專利名稱：具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板及其制造方法，更具體而 言，涉及一種其磁性能可通過(guò)調(diào)節(jié)組分含量和改進(jìn)制造方法而顯著改善至在現(xiàn)有技術(shù)的相 似組分體系中無(wú)法預(yù)料的程度的晶粒取向電工鋼板，及其制造方法。
背景技術(shù)：
電工鋼板是指用于制造電工機(jī)械或設(shè)備的硅鋼板。電工鋼板可廣義地分為晶粒取 向電工鋼板和無(wú)取向電工鋼板。具體而言，晶粒取向電工鋼板由具有被稱為高斯織構(gòu)(Goss texture)的晶粒組成，如高斯發(fā)現(xiàn)并提出的，在所述織構(gòu)中，晶粒的晶面取向?yàn)閧110}晶 面，并且晶粒在軋制方向上的晶體取向平行于<001>軸向。因此，這些鋼板在軋制方向上具 有優(yōu)良的磁性能。晶粒取向電工鋼板的晶體取向?qū)ζ浯判阅艿挠绊懣蓞⒄請(qǐng)D1簡(jiǎn)要說(shuō)明(援引文 獻(xiàn)Arai ken et.al,Recent Development of Electrical SteelSheets, the Iron & Steel Institute of Japan,pp 15，1995)。圖1是示出對(duì)單晶所進(jìn)行的確定鐵損與鋼板的實(shí)際晶 體取向相對(duì)于高斯取向的偏移角之間的相互關(guān)系的實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的圖表。如圖1圖表所示， 相對(duì)于高斯取向的偏移角(即所稱的β角的絕對(duì)值，將在下文對(duì)其進(jìn)行描述)為約2°C時(shí) 顯示出最低鐵損。因此，晶粒取向電工鋼板通常制造為使其晶體取向相對(duì)于高斯取向的偏 移角盡可能接近2。電工鋼板為多晶材料，其取向可通過(guò)計(jì)算考慮晶粒面積時(shí)各晶粒的取 向偏離高斯取向的角度中β角的絕對(duì)值的面積權(quán)重平均值(area-weight average)而獲 得。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，表述“各晶粒的取向偏離高斯取向的角度中β角的絕對(duì)值的面積權(quán)重平 均值”簡(jiǎn)稱為“高斯取向偏移角”。參考圖2，高斯取向偏移角由角α、β和Y表示。公知的是，控制角β是控制電 工鋼板磁性能的最有效方式。因此，高斯取向偏移角β在本發(fā)明說(shuō)明書(shū)整篇中簡(jiǎn)稱為高斯 取向偏移角。為了制造取向接近高斯取向的鋼板，必須使所有晶體的取向均與高斯取向匹配。 然而，由于電工鋼板通過(guò)軋制板坯制造，因而它們都不可避免地具有多晶結(jié)構(gòu)。因此，各個(gè) 晶體具有不同的取向，要使各晶體的取向接近于高斯取向還需要專門(mén)的操作。換言之，盡管具有多晶結(jié)構(gòu)的軋制鋼板包括取向接近于高斯取向的晶體，但其主 要包括取向與高斯取向極為不同的晶體。因此，當(dāng)以其本身的形式使用取向不同于高斯取 向的晶體時(shí)，難以生產(chǎn)出具有優(yōu)良磁性能的電工鋼板。因此，具有多晶結(jié)構(gòu)的鋼板必須再結(jié) 晶以使鋼板中僅存留取向接近于高斯取向的晶體。再結(jié)晶過(guò)程中優(yōu)先生長(zhǎng)的晶體的取向由 再結(jié)晶溫度決定。因而，當(dāng)適當(dāng)控制再結(jié)晶溫度時(shí)，取向接近于高斯取向的晶體可優(yōu)先生 長(zhǎng)。因此，鋼板在再結(jié)晶過(guò)程之前具有小部分取向接近高斯取向的晶體，而在再結(jié)晶過(guò)程之 后具有大部分取向接近高斯取向的晶體。這種再結(jié)晶過(guò)程稱為二次再結(jié)晶，從而使其可區(qū) 別于之前的初次再結(jié)晶(將在下文描述)。在二次再結(jié)晶之前，實(shí)施初次再結(jié)晶以使晶體均勻分布。通常，初次再結(jié)晶在冷軋過(guò)程后進(jìn)行的脫碳退火之后立即進(jìn)行或與之同時(shí)進(jìn)行。通過(guò)初次再結(jié)晶過(guò)程，可形成粒徑 均勻適宜的晶粒。毫無(wú)疑問(wèn)，由于所述晶粒在各個(gè)方向上取向均勻，該晶粒取向電工鋼板中 具有高斯取向的晶粒所占最終分?jǐn)?shù)極低。如上所述，初次再結(jié)晶鋼板可通過(guò)將其在能使鋼板具有高斯取向的適宜溫度下進(jìn) 行二次再結(jié)晶而制造為具有高斯取向和優(yōu)良磁性能的鋼板。在此期間，如果初次再結(jié)晶鋼 板中具有不同取向的晶粒具有不同的尺寸，則由于“尺寸優(yōu)勢(shì)”(即較大晶粒比較小晶粒穩(wěn) 定)，無(wú)論晶粒的取向如何，較大晶粒很可能在數(shù)量上超過(guò)較小晶粒，即便該初次再結(jié)晶鋼 板是在能使鋼板具有高斯取向的適宜溫度下進(jìn)行二次再結(jié)晶。因此，取向偏離高斯取向的 晶粒的分?jǐn)?shù)可能增加。因此，在初次再結(jié)晶期間，晶粒必須以均勻和適宜的尺寸分布。如果晶粒過(guò)細(xì)，則 界面能可由于晶體界面面積的增加而增加，從而導(dǎo)致晶粒不穩(wěn)定。在該情況下，二次再結(jié)晶 在過(guò)低溫度下進(jìn)行，因而取向偏離高斯取向的晶?？赡懿焕卮罅慨a(chǎn)生。晶粒的適宜尺寸 可根據(jù)所添加元素(抑制劑)的種類而變化，將在下文對(duì)此進(jìn)行說(shuō)明。當(dāng)初次再結(jié)晶晶粒在適宜溫度下進(jìn)行再結(jié)晶時(shí)，可優(yōu)先較大量產(chǎn)生適于晶粒取向 電工鋼板并具有高斯取向的晶粒。因此，必須將晶粒加熱至適宜溫度。然而，晶粒在加熱至 適宜溫度之前會(huì)不可避免地暴露于低溫范圍。如果晶粒在該低溫范圍再結(jié)晶，具有高斯取 向的晶粒就不能優(yōu)先較大量獲得。因此，需要一種能抑制晶粒生長(zhǎng)以防止晶粒在加熱至適 宜溫度之前再結(jié)晶的方法。在鋼板中起該作用的方法可通過(guò)使添加至鋼板中的元素進(jìn)行偏 析或沉淀而獲得。起該作用的成分稱為抑制劑。在將晶粒加熱至適宜的二次再結(jié)晶溫度之前，抑制劑以沉淀物或偏析物的形式存 在于晶界周圍，以抑制晶粒的進(jìn)一步生長(zhǎng)。而后，當(dāng)晶粒加熱至適宜(二次再結(jié)晶)溫度時(shí)， 抑制劑即溶解或分解，從而促使晶粒不受限制地生長(zhǎng)。廣泛用作抑制劑的上述成分的實(shí)例包括MnS和MnSe。例如，日本專利公布文本No. Sho 51-13469公開(kāi)了一種制造電工鋼板的方法。在 該文本中，晶粒取向鋼板通過(guò)一系列工藝制造，包括板坯的加熱、熱軋、熱軋板的退火、第一 冷軋、中間退火、第二冷軋、脫碳退火和最終退火，并且使用MnSe和Sb作為抑制劑。此外， 日本專利公布文本No. Sho 30-3651公開(kāi)了一種制造晶粒取向電工鋼板的技術(shù)。在該文本 中，晶粒取向電工鋼板通過(guò)包括中間退火的兩個(gè)冷軋步驟制造，并且使用MnS作為抑制劑。 使用MnS作為抑制劑的方法的另一個(gè)實(shí)例公開(kāi)于日本專利公布文本No. Sho 40-15644中。 在該文本中，使用MnS和AlN作為抑制劑，并通過(guò)一步冷軋工藝以超過(guò)80 %的高壓下率獲得 了具有高磁通密度的產(chǎn)品。同時(shí)，使用MnS作為抑制劑的方法的缺點(diǎn)在于，必須將板坯在極高的溫度下再熱 以形成MnS。換言之，由于MnS在板坯中以粗沉淀物的形式存在，因而其不能作為用于制造 晶粒取向電工鋼板的抑制劑。因此，必須將MnS溶解然后均勻分布。為此目的，必須將板坯 加熱至MnS可以溶解的溫度。使MnS溶解的溫度極高，即約1300°C或更高，甚至當(dāng)考慮到熱 力學(xué)平衡時(shí)也是如此。事實(shí)上，板坯必須再熱至更加高得多的溫度，例如約1400°C，以足夠 快速地將MnS溶解，從而使MnS可用于各種工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。然而，當(dāng)將板坯加熱至所述高溫時(shí)，加熱板坯可消耗大量能量，并且板坯的表面可 能熔化，從而導(dǎo)致維修再熱爐的費(fèi)用較高以及再熱爐的壽命降低。
