CN115176044B - 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，所述钢板包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质。所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于表层部里面的中心部，中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，中心部的平均晶粒为70至300μm。

Description

无取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明的一个实施例涉及无取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例涉及一种适当地加入Si、Sn，并通过氮化改善织构，从而改善磁性的无取向电工钢板及其制造方法。
背景技术
无取向电工钢板用作电动机、发电机等旋转设备和小型变压器等静止设备的铁芯材料，对确定电气设备的能效起到重要的作用。
电工钢板的典型特性例如有铁损和磁通密度，铁损越低越好，而磁通密度越高越好，因为铁芯通电产生磁场时，铁损越低越能降低发热而消耗的能量，磁通密度越高，相同能量产生的磁场越大。
最近的电气设备出于高效率和小型化的目的在高频区域的使用正在增加，特别是对于电动汽车等环保车辆的驱动电动机，强烈要求提高400Hz以上的高频区域中的磁性，随着速度的增加，几千赫至几十千赫的铁损也变得很重要。对于汽车用电动机，高频和低频铁损均良好，就特别好。
为了降低高频铁损，加入电阻率大的合金元素Si、Al、Mn等，这种方法虽然降低铁损，但是存在饱和磁通密度也降低的问题。另外，如果Si的加入量过高，则加工性降低，冷轧变得困难，从而导致生产性降低，Al、Mn等的加入量越多，轧制性也越低，存在硬度增加且加工性也降低的问题。
另外，在6.5重量％以上的硅钢板的情况下，由于冷加工性下降，无法通过一般的冷轧来生产，需要采用渗硅法等。此外，还有一种制造方法是制成板厚变得非常薄，但是钢板越薄，生产成本越增加，而且在制作电动机时，由于制作本身困难和层叠数的增加，生产成本也会增加。
为了改善磁通密度和铁损，还提出了改善织构的方法。已经提出一种方法，通过实施退火，使得在冷轧钢板的表面(100)晶粒选择性生长，以使退火板的表面形成为(100)[0vw]晶体取向。在下文中，晶体取向用米勒指数(Miller index)表示。当晶体取向表示为{hkl}<uvw>或(hkl)[uvw]时，{hkl}是平行于表面取向的晶面的晶面指数，<uvw>表示平行于轧制方向的晶体方向。H、k、l、u、v、w是整数。在该技术中，晶粒尺寸均大于厚度，从而具有贯穿厚度的结构。
在无取向电工钢板中，电动机机芯等复杂形状是通过冲压(punching)加工制成，因此如果晶粒尺寸过大，则加工性会变得非常差。
另外，还提出了一种方法，用于在金属板材表面形成平行于金属板材面的{100}面。该方法是一种金属板材的表面上形成{100}面的方法，其包含：热处理步骤，减少金属板材的内部区域和表面区域中至少一个区域的氧或者将所述金属板材与外部氧阻隔，以在奥氏体相稳定的温度下对金属板材进行热处理；以及相变步骤，使所述热处理后的金属板材相变为铁素体相。该方法需要阻隔外部的氧，因此需要工业上很难实施的真空热处理，而且需要很多热处理时间，是一种工业上很难成功的工艺。
然而，铁损可以表示为磁滞损耗、涡流损耗和异常涡流损耗之和，在高频特性的情况下，由于涡流损耗的比例增加，需要控制对磁滞损耗很重要的织构以外的其他方法。
对涡流损耗产生很大影响的因素有电阻率、板厚、晶粒尺寸。钢板的电阻率和板厚如上所述。对于晶粒尺寸，当晶粒尺寸减小时，涡流损耗会降低。然而，随着晶粒尺寸减小，磁滞损耗反而会增加。因此，设定了最佳的晶粒尺寸。
考虑到基于频率的铁损，通常高频电动机用钢板的最佳晶粒尺寸小于一般的低频的最佳晶粒尺寸。
另外，当频率增加时，由于趋肤深度(skin depth)效应，涡流主要形成在表面，因此需要表面晶粒微细化或增加表面电阻率。当高频电流流动时，电流会集中到导体的表面，将表面电流的1/e(36.5％)流过的深度称为趋肤深度。
δ＝(2ρ/μω)^0.5～503.3*(ρ/μrf)^0.5
δ：趋肤深度[m]，ρ：电阻率[Ωm]，μr：相对磁导率，f：频率
