CN115491569B - 无取向硅钢的生产方法和无取向硅钢 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种无取向硅钢的生产方法和无取向硅钢,包括以下步骤:将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,其中,所述RH精炼包括添加含硅铝磷合金和添加含铈合金并进行合金化,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%,可选地,Ce,0.0025%~0.005%;将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。本申请通过降低MnS夹杂物的数量提高无取向硅钢的耐蚀性;通过铈与其他元素,如S元素,两者相互作用也提高了无取向硅钢的耐蚀性。
Description
技术领域
本申请属于钢铁冶炼技术领域,具体涉及一种无取向硅钢的生产方法和无取向硅钢。
背景技术
无取向电工钢,是一种低碳且Si含量通常在0.5%至3.0%之间的硅铁软磁合金,用于家用电器、电力系统、通信系统和军事工业等领域。对于硅钢材料来说,其抗腐蚀能力远高于一般低碳钢。硅钢生产过程中,通常使用涂布绝缘涂层达到防腐的目的,但还是会出现横截面腐蚀的情况。
钢铁材料内部成分、组织等不均匀,加上外界湿气与材料表面形成电解液薄膜,造成了材料内部及表面不同组织之间形成了电位差,引发电化学腐蚀,其中,点腐蚀造成的危害最为严重。
发明内容
鉴于此,本申请提供一种无取向硅钢的生产方法和无取向硅钢,旨在提高无取向硅钢的耐蚀性能。
一方面,本申请实施例提供了一种无取向硅钢的生产方法,包括以下步骤:
将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;
将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,其中,所述RH精炼包括添加含硅铝磷合金和添加含铈合金并进行脱氧合金化,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%,可选地,Ce,0.0025%~0.005%;
将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。
根据本申请的一个方面的实施例,所述含铈合金包括以质量百分数计的如下化学元素:60%≤Ce≤100%;0<Si≤30%,0<Mn≤10%;所述含铈合金的加入量为0.6~0.9kg/t。
根据本申请的一个方面的实施例,所述含铈合金的粒度为3~20mm,密度为4~4.4g/cm3。
根据本申请的一个方面的实施例,所述RH精炼时,还包括脱碳、脱氧和脱硫。
根据本申请的一个方面的实施例,所述无取向硅钢包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.003%;Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;Mn≤0.29%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0025%;Ce,0.0025%~0.0075%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
根据本申请的一个方面的实施例,所述无取向硅钢的包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.003%;Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;0.05%≤Mn≤0.15%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0015%;Ce,0.0025%~0.005%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
根据本申请的一个方面的实施例,所述连铸中浇铸的温度为1540~1556℃,所述连铸的时间为30~50分钟。
根据本申请的一个方面的实施例,所述热轧的开轧温度为1030-1100℃,所述热轧的终轧温度为840℃~880℃。
根据本申请的一个方面的实施例,所述连续退火时退火温度为860~930℃,退火时间为2~3min。
另一方面,本申请实施例提供了一种无取向硅钢,其特征在于,所述无取向硅钢由上述的方法得到。
与现有技术相比,本申请至少具有以下有益效果:
