通常用铁损和励磁特性评价晶粒取向电工钢板的磁性能。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 粒取向电工钢板的方法。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工钢板。
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 磁畴的电工钢板的铁损特性相当的电工钢板。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工钢板 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，晶粒取向电工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，要求该电工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。

本发明提供具有优异氧化膜特性(薄膜粘附性)和磁性能(铁损特 性)的含2.0-7.0％Si的晶粒取向电工钢板，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氧化膜特性(薄膜粘附性)和磁性能(铁 损特性)的晶粒取向电工钢板，本发明人进行了许多试验，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)一种具有优异特性的产品表现出，用辉光放电谱分析(GDS分析) 时，距所述氧化物膜表面Si的峰位在Al峰位距所述氧化物膜表面的距 离的1/10以内。
2)一种具有更优异的特性的产品表现出，当进行辉光放电谱分析 (GDS分析)时，Si峰距氧化物膜表面的距离在Al峰相应距所述表面 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发明，本发明的特征描述如下：
(1)一种具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒取向电工钢板，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，并且在从所述氧化物 膜表面的辉光放电谱分析(GDS分析)中，Si的峰位距氧化物膜表面 的深度在Al的相应峰位深度的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)中公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒取向电 工钢板，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(％)满足下式(3)：
y(％)≥-122.45t+112.55      (3)
其中t为钢板厚度(mm)，铁损特性W(W/kg)满足下式(4)：
W(W/kg)≤2.37t+0.260        (4)
其中t为钢板厚度(mm)。
(3)一种生产如(1)所公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶 粒取向电工钢板的方法，该方法包括以下步骤：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，其余 为Fe和不可避免的杂质的板坯进行传统方法的处理，将其轧制具有最 终厚度的钢带的步骤；对钢带进行脱碳·退火处理的步骤；对钢带进行 最终退火的步骤和绝缘覆层的成膜处理步骤，该方法的特征在于：
在脱碳退火步骤的加热阶段中，在快速加热箱式炉中将钢带以至少 100℃/秒的速率快速加热到至少800℃，其中所述箱式炉设置成与脱碳 退火炉相连接，并且其PH2O/PH2比保持在0.20-3.0，钢带在该快速加 热箱式炉中在至少750℃温度下的停留时间为10秒以内；并且
所述钢带在一个脱碳退火炉中脱碳退火，在该炉入口附近设置有废 气排放管，用以排放快速加热箱式炉和所述脱碳退火炉中的气体，在该 退火炉中PH2O/PH2比保持在0.25-0.6。
(4)一种生产如(2)中所公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶 粒取向电工钢板的方法，该方法包括下列步骤：将含至多0.10wt％的C， 2.0-7.0wt％的Si，至多400ppm的Al，一种传统的抑制剂，余量为Fe和不可避免的杂质的板坯按传统方式处理，并将板坯轧成具有最终产品 厚度的钢带的步骤；对钢带进行脱碳退火的步骤；对钢带进行最终退火 的步骤；绝缘涂层的成膜处理步骤；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使所述钢带以至 少100℃/秒的速率快速加热到至少800℃，将所述箱式炉设置成与脱 碳退火炉连接，在所述快速加热箱式炉中，PH2O/PH2比保持在0.8-1.8， 钢带在至少750℃的温度的停留时间在5秒以内；并且
