專利名稱：加工性和磁特性良好的電工鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要應(yīng)用于電力變壓器或轉(zhuǎn)動機械中鐵心材料的電工鋼板。
在今天，為了解決諸如由于排出二氧化碳而導(dǎo)致溫室效應(yīng)等等新的環(huán)境問題，已經(jīng)研制開發(fā)出了諸如電動汽車等等工具。而且隨著便攜式電話和因特網(wǎng)等等的普及，醫(yī)療機構(gòu)等呼吁實施電磁波屏蔽。也就是說，作為可供小型電氣機械用鐵心和磁屏蔽使用的材料，從磁特性和制造成本等方面考慮，取向電工鋼板和無取向電工鋼板的中間級電工鋼板的需求量正在增加。
作為可供電力變壓器或轉(zhuǎn)動機械中鐵心材料使用的鋼板，可根據(jù)其用途稱之為電工鋼板，常使用取向電工鋼板和無取向電工鋼板。
取向電工鋼板是一種使結(jié)晶取向沿軋制方向定向配置在(110)
位向和(100)
位向的含硅鋼板。取向電工鋼板通常是在最終成品退火過程中，利用稱為二次再結(jié)晶的現(xiàn)象，獲得上述的結(jié)晶取向。截止到目前，二次再結(jié)晶的獲得均需要使鋼板中包含稱為抑制劑的成分，并對鋼坯實施高溫加熱，使該抑制劑在高溫下固溶后，通過熱軋使抑制劑細(xì)小地析出。
如果舉例來說，由日本特公昭40-15644號公報所公開的、使用AlN和MnS的方法，以及由日本特公昭51-13469號公報所公開的、使用MnS和MnSe的方法等等，均已經(jīng)被工業(yè)實用化。而且，添加CuSe和BN的技術(shù)已經(jīng)由日本特公昭58-42244號公報所公開，使用Ti、Zr、V等氮化物的方法也已經(jīng)由日本特公昭46-40855號公報所公開。
這些種使用抑制劑的方法，均可以使二次再結(jié)晶晶粒穩(wěn)定地成長。然而熱軋之前對鋼坯的加熱需要在1300℃以上的高溫下進(jìn)行，以便使析出物細(xì)小而彌散。實施這種高溫鋼坯加熱的設(shè)備成本相當(dāng)高。在熱軋時會生成比較多的氧化皮，這不僅會使有效利用率下降，而且還會產(chǎn)生設(shè)備維修等方面的問題。
而且在利用抑制劑制造取向電工鋼板的過程中，通常需要使用裝箱退火的方式，在高溫下實施長時間的最終成品退火。如果在這種最終成品退火之后還殘存抑制劑成分，則將產(chǎn)生使磁特性惡化的問題。因此，為了從鋼中除去抑制劑成分，比如說Al、N、Se、S等等抑制劑成分，就需要在二次再結(jié)晶之后，再在1100℃以上的溫度條件下，在氫氣氛圍中進(jìn)行數(shù)小時的純化退火。然而實施高溫純化退火，又會使鋼板的機械強度下降，進(jìn)而使板卷下部容易產(chǎn)生縱彎曲。因此，這種方法具有使制品的合格率明顯下降的缺點。
為了消除這種裝箱退火的缺點，簡化制造工序，人們在試圖用連續(xù)退火取代裝箱退火。采用連續(xù)退火制造取向電工鋼板的技術(shù)，正如日本特公昭48-3929號公報、特公昭62-31050號公報和特開平5-70833號公報所公開的那樣，是一種利用諸如AlN、MnS、MnSe等的抑制劑，實施短時間二次再結(jié)晶的技術(shù)。然而使用連續(xù)退火方式的短時間退火，并不能去除抑制劑成分，而是使其殘留在成品鋼板中。殘留在鋼板中的抑制劑成分，特別是其中的Se和S，會阻礙磁疇壁的移動，從而對鐵損特性產(chǎn)生惡劣影響。而且這種抑制劑成分是由脆性元素構(gòu)成的，所以還會使制品的二次加工性下降。因此，只要使用抑制劑，采用連續(xù)退火就不能獲得良好的磁特性和加工性。
不使用抑制劑而制作可以使晶粒直徑細(xì)小的、取向電工鋼板的方法，也已經(jīng)由日本特開昭64-55339號公報、特開平2-57635號公報、特開平7-76732號公報、特開平7-197126號公報所公開。這些技術(shù)的共同特點是利用以表面能量作為驅(qū)動力，使{110}面優(yōu)先成長的三次再結(jié)晶。
然而，這些技術(shù)的要點是要有效地利用表面能量差，因此必然要求板厚比較薄，使表面的貢獻(xiàn)大。比如說由日本特開昭64-55339號公報所公開的技術(shù)將板厚限制在0.2毫米以下，由日本特開平2-57635號公報所公開的技術(shù)將板厚限制在0.15毫米以下。雖然由日本特開平7-76732號公報公開的技術(shù)未對板厚進(jìn)行限制，但對于其中實施例1，即板厚為0.3毫米的場合，由于表面能量的貢獻(xiàn)部分小，因而必然使取向集聚度惡化，磁通密度B8將遠(yuǎn)處于1.70T以下。在其實施例中可獲得良好磁通密度時的板厚限制為0.10毫米。雖然由日本特開平7-197126號公報公開的技術(shù)未對板厚進(jìn)行限制，但它采用的是實施50～75％三次冷軋的技術(shù)，因而板厚必然比較薄，在其實施例中的板厚為0.10毫米。
也就是說，利用表面能量的方法要想獲得良好磁特性，必然使成品鋼板的厚度比較薄。因此難以消除可沖壓加工性惡化這一致命的缺點。換句話說就是，這種材料難以作為常規(guī)的鐵心材料使用。
