本发明涉及取向电工钢板及取向电工钢板的制备方法(grainorientedelectricalsteelsheetandmethodformanufacturingthesame)。具体地，通过精密地调整钢坯内的与si含量对应的mn及c的含量来得到优秀的磁性的取向电工钢板及取向电工钢板的制备方法。
背景技术：
取向电工钢板是通过形成为所谓高斯(goss)集合组织(texture)来增大了沿钢板的轧制方向的磁学特性的软磁材料，其中，在所谓高斯集合组织中，钢板面的晶体的取向为{110}面，且轧制方向的结晶取向与<001>轴平行。一般地，磁学特性是否优秀可通过磁通密度及铁损来表现，高的磁通密度可通过将晶体的取向准确地排列为{110}<001>取向来得到。磁通密度高的电工钢板不仅可减小电气设备的铁芯材料的大小，而且通过降低磁滞损耗可同时实现电气设备的小型化及高效化。铁损作为在向钢板施加任意的交流磁场时以热能消耗的电力损失，磁通密度及电阻率越高且板厚度及钢板中的杂质量越低，则铁损越小，铁损越小则使电气设备的效率越高。
当前，世界各国为了通过减排co2来应对地球温暖化，趋向于节能及发展高效的产品化，从而普及使用低电能的高效化电气设备的需要逐渐增加，因此开发具有更优秀的低铁损特性的取向电工钢板的时代要求逐渐增加。
磁学特性优秀的取向电工钢板要求沿钢板的轧制方向的{110}<001>取向的高斯组织(gosstexture)非常发达，为了形成这样的集合组织，需要由高斯取向的晶体引发所谓二次再结晶的非正常的晶体生长。与一般的晶体生长不同地，这样的非正常的结晶生长在这样的情况下发生，即：正常的晶体生长因析出物、夹杂物或者固溶或偏析于粒界的元素而正常生长的晶界的移动受到抑制时发生。将这样抑制晶体生长的析出物或夹杂物等特别地称作晶体生长抑制剂(inhibitor)，对通过{110}<001>取向的二次再结晶的取向电工钢板制备技术的研究沿如下方向发展，即：通过使用强力的晶体生长抑制剂来形成对{110}<001>取向的集成度高的二次再结晶从而确保优秀的磁学特性。
另一方面，正在发展为进行热轧而加热钢坯时利用相对低的加热温度的所谓低温加热取向电工钢板制备方法，并且提出了在这样的低温加热钢坯时作为主要的晶体生长抑制剂来使用al析出物的方法。具体地，提出了这样的制备方法，即：在通过这样的钢坯的低温加热方法形成抑制剂时，因al系列的氮化物的抑制晶体生长的效果强而可更有利地形成二次再结晶的制备方法。
关于用于形成al系列的氮化物的al含量，难以将其提高至一定水平，而且其含量受限。并且，需要精密地控制作为al氮化物的主要的形成元素的si及mn的含有量以及对形成这些si及mn的复合氮化物间接地相互施加影响的c的含有量。
技术实现要素：
要解决的技术问题
提供一种取向电工钢板及取向电工钢板的制备方法。具体地，提供通过精密地调整用于制备电工钢板的钢坯内的与si含量对应的mn及c的含量来得到具有优秀的磁性的取向电工钢板及制备这样的取向电工钢板的方法。
技术方案
本发明的一实施例的取向电工钢板的制备方法包括：将以重量％包含3.0至5.0％的si、0.01至0.15％的c及0.1至1.5％的mn且剩余重量％包含fe及其他不可避免的杂质且满足下述公式1及公式2的钢坯加热的步骤；将上述钢坯热轧来制备热轧板的步骤；将上述热轧板冷轧来制备冷轧板的步骤；将上述冷轧板一次再结晶退火的步骤；以及将一次再结晶退火结束的冷轧板二次再结晶退火的步骤，其中，
公式1：0.5≤[si]/(100×[c]×[mn])≤3；
公式2：(0.04×[si]-0.075)-(0.045×[mn])≤[c]≤(0.055×[si]-0.1)-(0.055×[mn])，
其中，公式1及公式2中，[si]、[c]及[mn]分别表示si、c及mn的含量(重量％)。
钢坯还可包括0.01至0.04重量％的al、以0.03至0.1重量％为分别单独的量的sb或sn或者以0.03至0.1重量％为合计的量的sb及sn、0.01重量％以下的n(但0重量％除外)及0.01％以下的s(但0重量％除外)。
在加热钢坯的步骤中，钢坯加热温度可在1000℃至1250℃。
