CN104302801B

CN104302801B - 冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板

Info

Publication number: CN104302801B
Application number: CN201380025093.7A
Authority: CN
Inventors: 财前善彰; 尾田善彦; 户田广朗
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2013-08-01
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2033-08-01

Abstract

本发明提供冲裁加工前的铁损特性优秀且冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板，其具有如下组成成分：含有0.005质量％以下的C、2～7质量％的Si、0.03～3质量％的Mn、3质量％以下的Al、0.2质量％以下的P、0.005质量％以下的S、0.005质量％以下的N、0.0001～0.0005质量％的Se以及0.0005～0.005质量％的As，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，50Hz、1.5T励磁时的铁损W_15/50为3.5W/kg以下，并且钢板冲裁时的塌陷量x与板厚t的比(x/t)为0.15以下，其中，x、t的单位为mm。

Description

冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板

技术领域

本发明涉及一种不仅冲裁加工前的铁损特性优秀、冲裁加工导致的铁损特性劣化也较小的无方向性电磁钢板。

背景技术

近年，在节能化的世界潮流中，即便在电器设备中，也强烈追求高效率化。与之相伴，在作为电器设备的铁芯材料而广泛使用的无方向性电磁钢板中，为了实现电器设备的高效率化，而减少铁损成为大的课题。为了满足上述要求，在无方向性电磁钢板中，以往主要通过添加Si、Al等元素提高固有阻抗、减少板厚来实现低铁损化。

然而，公知有如下情况：在作为马达等的铁芯材料而使用无方向性电磁钢板的情况下，该马达等的特性与坯料钢板的特性相比变差。考虑这其中之一的原因是，对无方向性电磁钢板的特性而言，通常，相对于通过使用30mm宽的试片的爱泼斯坦试验来进行评价的情况，真机的马达的齿宽、轭宽为5～10mm的较窄宽度的情况较多，因在冲裁加工时引入的变形而导致铁损特性劣化。作为这样的冲裁加工导致的磁特性劣化较小的材料，例如，专利文献1中公开一种通过添加0.015～0.035wt％的S缩小剪切阻力从而减小变形量的无方向性电磁钢板。

专利文献1：日本专利第2970436号公报

然而，专利文献1中公开的钢板与现有的无方向性电磁钢板相比含有大量的S，所以冲裁加工前的坯料钢板本身的磁特性较差，因而无法充分满足现今对铁损特性的严格要求。因此，强烈希望开发出一种不仅冲裁加工前的铁损特性优秀，冲裁加工后的铁损特性也优秀即冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板。

发明内容

本发明是鉴于现有技术存在的上述问题而完成的，其目的在于提供一种冲裁加工前的铁损特性优秀且冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板。

发明人们为了解决上述课题，着眼于钢板的组成成分和在冲裁加工中所产生的钢板的塌陷的大小(以后，也称为“塌陷量(sag)”)对铁损特性的影响而重复进行深入研究。其结果是，发现如下情况，即在冲裁加工中所产生的钢板的塌陷的大小与铁损特性的劣化率存在密切关联，且通过添加适量的Se以及As可以减小该塌陷的大小而不使坯料钢板的铁损特性劣化，进而能够抑制冲裁加工导致的铁损特性劣化，由此开发了本发明。

基于上述认识的本发明涉及一种无方向性电磁钢板，其特征在于，具有如下组成成分：含有0.005质量％以下的C、2～7质量％的Si、0.03～3质量％的Mn、3质量％以下的Al、0.2质量％以下的P、0.005质量％以下的S、0.005质量％以下的N、0.0001～0.0005质量％的Se以及0.0005～0.005质量％的As，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，50Hz、1.5T励磁时的铁损W_15/50为3.5W/kg以下，并且钢板冲裁时的塌陷量x与板厚t的比(x/t)为0.15以下，其中，x、t的单位为mm。

本发明的无方向性电磁钢板的特征在于，平均结晶粒径为30～150μm。

另外，本发明的无方向性电磁钢板的特征在于，除所述组成成分之外，还含有0.003～0.5质量％的Sn以及0.003～0.5质量％的Sb中的任1种或2种。

根据本发明，能够稳定地提供一种不仅冲裁加工前的铁损特性优秀且冲裁加工后的铁损特性也优秀即冲裁加工导致的铁损特性劣化较小的无方向性电磁钢板，所以大有助于使用由冲裁加工制造的铁芯的马达等电器设备的高效率化。

