CN1267941C - 具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板及其生产方法、以及使用它的铁芯、磁屏蔽设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt%表示，含有：Si：0.4%或更少，Ni：2.0%-6.0%，Mn：0.5%或更少，P：0.01%-0.2%，C：0.003%或更少，S：0.003%或更少，N：0.003%或更少，和Ti+S+N：0.005%或更少；其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高，在酸洗、冷轧和退火后的磁芯损耗W15/50为8W/kg或更小。

Description

具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板及其生产方法、 以及使用它的铁芯、磁屏蔽设备
技术领域
本发明涉及一种非取向电工薄钢板，用作电工设备的铁芯，具有前所未有的磁性能，如超高磁通量密度和低铁芯损耗；优良的可成形性，如优异的冲压性能；和优异的抗锈蚀性，涉及使用所述非取向电工薄钢板制造的产品，并涉及其生产方法。
背景技术
近年来，在环境保护包括节约电能和节约能量以及反对氟里昂气体排放的法规的全球运动中，改进效率的运动在机电和设备领域迅速开展，尤其是旋转电机和中小尺寸的变压器，其中使用非取向电工薄钢板作为铁芯材料。为此，改进非取向电工薄钢板的性能(即更高的磁通量密度和更低的芯损耗)的需求越来越强烈。
主要通过加入Si和Al进行了降低非取向电工薄钢板的芯损耗的工作，这样做降低了由于在其使用过程中流过构成铁芯的每块薄钢板的涡流损耗产生的焦耳热。
然而，在包含铁芯的旋转电机的能量损耗中，不能忽略由于铜损耗产生的能量损耗，这是由于流过缠绕在铁芯周围的绕线的电流产生的焦耳热损耗。为了降低铜损耗，减小把磁芯激发到一定磁场强度所需的电流密度是有效的，所以，用相同的励磁电流表现出更高磁通量密度的材料的开发不可避免。即开发具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板是必要的。
通过实现具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，使旋转电机和铁芯小型化成为可能，并且对于其中安装旋转电机和铁芯的运动物体，如汽车或电动汽车，通过整体重量降低来降低在运行过程中的能量损耗也成为可能。此外，在旋转电机的情况下，增大了扭矩，可以实现更小尺寸和更高功率的旋转电机。
这样，如果可实现具有超高磁通密度的非取向电工薄钢板，不仅可降低旋转电机和铁芯在工作期间的能量损耗，而且可获得对包括其的整个设备系统的难估计的延伸效应。
现将描述具有高磁通量密度的非取向电工薄钢板的传统生产方法。在日本已审专利公开S62-61644中，公开了一种通过控制热轧精轧温度为1000℃或更高在热轧后粗化晶体结构的方法，此外在冷轧前粗化晶体结构同时去除精轧退火过程。然而，在实际的精热轧过程中，存在难以消除在薄钢板卷纵向上的不均匀温度分布的缺点，因此，磁性能沿着其纵轴方向而变化，因为轧辊咬合钢薄板卷端部时轧制速度与稳定轧制状态下的轧制速度不同。
同时，日本未审专利公开S54-76422和S58-136718中，公开了一种通过在700℃-1000℃之间的高温卷取热轧薄钢板并用其中保留的热量使薄钢板卷退火的一种自退火方法，作为降低由于附加热轧薄钢板退火过程产生的成本提高和在冷轧之前粗化晶体结构的一种措施。然而，在这些专利公开的实施方案中，由于同样的原因，在α相区域内进行所有的自退火，限制了冷轧前晶体结构的粗化。
此外，在日本已审专利公开H8-32927中，公开了一种工艺，酸洗由一种钢材组成的热轧薄钢板，该钢材中含有小于0.01％的C、0.5％-3.0％的Si、0.1％-1.5％的Mn、0.1％-1.0％的Al、0.005％-0.016％的P和小于0.005％的S，然后以5％-20％的冷轧压下量冷轧酸洗后的薄板，在850℃-1000℃之间的温度使冷轧薄板退火0.5-10分钟，或者在750℃-850℃之间的温度退火1-10小时，然后进行最终退火。与传统热轧钢薄板退火方法相比，这种方法在改进磁通量密度方面是不够的，不能满足用户对改进非取向电工薄钢板磁性能的要求。
此外，作为通过改进一次再结晶织构来改进非取向电工薄钢板磁性能的方法，在日本未审专利公开S55-158252中公开了通过加入Sn，日本未审专利公开S62-180014公开了通过加入Sn和Cu，日本未审专利公开S59-100217公开了通过加入Sb改善织构来制造磁性能优异的非取向电工薄钢板的方法。
然而，即使加入这些织构控制元素，如Sn、Cu或Sb，也不能满足用户对具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板的需求。
作为另一种方法，如日本未审专利公开S57-35626中所述，进行了生产工艺方面的改进，如设计最终的退火热循环。然而，该尝试结果表明尽管可以看到磁芯损耗的改进，但是对磁通量密度改进的作用很小。
有三种通过加入Ni获得高磁通量密度的已知技术，如下所述。
在日本未审专利公开H6-271996中，公开了一种获得高磁通量密度和低铁芯损耗的方法，即除了Ni以外，加入Sn、Sb、Cu等元素。然而，在实际生产中，存在提高生产成本的问题，因为要求在快速冷却固化后或者在快速冷却后把材料重新加热到不低于AC3相变温度的温度，控制由Ar3到Ar1的两相区域内的冷却速度。此外，在日本未审专利公开H8-246108中，公开了一种通过加入Ni实现的具有高磁通量密度和低各向异性的材料。然而，在实际生产中，要求通过使其加热到不低于AC3温度的温度来使材料最终退火，所以，存在由于加Ni钢的内部氧化容易降低磁芯损耗性能的问题。此外，在日本未审专利公开H8-109449中，公开了一种通过加入Ni而具有高磁通量密度和低各向异性的材料及其生产方法。然而，在实际生产方法中，热轧钢板的退火或其自退火是必需的，不可能解决在退火过程中由于发生Ni的内部氧化而容易降低磁芯损耗性能的问题。
如上所述，传统技术不能生产不仅具有低磁芯损耗而且具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，所以，不能满足对于非取向电工薄钢板的上述要求。
发明内容
