CN110073021A - 无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述无取向电工钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质，所述无取向电工钢板由厚度方向上距离钢板表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分组成，在基底部分内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量。

Description

无取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种无取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
无取向电工钢板对电气设备的能效有重要影响，因为无取向电工钢板通常用作电机、发电机等旋转设备和小型变压器等静止设备的铁芯材料，将电能转换为机械能。此时，由电能产生的磁化力被铁芯大幅放大，从而产生旋转力，旋转力被转换成机械能。
最近，利用这种无取向电工钢板特性中的磁化力放大特性，将无取向电工钢板用于磁信号天线。此时，磁信号的频率是几百赫兹到几千赫兹，为了使其放大，在该区域中的频率下的磁导率特性很重要。无取向电工钢板在常规频率下的相对磁导率在1T附近大于等于5000，具有最大磁导率，而取向电工钢板具有几倍到几十倍的高磁导率特性。
另一方面，磁导率是表征在低电流所形成的小磁场下容易磁化的性质。在高磁导率材料的情况下，即使施加较小的电流，也可以获得相同的磁通密度，或者在相同的电流下，可以获得更大的磁通密度。因此，有利于信号传输。
此外，通过使用磁导率高的材料，也可以获得将相应频段的信号引导至钢板而对内部屏蔽信号的效果。此时，磁导率越高，使用更薄的钢板越能获得更大的屏蔽效果。
在更高频段的几十赫兹或更大的频率下，非晶带或软铁氧体等磁性材料的磁导率优于钢板材料的磁导率，并且具有低损耗特性。因此，可以代替电工钢板材料使用磁性材料。
为了改善电工钢板的磁导率特性，通常采用改善织构的方法，该方法使[001]轴排列在板面上，以利用铁原子的磁各向异性。然而，这种织构排列好的取向电工钢板在使用上受到许多限制，诸如制造成本高以及加工性差等。此外，对于非晶材料，因为磁畴极其微小或者不存在，所以磁导率非常高，但是制造成本高，并且由于脆性，不能进行精密加工。因此，使用无取向电工钢板材料。
磁导率是指基于外部磁场变化的材料中磁通量的变化值，磁通量的变化是磁化过程所引起的。磁化发生原理是材料中的磁畴壁移动沿着外部磁场方向对齐。已知在几十赫兹到几千赫兹的频段下，磁畴的宽度(磁畴壁之间的距离)独立于频率。因此，为了获得高磁导率特性，当磁壁移动时，移动速度必须快且磁畴的宽度必须窄。特别是，在几千赫兹的高频下，磁化速度极快反转，因此在磁壁移动速度一定的材料中磁畴之间的宽度越小越有利。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个实施例提供一种无取向电工钢板及其制造方法，一方面利用电工钢板中包含的非磁性析出物如碳化物、氮化物、硫化物、氧化物等减小磁畴的宽度，以加大高频下的磁导率特性，另一方面加快磁壁的移动速度，以大幅提高高频下的磁导率。
(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，所述无取向电工钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质，所述无取向电工钢板由厚度方向上距离钢板表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分组成，在基底部分内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量。
在基底部分内，直径为10nm至100nm的硫化物和直径为10nm至100nm的氮化物之和的数量在每250μm2可以是1个至200个。
在表面部分的相同面积上直径为10nm至100nm的氧化物的数量可多于直径为10nm至100nm的碳化物、氮化物及硫化物的数量之和。
在表面部分中，直径为10nm至100nm的氧化物的数量在每250μm2可以是1个至200个。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板可以满足下述式1。
[式1]
[Sn]+[P]>[Al]
在上述式1中，[Sn]、[P]及[Al]分别表示Sn、P及Al的含量(重量％)。
所述无取向电工钢板还可包含Ti：0.0005重量％至0.003重量％、Ca：0.0001％至0.003％及Ni或Cr各自单独或它们合计：0.005重量％至0.2重量％。
所述无取向电工钢板还可包含Sb：0.005重量％至0.15重量％。
所述无取向电工钢板还可包含Mo：0.001重量％至0.015重量％。
