一种高磁感低铁损的无取向电工钢板及其制造方法与流程

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种高韧性钢板及其制造方法。

背景技术：

节能降耗是电力行业追求的永恒目标。随着用户市场对高效化、小型化需求的日益提高，在要求相应的无取向电工钢片要在满足高电磁性能要求的同时，还要具有充裕的价格竞争优势，以尽可能的实现自身的降本降耗，和有效提高自身产品市场竞争力。

为了获得良好的电磁性能，比较常见的技术手段是，大幅度的提高硅、铝含量，以有效提高材料的电阻率，从而可以有效地降低成品钢板铁损，但成品钢板的磁感亦会降低。同时，随着硅、铝含量的增加，钢的后工序可制造性会逐渐变差。这不仅会大幅度的增加成品钢板的制造成本，延长成品钢板的生产时间和交货周期，还会给生产管理和质量管理带来较大困难。

例如：公开号为cn1888112，公开日为2007年1月3日，名称为“具有高磁感的高牌号无取向电工钢及其制造方法”的中国专利文献公开了一种电工钢及其制造方法。该电工钢的各项化学成分重量百分比为：c≤0.0050％，n≤0.0030％，si：1.50％～2.50％，al：0.80％～1.30％，mn：0.20％～0.50％，p≤0.030％，s≤0.005％，sb：0.03％～0.10％，sn：0.05％～0.12％，b：0.0005％～0.0040％，其余为铁和不可避免的杂质，其中sb和sn添加其中一种。该技术方案通过粗轧道次大压下轧制和粗糙辊轧制，高温卷取，优化各道次压下率来获得理想的热轧带钢组织，提高冷轧压下率为最终再结晶退火过程中晶粒长大提供更大的能量(变形能)；通过控制再结晶退火温度来获得理想的晶粒组织等措施来获得表面质量优良的具有高磁感、低铁损的最能适用于高效电机铁芯。

公开号为cn101492786，公开日为2009年7月29日，名称为“无取向硅钢的生产方法”的中国专利文献涉及一种无取向硅钢的生产方法。该方法包括在电炉、转炉或者中频感应炉进行冶炼，再进行连铸，含硅量大则拉速低；然后进行热轧；热轧后的热轧卷进行加罩保温、酸洗除锈和常化热处理，缓慢加热、冷却，保温温度为1-3hr；把钢卷进行一次冷轧，脱脂或表面除油，并松卷以减小张力；在罩式炉内进行再结晶退火或脱碳，退火温度750～1150℃，保温时间1-80hr，退火采用氢气保护，露点≤60℃，然后涂绝缘涂层和热拉伸平整。

公开号为102453837a，公开日为2012年5月16日，名称为“一种高磁感无取向硅钢的制造方法”的中国专利文献公开了一种高磁感无取向硅钢。该高磁感无取向硅钢的制造方法包括如下步骤：1)冶炼、浇铸，无取向硅钢化学成分重量百分比：si：0.1～1％，al：0.005～1％，c≤0.004％，mn：0.10～1.50％，p≤0.2％，s≤0.005％，n≤0.002％，nb+v+ti≤0.006％，余铁，炼钢、二次精炼，浇铸成铸坯；2)热轧，加热温度1150℃～1200℃，终轧温度830～900℃，在≥570℃温度下进行卷取；3)平整，压下量2～5％的冷轧；4)常化，温度不低于950℃，保温时间30～180s；5)酸洗，冷轧，酸洗后进行累计压下量70～80％的冷轧；6)退火，升温速率≥100℃/s，到800～1000℃保温，保温时间5～60s，后以3～15℃/s缓冷至600～750℃。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种高磁感低铁损的无取向电工钢板，该无取向电工钢板磁性能优良，铁损率极低，能源介质消耗低，具有很好的适用性以及推广前景。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高磁感低铁损的无取向电工钢板，其化学元素质量百分比为：

