用于生产无晶粒取向电工钢的钢带和生产该钢带的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于生产无取向电工钢的钢带。与已知的电工钢相比，为了实现极大改进的不依赖于频率的磁特性，尤其是极大降低的磁滞损失，提出了以wt％计的如下合金组分：C:≤0.03，Al:1至12，Si:0.3至3.5，Mn:>0.25至10，Cu:>0.05至3.0，Ni:>0.01至5.0，N、S和P的总量：至多0.07，余量是铁和熔炼相关的杂质，可选添加选自Cr、Mo、Zn和Sn中的一种或多种元素，其中钢带具有基本上由Al2O3和/或SiO2组成的绝缘层，绝缘层的厚度在10μm至100μm的范围内。本发明专利技术还涉及一种生产这种钢带的方法。

Method for producing grain-free oriented electrical steel strip

The invention relates to a steel strip for producing non-oriented electrical steel. Comparing with known electrical steels, in order to achieve a great improvement in frequency-independent magnetic properties, especially a great reduction in hysteresis loss, the following alloying components in wt% are proposed: C:= 0.03, Al:1 to 12, Si:0.3 to 3.5, Mn:> 0.25 to 10, Cu:> 0.05 to 3.0, Ni:> 0.01 to 5.0, the total amount of N, S and P: up to 0.07, the remaining amount is iron and melting-related impurities, which can be added. Selected from one or more elements of Cr, Mo, Zn and Sn, the steel strip has an insulating layer consisting basically of Al2O3 and/or SiO2, and the thickness of the insulating layer is in the range of 10 to 100 microns. The invention also relates to a method for producing the steel strip.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生产无晶粒取向电工钢的钢带和生产该钢带的方法本专利技术涉及用于生产无晶粒取向电工钢的钢带和生产该钢带的方法。电工钢的材料可以例如从DE10153234A1或DE60108980T2中得知。它们主要由铁硅合金或铁硅铝合金组成，其中根据晶粒取向(GO)和无晶粒取向(NGO)电工钢加以区分，并且这些电工钢用于不同应用。尤其是，加入铝和硅以便在磁饱和极化尽可能保持不变的情况下实现强度的增加和密度的降低，并且尤其是电阻的增加。对于电气工程中的应用，其中磁通量不固定于特定方向并且因此在所有方向上都需要同样良好的磁性，通常生产可能最具各向同性的电工带钢，并将其称作无晶粒取向(NGO)电工带钢。这主要用于发电机、电动机、交换机、继电器和小型变压器。无晶粒取向(NGO)电工带钢的理想结构(结构组成)是晶粒尺寸在20μm至200μm之间的多晶微结构，其中微晶在具有(100)面的钢板平面中随机取向。然而，在实践中，钢板平面中真正的无晶粒取向电工带钢的磁特性在很小的程度上取决于磁化方向。例如，纵向和横向之间的损耗差异至多是10％。无晶粒取向电工带钢中磁特性的足够各向同性的发展基本上受热成型、冷成型和最后阶段退火的制造路线的配置的影响。根据已知技术，电工带钢中的磁特性基本上由如下因素决定：高纯度，硅和铝的含量(按质量百分数计达到约4％)以及有目的地添加其它合金元素诸如锰、硫和氮的含量，以及热轧、冷轧和退火工艺。确定的板厚度是在比1mm小得多的范围内，例如0.18mm或0.35mm。