所述无取向电工钢板还可包含Bi、Pb、Mg、As、Nb、Se及V中的一种或更多种元素各自单独或合计：0.0005重量％至0.003重量％。
平均晶粒粒径可以是50μm至200μm。
在50Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于8000，在400Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于4000，在1000Hz的Bm＝0.3T的条件下的相对磁导率可大于2000。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法，所述制造方法包含：对板坯进行加热的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行热轧板退火的步骤；对退火后的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，热轧板退火步骤和最终退火步骤满足下述式2。
[式2]
[热轧板退火温度]×[热轧板退火时间]>[最终退火温度]×[最终退火时间]
在所述式2中，[热轧板退火温度]和[最终退火温度]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的温度(℃)，[热轧板退火时间]和[最终退火时间]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的时间(分钟)。
最终退火后的无取向电工钢板由厚度方向上距离钢板表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分组成，在基底部分内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量可多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量。
在对板坯进行加热的步骤中，可以将板坯加热到1100℃至1200℃。
在热轧板退火步骤中，可以在950℃至1150℃的温度下退火1分钟至30分钟。
在冷轧板退火步骤中，可以在900℃至1150℃的温度下退火1分钟至5分钟。
制造冷轧板的步骤可包含冷轧一次的步骤或者每道次之间进行中间退火的冷轧两次或更多次的步骤。
(三)有益效果
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，通过控制钢种的合金组分和析出的析出物，可以制造出几十赫兹至几千赫兹下的磁导率得到提高的无取向电工钢板。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的截面模式图。
具体实施方式
文中术语第一、第二、第三等用于描述各种部分、成分、区域、层和/或段，但这些部分、成分、区域、层和/或段不应该被这些术语限制。这些术语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。还应该理解的是，术语“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，其间不会存在其他部分。
虽然没有另作定义，但本文使用的所有术语(包含技术术语和科学术语)的含义与所属领域的技术人员通常理解的意思相同。对于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是指0.0001％。
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。
下面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。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述无取向电工钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质。
首先描述限制无取向电工钢板的成分的理由。
Si：2.0重量％至4.0重量％
硅(Si)是增加钢的电阻率降低铁损中涡流损耗的成分，作为主要添加元素，如果含量小于2.0％，则难以获得低铁损特性，如果含量大于4.0％，则冷轧极为困难，轧制过程中会发生板材破裂。因此，在本发明的一个实施例中，将Si的含量限制为2.0重量％至4.0重量％。
Al：0.001重量％至2.0重量％
铝(Al)是作为电阻率元素加入时有效降低钢中引起的涡流损耗的元素，而且在炼钢工艺中，为了钢的脱氧必须加入。因此，钢中不可避免会形成与铝结合的氮化物。在炼钢工艺中，钢中会存在大于等于0.001％的Al，当Al含量小于0.001％时，钢中不会形成AlN，因此对下限进行限制。大量加入时会降低饱和磁通密度，还会形成100nm或更大的AlN，抑制晶粒生长并导致磁畴移动变得困难，从而造成磁导率下降。因此，将Al的含量限制为0.001重量％至2.0重量％。
S：0.0005重量％至0.009重量％