对含硅的铁，大致的趋肤深度在50Hz下约为200μm，但是400Hz下约为100μm，2000Hz下约为35μm，趋肤深度变浅。
因此，当使表层部晶粒变小时，涡流损耗会减小，从而妨碍高频下表面上形成涡流，可以改善高频铁损。此外，通过使中心部晶粒变大来降低磁滞损耗，从而可以降低铁损，特别是可以改善低频铁损或者至少可以防止劣化。
作为改善高频特性的方法，已知的方法是在钢板表层部形成自钢板表面的深度氮化物和/或内部氧化物的平均粒径和板厚截面中的面积率限制在规定范围内的氮化物和/或内部氧化物含有层，并将氮化物和/或内部氧化物含有层以外的区域中存在的氮化物和内部氧化物的板厚截面中的面积率和钢板的平均晶粒直径D限制在规定范围内。然而，据报告，在该方法中，通过调整退火温度、退火时间和退火环境(N2浓度、露点等)等控制氮化物和内部氧化物的生成状态或它们的平均粒径等。尤其，内部氧化物、氮化物的粒径是主要通过改变退火温度和退火时间来控制，内部氧化物含有层、氮化物含有层的生成深度是主要通过改变退火时间和退火环境来控制，板厚截面中的内部氧化物、氮化物的面积率是主要通过改变退火环境和退火温度来控制。
当如上所述利用粗大的氧化物和氮化物时，为了控制晶粒尺寸，需要大量含有，而且难以在短时间内有效地控制。
发明内容
技术问题
本发明的一个实施例中提供无取向电工钢板及其制造方法。具体地，本发明的一个实施例中提供一种适当地加入Si、Sn，并通过氮化改善织构，从而提高磁性的无取向电工钢板及其制造方法。
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：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于所述表层部里面的中心部，中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，中心部的平均晶粒为70至300μm。更具体地，中心部的平均晶粒可为70至130μm。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含C：0.005重量％以下和S：0.003重量％以下中的一种以上。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Sb：0.2重量％以下、P：0.1重量％以下中的一种以上。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Cu：0.015重量％以下、Ni：0.05重量％以下、Cr：0.05重量％以下、Zr：0.01重量％以下、Mo：0.01重量％以下和V：0.01重量％以下中的一种以上。
表层部包含氮化物，氮化物的平均粒径可为10至100nm。
中心部的平均晶粒粒径可为所述表层部的平均晶粒粒径的2倍以上。
在中心部的晶粒中，{100}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为30％以上。
在中心部的晶粒中，具有从{001}<012>取向偏离15°以下的取向的晶粒的分数可为20％以上。
对于中心部，当用取向分布函数(ODF)表示时，{001}<012>取向的强度(Intensity)可为随机(random)的7倍以上。
在中心部的晶粒中，{111}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为25％以下。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，可以满足B50/Bs≥0.84。
B50表示施加5000A/m的磁场时感应的磁通密度的大小(特斯拉)，BS表示饱和磁通密度值(特斯拉)。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其W15/50可为1.94W/kg以下，W10/1000可为43W/kg以下。
W15/50表示50Hz的频率下激励1.5特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗，W10/1000表示1000Hz的频率下激励1.0特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗。