如从已公开的文献DE10153234A1中知晓的，无晶粒取向电工钢的材料具有以wt.％计的C<0.02％、Mn≤1.2％、Si0.1-4.4％和Al0.1-4.4％的合金组成。描述了不同的生产方法，诸如薄板或薄带铸造，采用这些方法能够生产最大厚度是1.8mm的热轧带钢。通过随后的冷轧，能够得到厚度达到0.2mm的带钢。专利文献DE60306365T2公开了无晶粒取向电工钢，以wt.％计由达到约6.5％硅、5％铬、0.05％碳、3％铝、3％锰和余量的铁及杂质组成。钢带采用垂直薄板坯铸造法生产，其中钢水被引入至两个反向旋转、内冷铸轧辊的铸造间隙中。然后，可以对铸带进行热轧和冷轧，其中实现了带钢厚度小于1mm。从已公开的文献WO2013/117184A1知晓用于生产无晶粒取向或晶粒取向电工钢的热轧带钢，其中热轧带钢由以wt.％计的如下合金组分组成：C：0.001至0.08，Al：4.8至20，Si：0.05至10，B：达到0.1，Zr：达到0.1，Cr：0.1至4，余量为铁和熔炼引发的杂质。热轧带钢以如下方式生产：首先在水平带钢铸造装置中以流平(beruhigt)的方式且无弯曲来铸造熔体以形成6至30mm的预带钢，然后将其轧制以形成形变率至少是50％的热轧带钢。然后，可将热轧带钢冷轧至厚度低至0.150mm。无晶粒取向电工钢的已知合金具有如下缺点：磁特性，尤其是磁滞损失，在很大程度上取决于磁化电流的频率和振幅。尤其，在高频率和较高振幅下，磁滞损失显著增加，这特别是对快速运转的电动机具有不利影响。因此，需要一种由无晶粒取向材料组成的钢带，该材料具有合金概念：使损失最小化，并且即使在高频率下仍使损失持续保持低。本专利技术的目的是提供一种用于生产无晶粒取向电工钢的钢带，与已知电工钢相比，它具有极大改进的、不依赖于频率的磁特性，尤其是磁滞损失极大降低。另一目的是提供该钢带的生产方法。根据本专利技术的用于生产无晶粒取向电工钢的钢带具有以wt.％计的如下合金组分：C：<0.03，Al：1至12，Si：0.3至3.5，Mn：>0.25至10，Cu：>0.05至3.0，Ni：>0.01至5.0，N、S和P的总量：至多0.07，余量是铁和熔炼引起的杂质，可选地添加选自Cr、Mo、Zn和Sn中的一种或多种元素，其中钢带具有基本上由Al2O3和/或SiO2组成、厚度是10μm至100μm的绝缘层。结合绝缘层的组成，这基本上意味着至少50％的绝缘层由Al2O3或SiO2或者前述两种成分的总和组成。优选地，绝缘层的厚度是20μm至100μm，特别优选地是20μm至50μm。根据本专利技术的包括合金组分的钢带的特征是磁滞损失极大降低，以及磁特性与磁化电流的频率的广泛无关性(weitgehende)。结果，就能量而言并且从经济学角度来看，该材料的适用范围能够极大地增大，尤其是用于快速运转的电动机和在高频率的磁化电流下使用。尤其，最大值是12％的Al含量使电阻极大增加，并且相应地减少磁损失。此外，通过添加达到12wt.％铝，也减小了钢的比密度，这对旋转电机部件的重量和特别是在高旋转频率下产生的离心力具有积极效果。此外，钢中含Al的沉淀物使强度极大增加。为了实现相应效果，铝的最小含量固定为1wt.％。然而，Al含量高于12wt.％会造成冷轧过程困难，原因是形成了有序相。因此，遵循Al含量为10wt.％以下是有利的。虽然根据权利要求16的热轧带钢是在超过1000℃或更高的温度下进行热轧的，但是提供了非常高的防氧化皮保护。因为Al为12wt.％以下或Si为3.5wt.％以下的极其高的含量，所以在热钢板的表面上形成致密的、固有形成的绝缘层，该绝缘层基本上由Al2O3和/或SiO2组成，这有效地减少或甚至完全抑制钢中铁的起皮(Verzunderung)。此外，钢带的退火(尤其是最终退火)的温度和持续时间能够有利地影响该层的厚度，其中前述钢带通常理解为冷轧钢带。随着退火的温度和持续时间的增加，该层的厚度也增加。以有利的方式，实现至少10μm、优选至少20μm的层厚度。然而，这种氧化皮层不应当超过100μm、优选50μm的厚度，使得由于随着厚度增加而同样增加的脆性，该层不会因为皮层剥落而对可轧制性产生不利影响。由于该层在带钢进一步加工中被保留并且以电绝缘的方式发挥功能，因此可以任选地节省或极大地减少钢盘组的片材盘之间的附加绝缘层。结果，可以省略其它必需的绝缘材料，因此降低了成本和组件重量。添加Si会产生电阻增加的作用。根据本专利技术，为了实现效果，需要0.3wt.％的最小含量。对于Si含量超过3.5wt.％，可冷轧性降低，原因是材料变得越来越脆并且边缘裂纹在钢带上变得越来越明显。