CN104039998B - 无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无取向电工钢板及其制造方法。本发明的无取向电工钢板，其以重量百分比(％)计包含C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.001～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，并且所述Mn、Al、P、S满足下式：0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40，其中[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)。

Description

无取向电工钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种无取向电工钢板，更具体地涉及一种优化Mn、S、Al、P的含量，以提高磁性的无取向电工钢板。
背景技术
无取向电工钢板用作电动机、发电机等旋转机器和小型变压器等静止机器的铁芯材料，是决定电气设备能效的重要材料。
电工钢板的典型特性为铁损和磁通密度，铁损低且磁通密度越高越好，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。
因此，为了顺应对节能、环保产品的需求增加的趋势，需要开发出一种铁损低磁通密度高的无取向电工钢板制造技术。
改善无取向电工钢板的磁性质之一的铁损的典型方法有减薄厚度及添加Si、Al等电阻率大的元素。
然而，厚度取决于所使用的产品的特性，而且厚度越薄越是存在生产性降低及成本增加的问题。
通过增加普通材料的电阻率来减少铁损的方法，即添加电阻率大的Si、Al、Mn等合金元素的方法中，虽然添加合金元素能减少铁损，但是由于饱和磁通密度降低，也无法避免磁通密度降低的问题。
而且，若Si添加量为4％以上，加工性就会降低，因而难以进行冷轧，导致生产性降低，Al、Mn等亦如此，添加量越多轧制性能越降低，而且硬度增加，加工性也会降低。
此外，钢中的不可避免的杂质元素C、S、N、Ti等与Mn、Cu、Ti等结合而形成约0.05μm的微小夹杂物，该等夹杂物抑制晶粒的生长，并妨碍磁畴的移动，从而降低磁性。
这种杂质在常规制造工艺中极少不易于管理，而且根据各制造工艺，夹杂物会经过再溶解和析出过程，因而夹杂物本身也很难控制。
因此，为了减少铁损且提高磁通密度，通过添加微量的合金元素来增加有利于磁性的{100}织构并减少有害的{111}织构，或者使杂质的量变得极少，以制造纯净钢。
然而，这些技术均导致制造成本的上升，且难以批量生产。因此，非常需要一种制造成本涨幅不大且磁性改善效果优秀的技术。
发明内容
本发明为了解决上问题而作，其目的在于提供一种无取向电工钢板及其制造方法，通过对钢的合金元素中Mn、S、Al、P成分进行优化管理，减少Mn和Al的添加量也能抑制微小夹杂物的生成，并提高粗大的夹杂物的分布密度，从而提高晶粒生长和磁畴壁的移动性。
为了达到上述目的，根据本发明一实施例的无取向电工钢板，其以重量百分比(％)计包含以下成分：
C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.001～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S可满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)。
所述无取向电工钢板以重量百分比(％)计可含有Mn:0.01～0.05％。
所述无取向电工钢板以重量百分比(％)计含有Al:0.3～0.8％，并且可满足[Mn]<[P]，其中[Mn]、[P]分别表示Mn、P的重量百分比(％)。
所述不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Zr、Mo、V中的至少一个，所述Cu、Ni、Cr的含量分别可为0.05重量百分比(％)以下，所述Zr、Mo、V含量分别可为0.01重量百分比(％)以下。
在所述无取向电工钢板中，大小为0.1μm以上的MnS、CuS及(Mn、Cu)S复合硫化物的数量NS≥0.1μm与大小为0.01～1μm的总夹杂物的数量NTot之比(NS≥0.1μm/NTot)可为0.5以上。
在所述无取向电工钢板中，大小为0.01～1μm且包含硫化物的总夹杂物的平均大小可为0.11μm以上。
在所述电工钢板的显微组织中的晶粒大小可为50～180μm。
根据本发明另一实施例的无取向电工钢板的制造方法，可包括：
