CN202080095882.8双取向电工钢板及其制造方法

权利要求

1.一种双取向电工钢板，其包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.01％以下且0％除外、C：0.005％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质，具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数为60至99％，具有从{100}<025>起15°以内的取向的晶粒的面积分数为1至30％。

2.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其满足下述式1，

[式1]

10×([Ti]+[Ca]+[Mg])≥[Al]

在式1中，[Ti]、[Ca]、[Mg]和[Al]各自表示Ti、Ca、Mg和Al的重量百分比含量。

3.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其还包含Sn：0.1重量％以下、Sb：0.001至0.1重量％和Mo：0.01至0.2重量％中的一种以上。

4.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其还包含Bi：0.01重量％以下、Pb：0.01重量％以下、As：0.01重量％以下、Be：0.01重量％以下和Sr：0.01重量％以下中的一种以上。

5.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其平均晶粒粒径为所述钢板厚度的20倍以上。

6.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其包含从钢板的基体表面向基体内部方向形成的氧化层和形成在所述基体表面上的绝缘层。

7.根据权利要求6所述的双取向电工钢板，其中，

所述基体表面与所述绝缘层相连。

8.根据权利要求6所述的双取向电工钢板，其还包含夹在所述基体表面和绝缘层之间的镁橄榄石层。

9.根据权利要求1所述的双取向电工钢板，其轧制方向和轧制垂直方向的Br皆为1.65T以上，圆周方向的Br为1.58T以上，Br是通过下述式2来计算，

[式2]

Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8

在式2中，[Si]和[Al]各自表示Si和Al的重量百分比含量，B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度，单位为特斯拉。

10.一种双取向电工钢板的制造方法，其包含：

制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.02％以下且0％除外、C：0.05％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；

对所述板坯进行热轧来制造热轧板的步骤；

对所述热轧板进行轧制来制造钢板的步骤；

对所述钢板进行一次再结晶退火的步骤；以及

对一次再结晶退火后的钢板进行二次再结晶退火的步骤，

所述制造热轧板的步骤中的总压下率为95％以上，

所述制造热轧板的步骤包含多道次轧制，每道次轧制的压下率为50％以下。

11.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

板坯满足下述式3，

[式3]

[C]/[Si]≥0.0067

在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的重量百分比含量。

12.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

所述制造热轧板的步骤是在700℃以上的温度下进行。

13.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

所述制造钢板的步骤包含：对热轧板进行一次轧制的步骤；中间退火步骤；以及对中间退火后的钢板进行二次轧制的步骤。

14.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

所述一次轧制步骤和二次轧制步骤分别是压下率为75％以下。

15.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

所述一次轧制步骤和二次轧制步骤包含多道次轧制，每道次轧制的压下率为45％以下。

16.根据权利要求13所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

所述一次轧制步骤和二次轧制步骤是在50℃以上且低于700℃的温度下进行。

17.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述一次再结晶退火步骤中，包含在50至70℃的露点温度下脱碳的步骤。

18.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述一次再结晶退火步骤中，包含氮化步骤，氮化量为0.01至0.03重量％。

19.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述一次再结晶退火步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径为30至50μm。

20.根据权利要求10所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述一次再结晶退火步骤之后，还包含涂布退火隔离剂的步骤。

21.根据权利要求20所述的双取向电工钢板的制造方法，其中，

在所述二次再结晶退火步骤之后，还包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。

说明书

双取向电工钢板及其制造方法

技术领域

本发明的一个实施例涉及双取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例涉及一种双取向电工钢板及其制造方法，通过适当地控制合金组分中Ti、Mg、Ca的含量以及调节轧制条件来提高具有{100}<001>取向的晶粒的分数，从而具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。

背景技术

为了改善电工钢板的磁通密度，最有效的方法是通过改善钢的织构使<100>轴沿磁化方向平行对齐，还采用一种方法，通过减少钢的合金量来提高Fe原子在钢中所占的分数，从而使饱和磁通接近纯铁，以改善磁通密度。在电工钢板中，取向电工钢板利用被称为高斯(Goss)织构的{110}<001>取向，通常取向电工钢板可以通过板坯-热轧-热轧板退火-冷轧-一次再结晶中脱碳-氮化-二次高温退火过程来获得。然而，对于这样的取向电工钢板，只有在轧制方向(Rd方向)具有优异的磁性，而在轧制垂直方向(TD方向)磁性极差，除了用于磁化方向确定为轧制方向的变压器之外，使用起来有些困难。因此，需要制造一种电工钢板，对织构进行控制，通过其他织构使磁化方向与<100>轴平行。

对于旋转设备中的磁化方向，由于通常在板面内旋转，<100>轴应平行于板面，在该条件下的取向中，钢铁材料上经常观测到的取向是{100}<011>取向。这是因为，<100>轴在从轧制方向朝轧制垂直方向(TD方向)扭曲45度的方向上平行，所以当磁化方向与板的轧制方向成45度时，具有磁性最优异的特征。然而，作为冷轧稳定取向，该取向具有再结晶退火时都消失的特征，因此不会应用于电工钢板材料。

与此类似地，还有{100}<001>取向，其作为立方织构(Cube)取向，有用性已经得到认可，但是已知方法只有通过实际无法大规模工业生产的机制(如交叉轧制或真空退火等)来制造的方法。

尤其，交叉轧制法不能连续生产材料，因此不可采用。对于大型发电设备，需要制造直径长达几米的圆筒形铁芯，因此无法应用于铁芯分割成几个至几十个后进行组装的工艺中，而且生产性也极低。

对于发电机，普通涡轮发电机按照各国的商业用电频率50Hz或者60Hz进行发电，因此50Hz和60Hz下的磁性能十分重要，但是在风力发电机等旋转速度慢的发电机中，DC和30Hz以下的频率下的磁性能十分重要。

因此，在上述的设备中，相较于交流磁场中产生的铁损，表征磁化程度的磁通密度特性更为重要，对此通常用B8磁通密度进行评价。B8磁通密度是指800A/m的磁场强度下的钢板的磁通密度值，主要是在50Hz的交流磁场下测定，但是根据情况，也会在直流磁场下测定，或者在50Hz以下的频率下测定。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的一个实施例中提供双取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例中提供一种双取向电工钢板及其制造方法，通过适当地控制合金组分中Ti、Mg、Ca的含量以及调节轧制条件来提高具有{100}<001>取向的晶粒的分数，从而具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。

(二)技术方案

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.01％以下且0％除外、C：0.005％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质，具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数为60至99％，具有从{100}<025>起15°以内的取向的晶粒的面积分数为1至30％。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，可以满足下述式1。

[式1]

10×([Ti]+[Ca]+[Mg])≥[Al]

在式1中，[Ti]、[Ca]、[Mg]和[Al]各自表示Ti、Ca、Mg和Al的重量百分比含量。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，还可以包含Sn：0.1重量％以下、Sb：0.001至0.1重量％和Mo：0.01至0.2重量％中的一种以上。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，还可以包含Bi：0.01重量％以下、Pb：0.01重量％以下、As：0.01重量％以下、Be：0.01重量％以下和Sr：0.01重量％以下中的一种以上。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其平均晶粒粒径可为所述钢板厚度的20倍以上。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，可以包含从钢板的基体表面向基体内部方向形成的氧化层和形成在基体表面上的绝缘层。

基体表面可与所述绝缘层相连。

还可以包含夹在基体表面和绝缘层之间的镁橄榄石层。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其轧制方向和轧制垂直方向的Br皆可为1.65T以上，圆周方向的Br可为1.58T以上。Br是通过下述式2进行计算。

[式2]

Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8

在式2中，[Si]和[Al]各自表示Si和Al的含量(重量％)，B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度(特斯拉)。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的制造方法，其包含：以重量％计，制造板坯的步骤，所述板坯包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.02％以下且0％除外、C：0.05％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；对板坯进行热轧来制造热轧板的步骤；对热轧板进行轧制来制造钢板的步骤；对钢板进行一次再结晶退火的步骤；以及对一次再结晶退火后的钢板进行二次再结晶退火的步骤，制造热轧板的步骤中的总压下率为95％以上，制造热轧板的步骤包含多道次轧制，每道次轧制的压下率为50％以下。

板坯可以满足下述式3。

[式3]

[C]/[Si]≥0.0067

在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的含量(重量％)。

制造热轧板的步骤可以是在700℃以上的温度下进行。

制造钢板的步骤可以包含对热轧板进行一次轧制的步骤；中间退火步骤；以及对中间退火后的钢板进行二次轧制的步骤。

一次轧制步骤和二次轧制步骤分别是压下率可为75％以下。

一次轧制步骤和二次轧制步骤可以包含多道次轧制，每道次轧制的压下率可为45％以下。

一次轧制步骤和二次轧制步骤可以是在50℃以上且低于700℃的温度下进行。

在一次再结晶退火步骤中，可以包含在50至70℃的露点温度下脱碳的步骤。

在一次再结晶退火步骤中，可以包含氮化步骤，氮化量可为0.01至0.03重量％。

在一次再结晶退火步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径可为30至50μm。

在一次再结晶退火步骤之后，还可以包含涂布退火隔离剂的步骤。

在二次再结晶退火步骤之后，还可以包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。

(三)有益效果

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，通过适当地控制合金组分中Ti、Mg、Ca的含量以及调节轧制条件，具有非常优异的轧制方向和轧制垂直方向的磁性。

尤其，可有效地用于转速慢的发电机如风力发电机等。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的截面示意图。

图2是根据本发明的另一个实施例的双取向电工钢板的截面示意图。

具体实施方式

第一、第二、第三等词汇用于描述各部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些词汇限制。这些词汇仅用于区分某一部分、成分、区域、层和/或段与另一部分、成分、区域、层和/或段。因此，在不脱离本发明的范围内，下面描述的第一部分、成分、区域、层和/或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层和/或段。

本文所使用的术语只是出于描述特定实施例，并不意在限制本发明。除非上下文中另给出明显相反的含义，否则本文所使用的单数形式也意在包含复数形式。在说明书中使用的“包含”可以具体指某一特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。

如果某一部分被描述为在另一个部分之上，则可以直接在另一个部分上面或者其间存在其他部分。当某一部分被描述为直接在另一个部分上面时，其间不存在其他部分。

虽然没有另作定义，但是本文中使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的意思相同。对于辞典中定义的术语，应该被解释为具有与相关技术文献和本文中公开的内容一致的意思，而不应该以理想化或过于正式的含义来解释它们的意思。

另外，在没有特别提及的情况下，％表示重量％，1ppm是0.0001重量％。

在本发明的一个实施例中，进一步包含附加元素是指余量的铁(Fe)中一部分被附加元素替代，替代量相当于附加元素的加入量。

在下文中，将详细描述本发明的实施例，以使本发明所属领域的普通技术人员容易实施本发明。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不限于本文所述的实施例。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.01％以下且0％除外、C：0.005％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。

首先描述限制双取向电工钢板的成分的理由。

Si：2.00至4.00重量％

硅(Si)是热轧中形成奥氏体的元素，为了在板坯加热温度附近和热轧板退火温度附近具有10％左右的奥氏体分数，需要限制加入量。此外，在二次再结晶退火中，只有在铁素体单相的情况下，才会在退火时顺利地形成二次再结晶微细组织，因此需要限制为形成铁素体单相的成分。在纯铁中，当加入2.0重量％以上时，就会形成铁素体单相，藉以通过加入C，可以调节奥氏体分数。因此，可以将Si含量的下限限制为2.0重量％。另外，当加入量大于4重量％时，难以进行冷轧，饱和磁通会下降，因此限制加入量大于4重量％。进一步具体地，Si可以包含2.2至3.3重量％。更具体地，为了获得磁通密度高的钢板，Si可以包含2.4至2.9重量％。

Al：0.010至0.040重量％

铝(Al)会形成AlN，从而用作二次再结晶的抑制剂。在本发明的一个实施例中，使用常规取向电工钢板的氮化工艺以外的抑制剂时，也可以获得立方织构(Cube)。因此，可以将Al的加入量控制在比常规取向电工钢板更宽的范围。但是，当加入量小于0.01重量％时，钢中的氧化物会大大增加，从而导致磁性变差，还会改变二次再结晶温度，从而阻碍立方织构(Cube)取向的形成。因此，将加入量的下限限制为0.01重量％。如果加入量大于0.04重量％，则二次再结晶温度会大大增加，难以工业生产。更具体地，Al可以包含0.015至0.035重量％。

S：0.0004至0.0200重量％

硫(S)与钢中的Cu或Mn结合而微细形成MnS，微细形成的析出物有助于二次再结晶。因此，可以将加入量限制为0.0004至0.02重量％。当过量加入S时，由于S的偏析，二次再结晶时钢中高斯织构(Goss)的分数可能会增加，热轧板中的析出物没有得到控制，可能无法获得二次再结晶时的所希望的织构。更具体地，S可以包含0.0005至0.006重量％。

Mn：0.05至0.30重量％

锰(Mn)是钢水中不可避免存在的元素，当少量加入时，可以用作形成析出物的元素，而且作为形成FeS后转变成MnS的元素加入钢中。但是，当过量加入时，即使高温退火，Mn也会保持与S的强力结合，从而阻碍形成微析出物的Mg、Ca和S的结合。另一方面，如果含量过少，则二次再结晶时的织构控制会变得困难。因此，Mn可以包含0.05至0.3重量％。更具体地，Mn可以包含0.08至0.2重量％。

N：0.0100重量％以下

氮(N)是形成AlN的元素，由于将AlN用作抑制剂，因此需要确保适当的含量。如果N的含量过少，则冷轧时组织不均匀变形率会充分增加，在一次再结晶时促进立方织构(Cube)的生长，无法抑制高斯织构(Goss)的生长。如果N的含量过多，则在热轧后的工艺中，不仅会导致氮扩散引起的鼓泡(blister)等表面缺陷，而且在热轧钢板状态下形成过剩的氮化物，因此不容易轧制，从而成为制造成本上升的原因。

板坯中N可以包含0.02重量％以下。在本发明的一个实施例中，一次再结晶退火时，包含氮化的过程，但是热轧钢板中加入0.01重量％至0.02重量％的N时，即使省略该氮化过程，也能形成充分的抑制剂。由于二次再结晶退火时部分N被去除，因此板坯中的N含量与最终制造的电工钢板的N含量可能会不同。

C：0.0050重量％以下

对于碳(C)，如果二次再结晶退火后仍包含大量碳，就会引起磁时效，从而造成铁损大大增加。因此，碳含量的上限限制为0.005重量％。进一步具体地，C可以包含0.0001至0.005重量％。

板坯中C可以包含0.05重量％以下。由此，可以抑制热轧板内的应力集中以及形成高斯织构(Goss)，还可以使析出物微细化。此外，C在冷轧时增加组织不均匀变形率，一次再结晶时可以促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长。但是，当过量加入时，虽然能消除热轧板内的应力集中，但是不能抑制形成高斯织构(Goss)，而且析出物的微细化也困难。由于冷轧时也会大大降低冷轧性，加入量受到限制。在本发明的一个实施例中，一次再结晶退火时，包含脱碳过程，因此板坯和最终制造的电工钢板的C含量可能会不同。

板坯中的C和Si含量可以满足式3。

[式3]

[C]/[Si]≥0.0067

在式3中，[C]和[Si]各自表示板坯中的C和Si的含量(重量％)。

如果C含量过少或者Si含量过多，则促进立方织构(Cube)的生长以及抑制高斯织构(Goss)的生长会变得困难。更具体地，式3的左边可为0.0083以上。

P：0.005至0.150重量％

磷(P)的作用是提高钢的电阻率以及二次再结晶时提高立方织构(Cube)的分数，而且冷轧时也会增加不均匀变形率，因此优选加入至少0.005重量％以上。但是，当加入量大于0.15重量％时，冷轧性会极弱，因此限制加入量。更具体地，P可以包含0.01至0.08重量％。

