无取向电工钢板及其制造方法与流程

本发明涉及一种无取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明涉及一种无取向电工钢板及其制造方法，通过相互控制钢板中包含的偏析元素的含有量，使得磁导率高、高频铁损低、磁通密度高。

背景技术：

有效利用电能已经成为改善全球环境的一个大问题，例如节能、减少雾霾和减少温室气体。目前生产的总电能中50％以上消耗在电动机，因此必须实现电动机的高效化，以有效利用电力。

近年来，随着环保汽车(混合动力汽车、插电式混合动力汽车、电动汽车、燃料电池汽车)领域的迅速发展，对高效驱动电机越来越关注。同时，由于对家电用高效电机、重型电器用超高端电机等的高效化的认识和政府管制不断加强，对有效利用电能的要求比以往任何时候都高。

另一方面，为了实现电动机的高效化，在从材料的选择到设计、组装和控制的所有领域进行优化非常重要。特别是，在材料方面，电工钢板的磁特性最为重要，因此对低铁损和高磁通密度有很高的要求。对于不仅要在商用频率范围内驱动还要在高频范围内驱动的汽车驱动电机或空调压缩机用电机，高频低铁损特性非常重要。

为了获得这样的高频低铁损特性，需要在钢板制造过程中加入大量的电阻率元素如si、al和mn，还需要积极控制钢板中存在的夹杂物和微小析出物，以防止它们干扰磁壁移动。然而，为了控制夹杂物和微小析出物，要想在炼钢过程中提炼成杂质元素如c、s、n、ti、nb和v等的含量极低，就必须使用高级原料。同时，由于二次精炼需要很多时间，存在生产性下降的问题。

因此，一直在研究大量加入电阻率元素如si、al和mn以及杂质元素含量控制为极低的方法，但是实际应用结果效果不明显。

技术实现要素：

技术问题

本发明的一个实施例旨在提供一种无取向电工钢板及其制造方法，在炼钢过程中不需要加强二次精炼，也能将夹杂物、析出物等微小杂质减少到最低限度，使得磁壁移动顺利，从而改善磁性。

本发明的另一个实施例旨在提供一种生产性和磁性优异的无取向电工钢板及其制造方法。

技术方案

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含si：2.0至3.5％、al：0.3至3.5％、mn：0.2至4.5％、sn：0.0030至0.2％、sb：0.0030至0.15％、p：0.0040至0.18％、zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％中的一种以上、余量的fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1。

[式1]

0.05≤([sn]+[sb])/[p]≤25

在式1中，[sn]、[sb]和[p]各自表示sn、sb和p的含量(重量％)。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板可包含zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板可满足下述式2。

[式2]

[zn]/[y]>1

在式2中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板可满足下述式3。

[式3]

[zn]+[y]≤0.025

在式3中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板还可包含n：0.0040％以下(0％除外)、c：0.0040％以下(0％除外)、s：0.0040％以下(0％除外)、ti：0.0030％以下(0％除外)、nb：0.0030％以下(0％除外)和v：0.0040％以下(0％除外)中的一种以上。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板包含夹杂物，直径为0.5至1.0μm的夹杂物可以是总夹杂物的40体积％以上。

直径为2μm以下的夹杂物可以是总夹杂物的80体积％以上。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板包含夹杂物，相对于整体无取向电工钢板的面积，所述夹杂物整体面积可为0.2％以下。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其平均晶体粒径可为50至95μm。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含si：2.0至3.5％、al：0.3至3.5％、mn：0.2至4.5％、sn：0.0030至0.2％、sb：0.0030至0.15％、p：0.0040至0.18％、zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％中的一种以上、余量的fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1；对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧制成热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧制成冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行最终退火的步骤。

[式1]

0.05≤([sn]+[sb])/[p]≤25

在式1中，[sn]、[sb]和[p]各自表示sn、sb和p的含量(重量％)。

板坯可包含zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％。

板坯可满足下述式2。

[式2]

[zn]/[y]>1

在式2中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

板坯可满足下述式3。

[式3]

[zn]+[y]≤0.025

在式3中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

板坯还可包含n：0.0040％以下(0％除外)、c：0.0040％以下(0％除外)、s：0.0040％以下(0％除外)、ti：0.0040％以下(0％除外)、nb：0.0040％以下(0％除外)和v：0.0040％以下(0％除外)中的一种以上。

发明效果

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，由于包含特定范围的zn和y，改善了钢水洁净度，使得夹杂物和析出物粗大化。

此外，通过加入偏析元素sn、sb、p来改善织构，从而改善高频铁损和低磁场特性，可以制造出适合高速旋转的无取向电工钢板。

由此，可以制造出环保汽车用电机、高效家电用电机、超高端电动机。

附图说明

图1是放大实施例(分类1)中制造的无取向电工钢板的夹杂物的图片。

具体实施方式

第一、第二、第三等词语用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但不限于此。这些词语仅用于区分某一部分、成分、区域、层或段与另一部分、成分、区域、层或段。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、层或段也可以被描述为第二部分、成分、区域、层或段。

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，否则所使用的单数形式也意在包含复数形式。还应该理解的是，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、要素和/或成分，但并不排除其他特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分和/或成分的存在或附加。

若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之上或者其间存在其他部分。相对地，若某一部分被描述为直接在另一个部分之上，则其间不存在其他部分。

虽然没有另给出定义，但本文使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与本发明所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于一般辞典里面有定义的术语，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。

此外，在没有特别提及的情况下，％表示重量％，1ppm是0.0001重量％。

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。本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于本文所述的实施例。

在本发明的一个实施例中，对无取向电工钢板中的组分范围进行优化，特别是作为主要加入成分的si、al、mn，而且限制微量元素zn、y的加入量，同时调节sn、sb、p等偏析元素，从而明显改善织构和磁性。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含si：2.0至3.5％、al：0.3至3.5％、mn：0.2至4.5％、sn：0.0030至0.2％、sb：0.0030至0.15％、p：0.0040至0.18％、zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％中的一种以上、余量的fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1。

首先说明限制无取向电工钢板成分的理由。

si：2.0至3.5重量％

硅(si)的作用是提高材料的电阻率降低铁损。如果加入量过少，则高频铁损改善效果可能不充分。相反地，如果加入量过多，则材料的硬度上升，进而导致冷轧性极度恶化，有可能造成生产性和冲裁性降低。因此，可在前述的范围内加入si。更具体地，si可包含2.3至3.3重量％。

al：0.3至3.5重量％

铝(al)的作用是提高材料的电阻率降低铁损。如果加入量过少，则对减少高频铁损没有效果，并且形成微小的氮化物，有可能造成磁性降低。相反地，如果加入量过多，则炼钢和连铸等所有工艺上会出现问题，有可能造成生产性大大下降。因此，可在前述的范围内加入al。更具体地，al可包含0.5至3.3重量％。

mn：0.2至4.5重量％

锰(mn)的作用是提高材料的电阻率改善铁损以及形成硫化物。如果加入量过少，则析出微小的mns，有可能造成磁性降低。相反地，如果加入量过多，则促进形成不利于磁性的[111]织构，有可能降低磁通密度。因此，可在前述的范围内加入mn。更具体地，mn可包含0.7至3.5重量％。

sn：0.0030至0.2重量％和sb：0.0030至0.15重量％

锡(sn)、锑(sb)的作用是改善材料的织构以及抑制表面氧化。因此，为了提高磁性，可以加入sn和sb。如果sn和sb的加入量分别过少，则效果可能不明显。如果sn或sb的加入量过多，则晶界偏析严重，织构的聚集度降低，而且硬度上升，可能会造成冷轧板断裂。因此，sn、sb的加入量分别可为0.2重量％以下、0.15重量％以下。如果sn和sb的含量为0.2重量％以下，则易于实施冷轧。更具体地，sn可包含0.005至0.15重量％，sb可包含0.005至0.13重量％。

p：0.0040至0.18重量％

磷(p)不仅具有提高材料电阻率的作用，还具有偏析到晶界改善织构提高磁性的作用。如果p的加入量过少，则由于偏析量过少，可能不具有织构改善效果。如果p的加入量过多，则促进形成不利于磁性的织构，不具有织构改善效果，而且在晶界过量偏析降低轧制性，可能难以生产。更具体地，p可包含0.007至0.17重量％。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板满足下述式1。

[式1]

0.05≤([sn]+[sb])/[p]≤25

在式1中，[sn]、[sb]和[p]各自表示sn、sb和p的含量(重量％)。

如果式1的值小于0.05，则p偏析过多，将会促进形成不利于磁性的<111>方向在15度以内平行于钢板轧制面法线方向(nd方向)的织构(以下也称为<111>//nd织构)，有可能降低磁性。如果式1的值大于25，则晶粒生长性会下降，不具有织构改善效果，而且退火温度变得过高，从而导致退火生产性也会降低。

zn：0.0005至0.02重量％和y：0.0005至0.01重量％中的一种以上

锌(zn)的作用是与杂质元素发生反应提高钢水的洁净度。如果加入量过少，则无法起到通过使夹杂物等粗大化来提高钢水洁净度的作用。相反地，如果加入量过多，就会促进形成微小的析出物。因此，可在前述的范围内加入zn。

钇(y)的作用是作为添加剂进一步加入，以有助于zn的夹杂物粗大化。当进一步加入y时，有助于zn的夹杂物粗大化，从而抑制后续退火工艺中产生的夹杂物再熔化，以减少微小析出物。如果加入量过多，就会促进形成微小的析出物，可能不利于铁损。

