CN115198203B - 一种免常化中间退火的无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种免常化中间退火的无取向电工钢板，其各化学元素质量百分含量为：0＜C≤0.004％、Si：1.0～2.6％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.2～1.6％、Ca：0.0003％～0.0035％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。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)冶炼和连铸，其中在该步骤不采用电磁搅拌；(2)热轧，其包括：粗轧、精轧、卷取和保温；其中控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃；(3)上述热轧步骤后不进行常化中间退火或罩式炉中间退火而直接进行冷轧；(4)连续退火。本发明所述的无取向电工钢板通过采用合理的化学成分和工艺设计，可以在保证较低生产成本的同时，获得高磁感和低铁损的特性。
Description
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
在现有的工业生产中，无取向电工钢的用途很广，其可以用于制作中小型电机、压缩机、EI铁芯、大型发电机、新能源汽车驱动电机等设备。相应地，根据应用环境的不同，各设备对于无取向电工钢的电磁性能要求也不相同，但通常均希望所采用的无取向电工钢的磁感越高越好、铁损越低越好。
通常情况下，无取向电工钢的牌号越低，意味着磁感就越高、铁损也越高；无取向电工钢的牌号越高，则意味着磁感越低、铁损也越低。为了使无取向电工钢同时获得高磁感、低铁损的性能，现有技术中往往通过采用向钢中加入大量的Si、Al含量，借助炼钢电磁搅拌提高连铸坯中的等轴晶率，并在热轧之后采用常化中间退火方式，以改善热轧钢卷的再结晶显微组织，采用这种改进工艺最终所获得的成品钢板的表面没有瓦棱状缺陷，且具有较高的磁感和较低的铁损。
然而，现有技术中采用的这种电磁搅拌技术和常化中间退火处理，势必会造成钢的制造成本大大增加，这对于部分无取向电工钢板而言，会大大降低产品的性价比。因此，为了进一步地降低生产成本，开发一种免常化中间退火的无取向电工钢板及其制造方法就很有现实意义。
例如：公开号为CN 103305748 A，公开日为2013年9月18日，名称为“一种无取向电工钢板及其制造方法”的中国专利文献，其公开了一种不需要常化中间退火的，高磁感、低铁损无取向电工钢板制造方法。该方法的权利要求项分别为：1)C：0.008％以下、Si：0.1％～2.0％、Al：0.1％～1.0％、Mn：0.1％～1.0％、P：0.2％以下、S：0.005％以下、N：0.005％以下、Ti：0.008％以下；2)生产工序依次为炼钢、热轧、酸洗、冷轧、退火工序。其特征在于，不包括热轧板的常化处理工序；3)热轧工序的终轧温度FDT满足如下关系：830+42(Si+Al)≤FDT≤880+23(Si+Al)；4)在所述热轧工序中，在对中间坯粗轧后到对其在F1机架精轧前的时间间隔t1控制在20s或以上，并且在对中间坯精轧后到对其进行层流冷却前的时间间隔t2控制在5s或以上。
又例如：公开号为特開2007-154271，公开日2007年6月21日，名称为“无取向电工钢板的制造方法”的日本专利文献，其公开了一种免常化中间退火处理的、电磁性能优良的无取向电工钢板制造方法。该方法的权利要求项分别为：1)C：0.008％以下、Si：1.5％～3.5％、Al：0.2％～3.0％、Si+Al：1.9％以上、Mn：0.02％～1.0％、S：0.0015％以下、N：0.0020％以下、Ti：0.008％以下；2)热轧连铸坯加热温度为1050℃～1150℃，粗轧、精轧之间中间坯温度为1050～1150℃，精轧前端温度为1050℃～1150℃，精轧末端温度为1000℃；3)精轧之后的1～7s不投入除磷水，然后，再投入除磷水直至钢卷冷却至700℃以下进行卷取。该方法借助热轧粗轧、精轧之间，投入感应加热装置以解决温度控制问题，同时，对钢中的有害元素S、N、Ti等含量加以严格限制，从而，解决了在不采用热轧常化退火处理条件下的钢板电磁性能改善问题。
