CN113969371A - 一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其除了Fe以外还含有质量百分比如下的下述化学元素：C≤0.0035％、Si：3.0～3.6％、Mn：1.2～2.0％、Al：0.8～1.2％、Sb+Sn：0.005～0.2％。此外本发明还公开了上述定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法，其包括步骤：(1)制得铸坯；(2)经过粗轧、精轧和卷取步骤获得热轧卷；(3)经过常化、冷轧和退火步骤获得成品钢卷；(4)平整：控制平整率为0.83％～10.71％；(5)消除应力退火：其中均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(80～155℃)。本发明所述的无取向电工钢板采用合理的化学成分和工艺设计，不仅具有优良的机械性能，还具有优异的电磁性能，具有良好的推广前景和应用价值。

Description

一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板及其制造 方法

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种无取向电工钢板及其制造方法。

背景技术

众所周知，采用无取向电工钢板制作的定子、转子铁芯等产品可以有效应用于马达、发电机、压缩机以及高速电机和驱动电机等设备中。

近年来，随着用户和市场的需求不断提高，针对上述这些应用设备高效、节能、降耗的要求也日益增加，相应的，对未来的无取向电工钢板的研发和制造也提出了新的技术指标要求。

一方面，为了更加有效的降低定子、转子铁芯的铁损，希望无取向电工钢的厚度能够进一步减薄至0.35mm或以下，甚至是0.27mm或以下，但随之会带来定子、转子磁感的同步降低的问题，由于定子铁芯体积容量更大，这一问题就显得更为明显。另一方面，随着无取向电工钢板厚度的减薄，以及随着高速旋转电动工具和驱动电机的迅猛发展，在客观上，对转子铁芯的机械强度提出了更高要求，以确保转子铁芯在高速旋转时不会发生变形、断裂等问题。

此外，更为重要的是，在高端用户市场中，甚至需要在同一卷钢板上，同时进行定子、转子铁芯套裁，以最大限度的提高我取向电工钢板的使用率，这就要求在经过连续退火生产之后的白片用钢，用于制作转子铁芯并且具有及高的机械性能，进一步，经过消除应力退火生产之后的黑片用钢，能够有效用于制作定子铁芯并且具有优良的电磁性能。

然而，需要说明的是，考虑到成品钢板的铁损、磁感以及机械强度三者之间的相互制约，在用户市场上往往分别采用两种不同牌号的无取向电工钢板，分别用于制作定子和转子铁芯。这就造成无取向电工钢板的利用率很低，生产工艺复杂，制造成本较高，且生产难度较大。并且因为厚度问题，常常会导致制得的定子和转子铁芯尺寸精度不高。

需要注意的是，能够满足定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板非常少见，尤其是同时具有较高的白片用钢机械强度和优良的黑片用钢电磁性能。在这种情形下，近年来想方设法开展了大量的、有针对的基础研究工作。

公开号为CN101016600A，公开日为2007年8月15日，名称为“C-Mn-Ti-Nb系热轧高强度高磁感性能钢及其制造方法”的中国专利文献，一种适用于大型水轮发电机转子磁轭部分所需的，具备高强度ReL≥700MPa、高磁感B50≥1.5T的无取向电工钢板及其制造方法。其组分按重量百分比计为：C：0.03～0.15％，Si≤0.15％，Mn：1.0-1.8％，P≤0.025％，S≤0.015％，Ti：0.08～0.18％，Nb：0.02～0.07％，Al：0.02～0.10％，N≤0.010％，其余为铁及残余含量。其制造方法按下述步骤进行：a、铁水脱硫；b、转炉顶底复合吹炼；c、炉后吹氩气处理；d、浇铸成板坯；e、热连轧机控轧控冷：选用热连轧机组设备，先将步骤d所制得的板坯加热至1230～1280℃；然后粗轧，粗轧结束温度为≥1100℃；然后精轧，终轧温度为850～930℃；钢板轧后采用层流冷却后卷取，卷取温度为550～620℃，从而制得热轧板卷。