提供一种板坯，所述板坯以重量百分比(％)计包含C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.001～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)；
将所述板坯加热至1200℃以下，然后轧制成热轧钢板；
将所述热轧钢板酸洗后，轧制成0.10～0.70mm，以制造冷轧钢板；及
在850～1100℃下，对所述冷轧钢板进行最终退火。
所述无取向电工钢板的制造方法中，所述板坯以重量百分比(％)计可含有Mn:0.01～0.05％。
所述无取向电工钢板的制造方法中，所述板坯以重量百分比(％)计含有Al:0.3～0.8％，并且可满足[Mn]<[P]，其中[Mn]、[P]分别表示Mn、P的重量百分比(％)。
根据本发明可提供一种磁性优秀的无取向电工钢板，通过对钢的合金元素中Mn、S、Al、P成分进行优化管理，减少Mn和Al的添加量也能抑制微小夹杂物的生成，并提高粗大的夹杂物的分布密度，从而提高晶粒生长和磁畴壁的移动性。
而且，Mn与钢中S等结合而形成微小的夹杂物，会降低磁性，本发明抑制微小夹杂物的生成，使晶粒生长和磁畴壁的移动顺利，从而可提高无取向电工钢板的磁性。
而且，随着Mn、Al等元素的含量减少，饱和磁通密度增加，从而可提供一种磁通密度高的高频磁性优秀的无取向电工钢板。
具体实施方式
参照附图和详细描述的下列实施例，就可以清楚地理解本发明的优点、特点以及实现这些优点和特点的方法。然而，本发明能够以各种不同方式实施，并不局限于下列实施例。提供下列实施例的目的在于，充分公开本发明以使所属领域的技术人员对发明内容有整体和充分的了解，本发明的保护范围应以权利要求书为准。在通篇说明书中，对相同构件采用了相同的附图标记。
以下，对本发明优选实施例的无取向电工钢板进行描述。
本发明优选实施例的无取向电工钢板，其以重量百分比(％)计包含以下成分：
C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.001～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)。
通常，Mn同Al、Si一起增加钢的电阻率(resistivity)，从而减少铁损。因此，在制造无取向电工钢板时，至少添加0.1％以上的Mn。
然而，Mn与S结合而形成MnS的析出物。而且，杂质元素S与Cu结合而形成CuS或者Cu2S。即，S与Mn、Cu结合而形成硫化物，这种硫化物形成为MnS或者CuS的单独夹杂物或者(Mn、Cu)S的复合夹杂物。
无取向电工钢板的夹杂物一般大小约为0.05μm微小，夹杂物抑制晶粒的生长、妨碍磁畴壁的移动，对磁性产生很大的影响。因此，有必要提高粗大夹杂物的形成频率，以最大限度地减少磁性劣化。
作为电阻率大的元素所添加的Al也形成微小的氮化物成为使磁性变位的原因。现有技术中认为Mn和Al的添加量减少，夹杂物就会变得微小。
根据本发明，控制Mn、Al、P、S的含量，使其满足下式：0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40，其中[Mn]、[S]、[Al]、[P]分别表示Mn、S、Al、P的重量百分比(％)。此时，与以往预想的结果(Mn、Al的添加量减少，夹杂物就会变得微小)不同，0.01μm～1μm的夹杂物的平均大小变得粗大。
而且，0.1μm以上的MnS、CuS单独硫化物或者复合硫化物((Mn、Cu)S等)的数量NS≥0.1μm与0.01～1μm以下的总夹杂物的数量NTot之比(NS≥0.1μm/NTot)为0.5以上，夹杂物变得粗大。
也就是说，通过调整钢板中的夹杂物的分布密度，即使添加最少量的合金元素，也能获得铁损低、磁通密度高的磁性优秀的无取向电工钢板。
更具体地，在本发明中之所以将Mn、Al、P、S的添加量限定为如上述式，是因为Mn/S的比率对决定夹杂物(inclusions)，尤其硫化物(sulfides)的分布和大小很重要，而Al作为形成微小夹杂物，尤其是氮化物(nitrides)的元素，其添加量也很重要，P亦为偏析在晶界上的元素，对夹杂物的形成有影响的Mn、Al、S的添加量比率和P含量的适当比率会对通过夹杂物的粗大化来消除晶粒生长抑制力以及提高磁性产生重要的影响。
即，当所述式的值小于0.8或者大于40时，夹杂物不会变得粗大，而微小的夹杂物的分布密度会增加，进而抑制晶粒的生长、妨碍磁畴移动，导致磁性变劣。
而且，0.1μm以上的MnS、CuS及(Mn、Cu)S复合硫化物的数量NS≥0.1μm与0.01～1μm的总夹杂物的数量NTot之比(NS≥0.1μm/NTot)为0.5以上。
