CN117363963A - 一种取向硅钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种取向硅钢，其除包含90％以上的Fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的如下化学元素：C：0.02‑0.08％，Si：2.0‑4.5％，Mn：0.01‑0.10％，S≤0.0050％，酸溶性Al：0.01‑0.04％，N：0.002‑0.015％，Nb：0.006‑0.12％，以及选自P：0.01‑0.10％、Sn：0.01‑0.30％和Cu：0.01‑0.50％中的至少一种。本发明还公开了上述取向硅钢的制造方法，包括：冶炼和铸造；加热；热轧；冷轧；脱碳退火；渗氮；涂覆退火隔离剂；高温退火；涂覆绝缘涂层和刻痕。本发明的取向硅钢及其制造方法环保、低能耗，并且具有高磁感应强度和低磁致伸缩的高水平匹配，应用前景十分广阔。
Description
技术领域
本发明涉及一种取向硅钢及其制造方法，尤其涉及一种具有低磁致伸缩的取向硅钢及其制造方法。
背景技术
取向硅钢是一种以锋锐的{110}<001>位向(即高斯晶粒)为特征的软磁材料。取向硅钢常用于制造变压器铁芯，是制造变压器铁芯的重要功能材料。
在现有技术中，根据磁性能和高斯晶粒取向度的不同，取向硅钢可分为普通取向硅钢(简称CGO)和高磁感取向硅钢(简称Hi-B)；相较于CGO硅钢，Hi-B硅钢具有更低的铁损、更高的磁感应强度和更小的磁致伸缩。近年来，随着变压器噪音性能日益得到关注，变压器噪声性能成为生产厂家重点关注的指标。由于取向硅钢的磁致伸缩对变压器的噪声性能具有决定性的影响，因此低磁致伸缩的取向硅钢成为了研究热点。
在取向硅钢的生产过程中，现有技术主要通过如下三种技术路线来降低取向硅钢的磁致伸缩：1)提高取向硅钢成品的高斯晶粒取向度；2)降低取向硅钢的成品厚度；以及3)涂覆高张力涂层。这三种技术路线均可降低取向硅钢的磁致伸缩。
CN111748731A(公开于2020年10月9日，“低磁致伸缩取向硅钢及其制造方法”)通过对硅钢基板进行特定条件下的热拉伸和磁性退火，产生由于局部按序结构排列导致局部的磁性不均匀引发的晶粒择优取向(磁畴结构重新排列)，使得沿轧制方向的单向磁性各向异性增加(即，180°磁畴壁体积增加，90°磁畴壁体积减少)，由此降低取向硅钢成品的90°磁畴体积，从而减小取向硅钢的磁致伸缩，进而降低变压器的整体噪声水平。该申请在如下条件下进行磁性退火：磁性退火温度为750-200℃，磁场方向为轧制方向或横向，磁场大小为直流磁场2500A/m+短时脉冲磁场50000A/m的脉冲场(50ms、1-10Hz)。由此得到的取向硅钢成品的LvA(17/50)＜55dB(A)。
CN105220071A(公开于2016年1月6日，“一种低噪音特性取向硅钢及其制造方法”)公开了一种取向硅钢，在取向硅钢基板中0.1％≤Cu≤0.5％、0.01％≤S≤0.05％，并且原子比Cu/S满足：5≤Cu/S≤10。在制造该取向硅钢的过程中，严格控制硅钢表面涂层张力和成品晶粒尺寸大小。由此制成的取向硅钢成品的LvA(17)＜55dB(A)，由该取向硅钢制成的变压器铁芯所产生的振动小，变压器的整体噪音水平得以降低。
CN107881411A(公开于2018年4月6日，“一种低噪音变压器用低铁损取向硅钢产品及其制造方法”)公开了一种低铁损低噪声的取向硅钢。该申请通过将取向硅钢基板的硅酸镁底层对可见光的垂直反射率R严格控制为40-60％、同时保证硅酸镁底层光泽均匀，来降低铁损和减小磁致伸缩/降低噪音。最终成品的磁致伸缩振动噪音值小于60dB(A)，特别适用于变压器。
由此可见，通过控制90°磁畴分布和涂层张力水平均可在一定程度上降低磁致伸缩。但是，以上两种方法均需要采用外加装备或条件来降低磁致伸缩，并且磁致伸缩降低幅度也不显著。例如，虽然CN111748731A中通过添加磁场来影响90°磁畴可以增加180°磁畴壁体积，但是取向硅钢基板本身的高斯织构如果不够锋锐，后期通过外加条件来降低磁致伸缩的幅度也相对有限。此外，通过增加涂层张力来细化磁畴的方法也存在同样问题，而且该方法对涂层性能也具有极高的要求。此外，一些现有技术中通过降低硅钢片厚度可在一定程度上降低磁致伸缩。但是，由于硅钢的含硅量较高，将硅钢轧制成更薄厚度的难度会更大，同时还会导致成本增加。