另一方面，無取向電工鋼板是一種采用連續(xù)退火，對一次再結(jié)晶粒徑和結(jié)晶取向?qū)嵤┛刂频暮桎摪?。特征是不僅在軋制方向，而且在其他方向磁特性都良好，但是軋制方向的磁特性將明顯不如取向電工鋼板。
本發(fā)明的目的就是提供出一種在作為小型電氣機械的鐵心或磁屏蔽材料使用時不會出現(xiàn)各種問題的、并且具有優(yōu)良的加工性和磁特性的電工鋼板。而且，本發(fā)明還提供了一種不使用抑制劑和表面能量的、通過連續(xù)退火工序?qū)嵤┲圃斓闹圃旆椒ā?br> 本發(fā)明人對使用不含有抑制劑成分的高純度原材料，對再結(jié)晶組織的形成進(jìn)行了研究。
其結(jié)果首次發(fā)現(xiàn)，如果采用使原材料高純度化，特別是減少Se、S、N、O的含量且按照某種特定條件進(jìn)行制造，便可以在再結(jié)晶之后使{110}<001>的織構(gòu)發(fā)達(dá)，從而完成了本發(fā)明。
換句話說，本發(fā)明是提供了一種制造加工性和磁特性良好的電工鋼板的制造方法，它是一種由對鋼坯實施熱軋、根據(jù)需要對熱軋鋼板實施退火后、進(jìn)行一次或插入中間退火的兩次以上的冷軋，軋成最終板厚、隨后對其實施再結(jié)晶退火、并根據(jù)需要施加絕緣涂層等一系列工序制成的電工鋼板的制造方法，其特征在于，在該鋼坯含有Si2.0～8.0重量％、Mn0.005～3.0重量％和Al0.0010～0.012重量％，而且Se、S、N、O的含量分別低至30ppm以下，通過連續(xù)退火實施再結(jié)晶退火。而且，最終冷軋之前的平均晶粒直徑最好為0.03～0.20毫米，最終冷軋的軋制率最好為55～75％，并且最好是在950～1175℃的溫度范圍內(nèi)實施再結(jié)晶退火；對熱軋鋼板的退火和中間退火的退火溫度最好為800～1050℃；鋼坯中Se、S、N和O的含量之和最好在65ppm以下；鋼坯中最好還含有0.01～1.50重量％的Ni；而且鋼坯中最好還含有下述成分中的至少一種，Sn0.01～0.50重量％，Sb0.005～0.50重量％，Cu0.01～0.50重量％，Mo0.005～0.50重量％，Cr0.01～0.50重量％?？梢圆粚︿撆鬟M(jìn)行加熱而直接供給熱軋，也可以使用通過直接鑄造法由鋼水獲得的、厚度為100毫米以下的薄鑄錠作為原材料并實施熱軋，或是直接使用該薄鑄錠原封不動地替代熱軋鋼板。
本發(fā)明還提供了一種加工性和磁特性良好的電工鋼板，它是一種采用連續(xù)退火實施再結(jié)晶退火而制作出的電工鋼板，其特征在于，含有2.0～8.0重量％的Si，厚度為0.15毫米以上，平均粒徑為0.15～2.0毫米，沿軋制方向的磁通密度為B8＞1.70T。而且還可以含有Mn0.005～3.0重量％和Al0.0010～0.012重量％，而且Se、S、N、O的含量分別在30ppm以下；Se、S、N、O的含量之和在65ppm以下；并且還含有下述成分中的至少一種，Sn0.01～0.50重量％，Sb0.005～0.50重量％，Cu0.01～0.50重量％，Mo0.005～0.50重量％，Cr0.01～0.50重量％。
圖1是表示成品鋼板中沿軋制方向的磁通密度B8受鋼中各種雜質(zhì)元素含量(Se、S、N、O)的影響的圖。
圖2是表示成品鋼板中沿軋制方向的磁通密度B8受鋼中各種雜質(zhì)元素含量(Se、S、N、O)影響(總量限制時)的圖。
圖3是表示再結(jié)晶退火后的織構(gòu)的圖。
圖4是表示成品鋼板中的磁通密度受元素Ni的添加量影響的圖。
圖5是表示成品鋼板中的磁通密度受最終冷軋壓下率和最終冷軋的平均粒徑影響的圖。
圖6是表示成品鋼板的加工性受其平均晶粒直徑影響的圖。
圖7是表示在消除應(yīng)力退火前后的鐵損變化量受成品鋼板的平均晶粒直徑影響的圖。
圖8是表示在取向電工鋼板的一次再結(jié)晶組織位向角為20～45°的晶界相對于各取向晶粒的存在頻率(％)的圖。
下面首先參考實驗結(jié)果說明本發(fā)明的研制過程。(實驗1)首先按照使基本成分固定為C33ppm、Mn0.15重量％、Si3.3重量％、Al0.0050重量％，各種雜質(zhì)Se、S、N、O的含量進(jìn)行各種變化，熔煉成數(shù)個鋼錠。所變化的雜質(zhì)之外的雜質(zhì)量不超過30ppm。將這些鋼錠加熱至1100℃，實施熱軋而獲得厚度為2.2毫米的熱軋鋼板。然后通過冷軋而獲得中間厚度為0.85毫米的板材，在實施900℃、60秒的中間退火后，再實施第二次冷軋以獲得最終厚度為0.35毫米的板材。隨后通過連續(xù)退火，在1000℃的溫度下進(jìn)行3分鐘的再結(jié)晶退火。
退火后各鋼錠的再結(jié)晶粒徑的平均值大約為0.25毫米。對鋼中各種雜質(zhì)元素含量與成品鋼板沿軋制方向的磁通密度B8之間的關(guān)系進(jìn)行的分析，其結(jié)果如圖1所示。正如圖1所示，當(dāng)Se、S、N、O的含量分別小于30ppm時，磁通密度大于1.70T。(實驗2)下面對雜質(zhì)總量進(jìn)行研究。在與實驗1大體相同的條件下，使用被變化的雜質(zhì)之外的雜質(zhì)總量調(diào)整至不超過35ppm的鋼錠進(jìn)行實驗。