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：对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.005％以下且0％除外，余量包含Fe和不可避免的杂质；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。
最终退火步骤中包含氮化退火步骤和晶粒生长退火步骤，为了所述氮化退火对冷轧板进行升温时，300℃至氮化退火温度为止升温速度为30℃/秒以上，氮化退火步骤中氮化量为10至80重量ppm，晶粒生长退火步骤的温度为960至1200℃。
在制造冷轧板的步骤中，最终压下率可为60至88％。
氮化退火步骤的温度可为700至850℃。
氮化退火步骤可以是在包含氨气、氮气和氢气的环境下进行退火。
发明效果
根据本发明的一个实施例，将钢中加入的合金元素中Si、Mn、Al和Sn的含量和基于氮化的析出物在厚度方向上控制成不同，以控制晶粒尺寸，从而可以制造出高频铁损良好的同时低频铁损也良好的无取向电工钢板。
另外，通过氮化和表面晶粒微细化，还可以制造出强度值良好的无取向电工钢板。
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示意图。
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：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
下面先描述无取向电工钢板的成分限制理由。
Si：2.20至4.50重量％
硅(Si)是增加电阻率降低铁损中涡流损耗的元素。如果Si的加入量过少，则难以获得低铁损特性。另一方面，如果Si的加入量过多，则有可能产生板裂。因此，Si可以包含2.5至4.0重量％。更具体地，可以包含2.70至4.80重量％。更具体地，可以包含2.90至3.50重量％。
Mn：0.50重量％以下
锰(Mn)的加入量越多，饱和磁通密度越低，而且本发明中Mn是奥氏体形成元素，因此优先不加入，以满足不引起固态相变的范围。但是，如果Si含量变高，则即使锰含量变高，不形成奥氏体的Mn量也可能增加。Mn具有增加电阻率的效果，可以改善铁损，因此优先加入一些锰，排除锰含量为0％，在不形成奥氏体的范围内，Mn含量可为0.5％以下。更具体地，Mn可以包含0.01至0.50重量％。
Al：0.001至0.500重量％
铝(Al)是增加电阻率降低涡流损耗的元素，但是随着Al含量的增加，织构会改变。如果Al的加入量过少，就会与超微量的N发生反应，从而形成非常微细的AlN，可能会导致磁性劣化。相反地，如果Al的加入量过多，则Al氧化物会分布在表面上，Al氮化物对磁性产生不良影响，后续涂层附着性也可能变差。因此，Al可以包含0.001至0.500重量％。更具体地，可以包含0.010至0.400重量％。
Sn：0.07至0.25重量％
锡(Sn)作为晶界偏析元素，抑制氮通过晶界扩散，并抑制形成不利于磁性的{111}、{112}织构，而且增加有利于磁性的{100}和{110}织构。因此，锡是为了提高磁特性而加入的元素。如果Sn的加入量过少，则无法充分获得前述的效果。如果Sn的加入量过多，则由于抑制晶粒生长，降低磁性，可能会导致轧制性变差。因此，Sn可以包含0.070至0.250重量％。更具体地，可以包含0.100至0.230重量％。
然而，由于Sn影响氮的扩散，在本发明的一个实施例中，为了减少氮化时Sn偏析造成的氮化干扰，可以在Sn偏析前的温度下先进行氮化后，再进行晶粒生长退火。
N：0.0010至0.0090重量％
氮(N)形成细长的AlN析出物，从而抑制晶粒的生长，因此板坯中优选不加入氮，但是考虑到炼钢工艺中不可避免加入的量，板坯中也可以包含0.005重量％以下。更具体地，板坯中可以包含0.003重量％以下。更具体地，可以包含0.002重量％以下。如稍后关于制造工艺的描述，在本发明的一个实施例中，通过氮化工艺增加N含量。
因此，最终制造的无取向电工钢板中可以包含0.0010至0.0090重量％的N。如下所述，在本发明的一个实施例中，表层部和中心部的N含量可以不同，前述的N含量是指整体钢板中的平均值。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含C：0.005重量％以下和S：0.003重量％以下中的一种以上。
C：0.005重量％以下
碳(C)与Ti、Nb等结合而形成碳化物，从而导致磁性变差，从最终产品加工成电气产品后使用时，由于磁时效，铁损会变高，从而降低电气设备的效率，因此可以包含0.005重量％以下。更具体地，可以包含0.003重量％以下。