公开号为CN103498096A，公开日为2014年1月8日，名称为“Rm≥600MPa的优良磁性能无取向电工钢及其生产方法”的中国专利文献，公开了一种Rm≥600MPa的、磁性能优良的无取向电工钢板，其组分按重量百分比计为：Si：2.5～3.5％，Mn：0.1～1.0％，Ni+Al不超过1.0％，N≤0.005％，S≤0.015％，C≤0.003％，P≤0.05％，其余为铁及残余含量。此外，还需要同时满足，1.0≤Al/Ni≤2.0，C+S+N≤0.007。其生产步骤依次为，经转炉冶炼并浇铸成坯；对连铸坯进行加热，温度不低于1050℃，且热轧在炉时间不低于120分钟；进行热轧轧制时，控制粗轧终轧温度不低于900℃，钢板厚度不低于25mm，控制精轧终轧温度不低于750℃，板厚不低于2.0mm，进行卷取时，卷取温度不低于700℃；进行常化时，控制常化均热温度不低于750℃，常化时间不少于1分钟；常化钢卷经过酸洗之后进行冷轧，酸洗温度为60～100℃，酸洗时间为2～5分钟，采用一次冷轧法进行冷轧，轧制道次为4-7，控制前3-6道次总的压下率不低于80％，某道次压下率不超过20％；然后，进行连续退火，退火温度不低于850℃，均热时间不少于1分钟，气氛为常规的H₂+N₂混合气，N_2/H₂不超过0.5，气体流量不低于200m³/min，自然冷却至室温。相应的，获得了0.35mm厚度的成品钢卷。其机械性能Rm≥600MPa，ReL≥500MPa，且铁损P_1.0/400≤17W/kg，磁感B₅₀₀₀≥1.66T。

公开号为CN103882296A，公开日为2014年6月25日，名称为“一种高强耐磨专用冷轧无取向电工钢及生产方法”的中国专利文献，公开了一种高强耐磨专用冷轧无取向电工钢及生产方法，钢的化学成分重量百分比为：C≤0.0030％，Si：3.0～3.5％，Mn：0.5～1.5％，P：0.005％～0.20％，S≤0.0015％，Als≤0.005％％，N≤0.0025％，Ti、Nb、V分别≤0.0020％，其余为铁及残余含量。生产方法包括铁水预处理、转炉冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、退火。其中，采用顶底复吹转炉快速降碳，RH真空精炼处理，去除钢中氢、氮有害气体，连铸坯采用低温加热，稳定控制在1050～1150℃，温度均匀后热轧，精轧终轧卷取采用高温方案，保证卷曲温度≥720℃，热轧板厚度控制在2.5～5.0mm；热轧卷预冷轧之后进行常化，工艺速度为40～50m/min，温度为950～1000℃，获得均匀细小的再结晶组织，晶粒尺寸控制在130～150μm；采用一次冷轧法将热轧板轧制成品厚度；在连续退火炉中进行脱碳退火，绝缘涂层等工序制成成品，其中退火速度控制在80～100m/min，温度为920～950℃以获得细小的再结晶组织，提高强度。该发明生产的冷轧无取向电工钢，其强度高，HV1为198～205，抗击打能力强，耐撞击性，耐磨损性好，同时具有优良的电磁性能，铁损P_15/50为2.82～2.90W/kg、磁感B₅₀为1.60～1.61T，可以在电磁开关、继电器、电磁铁等产品上得到良好广泛应用。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，该无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS≥650MPa、屈服强度YS≥550MPa；且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀≥1.64T、铁损P_10/400≤11.5W/kg，其具有优异的机械性能和电磁性能。

此外，需要说明的是，该无取向电工钢板能够满足定子、转子铁芯同时套裁用，具有良好的推广前景和应用价值。

为了实现上述目的，本发明提供了一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其除了Fe以外还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C≤0.0035％、Si：3.0～3.6％、Mn：1.2～2.0％、Al：0.8～1.2％、Sb+Sn：0.005～0.2％。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，其各化学元素质量百分比为：