另外，在所述电工钢板中，大小为0.01～1μm且包含硫化物的总夹杂物的平均大小优选为0.11μm以上。
此外，在所述电工钢板的显微组织中的铁素体(ferrite)晶粒的大小为50～180μm。铁素体晶粒的大小增大时，铁损中的磁滞损耗减少而有利，然而铁损中的涡流损耗增加，因此，使这种铁损最小化的优选的晶粒大小受到如上限制。
限制本发明的无取向电工钢板的成分含量的理由如下。
Si:1.0～4.0重量％
Si是通过增加钢的电阻率来降低涡流损耗的成分，作为主要添加元素，若含量低于1.0％，则难以获得铁损低的特性，若含量超过4.0％，则在热轧时板材破裂。因此，优选地限制为1.0～4.0重量％。
Mn:0.01～0.1重量％
与Si、Al相同，Mn具有增加钢的电阻率降低铁损的效果，因此现有的无取向电工钢板中添加至少0.1％以上的Mn，以达到改善铁损的目的。
然而，Mn的添加量越多，饱和磁通密度降低，因此磁通密度会降低，而且Mn与S结合而形成微小的MnS夹杂物，这种夹杂物抑制晶粒的生长，并妨碍磁畴壁的移动，从而增加铁损，尤其是磁滞损耗。
因此，为了提高磁通密度以及避免因夹杂物而增加的铁损，将Mn的添加量限制为0.01～0.1％。
此外，在本发明的优选实施例中，Mn的含量可维持在0.01％～0.05％。
Al:0.1～0.8重量％
Al是炼钢工艺中为了钢的脱氧不可避免要添加的元素，作为增加电阻率的主要元素，大量添加Al以降低铁损，但是也起到降低饱和磁通密度的作用。
若Al添加量过少低于0.1％，就会形成微小的AlN，从而抑制晶粒的生长，并降低磁性，若超过0.8％，就会成为降低磁通密度的原因，因此Al的添加量优选限制为0.1～0.8％。
此外，在本发明的另一实施例中，将Al的含量增加至0.3％以上，最多为0.8％，并使P的含量至少多于Mn的含量以满足[Mn]<[P]的话，即使Mn含量增加，微小析出物的形成也会得到抑制，并可提高磁性。
P:0.02～0.3重量％
P增加电阻率使铁损降低，并在晶界处偏析，从而抑制不利于磁性的{111}织构的形成，并形成有利织构{100}，若添加量超过0.3％，就会降低轧制性以及提高磁性的效果，因此优选添加0.02～0.3重量％。
另外，Mn为抑制铁素体形成的元素，而P为扩散铁素体相的元素，使P含量多于Mn含量以满足[Mn]<[P]，借此在热轧及退火时，可在稳定的铁素体相进行操作，从而增加有利于磁性的织构，进而提高高频率磁性。
C:0.005重量％以下
C的添加量多时，扩大奥氏体(austenite)区域，增加相变区，并且退火时，抑制铁素体的晶粒生长，显示出提高铁损的效果，而且与Ti等结合而形成碳化物，使磁性变劣，并由最终产品加工成电工产品后，使用时由于磁时效提高铁损，因此C的添加量限制为0.005％以下。
S:0.001～0.005重量％
S为形成不利于磁特性的MnS，CuS及(Cu、Mn)S等硫化物的元素，因此尽可能添加少量的S。然而，若添加量低于0.001％，反而不利于织构的形成，进而磁性会降低，因此使S的含量达到0.001％以上，若添加量超过0.005％，由于微小硫化物的增加磁性会变劣，因此将S的含量限制为0.001～0.005％。
N:0.005重量％以下
N与Al、Ti等强力结合而形成氮化物，会抑制晶粒生长(grain growth)，是不利于磁性的元素，因此尽可能添加少量的N。在本发明中，N的添加量限制为0.005重量％以下。
Ti：0.005重量％以下
Ti形成微小的碳化物和氮化物，会抑制晶粒生长，添加量越多碳化物和氮化物越是增加，因而织构也会劣化，磁性变差。因此，在本发明中，Ti的添加量限制为0.005％以下。
Sn或者Sb:0.01～0.02重量％
Sn和Sb为晶界偏析元素(segregates),添加Sn或者Sb是为了抑制氮沿晶界扩散，以及抑制不利于磁性的{111}织构,增加有利的{100}织构，以提高磁特性。
所述Sn和Sb的单独添加量或两者之和为0.2％以上时，会抑制晶粒生长，从而降低磁性且轧制性变差，因此Sn、Sb的单独添加量或者两者之和为0.01～0.2％。
所述不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Zr、Mo、V,所述Cu、Ni、Cr的含量分别为0.05重量％以下，所述Zr、Mo、V的含量分别为0.01重量％以下。
所述杂质在制钢工艺中不可避免地会混入，Cu、Ni、Cr与杂质元素反应而形成微小的硫化物、碳化物及氮化物，对磁性产生不利的影响，因此将这些杂质的含量分别限制为0.05重量％以下。
而且，Zr、Mo、V等也是形成碳氮化物的强有力的元素，因此尽可能不添加这些元素，使其含量分别在0.01重量％以下。