在进行加热钢坯的步骤之后，钢坯内的奥氏体体积分数可在20至40％。
在进行二次再结晶退火的步骤之后，具有由{100}面与轧制面(nd面)所形成的角度为15°以下的结晶取向的集合组织的体积分数可在3％以下。
本发明的一实施例的取向电工钢板钢坯以重量％包含3.0至5.0％的si、0.01至0.15％的c及0.1至1.5％的mn且剩余重量％包含fe及其他不可避免的杂质且满足下述公式1及公式2，其中，
公式1：0.5≤[si]/(100×[c]×[mn])≤3；
公式2：(0.04×[si]-0.075)-(0.045×[mn])≤[c]≤(0.055×[si]-0.1)-(0.055×[mn])，
其中，公式1及公式2中，[si]、[c]及[mn]分别表示si、c及mn的含量(重量％)。
钢坯还可包括0.01至0.04重量％的al、以0.03至0.1重量％为分别单独的量的sb或sn或者以0.03至0.1重量％为合计的量的sb及sn、0.01重量％以下的n(但0重量％除外)及0.01％以下的s(但0重量％除外)。
钢坯内的奥氏体体积分数可在20至40％。
本发明的一实施例的取向电工钢板可以以重量％包括3.0至5.0％的si、0.005％以下的c(0％除外)、0.1至1.5％的mn，剩余重量％包含fe及其他不可避免的杂质，具有由{100}面与轧制面(nd面)所形成的角度为15°以下的结晶取向的集合组织的体积分数在3％以下。
本发明的一实施例的取向电工钢板还可包括0.01至0.04重量％的al、以0.03至0.1重量％为分别单独的量的sb或sn或者以0.03至0.1重量％％为合计的量的sb及sn、0.01重量％以下的n(但0重量％除外)及0.01％以下的s(但0重量％除外)。
发明效果
通过本发明的一实施例制备的取向电工钢板，通过调整与si含量对应的mn及c含量，钢板的电阻率高且大量形成有高斯集合组织而磁学特性卓越。
具体实施方式
第一、第二及第三等一些用语是为了说明多个部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并不限定于所述用语。这些用语仅为了将某一部分、成分、区域、层或段与其他部分、成分、区域、层或段进行区分而使用。因此，只要不脱离本发明的范围，下面叙述的第一部分、第一成分、第一区域、第一层或第一段可以表示第二部分、第二成分、第二区域、第二层或第二段。
这里使用的专业用语仅用于说明特定实施例，并不限定本发明。这里使用的单数只要在句子中未定义明显相反的意思，则还包括复数。说明书中使用的“包括”的意识使特定特性、区域、定数、步骤、动作、要素及/或成分具体化，并不用于除外其他特性、区域、定数、步骤、动作、要素及/或成分的存在或附加。
在说明某一部分位于另一部分的“上面”或“上方”的情况下，可以直接位于另一部分的“上面”或“上方”，或者在两者之间还可存在其他部分。相反地，在说明某一部分直接位于另一部分的“上面”或“上方”的情况下，在两者之间不存在其他部分。
虽然没有特别定义，但这里使用的包括技术用语及科学用语的所有用语具有，与本发明所属的领域的技术人员通常理解的意思相同的意思。一般，对于事先定义的用语，可追加理解为其具有与关联技术文献和当前公开的内容复合的意识，只要没有定义就不能解释为奇怪或特别原则性的意识。
另外，在未特别说明的情况下，％表示重量％，1ppm表示0.0001重量％。另外，高斯(goss)晶体是指，结晶取向具有从{110}<001>偏转15°以内的范围的取向的晶体。
在本发明的一实施例中，还包含追加元素的情况是指，以追加元素的追加量的程度替代作为剩余重量％的铁(fe)的情况。
下面，详细说明本发明的实施例，以使本发明所属领域的技术人员容易实施本发明。但是，本发明能够以多个彼此不同的方式实施，并不限定于这里说明的实施例。
本发明的一实施例的取向电工钢板的制备方法包括：将以重量％包含3.0至5.0％的si、0.01至0.15％的c及0.1至1.5％的mn且剩余重量％包含fe及其他不可避免的杂质且满足下述公式1及公式2的钢坯加热的步骤；将钢坯热轧来制备热轧板的步骤；将热轧板冷轧来制备冷轧板的步骤；将冷轧板一次再结晶退火的步骤；以及将一次再结晶退火结束的冷轧板二次再结晶退火的步骤。