因此，现有技术中通过增加涂层张力和降低硅钢厚度来降低磁致伸缩的方法均存在很大局限性。相比之下，通过提高取向硅钢本身的高斯晶粒取向度(例如通过优化化学成分和调整生产工艺来提高取向硅钢成品的高斯晶粒取向度)，即降低高斯晶粒的偏离角，由此提高磁感应强度可以从根本上降低取向硅钢的磁致伸缩。此外，在“双碳”战略目标的背景下，节能环保也是目前生产过程的关注重点之一。如何在降低能耗的前提下保证取向硅钢的高质量稳定生产，将成为取向硅钢的重要研发方向之一。
基于以上原因，本发明人期待开发一种具有低磁致伸缩的新型取向硅钢及其制造方法，通过对取向硅钢的化学成分进行高水平设计、同时对生产工艺进行合理优化，在生产过程绿色、降耗的基础上，从本质上提高取向硅钢的磁感应强度和降低取向硅钢的磁致伸缩(通过降低高斯晶粒的偏离角)，由此实现取向硅钢的高磁感应强度和低磁致伸缩的高水平匹配。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种取向硅钢及其制造方法，所述取向硅钢具有优异的磁性能匹配(特别是就高磁感应强度和低磁致伸缩而言)，同时生产过程中的能源介质消耗大幅降低。
在一方面，本申请提供了一种取向硅钢，所述取向硅钢除包含90％以上的Fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的如下化学元素：
C：0.02-0.08％，Si：2.0-4.5％，Mn：0.01-0.10％，S≤0.0050％，酸溶性Al：0.01-0.04％，N：0.002-0.015％，Nb：0.006-0.12％，以及选自P：0.01-0.10％、Sn：0.01-0.30％和Cu：0.01-0.50％中的至少一种。
优选地，所述取向硅钢包含以质量百分比计的如下化学元素：
C：0.02-0.08％，Si：2.0-4.5％，Mn：0.01-0.10％，S≤0.0050％，酸溶性Al：0.01-0.04％，N：0.002-0.015％，Nb：0.006-0.12％，以及选自P：0.01-0.10％、Sn：0.01-0.30％和Cu：0.01-0.50％中的至少一种；余量为Fe和不可避免的杂质。
优选地，所述取向硅钢的厚度为0.15-0.30mm。
优选地，所述取向硅钢的磁感应强度B8＞1.95T，磁致伸缩振动速度声压水平LvA＜50dB(A)。
在另一方面，本申请提供了制造上述取向硅钢的方法，所述方法包括如下步骤：
1)对钢水进行冶炼和铸造，制得板坯；
2)对板坯进行加热；
3)热轧，包括粗轧、卷取保温和精轧；
4)冷轧；
5)脱碳退火；
6)渗氮；
7)涂覆退火隔离剂；
8)高温退火；
9)涂覆绝缘涂层和刻痕，制得取向硅钢。
优选地，在步骤1)中，板坯的厚度为180-250mm。
优选地，在步骤2)中，板坯的加热温度为900-1150℃。
本申请中采用的是进行渗氮处理的后天抑制剂工艺，因此板坯中抑制剂元素含量相对较低。在步骤2)中的加热温度对于减少能耗、同时获得足量抑制剂至关重要。当板坯加热温度低于900℃时，抑制剂元素不能有效固溶；当板坯加热温度高于1150℃时，会增加能耗和加热炉的热负荷。因此，步骤2)中板坯的加热温度优选被控制为900-1150℃。
优选地，在步骤3)中，粗轧结束后中间坯的厚度为35-50mm。
优选地，在步骤3)中，粗轧的结束温度高于950℃，卷取温度为800-1050℃、卷取时间为30-200s，以及精轧的开始温度低于1050℃。
本申请将粗轧的结束温度设定为高于950℃，可确保卷曲温度在800-1050℃、卷取时间为30-200s以及后续精轧的开始温度低于1050℃。在该卷曲温度下，热轧板自身各层在卷取后保温过程中互相加热，因此无需再额外进行加热；并且粗轧和精轧之间的卷取可以使热轧板的组织再结晶更加充分，同时可以弥散析出部分抑制剂。当卷取温度低于800℃或卷取时间少于30s时，无法实现预期的热轧板的组织再结晶效果；当卷取温度高于1050℃或卷取时间超过200s时，中间坯的晶粒组织和已析出的抑制剂会粗化，因而对后续组织和高斯织构的发展产生不利影响。
优选地，在3)热轧步骤与4)冷轧步骤之间进行常化退火处理，常化退火温度不超过1000℃、优选为800-1000℃、更优选为800-980℃，常化退火时间为20-200s。
通过进行广泛研究，本发明人出乎意料地发现，如果按照目前现有技术常规地在约1100-1200℃的退火温度下对热轧板进行常化退火，不仅会导致常化板晶粒组织过大，还会导致抑制剂粗化，最终导致磁性能劣化。
