CN107109585A

CN107109585A - 磁性能优异的取向电工钢板及其制造方法

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Publication number: CN107109585A
Application number: CN201580071240.3A
Authority: CN
Inventors: 宋大贤
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-21
Also published as: KR20160078118A; US20170369959A1; CN107109585B; KR101693522B1; WO2016105052A1; JP2018509522A; US11060158B2; JP6463488B2

Abstract

本发明涉及一种表面湿润性及磁性能优异的取向电工钢板的制造方法。更具体地，本发明涉及一种取向电工钢板及其制造方法，其在由Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.4％至5％、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、以及余量Fe和其他不可避免的杂质组成的钢板表面上进行热浸镀铝或铝硅合金并进行热处理，从而使所述热浸镀层的铝向所述钢板内部扩散或渗透。

Description

磁性能优异的取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种磁性能优异的取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明涉及磁性能优异的取向电工钢板；对该电工钢板的板坯冷轧而成的板实施脱碳渗氮退火的过程中或者之后进行热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属，然后使铝扩散到钢板内部，以增加钢板的铝含量及电阻率，从而制造磁性能优异的取向电工钢板的方法；以及制造前述的电工钢板的板坯时，添加规定含量的Sb、Sn等偏析元素，从而热浸镀铝硅二元系熔融金属时可以明显提高表面湿润性的方法。

背景技术

电工钢板是指用作电动机、各种变压器及发电机等电气设备的铁芯材料的硅钢板，主要可以分为取向电工钢板和无取向电工钢板。其中，适用于变压器等的取向电工钢板是指由具有晶面的取向为{110}面并且轧制方向的晶体取向与<001>轴平行的所谓高斯(Goss)集合组织的晶粒构成的钢板。这种钢板具有沿轧制方向磁性能优异的特征。

为了使钢板的取向接近高斯取向以制造磁性能非常优异的钢板，需要使所有晶体的取向与所述高斯取向一致。然而，在电工钢板中，晶体的取向在每个晶体具有不同分布，因此，为了使其与高斯取向接近一致，将会经过再结晶过程，再结晶后只存在接近高斯组织的晶体。这种再结晶称为第二次再结晶，以便与在先进行的后述的第一次再结晶区分。

通常第一次再结晶在冷轧之后的脱碳退火后立即进行或者与脱碳退火同时进行，通过所述第一次再结晶会形成均匀且粒度合适的晶粒。对于所述第一次再结晶后的钢板，此后在适合具有高斯取向的温度下进行第二次再结晶，从而可以制造成磁性能优异的具有高斯取向的钢板。然而，当所述第一次再结晶后的钢板中分别具有不同取向的晶粒的大小不同时，即使在适合具有高斯取向的温度下发生第二次再结晶，由于所谓的尺寸优势(sizeadvantage)，即大的晶粒比小的晶粒稳定的效果，大晶粒生长更占优势的可能性也会变大，这与取向无关，其结果导致脱离高斯取向的晶粒的比率变高。

因此，直至适合的第二次再结晶温度为止需要抑制晶粒的生长，以免发生再结晶。在钢板的内部产生晶粒生长抑制作用是可以通过添加成分的偏析或析出等实现的，产生这种作用的析出物称为抑制剂(inhibitor)。作为如上的抑制剂，广泛使用AlN或MnS，或MnSe等析出物。

另外，为了进一步提高电工钢板的磁性能，除了通过析出物产生晶粒生长抑制力的技术之外，还采用如下技术：添加抑制力效果类似于析出物的合金元素，以使实施第二次再结晶高温退火后高斯集合组织的分数进一步增加；在第一次再结晶退火过程中增加第一次再结晶集合组织中高斯集合组织的分数，以使第二次再结晶高温退火后高斯集合组织的第二次再结晶显微组织分数增加；使第一次再结晶的晶粒的大小分布均匀，以避免因第一次再结晶显微组织的组织不均匀而对提高磁性能没有任何用处的集合组织生长。

为了实现用以提高所述的取向电工钢板的磁性能的各种方案，已经提出了钢板中添加合金成分的方法。

日本特开平1-283324中提出了添加B、Ti的方案，以加强1次强冷轧所导致的结晶生长抑制力的弱化。但是，对于B而言，由于添加量非常微量，在炼钢步骤中很难进行控制，并且添加后在钢中容易形成粗大的BN，Ti也会形成固溶温度为1300℃以上的TIN或者TiC，因而第二次再结晶后一直存在，反而会成为增加铁损的因素。