本发明特征不仅在于提供一种具有超高磁通量密度的加Ni钢，而且在于提供能够获得超高磁通量密度和低各向异性的一种低成本方法，而不要求任何特殊的热处理，这种特征通过减少除了Ni以外的合金的加入量并加入P来获得。此外，通过在α相区域内进行低温最终退火可以防止Ni的内部氧化，这样，使得在2500A/m的磁场强度下的磁通量密度B25(低于B50)达到1.70T或更高成为可能，同时，使通过公式(1)计算的磁通量密度B25R首次达到1.65T或更高。
在本发明中，Ni的加入和Si、Al和Mn的控制加入，通过使薄钢板表面层中锈蚀层的内层部分致密，并且因此通过抑制氯离子的侵蚀，可以明显增强抵抗特别是氯化钠等还抗海洋风化性(marine weatherresistance)。此外，也很清楚，适量加入P可以进一步增强由于加入Ni产生的抗锈蚀性。
此外，在本发明中，最新发现在传统的抗风化钢中加入的Nb明显降低非取向电工钢板的磁通量密度，通过控制Nb的加入量，可以成功地开发同时具有抗锈蚀性、抗风化性和磁性能的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板。
由于上述研究，根据本发明的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板甚至可以在不适合于传统非取向电工薄钢板加工的靠近海岸的环境中的工厂等中加工和储存。同时，也可以防止在运输过程中的锈蚀，这是在简化包装方面的优点。
此外，在磁性开关磁芯中，金属裸露表面的抗锈蚀性是重要的，因为开关的端部表面在每次开关操作时经受冲击，所以，在开关可能暴露于氯化钠等的环境中，需要一种措施，例如把开关本身装入专门的外壳中。然而，通过使用根据本发明的具有超高磁通量密度和抗锈蚀性的非取向电工薄钢板，在目前为止几乎不能使用的腐蚀性环境中使用磁性开关成为可能。
此外，通过使用根据本发明的具有超高磁通量密度和抗锈蚀性的非取向电工薄钢板，磁性开关可以小型化，并且还提高了吸引力，因为即使减小励磁电流和线圈的绕线匝数，由于超高磁通量密度的作用，也可以获得强吸引力。
本发明的目的是解决传统技术的问题，提供一种具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板。
本发明的要点如下：
(1)一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，和
P：0.01％-0.2％，
其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高。
(2)一种具有超高磁通量密度和低磁性各向异性的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，和
P：0.01％-0.2％，
其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高；仅在试样纵向测量的磁通量密度B50L与仅在试样横向测量的磁通量密度B50C之间的差值为350高斯或更小。
(3)一种具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板，特征在于，包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，
P：0.01％-0.2％，
并且：
C：0.003％或更少，
S：0.003％或更少，
N：0.003％或更少，和
Ti+S+N：0.005％或更少，
其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高，在酸洗、冷轧和退火后的磁芯损耗W15/50为8W/kg或更小。
(4)一种根据(1)-(3)的任一项的具有超高磁通量密度非取向电工薄钢板，特征在于具有B50为1.82T或更高的磁通量密度。
(5)一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Al：0.5％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，和
P：0.01％-0.2％，
其余由Fe和不可避免的杂质组成；由下述的公式(1)确定的磁通量密度B25R为1.65T或更高，由下述公式(2)确定的磁通量密度B50R为1.75T或更高，
B25R＝(B25-L+2×B25-22.5+2×B25-45+2×B25-67.5+B25-C)/8(1)
其中，
B25-L：在2500A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度。
B25-22.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-45：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-67.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-C：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50R＝(B50-L+2×B50-22.5+2×B50-45+2×B50-67.5+B50-C)/8     (2)
其中，
B50-L：在5000A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度。
B50-22.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-45：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-67.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-C：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
(6)一种具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Al：0.5％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，
P：0.01％-0.2％，
并且还含：
C：0.003％或更少，
S：0.003％或更少，
N：0.003％或更少，和