因此，1.0至3.0wt.％且优选1.5至2.5wt.％的含量是有利的设定。在所选合金元素含量中加入Si和Al代表电阻增加和磁饱和极化降低的最优组合。碳含量应当保持在尽可能地低以便在成品钢带中防止碳化物沉积造成的磁老化。低碳含量引起磁特性的改善，因为材料中出现更少的由碳原子和碳化物引起的裂缝。已经显示0.03wt.％的最大碳含量是有利的。根据本专利技术的钢含有超过0.25至10wt.％的量的锰。锰增加比体积电阻。为了产生相应效果，钢应当含有超过0.25wt.％的锰。为了确保采用热轧或冷轧进一步加工时不出问题，由于脆性相的形成，锰含量不应当超过10wt.％。Mn对可轧制性的不利影响以复杂的方式取决于元素Al、Si和Mn的总和。以有利的方式，应当将Mn+Al+Si的总含量小于或等于20wt.％作为可轧制性的上限。铜的添加同样增加比体积电阻。为了产生相应的效果，Cu含量应当大于0.05wt.％。不大于3wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生产无晶粒取向电工钢的钢带，由以wt.％计的如下合金组分组成：C：≤0.03，Al：1至12，Si：0.3至3.5，Mn：>0.25至10，Cu：>0.05至3.0，Ni：>0.01至5.0，N、S和P的总和:至多0.07，余量是铁和熔炼引起的杂质，任选添加了选自Cr、Mo、Zn和Sn中的一种或多种元素，其中所述钢带具有实质上由Al2O3和/或SiO2组成、厚度是10μm至100μm的绝缘层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.29 DE 102016114094.51.一种用于生产无晶粒取向电工钢的钢带，由以wt.％计的如下合金组分组成：C：≤0.03，Al：1至12，Si：0.3至3.5，Mn：>0.25至10，Cu：>0.05至3.0，Ni：>0.01至5.0，N、S和P的总和:至多0.07，余量是铁和熔炼引起的杂质，任选添加了选自Cr、Mo、Zn和Sn中的一种或多种元素，其中所述钢带具有实质上由Al2O3和/或SiO2组成、厚度是10μm至100μm的绝缘层。2.根据权利要求1所述的钢带，其特征在于，所述绝缘层的厚度是20μm至100μm。3.根据权利要求2所述的钢带，其特征在于，所述绝缘层的厚度是20μm至50μm。4.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，Cr和Mo的总含量是0.01至0.5wt.％。5.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，Zn和Sn的总含量是0.01至0.05wt.％。6.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，最大Al含量是10wt.％。7.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，Mn和Al的最大总含量是20wt.％。8.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，Si的含量是1.0至3.0wt.％。9.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，Si含量是1.5至2.5wt.％。10.根据权利要求1至3任一项所述的钢带，其特征在于，最大Ni含量是3wt.％。11.根据权利要求1至10任一项所述的钢带，其特征在于，以wt.％计的如下合金组分：Al：1至6，Si：0.5至1，Mn：>1.0至7，Cu：>0.1至2.0，Ni：>0.1至3.0。12.根据权利要求1至10任一项所述的钢带，其特征在于，以wt.％计的如下合金组分：Al：>6至10，Si：0.5至0.8，Mn：>0.5至3，Cu：>0.1至2.5，Ni：>0.1至2.5。13.根据权利要求12所述的钢带，其特征在于，以wt.％计的如下合金组分：Si：0.3至0.5，Mn：>0.5至2，Cu：>0.1至0.5。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：扎卡里亚斯·乔治奥，弗兰克·克洛泽，
申请(专利权)人：德国沙士基达板材有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE