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，通过适当地控制mn、cu、s之间的关系来控制硫化物的分布，从而改善磁性。

背景技术：

无取向电工钢板主要用于将电能转换为机械能的电动机，为了在转换过程中表现出高效率，需要无取向电工钢板具有优异的磁特性。特别是，随着近年来环保技术受到关注，增加电动机的效率变得非常重要，因为电动机占据过半的电能使用量。为此，具有优异的磁特性的无取向电工钢板的需求也在增加。

无取向电工钢的磁特性主要用铁损和磁通密度来评价。铁损是指在特定磁通密度和频率下发生的能量损耗，磁通密度是指在特定磁场下获得的磁化程度。铁损越低，在相同条件下，可以制造出能量效率越高的电动机，磁通密度越高，可以使电动机小型化或减少铜损，因此制造具有低铁损和高磁通密度的无取向电工钢板很重要。

根据电动机的工作条件，需要考虑的无取向电工钢板的特性也会发生变化。作为用于评价电动机中使用的无取向电工钢板特性的标准，将大部分电动机在商用频率50hz下被施加1.5t磁场时的铁损w15/50视为最重要的指标。然而，并非用于各种目的所有电动机都将w15/50铁损视为最重要的指标，根据主要工作条件也会评价不同频率或磁场下的铁损。尤其，在最近用于电动车辆的驱动电动机的厚度为0.35mm以下的无取向电工钢板中，很多时候1.0t或更小的低磁场和400hz以上的高频下的磁特性更重要。因此，用w10/400等铁损来评价无取向电工钢板的特性。

为了增加无取向电工钢板的磁特性，通常采用的方法是加入合金元素如si等。通过加入这些合金元素，可以增加钢的电阻率，随着电阻率的增加，涡流损耗降低，从而可以降低整体铁损。另一方面，随着si的加入量增加，存在磁通密度变差以及脆性增加的缺陷，如果加入量超过一定量，则无法进行冷轧，无法实现工业化生产。特别是，电工钢板的厚度越薄，铁损越减少，而脆性导致的轧制性下降会成为致命问题。另一方面，为了进一步增加钢的电阻率，除了硅之外，还尝试过加入铝、锰等元素。

特别是，通过加入mn，可以使钢的脆性增加最小化，同时增加电阻率，因此在重视电阻率的高频用途的无取向电工钢板的制造方法中积极利用加入锰的方法。然而，随着mn的加入量增加，mn与容易化学键合的硫结合而形成硫化物，或者铁合金中所含的杂质形成析出物，可能会造成磁性恶化。因此，由于这样的理由，通过加入mn来改善钢的铁损需要非常苛刻的制造技术。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种无取向电工钢板及其制造方法。更具体地，本发明提供一种无取向电工钢板及其制造方法，通过适当地控制mn、cu、s之间的关系来控制硫化物的分布，从而改善磁性。

(二)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：1.5％至4.0％、al：0.7％至2.5％、mn：1％至2％、cu：0.003％至0.02％和s:大于0％且小于等于0.005％，余量包含fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1和式2。

[式1]

150≤[mn]/[cu]≤250

[式2]

3≤[cu]/[s]≤7

(在式1和式2中，[mn]、[cu]和[s]各自表示mn、cu和s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c和n中的一种或多种，其含量分别小于等于0.005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nb、ti和v中的一种或多种，其含量分别小于等于0.004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p：小于等于0.02％、b：小于等于0.002％、mg：小于等于0.005％和zr：小于等于0.005％中的一种或多种。

直径为150nm至300nm的硫化物数量可以是直径为20nm至100nm的硫化物数量的2倍以上。

所述钢板可包含直径为150nm至300nm的硫化物，直径为150nm至300nm的硫化物中同时含有mn和cu的硫化物的面积分数可大于等于70％。

钢板的厚度可为0.1mm至0.3mm。

平均晶粒直径可为40μm至100μm。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法，其包含：对板坯进行加热的步骤，以重量％计，所述板坯包含si：1.5％至4.0％、al：0.7％至2.5％、mn：1％至2％、cu：0.003％至0.02％和s:大于0％且小于等于0.005％，余量包含fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1和式2；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行最终退火的步骤。

[式1]

150≤[mn]/[cu]≤250

[式2]

3≤[cu]/[s]≤7

(在式1和式2中，[mn]、[cu]和[s]各自表示mn、cu和s的含量(重量％)。)