Ti+S+N：0.005％或更少，其余由Fe和不可避免的杂质组成；由下述的公式(1)确定的磁通量密度B25R为1.65T或更高，由下述公式(2)确定的磁通量密度B50R为1.75T或更高，酸洗、冷轧和退火后的磁芯损耗W15/50为8W/kg或更小，
B25R＝(B25-L+2×B25-22.5+2×B25-45+2×B25-67.5+B25-C)/8      (1)
其中，
B25-L：在2500A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度。
B25-22.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-45：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-67.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B25-C：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50R＝(B50-L+2×B50-22.5+2×B50-45+2×B50-67.5+B50-C)/8     (2)
其中，
B50-L：在5000A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度。
B50-22.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-45：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-67.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
B50-C：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
(7)一种根据(5)或(6)的具有超高磁通量密度和低磁芯损耗的非取向电工薄钢板，特征在于磁通量密度B50R为1.79T或更高。
(8)一种冲压性能优异的铁芯，用于旋转电机的转子和定子、电抗器、镇流器、扼流圈、EI磁芯和变压器的任一种，特征在于使用根据条目(1)-(7)的任一项的非取向电工薄钢板制造。
(9)一种磁屏蔽设备，特征在于使用根据条目(1)-(7)的任一项的非取向电工薄钢板制造。
(10)一种具有超高磁通量密度并且只由立方结构组成的非取向电工薄钢板，特征在于在位于薄板厚度中心的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
(11)一种具有超高磁通量密度并且只由立方结构组成的非取向电工薄钢板，特征在于在位于薄板厚度距离表面五分之一深度上的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
(12)具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于：使用含有在条目(1)、(2)、(3)、(5)和(6)的任一项中说明化学成分的板坯，余量由Fe和不可避免的杂质组成；热轧所述板坯成为热轧薄钢板；在酸洗后冷轧所述薄钢板；然后进行最终退火。
(13)根据条目(12)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于在α相区域内进行最终退火。
(14)一种根据条目(1)-(7)的任一项的具有超高磁通量密度、优异抗锈蚀性和优异抗风化性的非取向电工薄钢板，特征在于Nb含量小于0.005wt％。
(15)一种抗锈蚀性和抗风化性优异的磁性开关用铁芯，特征在于使用Nb含量小于0.005wt％的根据条目(10)或(11)的非取向电工薄钢板或者根据条目(14)的非取向电工薄钢板制造。
本发明提供以下技术方案：
(1)一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，
P：0.01％-0.2％，
C：0.003％或更少，
S：0.003％或更少，
N：0.003％或更少，和
Ti+S+N：0.005％或更少；
其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高，在酸洗、冷轧和退火后的磁芯损耗W15/50为8W/kg或更小。
(2)根据上述(1)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：
仅在试样纵向测量的磁通量密度B50L与仅在试样横向测量的磁通量密度B50C之间的差值为350高斯或更小。
(3)一种根据上述(1)或(2)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于具有B50为1.82T或更高的磁通量密度。
(4)根据上述(1)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：所述钢，用wt％表示，还含有：
Al：0.5％或更少；
由下述的公式1确定的磁通量密度B25R为1.65T或更高，由下述公式2确定的磁通量密度B50R为1.75T或更高，
B25R＝(B25-L+2×B25-22.5+2×B25-45+2×B25-67.5+B25-C)/8    1
其中，
B25-L：在2500A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度，
B25-22.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-45：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-67.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-C：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50R＝(B50-L+2×B50-22.5+2×B50-45+2×50-67.5+B50-C)/8       (2)
其中，
B50-L：在5000A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度，