對于所獲得的鋼板測定再結(jié)晶退火之后的軋制方向的磁通密度。其結(jié)果如圖2所示。當(dāng)Se、S、N、O的含量分別為30ppm以下時，磁通密度B8是1.75T以上。而且，各鋼板在實施中間退火后的平均再晶粒直徑大約為0.10毫米。
利用X射線，對軋制方向的磁通密度B8為1.81T的制成品中的織構(gòu)進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果如圖3所示，即{110}<001>位向的組織高度集聚，而且?guī)缀跬耆淮嬖谄渌幌虻某煞帧?br> 由實驗1、2的結(jié)果可知，如果使原材料高純度化，則即使實施短時間的再結(jié)晶退火，也可以使{110}<001>位向的組織發(fā)達(dá)，從而可以提高軋制方向的磁化特性。(實驗3)而且，本發(fā)明人還對原材料中的填加元素進(jìn)行了研究，結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，如果添加Ni還可以進(jìn)一步提高制品的磁通密度。
以含有C22重量ppm、Mn0.12重量％、Si3.3重量％、Al0.0040重量％的鋼成分為基礎(chǔ)，并相對于該基本成分使Ni的含量進(jìn)行各種變化而熔煉成鋼錠(其中Se5ppm以下，S10ppm，N9ppm，O11ppm)。將這些鋼錠加熱到1140℃，實施熱軋而軋成厚度為2.5毫米，再冷軋至厚度為0.80毫米，在800℃的溫度下進(jìn)行120秒鐘的中間退火。隨后以冷軋軋成厚度為0.26毫米，然后在1050℃的溫度下進(jìn)行5分鐘的再結(jié)晶退火。在最終冷軋之前的再結(jié)晶平均粒徑為0.085～0.095毫米。
對通過這種方式獲得鋼板測定軋制方向的磁通密度，測定結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，通過適當(dāng)添加Ni，可以提高磁通密度。
在這兒尚難以確定磁通密度被提高的原因，但由于Ni是一種強磁性元素，所以可以推定是它通過某種方式而提高了磁通密度。
另一方面，發(fā)明人還確認(rèn)，通過添加Sn、Sb、Cu、Mo和Cr中的一種或兩種以上元素，可以改善鐵損的傾向。其原因可能是通過電阻的增大，而減少了鐵損。(實驗4)而且，本發(fā)明人還對制品的磁特性受最終冷軋前的粒徑和最終冷軋時的壓下率的影響進(jìn)行了研究。
使用與實驗3大體相同的原材料(Se5ppm以下，S13ppm，N12ppm，O15ppm)，通過改變中間鋼板厚度和中間退火溫度，改變最終冷軋前的晶粒直徑。通過最終冷軋軋成厚度為0.29毫米，在1100℃的溫度下進(jìn)行5分鐘的再結(jié)晶退火，并測定制品的磁通密度。測定結(jié)果如圖5所示。在最終冷軋前的粒徑為0.03～0.20毫米且最終冷軋的壓下率為55～75％的范圍，可以獲得B8＞1.75T的良好磁通密度。由此可以看出，最終冷軋前的粒徑和最終冷軋的壓下制率對制品的磁通密度的影響相當(dāng)大。(實驗5)而且，本發(fā)明人還對加工性受制品板的平均晶粒直徑的影響進(jìn)行了研究。
采用與實驗1相同的工序一直實施至冷軋工序，軋成厚度為0.23毫米，通過改變冷軋后的再結(jié)晶退火條件，使制品的晶粒直徑發(fā)生各種變化，并對加工性進(jìn)行分析。使用直徑為5毫米的沖頭沖壓100個點，以沖孔周圍的裂紋、皺紋發(fā)生率評價加工性。其結(jié)果如圖6所示。
正如圖6所示，當(dāng)平均粒徑在2毫米以下時，裂紋、皺紋的發(fā)生率降低。
然而使用加工后的電工鋼板的場合，進(jìn)行消除應(yīng)力退火除去由加工產(chǎn)生的應(yīng)變、使磁特性回復(fù)。因此在重視加工性的用途中，消除應(yīng)力退火后的磁特性變化也必須予以注意。
將通過這種實驗獲得的、晶粒直徑彼此不同的板材切斷加工成試樣，在800℃的溫度下進(jìn)行2小時的消除應(yīng)力退火，隨后檢測鐵損的變化。檢測結(jié)果如圖7所示。圖7示出了消除應(yīng)力退火前后的鐵損變化量受制品鋼板平均晶粒直徑的影響。
正如圖7所示，對于晶粒直徑大的場合，通過退火處理除去剪應(yīng)變而改善鐵損。當(dāng)晶粒直徑小于0.15毫米時，鐵損急劇惡化。對于晶粒直徑小于0.15毫米的場合，磁通密度同樣也比退火前下降。
由對鐵損惡化的場合的結(jié)晶組織分析可知，晶粒由切斷加工部開始成長，而且成長的相當(dāng)粗大。
由于這一原因，可以認(rèn)為對于晶粒直徑比較小的場合，由于殘余有晶粒成長的驅(qū)動力，所以取向惡化的晶粒由加工部形成粗大的晶粒。
由此可知，當(dāng)制品板的粒徑未超過0.15毫米以上時，消除應(yīng)力退火后的磁特性惡化。
根據(jù)本發(fā)明的電工鋼板的平均晶粒直徑為0.15～2.0毫米左右，它比原有的、使用抑制劑和二次再結(jié)晶制造出的、取向電工鋼板的粒徑3.0～30毫米要細(xì)小。由于其粒徑更加細(xì)小，所以有利于改善諸如沖壓和開孔等等的加工性。也就是說，按照本發(fā)明使用連續(xù)退火，可以使{110}<001>位向的織構(gòu)發(fā)達(dá)，和原有的使用抑制劑和二次再結(jié)晶的制造技術(shù)相比，可以制造出加工性優(yōu)良的制品。
根據(jù)如上所述的實驗結(jié)果，還可以獲得通過對不含有抑制劑成分的原材料，通過連續(xù)退火，完成{110}<001>位向的織構(gòu)發(fā)達(dá)，具有細(xì)小晶粒、加工性良好的電工鋼板的制造方法。
而且本技術(shù)，通過短時間的連續(xù)退火而使{110}<001>位向的織構(gòu)發(fā)達(dá)，所以和原有的取向電工鋼板不同，具有無鎂橄欖石覆膜的清潔的表面。因此，它具有更容易實施金屬模沖壓加工的優(yōu)點。
根據(jù)如上所述的實驗結(jié)果，還可以開發(fā){110}<001>位向的織構(gòu)高度發(fā)達(dá)、具有平均粒徑為0.15～2.0毫米的細(xì)小結(jié)晶組織、而且滿足軋制方向的磁通密度B8＞1.70T的加工性和磁特性良好的電工鋼板。
下面根據(jù)本發(fā)明，對不使用具有抑制劑的高純度成分的原材料，按照在某種特定條件下實施制造，獲得在再結(jié)晶后使{110}<001>位向的織構(gòu)發(fā)達(dá)的原因，將本發(fā)明人的考慮與使用抑制劑成分的在先技術(shù)進(jìn)行比較，表述如下。
首先，本發(fā)明人對再結(jié)晶時的{110}<001>的織構(gòu)的發(fā)達(dá)過程進(jìn)行了詳細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)在再結(jié)晶結(jié)束時{110}<001>織構(gòu)并未十分發(fā)達(dá)，而是在再結(jié)晶之后的晶粒成長階段，沿{110}<001>優(yōu)先成長。
可以認(rèn)為是這種{110}<001>晶粒的優(yōu)先成長，才引起類似抑制劑成分存在下的二次再結(jié)晶的晶粒成長。
本發(fā)明人還對存在抑制劑成分時{110}<001>晶粒發(fā)生二次再結(jié)晶的原因進(jìn)行了反復(fù)研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)在一次再結(jié)晶組織中的位向角為20～45℃的晶界占有比較大的比例，其研究報告可見ActaMaterial，vol.45(1997)，p85。對取向電工鋼板處于二次再結(jié)晶之前狀態(tài)時的暫時再結(jié)晶組織進(jìn)行解析，關(guān)于具有不同結(jié)晶位向的各種晶粒周圍的晶界，晶界位向角為20～45°的晶界占全部晶界的比例(％)的調(diào)查結(jié)果示于圖8中°在圖8中結(jié)晶位向空間使用歐拉角(Ф1、Ф、Ф2)中的Ф2＝45°的剖面表示，即模擬地表示高斯取向中主要位向。正如圖8所示，在高斯取向晶粒周圍，位向角為20～45°的晶界的存在頻率為最高(大約為80％)。
由C.G.Dunn給出的實驗數(shù)據(jù)(請參見AIME Transaction，vol.188(1949)，p368)可知，位向角為20～45°的晶界為高能量晶界。這種高能量晶界的晶界內(nèi)部自由空間大，形成雜亂的結(jié)構(gòu)，從而使得原子容易產(chǎn)生移動。即高能量晶界是通過晶界使原子發(fā)生移動過程的晶界擴(kuò)散加速。
目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，二次再結(jié)晶是伴隨著稱為抑制劑析出物的擴(kuò)散速度而成長。而且在高能量晶界上的析出物在成品退火過程中，會優(yōu)先產(chǎn)生粗大化。另一方面，抑制晶界移動的力，即所謂的“銷止力”與析出物的粒徑成反比例。因此，高能量晶界將優(yōu)先產(chǎn)生晶界的移動，從而使高斯晶粒成長。
當(dāng)使用諸如AlN、MnSe、MnS、CuS等等的抑制劑實施二次再結(jié)晶時，需要使Al、B、Se、S和與它們相結(jié)合的N、Mn、Cu的含量適當(dāng)，且需要使抑制劑細(xì)小而彌散，因此需要對工序條件，特別是熱軋工序條件給予細(xì)心的注意。對于不滿足工序條件的場合，將不能出現(xiàn)二次再結(jié)晶晶粒，而發(fā)生正常晶粒成長，因而此時{110}<001>織構(gòu)不發(fā)達(dá)。
存在于鋼板中的Al、Se等等元素容易在晶界，特別是結(jié)構(gòu)雜亂的高能量晶界偏析。對于Al、Si、S和與它們相結(jié)合的N、Mn、Cu不同時具有適當(dāng)含量的場合，或是對于細(xì)小的析出物不彌散的場合，Se、S、N的偏析效果比由析出物引起的取向選擇機構(gòu)產(chǎn)生更大的影響。其結(jié)果，可以認(rèn)為高能量晶界與其它晶界在移動速度方面沒有什么差別。
如果使原材料高純度化，從而能排除這樣的雜質(zhì)元素，特別是Se、S、N、O的影響，則依存于高能量晶界的結(jié)構(gòu)的、原有的移動速度差將明顯化，并且晶界移動速度也將隨著原材料的高純度化而增大。因此，可以認(rèn)為即使在不含有抑制劑成分的高純度成分系中，也可以在再結(jié)晶結(jié)束后的晶粒成長過程中，使{110}<001>的晶粒優(yōu)先成長。
而且在本發(fā)明中，通過使Al的含量適當(dāng)，可以在再結(jié)晶結(jié)束后的晶粒成長過程中，良好地使{110}<001>的晶粒成長，從而可以提高磁特性。再者，在本發(fā)明中盡可能地降低N的含量，所以與使用AlN作為抑制劑，利用二次再結(jié)晶的以往方法的技術(shù)內(nèi)容是根本不同的。
雖然尚不清楚這種利用Al可以提高磁特性的原因，然而可以認(rèn)為微量的Al可以起到固定殘留在鋼材中的微量O而清除基體的作用，或是在表面層形成致密的氧化層以抑制再結(jié)晶退火過程中的氮化的有效作用。
而且本發(fā)明是利用連續(xù)退火制造電工鋼板的技術(shù)，這種制造方法與采用原有的連續(xù)退火制造取向電工鋼板的制造方法，在內(nèi)容上存在有相當(dāng)大的差別。
換句話說就是，采用原有的連續(xù)退火制造取向電工鋼板的制造技術(shù)，正如日本特公昭48-3929號公報、特公昭62-31050號公報和特開平5-70833號公報所公開的那樣，是一種使用諸如AlN、MnS、MnSe等等的抑制劑實施短時間二次再結(jié)晶的技術(shù)。
因此，由于連續(xù)退火為短時間退火，并不能除去抑制劑成分，而使得在成品鋼板中殘在有抑制劑成分。當(dāng)抑制劑成分，特別是其中的Se、S殘留在鋼中時，將妨礙磁疇壁的移動，因而會對鐵損特性產(chǎn)生惡劣影響。而且這些元素為脆化元素，所以還使制品的二次加工性下降。因此，只要使用抑制劑就不能通過連續(xù)退火獲得良好的磁特性和可加工性。
與此相反，本發(fā)明可以盡可能降低抑制劑成分的含量，所以即使采用連續(xù)退火，也可以獲得具有優(yōu)良磁特性和加工性的電工鋼板。
下面對本發(fā)明的電工鋼板制造方法中，需要將鋼的水組成成分和制造條件限制在如上所述的范圍之內(nèi)的原因進(jìn)行說明。
Si2.0～8.0重量％當(dāng)Si的含量不足2.0重量％時，將產(chǎn)生γ相變，使熱軋組織產(chǎn)生大的變化。而且在最終冷軋之后的再結(jié)晶退火中，不能使板材在高溫下穿過軋機，因此不能獲得良好的磁特性。另一方面，如果Si超過8.0重量％，將使二次加工性惡化，并且也使飽和磁通密度下降。因此，Si的含量應(yīng)該在2.0～8.0重量％的范圍內(nèi)。
Mn0.005～3.0重量％Mn是為了獲得良好熱軋加工性所必需的元素。當(dāng)Mn的含量不足0.005重量％時，達(dá)不到添加的效果。如果Mn的含量超過3.0重量％，又將使冷加工困難。因此，Mn的含量應(yīng)該在0.005～3.0重量％的范圍內(nèi)。
Al0.0010～0.012重量％當(dāng)Al的含量適當(dāng)時，可以在再結(jié)晶結(jié)束后的晶粒成長過程中，使{110}<001>的晶粒良好地發(fā)達(dá)。如果Al的含量不足0.0010重量％，將會使{110}<001>位向的強度下降，進(jìn)而使磁通密度下降。另一方面，如果Al的含量超過0.012重量％，又會抑制再結(jié)晶時的晶粒成長，并使鐵損惡化。因此，Al的含量應(yīng)該在0.0010～0.012重量％的范圍內(nèi)。
Se、S、N、O30ppm以下Se、S、N、O中的任何一種元素均不僅僅對{110}<001>的晶粒優(yōu)先成長有害，而且還將殘存在鐵素體中而使鐵損惡化，因此必須將它們中的任何一個的含量均降低至30ppm以下。為了進(jìn)一步提高磁通密度，最好將其總量降低至65ppm以下。
為了不使制品產(chǎn)生磁性時效，C的含量最好降低至50ppm以下。
進(jìn)而，為了提高磁通密度，還可以加入Ni。當(dāng)Ni的添加量不足0.01重量％時，對磁特性的提高量小。另一方面，如果Ni的添加量超過1.50重量％，又將使{110}<001>的織構(gòu)不充分發(fā)達(dá)，從而會使磁特性惡化。因此，Ni的添加量最好在0.01～1.50重量％之間。
為了改善鐵損，添加Sn0.01～0.50重量％，Sb0.005～0.50重量％，Cu0.01～0.50重量％，Mo0.005～0.50重量％，Cr0.01～0.50重量％是有效的。對于添加量比上述范圍小的場合，沒有鐵損改善的效果。對于添加量比上述范圍大的場合，使{110}<001>的織構(gòu)不發(fā)達(dá)，從而使鐵損惡化。