附图说明

图1是定义冲裁加工导致的塌陷量的图。

图2是对利用爱泼斯坦试验测量宽30mm的试片和宽10mm的试片的铁损的方法进行说明的图。

图3是表示塌陷量x与板厚t的比(x/t)对铁损劣化率的影响的图表。

图4是表示Se含量对塌陷量x与板厚t的比(x/t)以及铁损W_15/50的影响的图表。

图5是表示As含量对塌陷量x与板厚t的比(x/t)以及铁损W_15/50的影响的图表。

图6是表示平均结晶粒径对塌陷量x与板厚t的比(x/t)以及铁损W_15/50的影响的图表。

具体实施方式

对作为开发本发明的契机的实验进行说明。

<实验1>

首先，为了调查在冲裁加工中所产生的塌陷的大小(塌陷量)对铁损特性的影响，对含有0.0025质量％的C、3.0质量％的Si、0.5质量％的Al、0.5质量％的Mn、0.01质量％的P、0.0018质量％的N、0.0019质量％的S、0.0001质量％的Se以及0.0010质量％的As的钢坯以1100℃加热30分，之后，进行热轧而形成板厚2.0mm的热轧板，在以980℃实施30秒的热轧板退火之后，通过1次冷轧而形成具有各种板厚0.20～0.50mm的冷轧板，然后，以950℃实施10秒的最终退火，形成绝缘覆膜，从而成为无方向性电磁钢板(制品板)。此外，利用线段法求得上述制品板的轧制方向(L方向)剖面的平均结晶粒径，约为80μm。

接下来，通过将间距(clearance)设定为5％的冲裁加工来从上述制品板的L方向以及C方向选取长180mm×宽30mm以及长180mm×宽10mm的试片。这里，上述间距是指上模与下模的间隙除以被加工件的板厚所得的值(％)。另外，对冲裁加工为宽10mm的试片的端面的塌陷的大小(塌陷量)进行测量。这里，上述塌陷量如图1所示那样进行定义。

另外，利用爱泼斯坦试验测量上述试片的铁损W_15/50。此时，如图2所示那样以沿宽度方向排列3片试片而形成为宽30mm的方式对宽10mm的试片进行测量。在如此测量铁损的情况下，宽30mm的试片之中含有两处切断部分，所以能够评价冲裁加工对铁损特性的影响。此外，冲裁加工对铁损的影响如下述式子所定义的那样，用宽10mm的试片的铁损W_15/50相对于宽30mm的试片的铁损W_15/50的劣化率(铁损劣化率)进行评价。

注

铁损劣化率(％)＝{(W_15/50(10mm宽))-(W_15/50(30mm宽))}/(W_15/50(30mm宽))×100

针对上述测量结果，图3中示出了冲裁加工时的塌陷量x与板厚t的比(x/t)和铁损劣化率之间的关系。从该图中可以知道，通过使塌陷量x与板厚t的比(x/t)为0.15以下能够将铁损劣化率降低至20％以下。考虑这是因为，若塌陷量与板厚的比(x/t)较大，则在由冲裁加工产生的端面的附近残留有压缩应力，从而磁特性劣化。从该结果出发，在本发明中，使塌陷量x与板厚t的比(x/t)为0.15以下。

<实验2>

接下来，作为减小由上述冲裁加工产生的端面的塌陷量的对策，发明人们着眼于作为晶界偏析型的削弱晶界强度的元素的Se与As，进行了以下实验。

对含有0.0030质量％的C、2.5质量％的Si、1质量％的Al、0.5质量％的Mn、0.01质量％的P、0.0020质量％的N、0.0022质量％的S，且含有0.0001～0.002质量％范围的Se和0.0001～0.010质量％范围的As的钢坯以1100℃加热30分，之后，进行热轧而形成板厚2.0mm的热轧板，在以980℃实施30秒的热轧板退火之后，通过1次冷轧而形成板厚0.50mm的冷轧板，然后，以970℃实施10秒的最终退火，形成绝缘覆膜，从而成为无方向性电磁钢板(制品板)。

通过将间距设定为5％的冲裁加工来从如此获得的制品板的L方向以及C方向选取长180mm×宽10mm的试片，以与上述<实验1>相同的方式测量冲裁端面的塌陷量，并利用爱泼斯坦试验测量铁损W_15/50。此外，以沿宽度方向排列3片试片而形成为宽30mm的方式对上述宽10mm的试片的铁损进行测量。

