无取向电工钢板及其制造方法技术

根据本发明专利技术的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质。所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于表层部里面的中心部，中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，中心部的平均晶粒为70至300μm。粒为70至300μm。粒为70至300μm。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】无取向电工钢板及其制造方法


[0001]本专利技术的一个实施例涉及无取向电工钢板及其制造方法。具体地，本专利技术的一个实施例涉及一种适当地加入Si、Sn，并通过氮化改善织构，从而改善磁性的无取向电工钢板及其制造方法。

技术介绍

[0002]无取向电工钢板用作电动机、发电机等旋转设备和小型变压器等静止设备的铁芯材料，对确定电气设备的能效起到重要的作用。
[0003]电工钢板的典型特性例如有铁损和磁通密度，铁损越低越好，而磁通密度越高越好，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。
[0004]最近的电气设备出于高效率和小型化的目的在高频区域的使用正在增加，特别是对于电动汽车等环保车辆的驱动电动机，强烈要求提高400Hz以上的高频区域中的磁性，随着速度的增加，几千赫至几十千赫的铁损也变得很重要。对于汽车用电动机，高频和低频铁损均良好，就特别好。
[0005]为了降低高频铁损，加入电阻率大的合金元素Si、Al、Mn等，这种方法虽然降低铁损，但是存在饱和磁通密度也降低的问题。另外，如果Si的加入量过高，则加工性降低，冷轧变得困难，从而导致生产性降低，Al、Mn等的加入量越多，轧制性也越低，存在硬度增加且加工性也降低的问题。
[0006]另外，在6.5重量％以上的硅钢板的情况下，由于冷加工性下降，无法通过一般的冷轧来生产，需要采用渗硅法等。此外，还有一种制造方法是制成板厚变得非常薄，但是钢板越薄，生产成本越增加，而且在制作电动机时，由于制作本身困难和层叠数的增加，生产成本也会增加。
[0007]为了改善磁通密度和铁损，还提出了改善织构的方法。已经提出一种方法，通过实施退火，使得在冷轧钢板的表面(100)晶粒选择性生长，以使退火板的表面形成为(100)[0vw]晶体取向。在下文中，晶体取向用米勒指数(Miller index)表示。当晶体取向表示为{hkl}<uvw>或(hkl)[uvw]时，{hkl}是平行于表面取向的晶面的晶面指数，<uvw>表示平行于轧制方向的晶体方向。H、k、l、u、v、w是整数。在该技术中，晶粒尺寸均大于厚度，从而具有贯穿厚度的结构。
[0008]在无取向电工钢板中，电动机机芯等复杂形状是通过冲压(punching)加工制成，因此如果晶粒尺寸过大，则加工性会变得非常差。
[0009]另外，还提出了一种方法，用于在金属板材表面形成平行于金属板材面的{100}面。该方法是一种金属板材的表面上形成{100}面的方法，其包含：热处理步骤，减少金属板材的内部区域和表面区域中至少一个区域的氧或者将所述金属板材与外部氧阻隔，以在奥氏体相稳定的温度下对金属板材进行热处理；以及相变步骤，使所述热处理后的金属板材相变为铁素体相。该方法需要阻隔外部的氧，因此需要工业上很难实施的真空热处理，而且
需要很多热处理时间，是一种工业上很难成功的工艺。
[0010]然而，铁损可以表示为磁滞损耗、涡流损耗和异常涡流损耗之和，在高频特性的情况下，由于涡流损耗的比例增加，需要控制对磁滞损耗很重要的织构以外的其他方法。
[0011]对涡流损耗产生很大影响的因素有电阻率、板厚、晶粒尺寸。钢板的电阻率和板厚如上所述。对于晶粒尺寸，当晶粒尺寸减小时，涡流损耗会降低。然而，随着晶粒尺寸减小，磁滞损耗反而会增加。因此，设定了最佳的晶粒尺寸。
[0012]考虑到基于频率的铁损，通常高频电动机用钢板的最佳晶粒尺寸小于一般的低频的最佳晶粒尺寸。
[0013]另外，当频率增加时，由于趋肤深度(skin depth)效应，涡流主要形成在表面，因此需要表面晶粒微细化或增加表面电阻率。当高频电流流动时，电流会集中到导体的表面，将表面电流的1/e(36.5％)流过的深度称为趋肤深度。
[0014]δ＝(2ρ/μω)^0.5～503.3*(ρ/μrf)^0.5
[0015]δ：趋肤深度[m]，ρ：电阻率[Ωm]，μr：相对磁导率，f：频率
[0016]对含硅的铁，大致的趋肤深度在50Hz下约为200μm，但是400Hz下约为100μm，2000Hz下约为35μm，趋肤深度变浅。
[0017]因此，当使表层部晶粒变小时，涡流损耗会减小，从而妨碍高频下表面上形成涡流，可以改善高频铁损。此外，通过使中心部晶粒变大来降低磁滞损耗，从而可以降低铁损，特别是可以改善低频铁损或者至少可以防止劣化。
[0018]作为改善高频特性的方法，已知的方法是在钢板表层部形成自钢板表面的深度氮化物和/或内部氧化物的平均粒径和板厚截面中的面积率限制在规定范围内的氮化物和/或内部氧化物含有层，并将氮化物和/或内部氧化物含有层以外的区域中存在的氮化物和内部氧化物的板厚截面中的面积率和钢板的平均晶粒直径D限制在规定范围内。然而，据报告，在该方法中，通过调整退火温度、退火时间和退火环境(N2浓度、露点等)等控制氮化物和内部氧化物的生成状态或它们的平均粒径等。尤其，内部氧化物、氮化物的粒径是主要通过改变退火温度和退火时间来控制，内部氧化物含有层、氮化物含有层的生成深度是主要通过改变退火时间和退火环境来控制，板厚截面中的内部氧化物、氮化物的面积率是主要通过改变退火环境和退火温度来控制。
[0019]当如上所述利用粗大的氧化物和氮化物时，为了控制晶粒尺寸，需要大量含有，而且难以在短时间内有效地控制。