Ca：0.0001至0.0050重量％和Mg：0.0001至0.0050重量％

钙(Ca)和镁(Mg)都是钢中反应性非常好的合金元素，微量加入时也会对钢的性质产生很大影响。在适量加入S的钢中，Ca和Mg与S结合而形成高温下微细的硫化物。由于这种硫化物在低温下也很稳定，如果这种微析出物形成在热轧板中，则二次再结晶时起到用于控制织构的抑制剂的作用。但是，当过量加入Ca和Mg时，也与钢中的氧结合而形成氧化物，这种氧化物有可能成为表面缺陷、磁性不良的原因。因此，Ca包含0.0001至0.005重量％，Mg包含0.0001至0.005重量％。更具体地，Ca包含0.001至0.003重量％，Mg包含0.0005至0.0025重量％。

Ti：0.0010至0.0050重量％

钛(Ti)是钢中反应性非常高的合金元素，与钢中的C、N、O等反应，进而从连铸开始快速形成夹杂物和析出物。随着Ti的加入，首先钢中的固溶氧被去除，接着C、N等的固溶度会降低。为了立方织构(Cube)的生长，需要控制钢中固溶的氧量，因此Ti的加入量优选为0.001重量％以上。另一方面，为了不起到降低钢中的轧制时影响变形的C、N的固溶度的作用，优选加入0.005重量％以下。更具体地，Ti可以包含0.002至0.004重量％。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，可以满足下述式1。

[式1]

10×([Ti]+[Ca]+[Mg])≥[Al]

在式1中，[Ti]、[Ca]、[Mg]和[Al]各自表示Ti、Ca、Mg和Al的含量(重量％)。

Ca和Mg与S结合而形成微细的硫化物时，可以作为抑制剂在二次再结晶发挥作用。此外，Ti也起到抑制剂的作用，因为Ti很容易与O或C、N、S等钢中的诸多杂质结合。为了抑制剂的作用，需要有足够的量具有适当的大小，而且分布偏差得少。另一种抑制剂Al主要与氮结合形成AlN，从而起到抑制再结晶生长的作用。AlN使二次再结晶顺利发生，但是为了使二次再结晶发生在立方织构(Cube)取向而不是高斯织构(Goss)取向，需要减缓基于抑制剂的分解的晶体生长速度。由于二次再结晶时的异常晶粒生长是爆炸性晶粒生长，因此很难抑制，需要使用很多AlN以外的抑制剂。因此，基于Ti、Ca、Mg的抑制剂的量必须充分存在于钢中，以满足前述的式1。进一步具体地，Ca与Mg、Ti之和的5倍优选为钢中的Al量以上。即，优选为5×([Ti]+[Ca]+[Mg])≥[Al]。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，还可以包含Sn：0.1重量％以下、Sb：0.001至0.1重量％和Mo：0.01至0.2重量％中的一种以上。

Sn：0.10重量％以下

锡(Sn)的作用是降低轧制时的高斯织构(Goss)取向的稳定性，进而减小高斯织构(Goss)的轧制后的分数，并增加立方织构(Cube)取向分数。此外，再结晶时Sn起到增加高斯织构(Goss)的作用。因此，为了在适当的压下率下去除高斯织构(Goss)取向以及再结晶后也减小高斯织构(Goss)分数，需要将Sn的加入量控制为0.1重量％以下。

Sn具有减缓再结晶速度和抑制再结晶时的晶体生长的效果，并有效地使晶界处快速生长的晶界生长速度与晶界内再结晶而生长的晶粒的生长速度一致，因此可以调节Sn的加入量。更具体地，Sn可以包含0.001至0.1重量％。更具体地，Sn可以包含0.01至0.05重量％。

Sb：0.0010至0.1000重量％、Mo：0.0100至0.2000重量％

锑(Sb)是为了控制一次再结晶织构可以加入的元素。另外，如果加入量为0.001重量％以上，则改变氧化层的形成厚度，从而减少轧制垂直方向和轧制方向的磁性差距，而如果加入量大于0.1重量％，则冷轧时轧辊下的滑移会大大增加，因此限制加入量。更具体地，Sb适合包含0.005至0.05重量％。Mo是加入时有助于钢中的碳化物和氮化物的高温相稳定性的元素，其有助于提高二次再结晶温度以及在连铸和热轧板退火过程中使析出物更加微细。因此，Mo的加入量限制为0.01至0.2重量％。更具体地，Mo可以包含0.02至0.05重量％。

如前所述，当包含附加元素时，将替代余量的Fe的一部分。例如，对于进一步包含0.001至0.1重量％的Sb的双取向电工钢板的组分，以重量％计，包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.002％、Mn：0.05至0.3％、N：0.005％以下且0％除外、C：0.005％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ca：0.0001至0.005％、Mg：0.0001至0.005％和Sb：0.001至0.1％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其还可以包含Bi：0.0100重量％以下、Pb：0.0100重量％以下、As：0.0100重量％以下、Be：0.0100重量％以下和Sr：0.0100重量％以下中的一种以上。

铋(Bi)、铅(Pb)、镁(Mg)、砷(As)、铍(Be)和锶(Sr)是钢中微细形成氧化物、氮化物、碳化物的元素，有助于二次再结晶，可以额外加入。但是，当加入量大于0.01重量％时，将会引起二次再结晶不稳定的问题，因此需要限制加入量。