通过在800-1050℃温度下对粗轧板进行卷取保温，可在后续不进行常化退火处理、或者在不超过1000℃的常化退火温度下进行常化退火处理时，实现脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的数量占比＞10％，由此获得具有所需高斯晶粒取向度和磁感应强度的成品取向硅钢。相比之下，如果不对粗轧板进行卷取保温、或者卷取保温后的常化退火温度高于1000℃，则脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的数量占比会显著降低(即显著低于10％)。
优选地，在步骤4)中，冷轧压下率＞80％。
优选地，在步骤5)中，脱碳退火温度为800-900℃。当脱碳退火温度低于800℃时，会导致脱碳效果不明显；当脱碳退火温度高于900℃时，会导致初次再结晶晶粒过于粗大，影响二次再结晶。
优选地，在步骤5)中，脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例＞10％。在本文中，“脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例”是指偏离角＜3°的高斯晶粒的数量与高斯晶粒总数量的比值(以％计)。
在本文中，“偏离角”指高斯晶粒取向偏离角。高斯晶粒的偏离角和比例通过带有电子背散射衍射(EBSD)***的扫描电子显微镜进行观察和统计。
优选地，在步骤6)中，渗氮量为50-280ppm。
本申请中采用的是进行渗氮处理的后天抑制剂工艺。换言之，在高温退火之前必须进行渗氮处理，以形成满足抑制初次再结晶晶粒长大的抑制剂。当渗氮量低于50ppm时，抑制剂形成数量不足；当渗氮量高于280ppm时，会对高温退火过程中硅酸镁底层的形成有不良影响。基于这些考虑，本发明步骤6)中的渗氮量被严格控制为50-280ppm。
步骤7)中的退火隔离剂可使用本领域常用的退火隔离剂，优选为MgO。
优选地，在步骤8)中，退火温度为1100-1250℃，退火时间大于25小时。
在步骤9)中，可使用本领域常用的涂液来形成绝缘涂层，例如通过涂覆含有磷酸盐、胶态二氧化硅和铬酐的涂液来形成绝缘涂层；刻痕可使用本领域常用的刻痕方法，例如激光刻痕、电化学刻痕、齿辊刻痕、高压水束刻痕等。
相比于现有技术，本发明所述的取向硅钢及其制造方法具有如下有益效果：
本发明人通过大量实验发现，初次再结晶中高斯晶粒晶核取向度对成品高斯晶粒取向度和磁感应强度有决定性影响。因此，本发明人通过对相关工艺参数进行优化设计，使得脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例＞10％，由此获得了具有所需高斯晶粒取向度和磁感应强度的成品取向硅钢。
本发明在环保降耗的生产过程的前提下，获得了高磁感应强度和低磁致伸缩高水平匹配的取向硅钢。本发明所述的取向硅钢的磁性能优异(磁感应强度B8＞1.95T，磁致伸缩振动速度声压水平LvA＜50dB(A))，具有良好的经济效益和应用前景。
具体实施方式
通过进行广泛研究，本发明人意外地发现，通过如上所述地对取向硅钢的化学组成进行设计，可获得综合性能优异(特别是高磁感应强度和低磁致伸缩)的取向硅钢。具体而言，上述各化学元素的设计原理如下。在本文中，除非另外明确地说明，否则元素含量以质量百分比计。
C：添加适量的元素C能够确保在热轧或者常化过程中获得适当比例的γ相，有利于细小弥散抑制剂的析出。当钢中元素C含量低于0.02％时，γ相的比例较低，不利于抑制剂的析出；当钢中元素C含量高于0.08％时，则会增加脱碳成本。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素C的含量被控制为0.02-0.08％。
Si：元素Si是降低铁损的主要元素。为了确保成品硅钢的质量，钢中元素Si含量不宜过低或过高。当硅钢中元素Si含量低于2.0％时，所得取向硅钢难以获得所需的低铁损；当钢中元素Si含量高于4.5％，则会导致冷轧困难、降低成材率。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素Si的含量被控制为2.0-4.5％。
Mn：添加适量的元素Mn可在连铸和热轧过程中形成少量MnS辅助抑制剂，可有效改善取向硅钢的微观组织和轧制性。为了确保取向硅钢的性能，必须严格控制钢中元素Mn的含量。当Mn含量低于0.01％时，不利于获得所需的硅钢微观组织和轧制性；当Mn含量高于0.10％时，板坯加热温度将会显著提高，且容易形成粗大MnS抑制剂。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素Mn的含量被控制为0.01-0.10％。