以往认为，硫(S)是形成不利于磁性能的MnS、CuS及(Cu，Mn)S等硫化物的元素，优选尽可能少加入。
在本发明的一个实施例中，适当量的硫化物具有减小钢中磁畴宽度的效果。此外，当S偏析到钢的表面时，具有降低{100}面的表面能量的效果。因此，通过加入S，可以获得有利于磁性的{100}面较强的织构。此时，如果加入量小于0.0005重量％，则很难形成10nm至100nm的硫化物，因此必须含有大于等于0.0005重量％的S，如果加入量大于0.009重量％，则硫化物的数量会大增，磁畴的移动变得困难，从而造成铁损恶化。因此，将加入量限制为小于等于0.009重量％。
Mn：0.02重量％至1.0重量％
锰(Mn)具有与Si、Al等一起增加电阻率降低铁损的效果。但是，当作为炼钢中的杂质加入量小于0.02％时，将会形成微细的硫化物妨碍磁畴壁的移动，因此加入量限制为大于等于0.02％。此外，Mn加入量越增加，钢中硫化物的数量越增加，从而导致饱和磁通密度降低，所以施加一定电流时的磁通密度会降低，磁导率也随之降低。因此，为了提高磁通密度以及防止夹杂物导致铁损增加，在本发明的一个实施例中，将Mn加入量限制为0.02重量％至1.0重量％。
N：0.0005重量％至0.004重量％
氮(N)是不利于磁性的元素。例如，N与Al、Ti等强力结合而形成氮化物，从而抑制晶粒生长。因此，优选含有少量的氮，但是在含量小于0.0005重量％的情况下，难以形成氮化物，而且在含量大于0.004重量％的情况下，氮化物的数量会大大增加。因此，在本发明的一个实施例中，将N的含量限制为0.0005重量％至0.004重量％。具体地，可包含0.001重量％至0.004重量％的氮。
C：小于等于0.004重量％
碳(C)被大量加入时，将会扩大奥氏体区域，增加相变区，退火时抑制铁氧体的晶粒生长，因而出现增加铁损的效果，并且C与Ti等结合而形成碳化物导致磁性变差，最终产品加工成电气产品后，使用时因磁时效而导致铁损增加。因此，在本发明的一个实施例中，将C的含量限制为小于等于0.004％。
Cu：0.005重量％至0.07重量％
铜(Cu)是在高温下能形成硫化物的元素，如果被大量加入，就会在制造板坯时导致表面部分的缺陷。当加入适当量时，Cu是单独或者以夹杂物形式微细分布，从而具有减小磁畴宽度的效果。因此，将加入量限制为0.005重量％至0.07％重量％。
O：0.0001重量％至0.007重量％
氧(O)在钢中以氧化物形式存在，当钢中存在大量的氧时，在Si和Al的加入量多的钢种中，O分别与Si和Al等结合而形成氧化物，妨碍磁畴的移动而降低磁导率。因此，将加入量限制为0.0001重量％至0.007重量％。具体地，将加入量限制为0.0001重量％至0.005重量％。
Sn、P：各自单独或合计含量为0.05重量％至0.2重量％
锡(Sn)和磷(P)是晶界偏析元素，抑制通过晶界的氮的扩散，并且抑制不利于磁性的{111}织构(texture)，使得有利的{100}织构增加。为了改善磁性能而加入Sn和P，具有妨碍钢表面上形成氧化物和氮化物的效果。大量加入时导致从晶界开始破裂，从而造成轧制变得困难。因此，Sn和P各自单独或合计含量可为0.05重量％至0.2重量％。各自单独或合计含量是指Sn和P中只含有Sn时，Sn的含量为0.05重量％至0.2重量％，或者Sn和P中只含有P时，P的含量为0.05重量％至0.2重量％，或者含有Sn和P时，Sn和P的含量之和为0.05重量％至0.2重量％。
前述的Sn、P及Al可以满足下述式1。
[式1]
[Sn]+[P]>[Al]
在上述式1中，[Sn]、[P]及[Al]分别表示Sn、P及Al的含量(重量％)。
当未包含Sn或P时，[Sn]或[P]表示0。当满足式1时，减缓退火过程中发生的位错松弛的速度的元素Sn和P多于加快位错松弛的速度的元素Al，因此退火过程中加快有利于磁性的结晶的生长，从而可以获得磁性优异的无取向电工钢板。
Ti：0.0005重量％至0.003重量％
钛(Ti)会形成微细的碳化物和氮化物而抑制晶粒生长，并且加入量越多，增加的碳化物和氮化物导致织构变弱，从而造成磁性变差。在本发明的一个实施例中，Ti是任意成分，当包含Ti时，将Ti的含量限制为0.0005重量％至0.003重量％。
Ca：0.0001重量％至0.003重量％
钙(Ca)是提高连铸性并使钢中的S析出的元素。如果钢中存在大量Ca，就会形成包含S的复合析出物，对铁损产生不良影响，但是Ca含量过多时会增加结晶生长速度。在本发明的一个实施例中，Ca是任意成分，当包含Ca时，将Ca的含量限制为0.0001重量％至0.003重量％。
Ni或Cr：各自单独或合计含量为0.005重量％至0.2重量％
镍(Ni)或铬(Cr)是炼钢工艺中不可避免混入的元素，它们与杂质元素发生反应形成微细的硫化物、碳化物及氮化物，对磁性产生不良的影响。因此，将Ni或Cr各自单独或合计含量限制为0.005重量％至0.2重量％。
Sb：0.005重量％至0.15重量％
