CN114000045B - 一种磁性能优良的高强度无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁性能优良的高强度无取向电工钢板，其除了Fe以外还含有质量百分比如下的下述化学元素：C：0.0020～0.0045％、Si：2.5～3.5％、Mn：0.8～2.0％、Al：0.6～1.2％、S≤0.0010％、O≤0.003％、N≤0.003％，且满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％。此外本发明还公开了上述无取向电工钢板的制造方法，其包括步骤：(1)炼钢；(2)连铸；(3)热轧；(4)常化；(5)冷轧；(6)连续退火：自室温以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)。本发明所述的磁性能优良的高强度无取向电工钢板通过采用合理的化学成分和工艺设计，不仅有优异的机械强度，还具有高磁感和低铁损的特性。

Description

一种磁性能优良的高强度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

近年来，随着变频空调、新能源汽车和高速旋转电动工具等具有节能、高效、环保性能的产品的迅速发展，市场对作为其铁芯原材料的无取向电工钢板，同样也提出了更多样、更苛刻的技术要求。

在通常情况下，成品钢板的铁损会伴随着钢板厚度的减薄而降低。因此现有成品钢板一般均会控制厚度在0.35mm或以下，甚至是控制厚度为0.27mm或以下。考虑到对铁芯轻量化设计要求，转子的磁路或轭部等位置宽度越来越窄，高速旋转的情况下惯性离心力就越大。为了有效防止铁芯转子在高速旋转时出现变形、断裂等，便需要成品钢板具有更优的机械性能，一般要求成品钢板的屈服强度不低于450MPa，甚至是不低于500MPa，且要求成品钢板的抗拉强度不低于550MPa，甚至是不低于600MPa。此外，在满足上述两个要求的前提之下，对经过消除应力退火之后的定子，则提出了更高的铁损_P10/400以及磁感B₅₀控制的目标，要求成品钢板的铁损P_10/400不大于12.0W/kg，甚至是不大于11.5W/kg，还要求成品钢板的磁感B₅₀不小于1.62T，甚至是不低于1.63T，从而满足设备铁芯运转时，对节能、降耗的迫切需要。

众所周知，无取向电工钢板在生产过程中，铁损、磁感、强度三者之间相互制约。这其中，最为关键的是铁损、磁感两者之间的相互制约，铁损、屈服强度两者之间的相互制约。基于此，铁损、磁感、强度三者之间难以同时取得优良的控制效果，在现阶段中有关于高强度、低铁损产品的个性化指标很多，但大多数情况下均存在生产工艺复杂，制造成本高以及生产难度大等问题。

为此，众多研究人员纷纷开展了相关无取向电工钢板的化学成分设计优化，有害夹杂物控制优化，有利织构的控制改善，以及成品钢板良好晶粒尺寸控制相结合方式，以期根据不同的用户市场需求，能够同时获得磁性能优良且具有高强度的无取向电工钢板。

例如：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，N₂/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B≥1.66T。

又例如：公开号为CN105296849A，公开日为2016年2月3日，名称为“一种大型发电机转子用无取向电工钢及生产方法”的中国专利文献，公开了一种大型发电机转子用无取向电工钢，其组成及wt％为：C≤0.0030％，Si：2.8～3.2％，Mn：0.60～0.90％，P≤0.05％，S≤0.0050％，Als：0.55～0.75％，N≤0.0040％，V：0.040～0.060％，其余为铁及残余含量。该发明通过添加少量的钒(钒比值在1.0～1.5之间)，控制硅当量在4.0以上和合适的如下生产工艺：按照纯净钢冶炼并连铸成坯；对连铸坯进行加热，均热温度控制在1200～1250℃，在炉时间2～4h；进行热轧并卷取：控制粗轧道次为6～8次，控制精轧入口温度为950～990℃，终轧温度为810～850℃，卷取温度为650～680℃；进行常化，控制常化均热温度在750～850℃，通板速度为30～40m/min；进行酸洗，控制酸洗温度在80～100℃，酸洗时间在3～5min；进行冷轧：控制总的压下率不低于60％，控制成品厚度在1.0±0.03mm；进行连续退火：脱碳温度为800～850℃，露点温度为25～35℃，退火温度为720～780℃，均热时间为60～90s，气氛为常规的H₂+N₂混合气；按照常规进行冷却、涂层及精整。由此，能获得磁性能P_10/50≤5.0W/kg，B₅₀₀₀≥1.60T，铁损各向异性≤9％，又可以使屈服强度≥600MPa，低周疲劳强度≥420MPa，成品厚度在1.0±0.03mm，厚度同板差≤30μm，满足大型发电机转子用无取向电工钢的要求。