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在這方面，需要一種可降低板坯再熱溫度的抑制劑。為了應(yīng)對(duì)該需求，已提供了一 種氮化物基抑制劑。所述氮化物基抑制劑的優(yōu)點(diǎn)如下所述。氮可通過(guò)氮?dú)鈿夥罩兴纬傻?條件引入，所述條件能使氮在脫碳退火之后立即或與脫碳退火同時(shí)容易地引入鋼板中。因 此，引入鋼板中的氮與鋼板中能形成氮化物的成分反應(yīng)以形成氮化物，該氮化物起抑制劑 的作用。所述氮化物的實(shí)例包括諸如A1N、(Al，Si)N等成分。由于冷軋鋼板可在適宜溫度下在對(duì)其脫碳退火的同時(shí)或在對(duì)其脫碳退火之后被 氮化，因而冷軋鋼板的再熱溫度可接近熱軋過(guò)程中的常規(guī)再熱溫度。這種再熱模式在制造 晶粒取向電工鋼板領(lǐng)域稱為“低溫再熱”。通過(guò)上述低溫再熱制造晶粒取向電工鋼板的方法的實(shí)例公開(kāi)于日本專利公布 文本No. Hei 1-230721和Hei 1-283324以及韓國(guó)專利特開(kāi)公布文本No. 97-48184和 97-28305中。在上述方法中，使用氨氣來(lái)產(chǎn)生氮?dú)鈿夥?。通常，氨氣在約500°C或更高的溫 度易于分解為氫氣和氮?dú)?。因此，可利用氨氣的特性?lái)向鋼板提供氮。然而，基于上述氮化方法的低溫再熱工藝的問(wèn)題還在于，僅通過(guò)使用氮不可能提 高鋼板的磁性能。為了進(jìn)一步提高晶粒取向電工鋼板的磁性能，在二次再結(jié)晶期間以高斯取向生長(zhǎng) 的晶粒的分?jǐn)?shù)可通過(guò)添加其他可作為抑制劑的成分而增加。或者，在二次再結(jié)晶期間具有 高斯取向的晶粒的分?jǐn)?shù)可通過(guò)提高在初次再結(jié)晶期間具有高斯取向的晶粒的分?jǐn)?shù)而增加。 此外，初次再結(jié)晶晶粒的尺寸可均勻分布以防止不具有高斯取向的晶粒在二次再結(jié)晶期間 由于尺寸優(yōu)勢(shì)而生長(zhǎng)得更大。所提出的常規(guī)方法可通過(guò)例如改善鋼板組成而實(shí)施。換言之，當(dāng)將元素例如Sn、 Sb和P添加至電工鋼板中時(shí)，該電工鋼板的磁性能可由于下述原因而大大改善。這就是說(shuō)，Sb和Sn用以提高在初次再結(jié)晶組織中具有{110}<001>取向的晶粒的 分?jǐn)?shù)，并使硫化物均勻沉淀。此外，當(dāng)添加的Sb和Sn的含量超過(guò)預(yù)定值時(shí)，可防止在脫碳 退火期間發(fā)生氧化反應(yīng)。因此，可提高脫碳退火的溫度，而這又使晶粒取向電工鋼板上更易 形成第一涂膜。此外，由于上述元素可通過(guò)晶界處的沉淀作用防止晶粒生長(zhǎng)，因而可使二次 再結(jié)晶晶粒的粒徑減小。此處，精細(xì)二次再結(jié)晶晶粒的形成會(huì)引起磁疇最小化效應(yīng)。已知P用于改善初次再結(jié)晶期間的織構(gòu)。也就是說(shuō)，P用于提高初次再結(jié)晶期間 具有高斯取向的晶粒的分?jǐn)?shù)。日本專利公布文本 No.Hei 2-294428 和 Hei 11-335794 以及 No. 2006-241503、 2007-254829和2007-051338公開(kāi)了將諸如Sn、Sb和P等元素加入晶粒取向電工鋼板中。特別是，在這些文獻(xiàn)中，日本專利公布文本No. Hei 2_294428公開(kāi)了一種具有高 磁通密度的晶粒取向電工鋼板，其中將0. 0007至0. 045重量％的P加入晶粒取向電工鋼板 中。此外，日本專利公布文本No. 2006-241503公開(kāi)了一種制造具有穩(wěn)定磁性能的硅鋼板的 方法，所述方法通過(guò)將0. 015至0. 07重量％的P與其他成分一起加入，必要時(shí)還加入0. 005 至0. 2重量％的Sb和0. 01至0. 5重量％的Sn中的一種或多種而進(jìn)行。日本專利公布文本No. 2007-254829公開(kāi)了一種制造具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向 電工鋼板的方法，所述方法通過(guò)必要時(shí)加入0. 02至0. 30重量％的Sn、Sb和P中的一種或 多種而進(jìn)行。此外，日本專利公布文本No. 2007-051338公開(kāi)了一種制造在45度方向上具 有出色磁性能的晶粒取向電工鋼板的方法，所述方法通過(guò)加入0. 2重量％或更少的P，必要
5時(shí)還加入0. 001至0. 02重量％的Sb和0. 002至0. 1重量％的Sn中的一種或多種而進(jìn)行。日本專利公布文本No. Hei 11-335794還公開(kāi)了一種通過(guò)向電工鋼板的組分體系 中加入0. 0005 M 2.0重量％的至少一種選自Sn、Sb、P、B、Bi、Mo、Te和Ge的元素而制造電 工鋼板的方法。盡管上述專利文獻(xiàn)公開(kāi)了添加諸如Sn、Sb和P等元素，但是所公開(kāi)的上述元素的 含量范圍很寬。此外，專利文獻(xiàn)中僅簡(jiǎn)單地公開(kāi)了鋼板中含有一種或多種所述元素。也就 是說(shuō)，盡管常規(guī)的研究已發(fā)現(xiàn)了加入SruSb和P可改善電工鋼板的磁性能，但是它們并沒(méi)有 公開(kāi)各種元素的適宜含量以及所述元素間的相互作用可能產(chǎn)生的協(xié)同效應(yīng)。因此，通過(guò)加 入適宜含量的元素來(lái)改善電工鋼板磁性能的具體方案仍有待提供。含有SruSb和P的電工鋼板的初次再結(jié)晶和二次再結(jié)晶行為與僅含有抑制劑的常 規(guī)電工鋼板不同。然而，現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有提供針對(duì)此問(wèn)題的解決方案。也就是說(shuō)，具有上 述元素的鋼，與不具有上述元素的鋼相比，初次再結(jié)晶粒徑更小，對(duì)二次再結(jié)晶的抑制作用 更強(qiáng)。然而，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有公開(kāi)考慮上述觀點(diǎn)而控制退火過(guò)程的有關(guān)內(nèi)容。除了上述考慮之外，二次再結(jié)晶發(fā)生在制造電工鋼板的方法的一系列過(guò)程例如板 坯熱軋、熱軋鋼板的退火、冷軋、脫碳退火和最終退火中的最終退火過(guò)程中。當(dāng)開(kāi)始溫度過(guò) 度增加并維持較長(zhǎng)時(shí)間以進(jìn)行二次再結(jié)晶時(shí)，可能導(dǎo)致生產(chǎn)率的下降。這就是說(shuō)，由于最終退火通過(guò)將卷曲鋼板加熱至高溫而進(jìn)行，因而卷曲鋼板之間 可能彼此粘附。因此，將各卷曲鋼板的表面涂布退火隔離劑(其主要含有MgO)，然后再進(jìn) 行最終退火。此處，由于各卷曲鋼板表面涂布了 MgO和水分(即以漿體形式)，因而各冷軋 鋼板要進(jìn)行兩步均熱過(guò)程。所述兩步均熱過(guò)程分為第一均熱過(guò)程，其中將鋼板中的水分從 漿體中除去；以及第二均熱過(guò)程，其中在第一均熱過(guò)程之后，將鋼板加熱至二次再結(jié)晶溫度 后，將鋼板維持在適宜溫度。在第一均熱過(guò)程中，與MgO共存的水分被除去，并且鋼板中所含的Si發(fā)生反應(yīng)，從 而在鋼板表面上形成一層MgO-SiO復(fù)合氧化物膜。如上所述，優(yōu)先生長(zhǎng)的晶粒的取向由二次再結(jié)晶溫度決定。因此，二次再結(jié)晶溫度 必須精確控制。也就是說(shuō)，當(dāng)抑制劑例如MnS或AlN再溶解于鋼板中時(shí)二次再結(jié)晶發(fā)生。因 此，最有利的是，在盡可能窄的溫度范圍內(nèi)迅速除去抑制劑。如果溫度急劇升高，則抑制劑 可能就在寬的溫度范圍內(nèi)除去。在該情況下，具有各種取向的晶粒也可生長(zhǎng)。因此，難以獲 得具有優(yōu)良磁性能并含有優(yōu)先地較大量的取向接近高斯取向的晶粒的晶粒取向電工鋼板。 因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，鋼板被極緩慢地、特別是以10至17°C的速率加熱至二次再結(jié)晶溫度。 