再例如：公开号为特開2006-291346，公开日为2006年10月26日，名称为“磁感应强度高的无取向性电工钢板制造方法”的日本专利文献，其公开了一种高磁感无取向电工钢板的制造方法。该方法的权利要求项是：1)C：0.004％以下、Si：1.5％～3.5％、Al：0.2％～3.0％、Si+Al：1.9％以上、Mn：0.02％～1.0％、S：0.0030％以下、N：0.0030％以下，Sn+Sb：0.02％～0.4％，Ca+Mg+REM：0.0005％～0.020％；2)热轧之后常化退火，钢板平均晶粒尺寸在300μm以上；3)冷轧时，采用温轧模式，钢板温度限制在180℃～350℃之间，并且轧制时，M值在0.1～5之间，冷轧压下率为85％～93％。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种免常化中间退火的无取向电工钢板，该无取向电工钢板通过优化钢材的化学成分，并配合改进制造工艺，可以在保证较低生产成本的同时，改善钢板的质量，该无取向电工钢板具有高磁感和低铁损的特性，其铁损P10/50≤3.2W/kg，且磁感B50≥1.72T，具有十分良好的推广前景和应用价值。
为了实现上述目的，本发明提供了一种免常化中间退火的无取向电工钢板，其各化学元素质量百分含量为：
0＜C≤0.004％、Si：1.0～2.6％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.2～1.6％、Ca：0.0003％～0.0035％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的免常化中间退火的无取向电工钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的无取向电工钢板中，当钢中C元素含量高于0.004％时，则容易与Nb、V、Ti等有害元素结合，从而形成大量有害的微细夹杂物，引起成品钢板磁时效大幅增加。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中，控制C元素的质量百分含量为0＜C≤0.004％。
Si：在本发明所述的无取向电工钢板中，Si元素同样会影响成品钢板的机械性能，其可以有效降低铁损并提高钢板机械强度。为了保证Si元素能有效起到作用，钢中需要添加1.0％以上的Si。当然，钢中Si元素含量同样也不宜过高，当钢中Si元素含量高于2.6％时，则会显著劣化成品钢板的磁感，降低冷轧可轧性。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中，控制Si元素的质量百分含量在1.0～2.6％之间。
Mn：在本发明所述的无取向电工钢板中，Mn元素可以有效控制钢中硫化物夹杂物的含量。为了保证Mn元素能有效起到作用，钢中需要添加0.2％以上的Mn。此外，钢中Mn元素含量同样也不宜过高，当钢中Mn元素含量高于1.0％时，会大幅劣化成品钢板的磁感。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中控制Mn元素的质量百分含量在0.2～1.0％之间。
Al：在本发明所述的无取向电工钢板中，Al元素可以起到改善成品钢板铁损性能的作用，为了保证Al元素能有效起到作用，钢中需要加入0.2％以上的Al。当然，钢中Al元素含量同样也不宜过高，当钢中Al元素含量高于1.6％时，则会显著降低成品钢板的磁感。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中控制Al元素的质量百分比含量在0.2～1.6％之间。
Ca：在本发明所述的无取向电工钢板中，Ca元素可以起到良好的氧化类夹杂物控制效果，为了保证Ca元素的作用效果，钢中需要加入0.0003％以上的Ca，0.0003％及以上的Ca含量，已经可以有效的抑制钢中的MnS、CuxS等微细的硫化类夹杂物生成，同时，0.0003％的Ca含量也不会显著增加钢的制造成本。当然，钢中Ca元素含量同样也不宜过高，当钢中Ca元素含量高于0.0035％时，不仅会大大增加制造成本，还会同时，大幅延长在钢材冶炼过程中的RH精炼作业时间，造成冶炼过程出现较大波动。此外，随着Ca含量的逐渐增加，钢的晶粒尺寸呈倒抛物线形式变化，不利于钢的电磁性能改善，阻碍晶粒长大，恶化钢材的磁性。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中控制Ca元素的质量百分含量在0.0003％～0.0035％之间。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，各化学元素质量百分含量还满足下述各项的至少其中之一：