所述组成以外，余量为Fe及钢铁生产工艺中的其他不可避免的杂质。
下面，对本发明另一实施例的无取向电工钢板的制造方法进行描述。
本发明的无取向电工钢板的制造方法，将板坯加热至1200℃以下后，轧制成热轧钢板，
所述板坯以重量(％)计包含以下成分：
C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.001～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％、剩余部分包括Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)。
如果所述加热温度超过1200℃，板坯中存在的AlN、MnS等的析出物在重新固溶后进行热轧时微析出，从而抑制晶粒生长，降低磁性，因此再加热温度限制为1200℃以下。
热轧时，精轧中的终轧在铁素体相(ferrite phase)结束,并为了矫正板形状，实施终轧的压下率为20％以下。
如上制造的热轧钢板在700℃以下进行卷取，并在空气中冷却。必要时，对卷取并冷却的热轧钢板进行退火、酸洗、冷轧，最终对冷轧板进行退火。
为了改善磁性，必要时对热轧钢板进行退火，而热轧钢板的退火温度为850～1150℃。若热轧钢板的退火温度低于850℃，晶粒生长就会不充分，若超过1150℃，晶粒就会过分生长，导致钢板的表面缺陷过多，因此退火温度为850～1150℃。
对通过常规方法进行酸洗的热轧钢板或者退火的热轧钢板进行冷轧。
冷轧时，最终轧制成0.10mm至0.70mm的厚度。必要时，在一次冷轧和中间退火后可进行二次冷轧，最终压下率为50～95％。
对最终冷轧的钢板进行退火(最终退火)。在冷轧钢板的退火工艺中，退火时，冷轧板的退火(最终退火)温度设为850～1100℃。
若冷轧板的退火温度(最终退火)低于850℃，晶粒生长就会不充分，导致不利于磁性的{111}织构增加，而在高于1100℃的温度下，晶粒会过分生长，对磁性产生不好的影响，因此冷轧钢板的最终退火温度设为850～1100℃。
之后，对所述退火钢板可进行绝缘覆膜处理。
以下，通过实施例，详细说明本发明一优选实施例的无取向电工钢板的制造方法。但，下列实施例只是例示性的，本发明的内容并不局限于下列实施例。
实施例1
通过真空熔炼制造具有如下表1的组成的钢锭,并通过改变Mn、Al、P、S的含量来观察会产生的影响。在1180℃下，对各钢锭进行加热，并热轧成2.1mm的厚度后进行卷取。将在空气中卷取并冷却的热轧钢板，在1080℃下退火3分钟，酸洗后冷轧成0.35mm的厚度，并在1050℃下，对冷轧钢板进行最终退火90秒钟。对于各试片，测出0.01μm～1μm的夹杂物的数量、大小为0.1μm以上的硫化物的数量、铁损及磁通密度，其结果示于下表2中。
[表1]
钢种 C Si Mn P S Al N Ti Sn Sb 备注
A1 0.0022 1.5 0.04 0.15 0.0044 0.2 0.0025 0.0014 0.025 0 实施例
A2 0.0027 2.4 0.05 0.12 0.0037 0.22 0.0021 0.0016 0.035 0.023 实施例
A3 0.0013 2.6 0.01 0.06 0.0031 0.19 0.0014 0.001 0.013 0.026 实施例
A4 0.0022 2.0 0.004 0.23 0.0048 0.005 0.0026 0.001 0.044 0 比较例
A5 0.0025 2.6 0.03 0.07 0.0034 0.42 0.0021 0.0009 0.013 0.026 比较例
A6 0.0022 2.8 0.04 0.02 0.0028 0.16 0.0017 0.002 0 0.015 实施例
A7 0.0019 2.9 0.07 0.03 0.0012 0.29 0.0019 0.0009 0.026 0.022 实施例
A8 0.0024 2.8 0.08 0.007 0.0021 0.13 0.0019 0.0016 0.029 0.05 比较例
A9 0.0029 2.8 0.06 0.02 0.0011 0.29 0.0016 0.0017 0 0.028 比较例
A10 0.0033 3.2 0.11 0.02 0.0029 0.5 0.0015 0.0025 0 0.048 比较例
A11 0.0029 3.1 0.06 0.07 0.0038 0.3 0.0026 0.0016 0.019 0 实施例
A12 0.0025 3.3 0.04 0.04 0.0025 0.27 0.0016 0.0012 0 0.025 实施例