钢带在脱碳退火炉中进行脱碳退火，在该炉靠近其入口处设置有废 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，同时在脱 碳退火炉中使PH2O/PH2比保持在0.25-0.6之间。
(5)一种生产如(1)中所公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的 晶粒取向电工钢板的方法，该方法包括下列步骤：将含至多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， 余量为Fe和不可避免的杂质的板坯以传统方式处理，并将其轧制形成 具有最终产品厚度的钢带的步骤；对钢带进行脱碳退火的步骤；对钢带 进行最终退火的步骤；对其进行绝缘层成膜处理的步骤，其特征在于：
在快速加热箱式炉中，在脱碳退火步骤中的快速加热阶段，将钢带 以至少100℃/秒的速率快速加热到至少800℃，所述箱式炉设置成通 过炉喉部分与脱碳退火炉连接，在所述快速箱式炉中和炉喉部分中 PH2O/PH2比保持在0.20-3.0之间，钢带在至少750℃保温10秒以内； 并且
在脱碳退火炉中对钢带进行脱碳退火处理，该退火炉在其入口附近 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，而 脱碳退火炉中的PH2O/PH2比保持在0.25-0.6之间。
(6)一种生产如(2)中公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒 取向电工钢板的方法，该方法包括以下步骤：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 为Fe和不可避免的杂质的板坯以传统方式处理，并将其轧制形成具有 最终产品厚度的钢带的步骤，钢带的脱碳退火步骤，钢带的最终退火步 骤和绝缘层的成膜处理步骤，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，将钢带以至少 100℃/秒的速率，快速加热到至少800℃；所述箱式炉通过炉喉设置成 与脱碳退火炉连接，在所述箱式炉和炉喉中，PH2O/PH2比保持在 0.8-1.8，而其中钢带在至少750℃下的保温时间设置在10秒以内；并 且
在脱碳退火炉中对钢带进行脱碳退火处理，在该退火炉的入口一侧 附近设置了废气排放管，用于排放快速加热炉和脱碳退火炉中的气体， 其中在脱碳退火炉中的PH2O/PH2比保持在0.25-0.6。
(7)生产如(3)-(6)中所公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶 粒取向电工钢板的方法，其中，通过采用导电辊直接施加电流进行加热， 以实现快速加热。
(8)生产如(3)-(7)所公开的具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒 取向电工钢板的方法，其中进行了磁畴细化处理。
(9)对晶粒取向电工钢板进行脱碳退火处理的系统包括：内置有快 速加热装置的快速加热箱式炉，其中所述装置将已轧至最终产品厚度的 钢带以至少100℃/秒的速率加热到至少800℃的温度；和一个用于脱 碳退火的脱碳退火炉，该炉设置成与前述快速加热箱式炉连接，并在该 炉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。
(10)一种用于晶粒取向电工钢板的脱碳退火设备，它包括：内置有 快速加热装置的快速加热箱式炉，其中所述装置将已轧至最终产品厚度 的钢带以至少100℃/秒的速率加热到至少800℃的温度；还包括一个 用于脱碳退火的脱碳退火炉，它设置成通过炉喉与快速加热箱式炉连 接，并在其入口一侧带有废气排放管，用于排放快速加热箱式炉和脱碳 退火炉中的气体。
(11)如(9)或(10)中公开的用于晶粒取向电工钢板的脱碳退火设 备，其中所述的用于快速加热的装置包括设置在钢带通过方向上间隔一 定距离的两对轧辊，并且每对轧辊将钢带夹持其间并且由一对导电辊组 成或由一个压力辊和一个导电辊组成。
(12)用于具有极其优异的磁性能的晶粒取向电工钢板的脱碳退火 设备，其中所述的快速加热设备包括两对导电辊，其间设置有张拉辊， 该张拉辊位于高温一侧的导电辊附近，所述钢带以一特定方式加热以便 使被张拉辊夹持于其间的钢带部分具有至多750℃的温度和/或该部分 降低至多50℃的温度。
(13)用于在(9)、(10)、(11)或(12)中公开的晶粒取向电工钢板的 脱碳退火设备，其中在所述快速加热箱式炉中设有向钢带表面喷吹气体 的喷嘴。