S：0.003重量％以下
硫(S)形成微细的析出物MnS和CuS，并抑制晶粒生长，从而导致磁特性恶化，因此可以尽量避免加入。可以将上限限制为0.003重量％。更具体地，可以包含0.002重量％以下。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Sb：0.2重量％以下、P：0.1重量％以下中的一种以上。
Sb和P与前述的Sn一起具有改善织构的效果，因此可以在前述的范围内进一步加入。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Cu：0.015重量％以下、Ni：0.05重量％以下、Cr：0.05重量％以下、Zr：0.01重量％以下、Mo：0.01重量％以下和V：0.01重量％以下中的一种以上。
对于Cu、Ni、Cr，其与杂质元素发生反应而形成微细的硫化物、碳化物和氮化物，从而对磁性产生不利的影响，因此限制它们的含量，Cu限制在0.015重量％以下，Ni限制在0.05重量％以下，Cr限制在0.05重量％以下。此外，Zr、Mo、V等也是较强的碳氮化物形成元素，因此优选尽量避免加入，Zr含量限制在0.01重量％以下，Mo含量限制在0.01重量％以下，V含量限制在0.01重量％以下。
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，因此省略详细描述。在本发明的一个实施例中，除了前述的合金成分以外，不排除加入附加的元素，在不损害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，代替余量的Fe中的一部分。
不可避免的杂质例如有B、Mg等，B可以控制在0.002重量％以下，Mg可以控制在0.005重量％以下。
图1中示出根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板的截面示意图。
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包含从钢板表面向内存在的表层部20和存在于表层部20里面的中心部10。
在本发明的一个实施例中，通过氮化改变中心部10和表层部20的氮含量，使氮化物集中于表层部20，从而可以防止低频铁损劣化。同时，通过表层部20的氮化物使表层部20的晶粒粒径微细化，从而可以改善高频铁损。此外，由于织构得到改善，磁通密度也会改善。
表层部20的厚度为钢板总厚度的10至20％。表层部20可以存在于钢板的两面，因此中心部10的厚度为钢板总厚度的60至80％。更具体地，表层部20的厚度可为钢板总厚度的15％。
在本发明的一个实施例中，通过氮化形成为中心部10和表层部20中的氮含量不同。具体地，中心部10可以包含0.005重量％以下的N。这与板坯中的N含量相同，表示氮化过程中氮基本上不会渗透到中心部10。
与中心部10的氮含量相比，表层部20多含有0.0010重量％以上的氮。如此，通过使氮含量不同，可以在表层部20集中形成氮化物。表层部20和中心部10中厚度方向上可以存在氮含量的梯度，前述的氮含量范围是指整个厚度上的平均。
如前所述，整体电工钢板100中可以包含0.0010至0.0090重量％的氮。
如前所述，随着表层部20被集中氮化，表层部20可以析出氮化物。具体地，氮化物的平均粒径可为10至100nm。作为氮化物可以是(Al,Si)N、(Al,Si,Mn)N或AlN。
由于表层部20的氮化物，表层部20的晶粒粒径会变得微细化，而中心部10的晶粒不会微细化，因此它们的平均晶粒粒径可以彼此不同。
具体地，表层部20的平均晶粒粒径为60μm以下，中心部10的平均晶粒为70至300μm。如此，通过将晶粒粒径控制成彼此不同，可以改善低频铁损和高频铁损。如果退火温度过高导致中心部晶粒出现异常晶粒生长，则由于意想不到的不良晶粒生长，铁损可能会恶化。因此，中心部晶粒控制在300μm以下。更具体地，中心部的平均晶粒可为70至130μm。更具体地，表层部20的平均晶粒粒径可为20至55μm，中心部10的平均晶粒可为70至120μm。晶粒粒径是指假设有一个面积与晶粒相同的圆时，该圆的直径。可以以与轧制面(ND面)平行的面为准进行测定。
中心部10的平均晶粒粒径可为表层部20的平均晶粒粒径的2倍以上。
另一方面，对于中心部10，由于织构得到改善，磁通密度也可以得到改善。
在中心部10的晶粒中，{100}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为30％以上。