Si+Al：1.4～3.2％；
Si2/Mn：0.017～0.17。
在本发明所述的无取向电工钢板中，在控制单一化学元素含量的同时，还可以控制Si、Al和Mn元素满足：Si+Al：1.4～3.2％；Si2/Mn：0.017～0.17。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含量。
需要说明的是，在本发明所述的无取向电工钢板中，优选地控制Si元素和Al元素满足Si+Al：1.4～3.2％，是因为：当Si+Al含量低于1.4％时，即使在炼钢冶炼过程中不采用炼钢电磁搅拌，钢液在凝固过程中，枝晶生长的前端为自由晶，充分自然对流的缘故,这些结晶在凝固末梢能够得以有效生长，自由晶的迅速长大、增加，会在凝固前沿阻止柱状晶的生成，因而，在连铸坯低倍试样中，基本上以细小的等轴晶为主，不会形成粗大、发达的柱状晶，成品钢板表面也就不会出现瓦棱状缺陷。但是，随着Si+Al含量逐渐升高，在没有炼钢电磁搅拌的前提下，凝固末梢钢液对流不充分，自由晶的长大速度缓慢，增加的数量也很少，因此，在连铸坯低倍试样中，基本上以粗大、发达的柱状晶为主，细小的等轴晶很少。如果这部分柱状晶在热轧过程中，不能通过轧制有效破碎的话，由于遗传效应的结果，成品钢板上会生成瓦棱状缺陷。当Si+Al含量高于3.2％时，即使采用炼钢电磁搅拌，也无法有效获得合适的等轴晶比例，需要采用常化或者罩式炉中间退火的方式，促进热轧钢板晶粒尺寸之间的均匀性，以改善成品钢板表面的瓦楞状缺陷。因此，考虑到Si+Al含量对钢材性能的影响，在本发明所述的无取向电工钢板中，在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还可以优选地控制Si+Al：1.4～3.2％。
相应地，在本发明所述的无取向电工钢板中，还可以控制Si元素和Mn元素满足Si2/Mn：0.017～0.17。限制Si2/Mn含量之比的目的是，Si元素是铁素体形成元素，对连铸坯中柱状晶的生长有良好的促进作用，而Mn元素则是奥氏体形成元素，能够扩大奥氏体相区，进而，通过奥氏体、铁素体之间的转变，减少连铸坯中的柱状晶比例，能够起到改善成品钢板瓦棱状缺陷的效果。研究表明，调整钢中Si、Mn含量的数值，并将其控制在合适范围，能够在一定程度上改善成品钢板的瓦棱状缺陷。当Si2/Mn含量之比大于0.17时，在不采用炼钢电磁搅拌和不采用热轧常化中间退火或罩式炉中间退火的条件下，成品钢板上会出现明显的瓦棱状缺陷；而当Si2/Mn含量之比小于0.017时，在本发明设计要求Si元素含量大于1.0％的条件下，钢中Mn元素含量太高，会大幅改变成品钢板的机械性能，劣化成品钢板的磁感，并导致钢的制造成本大大增加。因此，在本发明所述的无取向电工钢板中，在控制单一化学元素质量百分含量的同时，还可以优选地控制Si2/Mn：0.017～0.17。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，在其他不可避免的杂质中：S≤0.0040％、O≤0.003％、N≤0.003％，P≤0.2％、Nb≤0.001％、V≤0.001％、Ti≤0.001％。
在上述技术方案中，S、O、N、P、Nb、V和Ti均是本发明所述的无取向电工钢板中不可避免的杂质元素，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低无取向电工钢板中杂质元素的含量。
S：在本发明所述的无取向电工钢板中，S是杂质元素，钢中S元素含量不宜过高，当钢中S元素含量高于0.004％时，会导致钢中的硫化物数量快速增多、尺寸细小，恶化成品钢板的电磁性能。因此，在本发明所述的无取向电工钢板中，有必要严格控制S的质量百分比为S≤0.0040％。
O：在本发明所述的无取向电工钢板中，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，会使氧的Al、Si、Ca等有害夹杂物大大增加，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：在本发明所述的无取向电工钢板中，N是杂质元素，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，从而导致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，在本发明所述的无取向电工钢板中，控制N元素的质量百分含量为N≤0.003％。