公式1：0.5≤[si]/(100×[c]×[mn])≤3；
公式2：(0.04×[si]-0.075)-(0.045×[mn])≤[c]≤(0.055×[si]-0.1)-(0.055×[mn])，
其中，公式1及公式2中，[si]、[c]及[mn]分别表示si、c及mn的含量(重量％)。
下面，按照各步骤进行详细说明。
首先，加热钢坯。
钢坯包含3.0至5.0％的si、0.01至0.15％的c、及0.1至1.5％的mn，剩余重量％包含fe及其他不可避免的杂质。
下面，说明钢坯的各成分。
si：3.0至5.0重量％
硅(si)作为电工钢板的基本组份，通过增加材料的电阻率来起到改善铁损的作用。若si含量过少，则使电阻率降低，并且使涡流损耗增加，从而使铁损特性低劣。另一方面，若过多添加si，则使机械特性中的延展性及韧性减少，从而在轧制过程中不仅频繁发生卷裂，而且在为商业生产而进行连续退火时的板之间的焊接性降低，由此可使生产性恶化。结论上若将si含量不控制在前述的范围，则不仅破坏磁学特性，还可使生产性恶化。因此，可将si包含前述的范围。更具体地，可将si包含3.5至5.0重量％。
c：0.01至0.15重量％
碳(c)作为奥氏体稳定化元素，通过添加到钢坯中，可使在连续铸造过程中生成的粗大的柱状组织微细化，并且可抑制s的钢坯中心偏析。另外，在进行冷轧时促进钢板的加工硬化，由此可在钢板内促进{110}<001>取向的二次再结晶核的生成。但是，若过多添加，在热轧使可产生边缘裂纹(edge-crack)。因此，可将c包含前述的范围。
但是，在电工钢板的制备过程中的一次再结晶退火中会进行脱碳退火，在进行脱碳退火之后的最终取向电工钢板内的c含量可在0.005重量％以下。更具体地，可在0.003重量％以下。
mn：0.1至1.5重量％
锰(mn)与si相同地具有通过增加电阻率来减少涡流损耗从而降低铁损的效果。另外，与存在于钢中的s进行反应来形成mn化合物或与前述的al及氮离子进行反应来形成(al、si、mn)n形态的氮化物，由此起到形成晶体生长抑制剂的作用。若其含量过少，则不能期待上述效果，若过多，则在二次再结晶退火中奥氏体相变率增加，从而使高斯集合组织严重损坏来可使磁学特性急剧降低。
al：0.01至0.04重量％
铝(al)不仅与在一次再结晶退火过程的氮化中作为氛围气体的氨气导入的氮离子结合来形成aln形态的氮化物，而且与在钢中以固溶状态存在的s、mn及前述的氮离子结合来形成(al、si、mn)n形态的氮化物，由此起到晶体生长抑制剂的作用。若其含量过少，则不能期待上述作用，若其含量过多，则形成非常粗大的氮化物从而可使晶体生长抑制力急剧降低。因此，在追加包含al时，可将al的含量调节为前述的范围。
sb及sn：0.03至0.1重量％
若添加锡(sn)，则增加{110}<001>取向的二次晶体核的数量而可使铁损提高。另外，sn通过偏析于晶界来对晶体生长的抑制起到重要的作用，这可补偿在二次退火步骤中升温率变低时aln及mns析出物粗大化而抑制晶体生长的效果减少的情况。但是，若sn的含量过高，则可发生脆性增加的问题。
锑(sb)通过偏析于晶界来起到抑制一次再晶体的过度生长的作用。通过添加sb来在一次再结晶退火步骤中抑制晶粒生长，可消除沿钢板的厚度方向的一次再晶体大小的不均匀性，同时通过稳定地形成二次再结晶，可制备磁性更加优秀的取向电工钢板。若sb的含量过小，则可使抑制力效果不足，若sb的含量过高，则在一次再结晶退火时妨碍脱碳而可使磁学特性劣化。
可单独包含这样的sn或sb，或者可包含这两者，在追加包含sb及sn中的一种以上的情况下，可将sb及sn中一种以上以0.03至0.1重量％为分别单独的量包含或者以0.03至0.1重量％为合计的量包含。即，可仅单独包含0.03至0.1重量％的sb，或仅单独包含.03至0.1重量％的sn，而在同时包含sb及sn时，可将它们的合计包含0.03至0.1重量％包含。
0.01重量％以下的n