本发明文中的“一种在表面上形成的主要含镁橄榄石的氧化物膜” 意指“主要含镁橄榄石，并且是通过一种主要含MgO的退火分离剂与在 加热速度为100℃/秒以上、800℃以上的温度下的脱碳退火过程中形成 的氧化物膜反应而形成的一种氧化物膜。”
附图简要说明
图1是展示由GDS分析得到的Si和Al曲线与晶粒取向电工钢板 的薄膜粘附性的图。
图2(a)展示了去掉了绝缘层的一种传统的晶粒取向电工钢板由 GDS分析得到的Si曲线和Al曲线的实例图。
图2(b)展示了去除了绝缘层的如权利要求1所述的晶粒取向电工 钢板由GDS分析得到的Si曲线和Al曲线的实例图。
图2(c)展示的是去除了绝缘层的如权利要求2所述的晶粒取向电 工钢板由GDS分析得到的Si曲线和Al曲线的实例图。
图3是展示钢板厚度和薄膜粘附性的相关关系图；
图4是展示钢板厚度与铁损的相关关系图。
图5是展示薄膜粘附性与快速加热箱式炉中PH2O/PH2比和脱碳退 火炉中PH2O/PH2比的相关关系图。
图6是展示钢带在快速加热箱式炉中在至少750℃保温的时间与其 上形成最初氧化物膜厚度的相关关系图。
图7是展示本发明的脱碳退火设备的一个实例的示意图。
图8是展示本发明的脱碳退火设备的一个实例的示意图。
实施本发明的最佳方式
以下详述本发明。
图2展示了一种0.23mm厚度的晶粒取向电工钢板从其氧化物膜表 面由辉光放电谱分析(GDS分析)得到的Si与Al的曲线与该钢板的薄 膜粘附性。此外，通过去除最终产品的绝缘层以暴露出氧化物膜，并从 所述氧化物膜表面进行GDS分析，获得了所述的GDS结果。
图2(a)给出了对传统的产品的GDS测量的结果。图2(b)、(c)表 示的是对本发明的钢板进行GDS测量的结果。图2(b)表明所述的B/A 比小于0.1。图2(c)表明所述的B/A比小于0.05。
图3展示了钢板的厚度与薄膜粘附特性的关系。从在钢板进行20mm 曲率半径弯曲试验时薄膜发生剥离的比例(％)，来评价该膜的粘附性。 所述弯曲试验在下面描述。从约130个卷材产品中的每个取下约6个试 验样品，对总数约800个的样品进行了试验。图3中，①、②、③分 别表示显示如图2(a)、图2(b)和图2(c)的GDS分析花样的钢板。 根据本发明，所述钢板在任何板厚均表现出改善的薄膜粘附性。此外， 如图2(c)所示，B/A比在0.05内的钢板显示进一步改善了薄膜粘附性。
如上述改善薄膜粘附性的机理描述如下。
最终退火过程中氧化物膜中含的Si和Al形成了例如镁橄榄石 (Mg2SiO4)、尖晶石(MgAl2O4)和堇青石(Mg2Al4Si5O16)等氧化物，所 述的氧经物成为在钢板表面形成的氧化物膜的主要组分。
当所述氧化物膜中的Si的峰位接近钢板表面时，在最终退火过程 中，如上所述的每种主要组分均倾向于分别从其它组分中以层的形式在 一个氧化物膜中析出。如上所述以层形式析出每种氧化物可使其进行结 晶，因而可预计薄膜的粘附性得以改善。
相反，当Si的峰位距钢板表面远时，氧化物膜的主要组分在整个 膜中以混合物形式存在。因此，可预计每种氧化物的结晶不会进行，薄 膜粘附性没有改善。
图4展示了钢板厚度与铁损特性的相关关系。在图4中，①、②和 ③分别表示如图2(a)、图2(b)和图2(c)中的GDS分析曲线的钢板。 根据本发明，所述的晶粒取向电工钢板表现出在任何钢板厚度都具有优 异的铁损特性。而且，如图2(c)所示，B/A比在0.05以内的钢板表示 出进一步改善了的铁损特性。
此外，本发明人已发现通过在脱碳退火步骤中控制最初氧化物膜的 形成，可以获得粘附性优异的薄膜。通常，在脱碳退火步骤中的主要冶 金过程是形成一次再结晶组织、形成氧化物膜和对钢板进行脱碳退火。 一般在同一个炉内进行这些处理。
与这样的过程相反，本发明人使用了包括内置有快速加热装置的快 速加热箱式炉的脱碳退火设备，所述的快速加热装置将已轧至最终产品 厚度的钢带以至少100℃/秒的速率加热到至少800℃的温度，所述脱 碳退火设备还包括有用于脱碳退火的脱碳退火炉，它设置成与所述快速 加热箱式炉连接，并在其入口一侧附近带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。在本发明中，除了最初氧化物膜的形 成以外，氧化物膜的生长、再结晶和脱碳行为在快速加热箱式炉和脱碳 退火炉中也是受控的，而同时快速加热箱式炉和脱碳退火炉的作用是独 立的。运行模式和效果具体介绍如下：
快速加热箱式炉的目的首先在于(1)形成最初氧化物膜和(2)产 生一次再结晶晶核。最初氧化物膜的形成大大有利于随后产品的薄膜 粘附性。在最初阶段形成适当的SiO2是重要的。最初氧化物层是指 在最外表面层上的具有100尺度量级的氧化物膜。该氧化物膜大大 促进了几毫米量级的内部氧化物层的形成，并有利于所述氧化膜特性 (粘附性)。然而，由于形成过多的SiO2有时会阻碍脱碳，所以需 要精确控制最初氧化物膜的形成。为此，需要控制在快速加热箱式炉 中的PH2O/PH2比，以及在钢带上形成最初氧化物膜的温度下即至少 750℃下停留的时间。