P：在本发明所述的无取向电工钢板中，钢中P元素含量不宜过高，当钢中P元素含量超过0.2％时，会显著降低冷轧轧制过程稳定性，导致冷轧钢板出现边裂、断带等异常情况。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中，控制P元素的质量百分含量为P≤0.2％。
Nb：在本发明所述的无取向电工钢板中，钢中Nb元素含量不宜过高，当钢中Nb元素的含量超过0.001％时，会使Nb的C、N等有害析出物大大增加，阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板中，控制Nb元素的质量百分含量为Nb≤0.001％。
V：在本发明所述的无取向电工钢板中，钢中V元素含量不宜过高，当钢中V元素的含量超过V≤0.001％，会使V的C、N等有害析出物大大增加，阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板，控制V元素的质量百分含量为V≤0.001％。
Ti：在本发明所述的无取向电工钢板中，钢中Ti元素含量不宜过高，当钢中Ti元素的含量超过Ti≤0.001％，会使Ti的C、N等有害析出物大大增加，阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。基于此，在本发明所述的无取向电工钢板，控制Ti元素的质量百分含量为Ti≤0.001％。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，还满足：Nb+V+Ti≤0.0025％。其中，式中的Nb、V和Ti均代入各元素对应的质量百分含量。
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、O、N化物形成元素，其会与C、O、N元素结合，生成尺寸细小、数量众多的有害夹杂物，因此，从生产控制的便利性角度出发，在本发明中希望Nb、V和Ti元素总量越低越好，并优选控制Nb+V+Ti≤0.0025％。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，还满足：0.11≤R≤0.71，其中R＝Ca/(O+1/2S)。式中，Ca、O和S均分别代入各元素对应的化学元素的质量百分含量。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，Ca的含量为0.0005％～0.0025％。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，其表面无瓦楞状缺陷。
在本发明的上述技术方案中，本发明所述的无取向电工钢板没有瓦棱状缺陷，也没有内、外氧化层缺陷，其质量十分优异。
进一步地，在本发明所述的无取向电工钢板中，其铁损P10/50≤3.2W/kg，磁感B50≥1.72T。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种免常化中间退火的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，具有高磁感和低铁损的特性，其铁损P10/50≤3.2W/kg，磁感B50≥1.72T。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的无取向电工钢板的制造方法，其包括步骤：
(1)冶炼和连铸，其中在该步骤不采用电磁搅拌；
(2)热轧，其包括：粗轧、精轧、卷取和保温；其中控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃；
(3)上述热轧步骤后不进行常化中间退火或罩式炉中间退火而直接进行冷轧；
(4)连续退火。
在本发明上述的制造方法中，在步骤(1)中，冶炼和连铸的具体工艺流程可以包括：高炉铁水→铁水预处理→转炉冶炼→RH精炼→连续浇铸。在上述步骤中，高炉铁水经过铁水预处理“三脱”之后，可以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精炼过程中进行深脱碳，脱氧、合金化以调整钢液化学成分，最后，RH精炼之后的钢液转运至连续浇铸，在不采用炼钢电磁搅拌的条件下，可以得到厚度为170～250mm、宽度为800～1400mm的连铸坯。
在本发明所述的步骤(1)中，基于钢中有害夹杂物的控制和电磁性能的改善需求，在RH精炼过程中采用加入Ca合金的方式进行钙处理，并控制钢中Ca元素的含量。合适的钙处理效果可以有效的，抑制钢中微细的硫化类夹杂物生成，改善钢中大颗粒的氧化类夹杂物组成和分布，进而可以确保连铸浇铸顺畅、稳定，电磁性能优良。
研究表明，导致连铸浇铸出现异常，出现液面波动、水口堵塞的根本原因是，钢液中存在着一定数量的大颗粒氧化类夹杂物，且以呈链条状、枝晶状的Al2O3类夹杂物为主。这类氧化物夹杂物致密、坚硬，熔点高、粘度大，在钢液浇铸过程中，随着钢液温度的降低、钢液粘度的增大，越来越不容易上浮、去除，而是悬浮、停留在钢液中，在钢液浇铸过程中，这部分氧化类夹杂物会与浸入式水口壁相碰撞，从而被其捕获后逐渐导致水口壁内径逐渐缩小，进而造成钢液浇铸时的液面波动，或者钢液浇铸的不顺畅，严重时，会产生钢质表面质量缺陷，以及连铸浇铸生产中断等问题。其中，为了确保连铸浇铸顺畅，就必须确保钙处理之后的钢液中有合适的氧化类夹杂物。这些氧化类夹杂物中以Al2O3、SiO2、MgO链状、枝晶状复合形式为主，尺寸大、熔点高、形状不规则，危害极大。
除此之外，钙处理之后，还容易生成部分CaS类有棱角的、高熔点硫化类夹杂物，它们可以单独存在，也可以和上述氧化类夹杂物复合共存，同样会造成连铸浇铸浸入式水口的堵塞。因此，为了定量的衡量钙处理之后，钢液中的氧化类夹杂物控制效果，可以控制并定义Ca元素的氧化类夹杂物指数为R＝Ca/(O+1/2S)，并可以优选控制指数R值满足0.11≤R≤0.71。
从实际控制效果出发，考虑到了Ca元素与S元素的相互作用，从其结合效果上讲，S元素的折算系数定义为1/2。当指数R值低于0.11时，则说明钢中Ca元素的加入量不足，在弱钙处理条件下，Ca元素无法对这些呈链状、枝晶状的Al2O3、SiO2、MgO复合氧化类夹杂物有效变性，减少其尺寸，降低其熔点；相反，当指数R值高于0.71时，说明钢中Ca元素的加入量太高，在强钙处理条件下，钢液中的氧化类夹杂物会以CaO·Al2O3和2CaO·Al2O3为主，加之过量的Ca元素会与S元素结合，生成为数众多的硫化类夹杂物CaS，所以，也不能从根本上解决连铸浇铸浸入式水口的堵塞问题。因此，在本发明中，可以优选地控制氧化类夹杂物指数R满足0.11≤R≤0.71。
需要说明的是，在本发明所述的步骤(2)中，由步骤(1)制得的连铸坯在经过加热炉加热进入热轧步骤之后，首先需要进行粗轧。其中，粗轧环节可以通过适当减少轧制道次，和提高粗轧道次压下率的方法，以破碎粗大、发达的柱状晶并形成细小的等轴晶，同时，减少连铸坯出加热炉到精轧之间的温降，以确保在相同的连铸坯出炉温度条件下，获得尽可能高的精轧入口温度。本发明工艺条件下，要求确保控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃。当然，在一些优选的实施方式中，为了获得更优的效果，也可以控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥980℃。
相应地，由于精轧入口温度提高的缘故，在随后的精轧轧制过程中，热轧钢板的相变点会提前至大压下率的前机架，进一步促进柱状晶的破碎，并在随后的高温条件下，改善热轧钢板显微组织中的晶粒均匀性，从而可以消除成品钢板的瓦棱状缺陷。此时，为了尽可能的改善成品钢板的电磁性能，热轧带钢完成精轧、卷取之后，需要采用本发明的保温装置对其进行保温、保护。
研究表明，利用热轧钢卷自身热量，采用时间换温度的方式，仍然能够促进热轧钢板晶粒尺寸的生成，进而可以获得与经过常化或者罩式炉中间退火相媲美的再结晶显微组织和平均晶粒尺寸。考虑到保温时间的有效性，在本发明所述制造方法的步骤(2)中，可以优选地控制保温步骤中热轧钢卷的保温时间为1h～120h。当然在某些优选的实施方案中，为了进一步提高生产效率，也可以控制热轧钢卷的保温时间为1h～48h。为了避免高温、长时保温，容易造成热轧钢卷表面产生内、外氧化层，进而劣化成品钢板表面状态，和降低其电磁性能，保温时需要采用保护气氛，一般为100％纯氮气氛。经过保温、保护处理之后的热轧钢卷，不再进行常化或者罩式炉中间退火处理，可以直接进行酸洗、冷轧和连续退火处理。最终获得了一种无瓦棱状缺陷的，电磁性能优良的无取向电工钢板，其铁损P10/50≤3.2W/kg，且磁感B50≥1.72T。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥980℃。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在保温步骤，热轧钢卷的保温时间为1h～120h，保护气氛为纯氮气氛。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中热轧钢卷的保温时间为1h～48h。
本发明所述的免常化中间退火的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：
本发明所述的免常化中间退火的无取向电工钢板的制造方法通过提供一种全新的化学成分设计体系，及其相应的有害杂质控制要求，通过减少热轧粗轧道次和提高粗轧道次压下率，以提高粗轧之后、精轧之前的中间坯温度，并在热轧终轧、卷取之后，采用保温装置对热轧钢卷进行保温、保护处理，以获得一种表面质量良好，电磁性能优良的无取向电工钢板。
该发明能够在不采用炼钢电磁搅拌和常化中间退火的条件下，进一步减轻炼钢、热轧等生产工序负担，降低炼钢环节有害元素和夹杂物的控制难度，降低热轧环节再结晶显微组织的控制难度，明显改善钢的制造成本，减少生产工序流程。借助该制造方法生产的成品钢板，在没有炼钢电磁搅拌，免常化中间退火或免罩式炉退火的条件下，具有极高的磁感、极低的铁损，钢板表面没有瓦棱状缺陷。
本发明所述的免常化中间退火的无取向电工钢板的生产成本较低，表面质量良好，且具有高磁感和低铁损的特性，其铁损P10/50≤3.2W/kg，磁感B50≥1.72T，可以用于制作中小型电机、压缩机、EI铁芯、大型发电机、新能源汽车驱动电机等设备，具有十分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无取向电工钢板中的夹杂物指数R与铁损P15/50的关系。
图3示意性地显示了本发明所述的无取向电工钢板中的钙合金加入量MCa与夹杂物指数R的关系。
图4为实施例2的无取向电工钢板的显微组织图。
图5为对比例3的对比钢板的显微组织图。
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免常化中间退火的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1-10和对比例1-3
表1-1和表1-2列出了实施例1-10的无取向电工钢板和对比例1-3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S、O、N、P、Nb、V和Ti以外其他不可避免的杂质)
表1-2.
注：Si+Al表示Si和Al元素的化学元素质量百分含量之和；Si2/Mn中的Si和Mn分别代入Si元素和Mn元素的质量百分含量；Nb+V+Ti表示Nb、V和Ti元素的化学元素质量百分比之和；R＝Ca/(O+1/2S)，式中Ca、O和S分别表示各自化学元素的质量百分含量。
本发明所述实施例1-10的无取向电工钢板和对比例1-3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并连铸：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精炼过程中进行深脱碳，脱氧、合金化以调整钢液化学成分：调整钢中的Si、Mn含量满足发明设计要求，限制钢液Nb、V、Ti等有害元素含量满足要求。在对钢液进行钙处理时，按照本发明经验公式加入适量的钙合金，一方面要合理控制钢液中的钙含量；另一方面，要控制钢液中的氧化类夹杂物指数R。最后，RH精炼之后的钢液转运至连续浇铸，在不采用炼钢电磁搅拌的条件下，得到厚度为170～250mm、宽度为800～1400mm的连铸坯。
(2)热轧，其包括：粗轧、精轧、卷取和保温；调整粗轧道次及道次间压下率，以控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃，优选可以控制中间坯温度≥980℃；然后对中间坯进行精轧、卷取之后，借助保温装置对热轧钢卷进行保温、保护处理。其中，在保温步骤中，热轧钢卷的保温时间可以控制为1h～120h，优选地可以控制在在1h～48h之间，保护气氛为纯氮气氛。
(3)上述热轧步骤后不进行常化中间退火或罩式炉中间退火而直接进行冷轧，冷轧之前需要进行酸洗。
(4)连续退火。
需要注意的是，在本发明中，实施例1-10的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1-3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，其工艺步骤虽然采用上述工艺步骤，但是具体的工艺操作或工艺参数均存在不满足本发明设计规范要求的内容。
表2列出了实施例1-10的无取向电工钢板和对比例1-3的对比钢的制造方法的具体工艺参数。
表2.
注：上表中，“电磁搅拌”列中的“√”表示制造过程中采用了电磁搅拌工艺，“×”表示制造过程中未采用电磁搅拌工艺；“常化中间退火或罩式炉中间退火处理”列中的“√”表示制造过程中采用了常化中间退火或罩式炉中间退火处理工艺，“×”表示制造过程中未采用常化中间退火或罩式炉中间退火处理工艺。
需要注意的是，在进行上述工艺操作过程中，本发明针对步骤(1)的冶炼和连铸操作后得到的实施例和对比例的连铸坯进行了检测和分析，并对最终步骤(4)的连续退火后所得的各实施例和对比例的成品钢板同样也进行了观察和检测，相关观察和检测结果列于下述表3之中。
表3.
相应地，对最终得到的实施例1-10的无取向电工钢板和对比例1-3的对比钢进行取样，并针对各实施例和对比例钢板的样品进行观察，并进行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4中，相关性能具体测试手段如下所述：
铁损性能测试：基于国家标准GB/T 3655-2008，采用爱波斯坦方圈法进行铁损性能测试，测试温度为20℃恒温测试，试样尺寸为30mm×300mm，目标质量为0.5kg，测试参数为P15/50。
磁感性能测试：基于国家标准GB/T 3655-2008，采用爱波斯坦方圈法进行铁损性能测试，测试温度为20℃恒温测试，试样尺寸为30mm×300mm，目标质量为0.5kg，测试参数为B50。
表4列出了实施例1-10的无取向电工钢板和对比例1-3的对比钢的观察及相关性能测试结果。
表4.
注：上表中，“瓦棱状缺陷”列中的“√”表示钢板存在瓦棱状缺陷，“×”表示钢板不存在瓦棱状缺陷。
结合表1、表2、表3和表4可以看出，在符合本发明设计要求和各权利项要求的实施例1～实施例10中，因为各实施例的化学成分体系设计，Nb、V、Ti等有害元素的控制效果，以及钙处理工艺控制要求等，均满足本发明设计控制要求。并且，钢液在连续浇铸成连铸坯之后，热轧优化了粗轧道次数量、道次间压下率，以提高精轧入口中间坯温度，并在热轧卷取之后对热轧钢卷进行保温、保护处理，最终，在没有炼钢电磁搅拌和热轧常化或者罩式炉中间退火的条件下，获得了表面状态良好的成品钢板。经检验，实施例1-10最终所得的成品钢板表面没有瓦棱状缺陷，成品钢板铁损P10/50≤3.2W/kg，磁感B50≥1.72T。
相比之下，在对比例1中，对比例1的对比钢材在化学成分设计过程中，Nb、V、Ti三者总量之和达到了0.0028％，也没有采用钙处理，因此，导致钢中的夹杂物指数R只有0.04，不满足0.11的下限要求，在没有采用电磁搅拌的条件下，连铸坯中的等轴晶率为0，在没有采用常化中间退火的条件下，热轧钢板的再结晶发生率只有40％，平均晶粒尺寸也只有47μm，相应的，成品钢板表面存在严重的瓦棱状缺陷，对比例1成品钢板的铁损P10/50为4.2W/kg、磁感B50为1.67T，其钢板的质量和性能明显劣于实施例1-10的钢材。
相应地，在对比例2、对比例3中，同样存在化学成分设计体系不满足本发明设计要求，或者其它涉及本发明设计控制要求的关键参数不满足控制要求，最终导致了成品钢板的电磁性能不符，或者表面存在瓦棱状缺陷。
图1示意性地显示了本发明所述的无取向电工钢板中的夹杂物指数R与铁损P15/50的关系。
如图1所示，在本发明所述的无取向电工钢板中，随着夹杂物指数R值的升高，铁损P15/50快速降低，并在R值大于或等于0.11时，铁损P15/50可以达到3.2W/kg或以下。然后，随着R值的继续升高，在达到0.71之前，铁损P15/50基本保持稳定、可控，而在R值高于0.71之后，则铁损P15/50会超出3.2W/kg，并开始大幅、持续劣化。
图2示意性地显示了本发明所述的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2所示，在本发明所述的无取向电工钢板中，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2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1.73T，甚至更低。