然而，在以如此緩慢的速率加熱鋼板時(shí)，將鋼板加熱至第二均熱過(guò)程的溫度需要過(guò)長(zhǎng)的時(shí) 間，從而導(dǎo)致低的生產(chǎn)率。此外，雖然已作為抑制劑使用的AlN和MnS可用于提高二次再結(jié)晶期間具有高斯 取向的晶粒的分?jǐn)?shù)，但是它們不利于最終晶粒取向電工鋼板的磁性能。因此，有利的是，在 二次再結(jié)晶之后除去抑制劑。當(dāng)電工鋼板在控制的氣氛中維持在高溫時(shí)，可將所述成分除 去。因此，第二均熱過(guò)程在高溫實(shí)施。由于使N和S元素以及孤島晶粒(island grain)降 低，第二均熱過(guò)程是極有利的。然而，在大多數(shù)電工鋼板中，為了形成大量抑制劑，即AlN和 MnS,將大量的N和S溶解至鋼板中后才進(jìn)行初次和二次再結(jié)晶過(guò)程。因此，需要太長(zhǎng)的時(shí) 間來(lái)實(shí)施第二均熱過(guò)程以除去大量的N和S，從而導(dǎo)致低的生產(chǎn)率。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，因此，本發(fā)明一方面提供一種通過(guò)將Sn、Sb 和P的含量調(diào)節(jié)至適宜范圍、最優(yōu)化所述元素之間的相互關(guān)系并加入另外的磁性改善元素 而具有進(jìn)一步改善的磁性能的晶粒取向電工鋼板。此外，本發(fā)明的另一方面提供一種制造晶粒取向電工鋼板的方法，根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)示例性實(shí)施方案，其解決了制造具有優(yōu)良性能的電工鋼板的過(guò)程中易于引起的生產(chǎn)率 低的問(wèn)題。本發(fā)明的又一方面提供一種具有適合組分體系的加熱模式的制造晶粒取向電工 鋼板的方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了這樣一種晶粒取向電工鋼板，其實(shí)質(zhì)上包含 0. 03-0. 07 重量％的 Sn、0. 01-0. 05 重量％的 Sb 和 0. 01-0. 05 重量％的 P。在該情形下，P+0. 5Sb可在0. 0370-0. 0630范圍內(nèi)(其中P和Sb分別代表相應(yīng)元
素的含量(以重量％計(jì)))。此外，晶粒取向電工鋼板還可包含以下元素中的一種或多種1. 40重量％或更少 的As、0. 50重量％或更少的Cu、0. 1重量％或更少的Bi、l. 40重量％或更少的Te、l. 40重 量％或更少的Ni、0. 35重量％或更少的Cr、l. 40重量％或更少的Pb以及總量為1. 40重 量％或更少的至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。此外，晶粒取向電工鋼板還可包含2. 0-4. 0重量％的Si、0. 020-0. 040重量％的酸 溶性Al和0. 01-0. 20重量％的胞。此外，電工鋼板的晶體取向可偏離高斯取向小于3度。另外，晶粒取向電工鋼板可由一種還含有0. 04-0. 07重量％的C、10_55ppm的N和 0. 0010-0. 0055重量％的S的鋼板坯制造。此外，還提供一種制造電工鋼板的方法。此處，所述方法包括通過(guò)將一種鋼板 坯熱軋、退火和冷軋制造一種鋼板，其中所述鋼板坯實(shí)質(zhì)上包含0. 03-0. 07重量％的Sn、 0. 01-0. 05重量％的Sb和0. 01-0. 05重量％的P ；將所述冷軋鋼板在800-950°C的溫度范 圍內(nèi)進(jìn)行脫碳和氮化退火過(guò)程；和對(duì)所述退火鋼板進(jìn)行最終退火。其中，當(dāng)所述最終退火操 作包括第一均熱、加熱和第二均熱操作時(shí)，加熱溫度開(kāi)始時(shí)以18-75°C /小時(shí)的加熱速率上 升，然后在900-1020°C的范圍內(nèi)以10-15°C /小時(shí)的速率上升。在此情況下，P+0. 5Sb可在0. 0370-0. 0630范圍內(nèi)(其中P和Sb分別代表相應(yīng)元
素的含量(以重量％計(jì)))。此外，所述鋼板坯還可包含以下元素中的一種或多種1.40重量％或更少的As、 0. 50重量％或更少的Cu、0. 1重量％或更少的Bi、l. 40重量％或更少的Te、l. 40重量％或 更少的Ni、0. 35重量％或更少的Cr、l. 40重量％或更少的Pb以及總量為1. 40重量％或更 少的至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。此外，所述鋼板坯還可包含2. 0-4. 0重量％的Si、0. 020-0. 040重量％的酸溶性 Α1、0· 01-0. 20 重量％&Μη、0. 04-0. 07 重量％ 的 C、10_55ppm 的 N 和 0. 0010-0. 0055 重量％的S。此外，再熱鋼板坯的操作可包括控制加熱溫度以使再溶解的N的含量可在 10-40ppm范圍內(nèi)。另外，鋼板坯的加熱溫度可在1050_1250°C范圍內(nèi)。此外，第二均熱溫度在1150_1250°C范圍內(nèi)。有益效果根據(jù)本發(fā)明，具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板可通過(guò)優(yōu)化添加元素的含量并 最大限度地利用所述元素之間的協(xié)同效應(yīng)而制造，這可解決在晶粒取向電工鋼板制造過(guò)程 中易于引起的生產(chǎn)率低的問(wèn)題。


圖1是示出鐵損隨鋼板晶體取向與高斯取向的偏移角(如圖2中所示的β角) 的變化的圖表。圖2是示出高斯取向偏移角的概念視圖，所述高斯取向偏移角由α、β和Y表
7J\ ο圖3是示出加入預(yù)定含量范圍的Sn、Sb和P時(shí)，鐵損改善超出現(xiàn)有技術(shù)所預(yù)期的 限度的圖表。圖4是示出具有含量固定的Sb和P及含量增加的Sn的鐵損改善的圖表。圖5是示出具有含量固定的Sn和P及含量增加的Sb的鐵損改善的圖表。圖6是示出具有含量固定的Sn和Sb及含量增加的P的鐵損改善的圖表。圖7是示出具有含量固定的Sn和含量增加的P和Sb的鐵損改善的圖表。圖8是示出使用式P+0. 5Sb的圖7的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式下文將詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案。本發(fā)明發(fā)明人已經(jīng)對(duì)含有SruSb和P的常規(guī)電工鋼板的組分體系中的SruSb和P 的含量以及對(duì)可通過(guò)控制上述元素而產(chǎn)生的電工鋼板磁性能改善的效果進(jìn)行了深入研究。 在該深入研究中，本發(fā)明發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過(guò)適當(dāng)控制所述元素的含量范圍、控制所述元素之 間的相互關(guān)系以及除SruSb和P之外還添加As，可獲得比先前預(yù)想的優(yōu)良得多的閾值效果。 因此，基于上述事實(shí)而作出本發(fā)明。本發(fā)明的概念示于圖3中。具體而言，圖3是概念性地示出鐵損相對(duì)于Sn、Sb或 P的含量的變化的圖表。在圖3中，橫軸代表SruSb或P的含量，縱軸代表鐵損。參照?qǐng)D3，當(dāng)SruSb或P的含量落入常規(guī)含量范圍內(nèi)時(shí)，已知鐵損的變化形成一條 連續(xù)的線，所述線在適宜范圍內(nèi)具有局部極小點(diǎn)。然而，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方 案，當(dāng)在常規(guī)含量范圍內(nèi)限定某一條件時(shí)，鐵損可明顯降低。也就是說(shuō)，當(dāng)Sn、Sb或P的含 量落入圖3所示的常規(guī)含量范圍內(nèi)時(shí)，可預(yù)測(cè)的是，鐵損的變化會(huì)形成連續(xù)的線，鐵損沒(méi)有 顯著的改變。但是，本發(fā)明發(fā)明人所做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，當(dāng)所述元素的含量落入預(yù)定范圍內(nèi) 時(shí)，對(duì)鐵損的改善可獲得現(xiàn)有技術(shù)所無(wú)法預(yù)料的顯著效果?？刂葡鄳?yīng)元素的含量落入預(yù)定含量范圍不足以達(dá)到鐵損改善的效果。鐵損改善的