图4是表示Se含量对塌陷量x与板厚t的比(x/t)以及铁损W_15/50的影响的图，另外，图5是表示As含量对塌陷量x与板厚t的比(x/t)以及铁损W_15/50的影响的图。从上述图中可以知道，通过使Se≥0.0001质量％、As≥0.0005质量％能够缩小塌陷的大小。考虑这是因为，Se以及As是晶界偏析型元素，具有削弱晶界强度的效果，所以冲裁加工时的剪切阻力变小，而塌陷减小。另一方面，还可以知道，若Se＞0.0005质量％、As＞0.005质量％，则铁损特性大幅度劣化。考虑这是因为，若含有大量Se、As，则形成大量析出物，从而磁滞损耗增大。

从以上的结果出发，在本发明中，添加0.0001～0.0005质量％范围的Se、0.0005～0.005质量％范围的As。

<实验3>

接下来，发明人们进行了调查结晶粒径对塌陷量的影响的实验。

对含有0.0020质量％的C、2.5质量％的Si、0.001质量％的Al、0.5质量％的Mn、0.01质量％的P、0.0019质量％的N、0.0024质量％的S、0.0001质量％的Se以及0.0008质量％的As的钢坯以1100℃加热30分，之后，进行热轧而形成板厚2.0mm的热轧板，在以1000℃实施30秒的热轧板退火，并通过1次冷轧而形成板厚0.35mm的冷轧板之后，实施在750～1100℃的范围的各种温度下保持10秒的最终退火，从而形成结晶粒径不同的无方向性电磁钢板(制品板)。

通过将间距设定为5％的冲裁加工来从如此获得的制品板的L方向以及C方向选取长180mm×宽30mm以及长180mm×宽10mm的试片，以与上述<实验1>相同的方式测量冲裁端面的塌陷量，并利用爱泼斯坦试验测量铁损W_15/50，并利用线段法求得制品板的轧制方向(L方向)剖面的平均结晶粒径。此外，以沿宽度方向排列3片试片而形成为宽30mm的方式对上述宽10mm的试片的铁损进行测量。

图6(a)是表示结晶粒径对塌陷量x与板厚t的比(x/t)的影响的图。从该图中可以知道，通过使平均结晶粒径为150μm以下能够减小冲裁加工时的塌陷量。考虑这是因为，若结晶粒径变小，则晶界的存在频率变高，从而冲裁加工时的剪切阻力变小。另外，图6(b)是表示结晶粒径对铁损W_15/50的影响的图。从该图中可以知道，若平均结晶粒径为30μm以下，则铁损W_15/50劣化。考虑这是因为，若结晶粒径变小，则磁滞损耗变大。

从以上内容可以知道，优选本发明的无方向性电磁钢板的平均结晶粒径为30～150μm的范围。

接下来，对本发明的无方向性电磁钢板(制品板)的组成成分进行说明。

C：0.005质量％以下

若含有超过0.005质量％的C，则会引起磁时效，从而存在铁损劣化的担忧。因此，C为0.005质量％以下。

Si：2～7质量％

Si是对提高钢的固有阻抗、减小铁损有效的元素，但上述效果在Si不足2质量％时较弱。另一方面，若Si超过7质量％，则钢硬质化，难以进行轧制制造。因此，Si为2～7质量％的范围。

Mn：0.03～3质量％

Mn是为改善热加工性所需要的元素，但上述效果在Mn不足0.03质量％时不充分，另一方面，添加超过3质量％会导致原料成本上升。因此，Mn为0.03～3质量％的范围。

Al：3质量％以下

Al与Si相同，是对提高钢的固有阻抗、减小铁损有效的元素。然而，添加超过3质量％会导致钢硬质化，从而难以进行轧制制造。因此，Al为3质量％以下。

P：0.2质量％以下

P在本发明中是为了提高钢的固有阻抗、减小铁损而添加的，但若添加超过0.2质量％，则钢的脆化变显著，冷轧时会引起断裂。因此，P限制为0.2质量％以下。

S：0.005质量％以下，N：0.005质量％以下

S以及N均是不可避免的杂质元素，若含有超过0.005质量％，则会使磁特性劣化。因此，S以及N分别限制为0.005质量％以下。

Se：0.0001～0.0005质量％，As：0.0005～0.005质量％

如上所述，Se以及As是晶界偏析型元素，削弱晶界强度，由此具有抑制冲裁加工时产生塌陷的效果。通过添加0.0001质量％以上的Se、0.0005质量％以上的As能够获得上述效果。另一方面，添加超过0.0005质量％的Se以及超过0.005质量％的As会形成大量析出物，从而磁滞损耗增大，所以铁损特性劣化。因此，Se以及As为如下范围，Se：0.0001～0.0005质量％、As：0.0005～0.005质量％。