锑(Sb)是晶界偏析元素，抑制通过晶界的氮的扩散，并且抑制不利于磁性的{111}织构的生长以及减缓再结晶速度，可以改善磁性能。因此，可以任意加入Sb，Sb具有妨碍钢表面上形成氧化物的效果。Sb大量加入时导致从晶界开始破裂，从而造成轧制变得困难。因此，Sb可以单独加入0.005重量％至0.15重量％。
Mo：0.001重量％至0.015重量％
钼(Mo)在钢中含有偏析元素P、Sn、Sb等时高温下偏析到晶界，有利于确保钢的韧性，并且克服Si的脆性，从而大幅提高制造性。此外，Mo与C结合而形成碳化物，因此还可以用于通过碳化物控制磁畴的形状。如果Mo加入量过多，则析出物的数量大大增加，从而造成铁损恶化。因此，限制Mo的加入量。
其他元素
Bi、Pb、Mg、As、Nb、Se及V等也是形成强夹杂物的元素，这些元素形成包含氮化物、硫化物的复合析出物并位于晶界，也会造成轧制性变差。因此，优选尽可能避免加入，使得各自单独或合计含量为0.0005重量％至0.003重量％。
除了上述的组分之外，余量由Fe和其他不可避免的杂质组成。
图1中示意性地示出根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的截面。如图1所示，根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板100由厚度方向(z方向)上距离钢板表面2μm的表面部分10和距离表面超过2μm的基底部分20组成。前述的合金组分是表面部分10和基底部分20整体的合金组。
在基底部分20内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量。此时，相同面积是指在与钢板表面平行的面上观察基底部分20时任意的相同面积。硫化物、氮化物的直径是指外接于硫化物、氮化物等夹杂物的虚拟圆的直径。在本发明的一个实施例中，通过限制基底部分20中特定大小的硫化物和氮化物的关系来减少形成磁畴壁所需的能量，以增加磁畴壁的生成，并由此减小各磁畴之间的宽度，通过磁畴壁的移动加快磁化进程，从而可以制造出在高频下磁导率大大提高的无取向电工钢板。磁化是指磁畴壁移动结束后晶粒内或整体钢板在磁通方向上磁畴对齐的状态，所以在高频下磁通方向极为快速地转变，而铁基化合物中磁畴壁的移动速度的限制很明显，基于磁畴壁移动的磁化过程不会顺利。因此，为了在高频下也能提高磁导率，减小磁畴壁之间的距离，以使磁化快速发生。将磁畴壁移动速度保持相同并减小磁畴壁之间的距离，从而可以大幅提高高频下的磁导率。在本发明的一个实施例中，将硫化物、氮化物等夹杂物的直径设定为10nm至100nm的理由在于，所述范围的直径对磁畴壁的形成以及磁畴移动产生最大影响。如果直径过小，则无助于引发用于形成磁畴壁的能量。相反地，如果直径过大，则磁化时妨碍磁畴壁的移动，进而减缓磁畴壁移动速度。
更具体地，在基底部分20内，直径为10nm至100nm的硫化物和直径为10nm至100nm的氮化物之和的数量在每250μm2可以是1个至200个。假设具有一般的磁畴壁和磁畴厚度时，为了减小磁畴的宽度，所需的硫化物和氮化物在每250μm2至少为1个。此外，超过200个的氮化物和硫化物会导致磁畴的结构变得复杂，并且妨碍磁畴壁的移动，进而减缓磁畴壁移动速度，因此限制硫化物和氮化物的数量。更具体地，硫化物和氮化物之和的数量可以是10个至200个。
在表面部分10的相同面积上直径为10nm至100nm的氧化物的数量可多于直径为10nm至100nm的碳化物、氮化物及硫化物的数量之和。在本发明的一个实施例中，通过限制表面部分10中特定大小的氧化物和其他夹杂物的关系来减少形成磁畴壁所需的能量，以增加磁畴壁的生成，并由此减小各磁畴之间的宽度，通过磁畴壁的移动加快磁化进程，从而可以制造出在高频下磁导率大大提高的无取向电工钢板。
在表面部分10中，直径为10nm至100nm的氧化物的数量在每250μm2可以是1个至200个。表面部分的氧化物是退火过程中不可避免地形成的氧化物，与氮化物和硫化物类似地对减小磁畴的宽度有效，但是钢中存在过量氧化物时会妨碍磁畴壁的移动，从而减缓磁畴壁移动速度。为了减小磁畴的宽度，所需的氧化物在每250μm2至少为1个。此外，超过200个的氧化物会导致磁畴的结构变得复杂，并且妨碍磁畴壁的移动，进而减缓磁畴壁移动速度，因此限制氧化物的数量。更具地，单位面积的氧化物的数量可以是1个至200个。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其平均晶粒粒径可以是50μm至200μm。在所述范围内，无取向电工钢板的磁性更加优异。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，如前所述在高频下磁导率大大提高。具体地，在50Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于8000，在400Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于4000，在1000Hz的Bm＝0.3T的条件下的相对磁导率可大于2000。