具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒取向电工钢板和其生产方法以及该方法中使用的脱碳退火设备技术

涉及一种具有极好的薄膜特性及铁损特性的晶粒取向电磁钢板，它含至多０．００５ｗｔ％Ｃ、２．０－７．０ｗｔ％的Ｓｉ，余量为铁和不可避免的杂质；该钢板表面上有镁橄橄石为主要成分的氧化物膜，其上又形成有绝缘薄膜，其中的氧化物膜的量为每面１－４ｇ／ｍ↑［２］，由从所述氧化物膜上的辉光放电谱分析（ＧＤＳ分析）测得Ｓｉ的峰值强度为Ａｌ的至少１／２，而Ｓｉ的峰位深度为从所述氧化物膜表面到Ａｌ的峰位的深度约１／１０以内，经过２０ｍｍ曲率半径的弯曲试验所述氧化物膜不发生剥离的比率ｙ（％）与铁损特性Ｗ（Ｗ／ｋｇ）满足下式：ｙ（％）≥－１２２．４５ｔ＋１１２．５５，其中ｔ为钢板厚度（ｍｍ），Ｗ（Ｗ／ｋｇ）≤２．３７ｔ＋０．２８０；ｔ为钢板厚度（ｍｍ）。本发明专利技术还涉及生产所述钢板的方法及其所使用的脱碳退火设备。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及提供具有优异薄膜特性和铁损特性的含2.0-7.0％Si的晶粒取向电磁钢板。本专利技术还涉及具有极其优异的薄膜特性和铁损特性的晶粒取向电磁钢板的生产方法，该方法通过在将钢带材送入脱碳退火炉之前，控制已在脱碳退火的加热阶段被快速加热了的所述钢带材上的最初氧化物膜而实现。本专利技术还提供了用于上述生产方法的脱碳退火设备。本专利技术涉及所述的产品、其生产方法及所述的设备。专利技术背景通常用铁损和励磁特性评价晶粒取向电磁钢板的磁性能。改善励磁特性能有效减小需要增大设计磁通密度的装置的尺寸。另一方面，降低铁损有利于所述钢板在用于电气设备时，减少以热量形式的能量损失和节约电能消耗。此外，使产品的晶粒的<100>方向定向化可改善励磁和降低铁损。近年来，在该领域已进行了许多研究，已开发了各种产品及生产方法。例如，特公昭No.40-15644公开了一种生产获得高磁通密度的晶粒取向电磁钢板的方法。该方法中，AlN+MnS作为抑制剂，所述钢板在最终冷轧阶段被强制轧制达到超过80％的缩减率。根据该方法，二次再结晶的{110}<001>取向的密度很高，从而获得了具有B8至少为1.870T的高磁通密度的晶粒取向电磁钢板。采有该方法虽可在一定程度上降低铁损，但是二次再结晶晶粒的直径大至10mm量级。因此，涡流损失作为影响铁损的一个因素并不能降低，所以不能获得优异的铁损特性。与上述方法相反，特公平No.6-51187公开了一种使二次再结晶晶粒尺寸更小以改进磁性能的方法。该方法包括以至少140℃/秒的加热速率，将在室温轧制的钢板(带材)在至少657℃的温度进行极快速退火，将钢板脱碳，并在高温对钢板进行最终退火，以使二次晶粒长大，由此所述钢板含有较小尺寸的二次晶粒，并具有耐久的改善的铁损特性，即使经历去应力退火也不发生明显变化。然而，通过该方法仅仅将二次晶粒细化，仍然难于获得与具有精细磁畴的电磁钢板的铁损特性相当的电磁钢板。尤其是，在最终退火过程中，其中通过快速加热将钢板快热至高温会形成具有不同组成的氧化物膜，优选形成铁橄榄石(Fe2SiO4)，用MgO涂覆钢板并不一定会很好地形成镁橄榄石(2MgO·SiO2)膜。结果，由于薄膜张力不足，不能获得优异的磁性能。为解决此问题，特开平No.7-62436提出了下面方法恰好在已轧制至最终厚度的钢带材退火之前，或者在脱碳退火处理的加热阶段，在PH2O/PH2比最高至0.2的非氧化性气氛中，以至少100℃/秒的加热速率将所述钢带加热到至少700℃，并进行热处理。此外，该专利公开还提出了使用两对导电轧辊作为快速加热的具体实例。然而，在这种方法中的快速加热期间，发现有时在钢板表面形成了致密的氧化物层。当形成这种氧化物层时，它就构成阻挡层，影响脱碳。特别是，残余碳含量高达40ppm的磁钢板脱碳就变得困难。结果，由于磁退化，产品的磁性能会劣化，尽管在刚刚生产之后得到的电磁钢板具有优异的磁性能。此外，使所述钢板充分脱碳也变得不可能，即使延长脱碳时间，其残余碳含量仍高达20ppm。此外，晶粒取向电磁钢板在制成缠绕铁芯并且结合在变压器等之中时，通常受到弯曲。因此，要求该电磁钢板具有优异的薄膜粘附性，尤其是具有大曲率的边缘部位，从而不发生由初生膜和二次膜(绝缘层)构成的表面膜的剥离。在上述生产方法中，仍然需要进一步提高薄膜粘附性。
技术实现思路