采用常規(guī)的鑄錠法或連續(xù)鑄造法，將調(diào)整成合適成分的鋼水制成扁鋼坯。除此之外，也可以采用直接鑄造法制造厚度在100毫米以下的薄鑄錠。
這樣的鋼錠，通常可以加熱后供給熱軋，但也可以不進(jìn)行鑄造后加熱而直接供給熱軋。特別在薄鑄錠的場合，可以對其實施熱軋，也可以不進(jìn)行熱軋而直接進(jìn)入下一工序。
由于原材料中不含有抑制劑成分，所以扁鋼坯的加熱溫度可以是可實施熱軋的下限的溫度，即1100℃左右。
可以根據(jù)需要，在熱軋之后對熱軋鋼板實施退火，進(jìn)行一次冷軋或插入中間退火的兩次以上的冷軋，以獲得具有最終厚度的冷軋鋼板。對這種冷軋鋼板進(jìn)行利用連續(xù)退火的再結(jié)晶退火，隨后可以根據(jù)需要再涂布無機、半有機或有機系涂層，以獲得制品。
熱軋鋼板的退火和中間退火，在謀求磁特性的提高和穩(wěn)定化上是有利的處理，但都使生產(chǎn)成本上升，所以可以根據(jù)是否經(jīng)濟(jì)來進(jìn)行取舍。
在這兒，熱軋鋼板的退火和中間退火的退火溫度必須達(dá)到800～1050℃。之所以如此，是因為如果退火溫度低于800℃，則在退火時不能充分地進(jìn)行再結(jié)晶。如果退火溫度高于1050℃，又將使妨礙{110}<001>的織構(gòu)發(fā)達(dá)。
本發(fā)明需要使最終冷軋之前的平均晶粒直徑為0.03～0.20毫米。如果粒徑不在這一范圍之內(nèi)，將使再結(jié)晶退火之后的{110}<001>的織構(gòu)不充分發(fā)達(dá)。
在此，為了使最終冷軋之前的平均晶粒直徑控制在0.03～0.20毫米，控制終冷軋之前的退火溫度和退火時間等控制手段是合適有利的。而且，熱軋之后的粒徑可以通過改變熱軋之前的加熱溫度、終軋溫度和壓下率實施控制。
最終冷軋時的壓下率必須達(dá)到55～75％。之所以如此，是因為如果壓下率在這一范圍之外，將使{110}<001>的織構(gòu)不充分發(fā)達(dá)，進(jìn)而不能滿足提高磁特性的要求。
而且可以在最終冷軋之后，在950～1175℃的溫度進(jìn)行利用連續(xù)退火的再結(jié)晶退火。當(dāng)利用連續(xù)退火的再結(jié)晶退火溫度低于950℃時，會使再結(jié)晶退火之后的{110}<001>的織構(gòu)不充分發(fā)達(dá)，進(jìn)而使磁特性劣化。另一方面，如果超過1175℃，又會使鋼板的機械強度下降，從而在退火時會產(chǎn)生蠕變變形，而難以使板材通過軋機。因此，應(yīng)該在950～1175℃的溫度下實施再結(jié)晶退火。退火時間最好為30～300秒左右。實施連續(xù)退火不僅具有可以任意改變材料的晶粒直徑的優(yōu)點，而且還可以在鋼板表面不形成鎂橄欖石覆膜，因而在沖壓加工性上也是有利的。
而且在最終冷軋之后或再結(jié)晶退火之后，還可以一并采用滲硅法以增加鋼板表面Si含量的技術(shù)。
對于疊層使用鋼板的場合，為了進(jìn)一步改善鐵損，還可以在鋼板表面處形成絕緣涂層。也可以為實現(xiàn)本目的，而采用由兩種以上的覆膜構(gòu)成的多層膜。而且根據(jù)不同的用途，還可以設(shè)置混合有樹脂的涂層。
如果電工鋼板的厚度不足0.15毫米，則不僅會使其難以處理，還會使原材料的剛性下降，進(jìn)而使沖壓加工性惡化。因此為了保持良好的加工性，需要使板材的厚度在0.15毫米以上。
如果電工鋼板的平均粒徑不足0.15毫米，則如圖7所示，在加工后消除應(yīng)力退火時磁特性惡化，如果電工鋼板的平均粒徑超過2.0毫米，又會如圖6所示，也不能獲得良好的加工性，因此應(yīng)該將平均粒徑限制在0.15～2.0毫米的范圍內(nèi)。
沿軋制方向的磁通密度，對于這種電工鋼板要作為變壓器材料或磁屏蔽材料使用的場合，因為要求B8＞1.70T，所以要限制在此范圍之內(nèi)。然而從所使用的電氣機械工作效率的角度考慮，最好使B8＞1.75T。
下面參考


本發(fā)明的最佳實施例。實施例1采用連續(xù)鑄造方法，制造出含有C30ppm、Si3.20重量％、Mn0.10重量％和Al0.0034重量％，Se＜5ppm、S20ppm、N6ppm、O10ppm，其余成分基本上為Fe的扁鋼坯。對這種扁鋼坯在1150℃的溫度下進(jìn)行20分鐘的加熱，通過熱軋軋成厚度為2.0毫米。在1000℃的溫度下對該熱軋鋼板進(jìn)行60秒鐘的退火之后，按表1所示的條件，依次進(jìn)行冷軋、中間退火、再次冷軋軋成最終厚度為0.35毫米的板材。測定中間退火之后至最終冷軋之前的平均粒徑，其測定結(jié)果如表1所示。
隨后在氫氣氛圍下，按表1所示的條件實施再結(jié)晶退火，涂覆上由重鉻酸鋁、乳液法樹脂、乙二醇混合而構(gòu)成的涂料液，在300℃的溫度下烘烤制成制品。對所制作出的成品鋼板的磁特性和加工性進(jìn)行檢測，其結(jié)果一并記錄在表1中。在這兒使用直徑為5毫米的沖頭沖壓100個點，通過調(diào)查沖孔洞周圍的裂紋、皺紋發(fā)生率來評價加工性。
