取向电工钢板的制造方法.pdf

本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括：提供电工钢板板坯；对所述板坯进行再加热；将所述板坯热轧成热轧钢板；将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；对所述冷轧钢板进行初次再结晶退火；及对所述初次再结晶退火后的电工钢板进行二次再结晶退火，其中所述二次再结晶退火在施加电场的状态下进行。

权利要求书
1.  一种取向电工钢板的制造方法，包括：
提供电工钢板板坯，所述电工钢板板坯以重量百分比(％)计包含2.0～6.5％ 的Si，余量为Fe及其他不可避免的杂质；
对所述板坯进行再加热；
将所述板坯热轧成热轧钢板；
将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；
对所述冷轧钢板进行初次再结晶退火；及
对所述初次再结晶退火后的电工钢板进行二次再结晶退火；
其中，所述二次再结晶退火是在施加电场的状态下进行。

2.  根据权利要求1所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述二次再结晶退火包括升温阶段和纯化退火阶段，所述纯化退火在施加电 场的状态下进行。

3.  根据权利要求2所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述电场的大小为1kV/cm～3kV/cm。

4.  根据权利要求3所述的取向电工钢板的制造方法，还包括：
所述轧制热轧钢板之后，在900℃以上的温度下，对热轧板进行退火。

5.  根据权利要求1至4中的任一项所述的取向电工钢板的制造方法，其中，
所述板坯还包含0.015～0.04％的Al、0.20％以下的Mn(不包含0％)、0.01％ 以下的N、0.01～0.10％的C、0.01％以下的S(不包含0％)。

说明书取向电工钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种取向电工钢板的制造方法及取向电工钢板。
背景技术
取向电工钢板是一种在钢板轧制方向上磁性能非常优异的软磁性材料, 因为取向电工钢板形成所谓的高斯织构，其中钢板面的所有晶粒取向为{110} 面，并且在轧制方向上晶体取向平行于＜001＞轴。
通常，磁性能表示磁通密度和铁损，将晶粒按照{110}＜001＞取向正确 排列就能获得高磁通密度。
磁性能优异的取向电工钢板其{110}＜001＞取向高斯织构(Goss  texture)应该沿钢板轧制方向高度发达，为了形成这种集合织构，需通过晶 粒异常长大的二次再结晶来形成高斯取向晶粒。
为形成这种高斯织构，应当非常精确、严格地控制各种工艺条件，如在 炼钢阶段的组分控制、热轧时的板坯再加热及热轧工艺因素控制、热轧板退 火、初次再结晶退火、二次再结晶退火等。
取向电工钢板是通过板坯再加热、热轧、热轧板退火、一次冷轧或者包 括中间退火的二次冷轧、初次再结晶、二次再结晶工艺来制造的。
二次再结晶退火工艺分为形成高斯(Goss)晶粒的二次再结晶的升温阶 段和改善铁损的纯化退火(purification annealing)阶段。
在升温阶段，为了让形成高斯(Goss)晶粒的二次再结晶稳定地发生， 以低于或等于40℃/hr的缓慢的速度升温至二次再结晶开始温度1050℃～ 1100℃。
形成高斯(Goss)晶粒的二次再结晶结束之后，由于析出物形成元素N 和S没有被完全除去，冷却时会再形成析出物，并且二次再结晶高斯晶粒中 存在很多岛状晶粒(island grain)，导致铁损增加。
因此，在二次再结晶结束的1100℃以上的温度下，实施30小时以上的 长时间纯化退火，以除去残留的N、S及二次再结晶晶粒中的岛状晶粒，进而 改善铁损。
在1100℃以上的温度下进行30小时以上的长时间热处理的纯化退火工 艺是确保低铁损的必要工艺，但会导致取向电工钢板的生产率下降，而且维 持高温要消耗很多能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种取向电工钢板及其制造方法。
本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括：
提供电工钢板板坯，所述电工钢板板坯以重量百分比(％)计包含2.0～6.5％ 的Si，余量为Fe及其他不可避免的杂质；
对所述板坯进行再加热；
将所述板坯热轧成热轧钢板；
将所述热轧钢板冷轧成冷轧钢板；
对所述冷轧钢板进行初次再结晶退火；及
对所述初次再结晶退火后的电工钢板进行二次再结晶退火；
其中，所述二次再结晶退火是在施加电场的状态下进行。
所述二次再结晶退火包括升温阶段和纯化退火阶段，所述纯化退火可在施加 电场的状态下进行。
所述电场的大小可为1kV/cm～3kV/cm。
对于二次再结晶退火的退火气氛，在升温阶段可使用氢和氮的混合气体 进行热处理，在纯化退火阶段可使用氢气进行均热处理。
所述升温阶段是升温至1050℃～1100℃的阶段，能够以低于或等于40℃ /hr的升温速度升温，并且可在1100℃以上的温度下进行纯化退火。
所述取向电工钢板的制造方法，还可以包括：在所述轧制热轧钢板之后， 对热轧板进行退火，所述热轧板退火可在900℃以上的温度下进行。
在所述轧制冷轧钢板时进行一次冷轧或者包括中间退火的两次以上的 冷轧，并且在冷轧过程中可进行钢板的温度维持在100℃以上的温轧。
所述取向电工钢板的制造方法，还可包括：在所述轧制冷轧钢板之后， 对冷轧钢板进行脱碳退火及氮化退火，并且所述对冷轧钢板进行脱碳退火及 氮化退火时，可同时进行脱碳退火和氮化退火。
所述脱碳退火及氮化退火可进行至钢板中形成的氮量为100～300ppm。
所述板坯以重量百分比(％)计可包含2.0～6.5％的Si、0.015～0.04％ 的Al、0.20％以下的Mn(不包含0％)、0.01％以下的N、0.01～0.10％的C、 0.01％以下的S(不包含0％)，余量为Fe及其他不可避免的杂质。
本发明一实施例的取向电工钢板是通过以下方法制造的，对电工钢板板 坯进行再加热，将其热轧成热轧钢板，该板坯以重量百分比计包含2.0～6.5％ 的Si，余量为Fe及其他不可避免的杂质，然后将所述热轧钢板冷轧成冷轧 钢板，对所述冷轧钢板进行初次再结晶退火，再对所述初次再结晶退火后的 电工钢板进行二次再结晶退火，所述二次再结晶退火在施加电场的状态下进 行，残留在电工钢板中的N、S含量分别为10ppm以下。
所述二次再结晶退火包括升温阶段和纯化退火阶段，在施加所述电场的 状态下进行所述纯化退火，则电工钢板中残留的N、S含量分别可为10ppm 以下。
所述电场的大小为1kV/cm～3kV/cm时，电工钢板中的残留N、S含量 分别可为10ppm以下。
本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法缩短二次再结晶工艺中的 纯化退火时间，从而提高生产率。
而且，缩短纯化退火时间能够减少生产电工钢板所需的能量，从而提高 经济效率。
另外，纯化退火时会增加电工钢板内部的原子扩散速度，在纯化退火后， 残留的N、S及高斯(GOSS)二次再结晶晶粒中的岛状晶粒(island grain) 少于以往的电工钢板，因此能够提供比以往的电工钢板磁性能优异的电工钢 板。
具体实施方式
参照附图和详细描述的下列实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、 特点以及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式实 施，并不局限于下列实施例。提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明 以使所属领域的技术人员对发明内容有一个全面的了解，本发明的保护范围 应以权利要求书为准。在通篇说明书中相同的附图标记表示相同的构成要素。
本发明一实施例的取向电工钢板的制造方法，包括：提供电工钢板板坯；对 所述板坯进行再加热；将所述板坯热轧成热轧钢板；将所述热轧钢板冷轧成冷 轧钢板；对所述冷轧钢板进行初次再结晶退火；及对所述初次再结晶退火后的 电工钢板进行二次再结晶退火，其中，所述二次再结晶退火是在施加电场的状 态下进行。
所述电场大小可为1kV/cm～3kV/cm。
所述二次再结晶退火包括升温阶段和纯化退火阶段，所述纯化退火可在施 加电场的状态下进行。
对于所述二次再结晶退火的退火气氛，升温阶段可在氢和氮的混合气体气 氛下进行热处理，纯化退火阶段可在氢气气氛下进行均热处理。
所述升温阶段是升温至1050℃～1100℃的阶段，能够以低于或等于40℃/hr 的升温速度升温，并且可在1100℃以上的温度下进行纯化退火。
在取向电工钢板的制造工艺中，为了高温下能稳定地发生二次再结晶，作 为晶粒生长抑制剂使用析出物，在析出物分解温度以上的温度下会发生二次再 结晶。
但是，在二次再结晶退火后，若析出物形成元素N和S残留在电工钢板中， 冷却时会再形成析出物妨碍磁畴移动，从而导致铁损增加。由于形成高斯(Goss) 晶粒的二次再结晶以非常快的速度发生，因此二次再结晶结束之后，高斯(Goss) 晶粒中会存在很多岛状晶粒(island grain),而这种岛状晶粒也会妨碍磁畴 的移动，导致铁损增加。
因此，为制造低铁损的取向电工钢板，在二次再结晶后，必须实施在高温 下进行长时间热处理的纯化退火工艺。
若增加原子的扩散速度，就会促使形成二次再结晶后残留的N和S扩散， 进而能够缩短除去N和S的时间，还会促使母材中Fe扩散，进而能够缩短除去 岛状晶粒的时间。
金属材料中存在很多自由电子，利用电极从外部施加电场时，表面会带电 而极性与外部电极相反，表面与中心之间产生电势差。因此，会产生电-化学势 (electro-chemical potential)之差,金属内相对带负极性的空穴移动性会增 加。空穴移动性的增加最终使铁原子扩散速度增加。
因此，在二次再结晶退火中的纯化退火阶段，如果在施加电场的状态下进 行热处理，就会促使形成二次再结晶后残留的N和S扩散，进而能够缩短除去N 和S的时间，还促使母材的Fe扩散，进而能够缩短除去岛状晶粒的时间。
而且，如果在施加电场的状态下进行纯化退火，会比现有技术更有效地 除去N、S。因此，根据本发明一实施例，二次再结晶退火后的取向电工钢板 能够将残留在电工钢板中的N及S含量分别控制在10ppm以下。
为了在冷轧之前具有均匀的再结晶显微织构和微细的析出物分布，还可以 在所述轧制热轧钢板之后，对热轧板进行退火，所述热轧板退火可在900℃以上 的温度下进行。
此外，在所述轧制冷轧钢板时进行一次冷轧或者包括中间退火的两次以 上的冷轧，并且在冷轧过程中可进行钢板温度维持在100℃以上的温轧。
而且，所述轧制冷轧钢板之后进行的初次再结晶退火，可在脱碳退火之 后进行氮化退火或者可同时进行脱碳退火及氮化退火。
所述脱碳退火及氮化退火可进行至钢板中形成的氮量为100～300ppm。 氮量少于100ppm时，氮可能无法正常形成抑制剂，氮量超过300ppm时， 在二次再结晶退火过程中，除去氮可能需要过多的时间。
所述板坯包含2.0～6.5％的Si，余量为Fe及其他不可避免的杂质。而 且，所述板坯还可包含0.015～0.04％的Al、0.20％以下的Mn(不包含0％)、 0.01％以下的N、0.01～0.10％的C、0.01％以下的S(不包含0％)。
对限制所述组分体系的理由进行说明。
[Si:2.0～6.5重量％]
Si作为电工钢板的基本组分，起到增加材料电阻率降低铁损(core loss) 的作用。
当Si含量少于2.0重量％时，电阻率减小涡流损耗增加，导致铁损特性 劣化。而且，在高温退火时，铁素体和奥氏体之间发生相变，不仅二次再结 晶变得不稳定，而且集合织构也会严重受损。
当Si含量超过6.5重量％时，电工钢板的机械脆性增加而韧性减小，导 致轧制过程中板裂发生率增加，二次再结晶的形成变得不稳定。
[Al:0.005～0.04重量％]
Al除了热轧和热轧板退火时微析出的AlN，还以冷轧后退火时由氨气导 入的氮离子与在钢中以固溶状态存在的Al、Si、Mn结合而形成的(Al、Si、 Mn)N及AlN类型的氮化物形式存在，从而起到强劲的晶粒生长抑制剂的作 用。
当Al少于0.005重量％时，所形成的数量和体积为相当低的水准，因此 不能期待充分的抑制剂效果。
当Al超过0.040重量％时，形成粗大的氮化物，会降低晶粒生长抑制力。
[Mn:0.20重量％以下]
Mn增加电阻率减少涡流损耗，从而具有降低整体铁损的效果，并且同 Si与通过氮化处理导入的氮进行反应而形成(Al、Si、Mn)N的析出物，从 而抑制初次再结晶晶粒的生长，以便发生二次再结晶。
当Mn超过0.20重量％时，钢板表面除了Fe2SiO4之外还会形成大量的(Fe， Mn)及Mn氧化物，进而妨碍高温退火中形成基底涂层，导致表面质量变差， 并且在高温退火时引发铁素体和奥氏体之间的相变，因此集合织构会严重受 损，磁性能大为劣化。因此，Mn含量限于0.20重量％以下。
[N:0.01重量％以下]
N为与Al反应而形成AlN的元素。在炼钢工艺中，当N超过0.01重量％ 时,则在热轧之后的过程中，由于氮扩散会导致表面缺陷，并且在板坯状态下 形成过多的氮化物而降低轧制性，导致后续工艺变得复杂、成本上升。
而且，在冷轧之后的退火工艺进行利用氨气的氮化处理时，为形成(Al、 Si、Mn)N及AlN等氮化物可进一步使必要的N再次固溶。
[C:0.01～0.10重量％]
C作为引起铁素体及奥氏体之间相变的元素，是提高脆性强轧制性不良 的电工钢板的轧制性所必需的元素。然而，当C残留在最终产品时，因磁时 效效应而形成的碳化物会使磁性能变差。
当C含量少于0.01重量％时，则由于铁素体及奥氏体之间的相变不能正 常发挥作用，会导致板坯及热轧显微织构的不均匀化。
而且，当超过0.10重量％时,则在脱碳退火工艺不能获得充分的脱碳效 果，而且因相变现象二次再结晶集合织构会受损，导致磁时效引起的磁性能 劣化现象。
[S:0.010重量％以下]
S是与Mn反应而形成MnS的重要元素。
S含量超过0.01重量％时，MnS的析出物形成在板坯中会抑制晶粒的生 长，而且铸造时会偏析到板坯中心部，难以对后续工艺的显微织构进行控制。
以下，通过实施例进一步详细说明本发明。
[实施例1]
板坯以重量％计包含3.18％的Si、0.056％的C、0.11％的Mn、0.0052％的S、 0.0051％的N、0.028％的Al，余量为Fe及其他不可避免的杂质。在板坯再加 热温度1150℃下，将该板坯加热180分钟，然后进行热轧以轧制成厚度为2.3 mm的热轧板。将该热轧板加热至1100℃以上后，在910℃下保持90秒，并 在水中快速冷却，酸洗后以0.30mm的厚度进行冷轧。将冷轧板在温度为 870℃的潮湿的氢气、氮气及氨气混合气体气氛中保持180秒，并同时进行脱 碳及氮化退火，使氮含量成为200ppm。二次再结晶退火在升温至1200℃时 25％氮气+75％氢气的混合气氛下进行，并在1200℃下进行纯化退火。
为确认进行纯化退火时施加电场的效果，在电极加电压来施加电场的状 态下，检测根据纯化退火时间的铁损变化。


如表1所示，在进行纯化退火时，当施加大小为2kV/cm的电场时，纯 化退火时间就会缩短。根据未施加电场的常规纯化退火热处理，退火30小时 后，铁损为0.95W/k(对比材料9)，但是在施加电场后进行纯化退火时，退 火18小时后，铁损为0.89W/kg(发明材料6)，铁损极其优秀。
[实施例2]
板坯以重量百分比(％)计包含3.16％的Si、0.053％的C、0.98％的Mn、 0.0052％的S、0.0049％的N、0.028％的酸可溶性Al，余量为Fe及其他不可避 免的杂质。在板坯再加热温度1150℃下，将该板坯加热180分钟，然后进行 热轧以轧制成厚度为2.3mm的热轧板。将该热轧板加热至1100℃以上后， 在910℃下保持90秒，并在水中快速冷却，酸洗后以0.30mm的厚度进行冷 轧。将冷轧板在温度为870℃的潮湿的氢气、氮气及氨气混合气体气氛中保 持180秒，并同时进行脱碳及氮化退火，使氮含量为200ppm。二次再结晶 退火在升温至1200℃时25％氮气+75％氢气的混合气氛下进行，并在1200℃下 进行纯化退火。
为确认在进行纯化退火时所施加的电场方向的影响，在施加正负极电极 电压的状态下进行纯化退火，然后检测铁损。
[表2]


如表2所示，在进行纯化退火时，纯化退火时间相同的情况下，施加外 部电场的铁损更少。即使改变外部电极的极性，施加正极或负极电压来转换 电场方向，其效果差别也不大，而电场的施加与否对改善铁损有较大影响。
以上，对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员会理解， 在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。
因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以 权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出 的所有变更或变更的形式，均落在本发明的保护范围。