本专利技术提供具有优异薄膜特性(薄膜粘附性)和磁性能(铁损特性)的含2.0-7.0％Si的晶粒取向电磁钢板，及其生产方法和该方法中使用的脱碳退火设备。为了获得同时具有优异的薄膜特性(薄膜粘附性)和磁性能(铁损特性)的晶粒取向电磁钢板，本专利技术人进行了许多试验，其中在脱碳步骤的加热阶段，以至少100℃/秒的加热速率加热一种已轧至最终产品厚度的钢带到至少800℃。采用一个由已安装的传统脱碳退火炉加以改造制成的脱碳退火设备进行了所述的试验，所述的传统炉通常用于实施脱碳退火步骤，并在钢带进口一侧(通常距钢带入口5m内)具有一个通入大气的废气管。即，所述试验采用一个脱碳退火设备进行，其中，一个带有进行快速加热的装置的快速加热箱式炉连接设置于脱碳退火炉的进料口一侧，所述退火炉已经安装好，并在退火炉与箱式炉间带有或不带有炉喉部分，通过上述排气管将快速加热箱式炉和脱碳退火炉的气氛排出。在采用所述脱碳退火设备，进行脱碳退火处理过程中，研究了下列因素间的关系快速退火箱式炉(如果有，则包括炉喉部分)的气氛、脱碳退火炉的气氛、在快速退火炉(如果有，也包括炉喉部分)内在至少750℃温度下钢带的停留时间、在磁退化前后产品的薄膜粘附性和铁损特性。结果，发现了以下内容1)一种同时具有所述两种优异特性的产品的表现是从所述氧化物膜表面用辉光放电谱分析(GDS分析)时，Si的峰值强度至少为Al的1/2；而用GDS分析时，距所述氧化物膜表面Si的峰位在距所述氧化物膜表面Al峰位的距离的1/10以内。2)一种同时具有更优异的所述两种特性的产品表现是在从氧化物膜表面用辉光放电谱分析(GDS分析)时，Si与Al的峰值强度比至少为1/2；而且当进行GDS分析时，Si峰距氧化物膜表面的距离在Al峰距所述表面层一侧距离的1/20以内。3)一种满足1)中特性的氧化物膜可通过下列步骤获得使用了带有脱碳退火炉的退火设备，在其入口边附近，具有废气排放管用以排放快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的气体；在快速加热箱式炉中PH2O/PH2比保持在0.20-3.0；在脱碳退火炉中的PH2O/PH2比保持在0.25-0.6；钢带在快速加热箱式炉中在至少750℃的温度保温时间在5秒以内。4)满足2)中特性的氧化物膜可通过下列步骤获得使用了带有脱碳退火炉的退火设备，在其入口附近，具有废气排放管用以排放快速加快箱式炉和脱碳退火炉中的气体；在快速加热箱式炉中PH2O/PH2比保持在0.8-1.8；在脱碳退火炉中的PH2O/PH2比保持在0.25-0.6之间；钢带在快速加热箱式炉中在至少750℃的温度保温时间在5秒以内。基于上述发现完成了本专利技术，本专利技术的特征描述如下(1)一种具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板，它含有至多0.005wt％的C、2.0-7.0wt％的Si，余量为Fe和不可避免的杂质，带有在钢板表面上形成的主要为镁橄榄石的氧化物膜，并在该氧化物膜上形成了一层绝缘层，其中，所述氧化物膜的量为每面1-4g/m2，由所述氧化物膜表面的辉光放电谱分析(GDS分析)得到的Si的峰值强度为至少Al的峰值强度的1/2，而距所述氧化物膜表面的Si的峰位深度在Al的峰位深度的1/10以内，并且当所述钢板进行曲率半径为20mm的弯曲试验时，所述氧化物膜不发生剥离的比例y(％)满足下式(1)y(％)≥-122.45t+112.55 (1)其中t表示钢板厚度(mm)，铁损特性W(W/kg)满足下式(2)W(W/kg)≤2.37t+0.280 (2)其中t表示钢板厚度(mm)。(2)如(1)中公开的具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板，距所述氧化物膜表面的Si的峰位深度为Al的相应峰位深度的1/20以内，而当所述钢板进行曲率半径20mm的弯曲试验时，所述氧化物膜不发生剥离的比例y(％)满足下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板， 包括至多０．００５ｗｔ％的Ｃ，２．０－７．０ｗｔ％的Ｓｉ，其余为Ｆｅ和不可避免的杂质， 在表面上形成了主要含镁橄榄石的氧化物膜，在该氧化物膜上又形成了绝缘层， 其中，所述氧化物膜的量为每面１－４ｇ／ｍ↑［２］，从氧化物膜表面上辉光放电谱分析（ＧＤＳ分析）得到的Ｓｉ峰值强度为Ａｌ的至少１／２，并且从氧化物膜表面到Ｓｉ峰位的深度为Ａｌ的相应深度的１／１０之内， 并且在进行曲率半径为２０ｍｍ的弯曲试验时，所述氧化物膜不发生剥离的比例ｙ（％）满足下式（１）： ｙ（％）≥－１２２．４５ｔ＋１１２．５５ （１） 其中ｔ代表钢板厚度，以毫米计，铁损特性Ｗ（Ｗ／ｋｇ）满足下式（２）： Ｗ（Ｗ／ｋｇ）≤２．３７ｔ＋０．２８０ （２） 其中ｔ代表钢板厚度，以毫米计。