c：0.001-0.004％；

si：1.6-3.5％；

mn：0.1-1.0％；

al：0.15-2.0％；

ti：0-0.002％；

sb、sn中的一种或两种，其总含量为0.003-0.2％；

余量为fe和其他不可避免的杂质。

在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：

c：在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中，c会强烈阻碍成品晶粒长大，并且其容易与nb、v、ti等结合形成细小析出物，从而引起损耗增加并产生磁时效。因此，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板控制c的质量百分比在c：0.001-0.004％。

si：在本发明所述的技术方案中，si提高材料的电阻率，能有效降低钢的铁损。但是，si的质量百分比高于3.5％时，会显著降低钢的磁感，劣化材料的制造性；但是若si的质量百分比低于1.6％时，又起不到有效降低铁损的作用。基于此，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板控制si的质量百分比在1.6-3.5％。

mn：在本发明所述的极低铁损的无取向电工钢板中，mn与s结合生成mns，有利于控制夹杂物形态以及其数量，进而可以有效减少对磁性能的危害。因此，有必要添加质量百分比为0.1％以上的mn。但是需要指出的是，若mn的质量百分比高于1.0％，则会劣化钢的有利织构和降低磁感，并且会大幅增加钢的制造成本。基于此，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中控制mn的质量百分比控制在0.1-1.0％。

al：对于本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板而言，若al的质量百分比低于0.15％时，则起不到良好的n化物夹杂物控制效果。但是若al的质量百分比超过2.0％时，则会造成连铸浇铸困难，劣化冷轧的加工性。因此，在本发明所述的技术方案中，al的质量百分比为0.15-2.0％。

ti：在本发明所述的技术方案中，ti的质量百分比超过0.002％时，会使得ti的c、n夹杂物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢板的磁性。因此，在本发明所述的极低铁损的无取向电工钢板中控制ti的质量百分比为0-0.0015％。

sb、sn：在本发明所述的技术方案中，sb、sn是晶界偏聚元素，可以改善钢的晶体织构，且可以进一步提升钢的磁感，与此同时，sb、sn也是晶粒细化元素，向钢中加入大量的sb、sn元素之后，会导致晶粒异常细化和钢的铁损劣化，并容易产生带钢表面质量缺陷。并且，在本发明所述的技术方案中，在冶炼过程中，为了确保钢质洁净度和避免后续高温连续退火过程中带钢表面产生内氧化，需要向钢中添加适量的sb和/或sn，以增加连续退火过程中的晶界偏聚，和有效避免连续退火过程中带钢表面的氧化、发黄。基于此，在本发明所述的极低铁损的无取向电工钢板中控制添加sb、sn中的一种或两种，并且其总量之和控制在0.003-0.2％。

进一步地，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中，在其他不可避免的杂质中，控制p、s、n和o满足下列各项的至少其中之一：p≤0.2％，s≤0.0035％，n≤0.003％，o≤0.003％。

上述方案中，不可避免的杂质应当控制得越少越好，但是综合考虑到工艺难度以及制造成本，因而，控制p、s、n和o满足下列各项的至少其中之一：p≤0.2％，s≤0.0035％，n≤0.003％，o≤0.003％。

而其中，p的质量百分比超过0.2％时，容易导致冷脆现象发生，降低冷轧可制造性，因此，可以控制p的质量百分比p≤0.2％。

而s的质量百分比超过0.0035％时，将使mns、cu2s等夹杂物数量大大增加，显著破坏热轧有利织构和阻碍成品晶粒长大，恶化钢的磁性能。因此，可以控制s的质量百分比为s≤0.0035％。

此外，n的质量百分比超过0.003％时，将使n的nb、v、ti、al等析出物大大增加，强烈阻碍晶粒长大，恶化钢的磁性。因此，在本案中，可以控制n的质量百分比在n≤0.003％。

另外，o的质量百分比超过0.003％时，将使o化物夹杂物数量大大增加，不利于调整有利于夹杂物的比例，恶化钢的磁性能。因此，可以控制o的质量百分比在o≤0.003％。

进一步地，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中，晶体织构{100}所占的百分比为20-40％。

进一步地，在本发明利要求1所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板，其特征在于，其铁损p15/50≤2.4w/kg，磁感b50≥1.68t。