对本发明的无方向性电磁钢板而言，除上述必须成分以外的剩余部分是Fe以及不可避免的杂质。但是，以改善铁损特性为目的，可以添加0.003～0.5质量％的Sn以及0.003～0.5质量％的Sb中的任1种或者2种。

Sn以及Sb是抑制钢板表层的氧化、氮化、以及与此相随的表层微小颗粒的生成，具有防止磁特性劣化的作用效果的元素。为了呈现这种效果，优选分别含有0.003质量％以上。另一方面，若超过0.5质量％，则会阻碍结晶粒的生长，存在导致磁特性劣化的担忧。因此，优选Sn以及Sb分别添加0.003～0.5质量％的范围。

接下来，在本发明中对无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。

优选，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法由以下一系列工序构成，即按照使用转炉、电炉、真空脱气装置等的常规精炼工序对具有上述适于本发明的组成成分的钢进行熔炼，并利用连续铸造法或造块-分块轧制法形成钢坯，之后，对该钢坯进行热轧，并根据需要进行热轧板退火、冷轧、最终退火，形成绝缘覆膜。

在上述制造方法中，对热轧板退火以前的制造条件不作特别限定，可以按照通常公知的条件进行制造。

另外，对上述冷轧而言，可以进行1次冷轧，也可以进行夹着中间退火的2次以上冷轧。另外，其压下率也可以与通常的无方向性电磁钢板的制造条件相同。

另外，上述最终退火除将退火条件设定为平均结晶粒径是本发明的优选范围(30～150μm)以外，不作特别限定，只要以通常的无方向性电磁钢板的退火条件为基准来实施即可。此外，为将结晶粒径控制在上述范围内，退火温度优选为770～1050℃的范围，更优选为800～1020℃的范围。

实施例

在以1100℃对具有表1中示出的各种组成成分的钢坯再加热30分之后，进行热轧而形成板厚2.0mm的热轧板，在以1000℃实施30秒的热轧板退火之后，通过1次冷轧形成表2中示出的各种板厚的冷轧板，然后，均实施在表2中示出的各种温度下保持10秒的最终退火，从而形成无方向性电磁钢板(制品板)。

[表1]

[表2]

通过将间距设定为5％的冲裁加工从如此获得的制品板的L方向以及C方向选取长180mm×宽30mm以及长180mm×宽10mm的样本，并利用爱泼斯坦试验测量铁损W_15/50，求得铁损劣化率。此外，对长180mm×宽10mm的样本而言，将3片宽10mm的试片如图2那样排列而作为宽30mm的试片以供测量。另外，针对上述制品板，对冲裁加工后的端面的塌陷量进行测量，并利用线段法求得轧制方向(L方向)剖面的平均结晶粒径。

上述的测量结果一并记入表2中。从表2中可以知道，满足本发明的条件的无方向性电磁钢板不仅冲裁加工前的铁损特性优秀，冲裁加工后的铁损特性也优秀，从而能够抑制冲裁加工导致的铁损特性劣化。

Claims

1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于，

具有如下组成成分：含有0.005质量％以下的C、2～7质量％的Si、0.03～3质量％的Mn、3质量％以下的Al、0.2质量％以下的P、0.005质量％以下的S、0.005质量％以下的N、0.0001～0.0005质量％的Se以及0.0005～0.005质量％的As，剩余部分由Fe以及不可避免的杂质构成，50Hz、1.5T励磁时的铁损W_15/50为3.5W/kg以下，并且钢板冲裁时的塌陷量x与板厚t的比(x/t)为0.15以下，其中，x、t的单位为mm，

平均结晶粒径为30～150μm。

2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，

除所述组成成分之外，还含有0.003～0.5质量％的Sn以及0.003～0.5质量％的Sb中的任1种或2种。