另外，除了前述的成分之外，本发明的双取向电工钢板的余量是Fe和不可避免的杂质。然而，只要是在不阻碍本发明的作用效果的范围内，并不排除含有其他元素。

如此，根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，通过精确控制合金组分来形成多个立方织构。具体地，具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒的面积分数可为60至99％。此时，大于99％是指抑制形成二次再结晶中不可避免形成的岛状晶粒(Islandgrain)，并且彻底去除析出物。为此，在高温下的退火时间大大增加，因此限制在60至99％。更具体地，可为70至97％。更具体地，可为80至95％。

另外，具有{100}<025>取向的晶粒是从{100}<001>旋转约22.5°的取向，随着该取向增加，钢板的双取向特性降低，圆周方向的特性变得均匀。因此，为了确保双取向特性，具有所述取向的晶粒的面积分数可为30％以内。另一方面，对于所述取向，因为{100}面平行于钢板表面，对磁性的不良影响较小，而且由于从{100}<001>旋转22.5°，一部分具有从{100}<001>起15°以内的取向的晶粒可能被视为{100}<025>的15°以内的晶粒，因此面积分数不会是0％。假设15°的高斯分布时，最小的值可以包含1％以上。更具体地，可为3至20％。更具体地，可为5至15％。不是{100}<001>和{100}<025>的晶粒可以包含10％以下。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其平均晶粒粒径可为所述钢板厚度的20倍以上。本发明的一个实施例中利用二次再结晶，而二次再结晶的晶粒粒径大于板厚度的20倍有利于获得所需的取向。对于晶粒粒径，以与钢板的轧制面(ND面)平行的面为基准，可以测定晶粒粒径。对于粒径，假设面积与晶粒相同的虚拟圆，用该圆的直径表示粒径。

图1是根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板100的截面示意图。

如图1所示，可以包含从钢板的基体10表面向基体10内部方向形成的氧化层11和形成在钢板表面上的绝缘层30。此时，钢板的基体10表面可以是钢板的一面或两面(上表面和下表面)。

氧化层11是氧渗入基体内部而形成的。具体地，除了前述的钢板组分以外，可以包含10重量％以上的氧(O)。从氧含量上，可以区分基体10和氧化层11。氧化层11的厚度可为5μm以下。当氧化层11过厚时，由于钢中氧分数，将会抑制立方织构(Cube)晶粒的生长，进而立方织构(Cube)分数降低，最终导致磁性衰减。更具体地，氧化层11的厚度可为0.01至2.5μm。

基体10表面上可以形成绝缘层30。绝缘层30有助于确保绝缘性。绝缘层30可以由有机或无机涂层组合物形成，根据情况，可以由有机和无机复合涂层组合物形成。绝缘层30的厚度可为0.2至8μm。如果厚度过薄，则难以满足所要求的绝缘特性。如果厚度过厚，则表面磁化时磁畴移动困难，不容易磁化，因此最终磁性会衰减。当绝缘层30形成在基体10两面时，两面上所形成的绝缘层30分别可以满足前述的的厚度范围。更具体地，绝缘层30的厚度可为0.4至5μm。

图2中示出根据本发明的另一个实施例的双取向电工钢板100的截面示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，还可以包含夹在基体10表面和绝缘层30之间的镁橄榄石层20。为了沿轧制方向赋予张力，双取向电工钢板从表面形成厚度为2至3μm的含有镁橄榄石(Mg ₂SiO ₄)的氧化层，利用该氧化层与母材的热膨胀系数之差赋予张力。然而，在本发明的一个实施例中，轧制方向上的张力即意味着轧制垂直方向上的压缩，因此优选尽量减少张力。2.0μm以内的薄的镁橄榄石层20，其张力赋予效果极差，通过形成这种薄的镁橄榄石层20，可以消除钢板整体上的张力。镁橄榄石层20是由二次再结晶退火前涂布的退火隔离剂形成。退火隔离剂作为主要成分包含MgO，这是众所周知的，因此不再赘述。

在二次再结晶退火之后，可以移除镁橄榄石层20，在此情况下，如图1所示，可以在基体10表面上直接形成绝缘层30。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板，其轧制方向和轧制垂直方向的磁性均优异。具体地，轧制方向和轧制垂直方向的Br皆为1.65T以上，圆周方向的Br为1.58T以上，Br是通过下述式2进行计算。

[式2]

Br＝7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8

在式2中，[Si]和[Al]各自表示Si和Al的含量(重量％)，B8表示在800A/m下激励时所感应的磁场的强度(特斯拉)。

对于大型发电机，环形框架的直径为几米，将电工钢板切割成T字形齿(Teeth)，以形成环形框架。此时，可以将T字形齿部放在轧制垂直方向，而轧制方向放在环形框架。或者，相反地，可以将T字形齿部放在轧制方向，而轧制垂直方向放在环形框架。这样的设计变化取决于齿(Teeth)的长度和环形框架的直径长度以及环形框架的宽度。通常，齿部是发电机启动时大磁通流过的部位，这种磁通从环形部流出。考虑到此时产生的能量，确定轧制方向和轧制垂直方向是放在齿部还是放在环形部，而在具有非常高的磁通密度(Br皆为1.63T以上)的材料的情况下，不需要区分轧制方向和轧制垂直方向用于哪个部位，任何部位都会具有非常高的能量效率。另外，当圆周方向的Br磁通密度高达1.56T以上时，在T字形齿部和环形框架的连接部位的磁通所导致的能量损失会大大减少。由此，通过提高发电机的效率或减小环形框架的宽度和齿部的大小，用小尺寸铁芯，也可以制成高效发电机。