再例如：公开号为CN10794620A，公开日为2018年5月1日，名称为一种屈服强度≥600MPa高速电机转子用无取向硅钢及生产方法的中国专利文献，公开了一种屈服强度为600MPa级别的高速转子用无取向硅钢及其制造方法。权利要求项中列出了钢的化学成分按重量百分比计为：C：0.001～0.003％，Si：2.6～3.4％，Mn：0.20～0.60％，P≤0.005％，S≤0.005％，Als：0.75～0.95％，N：0.002～0.006％，Nb：0.053～0.20％，其余为铁及残余含量。此外，还需要同时满足，4.5％≤Si+2Als-0.5Mn+2.92P≤5.0％，固溶铌含量0.04％≤Nb％≤0.08％，且Nb％＝(Nb/93-C/12-N/14)×100，1≤N/C≤3。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，控制均热温度在1100～1140℃，在炉时间2～4h；进行常规的粗轧及精轧，并控制热轧结束后的板厚为2.10±0.05mm；进行常化时，控制常化均热温度在840～940℃，优选为860～920℃，保温时间为20～60s；常化钢卷经过酸洗之后进行冷轧，冷轧成品厚度不超过0.35mm；然后，进行连续退火，控制均热温度在780～820℃，均热时间在60～120s，气氛为纯干N₂。最终得到了在不超过0.35mm成品厚度时，成品钢卷的机械性能为屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥700MPa，且铁损P_1.0/400≤35W/kg，磁感B₅₀₀₀≥1.60T。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种磁性能优良的高强度无取向电工钢板，该无取向电工钢板通过优化钢的化学成分，采用新的化学成分设计，其抗拉强度≥600MPa，铁损P_10/400≤12.0W/kg，磁感B₅₀≥1.62T，不仅具有优异的机械强度，还具有高磁感和低铁损的特性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种磁性能优良的高强度无取向电工钢板，其除了Fe以外还含有质量百分比如下的下述化学元素：

C：0.0020～0.0045％、Si：2.5～3.5％、Mn：0.8～2.0％、Al：0.6～1.2％、S≤0.0010％、O≤0.003％、N≤0.003％，且满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％。其中，式中Si、Al和Mn均分别表示其各自对应元素的化学元素质量百分比。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，其各化学元素质量百分比为：

C：0.0020～0.0045％、Si：2.5～3.5％、Mn：0.8～2.0％、Al：0.6～1.2％、S≤0.0010％、O≤0.003％、N≤0.003％，余量为Fe及其他不可避免的杂质；且满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％。其中，式中Si、Al和Mn均分别表示其各自对应元素的化学元素质量百分比。

在本发明所述的磁性能优良的高强度无取向电工钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：

C：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，C元素能够明显地改善成品钢板机械强度。需要说明的是，当钢中C元素含量低于0.0020％时，则起不到良好的机械强度改善效果；而若钢中C元素含量高于0.0045％时，则又容易与Nb、V、Ti等有害元素结合，从而形成大量有害的微细夹杂物，导致成品钢板的磁损耗增加。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，控制C元素的质量百分比在0.0020～0.0045％之间。

Si：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，Si元素能同时影响成品钢板的电磁性能和机械性能。但需要注意的是，若钢中Si元素含量高于3.5％时，则会显著劣化成品钢板的磁感，降低冷轧可轧性；而若钢中Si元素含量低于2.5％时，则又起不到良好的降低铁损和提高机械强度的效果。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，控制Si元素的质量百分比在2.5～3.5％之间。

Mn：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，Mn元素可以与S元素结合形成MnS，从而有利于控制夹杂物形态、数量，有效减少对磁性能的危害。为了保证Mn元素能有效起到作用，钢中需要添加0.8％以上的Mn，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％，不仅容易破坏成品钢板的再结晶有利织构，还会大幅增加钢的制造成本。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中控制Mn元素的质量百分比在0.8～2.0％之间。

Al：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，Al元素能够明显提高材料的电阻率，改善成品钢板的铁损性能。但需要注意的是，若钢中Al元素含量低于0.6％时，则起不到良好的降低铁损作用；而若钢中Al元素含量高于1.2％时，则会显著劣化连铸钢水的可浇性。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中控制Al元素的质量百分比在0.6～1.2％之间。