本申请提供的方法,对脱硫铁水添加含硅铝磷合金,可以降低无取向硅钢中夹杂物和S元素含量,从而控制MnS夹杂物的数量;添加含铈合金,不仅可以降低无取向硅钢中夹杂物和S元素含量,从而控制MnS夹杂物的数量,而且减轻了薄板坯连铸连轧工艺中钢液固转变过程中的过冷现象、推迟钢的包晶反应、细化初次晶粒、细化等轴晶的二次枝晶等,并在不同程度上减轻了Mn、Si或其他杂质元素如Cr、Mo、V、Ni的枝晶偏析,改善了组织均匀化程度,降低了材料的腐蚀倾向。上述两点共同作用,通过降低MnS和夹杂物的数量提高无取向硅钢的耐蚀性;此外,添加铈,通过铈与其他元素,两者相互作用也提高了无取向硅钢的耐蚀性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案,下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一个实施例提供的无取向硅钢的生产方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本申请的申请目的、技术方案和有益技术效果更加清晰,以下结合实施例对本申请进行进一步详细说明。应当理解的是,本说明书中描述的实施例仅仅是为了解释本申请,并非为了限定本申请。
为了简便,本申请仅明确地公开了一些数值范围。然而,任意下限可以与任何上限组合形成未明确记载的范围;以及任意下限可以与其它下限组合形成未明确记载的范围,同样任意上限可以与任意其它上限组合形成未明确记载的范围。此外,尽管未明确记载,但是范围端点间的每个点或单个数值都包含在该范围内。因而,每个点或单个数值可以作为自身的下限或上限与任意其它点或单个数值组合或与其它下限或上限组合形成未明确记载的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有说明,“以上”、“以下”为包含本数,“一种或多种”中的“多种”的含义是两种及其两种以上。
本申请的上述申请内容并不意欲描述本申请中的每个公开的实施方式或每种实现方式。如下描述更具体地举例说明示例性实施方式。在整篇申请中的多处,通过一系列实施例提供了指导,这些实施例可以以各种组合形式使用。在各个实例中,列举仅作为代表性组,不应解释为穷举。
现有硅钢材料的生产工艺总流程为:原料(铁水,废钢,石灰,萤石,白云石,硅铁,锰铁,铝等)→铁水预脱硫处理→转炉冶炼→RH处理→薄板坯连铸连轧→热轧→酸洗→冷轧→连续退火→涂层→卷取(取样检验)→包装出厂。
现有技术中,一般的硅钢材料的抗腐蚀能力一般高于低碳无取向硅钢。低碳无取向电工钢是一种含碳低的硅铁软磁合金,其碳含量约为0.0005%-0.003%,而Si含量在0.5%至3.0%之间,通常用于电力、通信和军事工业领域,其中在制造家用电器中应用广泛。
低碳无取向硅钢的腐蚀主要是电化学腐蚀。经发明人研究发现:由于无取向硅钢内部的成分、组织等不均匀性,加上外界湿气与材料表面形成电解液薄膜,造成了材料内部及表面不同组织之间形成了电位差,发生电化学腐蚀,其中,以点腐蚀造成的危害最为严重,而诱发腐蚀的主要因素是钢中夹杂物。
经发明人进一步研究发现,诱发低碳无取向硅钢中的点腐蚀主要是MnS为主的夹杂物,因此,发明人发现可以从减少MnS为主的夹杂物数量方向来提高无取向硅钢的耐蚀性能。
经发明人进一步研究,发现添加稀有元素铈,可以与钢中有害的O、S等杂质元素相结合,形成高熔点的化合物,排出钢液;铈还可以作为脱S剂或脱O剂加入钢中,Ce与S产生的化合物可以取代MnS,减少杂质元素含量;同时铈可以减轻Mn、Si或其他杂质元素如Cr、Mo、V、Ni的枝晶偏析,从而降低MnS等夹杂物的数量,从而提高无取向硅钢的耐蚀性能。
本申请实施例第一方面提供了一种无取向硅钢的生产方法,如图1所示,包括以下步骤:
S1.将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;
S2.将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,其中,所述RH精炼包括添加含硅铝磷合金和添加含铈合金并进行合金化,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%,可选地,Ce,0.0025%~0.005%;
S3.将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。
根据本申请的实施例,加含硅铝磷合金和添加含铈合金在不同程度上降低了合金的夹杂物含量,减轻了Mn、Si或其他杂质元素如Cr、Mo、V、Ni的枝晶偏析,降低了MnS夹杂物的数量;通过控制精炼钢水中各化学元素的含量,综合提高无取向硅钢的耐腐蚀性能。
根据本申请实施例,精炼钢水中的各种化学元素具有以下作用:
Si元素能改善钢的耐蚀性能,在无取向硅钢中Si有利于促进含有细小晶粒的锈层在无取向硅钢表面形成,使得钢的腐蚀速率随着Si含量的增加而降低,从而提高钢的耐蚀性。
