本发明涉及无取向电工钢的制造方法。具体而言，本发明涉及允许制造实现良好磁特性（特别是在极化方面）的完全再结晶铁素体无取向电工钢的方法。
背景技术：
1、美国专利申请us20150213928 a1公开了制造具有优异磁特性（例如低铁损）的高强度电工钢板的工艺。
2、钢组成按重量百分比计包含3.5至4.5的高含量硅，0.005%或更少的c含量，0.01%至0.10%的mn含量，0.005%或更少的al含量，0.0010%至0.0050%的ca含量，0.0030%或更少的s含量，以及0.0030%或更少的n含量，余量为fe和偶然杂质。钢板厚度为0.40 mm或更小以及未再结晶变形显微组织为10%至70%。
3、制造工艺包括在900℃和1000℃之间进行热带退火和在几百℃下进行温轧，以减少钢板断裂。
4、发明人使用未再结晶和回复的显微组织作为强化钢板的手段而不使用碳氮化物之类的析出物。在该专利申请中，尽可能地减少除si之外的成分以降低所得显微组织和抗拉强度的变化。
5、然而，该专利中公开的方法不能够表现出第二次轧制（例如温轧）对磁特性的影响。
技术实现思路
1、本发明的目的是通过改善织构来改善无取向电工钢的极化，所述织构可以通过所要求保护的轧制工艺来获得。
2、本专利涉及生产无取向电工钢板的方法，所述方法包括以下步骤：
3、- 提供钢组成，所述钢组成包含以下元素：以重量百分比表示，
4、0.0001% ≤ 碳 ≤ 0.008%
5、0.1% ≤ 锰 ≤ 2.0%
6、2.6% ≤ 硅 ≤ 6.5%
7、0.1% ≤ 铝 ≤ 1.2%
8、0% ≤ 磷 ≤ 0.15%
9、0% ≤ 硫 ≤ 0.006%
10、0% ≤ 氮 ≤ 0.09%
11、其中3.5% ≤ si+al+mn ≤ 9.5%
12、并且可以包含以下任选元素中的一者或更多者
13、0% ≤ 铌 ≤ 0.1%
14、0% ≤ 钛 ≤ 0.1%
15、0% ≤ 钒 ≤ 0.1%
16、0% ≤ 铬 ≤ 1%
17、0% ≤ 钼 ≤ 0.5%
18、0% ≤ 钨 ≤ 0.1%
19、0% ≤ 钴 ≤ 1%
20、0% ≤ 砷 ≤ 0.05%
21、0% ≤ 钙 ≤ 0.01%
22、0% ≤ 铜 ≤ 1%
23、0% ≤ 镍 ≤ 1%
24、0% ≤ 硼 ≤ 0.05%
25、0% ≤ 铅 ≤ 0.2%
26、0% ≤ 锡 ≤ 0.2%
27、0% ≤ 锑 ≤ 0.2%
28、剩余组成由铁和由加工引起的不可避免的杂质构成，
29、- 将所述半成品再加热到1050℃至1250℃的温度，
30、- 对所述半成品进行热轧以获得热轧钢板，其中热轧终轧温度应为750℃至950℃，
31、- 在热轧完成之后以至少10℃/秒的冷却速率将热轧钢板冷却到450℃至750℃的卷取温度范围，
32、- 此后在450℃至750℃的卷取温度范围内对热轧钢板进行卷取，
33、- 任选地在所述热轧钢板上执行氧化皮去除过程，
34、- 任选地在热轧钢板上从650℃至1100℃执行热带退火持续10秒至96小时，
35、- 任选地在所述热轧钢板上执行氧化皮去除过程，
36、- 对所述热轧钢板进行温轧，其中所述温轧包括五至八个轧制道次，其中
37、- 第一轧制道次以70℃至120℃的钢板入口温度执行，
38、- 第二轧制道次以90℃至175℃并且大于第一轧制道次的入口温度的钢板入口温度执行，
39、- 剩余轧制道次以190℃至250℃的钢板入口温度执行，以及
40、- 此后对所述温轧钢板进行退火，其中用于退火的加热从室温开始到800℃至1100℃的退火温度范围t均热，加热速率hr1为至少1℃/秒，
41、- 然后在退火温度下执行退火持续10至5000秒，以确保100%的再结晶，
42、- 然后对温轧钢板进行冷却，所述冷却从退火温度开始到300℃至20℃的温度t1，冷却速率cr1为1℃/秒至150℃/秒，
43、- 然后冷却至室温以获得无取向电工钢板。
44、化学组成
45、无取向电工钢的化学组成包含以下元素：
46、本发明的钢中的碳含量为0.0001至0.008重量百分比。
47、碳是对本发明钢的磁特性有害的析出物形成元素。由于碳促进磁时效，因此根据本发明的碳的优选含量为0.0001至0.006重量百分比，并且更优选为0.0001至0.005重量百分比。
48、本发明的钢中的锰含量为0.1至2重量百分比。
49、锰提供固溶强化并通过提高电阻率来降低铁损。
50、优选地，本发明的钢中的锰含量为0.1至1.2重量百分比。甚至更优选地，本发明的钢中的锰含量为0.1至0.5重量百分比。