日本公开专利JP1994-086631中提出了作为晶粒生长抑制剂添加Se和B的方案，以改善磁性能，并且揭示所添加的B只有在素钢内包含适当的N时才有效果，N不足10ppm就没有效果。

如上所述，在现有技术中，为了提高取向电工钢板的磁性能，在增加硅含量之后，通过温轧来克服冷轧的限制，或者通过渗硅增加电阻率而降低铁损，为了提高晶粒生长抑制力而添加B、Ti、Se等粒界偏析元素。

发明内容

要解决的技术问题

本发明用于解决所述的现有技术的问题，其目的在于提供一种取向电工钢板，在制造板坯时添加规定含量的Sb、Sn等偏析元素，以适当地控制脱碳退火中的氧化层，从而具有优异的磁性能优异。

另外，本发明的目的在于提供一种取向电工钢板的制造方法，以便能够解决在热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属时间歇性发生的未被镀上的问题。

技术方案

为了达成所述目的，根据本发明的一方面，

提供一种取向电工钢板，包括：钢板，其由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.4％至5％、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、余量Fe及其他不可避免的杂质组成；热浸镀层，其形成在所述钢板的表面，并由铝或铝硅合金组成；以及氧化层，其形成在所述热浸镀层上，并由氧化铝或铝硅合金的氧化物组成。

所述电工钢板还可以包括Sb、Sn或该两个元素，其总含量为0.01％至0.15％。

铝硅合金中硅含量可为超过0重量％至60重量％。更具体地，铝硅合金中硅含量可为10重量％至30重量％。

所述热浸镀层的末镀覆率可为15％以下。

根据本发明的另一方面，

提供一种取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

准备钢板坯，所述钢板坯由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％以下(0％除外)、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、以及余量Fe和其他不可避免的杂质组成；

将所述钢板坯在1250℃以下的温度下进行再加热；

对所述再加热的板坯进行热轧、热轧板退火及冷轧以制造钢板；

对所述冷轧后的钢板同时或依次实施脱碳退火及氮化处理；以及

对所述脱碳退火及氮化处理后的钢板进行最终退火，

还包括以下步骤：在所述脱碳退火及氮化处理步骤中或脱碳退火及氮化处理步骤后进行热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属；以及使热浸镀层的表面氧化。

所述板坯还可以包含Sb、Sn或该两个元素，其总含量为0.01％至0.15％。

热浸镀在所述钢板上的铝硅合金中硅含量可为超过0重量％至60重量％。

更具体地，热浸镀在所述钢板上的铝硅合金中硅含量可为10重量％至30重量％。

所述热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属的步骤可在600℃至900℃的温度下进行。

在所述热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属的步骤中，热浸镀可以控制成热浸镀层的末镀覆率为15％以下。

发明效果

根据本发明的取向电工钢板，镀有铝或铝硅二元系熔融金属的脱碳氮化退火板上涂覆常规高温退火隔离剂后进行最终第二次再结晶高温退火，从而可以提供一种具有{110}<001>取向的聚集度非常高及晶粒大小相当微细的高斯集合组织，并且磁性非常优异的超低铁损高磁通密度取向电工钢板。

另外，根据本发明的取向电工钢板的制造方法，热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属使铝扩散到钢板内，从而增加钢板的铝含量及电阻率，同时热浸镀铝硅二元系熔融金属时，可以明显改善钢板表面上的表面湿润性。

附图说明

图1为根据实施例1制造的电工钢板的截面图片。

具体实施方式

本发明可以进行各种变更，并且可以具有各种形态，下面对特定实施例进行详细说明。然而，应理解的是，本发明不限于下述特定的实施形态，而是包括本发明的思想及技术范围内的所有变更、等同物或代替物。

本发明中提出的取向电工钢板，其特征在于必需包括以下工艺：热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属使铝扩散到钢板内，从而增加钢板的铝含量及电阻率，同时热浸镀铝硅二元系熔融金属时，可以明显改善钢板表面上的表面湿润性。

本发明的取向电工钢板，包括：钢板，所述钢板由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％至5％、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、以及余量Fe和其他不可避免的杂质组成；热浸镀层，所述热浸镀层形成在所述钢板上，并由铝或铝硅合金组成；以及氧化层，所述氧化层形成在所述热浸镀层上，并由氧化铝或铝硅合金氧化物组成。

下面进一步详细说明本发明的取向电工钢板。

本发明的对象，即取向电工钢板是指一种由具有晶面的取向为{110}面并且轧制方向的晶体取向与<001>轴平行的所谓高斯(Goss)取向或高斯集合组织的晶粒构成的钢板。