更具体地，在50Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于10000，在400Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率可大于5000，在1000Hz的Bm＝0.3T的条件下的相对磁导率可大于2200。此时，磁导率是通过标准爱泼斯坦法测量磁性并沿平行于轧制方向切割试样进行试验的磁导率。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的制造方法，所述制造方法包含：对板坯进行加热的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质；对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；对热轧板进行热轧板退火的步骤；对退火后的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。
下面按照各步骤进行详细描述。
首先，对板坯进行加热。限制板坯中的各组分的添加比的理由与前述的限制无取向电工钢板的组分的理由相同，因此省略重复的描述。下述的热轧、热轧板退火、冷轧、最终退火等制造过程中板坯的组分实际上没有变化，因此板坯的组分与无取向电工钢板的组分实际上相同。
将板坯装入加热炉加热到1100℃至1200℃。为了热轧前的加工性，需要在足够高的温度下进行加热。如果加热温度过高，则钢中的氮化物和硫化物变得粗大，无法充分得到可以影响磁畴的大小为10nm至100nm的析出物。
接下来，将加热后的板坯热轧成2mm至2.3mm而制成热轧板。在此步骤中，板坯加热过程中析出的析出物会生长并分散。热轧结束后形成碳化物和氮化物，进而磁畴壁之间的距离变小。
接下来，对热轧板进行热轧板退火。可以对热轧后的热轧板在950℃至1150℃的温度下进行热轧板退火1分钟至30分钟。需要在足以使热轧后生成的碳化物和氮化物再固溶的高温(950℃或更高)下退火1分钟以上，将退火时间限制在30分钟或更短的理由在于，在低于固溶温度的温度下进行退火时，微细的氮化物和硫化物会变得粗大，致使磁畴壁之间的距离变大。
接下来，对热轧板进行酸洗后，冷轧成预定厚度制成冷轧板。可以根据热轧板厚度采用不同的压下率，但是可以采用70％至95％的压下率冷轧成最终厚度为0.15mm至0.65mm。制造冷轧板的步骤可包含冷轧一次的步骤或者每道次之间进行中间退火的冷轧两次或更多次的步骤。
对最终冷轧的冷轧板实施最终退火。最终退火温度可以是900℃至1150℃。
在本发明的一个实施例中，适当地控制热轧板退火步骤和最终退火步骤中的退火温度和退火时间，以充分地留下微细的硫化物和氮化物，使得磁畴的宽度变窄。具体地，热轧板退火步骤和最终退火步骤满足下述式2。
[式2]
[热轧板退火温度]×[热轧板退火时间]>[最终退火温度]×[最终退火时间]
在所述式2中，[热轧板退火温度]和[最终退火温度]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的温度(℃)，[热轧板退火时间]和[最终退火时间]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的时间(分钟)。
通过满足式2，使得最终退火时形成的硫化物和氮化物足够小。如此限制是为了充分地留下微细的硫化物和氮化物，使得磁畴的宽度变窄。
最终退火后的无取向电工钢板会具有前述的结晶组织，因此省略重复的描述。在最终退火过程中，在上一个步骤即冷轧步骤形成的加工组织都(即，99％以上)会再结晶。
可以对如此制造的无取向电工钢板进行绝缘覆膜处理。绝缘覆膜可以采用有机膜、无机膜及有机无机复合膜，也可以用其他可绝缘的覆膜剂进行处理。
下面通过实施例进一步详细描述本发明。然而，下述实施例只是用于例示本发明，本发明不限于下述实施例。
实施例1
制造出由下表1的合金成分及余量的铁和其他不可避免的杂质组成的板坯。将钢种A的板坯在1150℃下进行加热，并热轧成厚度为2.5mm，然后在650℃下卷取。将空气中冷却的热轧钢板在1080℃下退火3分钟并进行酸洗后，再冷轧成厚度为0.15mm。将冷轧的试样在1000℃下退火。
此时，利用FE-TEM分析每个试样的夹杂物和析出物，以调查各析出物和夹杂物的成分，其结果示于表2中。此时，对于析出物的数量，只选择在每250μm2的单位面积中直径为10nm至100nm的析出物调查其数量。此时，对于试样，从表面至内部沿厚度方向采集试样并分为距离表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分进行分析。
利用磁性测量仪测量每个试样的磁导率、铁损，其结果示于下表3中。
[表1]
钢种(wt％) Si Al Mn S N C Cu O Sn P
A1 3.02 1.02 0.031 0.002 0.0045 0.0035 0.007 0.0002 0.05 0.05
A2 3.54 0.3 0.05 0.0012 0.003 0.0012 0.01 0.009 0.02 0.003