S：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，钢中S元素含量不宜过高，当钢中S元素含量高于0.0010％时，会导致钢中MnS、Cu₂S等夹杂物数量大大增加，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。此外，研究发现，对于0.35mm及以下薄规格钢种，钢中S元素含量对成品钢板铁损影响很大。随着钢中S含量的降低，成品钢板的铁损可以明显得到改善，而在相同的S元素含量条件下，随着成品钢板厚度的减薄，S其对成品钢板铁损的影响程度在迅速增加。因此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，有必要严格控制S的质量百分比为S≤0.0010％。

O：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，钢中O元素含量同样不宜过高，当钢中O元素含量高于0.003％时，会使含氧夹杂物数量大大增加，强烈阻碍成品钢板的晶粒长大，恶化成品钢板的电磁性能。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，控制O元素的质量百分比为O≤0.003％。

N：在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，钢中N元素含量不宜过高，当钢中N元素含量超过0.003％时，会使N的Nb、V、Ti、Al夹杂物显著增加，从而强烈阻碍成品钢板的晶粒长大，恶化成品钢板的电磁性能。基于此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，控制N元素的质量百分比为N≤0.003％。

此外，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，在控制单一化学元素含量的同时，还需要控制Si、Al和Mn元素满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％，其中，式中Si、Al和Mn均分别表示其各自对应元素的化学元素质量百分比。需要说明的是，若钢中Si、Al和Mn元素三者的化学元素质量百分比之和低于4.8％时，则起不到很好的降低铁损效果；而若钢中Si、Al和Mn元素三者的化学元素质量百分比之和超过6.2％时，则在冷轧轧制过程中稳定性较差，容易造成断带制约生产。因此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，控制Si、Al和Mn元素满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，在其他不可避免的杂质中，Nb+V+Ti≤0.0025％。其中，式中Nb、V和Ti均分别表示其各自对应元素的化学元素质量百分比。

在上述技术方案中，在其他不可避免的杂质中，可以控制Nb、V和Ti元素满足Nb+V+Ti≤0.0025％。这是因为：Nb、V和Ti元素均是强烈的C、N化物形成元素。若钢中Nb、V和Ti元素三者的化学元素质量百分比之和高于0.0025％时，则会使钢中C、N的Nb、V、Ti和Al夹杂物大大增加，会强烈阻碍成本品钢板的晶粒长大，恶化成品钢板的电磁性能。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，还包括Sb和Sn的至少其中之一，且二者总含量为0.005％～0.20％。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，Sb+Sn含量为0.01％～0.15％。其中，式中Sb、Sn均分别表示其各自对应元素的化学元素质量百分比。

在本发明所述的技术方案中，本发明所述的高强度无取向电工钢板中还可以包括Sb和Sn的至少其中之一。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，均能够抑制成品钢板在热处理过程中的表面渗氮、渗氧。因此，钢中可以添加0.005％或以上的Sb、Sn元素；但需要注意的是，当钢中Sb和Sn二者总含量之和高于0.20％时，则会导致成品晶粒严重细化，恶化成品钢板的电磁性能。因此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，可以控制Sb和Sn二者总含量在0.005％～0.20％之间。

当然，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和Sn二者总含量可以控制在0.01％～0.15％之间。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，还包括Ca、Mg和REM的至少其中之一，且三者总含量为0.0003％～0.0035％。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，Ca+Mg+REM的含量为0.0005％～0.0025％。

在本发明所述的技术方案中，本发明所述的高强度无取向电工钢板中还可以包括Ca、Mg和REM的至少其中之一。需要说明的是，Mg、Ca和REM均具有强烈的脱氧、脱硫能力，均能够形成大颗粒夹杂物并促进上浮、去除，同时还能够抑制微细的硫化物析出，对提高钢质洁净度非常有利。因此，钢中可以添加0.0003％或以上的Ca、Mg和REM；但需要注意的是，当钢中Mg、Ca、REM三者总含量高于0.0035％时，会大大增加钢的生产制造成本，同时也不利于连铸浇铸稳定。因此，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，可以控制Ca、Mg和REM三者总含量在0.0003％～0.0035％之间。