B50-22.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-45：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-67.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-C：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
(5)一种根据上述(4)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于磁通量密度B50R为1.79T或更高。
(6)根据上述(1)、(2)或(4)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，该钢板只由立方结构组成，特征在于在位于薄板厚度中心的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
(7)根据上述(1)、(2)或(4)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，该钢板只由立方结构组成，特征在于在位于薄板厚度距离表面五分之一深度上的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
(8)根据上述(1)、(2)或(4)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于Nb含量小于0.005wt％。
(9)一种冲压性能优异的铁芯，用于旋转电机的转子和定子、电抗器、镇流器、扼流圈、EI磁芯和变压器的任一种，特征在于使用根据上述(1)-(5)的任一项的非取向电工薄钢板制造。
(10)一种磁屏蔽设备，特征在于使用根据上述(1)-(5)的任一项的非取向电工薄钢板制造。
(11)一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于：使用含有根据上述(1)、(2)和(4)的任一项中规定的化学成分的板坯；热轧所述板坯成为热轧薄钢板；一旦酸洗后冷轧所述薄钢板；然后进行最终退火。
(12)根据上述(11)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于在α相区域内进行最终退火。
(13)一种铁芯，特征在于使用根据上述(8)的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板制造。
附图说明
图1是表示含有3％Ni的钢的Si含量与磁通量密度B25之间关系的图。
图2是表示在根据本发明实施的产品的薄板厚度中心的层的(100)全极图的示意图。
图3是表示在距离根据本发明实施的产品表面的薄板厚度五分之一深度上的层的(100)全极图的示意图。
具体实施方式
由于为了获得过去从未得到的超高磁通量密度而进行的广泛研究，本发明人最新发现，通常为了改善非取向电工薄钢板的磁性能而加入的Si、Mn和Al等元素对于获得超高磁通量密度是相当有害的。此外，本发明人最新发现，这些元素不仅明显降低在5000A/m的磁场强度下的磁通量密度B50，B50通常用作磁通量密度的评价指标，而且降低在低磁场强度下的磁化性能，因此本发明人完成了本发明。
此外，本发明人发现，少量加入p在改善磁通量密度和降低各向异性方面是有效的，另外最新发现，通过保持钢材的纯度在一定水平之上，可以同时获得超高磁通量密度和低磁芯损耗，这在过去是不可能实现的。
此外，本发明人最新发现，从改善磁芯损耗的观点来看，通常认为在具有高磁通量密度的非取向电工薄钢板生产中必需的热轧薄钢板的热处理，相反是有害的，并且发明了一种最佳的制造方法。
首先，下面解释化学成分，其中，每种化学成分的含量用wt％表示。
控制Si含量为0.4％或更少，因为Si降低根据本发明的产品的磁通量密度且对其有害。
控制Mn含量为0.5％或更少，因为Mn降低根据本发明的产品的磁通量密度且对其有害。
大体控制Al含量在不可避免的杂质的水平上，因为Al降低根据本发明的磁通量密度且对其有害，然而，特别在希望低磁芯损耗时，Al含量为0.5％或更少是允许的。
基于在传统技术中为了保证电阻向非取向电工薄钢板中加入的Si和Al对于在加Ni钢中在低磁场下获得高磁通量密度是明显有害的这一新发现，完成了本发明。
下面以实验为基础，解释Si对加Ni非取向电工薄钢板在低磁场下的磁通量密度的有害性。
把含有0.0008％-0.0009％C、0.1％Mn、0.001％溶解Al(sol-Al)、3.0％Ni、0.07％P、0.0005％-0.0007％S、0.0006％-0.0008％N和0.0006％-0.0008Ti，其中Si含量是变化的，的钢试样熔化并铸成板坯。这里，已经证实，根据本发明获得的超高磁通量密度的性能在小于0.005T范围内变化，并且如果控制上述化学成分在这些范围内，除了Si以外，几乎不受上述化学成分影响。
把这些板坯热轧到2.5mm的厚度，酸洗，然后用传统方法加工成厚度0.5mm的冷轧钢板。在经过在750℃最终退火30秒后，从薄钢板上切出Epstein试样，并测量磁通量密度B25。
图1中表示测量结果。从图1中可以清楚看出，当Si含量超过0.4％时，在低磁场下的磁通量密度(B25)剧烈降低到小于1.70T。同样，Al对改善低磁场下的磁通量密度(B25)明显有害，所以，必须控制Al含量为0.5％或更少，优选的是小于0.3％。
由于进一步详细研究，清楚了为了获得在低磁场下更高的磁通量密度B25，优选的是控制Si+2Al的总量为0.5％或更少。
如上所述，在本发明中，必须控制Si和Al含量为分别小于0.4％和0.5％或更小。这里已经证实，根据本发明获得的磁通量密度在小于0.005T范围内变化，并且如果将上述化学成分控制在那些范围内，除了Si以外，几乎不受上述化学成分的影响。
P对于在本发明中获得B50为1.80T或更高的超高磁通量密度是必需的，加入量范围为0.01％-0.2％，因此使得除了上述性能以外，只在L(纵)方向试样上测量的磁通量密度B50L与只在C(横)方向试样上测量的磁通量密度B50C之间的差值，即L方向和C方向上的磁通量密度B50的差值为350高斯或更小。
P含量指定为0.01％或更高，因为如果P含量小于0.01％，在L方向和C方向上的磁通量密度B50的差值不变成350高斯或更低。此外，P含量指定为0.2％或更少，因为如果P含量超过0.2％，磁通量密度降低。
控制C含量为0.003％或更少是必要的，因为如果C含量超过0.003％，在使用过程中发生磁性老化和磁芯损耗性能降低。