S：元素S能形成MnS、Cu2S等辅助抑制剂。但需要注意，钢中元素S含量不宜过高。当钢中元素S含量过高时，会显著增加板坯加热温度，不利于生产。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素S的含量被控制为S≤0.0050％。
酸溶性Al：酸溶性Al是形成主要抑制剂AlN的重要成分。当钢中酸溶性Al含量低于0.01％时，会导致抑制剂不足；当钢中酸溶性Al含量高于0.04％时，会导致抑制剂AlN粗大。因此，需要严格控制硅钢中酸溶性Al的含量。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中酸溶性Al的含量被控制为0.01-0.04％。
N：添加适量的元素N可以适当地抑制晶粒长大。硅钢中添加的元素N能够配合酸溶性Al在渗氮前形成AlN，从而有效抑制初次再结晶晶粒的长大。当钢中元素N含量低于0.002％时，不能有效抑制初次再结晶晶粒的长大；当钢中元素N含量高于0.015％时，会显著增加炼钢难度。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素N的含量被控制为0.002-0.015％。
Nb：为了降低板坯加热温度，元素Mn、Cu的含量相对较低，但这会导致MnS和Cu2S的析出不足。因此，为了弥补抑制剂的抑制能力不足的问题，硅钢中加入了适量元素Nb。元素Nb能够形成辅助抑制剂Nb(C,N)，起到辅助抑制剂的作用。此外，由于Nb(C,N)固溶温度相对较低，还可以起到降低板坯加热温度的作用。当钢中元素Nb含量低于0.006％时，形成的抑制剂Nb(C,N)不能充分发挥抑制作用；当钢中元素Nb含量高于0.12％时，由于抑制作用太强而阻碍二次再结晶的发生。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素Nb的含量被控制为0.006-0.12％。
P和S：元素P和Sn均为晶界偏析元素，硅钢中添加适量元素P和Sn可以起到辅助抑制剂的作用。当钢中元素P和Sn含量各自低于0.01％时，不能充分发挥辅助抑制的作用；当钢中元素P和Sn含量分别高于0.10％和0.30％时，会对脱碳和渗氮产生不利影响。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素P的含量被控制为0.01-0.10％，元素Sn的含量被控制为0.01-0.30％。
Cu：硅钢中添加适量的元素Cu不仅可以形成Cu2S等辅助抑制剂，还可以有效扩大γ相区，从而有利于其他抑制剂的析出。但需要注意，钢中元素Cu含量不宜过低或过高。当硅钢中元素Cu含量低于0.01％时，不能充分发挥上述作用；当硅钢中元素Cu含量高于0.5％时，会增加生产成本。基于这些考虑，本发明所述的取向硅钢中元素Cu的含量被控制为0.01-0.50％。
下面将结合具体实施例来对本发明所述的取向硅钢及其制造方法进行进一步的解释和说明。然而，以下描述是用于解释本发明的说明性描述，而不意在将本发明的技术范围仅限于该描述范围。
实施例1-11和比较例1-20
本发明的实施例1-11和比较例1-20的取向硅钢通过如下步骤制得：
1)根据下表1所示的配方，对钢水进行冶炼和铸造，制得厚度为180-250mm的板坯。
2)在900-1150℃温度下对板坯进行加热。
3)对板坯进行粗轧、卷取保温和精轧：粗轧的结束温度高于950℃，卷取温度为800-1050℃、卷取时间为30-200s，精轧的开始温度低于1050℃。
4)冷轧至0.15-0.30mm的成品板厚，其中冷轧压下率＞80％。
5)在800-900℃温度下进行脱碳退火。
6)渗氮，其中渗氮量为50-280ppm。
7)涂覆退火隔离剂。
8)高温退火，其中退火温度为1100-1250℃、退火时间大于25小时。
9)涂覆绝缘涂层和刻痕，制得取向硅钢，厚度为0.15-0.30mm。
需要注意，除实施例10、实施例11和比较例16之外的其他实施例或比较例在步骤3)和4)之间还进行常化退火处理(常化退火温度不超过1000℃、常化退火时间为20-200s)。
尽管实施例1-11和比较例1-20均采用上述步骤来制备取向硅钢，但是实施例1-11的取向硅钢的化学元素组成和工艺参数均满足本发明要求保护的范围，而比较例1-20中的化学元素组成和/或工艺参数中的至少一个不满足本发明要求保护的范围。
表1中列出了实施例1-11和比较例1-20的取向硅钢的化学组成。