在一些优选的实施方式中，考虑到厚度较薄的钢板表面容易被氧化生成内外氧化层，从而劣化钢板的电磁性能，因此，在本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板中，可以将其厚度控制为0.1-0.65mm。

相应地，本发明的另一目的还在于提供一种上述的高磁感低铁损的无取向电工钢板的连续退火工艺，采用该连续退火工艺可以获得高磁感低铁损的无取向电工钢板。并且，该连续退火工艺可以有效减少场地投资，明显缩短连续退火时间，从而大大提高了生产效率和减少了能源介质消耗，并且整个连续退火过程简便易控，和钢种之间有针对性和关联性。

为了达到上述发明目的，本发明提出了上述的高磁感低铁损的无取向电工钢板的连续退火工艺，其包括步骤：

将带钢以50-800℃/s的升温速度从快速加热起始温度加热至快速加热结束温度；

在带钢被加热至均热温度后，均热保温一段时间；

然后将带钢以≤10℃/s的冷却速度将其冷却至800℃以下。

在本发明所述的技术方案中，为确保所获得的无取向电工钢板的有利织构和电磁性能，在本案的连续退火工艺过程中，不同于现有技术将升温速度控制在不大于30℃/s，本案的连续退火工艺将升温速度控制在50-800℃/s，以实现随着升温速度的增加，晶粒取向控制效果改善，{100}面织构比例增加，晶粒长大的储能高、驱动力大，有利于改善成品带钢的电磁性能。并且，本案发明人发现当升温速度在50℃/s或以上时，晶粒取向会出现较大改善，且随着升温速率的增加，效果改善幅度逐渐提高，但若进一步提高升温速率则会增加设备投资，大幅增加能源介质消耗，同时容易出现细晶问题，因此，将升温速度的上限控制在800℃/s。

而当带钢达到均热温度之后，需要进行短时间的均热保温，以均匀晶粒尺寸、避免细晶出现。进行短时均热保温后，在800℃之前对带钢进行缓冷，冷却速度控制在≤10℃/s，这是因为：冷却速度越大，不利于消除或减缓冷却过程中产生的应力、板型变化等。

综合上述考虑，本案的连续退火工艺采用了上述工艺参数，使得最终获得的无取向电工钢板可以实现较高的电磁性能。

进一步地，在本发明所述的连续退火工艺中，快速加热起始温度为室温；并且/或者快速加热结束温度为均热温度。

更进一步地，在本发明所述的连续退火工艺中，当快速加热起始温度大于室温且小于均热温度时，采用燃气加热或电加热的方式先将带钢从室温加热至所述快速加热起始温度；并且/或者当快速加热结束温度小于均热温度时，采用燃气加热或电加热的方式将带钢从快速加热结束温度加热至均热温度。

进一步地，在本发明所述的连续退火工艺中，升温速度为100-600℃/s。

进一步地，在本发明所述的连续退火工艺中，均热温度t均热＝a-b×t常化；其中t常化表示常化温度，a的取值范围为1200-1600，b的取值范围为0.33-0.75。

上述方案中，考虑到本案的连续退火工艺中，采用的化学成分体系为高si、mn、al的化学成分体系，为了可以有效提高冷轧可轧性和生产效率，需要进行合适的常化温度以及均热温度的设计，以防止和避免因常化温度过高导致晶粒尺寸过大，反弯效果差，进而产生冷轧断带，但较低的常化温度以及均热温度不利于获得合适的再结晶遗传组织效果，并且会导致成品带钢的{100}有利面织构比例降低和电磁性能劣化。因此，合适的常化温度以及均热温度设计取决于钢的化学成分设计，以及其对应的居里温度变化。需要指出的是，钢的居里温度越高，常化温度就越高。