Al元素,控制精炼钢水中铝元素含量为0.25%~0.35%时,可以使得无取向硅钢内部的晶粒粗化,铁素体含量增加,从而导致无取向硅钢的耐腐蚀性能提高;在上述范围内,随着Al含量的增加,无取向硅钢的腐蚀失重逐渐减小。Si-Al元素共同作用可以增加锈层电阻,使得含有Si-A1元素的上述无取向硅钢的耐蚀性优于普通碳钢或硅钢。
P元素,是能够有效提高钢的耐大气腐蚀性能的合金元素之一。在大气腐蚀的条件下,P是钢中的阳极去极化剂,可加速钢的均匀溶解以及Fe2+的氧化速率,控制精炼钢水中磷元素含量为0.05%~0.07%时,促进致密非晶态羟基氧化铁FeO2(OH)3-x的保护膜的形成,使钢的内部基体免遭大气的腐蚀,其中,x为1-3的正整数。
Ce元素,在无取向硅钢冶炼工艺中主要起到净化作用和变质作用。Ce可以与钢中有害的O、S等杂质元素相结合,形成高熔点的化合物,排出钢液;Ce还可以作为脱S剂或脱O剂加入钢中,减少杂质元素含量;同时稀土可以防止杂质元素在晶界偏析。通过向钢中加入Ce可以使含O、S夹杂物的形态得到控制,Ce与S产生的硫化物可以取代MnS。
根据本申请实施例,连铸中结晶器内的传输行为能够上浮去除钢液卷渣和夹杂物。
在一些实施例中,RH精炼中,进行合金化之前,进行脱碳、脱氧和脱硫。
根据本申请的实施例脱碳结束时,钢水通过加铝进行脱氧;钢水脱氧后,合金料可以通过真空加料系统加入真空槽进行微合金成分微调,合金化顺序可以为铝-硅铁-锰-磷铁。
在一些实施例中,所述含铈合金包括以质量百分数计的如下化学元素:60%≤Ce≤100%;0<Si≤30%,0<Mn≤10%;
在于一些实施例中,所述含铈合金的加入量为0.6~0.9kg/t。
所述RH精炼时,添加脱氧剂;优选的,脱氧剂为硅铝磷合金组合物和铈硅锰合金组合物0.6-0.9kg/吨钢,所述脱氧剂的加入量为1.0-2.0kg/吨钢。
根据本申请的实施例,可以在RH精炼30min后以散料形式均匀加入稀土Ce-Si-Mn合金,达到脱氧、脱硫以及降低夹杂物含量的积极作用。
在一些实施例中,所述含铈合金的粒度为3~20mm,密度为4~4.4g/cm3,可以使含铈合金在钢液中以悬浮于钢液中层或表面的状态与钢液中的各元素相互作用,上述的粒度可以缓慢且均匀地与钢中有害的O、S等杂质元素相结合,减少杂质元素含量,同时避免粒度过大造成钢液飞溅,或影响钢液的渣面形成。
在一些实施例中,含硅铝磷合金的加入量为1.0-2.0kg/吨钢。
在一些实施例中,所述无取向硅钢包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.003%;Si,0.75%~1.0%;Al,0.25%~0.35%;Mn≤0.29%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0025%;Ce,0.0025%~0.0075%,其余为Fe和不可避免的杂质元素;通过控制使钢中硫含量控制在25-30ppm以下,实现部分脱硫,降低钢中MnS夹杂物,可以提高钢的耐腐蚀性能。
在一些实施例中,所述无取向硅钢的包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.0025%;Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;0.05%≤Mn≤0.15%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0015%;Ce,0.0025%~0.005%;其余为Fe和不可避免的杂质元素。
根据本申请的实施例,在上述方法制得的无取向硅钢,具有以上化学元素,其耐腐蚀性能优异;无取向硅钢的牌号为Z50W800L时,抗拉强度为350-400Mpa、屈服强度为240-260Mpa、延伸率为30%-40%、硬度为110-125HV、铁损为4.4-4.6W/kg、磁感为1.735-1.745T。
在一些实施例中,所述连铸中浇铸的温度为1540~1556℃℃,所述连铸的时间为30~50分钟,可以提升生产效率、抑制组织粗大的积极作用。
在一些实施例中,所述热轧的开轧温度为1030-1100℃,优选为1050-1070℃;所述热轧的终轧温度为840℃~880℃,可以使无取向硅钢铁损升高、磁感应强度降低的积极作用。
在一些实施例中,所述连续退火时退火温度为860~930℃,退火时间为2~3min,可以起到消除加工应力、降低夹杂物数量和碳含量,提升材料耐蚀性能以及改善磁性能的积极作用。
在一些实施例中,热轧之后进行连续退火,将钢带轧至成品厚度为0.50mm后连续退火,退火温度为880~920℃,退火时间可以为3min左右。
在一些实施例中,进行退火之后,进行卷取;所述卷取的温度为550℃~650℃。
根据本申请实施例,通过控制热轧、退火、卷取等工艺参数,可以控制无取向硅钢中的夹杂物个数,辅助控制夹杂物种类,从而影响无取向硅钢的性能。