表1(wt％，余量为Fe和不可避免的杂质)
| 编号 | C | Si | Mn | S | 酸溶性Al | N | Nb | P | Sn | Cu |
| 实施例1 | 0.031 | 3.25 | 0.02 | 0.004 | 0.029 | 0.003 | 0.009 | 0.04 | 0.08 | 0.02 |
| 实施例2 | 0.052 | 3.51 | 0.04 | 0.004 | 0.027 | 0.006 | 0.011 | 0.08 | 0.15 | - |
| 实施例3 | 0.073 | 3.81 | 0.06 | 0.004 | 0.021 | 0.008 | 0.033 | - | - | 0.15 |
| 实施例4 | 0.066 | 3.03 | 0.08 | 0.004 | 0.018 | 0.011 | 0.062 | 0.06 | - | - |
| 实施例5 | 0.048 | 2.84 | 0.09 | 0.004 | 0.033 | 0.013 | 0.097 | - | 0.20 | - |
| 实施例6 | 0.022 | 2.19 | 0.01 | 0.004 | 0.036 | 0.014 | 0.118 | - | 0.25 | 0.18 |
| 实施例7 | 0.045 | 4.29 | 0.05 | 0.004 | 0.012 | 0.009 | 0.006 | 0.02 | - | 0.29 |
| 实施例8 | 0.037 | 3.28 | 0.08 | 0.004 | 0.039 | 0.007 | 0.088 | - | 0.02 | 0.39 |
| 实施例9 | 0.041 | 2.99 | 0.09 | 0.004 | 0.028 | 0.009 | 0.028 | 0.05 | - | |
| 实施例10 | 0.033 | 3.27 | 0.08 | 0.004 | 0.033 | 0.006 | 0.055 | - | 0.17 | - |
| 实施例11 | 0.052 | 3.18 | 0.06 | 0.004 | 0.030 | 0.011 | 0.072 | - | - | 0.32 |
| 比较例1 | 0.015 | 3.25 | 0.06 | 0.004 | 0.028 | 0.011 | 0.029 | 0.05 | - | - |
| 比较例2 | 0.038 | 1.5 | 0.02 | 0.004 | 0.029 | 0.011 | 0.033 | 0.05 | 0.15 | - |
| 比较例3 | 0.036 | 3.35 | 0.06 | 0.004 | 0.027 | 0.011 | 0.032 | - | - | - |
| 比较例4 | 0.033 | 3.45 | 0.06 | 0.004 | 0.006 | 0.010 | 0.045 | - | 0.26 | 0.18 |
| 比较例5 | 0.027 | 3.44 | 0.05 | 0.004 | 0.027 | 0.001 | 0.033 | - | 0.26 | 0.28 |
| 比较例6 | 0.038 | 3.65 | 0.04 | 0.004 | 0.033 | 0.012 | 0.004 | 0.07 | - | - |
| 比较例7 | 0.037 | 3.62 | 0.04 | 0.004 | 0.032 | 0.011 | 0.16 | 0.06 | - | - |
| 比较例8 | 0.032 | 3.6 | 0.18 | 0.004 | 0.036 | 0.011 | 0.028 | - | 0.21 | - |
| 比较例9 | 0.09 | 4.62 | 0.06 | 0.004 | 0.038 | 0.011 | 0.022 | - | 0.25 | - |
| 比较例10 | 0.033 | 3.4 | 0.06 | 0.004 | 0.045 | 0.019 | 0.031 | 0.09 | - | 0.28 |
| 比较例11 | 0.029 | 3.32 | 0.07 | 0.006 | 0.030 | 0.012 | 0.058 | 0.04 | 0.2 | - |
| 比较例12 | 0.036 | 3.13 | 0.08 | 0.004 | 0.026 | 0.011 | 0.062 | 0.06 | - | - |