8效果可在三種元素同時(shí)添加時(shí)獲得。也就是說(shuō)，即使在常規(guī)范圍內(nèi)改變Sb的含量，也不可 能獲得圖3中所示的對(duì)鐵損改善的顯著效果。所述效果僅當(dāng)Sn和P以適宜量同時(shí)添加時(shí)方 可獲得。因此，三種元素必須同時(shí)添加，并且其含量范圍必須同時(shí)控制在適宜含量。在此情 況下，可獲得本發(fā)明所追求的關(guān)鍵效果。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了這一點(diǎn)。也就是說(shuō)，根據(jù)實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，當(dāng)添加Sb和P而不使用Sn時(shí)，可局部檢測(cè)到小晶粒。所述局部檢測(cè)到的小晶粒被認(rèn) 為是具有非高斯取向的取向的微量晶粒，因而可導(dǎo)致電工鋼板的磁性能變差。然而，當(dāng)Sn、 Sb和P同時(shí)添加時(shí)，可獲得均勻的二次再結(jié)晶晶粒，并且RD//
織構(gòu)可較強(qiáng)地形成于初 次再結(jié)晶鋼板中。此外，當(dāng)同時(shí)控制P和Sb各自的含量范圍時(shí)，還可產(chǎn)生另外的關(guān)鍵的協(xié)同效應(yīng)。因 此，P和Sb的含量需要通過(guò)一個(gè)式子來(lái)控制。因此，在本發(fā)明中，在電工鋼板的各元素中，SruSb和P的含量控制如下，并且P和 Sb含量之間的關(guān)系(如下式所定義)控制在適宜范圍內(nèi)1) Sn 0. 03-0. 07 重量％2) Sb :0· 01-0. 05 重量％3)Ρ :0· 01 至 0. 05 重量％4)P+0. 5Sb:0.0370-0.0630(其中P和Sb分別代表相應(yīng)元素的含量(以重量％ 計(jì)))。各元素的含量如上所示確定，原因如下。Sn :0· 03-0. 07 重量％Sn用于通過(guò)增加具有{110} <001>取向的次級(jí)核的數(shù)量來(lái)減小二次再結(jié)晶晶粒的 尺寸。因此，Sn的添加改善了鐵損性能。此外，Sn通過(guò)晶界偏析在抑制晶粒生長(zhǎng)方面起重要 作用，并且補(bǔ)償了由于AlN顆粒變粗和Si含量增加而造成的抑制晶粒生長(zhǎng)效果的降低。因 此，即使存在相對(duì)較高含量的Si，也能成功形成具有{110}<001>取向的二次再結(jié)晶織構(gòu)。 也就是說(shuō)，可增加Si含量而不會(huì)對(duì)具有{110}<001>取向的二次再結(jié)晶織構(gòu)的形成產(chǎn)生任 何不利影響，而且還可減小最終厚度。如上所述，在其他元素的含量調(diào)節(jié)至適宜范圍的情況 下，Sn含量?jī)?yōu)選在0. 03-0. 07重量％范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，當(dāng)控制Sn含量使其如上所述落入 0.03-0. 07重量％范圍內(nèi)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法預(yù)料的鐵損的不連續(xù)的突然降低。因 此，優(yōu)選將Sn的含量控制在上述范圍內(nèi)。此外，如果Sn含量過(guò)高，則會(huì)引起脆性增加。而 如果將Sn含量控制在上述范圍內(nèi)，則可降低脆性。Sb :0. 01-0. 05 重量％Sb用于通過(guò)晶界偏析來(lái)抑制初次再結(jié)晶晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)。由于添加Sb以抑制初 次再結(jié)晶期間晶粒的生長(zhǎng)，因而可消除鋼板在厚度方向上的初次再結(jié)晶晶粒尺寸的不均勻 化，同時(shí)還可以穩(wěn)定的方式形成二次再結(jié)晶晶粒。由此，可制造具有更出色磁性能的晶粒取 向電工鋼板。特別是，當(dāng)Sb含量在0.01-0. 5重量％范圍內(nèi)時(shí)，Sb的效果可改善至現(xiàn)有技 術(shù)無(wú)法預(yù)料的程度。如上所述，Sb用于通過(guò)晶界偏析而抑制初次再結(jié)晶晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)。 然而，如果Sb的添加量為0. 01重量％或更少，則其可能不能恰當(dāng)?shù)匕l(fā)揮作用。如果Sb的 添加量為0. 05重量％或更多，則初次再結(jié)晶晶粒的尺寸會(huì)變得過(guò)小。因此，二次再結(jié)晶的 初始溫度可能較低，由此使磁性能變差，或者可能對(duì)晶粒生長(zhǎng)產(chǎn)生過(guò)強(qiáng)的抑制效果，由此抑 制二次再結(jié)晶晶粒的形成。
P :0· 01-0. 5 重量％P用于促進(jìn)低溫加熱的晶粒取向電工鋼板中初次再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)。因此，P會(huì) 提高二次再結(jié)晶的溫度，從而增加最終產(chǎn)品中{110}<001>取向晶粒的集結(jié)密度。如果初 次再結(jié)晶晶粒過(guò)大，二次再結(jié)晶會(huì)變得不穩(wěn)定。但只要發(fā)生二次再結(jié)晶，則大的初次再 結(jié)晶晶粒更有利于提高二次再結(jié)晶溫度。同時(shí)，P不僅能通過(guò)增加初次再結(jié)晶板中具有 {110}<001>取向的晶粒的數(shù)目來(lái)降低最終產(chǎn)品的鐵損，而且還能通過(guò)使得初次再結(jié)晶板中 的{111}<112>織構(gòu)強(qiáng)壯生長(zhǎng)來(lái)增加最終產(chǎn)品中{110}<001>取向晶粒的集結(jié)密度，由此增 加最終產(chǎn)品的磁通密度。此外，P在二次再結(jié)晶退火期間甚至在約1000°c的高溫時(shí)在晶界 偏析，由此推遲沉淀物的分解，從而增強(qiáng)抑制效果。當(dāng)P含量限于0. 01-0. 05重量％時(shí)，可 獲得現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法預(yù)料的對(duì)鐵損改善的顯著效果。為了充分表現(xiàn)出P的作用，P需要以 0. 01重量％或更多的量添加。然而，如果P的添加量為0. 05重量％或更多，則初次再結(jié)晶 晶粒的尺寸可能會(huì)減小而不是增加。這樣，二次再結(jié)晶就會(huì)不穩(wěn)定地進(jìn)行，而且鋼板的冷軋 性能可能變差，并且鋼的脆性增加。P+0. 5Sb :0. 0370-0. 0630 (其中P和Sb分別代表相應(yīng)元素的含量(以重量％計(jì)))根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人所做實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，當(dāng)添加各元素并將P+0. 5Sb含量控制在上述 范圍內(nèi)時(shí)，大大改善了鐵損性能。這是因?yàn)樯鲜鲈氐奶砑赢a(chǎn)生了協(xié)同效應(yīng)，并且當(dāng)元素含 量滿足上式范圍時(shí)，與元素的其他數(shù)值范圍相比，所述協(xié)同效應(yīng)突然達(dá)到最大值。因此，除 了控制各元素的含量外，更有利的是將p+0. 5Sb含量控制在上述范圍內(nèi)。當(dāng)將電工鋼板中各元素的含量限于上述范圍時(shí)，鋼板的取向變得接近高斯取 向，因而大大改善了鋼板的磁性能。因此，具有本發(fā)明有益效果的電工鋼板實(shí)質(zhì)上包括 0. 03-0. 07重量％的Sn、0. 01-0. 5重量％的Sb和0. 01-0. 05重量％的P。除了將所述元素 的含量限制為上述相應(yīng)范圍之外，還可將p+0. 5Sb的含量(其中P和Sb分別代表相應(yīng)元素 的含量(以重量％計(jì)))限制為0. 0370-0. 0630。