此外，为了形成再结晶的晶核，通过控制加热速率以及达到一定的 加热温度后的冷却速率，以便控制一次再结晶织构，例如(110)和 (111)。当加热速率增高时，织构(110)增大，而(111)织构受到 削弱。当增大在达到一定加热温度之后的冷却速率时，织构(111)倾 向于增大，而织构(100)则受到削弱。例如，当使用感应加热装置作 为快速加热装置时，采用感应加热以至少100℃/秒的速率，优选以至 少300℃/秒的速率将所述电工钢板加热到至少800℃，以便增大织构 (110)。这样的快速加热形成了优异的一次再结晶的织构。例如，当 使用两对导电辊时，以至少100℃/秒的速率，优选为至少300℃/秒在 辊间将钢带加热到至少800℃，以提高(110)织构。此外，达到加热 温度后，从高温一侧的轧辊排出热量，以2000-30,000℃/秒的冷却速 率将钢带冷却10-40℃以增加(III)织构。这种快速加热和快速冷却 的组合可以形成优化的一次再结晶织构。
随后的脱碳退火炉的目的在于(1)脱碳、(2)控制一次再结晶晶粒尺 寸和(3)控制内部氧化物膜。本文的内部氧化物膜不同于上述的最初氧 化物层，它指从钢板表面向着所述钢板内部方向形成的具有约几个毫米 厚度的氧化物膜。该氧化物层与以后施加的MgO一起形成了一种由镁橄 榄石等组成的氧化物膜。
本发明人已经发现内部氧化物层的形式随最初氧化物膜的形式而 显著变化。具体地，在最初氧化物层中的埃量级厚度最外表面层的SiO2 的形成增大了随后的内部氧化物层中的SiO2组分，大大影响了镁橄榄 石膜的结构，并提高了薄膜的粘附性。此外，对一次再结晶晶粒尺寸的 控制则决定了二次再结晶的开始温度。结果，控制了二次再结晶的晶粒 尺寸，并改善了铁心损失。
因此，为了控制在发明上文所述的最初氧化物膜和内部氧化物层， 对快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的气氛进行控制，并且对快速加热箱 式炉中钢带在至少750℃的保温时间进行控制。
在生产厚度为0.23mm的晶粒取向电工钢板的过程中，使用了上面 介绍的脱碳退火设备。图5展示了当快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的 PH2O/PH2比都变化，而其它条件均设定为本发明的生产条件时，产品的 氧化膜特性和脱碳退火设备的气氛的关系。
为了获得优异的薄膜粘附性，在快速加热箱式炉中的PH2O/PH2比必 须为0.20-3.00。当快速加热箱式炉中的PH2O/PH2小于0.20时，很难 控制最初氧化物膜，稠密的SiO2组分在表面层中变得过量。因而，在 随后的脱碳退火过程出现脱碳不充分。因此，所述PH2O/PH2比值确定 为至少0.20。此外，在快速加热箱式炉中的超过3.00时，在最初氧化 物膜中Fe组分氧化物的比例过高，电工钢板表现出薄膜粘附性和氧化 膜特性变差。因此，所述比例定为3.00以内。
此外，对于形成最初氧化物膜而言，在具有如上述的PH2O/PH2比的 快速加热箱式炉中，钢带在至少750℃下过分长时间保温会对脱碳性能 等产生有害影响。因此，需要一个特定范围的保温时间。图6是表示钢 带在快速加热箱式炉中在至少750℃的保温时间与按这种方式形成的 最初氧化物膜的厚度的关系图。当钢带在至少750℃的保温时间超过5 秒时，从图6中可见SiO2薄膜厚度超过150。结果脱碳速率令人失 望地受到界面的控制。因此，保温时间定于5秒以内。
此外，为了获得优异的氧化膜特性和优异的脱碳性能，在脱碳退火 炉中的PH2O/PH2比必须在0.25-0.6。当PH2O/PH2比小于0.25时，钢 板不发生脱碳，内部氧化物层厚度变得很小。结果，随后不能恰当地形 成镁橄榄石。因此，所述PH2O/PH2比确定为至少0.25。此外，当在脱 碳退火炉中的PH2O/PH2比高于0.6时，在内部氧化物层中的铁氧化物 变得过多，在最初氧化物膜中已经形成的SiO2的作用就丧失了，这导 致薄膜缺陷等的形成。因此，所述PH2O/PH2比确定为0.6以内。
如上所述，通过设定在快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的PH2O/PH2 比并将在快速加热箱式炉中的钢带在至少750℃的保温时间设定在给 定范围内，可以获得具有优异氧化膜特性和磁性能的晶粒取向电工钢 板。当按这种方式生产的晶粒取向电工钢板从氧化物膜表面进行GDS 分析时，从氧化物膜表面到Si峰位的深度在Al的相应深度的1/10之 内。