根据本发明，通过降低S和N的含量可以同时获得超高磁通量密度和低磁芯损耗。在热轧过程中的加热中，S和N部分重新溶解到板坯中，在热轧过程中以MnS和AlN的细小沉淀物再次沉淀，抑制在最终退火过程中的晶粒长大，导致磁芯损耗性能降低。所以，必须控制它们各自的含量为0.003％或更少。
必须控制Ti含量使得Ti、S和N的总量为0.005％或更少，因为Ti形成氮化物和硫化物，降低产品的磁芯损耗性能。
根据本发明，必须控制Nb含量为小于0.005wt％。如果该含量为0.005wt％或更高，Nb明显降低磁通量密度。所以，Nb含量指定为小于0.005wt％。
为了研究Ni对根据本发明的非取向电工薄钢板的磁通量密度的影响，进行了下列实验。
通过精炼生产含有0.05％P、0.07％Si、0.12％Mn、0.001％T-Al、15ppm的C、17ppm的N、16ppm的S、从10ppm变化到7％的Ni的钢材，经过精热轧，生产厚度2.7mm的薄钢板。把热轧薄钢板酸洗并且冷轧到0.5mm的厚度，脱脂，然后在750°退火20秒。使用从该薄钢板切出的Epstein试样测量磁性能。
作为测量结果，当Ni含量小于2.0％时，磁通量密度B50未达到1.80T，没有获得改善磁通量密度的作用，但是当Ni含量超过6.0％时，相反，磁通量密度降低，所以，Ni含量指定为2.0％-6.0％。
为了获得1.82T或更高的超高磁通量密度，更优选的是控制Ni含量为3.0％-6.0％。
下面解释工艺条件。
在炼钢炉中精炼后，通过连铸或者通过铸锭浇铸并进行板坯轧制生产具有上述化学组成的厚钢板。用已知的方法加热厚钢板。热轧这些厚钢板，以便具有预定的厚度。
本发明不需要在生产具有高磁通量密度的非取向电工薄钢板的传统方法中要求的热轧薄钢板的退火。通过在热轧后冷却薄板带材，然后卷取、酸洗、冷轧薄板带材、在α向区域内对薄板带材进行再结晶退火，具有根据本发明的化学组成的非取向电工薄钢板可以提供超高磁通量密度。这里，如果再结晶退火温度超过AC1点，B25R降低到1.65T或更小。
本发明的特征是立方系的成分在产品薄钢板中是主要的。即本发明特征在于在使用取自薄板厚度中心的层的试样和薄板厚度五分之一的深度上的层的试样，通过反射法和透过法画出的(100)极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。由于该特征，获得具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板成为可能，即在2500A/m的低磁场下的磁通量密度B25为1.70T或更高，在5000A/m的高磁场下的磁通量密度B50为1.80T或更高，同时具有在B50为350高斯或更小的低各向异性。
实施例1
含有表1所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.7mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.50mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在750℃退火20秒。然后，把该薄钢板切成Epstein试样，并测量共磁性能。根据本发明的化学组成和对比实施例的化学组成表示于表1，磁性能的测量结果表示于表2。
从表1和2明显看出，通过加入适量的Ni并在合适的工艺条件下处理薄钢板，可以实现具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，更具体地，磁通量密度B50为1.80T或更高，或者通过加入含量为3.0％或更高的Ni，获得B50为1.82T或更高的磁通量密度。此外，通过减少Si、Mn和Al的加入量，在低磁场下的磁通量密度B25改善到1.70T或更高。
                          表1
                                       (组分：重量％)
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti   备注
  123456   0.00170.00150.00150.00140.00180.0016   0.070.070.070.070.070.07   0.11.02.03.04.06.5   0.120.120.110.120.120.11   0.050.050.050.050.050.05   0.00110.00080.00080.00080.00090.0011   0.0010.0010.0010.0010.0010.001   0.00110.00090.00090.00090.00080.0011   0.00110.00100.00110.00110.00120.0011   对比例对比例本发明本发明本发明对比例
                              表2
  组成   W15/50(W/kg)   B25(T)   B50(T)   备注
  123456   8.547.427.316.907.609.11   1.6901.7251.7301.7421.7541.695   1.7701.7981.8191.8441.8561.790   对比例对比例本发明本发明本发明对比例
实施例2
含有表3所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.5mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.50mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在750℃退火30秒。然后，把该薄钢板切成Epstein试样，并测量其磁性能。在测量磁通量密度时，除了在L和C方向上切出的常见试样的测量以外，通过测量只在L方向上切出的Epstein试样上测量的磁通量密度B50L与只在C方向上切出的Epstein试样上测量的磁通量密度B50C之间的差值B50LC，研究磁通量密度的各向异性。
根据本发明的化学组成和对比实施例的化学组成表示于表3，磁性能的测量结果表示于表4。
从表3和4明显看出，有可能实现具有超高磁通量密度和低磁性各向异性的材料，其中，通过减少Si、Mn和Al的加入量，改善了在低磁场下的磁性能B25，通过控制P加入量范围为0.01％-0.2％，差值B50LC减小到350高斯或更小。