当然，在一些优选的实施方式中，为了得到更优的实施效果，钢中Ca、Mg和REM三者总含量可以控制在0.0005％～0.0025％之间。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，其厚度≤0.35mm。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，其厚度≤0.27mm。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，其沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸为110～230μm。

进一步地，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，其抗拉强度≥600MPa，铁损P_10/400≤12.0W/kg，磁感B₅₀≥1.62T。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种磁性能优良的高强度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高强度无取向电工钢板，其抗拉强度≥600MPa，铁损P_10/400≤12.0W/kg，磁感B₅₀≥1.62T，不仅具有优异的机械强度，还具有高磁感和低铁损的特性。

为了实现上述目的，本发明提出了上述的高强度无取向电工钢板的制造方法，包括步骤：

(1)炼钢；

(2)连铸；

(3)热轧；

(4)常化；

(5)冷轧；

(6)连续退火：自室温以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)。

在本发明所述的制造方法中，在冷轧钢板最终连续退火时，采用更为优良的快速加热连续退火。

在所述步骤(3)中，在热轧过程中，可以控制连铸坯在炉加热时间在120～360min之间，控制连铸坯开轧温度在1050～1150℃之间，分2～8个道次完成热轧终轧，终轧、卷取温度分别为650～950℃和500～850℃，热轧成品钢板厚度可以控制在1.2～2.8mm之间。

在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)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，由于限于快速加热设备基建投资费用较高且能源介质消耗太大，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℃以上的温度开始将冷轧钢板加热升温至T_终。

需要说明的是，在步骤(6)中，控制快速加热和升温终点目标温度为T_终＝T_居里温度+(20～50℃)，主要是考虑得到在进行快速加热时，冷轧钢板的再结晶显微组织与常规的采用燃气和电慢速加热有着很大差异和区别，由于储能较大和再结晶组织不完善，以及平均晶粒尺寸偏小等特点，对经过连续退火之后成品钢板的机械性能有明显的改善作用。如果目标温度T_终太低，则成品钢板的纤维组织发达，不能获得更多的有利织构，因此，不利于在消除应力退火之后获得良好的铁损；而若目标温度T_终太高，则成品钢板的晶粒组织发达，细晶强化效果差，不利于在连续退火之后获得良好的机械性能。

此外，为了获得最佳的连续退火成品钢板机械强度，以及消除应力退火成品钢板铁损改善效果，还需要严格控制且匹配好相应的冷轧钢板升温速率需要控制加热速度在50～5000℃/s之间，同样，限于快速加热、升温的电磁感应设备基建投资费用高，以及其工作时的能源介质消耗较大，优选的，在某些实施方式中可以控制加热速度在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。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，自250℃以上的温度开始将冷轧钢板加热升温至T_终。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，加热升温的速度为80～1000℃/s。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中，常化退火均热温度为820～980℃，并且/或者常化退火均热时间为1～10min。

在本发明所述的制造方法中，在所述的步骤(4)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。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，RH精炼脱碳结束之后，依次采用Si、Al复合脱氧；同时采用投入法或喷吹法对钢液进行深脱硫。其中RH精炼钢液深脱硫效率控制范围为66.7％～83.3％。

在本发明所述的制造方法中，在所述步骤(1)中，可以将高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后，与适量废钢按照比例进行搭配入炉，然后经顶底复吹转炉冶炼之后，依次在RH精炼过程进行深脱碳，Si和Al复合脱氧、合金化以调整钢液化学成分。

需要说明的是，在RH精炼脱氧、合金化之后，可以采用投入法或喷吹法对钢液进行深脱硫，严格限制钢中的O、S、N和Nb、V、Ti等元素含量以满足发明设计要求。在本发明设计中，对S元素含量的控制至关重要。本发明所述的高强度无取向电工钢板在高Si、高Al成分设计中，引入了高Mn的成分设计，因此钢中的有害夹杂物以S化物为主，其尺寸细小，且数量众多，对后续连续退火过程的晶粒长大，尤其是消除应力退火过程的晶粒长大，具有很强的抑制作用，会直接导致了成品钢板的铁损出现劣化。