而在上述方案中，设计均热温度t均热＝a-b×t常化；其中t常化表示常化温度，a的取值范围为1200-1600，b的取值范围为0.33-0.75，可以使得常化温度越高，均热温度就越低，常化温度越低，均热温度越高，即通过均热温度置换常化温度，以改善热轧带钢的再结晶显微组织，并且同时可以有效改善冷轧可轧性。其中，a、b为特定常数，其取值取决于钢的si、al成分设计。具体来说，si、al成分含量越高，热轧组织再结晶效果就越差，因而，可以通过提高常化温度，以起到改善热轧带钢再结晶效果的目的。此时，常化温度越高、均热时间越长，热轧带钢再结晶组织越发达，对成品带钢的电磁性能越有利，但考虑到存在冷轧可轧性大幅劣化问题，因此，常化温度不宜过高；而若常化温度越低、均热时间越短，则越有利于冷轧可轧性，但这样设计不利于电磁性能的改善提高。基于此，根据钢的化学成分设计明确了钢的居里温度，在此基础之上，通过设置上述的公式以限定均热温度以及常化温度，以使得采用本案的连续退火工艺可以有效改善成品带钢的电磁性能。

进一步地，在本发明所述的连续退火工艺中，均热保温的时间为5-60s。

上述方案中，考虑到存在常化温度与均热温度互换的作用，在常化温度较低的情况下，可以通过大幅提高均热温度予以弥补，并且随着均热温度的增加，均热时间可以有效缩短，从而有利于晶粒尺寸的成长和有利织构的改善。

此外，本发明的又一目的在于提供一种高磁感低铁损的无取向电工钢板的制造方法，通过该制造方法可以获得高磁感低铁损的无取向电工钢板。

为了达到上述发明目的，本发明提出了一种高磁感低铁损的无取向电工钢板，其包括步骤：

冶炼和铸造；

热轧；

常化；

冷轧；

进行上述的连续退火工艺；

绝缘涂层，以得到高磁感低铁损的无取向电工钢板。

进一步地，在本发明所述的制造方法中，在常化步骤中，常化温度t常化＝t居里温度+(120～180℃)。

本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板、连续退火工艺及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的无取向电工钢板电磁性能优良，能源介质消耗低，具有很好的适用性以及推广前景。

此外，采用本发明所述的连续退火工艺可以获得高磁感低铁损的无取向电工钢板。并且，所述的连续退火工艺可以有效减少场地投资，明显缩短连续退火时间，从而大大提高了生产效率和减少了能源介质消耗，并且整个连续退火过程简便易控，和钢种之间有针对性和关联性。

另外，本发明所述的制造方法也同样具有上述的优点以及有益效果。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的连续退火工艺与常规退火工艺的加热方式的差异。

图2示意性地显示了本发明所述的连续退火工艺中的不同条件下均热温度与常化温度的关系。

图3示意了实施例a14的无取向电工钢板的微观织构分布情况。

图4示意了对比例a5的常规电工钢板的微观织构分布情况。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的高磁感低铁损的无取向电工钢板及其连续退火工艺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。

各个对比例的常规电工钢板以及实施例的无取向电工钢板采用以下步骤制得：

(1)利用铁水、废钢按照表1所示的化学成分进行搭配，经转炉冶炼之后，再rh精炼进行脱碳、脱氧合金化。

(2)钢液经连铸浇铸后，得到120～250mm厚、800～1400mm宽的连铸坯。

(2)热轧。

(3)常化：常化温度t常化＝t居里温度+(120～180℃)。

(4)冷轧。

(5)连续退火。

(6)绝缘涂层涂覆之后得到最终产品。

需要说明的是，各个实施例的无取向电工钢板采用的连续退火工艺包括步骤：

将带钢以50-800℃/s的升温速度从快速加热起始温度加热至快速加热结束温度；

在带钢被加热至均热温度后，均热保温一段时间；

然后将带钢以≤10℃/s的冷却速度将其冷却至800℃以下。

需要说明的是，快速加热起始温度可以为室温或是其他温度，而快速加热结束温度为均热温度，当快速加热起始温度大于室温且小于均热温度时，采用燃气加热或电加热的方式先将带钢从室温加热至所述快速加热起始温度；并且/或者当快速加热结束温度小于均热温度时，采用燃气加热或电加热的方式将带钢从快速加热结束温度加热至均热温度。

在一些实施方式中，均热温度可以设置为均热温度t均热＝a-b×t常化；其中t常化表示常化温度，a的取值范围为1200-1600，b的取值范围为0.33-0.75。

此外，在一些实施方式中，均热保温时间为5-60s。

表1列出了各个实施例的无取向电工钢板以及对比例的常规电工钢板的各化学元素的质量百分配比。

表1.(wt％，余量为fe和除了p、s、o以及n以外的其他杂质)

表2列出了各个实施例的无取向电工钢板以及对比例的常规电工钢板的具体工艺参数。

表2.