根据本发明的一个实施例的双取向电工钢板的制造方法，其包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0至4.0％、Al：0.01至0.04％、S：0.0004至0.02％、Mn：0.05至0.3％、N：0.02％以下且0％除外、C：0.05％以下且0％除外、P：0.005至0.15％、Ti：0.001至0.005％、Ca：0.0001至0.005％和Mg：0.0001至0.005％，余量包含Fe和其他不可避免的杂质；对板坯进行热轧来制造热轧板的步骤；对热轧板进行轧制来制造钢板的步骤；对钢板进行一次再结晶退火的步骤；以及对一次再结晶退火后的钢板进行二次再结晶退火的步骤。

在下文中，将按照各步骤详细描述。

首先，制造板坯。板坯中各组分的加入比例限制理由与前述的双取向电工钢板的组分限制理由相同，因此不再赘述。在下述的热轧、热轧板退火、冷轧、一次再结晶退火、二次再结晶退火等制造过程中，C、N以外的板坯的组分没有实质变化，因此板坯的组分与双取向电工钢板的组分实际相同。

对于板坯，可以采用薄板坯法或薄带铸轧法进行制造。板坯的厚度可为200至300mm。根据需要，可以对板坯进行加热。

接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧板。

制造热轧板的步骤中的总压下率为95％以上，制造热轧板的步骤包含多道次轧制，每道次轧制的压下率为50％以下。

如前所述，只有控制压下率，才能控制微细组织的大小分布和析出物分布，并且可以控制适当的大小分布中各晶粒的与相邻晶粒的关系，以便在轧制后再结晶时能够获得目标织构。

压下率可以通过([压下前钢板厚度]–[压下后钢板厚度])/压下前钢板厚度]来计算。例如，制造热轧板的步骤中的总压下率可以通过([板坯厚度]–[热轧板厚度])/[热轧板厚度]来计算。

制造热轧板的步骤可以包含多道次轧制，每道次轧制的压下率可为50％以下。此时，道次(pass)是指在一台轧机中轧制。具体地，制造热轧板的步骤可以包含3至12道次轧制。如前所述，制造热轧板的步骤中在所有道次的压下率可为50％以下。

更具体地，制造热轧板的步骤中的总压下率可为97.0％至99.9％，每道次轧制的压下率可为30至50％。

在制造热轧板的步骤中，可以包含对板坯进行粗轧的步骤、对粗轧后的中间坯进行加热的步骤和对加热后中间坯进行精轧的步骤，在加热步骤中，可以在1050℃以上的温度下保持10分钟至300分钟。如果保持时间过短，则由于板坯的析出物适当分布，无法形成热轧板上的所需水平的析出物的分布，因此无法为后续工艺获得均匀的微细组织。另一方面，如果保持时间过长，则析出物会变得非常粗大，而且由于板坯中的C在板坯再加热过程中与氧等发生应，C的量会减少。

热轧结束温度可为1050℃以下。当热轧结束温度高时，更多的剪切(Shear)变形会在热轧时产生，由于再结晶和晶体生长速度快，可以确保更多的具有再结晶的立方织构(Cube)取向的晶粒。因此，热轧板退火时，立方织构(Cube)的分数会增加。

热轧板的厚度可为1至3.5mm。制造热轧板的步骤可以是在700℃以上的温度下进行。

在制造热轧板的步骤之后，还可以包含对热轧板进行退火的步骤。

对热轧板进行退火的步骤的退火温度可为1000至1200℃。

接下来，对热轧板进行轧制，以制造钢板。

制造钢板的步骤可以包含对热轧板进行一次轧制的步骤；中间退火步骤；以及对中间退火后的钢板进行二次轧制的步骤。

在一次轧制步骤中，通过对热轧板进行冷轧或温轧，可以轧制成厚度为0.5至1.8mm。

在一次轧制步骤中，压下率可为75％以下。此外，一次轧制步骤可以包含多道次轧制，每道次轧制的压下率可为45％以下。如果压下率过大，则再结晶后高斯织构(Goss)分数会增加。具体地，一次轧制步骤可以包含2至8道次轧制。

更具体地，在一次轧制步骤中，压下率可为60至75％，每道次轧制的压下率可为35至45％。

对于中间退火步骤，可以在1000至1200℃下进行退火。

在二次轧制步骤中，通过对一次轧制后的钢板进行冷轧或温轧，可以轧制成厚度为0.15至0.65mm。

在二次轧制步骤中，压下率可为75％以下。此外，二次轧制步骤可以包含多道次轧制，每道次轧制的压下率可为45％以下。如果压下率过大，则再结晶后高斯织构(Goss)分数会增加。具体地，二次轧制步骤可以包含1至6道次轧制。

更具体地，在二次轧制步骤中，压下率可为60至75％，每道次轧制的压下率可为35至45％。

一次轧制步骤和二次轧制步骤可以是在50℃以上且低于700℃的温度下进行。

在一次再结晶退火步骤中，可以包含在50至70℃的露点温度下脱碳的步骤。如果二次再结晶退火后仍包含大量碳，就会引起磁时效，从而造成铁损大大增加。因此，在一次再结晶退火步骤中，可以经过脱碳去除部分碳。可以在50℃至70℃的露点温度以及氢气和氮气混合环境下实施。

