面示意图。

图2是实施例中酸洗后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)图片。

图3是实施例中酸洗后钢板表面的扫描电子显微镜(sem)图片。

图4是比较例中热轧后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)图片。

图5是比较例中热轧后钢板表面的扫描电子显微镜(sem)图片。

图6是实施例中冷轧后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)图片。

图7是实施例中冷轧后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)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。

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。

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。

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电工钢板制造方法，其包含：对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；去除形成在热轧板上的氧化皮中的一部分，并使10nm厚度以上的氧化皮层残留的步骤；控制残留有氧化皮层的热轧板的粗糙度的步骤；通过冷轧制造冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行退火的步骤。

下面按照各步骤具体描述。

首先，对板坯进行热轧，以制造热轧板。

对板坯的合金成分没有特别限制，电工钢板中使用的合金成分均可使用。作为一个实例，以重量％计，板坯可包含c：0.1％以下、si：6.0％以下、p：0.5％以下、s：0.005％以下、mn：1.0％以下、al：2.0％以下、n：0.005％以下、ti：0.005％以下、cr：0.5％以下，余量包含fe和不可避免的杂质。

首先，对板坯进行加热。板坯的加热温度没有限制，但是在1300℃以下的温度下对板坯进行加热时，可以防止板坯的柱状晶组织粗大生长，从而可以防止热轧工艺中产生板裂。因此，板坯的加热温度可为1050℃至1300℃。

接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧板。热轧温度没有限制，作为一个实施例，可在950℃以下的温度下结束热轧。

接下来，去除形成在热轧板上的氧化皮中的一部分，并使10nm厚度以上的氧化皮残留。

由于热轧是在高温度下进行，热轧板表面上必然会产生氧化皮。该氧化皮对磁性产生不良影响，由于轧制时发生破裂，通常会全部去除。

在本发明的一个实施例中，通过有意使氧化皮层残留10nm厚度以上，可以改善与绝缘涂层的附着性，并获得额外的绝缘特性。与钢板基底相比，氧化皮是fe含量较少，而si含量较高，因此与oh、o成分的结合力很大。因此，当形成绝缘涂层时，均匀地形成绝缘涂层，并改善附着力。

另外，与钢板基底相比，氧化皮由于o含量较高，其本身具有绝缘特性。

具体地，氧化皮可包含si：5至80重量％、o：5至80重量％、余量的fe和不可避免的杂质。更具体地，氧化皮可包含si：10至60重量％、o：10至60重量％、余量的fe和不可避免的杂质。更具体地，氧化皮可包含si：15至40重量％、o：15至40重量％、余量的fe和不可避免的杂质。

对使氧化皮残留的方法没有特别限制。作为一个实例，可以利用喷净法进行处理。喷净法是使微颗粒与钢板快速碰撞以去除氧化皮的方法。此时，钢板每单位面积的颗粒的喷入量可为20g/m³至1000g/m³，颗粒的速度可为0.1km/s至200km/s。更具体地，钢板每单位面积的颗粒的喷入量可为100g/m³至750g/m³，颗粒的速度可为1km/s至100km/s。

所述方法与去除全部氧化皮的现有喷净法相比，微颗粒的喷入量和速度小。如此，通过前述的喷净法，可使氧化皮以适当的厚度残留。如果喷入量和速度大于或小于前述的范围，则不会残留适当的厚度的氧化皮。

在本发明的一个实施例中，残留的氧化皮的厚度为10nm以上。氧化皮的厚度在整个钢板上可能会不均匀，除非另有说明，否则氧化皮的厚度是指相对于钢板整个面的平均厚度。如果残留的氧化皮厚度过厚，则可能对磁性产生不良影响。因此，残留的氧化皮的厚度可为10nm至300nm。更具体地，残留的氧化皮的厚度可为30至150nm。