为了使取向电工钢板的取向接近高斯取向以制造磁性能非常优异的钢板，有必要使所有晶体的取向与所述高斯取向一致。然而，对于通过轧制板坯来制造的电工钢板，由于其制造过程只能具有多晶组织，其结果晶体的取向在每个晶体具有不同分布，因此需要采用特殊的操作，以使晶体取向接近高斯取向。

即，虽然轧制后具有多晶组织的钢板中也包括部分接近高斯取向的晶体，但是大部分晶体具有明显脱离高斯取向的取向。因此，如果直接使用此种钢板，难以获得铁损等磁性能优异的电工钢板。因此，通常进行再结晶过程，以使所述多晶组织的钢板再结晶化而只存在接近高斯组织的晶体。

所述再结晶化时，优先生长的晶体的取向取决于再结晶温度。因此，如果再结晶温度控制得好，就可以使接近高斯取向的晶体优先生长。

在再结晶化之前，接近高斯取向的晶体的分数非常小，但是完成再结晶化之后，大部分是接近高斯取向的晶体。为了与在先进行的后述的第一次再结晶区分，这种再结晶称为第二次再结晶。

在所述第二次再结晶化之前进行第一次再结晶，所述第一次再结晶使晶体以均匀的大小分布。通常所述第一次再结晶在冷轧之后的脱碳退火后立即进行或者与脱碳退火同时进行，通过所述第一次再结晶会形成均匀且适合的粒度的晶粒。当然，所述晶粒取向分散得较为均匀，因此在取向电工钢板中最终希望获得的高斯取向的比例非常低。

如上所述，对于所述第一次再结晶后的钢板，此后在适合具有高斯取向的温度下进行第二次再结晶，从而可以制造成磁性能优异的具有高斯取向的钢板。

然而，当所述第一次再结晶后的钢板中分别具有不同取向的晶粒的大小不同时，即使在适合具有高斯取向的温度下发生第二次再结晶，由于所谓的尺寸优势(sizeadvantage)，即大的晶粒比小的晶粒稳定的效果，大晶粒生长更占优势的可能性也会变大，这与取向无关，其结果导致脱离高斯取向的晶粒的比率变高。

因此，当第一次再结晶时，晶粒应以合适的大小均匀分布。如果晶粒过于微细，就会使晶界面积增加，导致界面能增加，晶粒有可能变得不稳定。这样的情况下可能导致不好的结果，即第二次再结晶在过于低的温度下发生，从而会生成大量的不具有高斯取向的晶粒。

因此，直至适合的第二次再结晶温度为止需要抑制晶粒的生长，以免发生再结晶。在钢板的内部产生晶粒生长抑制作用是可以通过添加成分的偏析或析出等实现的，产生这种作用的析出物称为抑制剂(inhibitor)。

所述抑制剂的作用如下：直至达到适合的第二次再结晶温度为止，所述抑制剂以析出物或偏析形式存在于晶界附近，从而抑制晶粒不再生长，当达到适合温度(第二次再结晶温度)，所述抑制剂就会被溶解或分解，从而促进晶粒的自由生长。

起到这种作用的典型的抑制剂有氮化物抑制剂。对于所述氮化物抑制剂，通过常规过程制造冷轧板之后，在脱碳退火的同时或者脱碳退火之后，将所述冷轧板置于氮氛氛中以形成氮易于渗透到钢板内部的条件，渗透的氮与钢板中的氮化物形成元素进行反应而形成氮化物，所述氮化物起到抑制剂的作用。所述氮化物可以例举AlN、(Al、Si)N等析出物。

在本发明中，通过使这种起到抑制剂作用的(Al、Si、Mn)N、AlN等氮化物大量析出，并且在脱碳氮化退火结束前夕或结束之后，在还原性气氛下将存在于脱碳氮化退火板的外部氧化层的部分或全部氧化层进行还原，然后将如此处理的脱碳氮化退火板在铝或铝硅二元系熔融金属中进行热浸镀。此时，为了明显改善热浸镀的金属层对钢板表面的湿润性，从板坯的炼钢步骤开始以规定含量添加Sb、Sn的单一元素或混合添加Sb和Sn两种元素，使得在脱碳退火中Sb、Sn单独或Sn和Sn同时扩散到表面而产生表面偏析，以抑制表面上生成的SiO₂或其它有可能使湿润性变差的氧化层的形成，进而可以改善对钢板表面的熔融金属的湿润性。即，为了明显改善热浸镀后的金属层对钢板表面的湿润性，从前述的电工钢板的板坯的炼钢步骤开始以规定含量单独添加Sb、Sn或混合添加该两种元素，使得在脱碳退火中Sb、Sn单独或Sn和Sn同时扩散到表面而产生表面偏析，以抑制表面上生成的SiO₂或其它有可能使湿润性变差的氧化层的形成，进而可以改善对钢板表面的熔融金属的湿润性。