在一次再结晶退火步骤中，氮化量可为0.01至0.03重量％。如果没有适当地确保氮化量，就不会顺利形成二次再结晶，可能会发生磁性衰减的问题。

对于脱碳和氮化，可以同时进行或者逐次进行。当逐次进行时，可以在脱碳后进行氮化，或者可以在氮化后进行脱碳。

在一次再结晶退火步骤之后，一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径可为30至50μm。如果无法适当地确保一次再结晶退火后的钢板的平均晶粒粒径，就不会顺利形成二次再结晶，可能会发生磁性衰减的问题。

一次再结晶退火可以在800至900℃的温度下实施。

在一次再结晶退火步骤之后，还可以包含涂布含有MgO的退火隔离剂的步骤。

对于涂布退火隔离剂所形成的镁橄榄石层，与前述的内容相同，因此不再赘述。

对于二次再结晶退火，以适当的升温率进行升温，从而引起{100}<001>立方织构(Cube)取向的二次再结晶，然后经过杂质去除过程即纯化退火，再进行冷却。在此过程中，对于退火环境气体，像一般的情况一样，在升温过程中使用氢气和氮气的混合气体进行热处理，而在纯化退火中使用100％氢气长时间保持，以去除杂质。二次再结晶退火的温度可为1000至1300℃，时间可为10至25小时。

在本发明的一个实施例中，如前所述，镁橄榄石层采用薄层或者移除可能更有利。因此，在二次再结晶退火后，还可以包含移除形成在钢板表面上的镁橄榄石层的步骤。移除方法可以采用物理或化学方法。

在下文中，将描述本发明的优选实施例和比较例。然而，下述实施例是本发明的优选的一个实施例而已，本发明不限于下述实施例。

实验例1

制造由表1和表2所示的成分及余量的Fe和不可避免的杂质组成的板坯，在1200℃下加热后进行8道次热轧，以制造厚度为2.3mm的热轧卷板。将热轧板在1050℃至1140℃下退火30秒，并在930℃下退火90秒后，对快速冷却的热轧退火板在200℃下以3道次进行一次轧制，从而轧制成厚度为1.3mm。此时的压下率为40％。然后，重新在1050℃至1140℃下退火30秒，并在930℃下退火90秒回，对快速冷却的退火板在200℃下以4道次进行二次轧制，从而轧制成表4所示的厚度。

将轧制的板材氮化至表3中以重量％表示的质量，同时经过在表3所示的露点温度以及75体积％的氢气环境下脱碳的一次再结晶退火工艺。然后，测定晶粒粒径，并示于表3中。其后，涂布或不涂布含有MgO成分的退火隔离剂，并以每小时20℃的升温速度升温至1200℃后，实施二次再结晶退火20小时。对于冷却的板材，去除MgO退火隔离剂后，在移除或不移除镁橄榄石层的情况下测定磁性，并示于表3中。表3中示出热轧(700℃以上的温度下轧制)和一次/二次冷轧/温轧(低于700℃的温度下轧制)的压下率和压下率最大的道次的压下率。一次/二次冷轧/温轧(低于700℃的温度下轧制)的压下率表示以中间退火为准区分的一次轧制和二次轧制中压下率最大的情形。