由表1可知，對于在最終冷軋之前的平均晶粒直徑為0.03～0.20毫米且最終冷軋時的壓下率為55～75％的條件下制造的成品鋼板，通過連續(xù)退火而獲得良好的磁通密度，并且可以獲得良好的加工性。實施例2采用連續(xù)鑄造方法，制造出其組成成分如表2所示的扁鋼坯。不對該扁鋼坯實施加熱，而是在連續(xù)鑄造后直接實施熱軋，軋成厚度為4.0的板材，在1170℃的溫度下進(jìn)行20分鐘的加熱后，實施熱軋軋成厚度為2.6毫米的板材。在900℃的溫度下對熱軋鋼板進(jìn)行30秒鐘的退火之后，通過冷軋軋成中間厚度為0.60毫米的板材。隨后在850℃的溫度下進(jìn)行30秒鐘的中間退火，再通過冷軋軋成最終厚度為0.23毫米的板材。接著，在氮氣氛圍下實施1000℃、180秒鐘的再結(jié)晶退火后，涂覆上由磷酸鋁、重鉻酸鉀、硼酸混合而構(gòu)成的涂料液，在300℃的溫度下烘烤制成制品。
將如此得到的制品鋼板的磁特性和加工性的調(diào)查結(jié)果一并記錄在表2中。
由表2可知，采用將Se、S、N、O的含量分別降低至30ppm以下的鋼水，通過連續(xù)退火可以獲得磁通密度B8＞1.75T的制品。實施例3采用連續(xù)鑄造方法，直接制造出含有C20ppm、Si3.25重量％、Mn0.14重量％和Al0.005重量％的、Se＜5ppm、S10ppm、N10ppm、O15ppm，其余成分基本上為Fe的、厚度為4.5毫米的薄鑄錠。按表3所示的條件對這種薄鑄錠實施熱軋板退火，在測定平均晶粒直徑之后，再通過冷軋軋成最終厚度為1.2毫米的板材。此時的最終冷軋壓下率為73.3％。隨后在Ar氣氛圍下實施1000℃、5分鐘的再結(jié)晶退火，而制作成制品。將如此得到的制品鋼板的磁特性的調(diào)查結(jié)果一并記錄在表3中。
由表3可知，最終冷軋之前的平均晶粒直徑在0.03～0.20毫米的范圍內(nèi)，通過連續(xù)退火而獲得高導(dǎo)磁率的制品。實施例4采用連續(xù)鑄造方法，制造出含有C30ppm、Si3.20重量％、Mn0.05重量％和Al0.0030重量％，其余成分基本上為Fe的扁鋼坯。對這種扁鋼坯在1150℃的溫度下進(jìn)行20分鐘的加熱后，通過熱軋軋成厚度為2.0毫米的熱軋鋼板。接著，在1000℃的溫度下對該熱軋鋼板進(jìn)行60秒鐘的退火之后，通過冷軋軋成中間厚度為0.90毫米的板材，隨后在850℃的溫度下進(jìn)行60秒鐘的中間退火，再實施第二次冷軋軋成最終厚度為0.35毫米的板材(最終冷軋時的壓下率為61.1％)。
然后在氫氣氛圍下，按表4所示的條件實施再結(jié)晶退火后，涂覆上由重鉻酸鋁、乳液法樹脂、乙二醇混合而構(gòu)成的涂料液，在300℃的溫度下烘烤制成制品。
將如此得到的制品鋼板的平均粒徑、磁通密度、鐵損和加工性的調(diào)查結(jié)果一并記錄在表4中。
使用直徑為5毫米的沖頭沖壓100個點，以孔周圍的裂紋、皺紋的發(fā)生率來評價加工性。
正如該表所示，當(dāng)平均粒徑在0.15～2.0毫米的范圍內(nèi)時，在得到良好的加工性的同時，得到軋制方向的磁通密度滿足B8＞1.75T的良好磁特性。實施例5采用連續(xù)鑄造方法，制造出其組成成分如表5所示的扁鋼坯，不對其實施加熱而直接熱軋成厚度為2.0毫米的板材。然后在900℃的溫度下對該熱軋鋼板進(jìn)行30秒鐘的退火，通過冷軋制作出中間厚度為0.60毫米的板材，隨后再在900℃的溫度下進(jìn)行30秒鐘的中間退火，以第二次冷軋軋成最終厚度為0.20毫米的板材(最終冷軋時的壓下率為66.6％)。
然后在氮氣氛圍下實施1000℃、180秒鐘的再結(jié)晶退火，涂覆上由磷酸鋁、重鉻酸鉀、硼酸混合而構(gòu)成的涂料液，在300℃的溫度下烘烤制成制品。
將如此得到的成品鋼板的平均粒徑、磁通密度、鐵損和加工的調(diào)查結(jié)果一并記錄在表5中。
對加工性的評估方法與實施例4相同。
正如該表所示，通過將Se、S、N、O的含量分別減低至30ppm以下，在平均粒徑為0.15～2.0毫米的范圍內(nèi)，可以獲得具有良好加工性和磁特性的制品。
實施例6制造出含有C30ppm、Si3.20重量％、Mn0.07重量％和Al0.0050重量％，其余成分基本上為Fe的、厚度為8毫米的薄鑄錠，不對其實施加熱而直接熱軋成厚度為2.0毫米的板材。然后在1000℃的溫度下對該熱軋鋼板進(jìn)行60秒鐘的退火，通過冷軋軋成最終厚度為0.90毫米的板材(最終冷軋時的壓下率為55.0％)。然后在Ar氣氛圍下，按照表6所示的條件實施再結(jié)晶退火，而制成制品。
將如此得到的成品鋼板的平均粒徑、磁通密度、鐵損和加工性的調(diào)查結(jié)果一并記錄在表6中。
使用直徑為5毫米的鉆頭鉆100個孔，以孔周圍的裂紋、皺紋發(fā)生率來評價加工性。
正如該表所示，在滿足本發(fā)明條件的場合，可以獲得良好的加工性和磁特性。