在本发明的一个实施例中，通过加入Sn以及实施氮化处理，可以将该值提高到30％以上。因此，可以实现磁通密度的大幅改善。更具体地，{100}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为30至50％。
在中心部10的晶粒中，具有从{001}<012>取向偏离15°以下的取向的晶粒的分数可为20％以上。
对于中心部10，当用取向分布函数(ODF)表示时，{001}<012>取向的强度可为随机的7倍以上。
如此，随着{001}<012>取向的织构发达，圆周特性会变得非常好。更具体地，在中心部10的晶粒中，具有从{001}<012>取向偏离15°以下的取向的晶粒的分数可为20至40％。
在中心部的晶粒中，{111}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为25％以下。
以RD方向为准时，磁性最佳的取向是<100>取向，其次是<110>，最后是<111>，磁性最差。
当<100>取向沿钢板的表面方向均匀排列时，无取向电工钢板具有理想的磁性值，而沿面方向<112>取向高度发达时，磁性会变得非常差。此外，在没有相变的Si含量高的无取向电工钢板中，考虑到{112}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的体积分数，比{111}取向存在更多。这种取向也会成为轧制面方向上存在很多不利于磁性的取向的原因，因此需要降低这种取向的分数。更具体地，{111}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数可为10至25％。
如此，通过将晶粒粒径控制成彼此不同以及改善织构，可以提高磁性。根据Si含量，磁通密度除以该饱和磁通密度值，才能评价基于工艺改善的有利于磁性的织构形成程度。也就是说，在硅含量低的状态下，即使能够获得高磁通密度，也会具有铁损非常差的特性，因此应该用B50/Bs值评价具有低铁损和高磁通密度的磁性良好的织构形成程度。具体地，根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，可以满足B50/Bs≥0.84。
B50表示施加5000A/m的磁场时感应的磁通密度的大小(特斯拉)，BS表示饱和磁通密度值(特斯拉)。
Bs可以如下计算。
Bs＝2.1561-0.0413×[Si]-0.0198×[Mn]-0.0604×[Al]
[Si]、[Mn]、[Al]各自表示钢板中的Si、Mn、Al的含量(重量％)。
根据本发明的一个实施例的无取向电工钢板，其W15/50可为1.94W/kg以下，W10/1000可为43W/kg以下。
W15/50表示50Hz的频率下激励1.5特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗，W10/1000表示1000Hz的频率下激励1.0特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗。
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：对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.005％以下且0％除外，余量包含Fe和不可避免的杂质；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。
在下文中，将详细描述每个步骤。
首先，对板坯进行热轧。
至于板坯的合金成分，前述的无取向电工钢板的合金成分中已有描述，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没有实质变化，因此无取向电工钢板和板坯的合金成分实际相同。
具体地，以重量％计，板坯可以包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.005％以下且0％除外，余量包含Fe和不可避免的杂质。
板坯可以具有在固态前的温度区域不会形成奥氏体相的成分。
至于上述成分以外的附加元素，无取向电工钢板的合金成分中已有描述，因此省略重复描述。
对板坯进行热轧之前，可以加热。板坯的加热温度不受限制，但是可以将板坯加热到1050至1200℃。如果板坯的加热温度过高，则板坯中存在的氮化物、碳化物、硫化物等析出物再固溶后热轧和退火时会微细析出，从而抑制晶粒生长，可能会造成磁性降低。
