取向電工鋼板及其製造方法與流程
2023-09-14 00:57:30
本發明涉及一種取向電工鋼板及其製造方法。
背景技術：
通常，對於磁性能優秀的取向電工鋼板，{110}取向的高斯組織(gosstexture)應該沿鋼板軋制方向高度發達，為了形成這樣的織構，需通過晶粒異常生長的2次再結晶來形成高斯取向晶粒。
這種非正常的結晶生長不同於常規的晶粒生長是在正常的晶粒生長因析出物、夾雜物或者固溶或晶界偏析的元素而受到正常生長的晶界遷移被抑制時發生。
取向電工鋼板主要採用作為晶粒生長抑制劑利用aln、mns等析出物來引發2次再結晶的製造方法。這種將aln、mns析出物用作晶粒生長抑制劑的取向電工鋼板製造方法存在如下問題。
為了將aln、mns析出物用作晶粒生長抑制劑，需要使析出物非常微細且均勻地分布在鋼板中。
如此，為了使微細的析出物均勻地分布，需要將板坯以1300℃以上的高溫長時間加熱，以使鋼中存在的粗大析出物固溶後，並在非常快的時間內實施熱軋，以在未發生析出的狀態下結束熱軋。
為此需要大規模的板坯加熱設備，而且為了最大限度地抑制析出，需要非常嚴格地管理熱軋和卷取工藝，還需要通過管理使熱軋後的熱軋板退火工藝中固溶的析出物微細析出。
另外，將板坯以高溫加熱時，由於形成低熔點的fe2sio4，因此產生板洗(washing)現象，從而導致成品率下降。
此外，在2次再結晶結束後，為了除去析出物組分，需要在1200℃的高溫下進行30小時以上的長時間淨化退火，因此存在製造工藝上的複雜性和成本負擔所帶來的問題。
而且，在這種淨化退火過程中，aln析出物在分解成al和n後，al會遷移到鋼板表面與表面氧化層的氧進行反應，因而形成al2o3氧化物。
如此形成的al基氧化物或者淨化退火過程中未分解的aln析出物在鋼板內或表面附近妨礙磁疇的移動，從而成為導致鐵損劣化的原因。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
本發明一實施例提供一種取向電工鋼板。
本發明另一實施例提供一種取向電工鋼板的製造方法。
(二)技術方案
本發明的一個示例性實施方案的取向電工鋼板，其基底鋼板中ba單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者y單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者ba和y共同包含0.005％至0.5％，餘量包含fe和雜質。
所述基底鋼板中以重量％計還可包含si：1.0％至7.0％、c：0.0050％以下(不包括0％)、al：0.005％以下(不包括0％)、n：0.0055％以下(不包括0％)、s：0.0055％以下(不包括0％)、及mn：0.01％至0.5％。
在所述電工鋼板中，具有2mm以下粒徑的晶粒的面積比率可為10％以下。
在所述電工鋼板中，具有2mm以上粒徑的晶粒的平均粒徑可為10mm以上。
另外，在所述電工鋼板中，面與鋼板的板面所形成的角度之差可為3.5°以下。
在所述鋼板中，1000a/m的磁場下測定的磁通密度b10可為1.88以上。
所述電工鋼板可包含偏析到晶界的ba、y或者它們的組合。
本發明的一個示例性實施方案的取向電工鋼板的製造方法包括：對板坯進行加熱的步驟，所述板坯中ba單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者y單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者ba和y共同包含0.005％至0.5％，餘量包含fe和其他不可避免的雜質；對所述板坯進行熱軋以製造熱軋板的步驟；對所述熱軋板進行冷軋以製造冷軋板的步驟；對所述冷軋板進行1次再結晶退火的步驟；以及對1次再結晶退火完畢的電工鋼板進行2次再結晶退火的步驟。