技术实现思路

[0020]技术问题
[0021]本专利技术的一个实施例中提供无取向电工钢板及其制造方法。具体地，本专利技术的一个实施例中提供一种适当地加入Si、Sn，并通过氮化改善织构，从而提高磁性的无取向电工钢板及其制造方法。
[0022]技术方案
[0023]根据本专利技术的一个实施例的无取向电工钢板，以重量％计，所述钢板包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质。
[0024]所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于所述表层部里面的中心部，中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，中心部的平均晶粒为70至300μm。更具体地，中心部的平均晶粒可为70至130μm。
[0025]根据本专利技术的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含C：0.005重量％以下和S：0.003重量％以下中的一种以上。
[0026]根据本专利技术的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Sb：0.2重量％以下、P：0.1重量％以下中的一种以上。
[0027]根据本专利技术的一个实施例的无取向电工钢板，还可以包含Cu：0.015重量％以下、Ni：0.05重量％以下、Cr：0.05重量％以下、Zr：0.01重量％以下、Mo：0.01重量％以下和V：0.01重量％以下中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无取向电工钢板，其中，以重量％计，所述钢板包含Si：2.2至4.5％、Mn：0.5％以下且0％除外、Al：0.001至0.5％、Sn：0.07至0.25％和N：0.0010至0.0090％，余量包含Fe和不可避免的杂质，所述钢板包含从钢板表面向内存在的表层部和存在于所述表层部里面的中心部，所述中心部包含0.005重量％以下的N，所述表层部比中心部更包含0.001重量％以上的N，所述表层部的平均晶粒粒径为60μm以下，所述中心部的平均晶粒为70至300μm。2.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，还包含C：0.005重量％以下和S：0.003重量％以下中的一种以上。3.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，还包含Sb：0.2重量％以下、P：0.1重量％以下中的一种以上。4.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，还包含Cu：0.015重量％以下、Ni：0.05重量％以下、Cr：0.05重量％以下、Zr：0.01重量％以下、Mo：0.01重量％以下和V：0.01重量％以下中的一种以上。5.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，所述表层部包含氮化物，氮化物的平均粒径为10至100nm。6.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，所述中心部的平均晶粒粒径为所述表层部的平均晶粒粒径的2倍以上。7.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，在所述中心部的晶粒中，{100}面与轧制面所形成的角度为15
°
以下的晶粒的分数为30％以上。8.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，在所述中心部的晶粒中，具有从{001}<012>取向偏离15
°
以下的取向的晶粒的分数为20％以上。9.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，对于所述中心部，当用取向分布函数(ODF)表示时，{001}<012>取向的强度为随机的7倍以上。10.根据权利要求1所述的无取向电工钢板，其中，在所述中心部的晶粒中，{111}面与轧制面...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱炯暾，梁日南，朴峻秀，朴昶洙，
申请(专利权)人：POSCO公司，
类型：发明
国别省市：