【技术特征摘要】
JP 1997-8-18 221826/97;JP 1997-4-16 99323/971．一种具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板，包括至多0.005wt％的C,2.0-7.0wt％的Si，其余为Fe和不可避免的杂质，在表面上形成了主要含镁橄榄石的氧化物膜，在该氧化物膜上又形成了绝缘层，其中，所述氧化物膜的量为每面1-4g/m2，从氧化物膜表面上辉光放电谱分析(GDS分析)得到的Si峰值强度为Al的至少1/2，并且从氧化物膜表面到Si峰位的深度为Al的相应深度的1/10之内，并且在进行曲率半径为20mm的弯曲试验时，所述氧化物膜不发生剥离的比例y(％)满足下式(1)y(％)≥-122.45t+112.55(1)其中t代表钢板厚度，以毫米计，铁损特性W(W/kg)满足下式(2)W(W/kg)≤2.37t+0.280 (2)其中t代表钢板厚度，以毫米计。2．如权利要求1所述的具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板，其中从氧化物膜表面到Si峰位的深度在Al的相应深度的1/20以内，并且所述磁钢板在进行20mm曲率半径弯曲试验时不发生氧化物膜剥离的比例y(％)满足下式(3)y(％)≥-122.45t+112.55(3)其中t代表钢板厚度，以毫米计，而铁损特性W(W/kg)满足下式(4)W(W/kg)≤2.37t+0.260 (4)其中t代表钢板厚度，以毫米计。3．一种生产晶粒取向电磁钢板的方法包括下列步骤对含至多0.10wt％的C,2.0-7.0wt％的Si，至多400ppm的Al，一种传统的抑制剂组分，余量的Fe和不可避免的杂质的板坯进行传统的处理并将其轧制成具有最终产品厚度的钢带的步骤；对该钢带脱碳退火的步骤；对该钢带进行最终退火的步骤；进行绝缘层的成膜处理的步骤，该方法中，一种生产如权利要求1所述的具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板的方法，其特征在于在快速加热箱式炉中，在脱碳退火步骤的加热阶段，以至少100℃/秒的速率将所述钢带快速加热到至少800℃，其中所述快速加热箱式炉设置成连接于脱碳退火炉，同时该箱式炉中，PH2O/PH2比保持在0.20-3.0之间，并且钢带在至少750℃的温度下的保温时间设定在10秒以内；并且所述钢带在脱碳退火炉中进行脱碳退火，该炉在其入口一侧附近带有废气排放管，用于排放快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的气体，在所述退火炉中PH2O/PH2比保持在0.25-0.6之间。4．一种生产晶粒取向电磁钢板的方法包括下列步骤对含至多0.10wt％的C,2.0-7.0wt％的Si，至多400ppm的Al，一种传统的抑制剂组分，余量的Fe和不可避免的杂质的板坯进行传统的处理，并将其轧制成具有最终产品厚度的钢带的步骤；对该钢带脱碳退火的步骤；对该钢带进行最终退火的步骤；进行绝缘层的成膜处理的步骤，该方法中，一种生产如权利要求2所述的具有优异薄膜特性和磁性能的晶粒取向电磁钢板的方法，其特征在于在快速加热箱式炉中，在脱碳退火步骤的加热阶段，以至少100℃/秒的速率将所述钢带快速加热到至少800℃，其中所述快速加热箱式炉设置成连接于脱碳退火炉，同时该箱式炉中PH2O/PH2比保持在0.8-1.8之间，并且钢带在至少750℃的温度下的保温时间设定在10秒以内；并且所述钢带在脱碳退火炉中进行脱碳退火，该炉在其入口一侧附近带有废气排放管，用于排放快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的气体，在所述退火炉中PH2O/PH2比保持在0.25-0.6之间。5．一种生产晶粒取向电磁钢板的方法包括下列步骤对含至多0.10wt％的C,2.0-7.0wt％的Si，至多400ppm的Al，一...

【专利技术属性】
技术研发人员：小菅健司，持永季志雄，难波英一，立花伸夫，石井信也，八木直树，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]