| 比较例13 | 0.032 | 3.18 | 0.08 | 0.004 | 0.028 | 0.011 | 0.090 | 0.06 | - | - |
| 比较例14 | 0.04 | 3.14 | 0.07 | 0.004 | 0.029 | 0.010 | 0.082 | - | 0.09 | - |
| 比较例15 | 0.037 | 3.17 | 0.06 | 0.004 | 0.033 | 0.008 | 0.067 | - | 0.22 | 0.09 |
| 比较例16 | 0.032 | 3.28 | 0.08 | 0.004 | 0.035 | 0.006 | 0.089 | - | 0.14 | - |
| 比较例17 | 0.035 | 3.33 | 0.06 | 0.004 | 0.027 | 0.007 | 0.054 | 0.04 | 0.18 | - |
| 比较例18 | 0.037 | 3.45 | 0.07 | 0.004 | 0.032 | 0.012 | 0.048 | 0.05 | - | - |
| 比较例19 | 0.032 | 3.31 | 0.07 | 0.004 | 0.029 | 0.011 | 0.059 | 0.06 | - | - |
| 比较例20 | 0.033 | 3.30 | 0.07 | 0.004 | 0.031 | 0.011 | 0.049 | 0.06 |
表2-1和表2-2中列出了实施例1-11和比较例1-20在上述工艺步骤中的具体工艺参数。
表2-1
表2-2
在步骤5)中，对实施例1-11和比较例1-20的脱碳退火后钢板进行取样，然后通过带有电子背散射衍射(EBSD)***的扫描电子显微镜对各个样品的偏离角＜3°的高斯晶粒的占比情况进行观察和分析。
表3中列出了实施例1-11和比较例1-20的脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例。
表3
如表3所示，实施例1-11的脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例为11-22％。而比较例1-20的脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例为3.6-9.4％，显著低于实施例1-11。
对实施例1-11和比较例1-20中制得的取向硅钢成品进行取样，对各个样品的磁性能进行测定和分析，得到各个取向硅钢样品的磁感应强度B8和磁致伸缩振动速度声压水平LvA。
在本文中，取向硅钢的相关磁性能测试方法如下所述：
磁性能测试：根据国家标准GB/T 13789-2008“用单片测试仪测量电工钢片(带)磁性能的方法”，对实施例1-11和比较例1-20的取向硅钢的磁感应强度进行测定。
磁致伸缩测试：根据IEC技术报告IEC/TP 62581，采用非接触式的激光多普勒振动仪，在B＝1.7T、f＝2MPa(在变压器的实际工况中，取向硅钢经受的压应力为2-3MPa)条件下，对实施例1-11和比较例1-20的取向硅钢的磁致伸缩振动速度声压水平LvA进行测定。在本文中，LvA是指取向硅钢在上述测试条件下的磁致伸缩振动速度声压水平，单位为dB(A)。
表4中列出了实施例1-11和比较例1-20的取向硅钢的磁感应强度B8和磁致伸缩振动速度声压水平LvA。
表4
如表4所示，实施例1-11的磁感应强度B8为1.954-1.972T，磁致伸缩振动速度声压水平LvA为43-48dB(A)。而比较例1-20的磁感应强度B8为1.805-1.939T(显然低于实施例1-11)，磁致伸缩振动速度声压水平LvA为51-64dB(A)(显然高于实施例1-11)。
由表1-表4可以看出，实施例1-11的脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例明显高于比较例1-20，其磁性能(特别是磁感应强度B8和LvA)显著优于比较例1-20。
本发明人在对脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例进行分析后出乎意料地发现：不同的热轧和常化退火工艺参数的组合对脱碳退火后钢板中高斯晶粒取向偏离角α具有关键影响。尤其是当在本发明要求的化学元素组成范围内，通过在800-1050℃温度下对粗轧板进行卷取保温，在后续进行低温常化退火(常化退火温度不超过1000℃)、甚至不进行常化退火处理时，能显著提高脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例。本发明人通过大量实验发现，初次再结晶中高斯晶粒晶核取向度对成品高斯晶粒取向度和磁感应强度有决定性影响。因此，通过本发明方法制造的取向硅钢显示出高磁感应强度和低磁致伸缩的高水平匹配。