所述板坯以重量％計還可包含si：1.0％至4.5％、c：0.001％至0.1％、al：0.005％以下、n：0.0055％以下、s：0.0055％以下、及mn：0.01％至0.5％。
在所述對板坯進行加熱的步驟中板坯加熱溫度可為1280℃以下。
所述2次再結晶退火時均熱溫度可為900℃至1250℃。
所述熱軋步驟後，還可包括實施熱軋板退火的步驟。
所述1次再結晶退火中可將冷軋板在750℃以上的溫度下保持30秒以上。
(三)有益效果
本發明一實施例的取向電工鋼板穩定地形成高斯晶粒，因而鐵損低且磁性能優秀。
此外，作為晶粒生長抑制劑不使用aln及mns，因而不需要在1300℃以上的高溫下進行板坯再加熱。
而且，不需要進行用於除去aln及mns等析出物的高溫淨化退火，因而節省製造成本。
另外，由於不需要在高溫退火後除去n及s等，因而不存在淨化退火工藝中n、s的氣化反應所造成的表面缺陷。
具體實施方式
參照附圖和下述實施例就可以清楚地理解本發明的優點、特徵及實現這些的方法。然而，本發明能夠以各種不同的方式實施，並不局限於下面公開的實施例。提供下述實施例的目的在於，充分公開本發明以使所屬領域的技術人員對發明內容有整體和充分的了解，本發明的保護範圍應以權利要求書為準。通篇說明書中相同的附圖標記表示相同的構成要素。
因此，在一些實施例中，對眾所周知的技術不再贅述，以避免本發明被解釋得模糊不清。除非另有定義，否則本說明書中使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)的含義就是所屬領域的技術人員通常理解的意思。在通篇說明書中，某一部分「包括(或包含)」某一構成要素時，除非有特別相反的記載，否則表示還可以包括其他構成要素而非排除其他構要素。除非另有說明，否則單數形式也意在包括複數形式。
此外，在沒有特別提到的情況下，％表示重量％，1ppm為0.0001重量％。
下面對本發明的一個示例性實施方案的取向電工鋼板的製造方法進行說明。
提供板坯，所述板坯中ba單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者y單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者ba和y共同包含0.005％至0.5％，餘量包含fe和其他不可避免的雜質。
所述板坯以重量％計還可包含si：1.0％至4.5％、c：0.005％以下、al：0.005％以下、n：0.0055％以下、s：0.0055％以下、及mn：0.01％至0.5％。
首先說明限制成分的理由。
ba和y起到晶粒生長抑制劑的作用，在2次再結晶退火時抑制高斯晶粒除外的其他取向晶粒的生長，從而提高電工鋼板的磁性。ba和y分別可單獨加入或者共同加入，其含量小於0.005％時，難以發揮充分的抑制力，而大於0.5％時，鋼板的脆性會增加，有可能導致軋制時產生裂紋。
si起到增加材料的電阻率以降低鐵損的作用。在板坯及電工鋼板中si含量小於1.0％時，電阻率減小，有可能導致鐵損性能下降。另外，板坯中的si含量大於4.5％時，冷軋會變得困難。但，在冷軋後，可將si粉末塗覆到鋼板的表面上或者沉積在鋼板的表面上後使si擴散到鋼板的內部，因此在最終材料的電工鋼板中si的含量可為4.5％以上。然而，如果取向電工鋼板中si含量大於7％，則在製造變壓器時難以加工，因此取向電工鋼板中的si含量可為7％以下。
c是奧氏體穩定元素，板坯中加入0.001％以上，以使連鑄過程中產生的粗大柱狀組織細化，還可以抑制s的板坯中心偏析。而且，在冷軋中促進鋼板的加工硬化，從而還可以促進鋼板中{110}取向的2次再結晶成核。然而，c含量大於0.1％時，熱軋中會產生邊緣裂紋(edge-crack)。但，製造電工鋼板時經過脫碳退火，脫碳退火後c含量可為0.0050重量％以下。更具體地，可為0.0030重量％以下。