为了获得较低的S含量，需要在上述RH精炼脱氧、合金化之后，采用投入法或喷吹法进行钢液深脱硫，并对钢液的深脱硫效率加以限制。这主要是考虑到，钢液深脱硫之前的S含量不能太高，否则会因此而加入更多的CaO基碱性脱硫剂，并直接导致耐材侵蚀、溶损和促进Al、Si与之产生化学反应，从而会生成大量的氧化物夹杂物，最终劣化成品钢板的电磁性能；钢液深脱硫之前的S含量不能太低，否则会因此制约高炉铁水、转炉炼钢生产能力，大大增加冶炼环节生产难度，并直接导致生产物流不畅和钢的制造成本增加。综合考虑实际情况，将RH精炼过程钢液深脱硫效率限制在了66.7％～83.3％。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)和步骤(6)之间还依次包括中间退火和第二次冷轧。

在上述技术方案中，需要说明的是，经过步骤(4)常化后的钢卷在随后的冷轧过程中，不仅可以一次性轧制成目标钢板厚度，在某些的实施方式中，为了获得更好的成品钢板电磁性能，也可以在步骤(5)和步骤(6)之间依次补充中间退火和第二次冷轧步骤，采用“冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火”的工艺方式完成冷轧和连续退火生产。

本发明所述的磁性能优良的高强度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：

本发明所述的磁性能优良的高强度无取向电工钢板通过优化钢的化学成分，采用新的化学成分设计配合生产工艺，可以有效改善钢的洁净度，调节钢的组织结构，并在冷轧钢板最终连续退火时，采用更为优良的快速加热连续退火。该发明能够进一步减轻炼钢生产对有害元素和夹杂物控制难度，有效缓解高Si、高Al成分设计的钢板冷轧可轧性问题，明显提高连续退火设备的生产效率和关键耐材的使用寿命。

本发明所述的磁性能优良的高强度无取向电工钢板抗拉强度≥600MPa，铁损P_10/400≤12.0W/kg，磁感B₅₀≥1.62T，该高强度无取向电工钢板不仅具有优异的机械强度，还具有高磁感和低铁损的特性。

此外，本发明所述的磁性能优良的高强度无取向电工钢板性能优异，其可以作为铁芯原材料，制备铁芯，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示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的Nb+V+Ti含量与消除应力退火之后磁感B₅₀的关系。

图2示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的0.27mm成品钢板消除应力退火之后S元素含量与铁损P_10/400的关系。

图3示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的0.30mm成品钢板消除应力退火之后平均晶粒尺寸与铁损P_10/400的关系。

图4为实施例5的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

图5为实施例7的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

图6为实施例9的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

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磁性能优良的高强度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1-9和对比例1-5

表1-1和表1-2列出了实施例1-9的高强度无取向电工钢板和对比例1-5的对比钢中各化学元素质量百分比。

表1-1.(wt％，余量为Fe和除Nb、V和Ti以外其他不可避免的杂质)

表1-2.(wt％)

编号	Si+Al+Mn	Nb+V+Ti	Sb+Sn	Mg+Ca+REM
					1	4.83	0.0022	0.005	0.0007
2	5.61	0.0014	0.02	0.0015
					3	6.06	0.0023	0.008	0.0003
4	5.37	0.0025	0.13	0.0011
					5	5.02	0.0025	0.09	0.0027
6	6.16	0.0024	0.09	0.0033
					7	4.87	0.0025	0.12	0.0034
8	5.54	0.0023	0.08	0.0024
					9	5.66	0.0023	0.2	0.0019
1	<u>4.71</u>	0.0024	0	0
					2	<u>6.78</u>	0.0024	0.08	0.0026
3	5.28	<u>0.0030</u>	0.16	0.0014
					4	5.38	0.0023	0.10	0.0031
5	6.74	<u>0.0027</u>	0.04	<u>0.0043</u>

注：Si+Al+Mn表示Si、Al和Mn元素的化学元素质量百分比之和；Nb+V+Ti表示Nb、V和Ti元素的化学元素质量百分比之和；Sb+Sn表示Sb元素和Sn元素的化学元素质量百分比之和；Mg+Ca+REM表示Mg、Ca和REM的化学元素质量百分比之和。

本发明所述实施例1、实施例6和实施例9的高强度无取向电工钢板以及对比例5的对比钢均采用以下步骤制得：

(1)按照表1-1和表1-2所列举的各化学成分配比冶炼炼钢：高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后，与适量废钢按照比例进行搭配入炉，然后经顶底复吹转炉冶炼之后，在RH精炼过程进行深脱碳；RH精炼脱碳结束之后，依次采用Si、Al复合脱氧；同时采用投入法或喷吹法对钢液进行深脱硫。其中RH精炼钢液深脱硫效率控制范围为66.7％～83.3％；