A3 2.52 0.0035 0.048 0.0029 0.0023 0.002 0.0094 0.007 0.05 0.05
A4 2.51 0.0085 0.143 0.0053 0.0021 0.0034 0.012 0.003 0.05 0.05
A5 3.08 0.0093 0.141 0.0061 0.0006 0.0028 0.0112 0.001 0.05 0.05
A6 2.77 0.5 0.84 0.0012 0.002 0.0015 0.021 0.0006 0.07 0.05
A7 2.65 0.4 0.3 0.0012 0.0023 0.0053 0.0093 0.004 0.002 0.003
[表2]
[表3]
实施例2
制造出由下表4的合金成分及余量的铁和其他不可避免的杂质组成的板坯。将钢种B至D的板坯在1100℃下进行加热，并热轧成厚度为2.0mm，然后在600℃下卷取。将空气中冷却的热轧钢板在1100℃下退火4分钟并进行酸洗后，再冷轧成厚度为0.2mm。将冷轧的试样在1000℃下退火，退火时间如表6所示。
此时，利用FE-TEM分析每个试样的夹杂物和析出物，以调查各析出物和夹杂物的成分，其结果示于表5中。此时，对于析出物的数量，只选择在每250μm2的单位面积中直径为10nm至100nm的析出物调查其数量。此时，对于试样，从表面至内部沿厚度方向采集试样并分为距离表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分进行分析。
对于晶粒粒径，使用光学显微镜观察微细组织后，测量单位面积上的晶粒的数量，将平均粒径作为晶粒的直径。使用FE-TEM的EDS来调查夹杂物和析出物的种类和数量，并且观察的面积是在3万倍的放大倍数下调查20份或更多。
利用磁性测量仪测量每个试样的磁导率、铁损，其结果示于下表6中。
[表4]
钢种(wt％) Si Al Mn S N C Cu O Sn P
B 3 0.005 0.1 0.005 0.0027 0.0022 0.007 0.0005 0.04 0.07
C 3.3 0.007 0.3 0.003 0.0017 0.0014 0.004 0.0009 0.07 0.03
D 2.9 0.87 0.23 0.0043 0.0027 0.0024 0.011 0.0017 0.09 0.04
[表5]
[表6]
如表6所示，适当地控制最终退火时间的发明例与最终退火时间过短或过长的对比例相比，具有优异的磁性。
实施例3
制造出由下表7的合金成分及余量的铁和其他不可避免的杂质组成的板坯。将钢种E的板坯在1150℃下进行加热，并热轧成厚度为2.0mm，然后在600℃下卷取。将空气中冷却的热轧钢板按照下表8中所示的温度和时间进行退火并进行酸洗后，再冷轧成厚度为0.35mm。将冷轧的试样按照下表8中所示的温度和时间进行退火，并利用磁性测量仪测量磁导率、铁损，其结果示于下表10中。
此时，利用FE-TEM分析每个试样的夹杂物和析出物，以调查各析出物和夹杂物的成分，其结果示于表9中。此时，对于析出物的数量，只选择在在每250μm2的单位面积中直径为10nm至100nm的析出物调查其数量。此时，对于试样，从表面至内部沿厚度方向采集试样并分为距离表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分进行分析。
对于晶粒粒径，使用光学显微镜观察微细组织后，测量单位面积上的晶粒的数量，将平均粒径作为晶粒的直径。使用FE-TEM的EDS来调查夹杂物和析出物的种类和数量，并且观察的面积是在3万倍的放大倍数下调查20份或更多。
利用磁性测量仪测量每个试样的磁导率、铁损，其结果示于下表10中。
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
如表10所示，适当地控制热轧板退火和最终退火过程中的时间和温度的发明例与没有适当地控制的对比例相比，具有优异的磁性。
本发明能以各种不同方式实施并不局限于所述的实施例，本发明所属领域的普通技术人员可以理解在不变更本发明的技术思想或必要特征的情况下通过其他具体方式能够实施本发明。因此，应该理解上述的实施例是示例性的，而不是用来限制本发明的。
符号说明
100：无取向电工钢板10：表面部分
20：基底部分

Claims (16)

1.一种无取向电工钢板，其中，
以重量％计，所述无取向电工钢板包含Si：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质，
所述无取向电工钢板由厚度方向上距离钢板表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分组成，
在所述基底部分内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量。
2.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述基底部分内，直径为10nm至100nm的硫化物和直径为10nm至100nm的氮化物之和的数量在每250μm2是1个至200个。