对板坯进行加热的步骤中，可以在1200℃或更低的温度下进行加热。

热轧的步骤中精轧温度可为750℃或更高。

在热轧的步骤之后，还可包含在850℃至1150℃的范围下进行热轧板退火的步骤。

冷轧的步骤可包含一次冷轧步骤或包含中间退火的两次以上冷轧步骤。

中间退火温度可为850℃至1150℃。

(三)有益效果

根据本发明的一个实施例，通过提出无取向电工钢板的最佳合金成分，可以形成适当的硫化物系析出物，从而制造出磁性优异的无取向电工钢板。

另外，根据本发明的一个实施例，通过磁性优异的无取向电工钢板，可有助于提高电动机和发电机的效率。

附图说明

图1至图4是同时包含mn和cu的硫化物的电子显微镜图片。

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。

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。

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。

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无取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含si：1.5％至4.0％、al：0.7％至2.5％、mn：1％至2％、cu：0.003％至0.02％和s:大于0％且小于等于0.005％，余量包含fe和不可避免的杂质，并且满足下述式1和式2。

[式1]

150≤[mn]/[cu]≤250

[式2]

3.00≤[cu]/[s]≤7.00

(在式1和式2中，[mn]、[cu]和[s]各自表示mn、cu和s的含量(重量％)。)

下面说明限制无取向电工钢板成分的理由。

si：1.5重量％至4.0重量％

硅(si)是为了增加钢的电阻率降低铁损中涡流损耗而加入的主要元素。如果si加入量过少，就会发生铁损恶化的问题。另一方面，如果si加入量过多，则磁通密度大大降低，加工性方面可能会出现问题。因此，可以在前述的范围内包含si。更具体地，si可包含2.0重量％至3.9重量％。更具体地，si可包含2.5重量％至3.8重量％。

al：0.7重量％至2.5重量％

铝(al)与si一起发挥增加电阻率降低铁损的重要作用，还起到降低磁各向异性减少轧制方向和轧制垂直方向的磁性偏差的作用。如果al加入量过少，则由于形成微细氮化物，可能难以获得改善磁性的效果。如果al加入量过多，则由于形成过多氮化物，可能会造成磁性衰减。因此，可以在前述的范围内包含al。更具体地，al可包含1.0重量％至2.0重量％。

mn：1.0重量％至2.0重量％

锰(mn)的作用是增加材料电阻率改善铁损，并形成硫化物。如果mn加入量过少，则由于形成微细硫化物，可能会造成磁性衰减。另一方面，如果mn加入量过多，则由于析出过多mns以及促进形成不利于磁性的{111}织构，可能会造成磁通密度急剧下降。更具体地，mn可包含0.9重量％至1.9重量％。

cu：0.003重量％至0.020重量％

铜(cu)是高温下可以形成亚稳态硫化物的元素，大量加入时导致表面部的缺陷。当适量加入时，增加硫化物的尺寸，并降低分布密度，从而具有改善磁性的效果。更具体地，cu可包含0.005重量％至0.015重量％。

s：小于等于0.005重量％

硫(s)形成微细的析出物mns、cus、(mn、cu)s，从而造成磁特性以及热加工性恶化，因此最好控制在较低水平。更具体地，可包含0.0001重量％至0.005重量％。更具体地，可包含0.0005重量％至0.0035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c和n中的一种或多种，其含量分别小于等于0.005重量％。更具体地，还可包含c：小于等于0.005重量％和n：小于等于0.005重量％。

c：小于等于0.005重量％

碳(c)会引起磁时效，并且与其他杂质元素结合形成碳化物，从而降低磁特性，因此碳含量越低越好。当进一步包含c时，其含量可小于等于0.005重量％。进一步具体地，还可包含小于等于0.003重量％的c。

n：小于等于0.005重量％

氮(n)不仅在母材内部形成细长的aln析出物，而且与其他杂质结合形成微细的氮化物，从而抑制晶粒生长导致铁损恶化。因此，当进一步包含n时，其含量可小于等于0.005重量％。进一步具体地，还可包含小于等于0.003重量％的n。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可包含nb、ti和v中的一种或多种，其含量分别小于等于0.004重量％。更具体地，还可包含分别小于等于0.004重量％的nb、ti和v。

铌(nb)、钛(ti)和钒(v)是钢中形成析出物的倾向非常强的元素，在母材内部形成微细的碳化物或氮化物或硫化物，从而抑制晶粒生长导致铁损恶化。因此，当进一步包含nb、ti、v中的一种或多种时，各自的含量分别可小于等于0.004重量％。更具体地，分别可包含小于等于0.002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p：小于等于0.02％、b：小于等于0.002％、mg：小于等于0.005％和zr：小于等于0.005％中的一种或多种。更具体地，还可包含p：小于等于0.02％、b：小于等于0.002％、mg：小于等于0.005％和zr：小于等于0.005％。