表4中示出立方织构(Cube)分数(具有{100}<001>取向的晶粒的面积分数)和Br值。

【表1】

试样名称 备注 Si Al S Mn N C-slab C-sheet P Ti Ca Mg DR1 比较例 2.9 0.022 0.0031 0.26 0.006 0.041 0.0028 0.017 0.0036 0.002 0.001 DR2 比较例 2.51 0.021 0.0043 0.26 0.0066 0.03 0.0009 0.074 0.0042 0.001 0.0011 DR3 发明例 3.07 0.035 0.0048 0.06 0.0077 0.021 0.0043 0.086 0.0042 0.0032 0.0008 DR4 发明例 2.96 0.035 0.0063 0.12 0.0025 0.025 0.0002 0.039 0.003 0.002 0.0004 DR5 比较例 2.74 0.065 0.0031 0.12 0.0109 0.038 0.0009 0.102 0.0033 0.0006 0.0002 DR6 发明例 3.02 0.025 0.0045 0.08 0.003 0.023 0.0023 0.089 0.0033 0.0021 0.0008 DR7 比较例 3.16 0.095 0.0031 0.1 0.0071 0.03 0.0001 0.0813 0.0042 0.0026 0.0024 DR8 发明例 2.86 0.04 0.0062 0.1 0.0079 0.03 <0.0001 0.086 0.0021 0.0022 0.0002 DR9 比较例 2.78 0.02 0.0041 0.48 0.0071 0.033 0.003 0.082 0.0024 0.0012 0.0004 DR10 发明例 3.07 0.035 0.0048 0.11 0.0077 0.024 0.0043 0.086 0.0042 0.0032 0.0008 DR11 比较例 2.84 0.023 0.0083 0.17 0.0065 0.043 0.006 0.015 0.002 0.003 0.0004 DR12 比较例 3.1 0.012 0.0091 0.15 0.0041 0.026 0.0042 0.053 0.0044 0.0044 0.0065 DR13 比较例 2.69 0.027 0.0005 0.06 0.0019 0.032 0.0016 0.077 0.0032 0.002 0.0002 DR14 发明例 3.08 0.013 0.0013 0.21 0.0031 0.03 0.0001 0.011 0.002 0.0005 0.0007 DR15 比较例 2.8 0.016 0.0014 0.15 0.006 0.05 0.0016 0.096 0.001 0.003 0.0008 DR16 比较例 2.92 0.023 0.0005 0.08 0.012 0.034 0.0032 0.041 0.001 0.0047 0.0006 DR17 比较例 2.94 0.015 0.0006 0.18 0.0089 0.021 0.0028 0.049 0.0013 0.0007 0.0007 DR18 比较例 3.16 0.62 0.0031 0.07 0.0026 0.023 0.0016 0.0306 0.0024 0.0012 0.0009 DR19 比较例 2.38 0.023 0.0066 0.06 0.0081 0.026 0.0004 0.032 0.0037 0.0011 0.0011 DR20 比较例 2.8 0.024 0.0021 0.15 0.003 0.02 0.0002 0.03 0.0053 0.001 0.0001 DR21 发明例 3.08 0.013 0.0013 0.1 0.0031 0.025 0.0001 0.011 0.002 0.0005 0.0007 DR22 比较例 2.6 0.036 0.0087 0.24 0.0014 0.025 0.0004 0.024 0.0034 0.001 0.0001 DR23 比较例 3.16 0.012 0.0016 0.28 0.0061 0.024 0.0008 0.066 0.001 0.0009 0.0006 DR24 发明例 3.19 0.017 0.0038 0.16 0.0045 0.031 0.0016 0.037 0.0046 0.002 0.0004 DR25 比较例 3.03 0.031 0.002 0.06 0.0005 0.021 0.0001 0.07 0.0019 0.0001 0.002 DR26 比较例 2.44 0.021 0.0036 0.11 0.0072 0.035 0.0017 0.052 0.0038 0.001 0.0009 DR27 比较例 3.21 1.2 0.0031 0.17 0.0046 0.031 0.0023 0.1 0.0046 0.001 0.0001 DR28 比较例 2.91 0.026 0.0015 0.21 0.0096 0.006 0.0003 0.046 0.0048 0.0027 0.0001 DR29 比较例 2.35 0.012 0.0015 0.14 0.0064 0.026 0.0016 0.002 0.001 0.0048 0.0001 DR30 比较例 2.56 0.047 0.0042 0.15 0.0026 0.02 0.0027 0.034 0.0025 0.0014 0.0004 DR31 比较例 2.86 0.026 0.0084 0.45 0.0005 0.03 <0.0001 0.094 0.0042 0.001 0.0002 DR32 发明例 2.87 0.031 0.0028 0.13 0.0081 0.031 0.001 0.081 0.0032 0.002 0.001 DR33 发明例 2.68 0.035 0.0035 0.12 0.0095 0.038 0.003 0.083 0.0033 0.0009 0.0002 DR34 比较例 2.41 0.023 0.0038 0.16 0.006 0.031 0.0036 0.09 0.0041 0.0013 0.0003 DR35 比较例 2.51 0.028 0.002 0.15 0.0112 0.04 0.003 0.088 0.001 0.001 0.0002 DR36 比较例 2.75 0.036 0.0002 0.28 0.0036 0.034 0.0021 0.006 0.0038 0.0036 0.0005 DR37 比较例 3.31 0.043 0.0031 0.21 0.0018 0.03 0.0018 0.0067 0.0007 0.0022 0.0003 DR38 比较例 3.05 0.502 0.0031 0.11 0.006 0.031 0.0013 0.0116 0.0022 0.0011 0.003 DR39 发明例 2.68 0.035 0.0035 0.12 0.0095 0.038 0.002 0.083 0.0033 0.0009 0.0002 DR40 比较例 3.19 0.03 0.002 0.1 0.004 0.027 0.0021 0.18 0.0048 0.001 0.0007 DR41 比较例 2.96 0.001 0.0024 0.11 0.0094 0.02 0.0011 0.023 0.0016 0.003 0.0009 DR42 比较例 3.06 0.011 0.0054 0.13 0.0028 0.009 0.0004 0.092 0.0012 0.0087 0.0011 DR43 比较例 2.84 0.029 0.0205 0.11 0.0076 0.04 0.003 0.07 0.0043 0.0001 0.0008 DR44 比较例 2.62 0.024 0.0038 0.07 0.005 0.021 <0.0001 0.057 0.0004 0.001 0.0008 DR45 比较例 3 0.035 0.0082 0.13 0.0039 0.018 0.0023 0.015 0.0039 0.001 0.0006

【表2】

【表3】

【表4】

如表1至表4所示，满足本发明的合金组分以及适当地调节压下率的发明例具有较大的平均晶粒粒径以及立方织构(Cube)分数较高，因此磁性优异。另一方面，没有满足本发明的合金组分或者没有适当地调节压下率的比较例具有较小的平均晶粒粒径以及立方织构(Cube)分数较低，因此磁性较差。

本发明能以各种不同方式实施，并不局限于上述的实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解在不改变本发明的技术思想或必要特征的情况下能够通过其他具体方式实施本发明。因此，应该理解上述的实施例在所有方面都是示例性的，并不是限制性的。

附图标记说明

100：双取向电工钢板 10：钢板基体

11：氧化层 20：镁橄榄石层

30：绝缘层