3.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述表面部分的相同面积上直径为10nm至100nm的氧化物的数量多于直径为10nm至100nm的碳化物、氮化物及硫化物的数量之和。
4.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述表面部分中，直径为10nm至100nm的氧化物的数量在每250μm2是1个至200个。
5.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其满足下述式1，
[式1]
[Sn]+[P]>[Al]
在上述式1中，[Sn]、[P]及[Al]分别表示Sn、P及Al的含量(重量％)。
6.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其还包含Ti：0.0005重量％至0.003重量％、Ca：0.0001％至0.003％及Ni或Cr各自单独或它们合计：0.005重量％至0.2重量％。
7.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其还包含Sb：0.005重量％至0.15重量％。
8.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其还包含Mo：0.001重量％至0.015重量％。
9.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其还包含Bi、Pb、Mg、As、Nb、Se及V中的一种或更多种元素各自单独或合计：0.0005重量％至0.003重量％。
10.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
平均晶粒粒径是50μm至200μm。
11.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其在50Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率大于8000，在400Hz的Bm＝1.0T的条件下的相对磁导率大于4000，在1000Hz的Bm＝0.3T的条件下的相对磁导率大于2000。
12.一种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：2.0％至4.0％、Al：0.001％至2.0％、S：0.0005％至0.009％、Mn：0.02％至1.0％、N：0.0005％至0.004％、C：大于0％且小于等于0.004％、Cu：0.005％至0.07％、O：0.0001％至0.007％、Sn或P各自单独或它们合计：0.05％至0.2％及余量的Fe和杂质；
对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤；
对所述热轧板进行热轧板退火的步骤；
对退火后的热轧板进行冷轧以制造冷轧板的步骤；以及
对所述冷轧板进行最终退火的步骤，
所述热轧板退火步骤和所述最终退火步骤满足下述式2，
最终退火后的无取向电工钢板由厚度方向上距离钢板表面2μm的表面部分和距离表面超过2μm的基底部分组成，
在所述基底部分内的相同面积上直径为10nm至100nm的硫化物的数量多于直径为10nm至100nm的氮化物的数量，
[式2]
[热轧板退火温度]×[热轧板退火时间]>[最终退火温度]×[最终退火时间]
在所述式2中，[热轧板退火温度]和[最终退火温度]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的温度(℃)，[热轧板退火时间]和[最终退火时间]分别表示在热轧板退火步骤和最终退火步骤的时间(分钟)。
13.根据权利要求12所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
在所述对板坯进行加热的步骤中，将板坯加热到1100℃至1200℃。
14.根据权利要求12所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
在所述热轧板退火步骤中，在950℃至1150℃的温度下退火1分钟至30分钟。
15.根据权利要求12所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
在所述最终退火步骤中，在900℃至1150℃的温度下退火1分钟至5分钟。
16.根据权利要求12所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
制造冷轧板的步骤包含冷轧一次的步骤或者每道次之间进行中间退火的冷轧两次或更多次的步骤。
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