图3示意性地显示了本发明所述的无取向电工钢板中的钙合金加入量MCa与夹杂物指数R的关系。
如图3所示，在本发明所述的无取向电工钢板中，随着钙铁合金加入量MCa的增加，夹杂物指数R值相应的增加。两者之间需要保持合理的匹配关系，以满足连铸可浇性的需要。当钙铁合金加入量MCa较低时，R值会低于0.11；反之，当钙铁合金加入量MCa较高时，R值会低于0.71。两种情况下，都不利于保持连铸浇铸的稳定性，会造成连铸水口堵塞，钢液面产生波动等异常情况。
图4为实施例2的无取向电工钢板的显微组织图。
如图4所示，在该实施方式中，本发明所述的实施例2的无取向电工钢板的显微组织已经完全实现了再结晶，再结晶晶粒均为等轴晶，且晶粒尺寸粗大、均匀。
图5为对比例3的对比钢板的显微组织图。
如图5所示，就对比例3的对比钢材而言，对比例3对比钢材的显微组织尚未完全实现再结晶，中间存在较多的纤维状未完全再结晶组织，而已经实现再结晶的晶粒等轴晶比例低，且晶粒尺寸比较分散。
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 (10)
1.一种免常化中间退火的无取向电工钢板，其特征在于，其各化学元素质量百分含量为：
0＜C≤0.004％、Si：1.0～2.6％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.2～1.6％、Ca：0.0003％～0.0035％，余量为Fe和其他不可避免的杂质；
并且各化学元素质量百分含量还满足：
Si+Al：1.4～3.2％；
Si2/Mn：0.017～0.17；
其铁损P10/50≤3.2W/kg，磁感B50≥1.72T；
所述无取向电工钢板采用下述步骤制得：
冶炼和连铸，其中在该步骤不采用电磁搅拌；
热轧，其包括：粗轧、精轧、卷取和保温；其中控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃；
上述热轧步骤后不进行常化中间退火或罩式炉中间退火而直接进行冷轧；
连续退火。
2.如权利要求1所述的无取向电工钢板，其特征在于，在其他不可避免的杂质中：S≤0.0040％、O≤0.003％、N≤0.003％，P≤0.2％、Nb≤0.001％、V≤0.001％、Ti≤0.001％。
3.如权利要求2所述的无取向电工钢板，其特征在于，还满足：Nb+V+Ti≤0.0025％。
4.如权利要求2所述的无取向电工钢板，其特征在于，还满足：0.11≤R≤0.71，其中R＝Ca/(O+1/2S)。
5.如权利要求1所述的无取向电工钢板，其特征在于，Ca的含量为0.0005％～0.0025％。
6.如权利要求1所述的无取向电工钢板，其特征在于，其表面无瓦楞状缺陷。
7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)冶炼和连铸，其中在该步骤不采用电磁搅拌；
(2)热轧，其包括：粗轧、精轧、卷取和保温；其中控制粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥950℃；
(3)上述热轧步骤后不进行常化中间退火或罩式炉中间退火而直接进行冷轧；
(4)连续退火。
8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，粗轧之后、精轧之前的中间坯温度≥980℃。
9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，在保温步骤，热轧钢卷的保温时间为1h～120h，保护气氛为纯氮气氛。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中热轧钢卷的保温时间为1h～48h。
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