[发明专利]具有优异磁性能的取向电工钢板及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及取向电工钢板的制造，所述取向电工钢板在各种电子设备(包括大型旋转电机例如变压器和发电机)中用作芯材，并且更具体而言，涉及一种利用元素S的晶界偏析和FeS沉淀物的初次晶粒生长抑制效果而稳定地形成具有(110)[001]取向的二次重结晶晶粒，并且降低二次重结晶钢板中的有害于磁性能的Al-基沉淀物和氧化物的含量，由此制造具有非常优异的磁性能的取向电工钢板的方法和通过此方法制造的具有优异磁性能的取向电工钢板。

背景技术

取向电工钢板是一种在钢板的轧制方向上具有非常优异磁性能的软磁材料，这是由于所谓的戈斯织构(Goss texture)的结果，其中所有钢板面的晶粒沿着(110)方向取向，并且在轧制方向上晶体取向平行于[001]轴。通常，磁性能可以表示为磁通密度和铁损，高磁通密度可以通过在(100)[001]取向上准确地排列晶粒取向而获得。具有高磁通密度的电工钢板可以有助于降低电子设备的芯材尺寸，并且还磁滞损耗降低而可以有助于电子设备的小型化同时提高高效率化。如本文所使用，术语“铁损”是指当将任意交变磁场施加于钢板时，作为热能所消耗的能量损失。钢板的铁损根据钢板的磁通密度和厚度、钢板中的杂质含量、钢板的电阻、以及二次重结晶的晶粒尺寸等变化很大。并且，钢板的磁通密度和电阻越大且钢板厚度和钢板中的杂质含量越小，则铁损降低，由此使电子设备的效率提高。

目前，为降低CO₂的生成而应对世界范围内全球变暖，趋向于节能和高效率产品化，并且随着使用低电能量的高效率电子设备的需求的增加，对具有优异的低铁损性能的取向电工钢板的需求正在增加。

通常，对具有优异磁性能的取向电工钢板而言，在钢板的轧制方向形成具有强的(110)[001]取向的戈斯织构，并且为形成戈斯织构，戈斯取向的晶粒应该生长为二次重结晶晶粒的异常晶粒。与常规晶粒生长不同，当正常生长的晶粒的迁移被形成固体溶液或分开至晶界的沉淀物、夹杂或元素抑制时，发生该异常的晶粒生长。抑制晶粒生长的该沉淀物或夹杂物等具体称为“晶粒生长抑制剂(inhibitor)”，并且对根据二次重结晶的具有(110)[001]取向的晶粒取向电工钢板的制造技术的研究着力于：通过使用强的晶粒生长抑制剂而形成具有(110)[001]取向的二次重结晶晶粒，由此确保优异的磁性能。

对最初开发的晶粒取向电工钢板而言，将MnS(如M.F.Littman提出)作为晶粒生长抑制剂来使用，并通过两次冷轧的方法制造。在该方法中，稳定地形成了二次重结晶晶粒，但是钢板的磁通密度不是很高，并且铁损也偏高。

之后，Taguchi(田口)和Sakakura(板仓)提出了如下方法：结合使用AlN和MnS沉淀物并以80％以上的冷轧速率进行一次冷轧，由此制造取向电工钢板。

近来，日本专利公开Nos.Hei1-230721和1-283324公开了如下的取向电工钢板的制造方法，其包括在不使用MnS而进行一次冷轧之后，对冷轧的钢板进行脱碳，然后通过使用氨气的另行硝化作用过程来向钢板内部提供氮气，由此被发挥强的抑制晶粒生长效果的Al-基氮化物使脱碳的钢板引起二次重结晶。

目前为止，几乎所有的制造取向电工钢板的钢铁公司主要使用如下方法：将沉淀物例如AlN或MnS[Se]等用作晶粒生长抑制剂而引起二次重结晶的制造方法。

将这种AlN或MnS沉淀物用作晶粒生长抑制剂的取向电工钢板的制造方法，其虽具有可以稳定地发生二次重结晶的优点，但是为了发挥强的抑制晶粒生长的效果，需将沉淀物非常微细地且均匀地分散在钢板。如上所述，为了均匀地分布微细的沉淀物，在热轧前，板坯应该长时间以1,300℃以上的温度加热，由此以使存在于钢中的粗大的沉淀物熔解以形成固体溶液，并且然后在非常短的时间内实施热轧，从而应该在未发生沉淀状态下结束热轧。为此，需要大尺度的加热系统，并且为最大限度地抑制沉淀，应该非常严格地管理热轧和卷绕过程，而且应该在热轧之后钢板的退火过程中严格管理使得固体溶液微细地沉淀。此外，当加热高温板坯时，则随着形成具有低熔点的Fe₂SiO₄，导致板洗(washing)现象，因此降低钢板的产率。

除上述问题外，对将AlN或MnS沉淀物用作晶粒生长抑制剂而引起二次重结晶的取向电工钢板的制造方法而言，在完成二次重结晶后，应该在1,200℃以上的温度下进行30小时以上的长时间进行纯化退火以移除沉淀物组分，由此该纯化退火使制造过程复杂化且提高了制造成本。