此后，将镀有铝或铝硅二元系熔融金属的热浸镀层进行氧化，从而在热浸镀层上形成由氧化铝或铝硅合金的氧化物组成的氧化层以用作高温退火板退火隔离剂，并实施最终第二次再结晶高温退火，从而可以获得具有{110}<001>取向的聚集度非常高及晶粒大小相当微细的高斯集合组织，并且磁性非常优异的超低铁损高磁通密度取向电工钢板。

Sb和Sn不仅具有增加第一次再结晶集合组织中具有{110}<001>取向的晶粒的分数的效果，而且具有使析出硫化物均匀析出的效果。此外，Sb和Sn的添加量达到一定程度以上时，可以得到抑制脱碳退火时的氧化反应的效果，因此可使脱碳退火时的温度进一步上升，其结果，可以有利于形成取向电工钢板的第一次覆膜。

此外，这些元素可在晶界上析出而抑制晶粒生长，因此具有能使第二次再结晶粒径变小的优点。因此，也可以获得基于第二次再结晶晶粒细化的磁畴细化效果。

在本发明中，取向电工钢板的成分中单独包含所述Sn、Sb或者Sn、Sb两者都包括，并将它们的含量控制在特定范围，从而提高末镀覆率及磁性能。

下面对本发明的构成详细分类后进行说明。

本发明的取向电工钢板的成分限定理由如下：

Si作为电工钢板的基本成分，起到提高材料的电阻率以降低铁损(core loss)的作用。如果Si的含量少于2.0重量％，则电阻率降低而增加涡流损耗，导致铁损特性变差，而且高温退火时铁素体和奥氏体之间发生相变，不仅导致第二次再结晶不稳定，还会导致集合组织严重受损。另外，当Si的含量超过6.5重量％而过量含有时，磁致伸缩性能和导磁率会明显变差，从而导致磁性能严重受损。因此，Si的含量优选被限制在2.0重量％至4.0重量％。

Al除了在热轧和热轧板退火时微量析出的AlN之外，在冷轧后的退火工艺中由氨气引入的的氮离子与以固溶状态存在于钢中的Al、Si、Mn结合而形成(Al、Si、Mn)N及AlN氮化物，由此起到强力的晶粒生长抑制剂的作用。然而，Al的含量过于高时，形成粗大的氮化物而导致晶粒生长抑制力下降。因此，板坯内的Al含量优选限定为0.04重量％以下(但，0重量％除外)。另外，当形成热浸镀层并进行热处理时，热浸镀层中的Al会扩散或渗透到钢板内，从而增加钢板内的Al含量。因热处理而扩散或渗透到钢板内的Al含量具体可为0.4重量％至5重量％。更具体地，钢板内的Al含量可为1重量％至3重量％。更具体地，钢板内的Al含量可为2重量％至2.5重量％。

Mn与Si一样具有提高电阻率降低涡流损耗而降低整体铁损的效果，并且Mn与Si一起与因氮化处理而引入的氮进行反应而形成(Al、Si、Mn)N析出物，由此抑制第一次再结晶晶粒的生长，从而对引发第二次再结晶起到重要作用。然而，添加量超过0.20重量％时，钢板表面上除了形成Fe₂SiO₄以外，还会大量形成(Fe、Mn)及Mn氧化物，从而阻碍高温退火中形成基底涂层，导致表面质量下降，并且在高温退火工艺中会引发铁素体和奥氏体之间的相变，因此集合组织严重受损，从而导致磁性能明显变差。因此，Mn的含量限制为0.20重量％(但，0重量％除外)。

N为与Al和B反应而形成AlN和BN的重要元素，因此在炼钢步骤中添加量优选为0.01重量％以下。当添加量超过01重量％，热轧后的工艺中会导致氮扩散引起的被称为鼓泡的表面缺陷，而且在板坯状态下形成太多的氮化物，因此轧制变得困难，导致后续工艺复杂且制造费用上升。因此，N的含量限制在0.01重量％以下(但，0重量％除外)。此外，为了形成(Al、Si、Mn)N、AlN、(B、Si、Mn)N、(Al、B)N、BN等氮化物额外需要N，这些N在冷轧后的退火工艺中利用氨气实施氮化处理补充到钢中。