如上所述，如果采用本發(fā)明，則可以通過使用不含有抑制劑的高純度材料作為原材料，并且按照預(yù)定的條件軋成冷軋鋼板后進(jìn)行利用連續(xù)退火的再結(jié)晶退火，能夠有效地使{110}<001>的織構(gòu)發(fā)達(dá)。其結(jié)果，可以穩(wěn)定地獲得平均粒徑為0.15～2.0毫米，且軋制方向的磁通密度滿足B8＞1.70T的加工性和磁特性良好的電工鋼板。
權(quán)利要求
1.一種加工性和磁特性良好的電工鋼板的制造方法，它是一種由對扁鋼坯實施熱軋、根據(jù)需要對熱軋鋼板實施退火后、進(jìn)行一次或插入中間退火的兩次以上的冷軋軋成最終厚度的板材、隨后對其實施再結(jié)晶退火、并根據(jù)需要施加絕緣涂層的一系列工序構(gòu)成的電工鋼板的制造方法，其特征在于，在該扁鋼坯含有Si2.0～8.0重量％、Mn0.005～3.0重量％和Al0.0010～0.012重量％，而且Se、S、N、O的含量分別減低至30ppm以下，通過連續(xù)退火實施再結(jié)晶退火。
2.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，使最終冷軋之前的平均晶粒直徑為0.03～0.20毫米，以壓下率55～75％進(jìn)行最終冷軋，并且在950～1175℃的溫度范圍內(nèi)實施再結(jié)晶退火。
3.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，熱軋鋼板的退火和中間退火的退火溫度為800～1050℃。
4.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，扁鋼坯中的Se、S、N、O的含量之和在65ppm以下。
5.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，扁鋼坯中還含有0.01～1.50重量％的Ni。
6.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，扁鋼坯中還含有下述成分中的至少一種，Sn0.01～0.50重量％，Sb0.005～0.50重量％，Cu0.01～0.50重量％，Mo0.005～0.50重量％，Cr0.01～0.50重量％。
7.一種權(quán)利要求1所述的加工性和磁特性良好的電工鋼板的制造方法，其特征在于，不對扁鋼坯進(jìn)行加熱而直接實施熱軋。
8.一種權(quán)利要求1所述的電工鋼板的制造方法，其特征在于，以直接鑄造法由鋼水獲得的、厚度為100毫米以下的薄鑄錠作為原材料實施熱軋，或直接使用該薄鑄錠替代熱軋鋼板。
9.一種加工性和磁特性良好的電工鋼板，它是一種采用連續(xù)退火方式實施再結(jié)晶退火而制作出的電工鋼板，其特征在于，含有2.0～8.0重量％的Si，鋼板厚度為0.15毫米以上，平均粒徑為0.15～2.0毫米，軋制方向的磁通密度為B8＞1.70T。
10.一種權(quán)利要求9所述的加工性和磁特性良好的電工鋼板，其特征在于，還含有Mn0.005～3.0重量％和Al0.0010～0.012重量％，而且Se、S、N、O的含量在30ppm以下。
11.一種權(quán)利要求10所述的加工性和磁特性良好的電工鋼板，其特征在于，Se、S、N、O的含量之和在65ppm以下，軋制方向的磁通密度B8＞1.75T。
12.一種權(quán)利要求9所述加工性和磁特性良好的電工鋼板，其特征在于，還含有0.01～1.50重量％的Ni。
13.一種權(quán)利要求9所述加工性和磁特性良好的電工鋼板，其特征在于，還含有下述成分中的至少一種，Sn0.01～0.50重量％，Sb0.005～0.50重量％，Cu0.01～0.50重量％，Mo0.005～0.50重量％，Cr0.01～0.50重量％。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及可用于電力變壓器或轉(zhuǎn)動機械中的鐵心材料的電工鋼板,而且提供了一種不使用抑制劑和表面能量的、通過連續(xù)退火工序?qū)嵤┲圃斓闹圃旆椒?。本發(fā)明人首次發(fā)現(xiàn),通過使原材料高純度化,特別是減少Se、S、N、O含量,可以在再結(jié)晶之后使{110}<001>的織構(gòu)高度發(fā)達(dá),從而完成了本發(fā)明。即本發(fā)明提供了一種加工性和磁特性良好的電工鋼板的制造方法,其特征在于,扁鋼坯含有Si:2.0～8.0重量%、Mn:0.005～3.0重量%和Al:0.0010～0.012重量%,而且Se、S、N、O的含量分別減低至30ppm以下,通過連續(xù)退火實施再結(jié)晶退火。
文檔編號C22C38/04GK1254765SQ9912515
公開日2000年5月31日 申請日期1999年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月27日
發(fā)明者早川康之, 黑澤光正, 小松原道郎 申請人:川崎制鐵株式會社