本申请实施例第二方面提供了一种无取向硅钢,其特征在于,所述无取向硅钢由第一方面所述的方法得到。
实施例
下述实施例更具体地描述了本申请公开的内容,这些实施例仅仅用于阐述性说明,因为在本申请公开内容的范围内进行各种修改和变化对本领域技术人员来说是明显的。除非另有声明,以下实施例中所报道的所有份、百分比、和比值都是基于重量计,而且实施例中使用的所有试剂都可商购获得或是按照常规方法进行合成获得,并且可直接使用而无需进一步处理,以及实施例中使用的仪器均可商购获得。
实施例1-5
本申请实施例提供一种无取向硅钢的生产方法,包括以下步骤:
将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;
将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,其中,所述RH精炼包括添加含硅铝磷合金和添加含铈合金并进行脱氧合金化,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%,Ce,0.0025%~0.005%;
将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。
对比例1-5
本申请对比例提供一种生产无取向电工钢的方法,所述方法包括以下步骤:
一种无取向硅钢的生产方法,包括以下步骤:
将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;
将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.90%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%,Ce,0.0025%~0.005%;
将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。
实施例和对比表例中的具体参数如表1和表2所示。
表1实施例和对比例中各精炼钢水中各元素含量。
表2实施例和对比例中工艺参数。
通过实施例和对比例的钢水成分控制,和工艺参数控制,得到了无取向电工钢。
性能测试
1)力学性能检测
将实施例和对比例的无取向硅钢进行性能检测得到如表3所示的结果。通过GB/T228.1金属材料室温拉伸试验方法和GB/T 21838.1金属材料硬度和材料参数的仪器压入试验第1部分:试验方法对冷轧低碳钢的性能进行检测,结果如表3所示。
表3实施例和对比例无取向硅钢的性能检测结果。
上述结果表示,实施例生产的无取向硅钢中硫元素含量均比对比例的硅钢片中含量低,铝、磷元素含量均比对比例的硅钢片中含量高,
硫在通常情况下也是有害元素,硫含量增加降低钢的延展性和韧性,在锻造和轧制时造成裂纹;同时铁损增加,磁感应强度下降,还增加钢的热脆性。实施例中硫含量比对比例中硫含量明显下降,其降低,磁感应强度增加,耐腐蚀性能也明显提升。
磷溶于铁素体,能提高钢的强度和和耐大气腐蚀性能,最大的害处是偏析严重,增加回火脆性,显著降低钢的塑性和韧性,致使钢在冷加工时容易脆裂。实施例硅钢片中磷元素含量比对比例中磷元素含量低。
铝可以起到脱氧的作用;钢中加入少量的铝可提高冲击韧性,铝还具有抗氧化性和抗腐蚀性能;铝可以使电阻率增高,铁损降低,饱和磁感强度降低。实施例硅钢片中铝元素含量比对比例中铝元素含量高。
2)夹杂物数量统计分析
采用标准GB/T10561-2005/ISO4967:1998(E)。分级方法是对不同范围内的夹杂物直径进行<5μm、5~10μm、10~15μm、15~20μm和>20μm五级分级归类。实验时将夹杂看成小颗粒球(类似于质点),以直径代替大小,统计直径总和后在将其看成等大、均匀地夹杂进行计算。取抛光好的金相试样,然后使用ZEISS-AxioImagerM2m型金相显微镜在100倍条件下连续观察10个视场(视场总面积为0.589mm2)并拍照。之后采用LIM-2000图像分析软件,对图片中非金属夹杂物的数量、尺寸和面积进行统计,并计算单位面积夹杂物个数、夹杂物面积分率及夹杂物平均粒径等参数。其中非金属夹杂物单位面积个数计算方法为视场中非金属夹杂物总数除以所拍视场总面积;非金属夹杂物面积分率计算方法为视场中非金属夹杂物总面积除以视场总面积,夹杂物检测结果如表5和表6。
表5实施例1的退火工艺条件下试样定量金相统计结果。
表6对比例1的退火工艺条件下试样定量金相统计结果。
由表5和表6可知,对比例1退火态试样中的非金属夹杂物的数量为42个,与之相对应的单位面积夹杂物个数为4.29个/mm2;其中夹杂物尺寸范围在0~5μm的个数为37个。实施例1退火态试样中的非金属夹杂物的数量为25个,与之相对应的单位面积夹杂物个数为3.41个/mm2;其中夹杂物尺寸范围在0~5μm的个数为22个。对比例1退火样中尺寸在5μm以上的夹杂物总个数为5个,而实施例1退火样中尺寸在5μm以上的夹杂物总个数为3个。