A13 0.0035 3.5 0.03 0.03 0.0013 0.15 0.0039 0.0015 0.025 0.016 实施例
A14 0.0025 3.3 0.12 0.06 0.0064 0.29 0.0015 0.0019 0 0.021 比较例
A15 0.0024 3.5 0.1 0.05 0.0007 0.18 0.0041 0.0016 0 0.036 比较例
[表2]
1)(NS≥0.1μm/NTot)表示0.01～1μm的总夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比。
2)铁损(W15/50)表示在50HZ频率下激发出1.5Telsa的磁通密度时的轧制方向和轧制方向的垂直方向的平均损耗(W/kg)。
3)磁通密度(B50)表示当施加5000A/m的磁场时所激发出的磁通密度的大小(Tesla)。
在本发明中，作为用于分析夹杂物的大小、种类及分布的方法，采用了通过投射电子显微镜(Transmission Electron Microscope；TEM)观察从试片萃取的碳复型(carbonreplica)，并通过EDS进行分析的方法。
TEM观察时，不偏不倚随机选择区域，并以可清楚地观察到大小为0.01μm以上的夹杂物的倍率调整后，拍摄至少100张以上的图像，并测出显示于图像中的所有夹杂物的大小及分布，而且通过EDS spectrum分析了碳氮化物、硫化物等夹杂物的种类。
在本发明中，分析夹杂物的大小及分布时，因为小于0.01μm的夹杂物不仅观察及测量上有困难，而且对磁性的影响较小，所以没有包括在本发明的分析对象中，虽然还观察到了大于1μm的SiO2、Al2O3等氧化物，但对磁性的影响较小，因此也没有包括在本发明的分析对象中。
如上表2所示，满足本发明的[Mn]、[Al]、[P]、[S]及0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)的钢种A1、A2、A3、A6、A7、A11、A12、A13，其0.01μm～1μm的夹杂物的平均大小为0.11μm以上，并且0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也为0.5以上，结果铁损低、磁通密度高。
A4、A8、A10因为Mn、P、Al等超出了范围，没有满足所述式，而且0.01μm～1μm的夹杂物平均大小为小于0.11μm很微小，0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比，即NS≥0.1μm/NTot也小于0.5，结果铁损和磁通密度劣化。
A5、A14和A15因为Al、Mn及P超出了范围，结果0.01μm～1μm的夹杂物的平均大小为小于0.11μm很微小，0.01μm～1μm的夹杂物数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，导致铁损和磁通密度劣化。
对于A9，虽然满足了Mn、P、S、Al的成分范围，但是没有满足所述式，结果0.01μm～1μm的夹杂物的平均大小为小于0.11μm很微小，0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，导致铁损和磁通密度劣化。
实施例2
通过真空熔炼制造了具有如下表3的组成的钢锭。此时，观察热轧钢板退火温度及冷轧钢板退火温度对夹杂物的大小、分布和磁性产生的影响。在1180℃下，对各钢锭进行加热，并热轧成2.5mm的厚度后进行卷取。将在空气中卷取并冷却的热轧钢板，在800～1200℃退火2分钟，酸洗后冷轧成0.35mm的厚度。在800～1200℃下，对冷轧钢板进行最终退火50秒钟。对于各试片，测出0.01～1℃的夹杂物的数量、大小为0.1℃以上的硫化物的数量、铁损及磁通密度，其结果示于下表4中。
[表3]
钢种 C Si Mn P S Al N Ti Sn Sb 备注
B1 0.0012 1.3 0.03 0.14 0.0012 0.1 0.0029 0.0009 0.046 0.021 实施例
B2 0.0022 2.1 0.06 0.05 0.0019 0.18 0.0016 0.0025 0.021 0.025 实施例
B3 0.0035 2.5 0.05 0.11 0.0038 0.15 0.0035 0.0015 0.039 0 实施例
B4 0.0027 2.8 0.05 0.07 0.0021 0.21 0.0019 0.0016 0 0.041 实施例
B5 0.0021 1.7 0.07 0.11 0.0012 0.12 0.0022 0.0008 0.011 0.031 比较例