虽然这些元素是微量元素，但是由于在钢中形成夹杂物等，可能会造成磁性恶化，因此可以控制成p：小于等于0.02％，b：小于等于0.002％，mg：小于等于0.005％，zr：小于等于0.005％。

余量包含fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质是炼钢步骤和取向电工钢板的制造工艺过程中混入的杂质，这些杂质是所属领域中众所周知的，因此省略具体描述。在本发明的一个实施例中，除了前述合金成分之外，并不排除加入其他元素，在影响离本发明的技术思想的范围内，可以包含各种元素。当进一步包含附加元素时，替代余量的fe中的一部分。

如前所述，在本发明的一个实施例中，通过适当地控制mn、cu、s之间的关系来控制硫化物的分布，从而可以改善磁性。

具体地，直径为150nm至300nm的硫化物数量可以是直径为20nm至100nm的硫化物数量的2倍以上。与直径为20nm至100nm的硫化物相比，直径为150nm至300nm的硫化物阻碍磁畴壁移动，因而使磁特性衰减的特性较小。因此，通过形成数量很多的直径为150nm至300nm的硫化物，可以改善磁性。此时，硫化物的直径是指在与轧制面(nd面)平行的面上观察硫化物时的直径。直径是指假设有一个圆面积与硫化物相同时该圆的直径。直径为150nm至300nm的硫化物数量与直径为20nm至100nm的硫化物数量之比可以是在至少5μm×5μm以上的面积上观察时的数量之比。更具体地，直径为150nm至300nm的硫化物数量可以是直径为20nm至100nm的硫化物数量的2倍至3.5倍。

具体地，直径为20nm至100nm的硫化物的密度可为20个/mm²至40个/mm²。直径为150nm至300nm的硫化物的密度可为60个/mm²至100个/mm²。

直径为150nm至300nm的硫化物中同时含有mn和cu的硫化物的面积分数可大于等于70％。与单独包含mn或cu的硫化物相比，同时包含mn和cu的硫化物，其尺寸大，并且每单位面积的数量少，因此阻碍磁畴壁移动以及晶粒生长的效果会明显下降，当同时包含mn和cu的硫化物的面积分数大于等于70％时，上述效果非常明显，因此钢板的磁性得到改善。

钢板的厚度可为0.1mm至0.3mm。平均晶粒直径可为40μm至100μm。当具有适当的厚度和平均晶粒直径时，可以改善磁性。

如前所述，在本发明的一个实施例中，通过适当地控制mn、cu、s之间的关系来控制硫化物的分布，从而可以改善磁性。具体地，无取向电工钢板的铁损w15/50可小于等于1.9w/kg，铁损w10/400可小于等于9.5w/kg，磁通密度b50可大于等于1.65t。铁损w15/50是在50hz的频率下激励1.5t的磁通密度时的铁损。铁损w10/400是在400hz的频率下激励1.0t的磁通密度时的铁损。磁通密度b50是在5000a/m的磁场下感应的磁通密度。更具体地，无取向电工钢板的铁损w15/50可小于等于1.9w/kg，铁损w10/400可小于等于9.5w/kg，磁通密度b50可大于等于1.65t。

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法，其包含对板坯进行加热的步骤；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；以及对冷轧板进行最终退火的步骤。

首先，对板坯进行加热。

对于板坯的合金成分，在前述的无取向电工钢板的合金成分部分中已经描述过，因此省略重复描述。无取向电工钢板的制造过程中合金成分实际上没有变化，因此无取向电工钢板与板坯的合金成分实际上相同。

具体地，以重量％计，板坯包含si：1.5％至4.0％、al：0.7％至2.5％、mn：1％至2％、cu：0.003％至0.02％和s:大于0％且小于等于0.005％，余量包含fe和不可避免的杂质，并且可以满足下述式1和式2。

[式1]

150≤[mn]/[cu]≤250

[式2]

3.00≤[cu]/[s]≤7.00

(在式1和式2中，[mn]、[cu]和[s]各自表示mn、cu和s的含量(重量％)。)