接下来，对板坯进行热轧，以制造热轧板。热轧板的厚度可为2.0至2.3mm。在制造热轧板的步骤中，终轧温度可为800℃以上。具体地，可以是800至1000℃。对于热轧板，可以在700℃以下的温度下卷取。
在制造热轧板的步骤之后，还可以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900至1150℃。如果热轧板退火温度过低，则由于基体钢中含有过量的Sn，晶粒生长可能会减少。如果退火温度过高，则可能会产生表面缺陷。根据需要进行热轧板退火，以增加有利于磁性的取向，也可以省略热轧板退火。对于退火后的热轧板，可以进行酸洗。
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0.10mm至0.35mm。根据需要，冷轧步骤可以包含1次冷轧步骤或2次以上的冷轧步骤，其间进行中间退火。此时，中间退火温度可为850至1150℃。
在冷轧步骤中，可以将最终压下率调节成60％至88％。如果冷轧压下率过低，则高斯取向发达，而如果冷轧压下率过高，则{111}<112>取向高度发达，因此可以调节成前述的范围。当包含1次冷轧步骤时，1次冷轧步骤的压下率就是最终压下率，当包含2次以上冷轧步骤时，最后的冷轧中的压下率就是最终压下率。
接下来，对冷轧板进行最终退火。如前所述，在本发明的一个实施例中，通过引进氮化工艺，可以提高磁性。
具体地，最终退火步骤中包含氮化退火步骤和晶粒生长退火步骤。
为了所述氮化退火对冷轧板进行升温时，300℃至氮化退火温度为止升温速度可为30℃/秒以上。为了抑制形成{111}取向和{112}取向以及使{100}取向生长而不是高斯取向，所述Sn的适当含量、适当的冷轧压下率和升温速度非常重要。这是因为，如果提高升温速度，则抑制{111}或{112}取向的生长，因此有利于{100}取向的生长。此外，尤其更为重要的是在包含发生恢复和再结晶的温度(即300至850℃)的区域的升温速度，当升温速度为30℃/秒以上时，将会发生这种{100}取向的生长。更具体地，可以是100℃/秒以上。
氮化退火步骤的温度可为700至850℃。如果氮化处理温度过高，则由于Sn偏析或形成氧化层，氮化可能不会顺利。如果氮化处理温度过低，则扩散量可能会变得过少。更具体地，可以是750至800℃。
氮化退火步骤可以是在包含氨气、氮气和氢气的环境下进行退火。
通过氮化退火，可以将氮化量增加到10至80重量ppm。由于氮化温度低，大部分氮化物存在于表层部，但是如果氮化量过多，则低频铁损可能会恶化。如果氮化量过少，则可能没有表层部晶粒微细化效果。更具体地，氮化量可为15至50重量ppm。氮化量是以包含表层部20和中心部10的整体电工钢板100的厚度为准进行计算。
晶粒生长退火步骤可以在960至1200℃下进行。由于处在Sn的含量高而抑制晶粒生长的状态，可以在前述的范围下进行最终退火。
晶粒生长退火时间可为65秒至900秒。如果退火时间过短，则由于Sn的含量高，晶界偏析妨碍晶粒生长，晶粒尺寸可能会变小。如果退火时间过长，则连续退火可能会变得困难。此外，当退火时间变短时，经济性会变高，从提高经济性的观点上，晶粒生长退火时间可为65秒至330秒。
优选晶粒生长退火时的环境包含氢气且氧化度(PH2O/PH2)为0.015以下(其中，PH2是指氢气的分压，PH2O是指水蒸气的分压)。
另外，晶粒生长退火时可以在氮气和氢气环境下进行，可以包含51vol％以上的氢气。
最终退火后，可以形成绝缘膜。所述绝缘膜可以处理成有机膜、无机和有机复合膜，也可以用其他可绝缘的成膜剂处理。
在下文中，将通过实施例更详细地描述本发明。然而，下述实施例只是用于例示本发明，本发明不限于下述实施例。
实施例1
准备板坯，以重量％计，所述板坯包含C：0.0025％、Mn：0.07％、Al：0.028％、Si：3.4％、S：0.0015％、N：0.0005％、余量Fe和其他不可避免的杂质，并以表1的含量包含Sn。将板坯再加热到1150℃后，再热轧成2.0mm，以制造热轧钢板。对如此热轧的钢板在1100℃下实施热轧板退火100秒后，缓慢冷却至750℃，然后空冷。其后，对钢板进行酸洗，再冷轧成0.27mm。
最终退火是在氮化退火后进行晶粒生长退火，氮化退火温度和氮化量如下所述。晶粒生长温度也进行改变，如表1所示。对于晶粒生长时间，实施最终退火300秒，以制造电工钢板。此时，升温至氮化处理温度的升温速度如表1所示。