B6 0.0016 2.3 0.05 0.02 0.0019 0.29 0.0019 0.0023 0.035 0 比较例
B7 0.0025 2.4 0.07 0.08 0.0022 0.26 0.0022 0.0012 0 0.025 比较例
B8 0.0031 2.8 0.03 0.05 0.0017 0.22 0.0016 0.0019 0.029 0.011 实施例
B9 0.0019 3.0 0.05 0.08 0.0035 0.24 0.0023 0.0021 0.029 0.022 实施例
B10 0.0029 3.5 0.06 0.06 0.0037 0.29 0.0029 0.0015 0.045 0 实施例
B11 0.0023 3.5 0.04 0.03 0.003 0.13 0.0021 0.0011 0 0.036 实施例
B12 0.0033 2.8 0.07 0.05 0.0023 0.18 0.0025 0.0019 0.030 0 比较例
B13 0.0027 3.1 0.06 0.07 0.0016 0.3 0.0013 0.0016 0.032 0.03 比较例
B14 0.0016 3.3 0.05 0.04 0.0027 0.19 0.0026 0.0017 0 0.024 比较例
[表4]
如上表3所示，满足本发明的[Mn]、[Al]、[P]、[S]及0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)，并满足热轧钢板退火温度和冷轧钢板退火温度的钢种B1、B2、B3、B4、B8、B9、B10、B11，其0.01μm～1μm的夹杂物的平均大小为0.11μm以上，并且0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也为0.5以上，结果铁损低、磁通密度高。
B5、B7和B12虽然满足[Mn]、[Al]、[P]、[S]及0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)，但是热轧钢板退火温度超出了本发明的范围，所以微小的夹杂物的百分率增加，导致1μm以下的夹杂物的平均大小为小于0.11μm，0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，导致铁损和磁通密度劣化。
而且，B6和B14虽然满足[Mn]、[Al]、[P]、[S]及0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)，但是冷轧钢板退火温度超出了本发明的范围，所以1μm以下的夹杂物的平均大小为小于0.11μm，0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，而且晶粒过于粗大或者微小，导致铁损和磁通密度劣化。
B13虽然满足[Mn]、[Al]、[P]、[S]及0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)，但是热轧钢板退火温度和冷轧钢板退火温度均超出了本发明的范围，所以1μm以下的夹杂物的平均大小为小于0.11μm，0.01μm～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，导致磁性劣化。
以下，详细说明本发明另一优选实施例的无取向电工钢板的制造方法。但，下列实施例只是示例性的，本发明的内容并不局限于下列实施例。
本发明另一实施例的无取向电工钢板的制造方法，在含有Si、Al、Mn及P的成分系中，如果增加铁素体相扩散元素，即添加0.3～0.8％的Al，而且添加至少多于Mn的P，就能将Mn的含量控制为0.01～0.2％，更优选地控制为0.01～0.05％，从而抑制微小的AlN等夹杂物的生成，并提高粗大的夹杂物的分布密度，进而能够改善高频磁性。
而且，若将Al的含量增加至0.3～0.8％，并使P的含量至少多于Mn的含量以满足[Mn]<[P]的话，即使Mn的含量增加，微小析出物的形成也会被抑制且提高磁性。因此，在Al为0.3～0.8％，S为0.001～0.005％的无取向电工钢板中，添加多于Mn的P以满足[Mn]<[P]，使得Mn的含量达到0.01～0.02％，P的含量达到0.02～0.3％，从而能够提高电工钢板的高频磁性。
所述Mn为抑制铁素体形成的元素，而Al和P为扩散铁素体相的元素，通过增加铁素体形成元素Al和P，热轧及退火时可在稳定的铁素体相进行操作，所述P偏析在晶界处，使有利于磁性的{100}织构得以发展，从而可以提高磁性。
实施例3