氮(n)作为与al及mn进行反应来形成aln及(al、mn、si)n等化合物的元素，在追加包含n时，可在钢坯内包含0.01重量％以下。若过多添加n，不仅在热轧以后的工序可引发因氮扩散而产生的如气泡(blister)的表面缺陷，而且在钢坯状态下形成过剩的氮化物而不容易进行轧制从而提供制备成本上升的原因。因此，可将n的含量限定为0.01重量％以下。在此后的为了形成高斯集合组织的二次再结晶的氮化物的补充，可通过在脱碳退火工序中作为氛围气体导入氨气来进行使氮离子扩散于钢中的氮化处理而进行补充。此后，可在二次再结晶退火中除去一部分氮来使n的含量在最终制备的钢板内也保持0.01重量％以下。具体地，钢坯及钢板可包含0.005重量％以下的n。
s：0.01重量％以下
硫(s)在铸造时偏析于钢坯中心部来引起脆性的问题，并且与钢中的mn进行反应来形成mn硫化物来使微细组织不均匀且使轧制性恶化。因此，将s添加不可避免地含有的含量以上来使其析出是不优选的。因此，在追加包含s的情况下，可将s的含量包含0.01重量％以下。
在本发明的一实施例中，钢坯满足下述公式1及公式2。
公式1：0.5≤[si]/(100×[c]×[mn])≤3；
公式2：(0.04×[si]-0.075)-(0.045×[mn])≤[c]≤(0.055×[si]-0.1)-(0.055×[mn])，
其中，在其中，公式1及公式2中，[si]、[c]及[mn]分别表示si、c及mn的含量(重量％)。
下面，说明与公式1及公式2的成分限制相关的内容。
在取向电工钢板的制备工序中，在加热钢坯的温度下钢板的微细组织以铁素体组织及奥氏体组织同时存在。此时，在奥氏体组织的体积分数为全部区域的20％至40％范围时，最终取向电工钢板的磁性特性最优秀。在奥氏体体积分数小于20％的情况下，具有{100}结晶面的伸展组织在钢坯中心部不消失而残留至最终产品步骤而使磁通密度及铁损特性低劣。在奥氏体体积分数超过40％的情况下，因过多发生相变而使在热轧过程中生成的高斯组织的量减少从而使磁性特性低劣。因此，在加热钢坯时将奥氏体组织的体积分数保持在20至40％范围的处理尤为重要。
钢坯的奥氏体组织的分数根据所添加的合金元素的量来发生变化。一般地，si是提高铁素体分数的元素，而c及mn是提高奥氏体分数的元素。因此，若为提高钢板的电阻率而增加si含量，则使钢坯的铁素体分数增加，因此应通过添加c或mn来保持适当的奥氏体分数。
因此，需要调节与si含量对应的c及mn的含量，其范围可如上述公式1表现。在公式1的左部分小于0.5时，奥氏体相分数超过适当的水平，在公式1的右部分超过3时，奥氏体分数小于适当的水平。
接着，上述公式2表示与si及mn含量对应的c的含量范围。本发明的目的在于提供提高钢板的电阻率来制造磁性优秀的取向电工钢板。在c的情况下，与取向电工钢板的电阻率的上升没有关联，如前述那样需要在一次再结晶退火步骤中通过脱碳过程来将存在于初始钢坯的c降低至0.003重量％以下。
相反地，mn是添加量越多则使钢板的电阻率越高的元素。因此，为了在加热钢坯时一边形成适当的奥氏体组织一边提高钢板的电阻率，与添加c相比，提高mn含量更为有效。此时，需要使mn含量越高则使c含量越低。这是因为如前述那样c及mn都是提高奥氏体分数的元素。另外，si含量增加时用于满足适当的奥氏体分数的mn及c含量的范围发生变化，因此c的范围可如公式2那样与si及mn含量具有复合性关系。
说明在加热钢坯的步骤中的温度。在将钢坯以1250℃以下的温度加热时，可防止钢坯的柱状结晶组织粗大生长来在热轧工序中防止板的破裂。若温度小于1000℃，则热轧温度而钢板的变形阻力变大，从而使轧制负荷增加。因此，钢坯的加热温度可在1000℃至1250℃。
接着，通过热轧钢坯来制备热轧板。不限定热轧温度，作为一实施例可在950℃以下结束热轧。此后，可通过进行水冷来在600℃以下进行卷曲。可通过热轧制备1.5至5.0mm厚度的热轧板。
可将热轧后的热轧板根据需要实施热轧板退火或不实施热轧板退火来执行冷轧。在实施热轧板退火时，为了均匀地形成热轧组织，可以以900℃以上的温度进行加热并均热之后进行冷却。