对如此制造的电工钢板测定磁性，钢板的磁性测定是利用大小为60X60mm2的单板测定装置在轧制方向和轧制垂直方向上测定后，用平均值表示。对于织构，通过EBSD测定计算了取向分数，其结果示于下表2中。
表层部是从两个表面到15％厚度的部分，中心部是表层部里面的部分。
【表1】
【表2】
如表1和表2所示，当保持较高的升温率且通过氮化控制成表层部和中心部的晶粒粒径不同时，低频铁损和高频铁损均得到改善。此外，强度也得到改善。
这带来了通过控制织构来控制低频铁损、通过中心部晶粒尺寸生长来防止低频铁损劣化以及通过表层部晶粒尺寸减小来改善高频铁损的效果，而且表层部晶粒尺寸减小和基于氮化的析出物可有助于通过增加拉伸强度来增加电动机效率。
相比之下，比较材料1至3由于没有进行氮化退火，表层部和中心部的晶粒尺寸没有得到适当地调节，磁性较差。
比较材料4由于升温速度过低，中心部晶体粒径较小，磁性较差。
比较材料5由于氮化量较少，表层部晶粒粒径较大，高频铁损较差，强度较差。
比较材料6由于氮化量过高，中心部晶粒粒径较小，磁性较差。
比较材料7由于晶体生长退火温度过高，中心部晶粒粒径变得过大，磁性和强度较差。
实施例2
准备板坯，以重量％计，所述板坯包含C：0.002％、Mn：0.3％、Al：0.04％、N：0.0005％、如表3所示改变含量的Si、Sn、余量Fe和其他不可避免的杂质。
将板坯再加热到1150℃后，再热轧成1.6mm，以制造热轧钢板。对热轧后的钢板在1100℃下实施热轧板退火100秒后，缓慢冷却至750℃，然后空冷。其后，对钢板进行酸洗，再冷轧成0.27mm。在最终退火中，下述3个比较例没有氮化，其余在780℃下进行30ppm氮化后，在氢气为95％、氮气为5％、露点为-25℃的环境(此时，氧化度PH20/PH2值为0.00076)下和1150℃下实施最终退火300秒，从而制造电工钢板。此时，从300℃升温至780℃的升温速度如表3所示。
对于附着性，通过15mmΦ弯曲试验进行评价。当不产生剥离时，表示为良好，当产生剥离时，表示为不良。
【表3】
【表4】
如表3和表4所示，当适当地包含Si、Sn且氮化量适当时，{111}减少且{100}取向增加，特别是{100}<012>值增加，进而磁通密度得到改善。
比较例8、9、10由于没有适当地包含Si、Sn且没有进行氮化退火，织构没有得到改善，磁性较差。
比较例11由于没有适当地包含Sn，织构没有得到改善，磁性较差。另外，附着性较差。
比较例12由于升温速度过低，织构没有得到改善，磁性较差。
实施例3
准备板坯，以重量％计，所述板坯包含C：0.002％、Si：3.35％、Al：0.035％、Sn：0.13％、Mn：0.3％、N：0.001％、S：0.0009％、Cu：0.007％、余量Fe和其他不可避免的杂质。
将该板坯再加热到1150℃，接着热轧成2.0mm，以制造热轧钢板。对该钢板冷轧至下表5的厚度的钢板和没有冷轧的钢板进行退火。退火条件是在1100℃下实施后缓慢冷却至750℃，然后空冷。其后，对钢板进行酸洗，再将该钢板冷轧成0.27mm，并对冷轧后的钢板进行最终退火。
在冷轧钢板的最终退火中，以40℃/s的升温率升温后，在780℃下以35ppm的氮化量进行氮化退火，然后在表5的温度下实施晶粒生长退火300秒。
【表5】
【表6】
如表5和表6所示，当适当地调节晶粒生长退火温度时，{111}减少且{100}取向增加，磁性得到改善。
相比之下，比较例13由于晶粒生长退火温度过低，织构没有得到改善，磁性较差。
比较例14由于晶粒生长退火温度过高，织构没有得到改善，磁性较差。
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。
附图标记说明
100：无取向电工钢板 10：中心部
20：表层部。

Claims (16)

1.一种无取向电工钢板，其中，
以重量％计，所述钢板包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质，
所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于所述表层部里面的中心部，
所述中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，
所述表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，所述中心部的平均晶粒为70至300μm。