                         表3
                                                        (组分：重量％)
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti   备注
  789101112   0.00140.00130.00140.00140.00140.0013   0.070.070.070.070.070.07   3.53.53.53.53.53.5   0.110.110.110.120.120.11   0.0050.0250.0510.0700.1500.250   0.00090.00090.00080.00090.00080.0008   0.0010.0010.0010.0010.0010.001   0.00080.00090.00080.00080.00090.0008   0.00110.00100.00100.00110.00110.0012   对比例本发明本发明本发明本发明对比例
                                 表4
组成   W15/50(W/kg)   B25(T)   B50(T)   B50LC差(高斯) 备注
  789101112   6.946.926.916.936.906.91   1.6991.7421.7431.7441.7451.698   1.8031.8431.8421.8421.8441.799   750320256230275270   对比例本发明本发明本发明本发明对比例
实施例3
使用具有实施例2中的No.9的化学组成的产品试样，透射X射线测量和反射X射线测量的试样分别取自位于薄板厚度中心的部分和位于薄板厚度距离表面的五分之一深度上的部分，制备(100)全极图。
图2表示取自位于薄板厚度中心的层的试样的(100)全极图，图3表示取自位于薄板厚度距离表面五分之一深度上的层的试样的(100)全极图。
在α＝90°、β＝90°和270°位置上的强度用与随机强度的比值表示为0.5或更高是这些图的特征。由于该特征，获得具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板成为可能，即在2500A/m的低磁场下的磁通量密度B25为1.70T或更高，在5000A/m的高磁场下的磁通量密度B50为1.80T或更高，同时具有在B50小于350高斯或更小的低各向异性。
实施例4
含有表5所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.7mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.50mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在α相区域内的温度下退火20秒。然后，把该薄钢板切成每个角度的Epstein试样，并测量其磁性能。根据本发明的化学组成和对比实施例的化学组成表示于表5，磁性能的测量结果表示于表6。
如表5和6所示，有可能实现具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，更具体地，通过加入适量的Ni并在合适的工艺条件下加工该薄钢板，磁通量密度B50R为1.75T或更高，磁芯损耗W15/50为8.0或更小。此外，通过加入含量为3.0％或更高的Ni，有可能实现具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，即磁通量密度B50R为1.79T或更高。此外，通过减少Si、Mn和Al的加入量，在低磁场下的磁性能B25改善到1.65T或更高。这里，上述B25R和B50R是通过上述公式(1)和(2)获得的值。
                       表5
                                                     (组分：重量％)
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti   备注
  13141516171819   0.00150.00130.00120.00130.00120.00130.0014   0.070.070.070.070.070.070.07   0.12.03.04.05.06.07.0   0.120.110.120.120.120.110.11   0.090.080.080.080.070.070.07   0.00080.00080.00070.00060.00080.00090.0009   0.0010.0010.0010.0010.0010.0010.001   0.00090.00090.00080.00090.00080.00080.0009   0.00090.00090.00090.00080.00080.00080.0009   对比例本发明本发明本发明本发明本发明对比例
                         表6
  组成   W15/50(W/kg)   B25R(T)   B50R(T)   备注
  13141516171819   8.6377.3987.0128.8908.9507.01010.120   1.6371.6901.7061.7291.7351.7401.695   1.7321.7891.8061.8311.8351.8411.790   对比例本发明本发明本发明本发明本发明对比例
实施例5
含有表7所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.5mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.50mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在表8所示的温度下退火30秒。然后，把该薄钢板切成每个角度的Epstein试样，并测量其磁性能。根据本发明的化学组成和对比实施例的化学组成表示于表7，磁性能的测量结果表示于表8。
如表7和8所示，与在α+γ两相区域内或在γ相区域内的温度下进行退火的情况相比，通过控制最终退火的温度范围在α相区域内，改善了磁通量密度B50R和B25R。特别地，通过控制最终退火温度范围在α相区域内，改善了B25R。