除了如上所述控制SruSb和P各自的含量之外，當(dāng)適量添加至少一種選自As、Cu、 Bi、Te、Ni、Cr、Pb、Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素時(shí)，鋼板的磁性能可由于其有益效果而進(jìn) 一步改善，所述有益效果例如控制二次再結(jié)晶的溫度和使晶粒尺寸均勻化。添加各元素的 原因更詳細(xì)描述如下。As:1.40重量％或更少根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，As是一種通過(guò)協(xié)助諸如P、Sb和Sn等抑制劑發(fā)揮作用 而進(jìn)一步增強(qiáng)磁性能的元素。當(dāng)添加As時(shí)，二次再結(jié)晶的開(kāi)始溫度會(huì)增加，因而二次再結(jié) 晶可在有利于具有高斯取向的晶粒的生長(zhǎng)的溫度穩(wěn)定地發(fā)生。然而，如果As的添加量高于 1.40重量％，則會(huì)不可避免地使鋼板退火期間形成的膜劣化以及使磁性能劣化。因此，As 含量限于1.40重量％。即使As含量不足，磁性能也不會(huì)像絲毫不添加As—樣劣化。但是， 在此情況下，難以獲得添加As的有益效果。因此，更有利的是As的添加量為0. 003重量％ 或更高，以獲得有益效果。Cu :0· 50重量％或更少Cu可在熱軋期間沉淀為精細(xì)顆粒形式，其用作初次再結(jié)晶晶粒生長(zhǎng)的抑制劑。特 別是，當(dāng)脫碳過(guò)程與氮化過(guò)程同時(shí)進(jìn)行時(shí)，Cu的效果顯著。然而，當(dāng)脫碳過(guò)程與氮化過(guò)程同 時(shí)進(jìn)行時(shí)，與氮化過(guò)程在脫碳過(guò)程之后進(jìn)行相比，初次再結(jié)晶晶粒的尺寸變得更不均勻。當(dāng)
10初次再結(jié)晶晶粒的尺寸變得更不均勻時(shí)，過(guò)度生長(zhǎng)的晶粒會(huì)由于其尺寸優(yōu)勢(shì)而被二次再結(jié) 晶，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)品的磁性能劣化。該問(wèn)題可通過(guò)適量添加Cu這一形成硫化物的元素來(lái) 解決。也就是說(shuō)，當(dāng)Cu的添加量極小時(shí)，可形成精細(xì)硫化物并增加其數(shù)量。換言之，Cu會(huì)在 熱軋期間精細(xì)地沉淀至硫化物中，并抑制初次再結(jié)晶晶粒的過(guò)度生長(zhǎng)。因此，晶粒的尺寸可 變得均勻，從而可在二次再結(jié)晶期間僅選擇性地沉淀高斯晶粒。由此，可制造具有出色磁性 能的晶粒取向電工鋼板。如果Cu的添加量高于0. 50重量％，則初次再結(jié)晶晶粒的尺寸會(huì)變 得過(guò)小。這樣，可能會(huì)降低二次再結(jié)晶的開(kāi)始溫度，而這又會(huì)使磁性能劣化。因此，Cu含量 可限于0.50重量％。即使Cu含量不足，與絲毫不添加Cu相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而， 在此情況下，難以獲得添加Cu的有益效果。因此，更有利的是Cu的添加量為0. 05重量％ 或更高，以獲得有益效果。Bi 0. 1重量％或更少在本發(fā)明中，除了所需組成外，Bi可以0. 1重量％或更少的量添加。本發(fā)明發(fā)明 人的研究表明，Bi用作輔助抑制劑以提高二次再結(jié)晶的開(kāi)始溫度并使二次再結(jié)晶穩(wěn)定。因 此，添加Bi能夠產(chǎn)生具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板。如果Bi的添加量高于0. 1重 量％，則會(huì)無(wú)法避免地使在鋼板退火期間形成的膜劣化和使磁性能劣化。因此，Bi含量限于 0.1%。即使Bi含量不足，與絲毫不添加Bi相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而，在此情況下， 難以獲得添加Bi的有益效果。因此，更有利的是Bi的添加量為0.005重量％或更高，以獲 得有益效果。Te :1· 40重量％或更少根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，Te是一種通過(guò)協(xié)助諸如P、Sb和Sn等抑制劑發(fā)揮作用 而進(jìn)一步增強(qiáng)磁性能的元素。當(dāng)添加Te時(shí)，二次再結(jié)晶的引發(fā)溫度增加，因而二次再結(jié)晶 可在有利于具有高斯取向的晶粒的生長(zhǎng)的溫度穩(wěn)定地發(fā)生。然而，如果Te的添加量超過(guò) 1.40重量％，則不可避免地使鋼板退火期間形成的膜劣化和使磁性能劣化。因此，Te含量 限于1.40重量％。即使Te含量不足，與絲毫不添加Te相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而，在 此情況下，難以獲得添加Te的有益效果。因此，更有利的是Te的添加量為0. 01重量％或 更高，以獲得有益效果。Ni 1 · 40重量％或更少根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，Ni可改善熱軋鋼板的結(jié)構(gòu)，并用作提高二次再結(jié)晶開(kāi) 始溫度的輔助抑制劑，且使二次再結(jié)晶穩(wěn)定。因此，當(dāng)添加M時(shí)，可產(chǎn)生具有優(yōu)良磁性能的 晶粒取向電工鋼板。如果Ni的添加量超過(guò)1.40重量％，則會(huì)不可避免地使鋼板退火期間 形成的膜劣化和使磁性能劣化。因此，Ni含量限于1.40重量％。即使Ni含量不足，與絲毫 不添加Ni相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而，在此情況下，難以獲得添加Ni的有益效果。因 此，更有利的是M的添加量為0. 01重量％或更高，以獲得有益效果。Cr :0· 35重量％或更少Cr是一種形成鐵素體的元素，其可使初次再結(jié)晶晶粒生長(zhǎng)并增加初次再結(jié)晶板中 具有{110}<001>取向的晶粒的數(shù)量。因此，當(dāng)添加Cr時(shí)，可產(chǎn)生具有低鐵損和高磁通密度 的晶粒取向電工鋼板。此處，如果Cr的添加量高于0. 35重量％，就會(huì)在同時(shí)進(jìn)行的脫碳和 氮化退火過(guò)程期間于鋼板表面形成一層致密氧化物膜，從而抑制氮化。因此，Cr含量限于 0.35重量％。即使Cr含量不足，與絲毫不添加Cr相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而，在此情況下，難以獲得添加Cr的有益效果。因此，更有利的是Cr的添加量為0. 02重量％或更高， 以獲得有益效果。 13:1.4重量％或更少在本發(fā)明中，除了所需含量的元素外，可以以1.40重量％或更少的量添加Pb。本 發(fā)明發(fā)明人的研究表明，Pb作為輔助抑制劑而提高二次再結(jié)晶開(kāi)始溫度，并使二次再結(jié)晶 穩(wěn)定。因此，當(dāng)添加Pb時(shí)，可產(chǎn)生具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板。如果Pb的添加量 高于1. 40重量％，則會(huì)不可避免地使鋼板退火期間形成的膜劣化和使磁性能劣化。因此， Pb含量限于1. 40重量％。即使Pb含量不足，與絲毫不添加Pb相比，磁性能也不會(huì)劣化。 然而，在此情況下，難以獲得添加Pb的有益效果。因此，更有利的是Pb的添加量為0. 005 重量％或更高，以獲得有益效果。至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素的總量1. 40重量％或更少在本發(fā)明中，除上述所需元素外，還優(yōu)選以總量為1.40重量或更少的量加入至少 一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，所述元素可通過(guò)協(xié)助 諸如P、Sb和Sn等抑制劑發(fā)揮作用而進(jìn)一步增強(qiáng)磁性能。當(dāng)添加這些元素時(shí)，二次再結(jié)晶 的開(kāi)始溫度提高，因而二次再結(jié)晶可在有利于具有高斯取向的晶粒的生長(zhǎng)的溫度穩(wěn)定地發(fā) 生。然而，如果這些元素的添加總量超過(guò)1. 