2.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
还包含C：0.005重量％以下和S：0.003重量％以下中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
还包含Sb：0.2重量％以下、P：0.1重量％以下中的一种以上。
4.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
还包含Cu：0.015重量％以下、Ni：0.05重量％以下、Cr：0.05重量％以下、Zr：0.01重量％以下、Mo：0.01重量％以下和V：0.01重量％以下中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
所述表层部包含氮化物，氮化物的平均粒径为10至100nm。
6.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
所述中心部的平均晶粒粒径为所述表层部的平均晶粒粒径的2倍以上。
7.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述中心部的晶粒中，{100}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数为30％以上。
8.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述中心部的晶粒中，具有从{001}<012>取向偏离15°以下的取向的晶粒的分数为20％以上。
9.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
对于所述中心部，当用取向分布函数(ODF)表示时，{001}<012>取向的强度为随机的7倍以上。
10.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
在所述中心部的晶粒中，{111}面与轧制面所形成的角度为15°以下的晶粒的分数为25％以下。
11.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
所述钢板满足B50/Bs≥0.84，
B50表示施加5000A/m的磁场时感应的磁通密度的大小，单位为特斯拉，BS表示饱和磁通密度值，单位为特斯拉。
12.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
W15/50为1.94W/kg以下，W10/1000为43W/kg以下，
W15/50表示50Hz的频率下激励1.5特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗，W10/1000表示1000Hz的频率下激励1.0特斯拉的磁通密度时的轧制方向和轧制垂直方向的平均损耗。
13.一种无取向电工钢板的制造方法，其包含：
对板坯进行热轧以制造热轧板的步骤，以重量％计，所述板坯包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.005％以下且0％除外，余量包含Fe和不可避免的杂质；
对所述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，
所述最终退火步骤中包含氮化退火步骤和晶粒生长退火步骤，
为了所述氮化退火对所述冷轧板进行升温时，300℃至氮化退火温度为止升温速度为30℃/秒以上，
所述氮化退火步骤中氮化量为10至80重量ppm，
晶粒生长退火步骤的温度为960至1200℃。
14.根据权利要求13所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
在所述制造冷轧板的步骤中，最终压下率为60至88％。
15.根据权利要求13所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
所述氮化退火步骤的温度为700至850℃。
16.根据权利要求13所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
所述氮化退火步骤是在包含氨气、氮气和氢气的环境下进行退火。
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