表3列出了各个实施例的各个实施例的无取向电工钢板以及对比例的常规电工钢板的电磁性能。

表3.

由表3可以看出，本案各个实施例的无取向电工钢板由于采用了本案的连续退火工艺使得其最终获得的晶体织构{100}所占的百分比为20-40％，且使得各无取向电工钢板的铁损p15/50≤2.4w/kg，磁感b50≥1.68t。

图1示意性地显示了本发明所述的连续退火工艺与常规退火工艺的加热方式的差异。

如图1所示，图1所示的连续退火工艺曲线不同于常规退火工艺将升温速度控制在不大于30℃/s，本案的连续退火工艺将升温速度控制在50-800℃/s，以实现随着升温速度的增加，晶粒取向控制效果改善，{100}面织构比例增加，晶粒长大的储能高、驱动力大，有利于改善成品带钢的电磁性能。而当带钢达到均热温度之后，需要进行短时间的均热保温，以均匀晶粒尺寸、避免细晶出现。从而使得采用本案的连续退火工艺的无取向电工钢板最终获得的晶体织构{100}所占的百分比为20-40％，且电磁性能优良。

图2示意性地显示了本发明所述的连续退火工艺中的不同条件下均热温度与常化温度的关系。

如图2所示，曲线i示意了当硅的质量百分比为1.85％的条件下保均热温度与常化温度的关系，曲线ii示意了当硅的质量百分比为2.85％的条件下保均热温度与常化温度的关系，曲线iii示意了当硅的质量百分比为3.45％的条件下保均热温度与常化温度的关系。

由此可以看出，由于本案采用的化学成分体系为高si、mn、al的化学成分体系，为了可以有效提高冷轧可轧性和生产效率，需要进行合适的常化温度以及均热温度的设计，以防止和避免因常化温度过高导致晶粒尺寸过大，反弯效果差，进而产生冷轧断带，但较低的常化温度以及均热温度不利于获得合适的再结晶遗传组织效果，并且会导致成品带钢的{100}有利面织构比例降低和电磁性能劣化。因此，设计均热温度t均热＝a-b×t常化；其中t常化表示常化温度，a的取值范围为1200-1600，b的取值范围为0.33-0.75，其中，a、b为特定常数，其取值取决于钢的si、al成分设计。而si、al成分含量越高，热轧组织再结晶效果就越差，因而，可以通过提高常化温度，以起到改善热轧带钢再结晶效果的目的。

图3示意了实施例a14的无取向电工钢板的微观织构分布情况。

如图3所示，实施例a14的无取向电工钢板中，有利的{100}面织构比例较多，以{100}<011>为主，织构强度较弱，只有少量的4.0，大部分以1.5及以下的为主。与此同时，有害的{111}织构比例较少，织构强度为4.0的区域相当，但织构强度为5.0的区域明显较少，其余均为3.0或者1.5以下的弱织构；

图4示意了对比例a5的常规电工钢板的微观织构分布情况。

如图4所示，在对比例a5的常规电工钢板中，{100}<011>的织构强度较强，以3.0及以上为主，部分区域为4.0。与此同时，有害的{111}织构比例较多，以织构强度为5.0的区域为主，3.0及以下的区域很少。

综上所述可以看出，本发明所述的无取向电工钢板电磁性能优良，能源介质消耗低，具有很好的适用性以及推广前景。

此外，采用本发明所述的连续退火工艺可以获得高磁感低铁损的无取向电工钢板。并且，所述的连续退火工艺可以有效减少场地投资，明显缩短连续退火时间，从而大大提高了生产效率和减少了能源介质消耗，并且整个连续退火过程简便易控，和钢种之间有针对性和关联性。

另外，本发明所述的制造方法也同样具有上述的优点以及有益效果。

需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。

此外，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。