在本发明的一个实施例中，可包含zn和y中的一种以上。也就是说，可以单独包含zn、或者单独包含y、或者同时包含zn和y。在单独包含zn的情况下，zn可包含0.0005至0.02重量％。在单独包含y的情况下，y可包含0.0005至0.01重量％。在同时包含zn和y的情况下，zn可包含0.0005至0.02重量％，y可包含0.0005至0.01重量％。

具体地，可以同时包含zn和y，zn可包含0.0005至0.02重量％，y可包含0.0005至0.01重量％。更具体地，zn可包含0.001至0.01重量％，y可包含0.0007至0.005重量％。

zn和y可满足下述式2。

[式2]

[zn]/[y]>1

在式2中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

由于y是辅助zn发挥作用的元素，当y的加入量多于zn时，反而妨碍夹杂物粗大化，可能会促进微析出。因此，可以如式2所示限制y的比率。

zn和y可满足下述式3。

[式3]

[zn]+[y]≤0.025

在式3中，[zn]和[y]各自表示zn和y的含量(重量％)。

如果zn和y的合计含量过多，就会促进形成微小的析出物，有可能不利于铁损。因此，可以如式3所示限制zn和y的合计含量。

n：0.0040重量％以下

氮(n)不仅在母材内部形成细长的的aln析出物，而且与其他杂质结合形成微小的氮化物，从而抑制晶粒生长导致铁损恶化，因此优选限制在0.0040重量％以下，更具体地限制在0.0030重量％以下。

c：0.0040重量％以下

碳(c)引起磁时效，并且与其他杂质元素结合生成碳化物，从而降低磁特性，因此优选限制在0.0040重量％以下，更具体地限制在0.0030重量％以下。

s：0.0040重量％以下

硫(s)的作用是与mn发生反应形成mns等硫化物，从而降低晶粒生长性，并且抑制磁畴移动，因此优选限制在0.0040重量％以下。更具体地，优选限制在0.0030重量％以下。

ti：0.0040重量％以下

钛(ti)的作用是形成碳化物或氮化物抑制晶粒生长性和磁畴移动，因此优选限制在0.0040重量％以下，更具体地限制0.0020重量％以下。

nb:0.0040重量％以下

铌(nb)的作用是形成碳化物或氮化物抑制晶粒生长性和磁畴移动，因此优选限制在0.0040重量％以下，更具体地限制在0.0020重量％以下。

v:0.0040重量％以下

钒(v)的作用是形成碳化物或氮化物抑制晶粒生长性和磁畴移动，因此优选限制在0.0040重量％以下，更具体地限制在0.0020重量％以下。

其他杂质

除了前述的元素之外，可以包含不可避免混入的杂质如mo、mg、cu等。虽然这些元素是微量元素，但是通过形成钢中夹杂物等可能会造成磁性恶化，因此需要控制成mo、mg各自为0.005重量％以下，cu为0.025重量％以下。

在本发明的一个实施例中，通过与zn和y一起加入一定量的偏析元素sn、sb、p来适当地控制夹杂物的大小，最终提高无取向电工钢板的磁性。具体地，根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其中直径为0.5至1.0μm的夹杂物可以是总夹杂物的40体积％以上。此时，夹杂物的直径是指假设有一虚拟圆，其面积与夹杂物相同，该圆的直径即为夹杂物的直径。这样的夹杂物会提高磁畴移动性，使得无取向电工钢板显示出优异的磁特性。更具体地，直径为2μm以下的夹杂物可以是总夹杂物的80体积％以上。

无取向电工钢板包含夹杂物，相对于整体无取向电工钢板的面积，夹杂物整体面积可为0.2％以下。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其平均晶体粒径可为50至95μm。在前述的范围下，无取向电工钢板的磁性更为优异。

如前所述，根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其高频铁损和低磁场特性得到改善。具体地，在50hz、100a/m下磁通密度可为0.8t以上，在0.1t下高频铁损比率(1000hz/10000hz×100)可为3.2％以下。这表明，不仅在几百hz范围内高频铁损优异，而且在几十khz范围内高频铁损也优异。当高频铁损比率大于3.2％时，在高速旋转和低速旋转下的铁损差异很大，因此成为整体电机效率变差的原因。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法包含：制造板坯的步骤，以重量％计，所述板坯包含si：2.0至3.5％、al：0.3至3.5％、mn：0.2至4.5％、sn：0.0030至0.2％、sb：0.0030至0.15％、p：0.0040至0.18％、zn：0.0005至0.02％和y：0.0005至0.01％中的一种以上、余量的fe和不可避免的杂质；对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧制成热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧制成冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行最终退火的步骤。