(2)连铸：连铸后可以得到170～250mm厚、800～1400mm宽的铸坯；

(3)热轧：控制连铸坯在炉加热时间在120～360min之间，控制连铸坯开轧温度在1050～1150℃之间，分2～8个道次完成热轧终轧，终轧、卷取温度分别为650～950℃和500～850℃，热轧成品钢板厚度可以控制在1.2～2.8mm之间；

(4)常化：控制常化退火均热温度为820～980℃，控制常化退火均热时间为1～10min；

(5)冷轧；

(6)连续退火：自室温或250℃以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度，快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)，其中优选控制加热升温的速度在80～1000℃/s之间。

本发明所述实施例2-5以及实施例7、实施例8的高强度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)按照表1-1和表1-2所列举的各化学成分配比冶炼炼钢：高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后，与适量废钢按照比例进行搭配入炉，然后经顶底复吹转炉冶炼之后，在RH精炼过程进行深脱碳；RH精炼脱碳结束之后，依次采用Si、Al复合脱氧；同时采用投入法或喷吹法对钢液进行深脱硫。其中RH精炼钢液深脱硫效率控制范围为66.7％～83.3％；

(2)连铸：连铸后可以得到170～250mm厚、800～1400mm宽的铸坯；

(3)热轧：控制连铸坯在炉加热时间在120～360min之间，控制连铸坯开轧温度在1050～1150℃之间，分2～8个道次完成热轧终轧，终轧、卷取温度分别为650～950℃和500～850℃，热轧成品钢板厚度可以控制在1.2～2.8mm之间；

(4)常化：控制常化退火均热温度为820～980℃，控制常化退火均热时间为1～10min；

(5)冷轧；

(6)中间退火；

(7)第二次冷轧；

(8)连续退火：自室温或250℃以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)，其中优选控制加热升温的速度在80～1000℃/s之间。

需要说明的是，在本发明中，实施例1、实施例6和实施例9的高强度无取向电工钢板以及对比例5的对比钢均采用“冷轧+连续退火”一次轧制而成；而实施例2-5以及实施例7、实施例8的高强度无取向电工钢板和对比例1-4的对比钢均采用“冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火”方式轧制而成。

此外，需要注意的是，实施例1-9的高强度无取向电工钢板的化学成分及其相关工艺参数均满足本发明设计规范控制要求。而对比例1-5的对比钢的化学成分均存在未能满足本发明设计的要求的参数。

表2列出了实施例1-9的高强度无取向电工钢板和对比例1-5的对比钢的制造方法的具体工艺参数。

表2-1.

注：“√”表示制造过程中采用了中间退火，即在冷轧和连续退火之间还进行了中间退火和第二次冷轧，采用了“冷轧+中间退火+二次冷轧+连续退火”的工艺；“×”表示制造过程中未采用中间退火，即采用“冷轧+连续退火”一次轧制而成。

对最终得到的实施例1-9的高强度无取向电工钢板和对比例1-5的对比钢进行观察，并对相关各项性能进行测试，将观察及相关性能测试得到的结果列于表3中。

表3列出了实施例1-9的高强度无取向电工钢板和对比例1-5的对比钢的观察及相关性能测试结果。

表3.

由表3可看出，实施例1-9的高强度无取向电工钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸均在110～230μm之间，且最终得到的成品高强度无取向电工钢板性能优异，其抗拉强度均≥600MPa，铁损P_10/400均≤12.0W/kg，磁感B₅₀均≥1.62T，不仅具有很高的机械强度，还具有优异的电磁性能。

在本发明中，实施例1-9的高强度无取向电工钢板性能明显大大优于对比例1-5的对比钢。

在对比例1中，在化学成分设计过程中，不符合本发明设计规范控制要求。对比例1的对比钢中并未添加Sb、Sn、Mg、Ca和REM，同时，对比例1中Si、Mn和Al元素三者化学元素质量百分比之和Si+Mn+Al为4.71％，低于本发明设计要求下限4.8％，且RH精炼过程深脱硫效率只有55.0％，低于本发明设计要求下限66.7％，而在冷轧钢板进行连续退火时，仅采用了常规的燃气和(或)电能对冷轧钢板进行慢速加热升温。因此，在对比例1中，经过连续退火之后的成品钢板抗拉强度仅为535MPa，成品钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸仅为95μm，铁损P_10/400为13.7W/kg，磁感B₅₀为1.61T，其性能明显劣于实施例1-9的高强度无取向电工钢板。