这里，上述B25R和B50R是通过上述公式(1)和(2)获得的值。
                       表7
                                       (组分：重量％)
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti
  202122   0.00120.00130.0011   0.0030.0020.003   2.03.04.0   0.110.110.12   0.0560.0510.050   0.00090.00080.0009   0.0300.0310.032   0.00090.00080.0008   0.00080.00090.0009
                              表8
组成   精轧温度(℃) 精轧条件   B25R(T)   B50R(T) 备注
  202020212121222222   750835880750790850720770850 α-相区α+γ两相区γ-相区α-相区α+γ两相区γ-相区α-相区α+γ两相区γ-相区   1.6921.6651.6441.7071.6701.6471.7301.6751.648   1.7891.7761.7691.8071.7861.7771.8341.8151.799   本发明对比例对比例本发明对比例对比例本发明对比例对比例
实施例6
含有表9所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.5mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.50mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在750℃退火30秒。然后，把该薄钢板切成Epstein试样，并测量其磁性能。磁性能的测量结果表示于表10。然后，从未涂敷的产品薄板上，切出宽度40mm、长度100mm、厚度0.5mm的试样，用于大气老化试验，宽度60mm、长度80mm、厚度0.5mm的试样，用于盐喷雾试验。
放置试样使其在纵向倾斜45°，以0.5mmd(毫克/分米2/天)的盐分附着速度进行曝露试验1年。结果表示于表11。同时，根据JIS Z2371，使用浓度为5％的氯化钠溶液，在35℃的喷雾温度下进行盐喷雾试验5小时，观察钢表面上锈蚀的发生。结果表示于表12。
从表10中可以理解，根据本发明的钢材表现出优异的高磁通量密度，B25为1.70T或更高，B50为1.82T或更高。
从表11可以理解，具有根据本发明的No.24和25的化学组成的钢材在曝露试验中，表现出优于对比钢材的抗锈蚀性。此外，从表12可以理解，具有根据本发明的化学组成No.24和25的化学组成的钢材在盐喷雾试验中，表现出优于对比钢材料的抗锈蚀性。
                              表9
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti   Nb   备注
  232425   10119   0.0710.0700.069   0.53.04.0   0.120.120.12   0.0710.0750.075   876   101010   878   987   101010   对比例本发明实施方案本发明实施方案
每种化学成分用wt％表示，但是，C、S、可溶Al(sol-Al)、N、Ti和Nb用ppm表示。
                                 表10
  组成   W15/50   B25   B50   备注
232425   8.595(Wk/g)6.9956.880   1.631(T)1.7101.730   1.731(T)1.8311.832   对比例本发明实施方案本发明实施方案
                    表11
  组成   腐蚀率(mdd)   备注
  232425   1552015   对比例本发明实施方案本发明实施方案
        表12
  组成   锈蚀出现
  232425   锈蚀未锈蚀未锈蚀
实施例7
含有表13所示的化学成分的非取向电工薄钢板用的板坯通过传统方法加热，通过热轧加工成为厚度为2.5mm的薄钢板。然后酸洗该薄钢板，并通过冷轧加工成为厚度为0.5mm的薄钢板。该薄钢板在连续退火炉中在750℃退火30秒。
然后，把该薄钢板切成Epstein试样，并测量其磁性能。磁性能的测量结果表示于表14。
从表13可以理解，当Si含量超过0.4％时，磁通量密度B25显著降低。
                             表13
                                                (组分：重量％)
  组成   C   Si   Ni   Mn   P   S   可溶Al   N   Ti
  262728293031323334353637   0.00080.00080.00070.00080.00090.00080.00090.00090.00090.00080.00070.0009   0.0700.1100.2500.4510.0690.1210.2710.4600.700.1500.3330.445   2.02.02.02.03.03.03.03.04.04.04.04.0   0.110.120.120.120.120.110.120.120.110.120.120.12   0.0750.0750.0750.0750.0700.0700.0700.0700.0700.0690.0700.070   0.00070.00080.00070.00060.00050.00060.00080.00070.00070.00080.00070.0008   0.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.00100.0010   0.00060.00070.00060.00070.00070.00050.00070.00080.00070.00060.00070.0007   0.00080.00090.00090.00090.00080.00090.00080.00070.00080.00090.00080.0008