制造具有如下表5的组成的钢锭，并通过改变Mn、Al、P、S的含量来观察会产生的影响。在1160℃下，对各钢锭进行加热，并热轧成2.5mm的厚度后进行卷取。将在空气中卷取并冷却的热轧钢板，在1050℃下退火3分钟，酸洗后冷轧成0.35mm的厚度，并在1050℃下，对冷轧钢板进行最终退火60秒钟。对于各试片，测出0.01～1μm的夹杂物的数量、大小为0.1μm以上的硫化物的数量、铁损及磁通密度，其结果示于下表6中。
[表5]
钢种 C Si Mn P S Al N Ti Sn Sb 备注
C1 0.0025 1.4 0.04 0.25 0.004 0.31 0.0024 0.0015 0.025 实施例
C2 0.0026 2.5 0.05 0.2 0.004 0.35 0.0022 0.0017 0.025 实施例
C3 0.0019 2.5 0.01 0.06 0.003 0.4 0.0019 0.0021 0.011 0.01 实施例
C4 0.0023 2.4 0.001 0.23 0.005 0.007 0.0023 0.0018 0.025 比较例
C5 0.0026 2.6 0.03 0.04 0.003 1.2 0.0013 0.0021 0.025 0.01 比较例
C6 0.0023 2.7 0.07 0.03 0.002 1.5 0.002 0.0025 0.029 比较例
C7 0.0026 2.6 1.2 0.03 0.001 0.35 0.0019 0.0024 比较例
C8 0.0035 3.5 0.45 0.07 0.003 0.56 0.0025 0.0021 比较例
C9 0.0021 3.1 0.04 0.14 0.003 0.55 0.0017 0.0022 实施例
C10 0.0022 3.0 0.02 0.12 0.001 0.45 0.0018 0.0019 0.026 实施例
C11 0.0025 3.4 0.05 0.25 0.004 0.8 0.0016 0.0025 0.019 实施例
C12 0.0025 3.5 0.07 0.15 0.003 0.45 0.0016 0.0024 实施例
C13 0.0025 3.6 0.05 0.15 0.001 0.35 0.0019 0.0023 0.025 实施例
C14 0.0025 3.4 0.07 0.04 0.006 0.45 0.0018 0.0022 0.025 比较例
C15 0.0026 3.4 0.06 0.03 0.0004 0.35 0.0023 0.0023 0.03 比较例
C16 0.0024 3.3 0.12 0.05 0.002 0.25 0.0019 0.002 0.025 比较例
[表6]
1)(NS≥0.1μm/NTot)表示0.01～1μm的总夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比。
2)铁损(W10/400)表示在400Hz频率下激发出1.0Tesla的磁通密度时的轧制方向和轧制方向的垂直方向的平均损耗(W/kg)。
3)磁通密度(B50)表示当施加5000A/m的磁场时所激发出的磁通密度的大小(Telsa)。
如上表6所示，在本发明的[Mn]、[Al]、[P],[S]成分范围中，满足[Mn]<[P]和0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40(式1)的钢种C1～C3、C9～C13，其0.01～1μm的夹杂物的平均大小为0.11μm以上，并且0.01～1μm的夹杂物的数量中大小为1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也为0.5以上，可知高频铁损低，磁通密度高。
比较例的C4～C8、C14～C16因为Mn、P、Al等超出范围或者不满足所述式1，0.01～1μm的夹杂物的平均大小为小于0.11μm很微小，0.01～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5以下，导致高频下的铁损和磁通密度劣化。
而且，比较例C4的Mn和Al的含量超出了发明的范围，C5、C6的Al含量过多且C6的Mn含量多于P含量，C7、C8的Mn含量过多且Mn含量多于P含量。C14～C16的Mn含量多于P含量，尤其C15的S含量过低，C16的Al含量低于0.3％。因此，0.01～1μm的夹杂物的平均大小为小于0.11μm很微小，0.01～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS、CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也小于0.5，可知铁损和磁通密度劣化。