51、替代地，本发明的钢中的锰含量为0.5至2.0重量百分比。
52、本发明的钢中的硅含量为2.6至6.5重量百分比。
53、硅是有助于通过固溶强化来提高强度的元素，并且是通过提高钢的电阻率来降低铁损的涡流损耗的关键元素。提及的效果需要至少2.6重量百分比的最小硅含量。然而，当硅含量处于超过3.5重量百分比的量时，其导致轧制变得困难并且钢的磁感应强度将显著降低。硅存在的优选限度为2.6至5.0重量百分比，并且更优选为2.8至4.0重量百分比。
54、本发明的钢中的铝含量为0.1至1.2重量百分比。
55、铝提高材料的电阻率并且可以有效降低钢的铁损。当铝的含量大于1.2重量百分比时，本发明的钢的磁感应强度将显著降低。铝含量的优选限度为0.7至1.2重量百分比，并且更优选为0.8至1.1重量百分比。
56、替代地，铝含量的优选限度为0.4至0.7重量百分比。
57、根据发明的无取向电工钢板强制性地包含硅、锰和铝，使得总含量为3.5至9.5重量百分比。当si、mn和al的总含量小于3.5重量百分比时，不可能实现横向和轧制方向二者上的机械特性以及磁特性。然而，当si、mn和al的总含量超过9.5重量百分比时，钢被硬化并且轧制变得困难。
58、甚至更优选地，si、mn和al的总含量为3.5至5.5重量百分比。
59、本发明的钢中的磷含量为0至0.15重量百分比。
60、磷降低热延性和冷延性，特别是由于其在晶界处偏析或与锰共偏析的倾向。出于这些原因，磷的含量被限制为0.15重量百分比，并且优选低于0.09重量百分比。
61、硫不是必需元素但是可能作为杂质包含在钢中，并且从本发明的观点来看，硫含量优选尽可能低，但从制造成本的角度来看为0.006重量百分比或更少。此外如果较高的硫存在于钢中，则其会结合而形成对本发明的磁特性有害的硫化物。
62、氮不是必需元素但是可能作为杂质包含在钢中。氮被限制为0.09%以使在凝固期间对钢的磁特性有害的铝氮化物析出最小化。
63、铌是任选元素，并且本发明的钢中的铌含量为0至0.1重量百分比。
64、铌适于形成碳氮化物以通过析出硬化来提高本发明的钢的强度。铌也将通过其作为碳氮化物析出而影响显微组织成分的尺寸。然而，由于饱和效应，高于0.1重量百分比的铌含量在经济上是不令人感兴趣的。
65、钛是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的钛含量为0至0.1重量百分比。
66、钛形成在铸造产品凝固期间出现的钛氮化物。钛的量因此被限制为0.1重量百分比，以限制对本发明的钢的磁特性有害的钛氮化物的形成。
67、钒是任选元素，并且本发明的钢中的钒含量为0至0.1重量百分比。
68、钒在通过形成碳化物或碳氮化物来增强钢的强度方面是有效的，并且从经济的角度来看上限为0.1重量百分比。
69、铬是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的铬含量为0至1重量百分比。
70、铬通过固溶强化为钢提供强度，但是当以高于1重量百分比使用时，损害钢的表面光洁度。
71、钼是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的钼含量为0至0.5重量百分比。
72、钼明显具有粗化碳化物并因此降低铁损的效果。在不受理论约束的情况下，当钼超过0.5重量百分比时，改善铁损的效果饱和。
73、钨是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的钨含量为0至0.1重量百分比。
74、明显地，如同mo，钨具有粗化碳化物和降低铁损的效果。在不受理论约束的情况下，当添加量小于0.001重量百分比时，不能够充分获得上述效果，而当添加量超过0.1重量百分比时，改善铁损的效果饱和。
75、钴是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的钴含量为0至1重量百分比。
76、在不受理论约束的情况下，钴是增加fe合金的磁矩并且具有增加磁通密度和降低铁损的效果的元素。在不受理论约束的情况下，当添加量小于0.01重量百分比时，不能够充分获得上述效果，而当添加量超过1重量百分比时，原材料成本大幅增加。
77、砷是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的砷含量为0至0.05重量百分比。