在本發明一實施例中，作為晶粒生長抑制劑可以不使用aln，因而可以有效抑制al含量。因此，在本發明一實施例中，al不會被加入或者可以控制在0.005％以下。
n會形成aln、(al，mn)n、(al，si，mn)n、si3n4等析出，因此本發明一實施例中n不會被加入或者可以控制為0.0055％以下。具體地，可為0.0035％以下。更具體地，可為0.0015％以下。
s是熱軋時固溶溫度高且偏析嚴重的元素，因此本發明一實施例中可以不加入或者控制為0.0055％以下。具體地，可為0.0035％以下。更具體地，可為0.0015％以下。
在本發明的一個示例性實施方案中，作為晶粒生長抑制劑不使用mns，因此可以不加入mn。但mn作為電阻率元素具有可以改善磁性的效果，因此板坯及電工鋼板中的mn含量可為0.01％以上。然而，mn含量大於0.5％時，2次再結晶後會引起相變，從而有可能導致磁性變差。
ti、mg、ca等成分在鋼中與氧進行反應而形成氧化物，優選不加入。但，考慮到鋼中的雜質，分別可控制在0.005％以下。
對所述板坯進行加熱。板坯的加熱溫度不受限制，但對板坯以1280℃以下的溫度進行加熱時，可避免板坯的柱狀結晶組織生長得粗大，從而防止在熱軋工藝中產生裂紋。因此，板坯的加熱溫度可為1000℃以上且1280℃以下。
板坯的再加熱完畢後進行熱軋。熱軋溫度或冷卻溫度不受限制，一實施例中可在950℃以下的溫度下結束熱軋，水冷後可在600℃以下的溫度下進行卷取。
熱軋後的熱軋板可根據需要實施熱軋板退火或者不實施熱軋板退火，再進行冷軋。當實施熱軋板退火時，為了使熱軋組織均勻，可以900℃以上的溫度加熱實現均熱後，再進行冷卻。
冷軋可利用可逆式(reverse)軋機或串列式(tandom)軋機，通過包括1次冷軋、多次冷軋、或中間退火的多次冷軋法製造0.1mm至0.5mm的冷軋板。
另外，冷軋中可實施將鋼板溫度保持在100℃以上的溫軋。而且，冷軋可通過1次冷軋製造成0.1mm至0.5mm的最終厚度。
對冷軋完畢的鋼板進行1次再結晶退火。在1次再結晶退火中發生脫碳及高斯晶粒成核的1次再結晶。
所述1次再結晶退火中可將冷軋板在750℃以上的溫度下保持30秒以上。溫度低於750℃時，無法提供用於晶粒生長的充分的能量，而且時間短於30秒時，晶粒生長不充分，從而有可能導致磁性下降。
另外，在本發明的一個示例性實施方案的取向電工鋼板的製造方法中，脫碳退火後可以省略氮化退火工藝。在現有的aln用作晶粒生長抑制劑的取向電工鋼板的製造方法中，為了形成aln而需要進行氮化退火。然而，在本發明一實施例的取向電工鋼板的製造方法中，作為晶粒生長抑制劑不使用aln，因此不需要氮化退火工藝。
1次再結晶退火完畢的鋼板塗覆包含mgo的退火隔離劑，再實施2次再結晶退火。所述2次再結晶退火時均熱溫度可為900℃至1250℃。溫度低於900℃時，高斯晶粒不會充分生長，從而有可能降低磁性，而溫度高於1250℃時，晶粒生長得粗大，從而有可能降低電工鋼板的性能。
在本發明一實施例的取向電工鋼板的製造方法中，2次再結晶退火完畢後可以省略淨化退火工藝。
在現有的mns、aln用作晶粒生長抑制劑的取向電工鋼板的製造方法中，為了除去aln及mns等析出物，需要進行高溫淨化退火，但本發明一實施例的取向電工鋼板的製造方法中不需要淨化退火工藝。
對於本發明一實施例的取向電工鋼板，基底鋼板中ba單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者y單獨包含0.005重量％至0.5重量％或者ba和y共同包含0.005％至0.5％，餘量包含fe和雜質。基底鋼板是指形成於取向電工鋼板表面上的塗層除外的部分。