接着，将热轧板冷轧来制备冷轧板。可利用可逆式(reverse)轧机或串列式(tandem)轧机通过进行一次冷轧、多次冷轧或在包含中间退火的多次冷轧法，进行冷轧来制备0.1mm至0.5mm厚度的冷轧板。另外，可实施在冷轧中将钢板的温度保持100℃以上的温轧。另外，通过冷轧的最终轧制率可在50至95％。
接着，将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发生用于生成高斯晶体的核的一次再结晶。在一次再结晶退火过程中可实现钢板的脱碳及氮化。为了实现脱碳及氮化，可在水蒸气、氢气及氨气的混合气体氛围下进行一次再结晶退火。
在为实现氮化而使用氨气来向钢板导入氮离子从而形成作为主析出物的(al、si、mn)n及aln等氮化物时，以下方法对于发挥本发明的效果都没有问题，这些方法是指：完成脱碳之后进行氮化处理的方法、与脱碳同时进行氮化处理的同时进行氮化处理的方法或者优先进行氮化处理之后进行脱碳的方法。
接着，将一次再结晶退火结束的冷轧板进行二次再结晶退火。此时，可在一次再结晶退火结束的冷轧板上涂布退火分离剂之后，进行二次再结晶退火。此时，对退火分离剂不特别进行限定，可使用将mgo作为主成分的退火分离剂。
本发明的一实施例提供取向电工钢板钢坯。关于取向电工钢板钢坯，由于在前述的取向电工钢板的制备方法过程中的钢坯的加热步骤中进行了详细说明，因此省略重复说明。
最终制备的取向电工钢板的具有由{100}面与轧制面(nd面)所形成的角度为15°以下的结晶取向的集合组织的体积分数可在3％以下。
在本发明的一实施例中，通过精密地控制钢坯内的si、c及mn的含量，在加热钢坯之后，可适当地控制钢坯内的奥氏体分数，由此可将具有{100}结晶面的伸展组织最小化。最终，能够制备磁性优秀的取向电工钢板。
具体地，通过本发明的一实施例制备的取向电工钢板的1.7tesla及50hz条件下的铁损可在0.85w/kg以下。更具体地，可在0.73至0.83w/kg。
通过本发明的一实施例制备的取向电工钢板的在800a/m的磁场下感应的磁通密度可在1.90t以上。更具体地，可在1.90至1.95t。
关于最终制备的取向电工钢板的合金组份，由于在前述的钢坯的合金组份中进行了详细说明，因此省略重复说明。
下面，说明本发明的优选的实施例及比较例。但是，下述的实施例仅是本发明的优选的一实施例，本发明并不限定于下述实施例。
实施例
准备了由在下述的表1中整理的合金元素的组份及残量fe和其他不可避免地混入的杂质构成的钢坯。将钢坯在1150℃温度加热90分钟后测量了奥氏体分数。接着，进行热轧来制备了2.3mm厚度的热轧板。将该热轧板以1050℃以上的温度加热之后在910℃保持70秒钟，并进行水洗后进行了酸洗。接着，利用可逆式(reverse)轧机通过合计六次倒转，以0.23mm厚度进行了冷轧。将冷轧后的钢板在炉内进行升温后，通过在50体积％的氢气及50体积％的氮气的混合气体氛围、露点温度60℃及退火温度850℃保持120秒钟来进行了一次再结晶退火。接着，涂布mgo之后，卷曲成盘绕状进行了二次再结晶退火。在二次再结晶退火中，在25体积％的氮气及75体积％的氢气的混合气体氛围下升温至1200℃，并在达到1200℃之后在100体积％的氢气的气体氛围下，保持20小时之后，进行了炉冷。
对最终获得的钢板进行表面清洗之后，涂布绝缘涂覆液并在830℃进行了30秒钟的退火。接着，利用单片(singlesheet)测量法在1.7tesla及50hz的条件下测量了铁损，测量了在800a/m的磁场下感应的磁通密度的大小(tesla)。各铁损值不是每一条件的平均值。
另外，分析了最终获得的钢板的具有{100}结晶面的集合组织的分数。
【表1】
如从表1可确认如下情况，即：在将si、c及mn含量控制为发明的范围内的发明材料1至5的情况下，与比较材料1至4相比，能够得到优秀的铁损及磁通密度值。这是因为通过在加热钢坯时精密地控制钢坯内的奥氏体分数来抑制了{100}结晶面残留的现象从而最终在取向电工钢板内大量形成了高斯集合组织。
本发明并不限定于这些实施例，能够以多种方式制造，本发明所述领域的技术人员应理解能够不变更本发明的技术思想或必须特征而以其他具体的方式实施本发明。因此，应理解上面说明的这些实施例在所有方面都是用于例示的，而并非用于限定。