C≤0.0035％、Si：3.0～3.6％、Mn：1.2～2.0％、Al：0.8～1.2％、Sb+Sn：0.005～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，碳是强时效形成元素之一。当钢中C元素含量高于0.0035％时，容易与Nb、V、Ti等结合，形成大量的微细夹杂物，从而会导致成品钢板的损耗显著增加。因此，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制C元素的质量百分比为C≤0.0035％。

Si：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，若钢中Si元素含量低于3.0％，则不能有效降低成品钢板铁损；而若钢中Si元素含量高于3.6％时，则会显著劣化成品钢板的磁感，降低冷轧可轧性。因此，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制Si元素的质量百分比在3.0～3.6％之间。

Mn：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，为了保证Mn元素能有效起到作用，降低成品钢板的铁损，钢中添加的Mn元素含量需要不低于1.2％；但需要注意的是，钢中Mn元素含量也不宜过高，若钢中Mn元素含量高于2.0％，则会大幅增加钢的制造成本。因此，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制Mn元素的质量百分比在1.2～2.0％之间。

Al：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，Al元素能明显提高材料的电阻率，改善成品钢板的铁损性能。为了保证Al元素能有效起到作用，降低成品钢板的铁损，钢中添加的Al元素含量需要不低于0.8％；但需要注意的是，钢中Al元素含量同样不宜过高，当钢中Al含量高于1.2％时，会显著增加连铸浇铸的难度，增加炼钢制造成本。因此，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制Al元素的质量百分比在0.8～1.2％之间。

此外，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，还需要向钢中添加适量的Sb元素和Sn元素，并控制Sb元素和Sn元素满足Sb+Sn：0.005～0.2％。其中，上式中Sb和Sn均表示相应元素的质量百分比。

需要说明的是，Sb元素和Sn元素均为表面富集和晶界偏聚元素，均能够有效抑制成品钢板在热处理过程中的表面渗氮、渗氧过程。因此，有必要添加0.005％或以上的Sb元素和Sn元素，而需要注意的是，若钢中Sb元素和Sn元素两元素含量之和高于0.20％时，则会导致晶粒严重细化，劣化成品钢板的电磁性能，不利于成品钢板的铁损降低，同时，还会导致制造成本的大幅上升。基于此，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制Sb+Sn的质量百分比在0.005～0.2％之间。

在一些优选的实施方式中，为了得到更优的实施效果，钢中Sb+Sn的质量百分比可以控制在0.01～0.15％之间。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，在其他不可避免的杂质中，P≤0.04％、S≤0.003％、O≤0.003％、N≤0.003％。

在本发明所述的技术方案中，P、S、O和N元素均是钢中不可避免的杂质元素，在钢中杂质元素含量越低越好。

P：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，钢中P元素含量高于0.04％时，容易导致高Si、高Al钢在冷轧时出现边裂、脆断现象。因此，必须严格限制钢中P元素含量，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，控制P的质量百分比为P≤0.04％。

当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更好的实施效果，可以控制钢中P元素含量在0.02％或以下。

S：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，钢中S元素含量不宜过高，当钢中S元素含量高于0.003％时，容易导致钢中MnS和Cu₂S等微细夹杂物数量大大增加，从而强烈抑制连续退火过程，尤其是消除应力退火过程的晶粒尺寸长大，恶化成品钢板的电磁性能。因此，为了保证本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的性能，控制S的质量百分比为S≤0.003％。

O：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，钢中O元素含量同样不宜过高，当钢中O元素含量超过0.003％时，将大大增加钢中O化物夹杂物的数量，从而强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性能。因此，为了保证钢板的性能，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中控制O的质量百分比为O≤0.003％。

N：在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，钢中N元素含量同样不宜过高，当钢中N元素含量超过0.003％时，将会使N的Nb、V、Ti、Al等析出物大大增加，从而强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。因此，为了保证钢板的性能，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中控制N的质量百分比为N≤0.003％。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，其中Sb+Sn：0.01～0.15％。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，其含有夹杂物，所述夹杂物包括氧化物、硫化物和氮化物，并且满足：(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43，该式中的“氧化物”、“硫化物”和“氮化物”分别表示其单位体积含量。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积含量为7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³。