需要注意，本申请中记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非彼此之间产生矛盾。在不脱离本发明的范围的情况下可对本发明进行各种修改和变化，这对本领域技术人员而言将是显而易见的。例如，作为一个实施方式的一部分显示或描述的特征可以与另一个实施方式一起使用以产生又一个实施方式。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等价物范围内的这些修改和变化。
Claims (11)
1.一种取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢除包含90％以上的Fe和不可避免的杂质之外，还包含以质量百分比计的如下化学元素：
C：0.02-0.08％，Si：2.0-4.5％，Mn：0.01-0.10％，S≤0.0050％，酸溶性Al：0.01-0.04％，N：0.002-0.015％，Nb：0.006-0.12％，以及选自P：0.01-0.10％、Sn：0.01-0.30％和Cu：0.01-0.50％中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢包含以质量百分比计的如下化学元素：
C：0.02-0.08％，Si：2.0-4.5％，Mn：0.01-0.10％，S≤0.0050％，酸溶性Al：0.01-0.04％，N：0.002-0.015％，Nb：0.006-0.12％，以及选自P：0.01-0.10％、Sn：0.01-0.30％和Cu：0.01-0.50％中的至少一种；余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的取向硅钢，其特征在于，所述取向硅钢的厚度为0.15-0.30mm；优选地，所述取向硅钢的磁感应强度B8＞1.95T，磁致伸缩振动速度声压水平LvA＜50dB(A)。
4.制造权利要求1-3中任一项所述的取向硅钢的方法，所述方法包括如下步骤：
1)对钢水进行冶炼和铸造，制得板坯；
2)对板坯进行加热；
3)热轧，包括粗轧、卷取保温和精轧；
4)冷轧；
5)脱碳退火；
6)渗氮；
7)涂覆退火隔离剂；
8)高温退火；
9)涂覆绝缘涂层和刻痕，制得取向硅钢。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤3)中，粗轧的结束温度高于950℃，卷取温度为800-1050℃、卷取时间为30-200s，精轧的开始温度低于1050℃。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤3)之后、步骤4)之前进行常化退火处理，常化退火温度不超过1000℃、优选为800-1000℃、更优选为800-980℃，常化退火时间为20-200s。
7.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤2)中，板坯的加热温度为900-1150℃。
8.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法满足如下条件中的一个以上：
在步骤1)中，板坯的厚度为180-250mm；
在步骤3)中，粗轧结束后中间坯的厚度为35-50mm；
在步骤4)中，冷轧压下率＞80％；以及
在步骤7)中，退火隔离剂为MgO。
9.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤5)中，脱碳退火温度为800-900℃；优选地，脱碳退火后钢板中偏离角＜3°的高斯晶粒的比例＞10％。
10.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤6)中，渗氮量为50-280ppm。
11.根据权利要求4-6中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤8)中，退火温度为1100-1250℃，退火时间大于25小时。
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