C是引起铁素体和奥氏体之间的相变而使晶粒细化并提高伸长率的元素，而且是用于提高因脆性强轧制性差的电工钢板的轧制性所必须的元素。然而，当残留在最终产品时，因磁时效效果而形成的碳化物会在产品板内部析出，从而导致磁性能变差，因此优选控制在适当的含量。在所述的Si含量范围内，当C的含量不足0.04重量％时，铁素体和奥氏体之间的相变不会正常发挥作用，因此会导致板坯及热轧显微组织不均匀。因此，C的最少含量优选为0.04重量％以上。另外，热轧板退火热处理后残留在钢板内的残留炭会激活冷轧中位错锁定而增加剪切变形区(shear zone)，从而增加高斯核的生成场所，进而增加第一次再结晶显微组织的高斯晶粒分数。由此看来，C越多越有益处，但是在所述的Si含量的范围内，当C含量超过0.12重量％时，除非增加额外的工艺或设备，在脱碳退火工艺中不仅无法充分脱碳，而且由此导致的相变现象会使第二次再结晶集合组织严重受损，进而将最终产品适用于电力设备时会因磁时效而导致磁性能变差的现象。因此，C的最大含量优选为0.12重量％以下。

当S的含量超过0.01重量％时，板坯内形成MnS析出物而抑制晶粒生长，并且铸造时会偏析在板坯中心部，从而导致在后续工艺中难以控制显微组织。此外，在本发明中，将MnS不会作为晶粒生长抑制剂来使用，因此优先S的添加量超过不可避免被加入的含量，以避免析出。因此，S的含量优选为0.010重量％以下(但，0重量％除外)。

P可以偏析在晶界而阻碍晶界迁移，同时可以起到抑制晶粒生长的辅助作用,而且对显微组织而言具有改善{110}<001>集合组织的效果。如果P的含量不足0.005重量％，就没有添加效果，如果添加量超过0.05重量％，就会增加脆性导致轧制性明显变差，因此优选限制在0.005重量％至0.05重量％。

Sb和Sn作为晶界偏析元素具有抑制晶粒生长的效果，还具有改善铁损的效果。另外，由于Sb的熔点低，在脱碳退火步骤中向表面方向发生扩散，从而具有抑制表面氧化层的形成的效果。然而，如果Sb或Sn的添加量过于高，就会导致发生作为基底涂层的基础的第一次再结晶退火中形成的表面氧化层形成过于少的现象，并且不仅会阻碍脱碳的顺利进行，还会导致晶粒生长抑制力过于高，从而生长出与高斯集合组织无关的其它集合组织，进而损害第二次再结晶集合组织，甚至妨碍磁性能。

本发明的发明人通过研究结果发现，添加Sb、Sn或这两个元素的总含量为0.01重量％以上时，不仅能够适当控制表面氧化层，而且出现抑制晶粒生长的效果,当总含量超过0.15重量％时，表面氧化层会急速劣化，这不仅得不到稳定的基底涂层，而且脱碳行为变差及抑制晶粒生长的效果过大而得不到稳定的第二次再结晶显微组织。因此，Sb、Sn或这两个元素的总含量的范围优选为0.01重量％以上至0.15重量％以下。

对于这种本发明的取向电工钢板，可以由同样包括如上所述的元素的钢板坯，即由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％以下(0％除外)、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、Sb、Sn或这两个元素：总含量为0.01％％至0.15％、余量Fe及其他不可避免的杂质组成的钢板坯来制造。此时，除了Al之外，其余成分的含量与前述的钢板的含量相同，因此重复的说明将被省略。

除了所述的成分之外，取向电工钢板中所包含的各种成分可以作为本发明的电工钢板的合金成分，这是本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解的。通常已知的成分的组合及其作用当然属于本发明的权利要求书范围。

根据本发明的一实施例，所述取向电工钢板的第二次再结晶晶粒，即高斯取向的晶粒的平均大小可以约1cm至3cm左右。

另外，为了确保优异的铁损，形成所述取向电工钢板的晶粒中脱离高斯取向的程度优选为约3度以内。

下面说明根据本发明的一实施例的取向电工钢板的制造工艺。

根据本发明的一实施例,提供一种取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

对钢板坯实施热轧、热轧板退火及冷轧以制造钢板，所述钢板坯由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％以下(0％除外)、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、Sb、Sn或这两个元素：总含量为0.01％至0.15％、余量Fe及其他不可避免的杂质组成；

对所述冷轧后的钢板同时或依次实施脱碳退火及氮化退火；以及

对所述脱碳退火及氮化退火后的钢板进行最终退火,

其中，在所述脱碳退火步骤中或脱碳退火步骤后进行热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属，然后使热浸镀层的表面氧化。