在对比例2中，其在化学成分设计过程中，不符合本发明设计规范控制要求。对比例2的对比钢中C含量为0.0009％，Si含量为3.85％，Mn含量为2.29％，S含量为0.0018％，均低于或者高于本发明设计要求限制范围。同时，对比例2中，Si、Mn和Al元素三者化学元素质量百分比之和Si+Mn+Al为6.78％，高于本发明设计要求上限6.2％，且RH精炼过程深脱硫效率只有53.5％，低于本发明设计要求下限66.7％，而在冷轧钢板进行连续退火时，仅采用了常规的燃气和(或)电能对冷轧钢板进行慢速加热升温。因此，在对比例2中，经过连续退火之后的成品钢板抗拉强度仅为545MPa，成品钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸为258μm，铁损P_10/400为12.7W/kg、磁感B₅₀为1.60T，其性能明显劣于实施例1-9的高强度无取向电工钢板。

在对比例3中，其在化学成分设计过程中，不符合本发明设计规范控制要求。对比例3的对比钢中C含量为0.0051％，Al含量为1.82％，均低于或者高于本发明设计要求限制范围。同时，在对比例3中，Si、Mn和Al元素三者化学元素质量百分比之和Si+Mn+Al为0.0030％，高于本发明设计要求上限0.0025％，且RH精炼过程深脱硫效率高达91.7％，高于本发明设计要求上限83.3％，而在冷轧钢板进行连续退火时，仅采用了常规的燃气和(或)电能对冷轧钢板进行慢速加热升温。因此，在对比例3中，经过连续退火之后的成品钢板抗拉强度仅为582MPa，成品钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸为153μm，铁损P_10/400仍然高达13.1W/kg、磁感B₅₀仍然为1.61T，其性能明显劣于实施例1-9的高强度无取向电工钢板。

在对比例4中，钢的化学成分设计虽然符合本发明设计规范控制要求，但在其相关工艺参数中存在不符合本发明设计要求的参数。在该对比例中，在常化步骤中，控制常化温度为780℃，低于发明设计要求下限820℃。此外，对比例4在连续退火过程中，虽然也采用了快速加热方式对带钢进行快速升温，但由于其居里点温度为760℃，因此，当带钢从250℃起的起始温度，以400℃/s升温速率快速升温至860℃时，退火结束温度T_终高于居里温度T_居里温度的上限50℃以上。从而在本对比例4中，对于0.30mm厚度产品而言，经过连续退火之后的成品钢板抗拉强度为632MPa，成品钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸为104μm，铁损P_10/400仍然高达13.5W/kg、磁感B₅₀仍然为1.62T，其性能明显劣于实施例1-9的高强度无取向电工钢板。

在对比例5中，其在化学成分设计过程中，不符合本发明设计规范控制要求。对比例5的对比钢中Al含量高达1.47％，导致Si+Mn+Al达到6.74％，已超出发明设计6.2％上限，同时，Nb+V+Ti含量也超标，达到了0.0027％，钢液经过镁、钙、稀土处理之后，三者含量超标，达到了0.0043％，超出了发明设计要求上限0.0035％。后续，RH精炼生产工艺正常，脱硫效率为66.7％，按照发明设计要求进行常化，并从室温起，将0.27mm厚度带钢以600℃/s升温速率，快速升温至820℃时，完全符合控制要求。在对比例5中，成品钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸高达243μm，从而导致抗拉强度只有585MPa，铁损P_10/400仍然高达12.8W/kg、磁感B₅₀仍然低至1.60T，其性能明显劣于实施例1-9的高强度无取向电工钢板。

图1示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的Nb+V+Ti含量与消除应力退火之后磁感B₅₀的关系。

如图1所示，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，钢中Nb、V和Ti元素三者的化学元素质量百分比之和Nb+V+Ti与钢板的磁感基本呈线性变化关系。在图1中，随着横坐标Nb+V+Ti含量的增加，纵坐标上钢板的磁感直线降低，而在钢中Nb、V和Ti元素三者的化学元素质量百分比之和达到0.0025％或以上时，钢板的磁感会低于1.62T。

图2示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的0.27mm成品钢板消除应力退火之后S元素含量与铁损P_10/400的关系。