对于这些元素以外的附加元素，在无取向电工钢板的合金成分部分中已经描述过，因此省略重复描述。

板坯的加热温度不受限制，但是可以在1200℃或更低的温度下对板坯进行加热。如果板坯加热温度过高，则板坯内存在的aln、mns等析出物再固溶后热轧和退火时微析出，从而抑制晶粒生长，可能会造成磁性下降。

接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧板。热轧板厚度可小于等于2.5mm。在制造热轧板的步骤中，精轧温度可为750℃或更高。具体地，可为750℃至1000℃。可在700℃或更低的温度下卷取热轧板。

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过低，则组织不会生长或微生长，在冷轧后退火时，不易获得有利于磁性的织构。如果退火温度过高，则子晶粒过度生长，板表面的缺陷可能会很多。为了增加有利于磁性的取向，根据需要进行热轧板退火，也可以省略热轧板退火。可以对退火后的热轧板进行酸洗。

接下来，对热轧板进行冷轧，以制造冷轧板。对于冷轧，最终轧制成厚度为0.1mm至0.3mm。冷轧的步骤可包含一次冷轧步骤或包含中间退火的两次以上冷轧步骤。此时，中间退火温度可为850℃至1150℃。

接下来，对冷轧板进行最终退火。在对冷轧板进行退火的工艺中，退火温度通常不受太大限制，只要是应用于无取向电工钢板的温度即可。无取向电工钢板的铁损与晶粒尺寸密切相关，因此900℃至1100℃是合适的温度。在最终退火过程中，平均晶粒粒径可为40μm至100μm，在上一个步骤冷轧步骤中形成的所有加工组织(即，99％以上)都可以再结晶。

在最终退火之后，可以形成绝缘膜层。所述绝缘膜层可以处理成有机膜层、无机膜层以及有机和无机复合膜层，也可以用其他可绝缘的成膜剂进行处理。

在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，下述实施例只是本发明的示例而已，本发明不限于本文所述的实施例。

实施例

按照如表1所示的成分制造板坯。对该板坯在1150℃下进行加热，并在780℃的最终温度下进行热轧，以制造板厚为2.0mm的热轧板。对热轧后的热轧板在1030℃下进行热轧板退火100秒，然后实施酸洗和冷轧，轧制成厚度为0.15mm、0.25mm、0.27mm、0.30mm，并且在1000℃下进行再结晶退火100秒。

对于各试样，其厚度、[mn]/[cu]、[cu]/[s]、直径为20nm至100nm的硫化物分布密度(a)、直径为150nm至300nm的硫化物分布密度(b)、b/a、硫化物中同时包含mn和cu的硫化物的分数、w15/50、w10/400、b50示于表2中。对于直径为20nm至100nm、150nm至300nm的硫化物分布密度，用tem观察相同的试样5μm×5μm×20000张以上，对测定0.5μm²以上的面积时被发现的析出物进行eds分析，并测定分析结果检测到s的析出物的直径，以此表示所述硫化物分布密度。硫化物中同时包含mn、cu的硫化物的分数是指前述的temeds观察中发现的含s的硫化物整体中同时检测到mn和cu的硫化物的分数。图1至图4中示出同时检测到mn和cu的硫化物的电子显微镜图片。对于磁通密度、铁损等磁特性，针对每个试样切割出宽度60mm×长度60mm×5张试样用单片测试仪(singlesheettester)在轧制方向和轧制垂直方向上进行测定，用平均值来表示磁通密度、铁损。此时，w15/50是在50hz的频率下激励1.5t的磁通密度时的铁损，w10/400是在400hz的频率下激励1.0t的磁通密度时的铁损，b50是在5000a/m的磁场下感应的磁通密度。

【表1】

【表2】

如表1和表2所示，适当地控制合金成分的a3、a4、b3、b4、c3、c4、d3、d4、e3、e4，其直径为20nm至100nm的硫化物与直径为150nm至300nm的硫化物比例是适当的值，因此都具有优异的磁特性。

另一方面，a1、a2是cu含量不足或超出范围，因此不利于磁性的尺寸微小的硫化物增加，尺寸粗大的硫化物的形成受到抑制，从而造成铁损不良，磁通密度也差。b1、b2是mn和cu的含量比超出范围，c1、c2是cu和s的含量比超出范围，因此尺寸不利于磁性的硫化物分别增加，粗大的复合硫化物的形成受到抑制，从而造成铁损和磁通密度差。d1、d2是mn含量不足或超出范围，从而造成铁损和磁通密度差。e1、e2是s含量超出范围，因此不利于磁性的尺寸微小的硫化物迅速增加，从而造成铁损和磁通密度差。

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。