78、在不受理论约束的情况下，砷是晶界偏析元素并且具有改善织构并因此降低铁损的效果。上述效果通过不少于0.001重量百分比的添加来获得。在不受理论约束的情况下，砷是导致晶界脆化的元素，并且当砷以大于0.05重量百分比添加时，这种不利效果变得特别显著。因此，as优选在0.001至0.05重量百分比的范围内添加。
79、镍是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的镍含量为0至1重量百分比。
80、镍提高本发明的钢的强度并且改善本发明的钢的强度和延伸率。然而，当镍的含量高于1重量百分比时，镍导致延性劣化。
81、铜是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的铜含量为0至1重量百分比。
82、铜提高本发明的钢的强度和延伸率。然而，当铜的含量高于1重量百分比时，其能够明显地通过形成析出物而使表面特征和磁特性劣化。
83、硼是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的硼含量为0至0.05重量百分比。
84、当以至少0.0001重量百分比的量添加时，硼形成硼氮化物并赋予本发明的钢以另外的强度。
85、钙是本发明的钢组成的任选元素。本发明的钢中的钙含量为0至0.01重量百分比，并且优选为0.001至0.01重量百分比。
86、明显地，钙通过以球状形式结合有害的硫含量从而延迟硫的有害效果来有助于钢的精炼。
87、诸如sn、pb或sb的其他元素可以单独或组合地以以下比例添加：sn ≤ 0.2重量百分比，pb ≤ 0.2重量百分比以及sb ≤ 0.2重量百分比。最高至所指示的最大含量水平，这些元素使得可以在凝固期间细化晶粒。钢组成的剩余部分由铁和由加工产生的不可避免的杂质组成。
88、根据发明的方法包括提供具有根据发明的钢的化学组成的钢半成品铸件。
89、例如，可以铸造成钢锭，或者以薄板坯或薄带材的形式进行连续铸造，即，厚度范围从几十毫米（对于薄带材）直至约220 mm（对于板坯）。
90、然后铸件被再加热到1050℃至1250℃的温度。
91、低于1050℃，热轧温度变得太低，这使得轧制变得困难并且轧机上的力将太高。高于1250℃，钢可能变得非常软并且可能表现出一些下垂，并因此变得难以处理。
92、之后，使经再加热的板坯经受热轧以获得热轧钢板。热轧终轧温度为750℃至950℃。
93、低于750℃，再结晶受到限制并且显微组织高度变形。高于950℃将意味着更高的再加热温度并因此固溶体中有更多的杂质，并且可能导致析出以及磁特性劣化。
94、热轧钢板然后以至少10℃.秒-1的冷却速率被冷却到450℃至750℃的卷取温度。优选地，冷却速率小于或等于200℃.秒-1。
95、低于450℃，这样的卷取温度将不允许充分的回复发生，而该冶金步骤对于磁特性而言是必需的。高于750℃，将出现厚的内部氧化层，并且将对后续加工步骤例如温轧和/或酸洗造成困难。
96、热轧钢板任选地经受氧化皮去除步骤，以便至少部分地去除在热轧期间形成的氧化皮。
97、然后经卷取的热轧钢板任选地经受热带退火。热带退火在650℃至1100℃的温度下执行，持续至少10秒且不超过96小时。优选地，热带退火在700℃至1070℃并且更优选720℃至1050℃的温度下执行。
98、任选地，这种热轧或热带退火钢板的氧化皮去除步骤可以通过例如对这样的钢板进行酸洗来执行。
99、温轧
100、然后使热轧钢板或热带退火钢板经受温轧以获得具有的温轧钢板。例如，厚度压下率为35%至95%。
101、温轧包括五至八个轧制道次，其中
102、- 第一轧制道次以70℃至120℃的钢板入口温度执行，
103、- 第二轧制道次以90℃至175℃并且大于第一轧制道次的入口温度的钢板入口温度执行，
104、- 剩余轧制道次以190℃至250℃的钢板入口温度执行。
105、优选地，第二轧制道次以90℃至130℃的钢板入口温度执行。
106、替代地，第二轧制道次以130℃至175℃的钢板入口温度执行。
107、优选地，剩余轧制道次以200℃至250℃的钢板入口温度执行。
108、退火
109、此后，温轧钢板然后被加热，其中加热从室温开始，温轧钢板以至少1℃.秒-1的加热速率被加热到800℃至1100℃的退火温度t均热。温轧钢板在退火温度下被保持持续10秒至5000秒，以确保100%的再结晶。