如图2所示，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，就厚度为0.27mm的成品钢板而言，钢中S元素含量会显著劣化钢板的铁损。随着S含量升高，钢板的铁损呈快速升高趋势，当钢中S元素含量达到0.0010％或以上时，钢板的铁损会达到或者超出12.0W/kg。这种变化趋势一直持续到S含量达到0.0016％，之后，随着S含量的进一步升高，钢板的铁损能够保持基本稳定，变化幅度不大。

图3示意性地显示了本发明所述的高强度无取向电工钢板中的0.30mm成品钢板消除应力退火之后平均晶粒尺寸与铁损P_10/400的关系。

如图3所示，在本发明所述的高强度无取向电工钢板中，为了获得优良的钢板铁损性能，必须将钢板的晶粒尺寸限制在合适的取值范围。就厚度为0.27mm的成品钢板而言，在图3中，随着连续退火和消除应力退火的进行，钢板逐渐完成了纤维组织的再结晶和晶粒尺寸的不断长大，此时，钢板的铁损明显得以改善，逐渐降低并达到12.0W/kg或以下。此后，随着平均晶粒尺寸的进一步长大，当平均晶粒尺寸在110～230μm之间的范围内时，钢板的铁损能够保持基本稳定。这主要是因为钢板的涡流损耗、磁滞损耗综合作用效果相当所致。随着晶粒尺寸的进一步增加，则涡流损耗开始明显增加，而磁滞损耗基本不再降低，从而导致钢板的铁损再次出现升高、劣化现象。

图4为实施例5的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

图5为实施例7的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

图6为实施例9的高强度无取向电工钢板的显微组织图。

结合图4、图5和图6可以看出，就实施例5、实施例7和实施例9而言，采用本发明设计规范控制要求制得的三个实施例的高强度无取向电工钢板中，沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸均在110～230μm之间。

需要注意的是，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 (15)

1.一种磁性能优良的高强度无取向电工钢板，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：0.0020～0.0045％、Si：2.5～3.5％、Mn：0.8～2.0％、Al：0.6～1.2％、S≤0.0010％、O≤0.003％、N≤0.003％，且满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％；

所述高强度无取向电工钢板沿平行轧制方向上的平均晶粒尺寸为110～230μm；

所述高强度无取向电工钢板的抗拉强度≥600MPa，铁损P_10/400≤12.0W/kg，磁感B₅₀≥1.62T；

所述高强度无取向电工钢板在其连续退火步骤中，自室温以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)。

2.如权利要求1所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，其各化学元素质量百分比为：

C：0.0020～0.0045％、Si：2.5～3.5％、Mn：0.8～2.0％、Al：0.6～1.2％、S≤0.0010％、O≤0.003％、N≤0.003％，余量为Fe及其他不可避免的杂质；且满足Si+Al+Mn：4.8～6.2％。

3.如权利要求1或2所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，在其他不可避免的杂质中，Nb+V+Ti≤0.0025％。

4.如权利要求1或2所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，还包括Sb和Sn的至少其中之一，且二者总含量为0.005％～0.20％。

5.如权利要求4所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，Sb+Sn含量为0.01％～0.15％。

6.如权利要求1或2所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，还包括Ca、Mg和REM的至少其中之一，且三者总含量为0.0003％～0.0035％。

7.如权利要求6所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，Ca+Mg+REM的含量为0.0005％～0.0025％。

8.如权利要求1或2所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，其厚度≤0.35mm。

9.如权利要求8所述的高强度无取向电工钢板，其特征在于，其厚度≤0.27mm。

10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的高强度无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：

(1)炼钢；

(2)连铸；

(3)热轧；

(4)常化；

(5)冷轧；

(6)连续退火：自室温以上的温度开始，将冷轧钢板以50～5000℃/s的速度快速加热升温至T_终＝T_居里温度+(20～50℃)。

11.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，自250℃以上的温度开始将冷轧钢板加热升温至T_终。

12.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，加热升温的速度为80～1000℃/s。

13.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(4)中，常化退火均热温度为820～980℃，并且/或者常化退火均热时间为1～10min。

14.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(1)中，RH精炼脱碳结束之后，依次采用Si、Al复合脱氧；同时采用投入法或喷吹法对钢液进行深脱硫，其中RH精炼钢液深脱硫效率控制范围为66.7％～83.3％。

15.如权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)和步骤(6)之间还依次包括中间退火和第二次冷轧。

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