下面，进一步详细说明所述的本发明的取向电工钢板的制造方法。下面的条件是以常规条件为准，除非有特别说明的条件。

根据本发明的取向电工钢板，首先准备钢板坯，所述钢板坯如上所述由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％以下(0％除外)、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、Sb、Sn或这两个元素：总含量为0.01％至0.15％、余量Fe及其他不可避免的杂质组成。

对所述钢板坯所包含的元素及含量的更详细的说明与所述取向电工钢板相同。

然后对准备好的板坯进行再加热。此时，优选的是，对板坯进行再加热的工艺是在固溶的N和S不完全溶体化的特定的温度范围内进行。如果N和S完全溶体化，后续的热轧板退火热处理之后，会大量形成细微的氮化物或硫化物，导致无法进行后续工艺，即一次冷轧，因此需要额外的工艺，这将导致制造成本增加的问题，并且由于第一次再结晶晶粒大小相当细微，有可能无法表征合适的第二次再结晶。

根据本发明的发明人的研究结果，控制因板坯的再加热而再固溶的N的固溶量比控制素钢内包含的N的总量更重要。即，在脱碳氮化退火工艺中形成的额外的AlN的大小和量取决于再固溶的N，当AlN的大小相同时，如果AlN的量过于多，则晶粒生长抑制力将增加，从而不能得到由高斯集合组织构成的适合的第二次再结晶显微组织。相反，如果AlN量过于少，则第一次再结晶显微组织的晶粒生长驱动力将增加，从而与如上所述的现象类似，不能得到合适的第二次再结晶显微组织。通过板坯的再加热，素钢内再固溶的N的含量优选为20ppm至50ppm。再固溶的N的含量需要考虑素钢内所包含的Al的含量，这是因为用作晶粒生长抑制剂的氮化物为(Al、Si、Mn)N及AlN。关于纯3％硅钢板的Al与N的固溶度，Iwayama提出如下相关关系式：

例如，假设酸可溶性铝为0.028重量％、N为0.0050重量％时，根据Iwayama式的理论固溶温度为1258℃，为了加热如上电工钢板的板坯，应以1300℃进行加热。如果将板坯加热至1280℃以上，钢板上会生成低熔点硅和基底金属，即铁的化合物铁橄榄石(Fayalite)，从而钢板的表面熔化导致热轧操作变得非常困难，并且熔化的金属所引起的加热导致维修增加。因为如上理由，即为了加热后不完全溶体化，可以进行维修及冷轧和适合地控制第一次再结晶集合组织，优选在1250℃以下的温度下对板坯进行再加热。

接着说明对再加热的板坯进行热轧并制造冷轧后的钢板的工艺。即，对再加热后的板坯进行热轧后，进行热轧板退火，此后实施冷轧过程，对于酸洗等常规的电工钢板的热轧及冷轧过程中所需的附加工艺，可从本发明所属的技术领域中公知的方法中选择适当的一种，如果需要可以适当的变形后实施。

下面进一步详细说明热轧后制成的热轧板的退火工艺。

热轧后的热轧板中存在因应力而沿轧制方向延伸的变形组织，并且在热轧中会析出AlN或MnS等。因此，为了具有均匀的再结晶显微组织和细微的AlN的析出物分布，重要的是在冷轧前将热轧板再次加热至板坯加热温度以下，以使变形的组织再结晶，并确保充分的奥氏体相，从而促进AlN及MnS等晶粒生长抑制剂的固溶。因此，对于热轧板退火温度，为了使奥氏体分数最大，优选的方法为加热至900℃至1200℃，并实施均热处理后进行冷却。适用所述的热处理模式后，进行热轧板退火热处理后，钢带(strip)中存在的析出物平均大小为至的范围。

热轧板退火后利用可逆式(Reverse)轧制机或串列式(Tandem)轧制机冷轧成厚度为0.10mm以上且0.50mm以下，最优选的是中间不进行变形组织的退火()热处理，而直接进行1次强冷轧，从初始热轧厚度轧制成最终产品厚度。

通过1次强冷轧，{110}<001>取向的聚集度低的取向旋转成变形取向，只有以{110}<001>取向排列最好的高斯晶粒存在于冷轧板。因此，在2次以上的轧制方法中，聚集度低的取向也存在于冷轧板，从而在最终高温退火时进行第二次再结晶，进而获得磁通密度和铁损低的特性。因此,最优选的是通过1次强冷轧进行冷轧率为87％以上的轧制。

对如此冷轧的钢板进行脱碳退火和变形组织的再结晶及使用氨气的氮化处理。另外，使用氨气向钢板引入氮离子以析出抑制剂即(Al、Si、Mn)N、AlN等时,在结束脱碳退火及再结晶后，使用氨气进行氮化处理，或者脱碳退火的同时使用氨气以同时进行氮化处理，这些方法均对发挥本发明的效果不成问题。

脱碳退火和再结晶及氮化处理时，对钢板的退火温度，优选在800℃至950℃的范围内进行热处理。如果钢板的退火温度低于800℃，脱碳所需时间很长，如果加热温度超过950℃，则再结晶晶粒生长得粗大导致结晶生长驱动力下降，从而不会形成稳定的第二次再结晶。此外，退火时间对于发挥本发明的效果不会影响太大，但是考虑到生产性，通常优选在5分钟以内处理。

此外，根据本发明的制造方法，铝或铝硅二元系熔融金属易于扩散到电工钢板内部(与有无外部氧化层无关)，因此具有可以省略去除外部氧化层的步骤的优点。

然而，对于脱碳氮化退火后的钢板，可以根据需要，在脱碳氮化退火热处理结束前夕或结束之后，将退火炉的气氛控制成还原性气氛，并通过还原去除存在于脱碳氮化退火后的钢板表面上形成的外部氧化层的部分或全部氧化层。

然后，对钢板进行热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属。热浸镀铝或铝硅熔融金属时，温度优选为600℃以上且900℃以下。在低于600℃的温度下进行热浸镀时，由于热浸镀金属熔融不均匀而使热浸镀品质变差，超过900℃时，熔融金属与脱碳氮化处理后的钢板的表面湿润性变差导致热浸镀品质降低。

作为所述熔融金属使用铝硅二元系金属时，所述铝硅二元系金属中硅含量为超过0重量％至60重量％，优选包括10重量％至30重量％。原因是铝硅二元系合金中必然生成初晶硅相，然而硅含量超过60重量％时，初晶硅相过于形成而导致热浸镀层不容易扩散到电工钢板内部。

对钢板进行热浸镀铝或铝硅二元系熔融金属时，钢板上的热浸镀层的未镀覆率为15％以下，优选为5％以下。未镀覆率超过15％时,钢板中会发生局部的铝组分之差,从而导致热浸镀层的铝扩散到钢板内部的效果下降。

之后，通过使镀有铝或铝硅二元系熔融金属的熔融金属层的表面氧化而形成由氧化铝或铝硅合金的氧化物组成的氧化层。更具体地，氧化层可以由SiO₂、Fe₂SiO₄、(Fe、Mn)SiO₄、Al₂O₃、或(Al、Si)O₂等组成。

最后，通常进行长时间的最终退火在取向电工钢板引发第二次再结晶，从而形成钢板的{110}面与轧制面平行且<001>方向与轧制方向平行的{110}<001>集合组织，并且热浸镀后的铝扩散及渗透至钢板内部增加钢板的铝含量，从而制造出电阻率增加的磁性能优异的取向电工钢板。最终退火的目的从大的层面来看是形成基于第二次再结晶的{110}<001>集合组织、通过形成基于外部氧化层的氧化反应的玻璃质覆膜来附加绝缘性、使铝从热浸镀层扩散及渗透到钢板内部、除去对磁性能不利的杂质。作为最终退火的方法，在发生第二次再结晶之前的升温区段，维持氮气和氢气的混合气体以保护晶粒生长抑制剂即氮化物，使得第二次再结晶顺利地发达，并且结束第二次再结晶之后，在100％氢气氛下保持长时间以去除杂质。

根据如上制造工艺制造的取向电工钢板，通过基于铝或铝硅二元系熔融金属的热浸镀，铝会扩散至电工钢板内部，使得在最终产品中包括特定含量的铝，并且最终产品的铝含量可为0.4重量％至5重量％。

在实施例中更具体说明发明。但是，下面实施例仅仅用于例示本发明，本发明的内容并不限定于下面实施例。

<实施例>

实施例1

对含有Si:3.2wt％、C:0.055wt％、Mn:0.099wt％、S:0.0045wt％、N:0.0043wt％、Sol-Al:0.028wt％、P:0.028wt％，余量为Fe和其他不可避免的杂质的取向电工钢板，在真空溶解之前添加Sb和Sn，其总含量为0.04重量％，在真空溶解后制成锭块，接着在1150℃的温度下进行加热后，热轧成厚度为2.5mm。对制成的热轧板在1070℃的温度下进行加热后，在920℃的温度下保持160秒并在水中进行急速冷却。

对热轧后退火的板材进行酸洗后进行1次强冷轧，冷轧成厚度为0.27mm，冷轧后的板在860℃的温度下、在湿润的氢气和氮气及氨气的混合气氛下保持200秒，并进行同时脱碳氮化退火热处理直至氮含量达到180ppm。

如表1所示，对该钢板进行热浸镀铝熔融金属后进行最终退火。最终退火时，1200℃为止是在25％氮气+75％氢气的混合气氛下进行，达到1200℃后是在100％氢气氛下保持10小时以上，然后进行炉冷。最终退火后分析钢板内的Al量并显示在表1。

另外将根据实施例1制造的电工钢板的截面图片显示在图1。

如图1所示，可以发现依次形成有钢板-热浸镀层-氧化层。

实施例2至9

除了热浸镀金属使用铝硅二元系或者改变Sb和Sn的总含量之外，通过与实施例1相同的方法制造了取向电工钢板。

比较例1至5

除了改变熔融金属或Sb和Sn的总含量之外，通过与实施例1相同的方法制造了取向电工钢板。

针对所述实施例及比较例每个详细工艺条件，测定了末镀覆率及磁性能并显示在下表1。

【表1】

※末镀覆率测定方法：10cm*10cm面积中热浸镀层脱落部位的面积百分数(％)

如表1所示，将Sb和Sn以规定含量添加并热浸镀铝或铝硅合金的实施例与比较例相比，末镀覆率明显得到改善。另外Sb和Sn的总含量超过0.15重量％的比较例5中，虽然末镀覆率优异，但是磁性能较差。

以上，参照实施例对本发明进行了说明，但本发明所属的技术领域的技术人员可以理解，在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明可由其他具体形式实施。

Claims

1.一种取向电工钢板，包括：

钢板，所述钢板由以重量％计Si:2.0％至6.5％、酸可溶性Al:0.04％至5％、Mn:0.20％以下(0％除外)、N:0.010％以下(0％除外)、S:0.010％以下(0％除外)、P:0.005％至0.05％、C:0.04％至0.12％、以及余量Fe和其他不可避免的杂质组成；

热浸镀层，所述热浸镀层形成在所述铝扩散层上，并由铝或铝硅合金组成；以及

氧化层，所述氧化层形成在所述热浸镀层上，并由铝氧化物或铝硅合金氧化物组成。

2.根据权利要求1所述的取向电工钢板，其中，

所述钢板还包含Sb、Sn或这两个元素，其总含量为0.01％至0.15％。

3.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板，其中，

所述铝硅合金中硅含量为超过0重量％至60重量％。

4.根据权利要求3所述的取向电工钢板，其中，

所述铝硅合金中硅含量为10重量％至30重量％。

5.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板，其中，

所述热浸镀层的末镀覆率为15％以下。

6.根据权利要求1或2所述的取向电工钢板，其中，

所述铝扩散层的铝含量超过0重量％。

7.一种取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

将所述钢板坯在1250℃以下的温度下进行再加热；

对所述冷轧钢板同时或依次实施脱碳退火及氮化处理；以及

对完成所述脱碳退火及氮化处理的钢板进行最终退火，

8.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

所述板坯还包含Sb、Sn或这两个元素，其总含量为0.01％至0.15％。

9.根据权利要求7或8所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

对所述钢板进行热浸镀的铝硅合金中硅含量为超过0重量％至60重量％。

10.根据权利要求9所述的取向电工钢板的制造方法，其中，

对所述钢板进行热浸镀的铝硅合金中硅含量为10重量％至30重量％。

11.根据权利要求7或8所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

所述铝或铝硅二元系熔融金属的热浸镀步骤是在600℃至900℃的温度下进行。

12.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

所述铝或铝硅二元系熔融金属的热浸镀步骤中，热浸镀控制在热浸镀层的末镀覆率为15％以下。

13.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

还包括以下步骤：对所述铝或铝硅二元系熔融金属进行热浸镀的步骤之前，对形成在脱碳氮化退火的钢板的表面上的外部氧化层进行部分或全部还原。

14.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

所述热轧板退火步骤为，加热至900℃至1200℃并实施均热处理后进行冷却。

15.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

所述冷轧步骤为，通过1次强冷轧进行冷轧率为87％以上的轧制。

16.根据权利要求7所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

实施所述脱碳退火及氮化处理的步骤是在800℃至950℃的温度下进行。

17.根据权利要求8所述的取向电工钢板的制造方法，其特征在于，

还包括以下步骤：在进行所述最终退火之前涂布氧化镁体系或氧化铝体系退火隔离剂。