40重量％，則會(huì)不可避免地使鋼板退火期間形 成的膜劣化和使磁性能劣化。因此，這些元素含量的總和限于1.40重量％。即使各元素的 含量不足，與絲毫不添加各元素相比，磁性能也不會(huì)劣化。然而，在此情況下，難以獲得添加 所述元素的有益效果。因此，更有利的是所述元素的添加總量為0. 003重量％或更高，以獲 得有益效果。在這方面，本發(fā)明的電工鋼板優(yōu)選實(shí)質(zhì)上包括0. 03-0. 07重量％的Sn、0. 01-0. 05 重量％的Sb和0. 01-0. 05重量％ &Ρ。需要時(shí)，所述電工鋼板還可進(jìn)一步包括一種或多種以 下成分1. 40重量％或更少的As、0. 50重量％或更少的Cu、0. 1重量％或更少的Bi、1. 40重 量％或更少的Te、l. 40重量％或更少的Ni、0. 35重量％或更少的Cr、l. 40重量％或更少的 Pb和總量為1. 40重量％或更少的至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。除了將各元 素的含量限制為其相應(yīng)范圍之外，更有利的是將P+0. 5Sb的含量限制為0. 0370-0. 0630 (其 中分別代表相應(yīng)元素的含量(以重量％計(jì)))。根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，本發(fā)明的由上述元素組成的電工鋼板的晶體取向必須 偏離高斯取向小于3度，以確保出色的鐵損性能。除了上述元素之外，也可將電工鋼板中常規(guī)使用的其他元素(例如Si、Mn和Al) 以及其他不可避免的雜質(zhì)添加至電工鋼板中。然而，這些其他元素可通過(guò)由常規(guī)電工鋼板 中所使用的組分及含量簡(jiǎn)單推算其含量而施用于本發(fā)明的電工鋼板。因此，不需要限制其 他元素中每一種的含量范圍。也就是說(shuō)，重要的是滿足Sn、Sb和P元素的含量及其之間的 關(guān)系，以及將任選添加的其他元素限制為上述相應(yīng)的范圍。然而，下文將給出并簡(jiǎn)要說(shuō)明適合本發(fā)明組分體系的其他元素的更優(yōu)選實(shí)例(例 如 Si、Mn 和 Al)。Si :2. 0-4. 0 重量％Si作為電工鋼板的基本元素使用并增加材料的電阻率以降低鐵芯損耗。如果Si 含量小于2. 0重量％，則材料的電阻率可能降低，因而鐵芯損耗性能可能劣化。另一方面，如果Si含量高于4. 0重量％，則鋼的脆性將增加，在此情況下，冷軋會(huì)變得非常困難，而且 二次再結(jié)晶晶粒的形成會(huì)變得不穩(wěn)定。因此，Si含量限于2. 0-4. 0重量％。酸溶性Al 0. 020-0. 040 重量％Al最終形成氮化物，例如A1N、(Al，Si)N、(Al，Si，Mn)N，作為抑制劑。如果Al含量 低于0. 02重量％，則可能不足以達(dá)到其作為抑制劑的效果。如果Al含量過(guò)高，則Al基氮化 物會(huì)沉淀并過(guò)粗地生長(zhǎng)，因而Al作為抑制劑的效果不足。因此，Al含量限于0. 020-0. 040
重量％。錳(Mn)0. 01-0. 20 重量％Mn與Si—樣，是一種用于提高材料的電阻率從而降低鐵損的元素。另外，Mn用于 與氮——其通過(guò)氮化處理過(guò)程與Si —起引入——反應(yīng)以形成(Al，Si，Mn)N沉淀物。因此， Mn抑制初次再結(jié)晶晶粒的生長(zhǎng)，從而促進(jìn)二次再結(jié)晶。然而，如果Mn的添加量高于0. 20重 量％，則Mn可促進(jìn)熱軋期間的奧氏體相轉(zhuǎn)變。因此，可能會(huì)降低初次再結(jié)晶晶粒的尺寸，從 而使二次再結(jié)晶不穩(wěn)定。因此，Mn含量限于0. 20重量％或更少。此外，Mn是一種形成奧 氏體的元素，其可提高熱軋鋼板再熱期間的奧氏體分?jǐn)?shù)，從而增加沉淀物的量，還可通過(guò)沉 淀物的精制和MnS的形成而防止初次再結(jié)晶晶粒過(guò)度生長(zhǎng)。因此，Mn的添加量應(yīng)當(dāng)為0. 01 重量％或更高。因此，Mn含量限于0.01至0.2重量％。C在冷軋后實(shí)施的脫碳退火期間除去。N和S應(yīng)當(dāng)在第二均熱處理期間在氣氛控 制的條件下盡可能地除去。因此，N和S被視為電工鋼板組分體系中的雜質(zhì)。然而，由于這 些元素在冷軋前由于各種原因而存在于電工鋼板中，因而在用于制造電工鋼板的鋼板坯、 熱軋鋼板和冷軋鋼板(即剛剛經(jīng)過(guò)冷軋過(guò)程的鋼板)中可含有預(yù)定含量范圍的這些元素。 在本發(fā)明中，更有利的是將這些元素的含量控制在下述范圍內(nèi)。C :0. 04-0. 07 重量％C是一種不能大程度地有助于改善本發(fā)明晶粒取向電工鋼板的磁性能的元素。因 此C應(yīng)當(dāng)盡可能地除去。然而，當(dāng)所含的C含量大于預(yù)定量時(shí)，C可促進(jìn)軋制過(guò)程期間鋼的 奧氏體相轉(zhuǎn)變，從而在熱軋期間獲得精細(xì)的熱軋組織，并有助于形成熱軋組織的均勻精細(xì) 組織。因此，C的添加量?jī)?yōu)選為0.04重量％或更高。然而，當(dāng)C的使用量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)沉 積粗的碳化物，使其不易于在脫碳期間除去。因此，C優(yōu)選在開(kāi)始時(shí)以上述范圍加入。N :10-55ppmN為一種通過(guò)與Al等反應(yīng)而引發(fā)晶粒精細(xì)化的元素。當(dāng)這些元素恰當(dāng)分布時(shí)，可 使冷軋后具有適當(dāng)精細(xì)的組織，這有助于確保初次再結(jié)晶晶粒的尺寸適宜。然而，如果N含 量過(guò)高，則初次再結(jié)晶晶粒會(huì)變得過(guò)于精細(xì)，而這又會(huì)提高促進(jìn)二次再結(jié)晶期間晶粒生長(zhǎng) 的驅(qū)動(dòng)力。因此，具有不利取向的晶粒也會(huì)生長(zhǎng)。此外，如果N含量過(guò)高，則在最終退火過(guò) 程中除去N會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。因此，N含量的上限設(shè)定為55ppm。如下文將描述的，板坯 再熱期間溶解的N含量可為IOppm或更高。因此，考慮到可溶解的N的含量比例，N含量的 下限設(shè)定為lOppm。S 0. 0010-0. 0055%如果板坯中含有的S的量高于0. 0055%，則S在熱軋板坯的再熱期間會(huì)再溶解并 沉淀。因而，會(huì)使初次再結(jié)晶晶粒的尺寸減小，這會(huì)導(dǎo)致二次再結(jié)晶的開(kāi)始溫度降低，從而 使鋼的磁性能劣化。此外，由于除去在最終退火過(guò)程的第二均熱工段中溶解的S需要大量
13的時(shí)間，因而晶粒取向電工鋼板的生產(chǎn)率較低。另一方面，如果S含量為0. 0055%或更少， 則冷軋前初始晶粒的尺寸會(huì)變粗，因而可增加初次再結(jié)晶過(guò)程中核在轉(zhuǎn)變帶處產(chǎn)生的具有 {110}<001>取向的晶粒的數(shù)量。因此，可減小二次再結(jié)晶晶粒的尺寸，從而改善最終產(chǎn)品 的磁性能。因此，S含量設(shè)定為0. 0055%或更少。由于S可通過(guò)形成MnS而在一定程度上 影響初次再結(jié)晶晶粒的尺寸，因而S的添加量可為0. 001重量％或更高。因此，S含量限于