实施例4
将板坯再加热至1150℃，然后制成2.0mm厚度的热轧钢板，在650℃下进行卷取并在空气中进行冷却，所述板坯以重量％计包含C:0.0025％、Si:2.89％、Mn:0.03％、P:0.15％、S:0.002％、Ti：0.0011％，余量为Fe及其他不可避免的杂质。如表7所示，热轧钢板连续退火三分钟后酸洗，并冷轧成0.2mm的厚度，冷轧钢板在70％的氮气、30％的氢气氛围下退火1分钟。对于各试片，测出0.01～1μm的夹杂物的数量、大小为0.1μm的硫化物的数量、铁损及磁通密度，并用磁性测量仪测出铁损及磁通密度，其结果示于下表7中。
[表7]
在上表7中，实施例1～3的热轧钢板退火温度和冷轧钢板退火温度满足发明的范围，但是比较例1的热轧钢板退火温度低，而比较例2的冷轧钢板退火温度低。
在本发明实施例中，即使成分系为[Mn]<[P]且满足所述式1以及满足热轧钢板退火温度和冷轧钢板退火温度，0.01～1μm的夹杂物平均大小也可能会改变，0.01～1μm的夹杂物的数量中大小为0.1μm以上的MnS，CuS或者复合硫化物的数量之比(NS≥0.1μm/NTot)也可能会改变。
以上，参照附图对本发明的实施例进行了说明，但所属领域的技术人员会理解，在不改变技术思想或必要特征的情况下，本发明能够以其他方式实施。
因此，上述实施例只是示例性的并非限制性的。本发明的保护范围应以权利要求书为准而非上述说明，由权利要求书的含义、范围及等效概念导出的所有变更或变更的形式，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种无取向电工钢板，其以重量百分比(％)计包含以下成分：
C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.0011～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)，
并且其中，大小为0.1μm以上的MnS、CuS及(Mn、Cu)S复合硫化物的数量NS≥0.1μm与大小为0.01～1μm的总夹杂物的数量NTot之比NS≥0.1μm/NTot为0.5以上。
2.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
以重量百分比(％)计含有Mn:0.01～0.05％。
3.根据权利要求1或者2所述的无取向电工钢板，其中，
以重量百分比(％)计含有Al:0.3～0.8％，并满足[Mn]<[P],其中[Mn]、[P]分别表示Mn、P的重量百分比(％)。
4.根据权利要求3所述的无取向电工钢板，其中，
所述不可避免的杂质包括Cu、Ni、Cr、Zr、Mo、V中的至少一个，所述Cu、Ni、Cr的含量分别为0.05重量百分比(％)以下，所述Zr、Mo、V含量分别为0.01重量百分比(％)以下。
5.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，
大小为0.01～1μm且包含硫化物的总夹杂物的平均大小为0.11μm以上。
6.根据权利要求5所述的无取向电工钢板，其中，
在所述电工钢板的显微组织中的晶粒大小为50～180μm。
7.一种无取向电工钢板的制造方法，包括：
提供一种板坯，所述板坯以重量百分比(％)计包含C:0.005％以下、Si:1.0～4.0％、Al：0.1～0.8％、Mn:0.01～0.1％、P:0.02～0.3％、N：0.005％以下、S:0.0011～0.005％、Ti：0.005％以下、Sn及Sb中的至少一个：0.01～0.2％，余量为Fe及其他不可避免的杂质，
所述Mn、Al、P、S满足下式：
0.8≤{[Mn]/(100*[S])+[Al]}/[P]≤40
其中，[Mn]、[Al]、[P]、[S]分别表示Mn、Al、P、S的重量百分比(％)；
将所述板坯加热至1200℃以下，然后轧制成热轧钢板；
将所述热轧钢板酸洗后，轧制成0.10～0.70mm，以制造冷轧钢板；及
在850～1100℃下，对所述冷轧钢板进行最终退火。
8.根据权利要求7所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
所述板坯以重量百分比(％)计含有Mn:0.01～0.05％。
9.根据权利要求7或者8所述的无取向电工钢板的制造方法，其中，
所述板坯以重量百分比(％)计含有Al:0.3～0.8％，并且满足[Mn]<[P]，其中[Mn]、[P]分别表示Mn、P的重量百分比(％)。
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