在本发明所述的上述技术方案中，在炼钢生产过程中，需要严格控制钢中的有害杂质元素O、S、N，以及相应的氧化物、硫化物和氮化物的等夹杂物，使之满足经过钢中(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43，并且在尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积含量为7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³。这是因为，含铝钢中的氧化物大多数以氧化钙、氧化铝、氧化镁等为主，其在连铸浇铸过程中，大颗粒的氧化物夹杂物可以很容易上浮、去除，而对钢质洁净度不产生影响，而小颗粒的氧化物夹杂物因为尺寸的问题难以上浮去除，因此，会残留在钢液和连铸坯中，由于其熔点大多高于1800℃或以上，在热轧过程中不会固溶重新析出，也不会受到加热而尺寸长大，但能够强烈抑制热轧再结晶组织成长，并且会促进氮化物的固溶和形核析出。基于此，必须要严格限制钢中的氧化物夹杂物数量，尤其是尺寸范围≤1μm的氧化物夹杂物数量。

需要说明的是，尺寸范围≤1μm的氧化物夹杂物数量越少，则表示钢液洁净度越高，后续在热轧过程中的硫化物、氮化物析出时机就越晚，析出数量就越多，相应的析出尺寸就越小。反之，尺寸范围≤1μm的氧化物夹杂物数量越多，则表示钢质洁净度控制效果越差，根据氧化物、硫化物共生的原理，在连铸浇铸末期，以及热轧初期，析出温度较高的硫化物会以氧化物为核心优先析出，从而大大影响了氮化物的析出。由于氮化物的析出温度较硫化物低得多，所以，基本在热轧末期才开始大量析出，期间来不及尺寸长大，其危害性大大增加。研究表明，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积含量为7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³时，钢中氧化物、硫化物和氮化物的数量匹配性较好，氮化物夹杂物的平均尺寸最大，数量最小，相应的，危害也就越小，此时，钢中的氧化物、硫化物和氮化物三者之间满足(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，其厚度≤0.35mm。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，其厚度≤0.27mm。

进一步地，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，所述无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS≥650MPa、屈服强度YS≥550MPa；并且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀≥1.64T、铁损P_10/400≤11.5W/kg。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法，该制造方法生产工艺简便，采用该制造方法制得的无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS≥650MPa、屈服强度YS≥550MPa；并且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀≥1.64T、铁损P_10/400≤11.5W/kg，具有良好的机械性能和电磁性能。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法，包括步骤：

(1)制得铸坯；

(2)经过粗轧、精轧和卷取步骤获得热轧卷；

(3)经过常化、冷轧和退火步骤获得成品钢卷；

(4)平整：控制平整率为0.83％～10.71％；

(5)消除应力退火：其中均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(80～155℃)。

在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(1)中，可以通过将高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后，再依次经过转炉冶炼、RH精炼和CC连铸浇铸之后制得产出合格连铸坯。

在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在热轧时，可以控制连铸坯的在炉加热时间在120～360min之间，控制连铸坯的开轧温度为1050～1150℃，并分2～8个道次完成热轧终轧，终轧、卷取温度可以分别为650～950℃和500～850℃，热轧成品钢板厚度可以控制在1.2～2.8mm之间。

相应地，在步骤(3)中，热轧钢卷进行常化退火处理时，在本发明化学成分设计条件下，可以适当提高常化退火的均热温度，并延长常化退火的均热时间，可以控制常化退火的均热温度为820～980℃并控制常化退火的均热时间在1～10min之间，以获得更为粗大、发达的晶粒组织，有助于提高成品钢板的磁感，降低成品钢板的铁损。

此外，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，在冷轧钢板进行连续退火时，需要对冷轧钢板进行快速加热升温，在某些实施方式中可以采用带有快速加热、升温功能的电磁感应加热装置进行加热，其可以自室温起，将冷轧钢板快速加热升温至目标温度，目标温度可以视成品钢板的电磁性能和机械性能要求进行确定。相应地，由于设备投资费用太高和能源介质消耗太大，快速加热升温的起始温度也可以为非室温，在某些实施方式中，可以优选为自250℃起对冷轧钢板进行快速加热和升温。

需要说明的是，在经过步骤(3)相应的快速加热连续退火之后，需要在所述步骤(4)中，立即对成品钢板进行适量平整。其中，步骤(4)中平整率需要根据成品钢板的目标厚度确定，一般可以控制平整率在0.83％～10.71％之间。当然在一些优选的实施方式中，也可以控制平整率在0.83％～5.74％之间。需要说明的是，成品钢板经过平整之后，成品钢板的再结晶小微组织会发生很大变化，再结晶组织得以破坏从而可以变成部分纤维状组织，同时，其余的再结晶组织晶粒尺寸可以得到细化，能够快速且明显的改善和提高成品钢板的机械强度。

另外，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中，经过步骤(4)平整后得到的这种半纤维状、半结晶状纤维组织，具备较强的再结晶驱动力，同时，由于此时的钢质洁净度较高，因此，如果控制步骤(5)中消除应力退火温度制度合适，则很容易完成后续的二次再结晶，并且平均晶粒尺寸粗大且发达，一般会比相同的化学成分设计下的平均晶粒尺寸，高出30～80μm。

需要注意的是，进行步骤(5)中的消除应力退火时，为了获得最优的成品钢板涡流损耗、磁滞损耗组合，需要控制均热温度为均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(80～155℃)。这是因为随着消除应力温度的升高，晶粒尺寸逐渐变大，磁滞损耗逐渐降低，但涡流损耗逐渐升高。两者在合适的消除应力退火时，可以获得最优的组合，而超出上述消除应力退火温度的范围，则涡流损耗、磁滞损耗都升高，会导致成品钢板的铁损变差。

当然在一些优选的实施方式中，为了得到更优的实施效果，也可以控制均热温度为T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(100～135℃)。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，所述冷轧和退火步骤采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火的工艺。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，所述冷轧和退火步骤采用一次冷轧+连续退火的工艺。

在上述技术方案中，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中，在所述步骤(3)中，在一些实施方式中，在冷轧过程中可以采用一次冷轧+连续退火的工艺方式进行，一次性轧制成目标厚度，然后，经过连续退火之后产出合格的成品钢板；当然，视生产情况以及产品的要求，在某些实施方式中，也可以采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火的工艺完成冷轧轧制和成品钢板的连续退火。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，控制平整率为0.83％～5.74％。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(100～135℃)。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述连续退火步骤中，控制升温速率为50～5000℃/s。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在所述连续退火步骤中，控制升温速率为80～1000℃/s。

上述技术方案，在本发明所述的制造方法中，为了获得最佳的白片用钢机械性能和黑片用钢电磁性能改善效果，在所述步骤(3)的退火步骤中，还需要严格控制且匹配好相应的冷轧钢板升温速率。在一些实施方式中，可以控制升温速率在50～5000℃/s之间。但需要注意的是，限于设备投资费用太高和能源介质消耗太大，建议优选控制升温速率在80～1000℃/s之间。通过快速升温速率的优化，可以调节连续退火之后成品钢板的储能大小，以及成品钢板的再结晶显微组织控制效果，可以为后续的低温、长时消除应力退火过程中，提供充足的驱动力以克服晶界阻力，能够有效实现成品钢板晶粒尺寸迅速且平稳的长大。

本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板通过合理的化学成分设计以及生产工艺设计，该无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS≥650MPa、屈服强度YS≥550MPa；并且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀≥1.64T、铁损P_10/400≤11.5W/kg，不仅具有优良的机械性能，还具有优异的电磁性能。

本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板同时具有较高的白片用钢机械强度和优良的黑片用钢电磁性能，该无取向电工钢板可以用于制作定子、转子铁芯等产品，能够有效应用于马达、发电机、压缩机以及高速电机和驱动电机等设备中，具有良好的推广前景和应用价值。

附图说明

图1为实施例11的无取向电工钢板的钢中夹杂物SEM显微组织图。

图2为对比例4的对比钢的钢中夹杂物SEM显微组织图。

图3示意性地显示了本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中消除应力退火温度与成品钢板铁损P_10/400之间的关系。

图4为实施例3的无取向电工钢板在连续退火和平整压下之后的显微组织图。

图5为实施例3的无取向电工钢板在消除应力退火之后的显微组织图。

图6示意性地显示了本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的(氧化物+硫化物)/氮化物与消除应力退火之后成品钢板铁损之间的关系。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例和说明书附图对本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例1-12和对比例1-4

表1列出了实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢中各化学元素质量百分比。

表1.(wt％，余量为Fe和除P、S、N、O以外的其他不可避免的杂质)

本发明所述实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢均采用以下步骤制得：

(1)根据表1中所示的对应钢的化学成分制得铸坯：高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后与适量比例废钢搭配，依次经过顶底复吹转炉冶炼、RH精炼和CC连铸之后，可以得到170～250mm厚、800～1400mm宽的铸坯；

(2)经过粗轧、精轧和卷取步骤获得热轧卷：控制连铸坯的在炉加热时间为120～360min，控制连铸坯的开轧温度在1050～1150℃之间，分2～8个道次完成热轧终轧，控制终轧温度和卷取温度分别为650～950℃和500～850℃，最终热轧成品钢板厚度为1.2～2.8mm；

(3)经过常化、冷轧和退火步骤获得成品钢卷：在常化步骤中，可以控制常化退火的均热温度为820～980℃，并控制常化退火的均热时间为1～10min，冷轧和退火步骤可以采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火的工艺，当然也可以采用一次冷轧+连续退火的工艺，在连续退火步骤中，控制升温速率为50～5000℃/s，优选的可以控制升温速率为80～1000℃/s；

(4)平整：控制平整率在0.83％～10.71％之间，优选的可以控制平整率在0.83％～5.74％之间；

(5)消除应力退火：其中均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(80～155℃)，优选的可以控制均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(100～135℃)。

需要说明的是，在本发明中，实施例1-12无取向电工钢板的化学成分以及相关制造工艺均符合本发明设计的要求。而对比例1-4的对比钢的化学成分以及相关制造工艺均存在不符合本发明设计的参数。

在对比例1-4中，均未采用快速加热升温进行连续退火。其中，对比例1以常规的15℃/s升温速率从室温升温至1000℃，并且在经过连续退火之后的平整中，压下率太大为15.13％，消除应力退火温度为950℃，两者均大大超出发明设计要求的控制范围。

对比例2是以常规的15℃/s升温速率从室温升温至750℃，并且在经过连续退火之后没有相应的平整，压下率为0，不满足发明设计要求的控制范围。

对比例3是以常规的15℃/s升温速率从室温升温至980℃，虽然在经过连续退火之后进行了相应的平整，压下率为8.31％，满足发明设计要求的控制范围，但是消除应力退火温度太低仅为650℃，会直接导致成品钢板的再结晶效果不良。

对比例4同样是以常规的15℃/s升温速率升温至1000℃，也没有在经过连续退火之后进行平整，压下率为0，不满足本发明设计要求的控制范围。

表2列出了实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢的制造方法的具体工艺参数。

表2.

注：“√”表示步骤(3)中采用了中间退火，即在控制冷轧和退火步骤中采用了一次冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火的工艺；“×”表示步骤(3)中未采用中间退火，即在控制冷轧和退火步骤中采用了一次冷轧+连续退火的工艺。

对最终得到的实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢进行观察，将得到的观察结果列于表3中。

表3列出了实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢的观察结果。

表3.

注：A：(氧化物+硫化物)/氮化物；B：≤1.0μm尺寸范围内的氧化物数量；C：≤1.0μm尺寸范围内的硫化物数量。

由表3可以看出，实施例1-12的无取向电工钢板夹杂物包括氧化物、硫化物和氮化物，并且均满足：(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43，且在实施例1-12的无取向电工钢板中，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积含量之和均在7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³之间。

而在对比例1的对比钢中，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积高达13.8×10⁷个/mm³，已经超出发明设计要求的控制范围7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³；与此同时，钢中的(氧化物+硫化物)/氮化物比例高达289wt％。

在对比例2的对比钢中，钢中的氧化物、硫化物含量相对偏高，而氮化物含量相对较低，从而导致(氧化物+硫化物)/氮化物数量之比偏高为61wt％。

在对比例3的对比钢中，钢中的氧化物含量相对偏高，而氮化物含量相对较低，从而导致(氧化物+硫化物)/氮化物数量之比极高为1767wt％。

在对比例4的对比钢中，钢中夹杂物虽然满足(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43，但在对比例4的对比钢中，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的氧化物、硫化物单位体积含量之和为5.3×10⁷个/mm³，单位体积含量过小。

将实施例1-12以及对比例1-4经过连续退火和平整之后的白片用钢进行力学性能测试，并对最终经过消除应力退火后的各实施例和对比例黑片用钢分别进行电磁性能测试，所得的测试结果列于表4中。

表4列出了实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢的性能测试结果。

表4.

由表4可看出，对比例1-4的对比钢与实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板在力学性能以及电磁性能上均存在明显差异。其中，在对比例1中，经过连续退火之后的白片用钢抗拉强度TS为621MPa，屈服强度YS为495MPa，经过消除应力退火之后的黑片用钢高频铁损P_10/400高达14.1W/kg，磁感B₅₀偏低为1.61T；在对比例2中，经过连续退火之后的白片用钢抗拉强度TS为561MPa，屈服强度YS为452MPa，经过消除应力退火之后的黑片用钢高频铁损P_10/400高达13.7W/kg，磁感B₅₀偏低为1.62T；在对比例3中，经过连续退火之后的白片用钢抗拉强度TS为591MPa，屈服强度YS为483MPa，经过消除应力退火之后的黑片用钢高频铁损P_10/400高达13.2W/kg，磁感B₅₀偏低为1.61T；在对比例4中，经过连续退火之后的白片用钢抗拉强度TS为526MPa，屈服强度YS为407MPa，经过消除应力退火之后的黑片用钢高频铁损P_10/400高达11.8W/kg，磁感B₅₀偏低为1.62T。

而在本发明中，实施例1-12的无取向电工钢板的机械性能和电磁性能明显优于对比例1-4的对比钢。实施例1-12的无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS均≥650MPa、屈服强度YS均≥550MPa；并且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀均≥1.64T、铁损P_10/400均≤11.5W/kg。

综上所述可以看出，实施例1-12的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的厚度适宜，同时具有较高的白片用钢机械强度和优良的黑片用钢电磁性能，能够满足定子、转子铁芯同时套裁用，采用该无取向电工钢板制得的定子、转子铁芯具有优异的机械强度和电磁性能，可以有效应用于马达、发电机、压缩机以及高速电机和驱动电机等设备中，具有良好的推广前景和应用价值。

图1为实施例11的无取向电工钢板的钢中夹杂物SEM显微组织图。

如图1所示，就实施例11的无取向电工钢板而言，其显微组织图中点状夹杂物数量众多，且尺寸细小，主要以几纳米至几十纳米级别居多，这种尺寸的夹杂物与畴壁厚度十分接近，容易产生钉扎效果，抑制晶粒尺寸长大。

图2为对比例4的对比钢的钢中夹杂物SEM显微组织图。

相比之下，如图2所示，就对比例4的对比钢而言，其钢中夹杂物数量较少，且尺寸粗大，夹杂物以椭球形居多，夹杂物尺寸则主要集中在200nm或以上，部分夹杂物尺寸范围甚至超过了1μm，对晶粒尺寸长大的影响很小。

图3示意性地显示了本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中消除应力退火温度与成品钢板铁损P_10/400之间的关系。

由图3可见，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中，在步骤(5)中，均热温度的选择，取决于钢板的再结晶退火温度。一般情况下，均热退火温度的控制范围为：再结晶退火温度+80℃～再结晶退火温度+155℃。当钢板的再结晶温度比较低时，相应的，均热退火温度也应该低，反之，则需要较高的均热退火温度。此时，随着均热退火温度升高，钢中晶粒尺寸会不断长大，磁滞损耗降低，钢板的铁损也相应的降低。而随着晶粒尺寸的继续长大，磁滞损耗不再降低，涡流损耗则开始逐渐增加，由此会导致钢板的铁损反而增加。

图4为实施例3的无取向电工钢板在连续退火和平整压下之后的显微组织图。

由图4可以看出，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中，就实施例3而言，钢板经过平整之后，成品钢板的再结晶小微组织会发生很大变化，再结晶组织得以破坏从而可以变成部分纤维状组织，同时，其余的再结晶组织晶粒尺寸可以得到细化，能够快速且明显的改善和提高成品钢板的机械强度。

图5为实施例3的无取向电工钢板在消除应力退火之后的显微组织图。

如图5所示，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法中，就实施例3而言，实施例3的无取向电工钢板在消除应力退火之后，由于受到了合适的平整，钢板内部的储能很高，较好的充当了消除应力退火过程中的驱动力，使得在相同的消除应力退火温度和时间条件下，晶粒尺寸能够快速、均匀长大，生成的等轴晶粒尺寸匀称，长轴和短轴的直径相当。

图6示意性地显示了本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的(氧化物+硫化物)/氮化物与消除应力退火之后成品钢板铁损之间的关系。

如图6所示，在本发明所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板中，在(氧化物+硫化物)/氮化物比值达到0.43之前时，(氧化物+硫化物)/氮化物比值与钢板的铁损之间基本呈线性变化关系，(氧化物+硫化物)/氮化物比值越大，钢板的铁损就越高。而当(氧化物+硫化物)/氮化物比值达到0.43或以上时，钢板的铁损会达到或者超出11.5W/kg。之后，随着(氧化物+硫化物)/氮化物比值继续增加，两者之间不再是简单的线性变化关系，而是钢板的铁损上升趋势更明显，劣化幅度更大。

此外，需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (16)

1.一种定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其除了Fe以外还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C≤0.0035％、Si：3.0～3.6％、Mn：1.2～2.0％、Al：0.8～1.2％、Sb+Sn：0.005～0.2％。

2.如权利要求1所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：

C≤0.0035％、Si：3.0～3.6％、Mn：1.2～2.0％、Al：0.8～1.2％、Sb+Sn：0.005～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。

3.如权利要求2所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，在其他不可避免的杂质中，P≤0.04％、S≤0.003％、O≤0.003％、N≤0.003％。

4.如权利要求1或2所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其中Sb+Sn：0.01～0.15％。

5.如权利要求1或2所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其含有夹杂物，所述夹杂物包括氧化物、硫化物和氮化物，并且满足：(氧化物+硫化物)/氮化物≤0.43。

6.如权利要求5所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，尺寸范围≤1μm的氧化物和硫化物的单位体积含量为7.0×10⁷个/mm³～13.2×10⁷个/mm³。

7.如权利要求1或2所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其厚度≤0.35mm。

8.如权利要求7所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，其厚度≤0.27mm。

9.如权利要求1或2所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板，其特征在于，所述无取向电工钢板在经过连续退火和平整之后，白片用钢的抗拉强度TS≥650MPa、屈服强度YS≥550MPa；并且在经过消除应力退火之后，黑片用钢的磁感B₅₀≥1.64T、铁损P_10/400≤11.5W/kg。

10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的定子、转子铁芯同时套裁用无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)制得铸坯；

(2)经过粗轧、精轧和卷取步骤获得热轧卷；

(3)经过常化、冷轧和退火步骤获得成品钢卷；

(4)平整：控制平整率为0.83％～10.71％；

(5)消除应力退火：其中均热温度T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(80～155℃)。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冷轧和退火步骤采用一次冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火的工艺。

12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述冷轧和退火步骤采用一次冷轧+连续退火的工艺。

13.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，控制平整率为0.83％～5.74％。

14.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，T_均热＝T_{再结晶开始温度}+(100～135℃)。

15.如权利要求11或12所述的制造方法，其特征在于，在所述连续退火步骤中，控制升温速率为50～5000℃/s。

16.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于，在所述连续退火步骤中，控制升温速率为80～1000℃/s。

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