0.0010 至 0. 0055 重量 ％。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在本發(fā)明的電工鋼板中，除了上述元素之外，還可含 有晶粒取向電工鋼板中所含的多種元素作為合金元素。顯然，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可結(jié)合和 使用常規(guī)的已知元素。本發(fā)明的電工鋼板可使用本領(lǐng)域公知的制造電工鋼板的常規(guī)方法之一而制造。然 而，更有利的是通過(guò)使用下述方法制造電工鋼板。下文將詳細(xì)描述更優(yōu)選的方法。然而，應(yīng) 理解，下文未指明的條件與公知條件相同。在制造冷軋鋼板之前，使用常規(guī)的制造方法進(jìn)行。也就是說(shuō)，可從本領(lǐng)域技術(shù)人員 公知的常規(guī)方法中選擇一種方法，或必要時(shí)可使用該方法的改進(jìn)方案，所述方法包括將鋼 板坯熱軋、將所述熱軋鋼板坯退火和將所述退火鋼板坯冷軋。此外，還可包括并相應(yīng)地采用 熱軋和冷軋電工鋼板所需的其他過(guò)程(如，酸浸)。當(dāng)將鋼板坯再熱以進(jìn)行熱軋時(shí)，優(yōu)選將再熱溫度調(diào)節(jié)至使N和S不完全溶解的范 圍。特別是，優(yōu)選將N含量控制在10-40ppm范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，本發(fā)明發(fā)明人的研究表明， 重要的是控制再熱期間再溶解的和冷卻期間沉淀的氮化物的量，而不是將N的總含量控制 在適宜范圍內(nèi)。因此，將再熱過(guò)程中再熔融的N的含量控制在適宜范圍內(nèi)。也就是說(shuō)，晶粒 的精細(xì)化由沉淀的氮化物的量決定。如果晶粒過(guò)細(xì)，則取向不同于高斯取向的晶?？赡苌?長(zhǎng)。相反，如果晶粒過(guò)粗，則不想要的晶粒不會(huì)在二次再結(jié)晶過(guò)程中除去。因此，有利的是將 溶解N的含量限制為10-40ppm。用以控制溶解N的含量的板坯再熱溫度可根據(jù)鋼中所含的 Al的含量確定?？紤]到本發(fā)明可優(yōu)選包含的Al的含量，再熱溫度更優(yōu)選在1050至1250°C 范圍內(nèi)。由于冷軋過(guò)程之前的過(guò)程可適當(dāng)?shù)剡x自上述常規(guī)方法之一，為清楚起見(jiàn)不再對(duì) 其進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，當(dāng)鋼板用以制造晶粒取向電工鋼板時(shí)，熱軋鋼板的厚度通常在
1.8-3. 5mm范圍內(nèi)，冷軋鋼板的厚度通常在0. 18-0. 35mm范圍內(nèi)。此處，熱軋鋼板的退火通 過(guò)以下方式進(jìn)行將鋼板加熱至1000至1200°C，然后將該加熱的鋼板在850-950°C的溫度 進(jìn)行均熱處理并冷卻所述鋼板。當(dāng)進(jìn)行上述過(guò)程時(shí)，熱軋或?qū)彳堜摪暹M(jìn)行退火后的沉淀 物的平均尺寸在300至3000的范圍內(nèi)。然后，對(duì)冷軋鋼板進(jìn)行脫碳退火和再結(jié)晶退火，現(xiàn)將對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。將冷軋鋼板在氨氣、氫氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w氣氛下進(jìn)行脫碳和氮化退火過(guò)程。上 述脫碳和氮化退火過(guò)程可使用常規(guī)氮化方法容易地實(shí)施。氮化退火可與脫碳退火同時(shí)實(shí) 施，或在其后實(shí)施。當(dāng)脫碳在氮化退火之前實(shí)施時(shí)，形成諸如Si3N4或(Si，Mn)N等沉淀物。 這些沉淀物通常熱不穩(wěn)定，因而易于分解。因此，由于所述沉淀物不能合適地用作抑制劑， 應(yīng)當(dāng)將其維持在高溫下較長(zhǎng)時(shí)間，以使它們轉(zhuǎn)化為諸如AlN或(Al5Si, Mn)N等沉淀物。當(dāng) 脫碳和氮化退火過(guò)程同時(shí)實(shí)施時(shí)，由于AlN和(Ai，Si)N同時(shí)形成，因而無(wú)需長(zhǎng)的加工時(shí)間。 因此，更有利的是同時(shí)實(shí)施脫碳和氮化退火過(guò)程。然而，應(yīng)注意的是，根據(jù)本發(fā)明，在氮化退火之前進(jìn)行脫碳也可有效地用于制造具有有利性能的電工鋼板。也就是說(shuō)，同時(shí)進(jìn)行脫碳 和氮化退火過(guò)程更容易用于制造本發(fā)明的電工鋼板，但本發(fā)明不限于此。根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人的研究，當(dāng)將Sn、Sb和P的含量控制在本發(fā)明所指出的范圍內(nèi) 時(shí)，晶粒尺寸與常規(guī)組分體系的晶粒尺寸明顯不同。因此，更有利的是考慮這一點(diǎn)。也就是 說(shuō)，當(dāng)將元素含量分別控制在所述范圍內(nèi)時(shí)，初次再結(jié)晶晶粒的尺寸變得精細(xì)，并且二次再 結(jié)晶可在同樣的初次再結(jié)晶條件下容易地發(fā)生。當(dāng)初次再結(jié)晶晶粒精細(xì)時(shí)，二次再結(jié)晶就 容易發(fā)生。然而這些元素具有防止相同尺寸的初次再結(jié)晶晶粒容易地發(fā)生二次再結(jié)晶的作 用。因此，需要根據(jù)哪種作用更主要而確定本發(fā)明的二次再結(jié)晶與常規(guī)情形相比是更易發(fā) 生還是較不易發(fā)生，然后再在脫碳退火條件下應(yīng)用該確定結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明發(fā)明人所做的 研究，由于促進(jìn)二次再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力隨著初次再結(jié)晶晶粒變得精細(xì)而大大增加，因而有利 的是將脫碳退火溫度(也就是初次再結(jié)晶溫度)控制為當(dāng)添加元素時(shí)不會(huì)使初次再結(jié)晶組 織變得太精細(xì)的程度。脫碳退火溫度可設(shè)定為800-950°C，比常規(guī)情況高10-30°C。如果脫 碳退火溫度較低，則不能充分地實(shí)現(xiàn)脫碳，而且所形成的晶粒會(huì)保持精細(xì)。這樣，具有不利 取向的晶粒就會(huì)在二次再結(jié)晶期間生長(zhǎng)。反之，如果脫碳退火溫度過(guò)高，則初次再結(jié)晶晶粒 可能過(guò)度生長(zhǎng)。在本發(fā)明的組分體系中，初次再結(jié)晶晶粒的有利尺寸在約18-25μπι范圍 內(nèi)。本發(fā)明組分體系的露點(diǎn)可設(shè)定為50-70°C，比不含Sn、Sb和P的組分體系低2_4°C，這 更有利于更好地控制氧化物層，從而控制最終產(chǎn)品的晶粒取向并改善鐵損特性。如上所述，將脫碳退火后的鋼板涂布一種含有MgO作為基礎(chǔ)成分的退火隔離劑， 卷取，然后最終退火較長(zhǎng)一段時(shí)間，以制造具有高斯取向的晶粒占優(yōu)勢(shì)分布的電工鋼板。具 體過(guò)程包括第一均熱過(guò)程，用于除去涂布于卷取鋼板上的退火隔離劑中的水分；升溫過(guò)程， 用于升高溫度以使初次再結(jié)晶鋼板進(jìn)行二次再結(jié)晶；以及第二均熱過(guò)程，用于在進(jìn)行再結(jié) 晶的同時(shí)除去雜質(zhì)。此處，再熱溫度以極低速率上升，以使抑制劑在窄的溫度范圍內(nèi)迅速再 溶解并除去晶粒生長(zhǎng)的阻礙且在較窄的溫度范圍內(nèi)開(kāi)始二次再結(jié)晶，第二均熱時(shí)間設(shè)定為 較長(zhǎng)時(shí)間以除去雜質(zhì)。由于上述常規(guī)方法具有生產(chǎn)率差的問(wèn)題，本發(fā)明發(fā)明人為發(fā)現(xiàn)應(yīng)對(duì) 問(wèn)題的線索進(jìn)行了諸多嘗試，已發(fā)現(xiàn)在第一均熱過(guò)程之后將加熱速率分為兩步加熱速率是 有利的。也就是說(shuō)，盡管溫度以高速率上升，但二次再結(jié)晶不會(huì)在低于抑制劑溶解的溫度 發(fā)生。因此，在開(kāi)始時(shí)以高速率升高溫度，而后從發(fā)生二次再結(jié)晶時(shí)的溫度開(kāi)始以低速 率升高溫度——其與常規(guī)方法中所用的加熱速率類似，可實(shí)現(xiàn)具有相同水平的二次再結(jié) 晶，而所需時(shí)間減少，由此可提高生產(chǎn)率。在本發(fā)明中，改變加熱速率的參考溫度設(shè)定為 900-1020°C。也就是說(shuō)，鋼板在第一均熱過(guò)程之后先以高速率加熱，然后在考慮二次再結(jié)晶 的參考溫度范圍內(nèi)以低速率加熱。在本發(fā)明中，初始加熱段的高加熱速率設(shè)定為18-75°C / 小時(shí)，考慮二次再結(jié)晶過(guò)程的低加熱速率設(shè)定為10-15°C/小時(shí)。在本發(fā)明中，當(dāng)作為抑制 劑的再溶解氮的量限制為上述范圍、且S的總含量限于0. 0055重量％或更少時(shí)，與常規(guī)方 法相比，可減少除去這些元素所需的時(shí)間。由于第一和第二均熱溫度被調(diào)節(jié)為落入常規(guī)均熱溫度范圍內(nèi)的溫度范圍，因而不 需要將第一和第二均熱溫度限制在特定范圍。然而，第一均熱溫度可在650-850°C范圍內(nèi)， 第二均熱溫度可在1150-1250°C范圍內(nèi)。所述溫度范圍可根據(jù)鋼板組成或通過(guò)改變除本發(fā) 明主要技術(shù)特征之外的非關(guān)鍵特征而略有不同。