110、优选地，加热速率为至少2℃.秒-1并且甚至更优选为至少5℃.秒-1。
111、优选地，退火温度t均热为1000℃至1100℃并且甚至更优选为1020℃至1100℃或者1050℃至1100℃。
112、优选地，温轧钢板在退火温度下被保持持续至少20秒。甚至更优选地，温轧钢板在退火温度下被保持持续至少20秒。
113、温轧钢板然后被冷却，其中冷却从t均热开始，温轧钢板以1℃/秒至150℃/秒的冷却速率被冷却至在20℃至300℃范围内的温度t1。在优选实施方案中，冷却速率cr1为3℃/秒至120℃/秒。优选的t1温度为20℃至200℃。
114、温轧钢板的冷却可以以多个冷却步骤执行，其中多个冷却步骤可以具有不同的冷却速率。
115、然后，将温轧钢板冷却至室温以获得无取向电工钢板。
116、本发明的无取向电工钢板可以任选地涂覆有绝缘层、有机涂层或无机涂层或其组合以改善隔离。
117、本发明还涉及无取向电工钢板，其具有包含以下元素的组成：以重量百分比表示，
118、0.0001% ≤ 碳 ≤ 0.008%
119、0.1% ≤ 锰 ≤ 2.0%
120、2.6% ≤ 硅 ≤ 6.5%
121、0.1% ≤ 铝 ≤ 1.2%
122、0% ≤ 磷 ≤ 0.15%
123、0% ≤ 硫 ≤ 0.006%
124、0% ≤ 氮 ≤ 0.09%
125、其中3.5% ≤ si+al+mn ≤ 9.5%
126、并且可以包含以下任选元素中的一者或更多者
127、0% ≤ 铌 ≤ 0.1%
128、0% ≤ 钛 ≤ 0.1%
129、0% ≤ 钒 ≤ 0.1%
130、0% ≤ 铬 ≤ 1%
131、0% ≤ 钼 ≤ 0.5%
132、0% ≤ 钨 ≤ 0.1%
133、0% ≤ 钴 ≤ 1%
134、0% ≤ 砷 ≤ 0.05%
135、0% ≤ 钙 ≤ 0.01%
136、0% ≤ 铜 ≤ 1%
137、0% ≤ 镍 ≤ 1%
138、0% ≤ 硼 ≤ 0.05%
139、0% ≤ 铅 ≤ 0.2%
140、0% ≤ 锡 ≤ 0.2%
141、0% ≤ 锑 ≤ 0.2%
142、剩余组成由铁和由加工引起的不可避免的杂质构成，所述钢板的显微组织由铁素体制成并且以面积分数计包含100%再结晶显微组织，其中再结晶显微组织的平均晶粒尺寸为15微米至250微米以及其中满足以下方程式：， 其中
143、- j50是以特斯拉计的磁极化，
144、- tr1是在第一道次的入口处的温轧温度，
145、- tr2是在第二道次的入口处的温轧温度，
146、- tr3是在第三道次的入口处的温轧温度，
147、- tf是织构因子，
148、- d是以µm计的平均晶粒尺寸，
149、- ρ是以计的电阻率。
150、面积分数和晶粒尺寸通过线性截距方法根据astm e112标准来测量。
151、织构因子被定义为立方纤维与伽马纤维的比率。立方纤维和伽马纤维可以通过xrd来测量。例如，衍射测角仪在35 kv和45 ma下工作。
152、平均晶粒尺寸通过线性截距方法根据astm e112 (2013)标准来测量。
153、电阻率根据astm a712 – 14标准来测量。
154、优选地，所述组成包含2.8至3.3重量百分比的硅。
155、优选地，所述组成包含0.1至1.2重量百分比的锰。替代地，所述组成可以包含0.5至2.0重量百分比的锰。
156、本发明的钢具有由铁素体制成的显微组织。无取向电工钢的显微组织不含诸如马氏体、贝氏体、珠光体和渗碳体的显微组织成分。
157、本发明的钢具有以面积分数计100%的再结晶显微组织区域。
158、本发明的钢具有平均晶粒尺寸为15微米至250微米的的晶粒。平均晶粒尺寸通过线性截距方法根据astm e112 (2013)标准来测量。
159、优选地，平均晶粒尺寸为15微米至35微米。明显地，该晶粒尺寸范围对于高速转子的领域是优选的。
160、优选地，平均晶粒尺寸为35微米至80微米。明显地，该晶粒尺寸范围对于高频电机的定子和高速转子的领域是优选的。
161、优选地，平均晶粒尺寸为80微米至120微米。明显地，该晶粒尺寸范围对于使用转矩的定子的领域是优选的。
162、优选地，平均晶粒尺寸为120微米至250微米。明显地，该晶粒尺寸范围对于工业发电机和牵引或推进电机的领域是优选的。
163、优选地，所述钢满足以下方程式：。
164、本发明还涉及如前所述的钢板或如前所述生产的钢板用于制造电动车辆或电机的部件的用途。
165、本发明还涉及包括如前所述获得的部件的车辆或电机。