进而，当在快速加热箱式炉中的PH2O/PH2比限于0.8-1.8的较窄 范围内时，可以形成主要含SiO2的更为合适的最初氧化物膜，从而薄 膜粘附性变得优异。当快速加热炉中的PH2O/PH2比保持在0.8-1.8的 范围内时，Si的氧化物与Fe的氧化物之比变得更优，在以后要形成的 初生膜中Si峰位调整为位于表面层内，从而使氧化膜特性更优。
按此方式生产的晶粒取向电工钢板具有更优异的氧化膜特性和磁 性能。其从氧化物膜表面的GDS分析表明，从氧化物膜表面到Si的峰 位的深度在Al峰位的相应深度的1/20以内。
如上所述，在现有技术中，脱碳、最初氧化物膜和内部氧化物层的 形成和一次再结晶大约同时进行。然而，本发明中，快速加热箱式炉和 脱碳退火炉的功能是相互独立的。因而可以获得具有优异氧化膜特性和 磁性能的晶粒取向电工钢板。
例如，一种感应加热装置，即一种通过直接施加电流的包含两对导 电辊的加热装置等等可以用作本发明的快速加热装置。然而，优选用采 用直接施加电流的加热装置，因为除了如上所述采用快速加热可改善一 次再结晶织构的效果外，还可获得通过快速冷却改善一次再结晶织构的 效果。具体地，所述快速加热装置优选具有两对导电辊，而其间设置有 张拉辊，该张拉辊置于高温端导电辊附近。通过所述装置以这种方式加 热钢带，由张拉辊夹持其间的钢带部分具有最高为750℃的温度和/或 该部分的温度下降值在50℃之内。
其中不采用炉喉而将快速加热箱式炉和脱碳退火炉连接的设备可 用作在本发明的生产方法的专用系统。在其中通过炉喉将快速加热箱式 炉和脱碳退火炉连接的设备中，炉喉可制成具有可与大气相通的结构。 因此，当炉喉部分连通空气时，可以完全防止脱碳退火炉中的气体进入 内置有快速加热装置的快速加热箱式炉中。因此，当脱碳退火设备用作 传统的钢带处理设备时，快速加热箱式炉中的快速加热装置可得以维 护、检查和修理。
将少量的气体吹至导电辊间的处于至少750℃的钢带的表面，可以 有效地形成最初氧化物膜。因此应该提供用于向钢带表面喷吹气体的喷 嘴。就气体的消耗效率而言，每个喷嘴优选在距钢带表面1m内的某一 位置喷吹气体。
首先，将对本发明的晶粒取向电工钢板进行解释。
本发明的晶粒取向电工钢板包含至多0.005wt％的C和2.5- 7.0wt％。
C含量确定为至多为0.005wt％，因为当C含量至少在该值时，由 于磁退化会发生性能的下降。
Si含量确定为至少2.0wt％以改善铁损。然而，Si含量确定为7.0％ 以内，因为当Si含量过高时，电工钢板在冷轧期间会形成裂纹并难于 加工。因此，Si含量确定为7.0％以内。
此外，本发明的晶粒取向电工钢板具有在表面的主要含镁橄榄石的 氧化物膜。薄膜的量为每面1-4g/m2。当氧化物膜的量超过4g/m2时， 占空因数就降低了。因此，薄膜的量确定为4g/m2以内。另一方面，当 氧化物膜的量少于1g/m2时，就不能得到必需的薄膜张力。因此，薄膜 的量确定为至少1g/m2。
此外，由GDS分析得到的从氧化物膜表面到Si峰位的深度确定为 Al相应深度的1/10之内，因为当Si峰位深度超过Al峰位深度的1/10 时，不能获得初生膜必要的粘附性。
此外，本发明的GDS分析是指把最终产品的绝缘层去掉以露出氧化 物膜，并从氧化物膜表面进行GDS分析而获得的结果。进而，由GDS 分析获得的从氧化物膜表面到Si(Al)峰位的深度可基本上由从氧化物 膜表面开始所述的分析到出现所述的峰之间的时间来判断。
在对薄膜表面曲率半径约为20mm的弯曲试验中，具有如上所述构 造的晶粒取向电工钢板表示出不出现薄膜剥离(粘附)的比率在下列范 围内：
粘附性y(％)≥-122.45t+122.55(t：钢板厚度mm)。此外，所述电 工钢板在下列范围达到优异的铁损特性：
铁损特性W(W/kg)≤2.37t+0.280。
此外，由GDS分析获得的从氧化物膜表面到Si峰位间的深度为从 所述膜表面到Al峰位的深度的1/20以内的晶粒取向电工钢板，表现 出更加优异的氧化膜特性和磁性能。即，具有如上所述构造的晶粒取向 电工钢板在曲率半径约为20mm的薄膜表面的弯曲试验中在下列范围内 不发生薄膜的剥离(粘附)：
粘附性y(％)≥-122.45t+122.55(t：钢板厚度mm)。
此外，电工钢板可在下列范围内获得优异的铁损特性：
下面，对生产本发明的晶粒取向电工钢板的方法进行阐述。
在生产本发明的晶粒取向电工钢板的方法中，起始材料为一种板 坯，它含至多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和余量的Fe和不可避免的杂质。
由于C含量超过0.10％时，脱碳时间变长并且其生产过程变得不经 济，所以C含量确定为0.10％以内。
为了改善铁损特性，Si含量确定为至少2.0％。当Si含量过多时， 电工钢板在轧制过程中易于形成裂纹，钢板不易变形。因此，Si含量 确定为7.0％以内。
为了使用AlN作为抑制剂，添加了酸溶Al。为了获得AlN的适当 分散状态，酸溶AlN的量确定为400ppm以内。所述的量的确定原因在 于当酸溶AlN的量少于400ppm时，不能获得AlN的合适的分散状态。 虽然本发明未对N含量作特定限制，但是优选添加0.003-0.02％的N以获得适量的AlN。