接下来，控制残留有氧化皮的热轧板的粗糙度。此时，热轧板的粗糙度是指热轧板最表面的粗糙度，即氧化皮的粗糙度。当残留有氧化皮时，粗糙度会变得非常大。这对磁性产生不良影响。因此，在不去除氧化皮的情况下，只需要对粗糙度进行控制。

在本发明的一个实施例中，通过控制粗糙度，可以将热轧板的粗糙度控制为0.1至2.0nm。如果粗糙度太高，则可能对磁性产生不良影响。另一方面，如果尝试将粗糙度控制成很低，则可能会发生氧化皮都被去除的问题。因此，粗糙度可以控制在前述的范围。更具体地，粗糙度可以控制在1.0至1.5nm。

作为粗糙度的控制方法，可包含使热轧板通过用橡胶涂覆的刮刀之间的步骤。

此时，橡胶的弹性度可为7至45mpa。当弹性度不适合时，可能难以控制粗糙度。

在控制热轧板的粗糙度的步骤之后，还可包含酸洗的步骤。通过酸洗，可以进一步控制热轧板的粗糙度。当酸洗时，如果酸溶液的浓度高或者浸渍时间长，则可能会发生氧化皮都被去除的问题。因此，可以在15重量％以下的酸溶液中浸渍20至70秒。

接下来，对热轧板进行冷轧，以制造冷轧板。根据热轧板厚度，可以采用不同的压下率，但是通过采用70至95％的压下率，可以冷轧成最终厚度为0.2至0.65mm。对于冷轧，可以实施一次冷轧，也可以根据需要实施包含中间退火的两次以上的冷轧。

在冷轧过程中，氧化皮层也会一起被轧制，因而厚度会变小。在冷轧之后，氧化皮层的厚度可为1至100nm。更具体地，可为5至20nm。

接下来，对冷轧板进行退火。此时，根据无取向电工钢板或取向电工钢板的用途，对冷轧板进行退火的工艺不相同。

具体地，当制造无取向电工钢板时，可以在850至1050℃的温度下退火30秒至3分钟。如果均热温度过高，就会发生晶粒快速生长，磁通密度和高频铁损可能会下降。更具体地，可以在900至1000℃的均热温度下进行最终退火。在最终退火过程中，上一个步骤冷轧步骤中形成的所有加工组织(即，99％以上)可能会再结晶。

当制造取向电工钢板时，对冷轧后的冷轧板进行一次再结晶退火。在一次再结晶退火步骤中，将会发生产生高斯晶粒的晶核的一次再结晶。在一次再结晶退火过程中，可以进行钢板的脱碳和氮化。为了脱碳和氮化，可以在水蒸气、氢气和氨气的混合气体环境下进行一次再结晶退火。

为了氮化，通过使用氨气，将氮离子引入钢板中，以形成主要析出物(al、si、mn)n和aln等氮化物时，可以在完成脱碳后进行氮化处理，或者可以脱碳的同时进行氮化处，或者可以先进行氮化处理后，再进行脱碳，其中任何方法都不会对发挥本发明的效果造成问题。

一次再结晶退火可以在800至900℃的温度范围下实施。

接下来，对完成一次再结晶退火的冷轧板进行二次再结晶退火。此时，可以将退火隔离剂涂覆在完成一次再结晶退火的冷轧板上，然后实施二次再结晶退火。此时，对退火隔离剂没有特别限制，可以使用作为主成分含有mgo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>织构以及通过脱碳时形成的氧化层与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，在100％的氢气环境下长时间保持，以去除杂质。

然后，还可包含形成绝缘涂层的步骤。除了厚度形成得较薄之外，可以使用一般的方法形成绝缘层。绝缘涂层形成方法是电工钢板技术领域中众所周知的，因此不再赘述。

图1中示意性地示出根据本发明的一个实施例的电工钢板100的截面。参照图1描述根据本发明的一个实施例的电工钢板的结构。图1的电工钢板只是用于例示本发明，本发明不限于此。因此，可以对电工钢板的结构进行各种变形。