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總之，本發(fā)明制造電工鋼板的方法包括再熱具有本發(fā)明所需組成的鋼板坯；通 過(guò)熱軋所述再熱鋼板坯而制造一種鋼板，將所述熱軋鋼板退火并冷軋所述退火鋼板；將所 述冷軋鋼板在800-950°C的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫碳和氮化退火過(guò)程；以及將所述退火鋼板 進(jìn)行最終退火。此外，所述最終退火操作包括第一均熱、加熱和第二均熱操作。在所述加 熱操作中，加熱速率開(kāi)始時(shí)設(shè)定為18-75°C /小時(shí)，然后在900-1020°C范圍內(nèi)加熱溫度以 10-15°C /小時(shí)的速率上升。本發(fā)明的方式下文將參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案。然而，本文所作出的描述僅是 為說(shuō)明目的而給出的優(yōu)選實(shí)施例，而不意在限制本發(fā)明的范圍，因此，應(yīng)理解，在不偏離本 發(fā)明主旨和范圍的前提下，也可對(duì)其作出其他等同方案和改進(jìn)方案。實(shí)施例鐵損相對(duì)于所添加的Sn、Sb和P的含量的變化此處使用一種晶粒取向電工鋼板，其包含以重量計(jì)3. 26 %的Si、0. 055 %的C、 0. 12%的Μη、0· 026%的可溶性Α1、0. 0042%的Ν、0. 0045%的S、如下表1至4中所列出的 不同含量的SruSb和P，以及余量的鐵和其它不可避免的雜質(zhì)。然后，將電工鋼板的板坯在 1170°C的溫度加熱210分鐘，此時(shí)再溶解的N以25ppm的含量存在，然后熱軋以形成厚度為 2. 3mm的熱軋鋼板。而后，將所述熱軋鋼板加熱至1120°C，在920°C維持90秒，然后在水中 快速冷卻，酸浸，并冷軋，最終形成一種厚度為0. 30mm的冷軋鋼板。脫碳和氮化步驟通過(guò)以 下方式同時(shí)進(jìn)行將75%氫氣和25%氮?dú)獾幕旌蠚怏w——其露點(diǎn)溫度為63°C，以及的 干燥氨氣同時(shí)引入875 °C的爐內(nèi)，并將所述冷軋鋼板在爐內(nèi)保持180秒。接著，將所述熱退火鋼板涂布MgO，即退火隔離劑(annealings印arator)，然后 最終退火為卷材。在最終退火期間，將第一均熱溫度設(shè)定為700°C，第二均熱溫度設(shè)定為 12000C。此外，將700-950°C加熱范圍內(nèi)的加熱速率設(shè)定為45°C /小時(shí)，950-1200°C溫度范 圍內(nèi)的加熱速率設(shè)定為15°C /小時(shí)。此外，將1200°C時(shí)的均熱時(shí)間設(shè)定為15小時(shí)，最終退 火步驟在25%氮?dú)夂?5%氫氣的混合氣氛下進(jìn)行至溫度接近120(TC。在溫度接近1200°C 后，將熱退火鋼板保持在100%氫氣氣氛中，然后將其在爐內(nèi)冷卻。各種條件下所測(cè)定的磁 特征列于下表1至4中。表 權(quán)利要求
一種晶粒取向電工鋼板，實(shí)質(zhì)上含有0.03 0.07重量％的Sn、0.01 0.05重量％的Sb和0.01 0.05重量％的P。
2.權(quán)利要求1的晶粒取向電工鋼板，其中P+0.5Sb在0. 0370-0. 0630范圍內(nèi)(其中P 和Sb分別代表相應(yīng)元素的含量(以重量％計(jì)))。
3.權(quán)利要求1或2的晶粒取向電工鋼板，還含有一種或多種以下成分1.40重量％或 更少的As、0. 50重量％或更少的Cu、0. 1重量％或更少的Bi、1. 40重量％或更少的Te、1. 40 重量％或更少的Ni、0. 35重量％或更少的Cr、l. 40重量％或更少的Pb和總和為1. 40重 量％或更少的至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。
4.權(quán)利要求1或2的晶粒取向電工鋼板，還含有2.0-4. 0重量％的Si、0. 020-0. 040重 量％的酸溶性Al和0. 01-0. 20重量％的Mn。
5.權(quán)利要求1或2的晶粒取向電工鋼板，其中由取向β的絕對(duì)值計(jì)算的面積權(quán)重平均 值小于3°，所述取向β為電工鋼板的晶體取向偏離高斯取向的一種角度。
6.權(quán)利要求1或2的晶粒取向電工鋼板，其中所述晶粒取向電工鋼板由還含有0.04-0. 07重量％的C、10-55ppm的N和0. 0010-0. 0055重量％的S的鋼板坯制造。
7.—種制造電工鋼板的方法，所述方法包括通過(guò)熱軋、退火及冷軋一種鋼板坯而制造鋼板，其中所述鋼板坯實(shí)質(zhì)上含有0. 03-0. 07 重量％的Sn、0. 01-0. 05重量％的Sb和0. 01-0. 05重量％的P ；將所述冷軋鋼板在800至45°C /小時(shí)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行脫碳和氮化退火過(guò)程；以及 將所述退火鋼板進(jìn)行最終退火，其中，當(dāng)所述最終退火操作包括第一均熱、加熱和第二均熱操作時(shí)，加熱溫度開(kāi)始時(shí)以 18-75°C /小時(shí)的加熱速率上升，然后在900-1020°C的范圍內(nèi)以10-15°C /小時(shí)的速率上升。
8.權(quán)利要求7的方法，其中P+0.5Sb在0. 0370-0. 0630范圍內(nèi)(其中P和Sb分別代表 相應(yīng)元素的含量(以重量％計(jì)))。
9.權(quán)利要求7或8的方法，其中所述鋼板坯還含有一種或多種以下成分1.40重量％ 或更少的As、0. 50重量％或更少的Cu、0. 1重量％或更少的Bi、l. 40重量％或更少的Te、1.40重量％或更少的Ni、0. 35重量％或更少的Cr、l. 40重量％或更少的Pb和總和為1. 40 重量％或更少的至少一種選自Mo、B、Ge、Nb、Ti和Zn的元素。
10.權(quán)利要求7或8的方法，其中所述鋼板坯還含有2.0-4. 0重量％&Si、0. 020-0. 040 重量％的酸溶性Al、0. 01-0. 20重量％的Mn、0. 04-0. 07重量％的C、10_55ppm的N和 0. 0010-0. 0055 重量％的 S。
11.權(quán)利要求7或8的方法，其中再熱鋼板坯的操作包括控制加熱溫度以使再溶解的 N的含量在10-40ppm范圍內(nèi)。
12.權(quán)利要求11的方法，其中所述鋼板坯的加熱溫度在1050-1250°C范圍內(nèi)。
13.權(quán)利要求7或8的方法，其中第二均熱溫度在1150-1250°C范圍內(nèi)。
全文摘要
提供一種具有優(yōu)良磁性能的晶粒取向電工鋼板及其制造方法。更具體而言，提供一種其磁性能可通過(guò)調(diào)節(jié)組分含量和改進(jìn)制造方法而顯著改善至在現(xiàn)有技術(shù)的相似組分體系中無(wú)法預(yù)料的程度的晶粒取向電工鋼板，及其制造方法。所述晶粒取向電工鋼板實(shí)質(zhì)上含有0.03-0.07重量％的Sn、0.01-0.5重量％的Sb和0.01-0.05重量％的P。
文檔編號(hào)B21B3/00GK101952462SQ200880127334
公開(kāi)日2011年1月19日 申請(qǐng)日期2008年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者崔攇曹, 徐進(jìn)旭, 朱炯暾, 樸鐘泰, 樸順福, 權(quán)玟錫, 林才洙, 金在寬, 金昌洙, 金柄久, 韓奎錫 申請(qǐng)人:Posco公司