此外，在生产晶粒取向电工钢板的过程中，优选添加下列组成元素 作为传统的抑制剂组分。
当使用MnS作抑制剂时，添加Mn和S。Mn是形成MnS和(Mn·Fe)S的必需元素，优选添加0.001-0.05％的量以获得合适的分散状态。此外， Se可替换S，也可以添加S和Se。
此外，也可添加至少一种抑制剂形成元素如Cu、Sn、Sb、Cr、Bi和Mo以使抑制剂有效，但要使添加量在1.0％以内。
通过对含上述组分的熔融钢进行连铸得到铸钢板坯。对该钢板坯进 行热轧以形成具有中间厚度的钢带。采用带铸机等也可以获得热轧钢 板。随后对热轧钢带进行热轧钢板退火。然后对该钢带冷轧一次或使用 中间退火冷轧至少二次以形成具有最终厚度的钢带。或者，对热轧钢带 冷轧一次或采用中间退火冷轧至少两次而不进行热轧钢板退火，以获得 具有最终产品厚度的钢带。
采用中间退火对钢带轧制二次的过程中，钢带首先轧制到5-60 ％的压缩比，对热轧钢板退火，优选中间退火在950-1200℃进行 30秒-30分。随后的最终压缩比希望至少为85％，因为当其小于85 ％时，不能获得{110}<001>取向在轧制方向具有高密度的戈斯 (Goss)晶核。
此外，在如上述的冷轧过程中，在钢板达到最终厚度前，要经历许 多不同的厚度的轧制道次。在中间板厚阶段，钢板可能经受使其处在至 少100℃的温度范围达至少30秒的热效应。
对如上所述已轧至具有最终厚度的钢带进行脱碳退火。本发明中， 脱碳退火采用用于晶粒取向电工钢板的脱碳退火设备进行，该设备包括 一个内置有快速加热装置的快速加热箱式炉，以及一个用于脱碳退火的 脱碳退火炉，它设置成与快速加热箱式炉连接一起，并在其入口一侧的 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。所述脱碳退火系统也可使快速加热箱式炉和脱碳退火通过炉喉部分 进行连接。为了控制最初氧化物膜和内部氧化层，特别重要的是控制快 速加热箱式炉和脱碳退火炉中的气氛。
因此，本发明中，控制快速加热箱式炉中的PH2O/PH2比，以控制最 初氧化物膜；控制脱碳退火炉中的PH2O/PH2比，以能在以后适当形成 内部氧化物层。首先，为了获得良好的薄膜粘附性，快速加热箱式炉中 的PH2O/PH2比必须在0.20-3.00。当该PH2O/PH2小于0.20时，难于控 制最初氧化物膜，而且表面层中密集的SiO2组分变得过多。结果随后 的脱碳退火中发生不良脱碳。因此，PH2O/PH2比确定为至少0.20。此 外，当在快速加热箱式炉中PH2O/PH2比超过3.00时，最初氧化物膜中 Fe组分氧化物的比例过高，薄膜粘附性降低，从而劣化氧化膜特性。 因此，所述PH2O/PH2比确定为3.00以内。
此外，为了获得良好的氧化膜特性和良好的脱碳性能，脱碳退火炉中的 PH2O/PH2比必须在0.20-0.6之间。当该PH2O/PH2比小于0.20时，钢 板不发生脱碳，并且内部氧化物层变得很薄，导致不足以适当随后形成 镁橄榄石。因此，PH2O/PH2比确定为至少0.25。此外，当脱碳退火炉 中PH2O/PH2比超过0.6时，内部氧化物层中的Fe氧化物变得过多，并 且形成于最初氧化物膜中的SiO2的作用消失，导致形成薄膜缺陷。因 此，PH2O/PH2比例确定为0.6以内。
此外，当使用具有通过炉喉连接的脱碳退火炉和快速加热箱式炉的 脱碳退火设备时，炉喉部分的气氛与快速加热箱式炉相同，并且对炉喉 部分气氛控制也相同。
进而，在具有上述PH2O/PH2比的快速加热箱式炉中，通过将钢带在 至少750℃下的保温时间设定为短至10秒以内，可在最初阶段形成薄 层SiO2。因为当钢带在至少750℃下的保温时间超过5秒时，SiO2层的 厚度超过150，因此保温时间确定为5秒以内。
如上所述，通过确定快速加热箱式炉和脱碳退火炉中的PH2O/PH2 比以及确定在具有上述PH2O/PH2比的快速加热箱式炉中钢带的保温时 间，可以获得具有优异氧化膜特性和铁损特性的晶粒取向电工钢板。
对如上述方法得到的晶粒取向电工钢板的辉光放电谱分析(GDS分 析)表明，Si峰位到氧化物膜表面的深度在Al峰位到氧化物膜表面的 深度的1/10以内。该电工钢板具有优异的薄膜粘附性(至少85％，钢 板厚0.23mm)。  
为使薄膜粘附性更加优异(超过95％，钢板厚为0.23mm)，快速 加热箱式炉中的PH2O/PH2比应保持在0.8-1.8之间。通过按照上述方 式控制所述气氛，可形成主要含SiO2的更为合适的最初氧化物膜。即 当所述FH2O/PH2比在0.8-1.8范围内时，Si氧化物与Fe氧化物之比 变得优化，并且随后要形成的初生膜中的Si峰位被控制位于表面层中， 从而使薄膜粘附性更优异。