如图1所示，根据本发明的一个实施例的电工钢板100包含从电工钢板基底10的表面在内部方向上存在的氧化皮层20。如此，通过包含氧化皮层20，可以形成绝缘涂层30与氧化皮层20之间的坚固的结合，从而改善与绝缘涂层30的附着性。另外，氧化皮层20本身具有绝缘特性，从而可以改善绝缘特性。

下面按照各构成详细描述。

首先，对于电工钢板基底10，电工钢板中使用的合金成分均可使用。作为一个实例，以重量％计，电工钢板基底10可包含c：0.1％以下、si：6.0％以下、p：0.5％以下、s：0.005％以下、mn：1.0％以下、al：2.0％以下、n：0.005％以下、ti：0.005％以下、cr：0.5％以下，余量包含fe和不可避免的杂质。

氧化皮层20从电工钢板基底10的表面在内部方向上存在。氧化皮层20的厚度可为1至100nm。更具体地，可为5至20nm。如果氧化皮层20过薄，则难以获得前述的氧化皮层20存在而产生的改善与绝缘涂层30的附着性以及改善绝缘特性的效果。另外，如果氧化皮层20过厚，反而对磁性产生不良影响。因此，氧化皮层20的厚度可为1至100nm。更具体地，可为5至20nm。

氧化皮层20可包含si：5至80重量％、o：5至80重量％、余量的fe和不可避免的杂质。更具体地，氧化皮可包含si：10至60重量％、o：10至60重量％、余量的fe和不可避免的杂质。更具体地，氧化皮可包含si：15至40重量％、o：15至40重量％、余量的fe和不可避免的杂质。

与电工钢板基底10相比，氧化皮层20是fe含量较少，而si含量较高，因此与oh、o成分的结合力很大。因此，当形成绝缘涂层30时，均匀地形成绝缘涂层30，并改善附着力。另外，与电工钢板基底10相比，氧化皮层20由于o含量较高，其本身具有绝缘特性。

在图1中，氧化皮层20表面(即，氧化皮层20与绝缘涂层30之间的界面)显得平坦，但是如图6所示实际上形成得非常粗糙。对于这种氧化皮层20，其粗糙度可为0.01至0.5nm。如果粗糙度太高，则可能对磁性产生不良影响。另一方面，如果尝试将粗糙度控制成很低，则可能会发生氧化皮层20都被去除的问题。因此，可以将氧化皮层20的粗糙度控制在前述的范围。

如图1所示，氧化皮层20上还可以形成绝缘涂层30。在本发明的一个实施例中，由于适当地形成氧化皮层20，可以改善绝缘涂层30的附着性，即使绝缘涂层30的厚度形成得较薄，也可以确保充分的绝缘性。具体地，绝缘涂层30的厚度可为0.7至1.0μm。绝缘涂层30是电工钢板技术领域中众所周知的，因此不再赘述。

在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，下述实施例只是本发明的示例而已，本发明不限于本文所述的实施例。

实施例

准备板坯，板坯包含3.4重量％的硅(si)，余量由fe和其他不可避免的杂质组成。

在1130℃下对板坯进行加热，然后热轧成厚度为2.3mm，以制造热轧板。

利用喷丸机(shotblaster)使氧化皮层以约100nm厚度残留在热轧板上，微颗粒喷入量控制成约650g/m³，喷入速度控制成约50km/s。然后，使热轧板通过用弹性度约30mpa的橡胶涂覆的刮刀(blade)之间，从而将表面粗糙度控制成约1.5nm。随后，用温度约70℃的盐酸溶液(约15wt％)浸渍约50秒进行酸洗处理。然后，实施清洗。

图2中示出酸洗后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)图片。如图2所示，氧化皮层表示为白色部分，可以确认残留有氧化皮层。

图3中示出酸洗后钢板表面的扫描电子显微镜(sem)图片。如图3所示，羽毛状的氧化皮层覆盖在钢板表面上。

然后，通过冷轧轧制成板厚为0.25mm后，再实施最终退火。图6和图7中示出钢板截面。

如图6和图7所示，冷轧和最终退火后仍残留有氧化皮层。

对于氧化皮层，其厚度为约50nm，粗糙度为约0.1nm。另外，通过tem-fib分析了氧化皮层的合金成分。合金成分为si:35.25重量％、o：34.02重量％、余量的fe和杂质。

另外，在2μm×2μm的面积上氧化皮的面积分数为30％以上。

比较例1

准备板坯，板坯包含3.4重量％的硅(si)，余量由fe和其他不可避免的杂质组成。

在1130℃下对板坯进行加热，然后热轧成厚度为2.3mm，以制造热轧板。

利用喷丸机(shotblaster)将热轧板的氧化皮层全部去除，微颗粒喷入量控制成约1300g/m³，喷入速度控制成50km/s。然后，用温度约80℃的盐酸溶液(约30wt％)浸渍约100秒进行酸洗处理。随后，实施清洗。

图4中示出酸洗后钢板截面的扫描电子显微镜(sem)图片。如图4所示，氧化皮层全部被去除。

图5中示出酸洗后钢板表面的扫描电子显微镜(sem)图片。如图5所示，不存在羽毛状的氧化皮层，只确认到钢板上的刮痕。

然后，通过冷轧轧制成板厚为0.25mm后，再实施最终退火。

另外，在2μm×2μm的面积上氧化皮的面积分数为10％。

比较例2

准备板坯，板坯包含3.4重量％的硅(si)，余量由fe和其他不可避免的杂质组成。

在1130℃下对板坯进行加热，然后热轧成厚度为2.3mm，以制造热轧板。

利用喷丸机(shotblaster)使氧化皮层以约500nm厚度残留在热轧板上，微颗粒喷入量控制成约80g/m³，喷入速度控制成约50km/s。然后，用温度约70℃的盐酸溶液(约15wt％)浸渍约50秒进行酸洗处理。随后，实施清洗。然后，通过冷轧轧制成板厚为0.25mm后实施最终退火。在冷轧之后，确认到约250nm的氧化皮层。

实验例1：确认生锈

实施例和比较例中实施热轧板的酸洗和清洗后，冷轧前卷取热轧板放置如下表1所示的时间。

在2个点上测定了光泽，并示于下表1中。使用astmd523光泽仪测定以与入射光相同的角度接收反射光时的光强度，用折射率为1.567的玻璃表面光泽度为100时的比例表示光泽。此时，角度设定为60°。

【表1】

如表1所示，清洗后存在氧化皮层的实施例与比较例相比，光泽度下降。然而，在1天和2天之后，实施例中通过氧化皮层防止生锈，而比较例中生锈，光泽度明显下降。

实验例2：测定绝缘性

实施例和比较例中进行最终退火之后，在3个点上测定了钢板的绝缘性，并示于下表2中。此外，在形成厚度为1μm的绝缘涂层后，测定绝缘性，并示于下表2中。对于绝缘特性，按照astma717国际规格利用富兰克林(franklin)测定仪进行测定。

另外，对于附着性，通过试样弯曲成180°时膜层剥离与否进行判断。用显微镜在x100下观察时，如果没有剥离，就表示为非常良好，如果x100下有3个以下的缺陷(defect)/5cmx5cm，就表示为良好。

铁损(w15/50)是指将频率为50hz的磁场用交流电磁化至1.5tesla时产生的功率损耗。

【表2】

如表2所示，存在氧化皮层的实施例与比较例1相比，绝缘特性优异，附着性得到改善。进一步地，铁损也得到改善。氧化皮层残留过多的比较例2，其铁损非常差。

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：电工钢板

10：电工钢板基底

20：氧化皮层

30：绝缘涂层