注：在化学组成栏中带下划线的数字是对比例。
                              表14
  组成   W15/50   B25   B50   备注
  262728293031323334353637   7.3977.4027.4107.6736.9987.0027.0127.1006.8816.8906.9507.001   1.7311.7291.7241.6721.7441.7421.7371.6781.7551.7511.7451.690   1.8191.8191.8191.8181.8451.8451.8431.8401.8601.8561.8541.859   本发明实施方案本发明实施方案本发明实施方案对比例本发明实施方案本发明实施方案本发明实施方案对比例本发明实施方案本发明实施方案本发明实施方案对比例

Claims (13)

1.一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：包含一种钢，用wt％表示，含有：
Si：0.4％或更少，
Ni：2.0％-6.0％，
Mn：0.5％或更少，
P：0.01％-0.2％，
C：0.003％或更少，
S：0.003％或更少，
N：0.003％或更少，和
Ti+S+N：0.005％或更少；
其余由Fe和不可避免的杂质组成；磁通量密度B25为1.70T或更高，磁通量密度B50为1.80T或更高，在酸洗、冷轧和退火后的磁芯损耗W15/50为8W/kg或更小。
2.根据权利要求1的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：
仅在试样纵向测量的磁通量密度B50L与仅在试样横向测量的磁通量密度B50C之间的差值为350高斯或更小。
3.一种根据权利要求1或2的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于具有B50为1.82T或更高的磁通量密度。
4.根据权利要求1的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于：所述钢，用wt％表示，还含有：
Al：0.5％或更少；
由下述的公式1确定的磁通量密度B25R为1.65T或更高，由下述公式2确定的磁通量密度B50R为1.75T或更高，
B25R＝(B25-L+2xB25-22.5+2xB25-45+2xB25-67.5+B25-C)/8    1
其中，
B25-L：在2500A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度，
B25-22.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-45：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-67.5：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B25-C：在2500A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50R＝(B50-L+2xB50-22.5+2xB50-45+2xB50-67.5+B50-C)/8     2
其中，
B50-L：在5000A/m的磁场强度下，在轧制方向上切出的试样测量的磁通量密度，
B50-22.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜22.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-45：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜45度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-67.5：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向倾斜67.5度角的方向上切出的试样，测量的磁通量密度，
B50-C：在5000A/m的磁场强度下，与薄钢板表面上的轧制方向垂直的方向上切出的试样，测量的磁通量密度。
5.一种根据权利要求4的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于磁通量密度B50R为1.79T或更高。
6.根据权利要求1、2或4的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，该钢板只由立方结构组成，特征在于在位于薄板厚度中心的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
7.根据权利要求1、2或4的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，该钢板只由立方结构组成，特征在于在位于薄板厚度距离表面五分之一深度上的层的(100)全极图中的α＝90°、β＝90°和270°位置上标准化的强度为0.5或更高。
8.根据权利要求1、2或4的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板，特征在于Nb含量小于0.005wt％。
9.一种冲压性能优异的铁芯，用于旋转电机的转子和定子、电抗器、镇流器、扼流圈、EI磁芯和变压器的任一种，特征在于使用根据权利要求1-5的任一项的非取向电工薄钢板制造。
10.一种磁屏蔽设备，特征在于使用根据权利要求1-5的任一项的非取向电工薄钢板制造。
11.一种具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于：使用含有根据权利要求1、2和4的任一项中规定的化学成分的板坯；热轧所述板坯成为热轧薄钢板；一旦酸洗后冷轧所述薄钢板；然后进行最终退火。
12.根据权利要求11的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板的生产方法，特征在于在α相区域内进行最终退火。
13.一种铁芯，特征在于使用根据权利要求8的具有超高磁通量密度的非取向电工薄钢板制造。
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