采用上述方法得到的晶粒取向磁钢板的辉光放电谱分析(GDS)分 析表明，Si峰位到氧化物膜表面的深度在Al峰位相应深度的1/20以 内。所述磁钢板具有优异的薄膜粘附性(超过95％，钢板厚度0.23mm)。
可采用下列过程进行快速加热：两对轧辊，每对都在其间夹持钢带 并由一对导电辊组成或由一个压力辊和一个导电辊组成，它们在钢带通 过方向上以一定间隔设置；通过施加电流将钢带加热到至少800℃。当 然，也可以采用一种用于磁钢板的非接触的感应加热过程。钢带的加热 速率确定为至少100℃/秒。下限速率确定为100℃/秒是因为当加热速 率低于该下限值时，二次再结晶所需的再结晶后的{110}<001>定向晶 粒会减少。加热温度确定为至少800℃是因为低于该温度时，不能形成 一次再结晶的晶核。
此外，快速加热的钢板的冷却优选在一种导电辊快速加热过程的高 温区进行。
如上述的脱碳退火在脱碳退火设备中进行。该设备示于图7，并包 括图示于图7中用于在加热阶段进行快速加热的快速加热箱式炉2以及 包括用于脱碳退火的脱碳退火炉1，该脱碳退火炉设置成连接于所述快 速加热箱式炉2，并在其入口一侧附近带有废气排放管7，用于排放快 速加热炉2和脱碳退火炉1中的气体。
此外，还可以使用一种脱碳退火系统进行脱碳退火，该系统包括在 加热阶段用于快速加热的快速加热箱式炉2和用于进行脱碳退火的脱 碳退火炉1，该炉通过炉喉部分3连接于快速加热箱式炉2，并且在其 入口一侧附近带有废气排放管7，用于排放快速加热箱式炉2和脱碳退 火炉中1的气体。
图7和8中的参考号是指如下部件：4：钢带；5，6；导电辊；8，9： 压力辊，它们分别与导电辊5和6结合形成辊对，每一对都在其间夹持 钢带；10，10：喷嘴，用于向轧辊5，6间快速加热的至少750℃的钢带 表面喷吹气氛气体；以及11，11：其间夹持钢带4的张拉辊。钢带与喷 嘴的间距在1m以内。
为了在如上述的脱碳退火步骤中不使产品的磁性能发生劣化，碳含 量必须低至20ppm以内。当使用一种方法其中板坯在热轧中的加热温 度降低，并单独AlN用作抑制剂时，钢带在氨气氛中氮化。
进而，用退火分离剂涂覆钢带，并在至少1100℃进行最终退火， 以进行二次再结晶并净化。结果，获得了含细小的二次再结晶的晶粒的 并具有优异薄膜的钢带，其中所述薄膜例如镁橄榄石在钢带表面形成。
通过用绝缘层进一步对优异的薄膜如镁橄榄石进行涂覆，可以生产 具有极低铁损的晶粒取向电工钢板。所述绝缘涂层是指用于传统的晶粒 取向电工钢板的二次涂层，它含一种磷酸盐和胶态二氧化硅作为主要成 分。上述磁性能能保证低的铁损，即使在进行了去应力退火后也不会发 生变化。
此外，为了在按此方式制得的产品中进一步改善铁损，晶粒取向电 工钢板可能需要进行精细磁畴的细化处理。
实施例1-1
对含以重量％计的3.25％的Si，0.078％的C，0.08％的Mn，0.01％ 的P，0.030％的S，0.03％的Al，0.09％的N，0.08％的Cu和0.1％的Sn的熔融钢进行铸造。加热得到的板坯，并热轧成厚度为2.3mm的热轧 钢板。然后钢板在1100℃退火3分钟，酸洗，并冷轧成厚度0.22mm 的钢板。在轧制过程中，钢板在220℃退火5分钟。
这样轧制的钢板A和B采用传统的过程中在湿氢气中脱碳退火。
轧制钢板C-J以60米/分的速率，在列于下表1中的条件下，通 过脱碳退火系统，该系统示于图7中并在下面阐述。然后用MgO涂覆钢 板，在1200℃下氢气气氛下高温退火24小时。钢板在随后最终退火线 上涂覆绝缘层，以得到产品。
脱碳退火系统如下：该系统包括(1)一个快速加热箱式炉2，其中 由导电辊5和压力辊8组成并夹持钢带4于其间的一对辊子与由导电辊 6和压力辊9组成的并夹持钢带4于其间的一对轧辊设置成相距1.7m， 位于成对轧辊之间的钢带表面上方0.5m位置的气氛气体喷吹喷嘴 10，10设置在距钢带在辊6和9间夹持点的0.2m处；以及(2)脱碳退 火炉1；快速加热箱式炉2与脱碳退火炉1通过长为1.5m的炉喉3连 接；脱碳退火炉1带有距其入口1.6m远的废气排放管7用于排放快速 加热箱式炉2和脱碳退火炉1中的气体。
作为具有优异氧化膜特性和铁损特性的晶粒取向电工钢板，获得了 满足本发明条件的卷材C到G。尤其是卷材C到E表现出更优异的氧化 膜特性和铁损特性。