下面按照各步骤进行详细描述。

首先，制造板坯。限制板坯中各组分的加入比的理由与前述的无取向电工钢板组分的限制理由相同，因此不再赘述。在后述的热轧、热轧板退火、冷轧、最终退火等制造过程中，板坯的组分不会有实际变化，因此板坯的组分与无取向电工钢板的组分实际相同。

制造板坯可采用如下步骤：钢水中加入si合金铁、al合金铁和mn合金铁；钢水中加入zn和y中的一种以上；钢水中加入sn、sb和p，并利用惰性气体进行鼓泡；以及实施连铸。可以调节si合金铁、al合金铁、mn合金铁、zn等的加入量，以落入前述的板坯的组分范围。在利用惰性气体进行鼓泡的步骤中，惰性气体可以是ar气体。对于鼓泡步骤，可以实施鼓泡(bubbling)5分钟以上，以使zn、y、sn、sb、p等能够充分反应。

接下来，对板坯进行加热。具体地，将板坯装入加热炉在1100至1250℃下加热。在高于1250℃的温度下加热时，析出物会再熔化，热轧后可能会微析出。

将加热后的板坯热轧成2至2.3mm制造出热轧板。在制造热轧板的步骤中，终轧温度可为800至1000℃。

在制造热轧板的步骤之后，还可包含对热轧板进行热轧板退火的步骤。此时，热轧板退火温度可为850至1150℃。如果热轧板退火温度低于850℃，就不会有组织生长或者微生长，因此磁通密度的上升效果低，如果退火温度高于1150℃，则磁特性反而会下降，并且由于板形状的变形，轧制加工性可能会变差。更具体地，温度范围可为950至1125℃。再更具体地，热轧板的退火温度可为900至1100℃。热轧板退火是根据需要实施，以增加有利于磁性的取向，也可以省略热轧板退火。

接下来，对热轧板进行酸洗并冷轧成具有预定的板厚。虽然根据热轧板厚度适用不同的压下率，但是可适用70至95％的压下率，以冷轧成最终厚度达到0.2至0.65mm。

对最终冷轧后的冷轧板实施最终退火，以使平均晶体粒径达到50至95μm。最终退火温度可为850至1050℃。如果最终退火温度过低，则再结晶不会充分发生，而如果最终退火温度过高，则晶粒会快速生长，可能不利于磁通密度和高频铁损。更具体地，可在900至1000℃的温度下进行最终退火。在最终退火过程中，上一个步骤冷轧步骤中形成的加工组织都(即99％以上)会再结晶。

在最终退火之后，可以25至50℃/秒的冷却速度冷却至600℃。通过以适当的冷却速度进行冷却，可以促进夹杂物的粗大化。

所制造的无取向电工钢板，其中直径为0.5至1.0μm的夹杂物可以是总夹杂物的40体积％以上。直径为2μm以下的夹杂物可以是总夹杂物的80体积％以上。相对于整体无取向电工钢板的面积，夹杂物整体面积可为0.2％以下。

下面描述本发明的优选实施例和对比例。然而，下述实施例是本发明的一个优选实施例而已，本发明不限于下述实施例。

实施例

制造具有如下表1所示组分的板坯。表1中记载的成分之外的c、s、n、ti等均控制为0.003重量％。将板坯加热至1150℃，并在850℃下进行热终轧，从而制成板厚为2.0mm的热轧板。对于热轧后的热轧板，在1100℃下退火4分钟后，再进行酸洗。然后，将热轧板冷轧成板厚为0.25mm后，在1000℃的温度下进行最终退火45秒。然后，以30℃/sec的冷却速度冷却至600℃，最终制成无取向电工钢板。磁性是利用单片测试仪(singlesheettester)确定为轧制方向和垂直方向的平均值，并示于下表3中。用光学显微镜观察夹杂物，倍率是500倍，观察面是轧制垂直方向的截面(td面)，而且最少观察了4mm²以上的面积。图1中示出了实施例(分类1)的夹杂物的图片。对于夹杂物的直径，假设有一相同面积的圆，以其直径表示夹杂物的直径。相对于夹杂物整体面积，直径为0.5至1.0μm的夹杂物的面积比整理于下表3中。

【表1】

【表2】

【表3】

如表1至表3所示，对于实施例的钢种，具有一定直径的夹杂物的比率增加，从而具有优异的磁性。相比之下，对于zn、y的加入量超出范围或者sn、sb、p的加入量超出范围的对比例的钢种，没有满足夹杂物特性和晶体粒径范围，磁性较差。

本发明能够以各种不同方式实施，并不限于上述实施例，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和必要特征的情况下，本发明能够以其他具体方式实施。因此，应该理解，上述实施例在所有方面是示例性的，并不是限制性的。