3)夹杂物类型分析
实验材料为实施例1退火试样、实施例2退火试样、对比例1退火样。采用场发射扫描电子显微镜及能谱仪(FE-SEM,Nova400Nano;EDS)对金相试样进行形貌观测和成分分析。由于夹杂物在试样中分布不均匀,且在实验过程中受抛光影响使部分夹杂物脱落,不同材料中夹杂物总类未能归纳总结完整。实施例1退火板试样中夹杂物类型主要有Al2O3、AlN、MgO-Al2O3-Ce2O2S、AlN-Ce2O2S等。实施例2退火板试样中夹杂物类型主要有Al2O3、AlN、AlN-Ce2O2S、Al2O3-Ce2O2S、MgO-Al2O3-Ce2O2S等。对比例1退火板试样中夹杂物类型有Al2O3、MgO-Al2O3、Al2O3-MnS、MgO-Al2O3-MnS等。实施例1和2中氧化物复合夹杂及硫化物复合夹杂中均含有少量的稀土元素Ce,其夹杂物种类有增加,但是其硫化物类夹杂物数量较少,经实验证实,无取向硅钢锈斑的产生主要是由凹坑内部尺寸范围为5μm以下的氧化物夹杂Al2O3和氧硫复合物夹杂MgO-Al2O3-MnS、以及10μm以上的氧硫复合物夹杂Al2O3-MnS引起的。通过本申请的方法,使本申请生产的无取向硅钢含有的MnS等夹杂物数量明显减少,提高了耐腐蚀性。
4)腐蚀性检测
采用中性盐雾试验方法对实施例和对比例制得的无取向硅钢退火材料进行腐蚀性能检测,得到的结果如表7所示。
表7实施例及对比例的无取向硅钢耐蚀性能。
自腐蚀电位(Ecorr)是一个特定的腐蚀体系在没有外加电流的情况下测得的金属电位。Ecorr负值的绝对值越大,腐蚀倾向越大;其正值越大,腐蚀倾向越小。由上表可知,自腐蚀电位均为负值,实施例的负值绝对值小于对比的负值绝对值,实施例的腐蚀倾向越小,腐蚀失重率也越小,实施例的无取向硅钢具有较好的耐腐蚀性。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种无取向硅钢的生产方法,其特征在于,包括以下步骤:
将铁水进行脱硫处理,以得到脱硫铁水;
将所述脱硫铁水进行RH精炼,以得到精炼钢水,其中,所述RH精炼包括添加含硅铝磷合金和添加含铈合金并进行合金化,以使精炼钢水包含以质量百分数计的如下化学元素:Si,0.75%~0.90%;Al,0.25%~0.35%;P,0.05%~0.07%;Ce,0.0025%~0.0075%;所述RH精炼时,还包括脱碳、脱氧和脱硫;
将所述精炼钢水进行连铸、热轧、冷轧和退火,以得到无取向硅钢。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述含铈合金包括以质量百分数计的如下化学元素:60%≤Ce≤100%;0<Si≤30%,0<Mn≤10%;所述含铈合金的加入量为0.6~0.9kg/t。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述含铈合金的粒度为3~20mm,密度为4~4.4g/cm3。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述无取向硅钢包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.003%;Si,0.75%~0.90%;Al,0.25%~0.35%;Mn≤0.29%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0025%;Ce,0.0025%~0.0075%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述无取向硅钢的包括以质量百分数计的如下化学元素:C≤0.0025%;Si,0.75%~0.85%;Al,0.25%~0.35%;0.05%≤Mn≤0.15%;P,0.05%~0.07%;S≤0.0015%;Ce,0.0025%~0.005%,其余为Fe和不可避免的杂质元素。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述连铸中浇铸的温度为1540~1556℃,所述连铸的时间为30~50分钟。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热轧的开轧温度为1030-1100℃,所述热轧的终轧温度为840℃~880℃。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述退火时退火温度为860~930℃,退火时间为2~3min。
9.一种无取向硅钢,其特征在于,所述无取向硅钢由权利要求1-8任一项所述的方法得到。
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