表1 卷材                  快速加热箱式炉       炉喉部分       脱碳退火炉 加热速率 (℃/秒) 达到的温    度   停留PH2O/PH2 时间(秒)     停留PH2O/PH2 时间   温度   (℃)   PH2O/PH2   A      -      -      -      -      -    -   845     0.55   B      -      -      -      -      -    -   845     0.45   C     480     850     1.5     0.85     1.5   0.85   845     0.45   D     480     850     1.4     1.40     1.5   1.40   845     0.45   E     480     850     1.4     1.75     1.5   1.75   845     0.45   F     480     850     1.4     0.70     1.5   0.70   845     0.45   G     480     850     1.4     2.90     1.5   2.90   845     0.45   H     480     850     1.4     0.05     1.5   0.05   845     0.45   I     480     850     1.4     0.10     1.5   0.10   845     0.45   J     480     850     1.4     0.15     1.5   0.15   845     0.45
                                                  表1(续) 卷材                                           产品特性 备注*** Si/Al P   比# 镁橄榄石的量   (g/m2) 粘附性    C  (ppm) 二次再结晶   晶粒尺寸   铁损值   (W17/50) 时效**后的铁损 W17/50(W/kg)   A   0.50     5.0  20.0     11     10.5   0.95     0.95   Conv   B   0.30     3.0  45.0     13     8.9   0.92     0.92   Conv   C   0.03     2.0  99.0     18     3.2   0.76     0.76   Inv-2   D   0.04     2.1  98.5     20     2.8   0.77     0.77   Inv-2   E   0.01     2.5  99.8     19     3.3   0.75     0.75   Inv-2   F   0.07     1.8  85.0     20     3.5   0.81     0.81   Inv-1   G   0.09     2.0  90.0     21     3.1   0.80     0.80   Inv-1   H   0.20     1.1  79.0     55     3.5   0.85     1.10   Comp   I   0.40     1.2  55.0     45     3.3   0.87     0.98   Comp   J   0.30     0.9  60.0     41     3.4   0.87     0.96   Comp
注：停留时间是钢带至少750℃下保温的时间。
#Si/Al P比＝Si与Al的峰位深度之比。
**Conv＝传统方法，Inv-2＝本发明的方法-2，
         Inv-1＝本发明的方法-1
         Comp＝对比材料
实施例1-2
四种卷材产品B、C、F和H还通过了磁畴控制生产线，由此采用齿 形辊，以5mm间隔，与卷材通过的方向的横向(C-方向)成12度角 的方向形成了15μm深和90μm宽的沟槽。然后用绝缘层以1g/m2的量 涂覆卷材以形成最终产品。表2给出每种卷材的磁性能。
                                  表2 磁畴调控前的铁损   (W17/50，W/kg) 磁畴调控后的铁损   (W17/50，W/kg)       备注     B     0.92     0.84    传统方法     C     0.76     0.69 本发明的方法-2     F     0.81     0.73 本发明的方法-1     H     0.85     0.77     对比材料
实施例2
对具有与实施例1相同化学组成的熔融钢进行铸造，采用与实施例 1相同的步骤获得了厚度为0.22mm的钢带。钢带随后进行了与实施例 1的相同处理过程，其中采用了与实施例1相同构造的脱碳退化设备， 只是不同的是该系统不含炉喉。结果，获得了具有优异氧化膜特性和铁 损特性的晶粒取向电工钢板。尤其是，从满足所有所述条件的那些卷材 制得了具有更优异氧化膜特性和铁损特性的晶粒取向电工钢板。
产业上应用的可能性
本发明提供了具有优异氧化膜特性和极其优异的磁性能的晶粒取 向电工钢板。本发明还可进一步提供生产所述晶粒取向电工钢板的方法 及使用的一种设备。