而且，所述基底鋼板中以重量％計還可包含si：1.0％至7.0％、c：0.005％以下、al：0.005％以下、n：0.0055％以下、s：0.0055％以下、及mn：0.01％至0.5％。
此外，ba、y或它們的組合可包含0.02％至0.35％。
另外，在所述電工鋼板中，相對於總晶粒面積100％，具有2mm以下粒徑的晶粒的面積比率可為10％以下。相對於總晶粒面積100％，具有2mm以下粒徑的晶粒的面積比率大於10％時，晶粒沒有充分生長，從而有可能降低磁性。
此外，在所述電工鋼板中，具有2mm以上粒徑的晶粒的平均粒徑可為10mm以上。具有2mm以上粒徑的晶粒的平均粒徑小於10mm時，晶粒沒有充分生長，從而有可能降低磁性。
另外，在所述電工鋼板中，面與鋼板的板面所形成的角度之差可為3.5°以下。鋼板的軋制方向定為x軸且寬度方向定為y軸時，鋼板的板面是指xy面。當大於3.5°時，鋼板的磁性會降低。
此外，在所述鋼板中1000a/m的磁場下測定的磁通密度b10可為1.88以上。而且，所述ba、y或它們的組合起到抑制劑作用，可能會偏析到晶界。
下面通過實施例詳細說明。但，下述實施例是本發明的示例而已，本發明的內容不限於下述實施例。
[實施例1]
準備板坯，所述板坯以重量％計包含si：3.2％、c：0.051％、mn：0.112％、s：0.0052％、n：0.005％、及al：0.029％，而且以如表1所示的含量包含鋇(ba)和釔(y)，餘量由fe和其他不可避免混入的雜質組成。
將所述板坯在1150℃的溫度下加熱90分鐘後進行熱軋，從而製造了厚度為2.6mm的熱軋板。將該熱軋板以1050℃以上的溫度進行加熱後在910℃下保持90秒，再進行水冷後酸洗。接著，冷軋成厚度為0.29mm。冷軋的鋼板在爐內升溫後，在氫(50體積％)和氮(50體積％)的混合氣體保護下以及60℃的露點溫度和850℃的退火溫度下保持120秒以進行1次再結晶退火。1次再結晶退火後，碳為0.0030重量％。然後，塗覆mgo後卷取成卷材狀，並進行2次再結晶退火。
最終退火是在氮(25體積％)和氫(75體積％)的混合氣體保護下升溫至1200℃，溫度達到1200℃後，在氫氣(100體積％)保護下保持20小時進行爐內冷卻。
【表1】
從表1可以確認，將ba和y的含量控制在本發明的0.005％至0.5％範圍內發明材料的磁性優於對比材料。
[實施例2]
準備板坯，所述板坯以重量％計包含si：3.2％、c：0.051％、mn：0.112％、s：0.0052％、n：0.005％、及al：0.029％，而且以如表2所示的含量包含鋇(ba)和釔(y)，餘量由fe和其他不可避免的雜質組成。
將所述板坯在1150℃的溫度下加熱90分鐘後進行熱軋，從而製造了厚度為2.6mm的熱軋板。將該熱軋板以1050℃以上的溫度進行加熱後在910℃下保持90秒，再進行水冷後酸洗。接著，冷軋成厚度為0.29mm。冷軋的鋼板在爐內升溫後，在氫(50體積％)和氮(50體積％)的混合氣體保護下以及60℃的露點溫度和850℃的退火溫度下保持120秒以進行1次再結晶退火。1次再結晶退火後，碳為0.0030重量％。然後，塗覆mgo後卷取成卷材狀，並進行2次再結晶退火。
最終退火是在氮(25體積％)和氫(75體積％)的混合氣體保護下升溫至1200℃，溫度達到1200℃後，在氫氣(100體積％)保護下保持20小時進行爐內冷卻。
【表2】
請參見表3，在本發明一實施例的電工鋼板中大小為1mm以下的晶粒的面積比率(％)顯示為10％以下，大小為1mm以上的晶粒的平均大小顯示為10mm以上。
以上參照附圖對本發明的實施例進行了說明，但所屬領域的技術人員可以理解，在不改變技術思想及必要特徵的情況下，本發明能夠以其他具體實施方式實施。
因此，上述實施例只是示例性的並非限制性的。本發明的保護範圍應以權利要求書為準而非上述說明，由權利要求書的含義、範圍及等效概念導出的所有變更或者變更的形式，均落入本發明的保護範圍。