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CN104937118A - 磁特性优异的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

磁特性优异的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法 Download PDF

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CN104937118A
CN104937118A CN201380071240.4A CN201380071240A CN104937118A CN 104937118 A CN104937118 A CN 104937118A CN 201380071240 A CN201380071240 A CN 201380071240A CN 104937118 A CN104937118 A CN 104937118A
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财前善彰
尾田善彦
户田广朗
花泽和浩
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
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Abstract

将含有C：0.005质量％以下、Si：4质量％以下、Mn：0.03～2质量％、P：0.2质量％以下、S：0.004质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.004质量％以下和Se：0.0010质量％以下，且其余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢坯进行热轧、冷轧后，进行将达到740℃为止的平均升温速度设为100℃/s以上的再结晶退火，从而得到在去应力退火后成为高磁通密度且低铁损的半工艺非方向性电磁钢板。

Description

磁特性优异的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及半工艺无取向性电磁钢板的制造方法，具体而言，涉及磁特性优异的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
在近年的节能化的世界性潮流中，电气设备被强烈地要求高效率化。无取向性电磁钢板作为电气设备的铁芯材料而被广泛使用，为了达成电气设备的高效率化，无取向性电磁钢板的高磁通密度化、低铁损化是不可缺少的。对应于这样的要求，对于无取向性电磁钢板，进行以下努力：主要通过添加Si、Al等提高固有电阻的元素、或减少板厚来实现低铁损化，此外，通过冷轧前的晶体粒径的粗大化、冷轧压下率的最优化等来实现高磁通密度化。
然而，无取向性电磁钢板中，有冲裁成规定的铁芯形状后在不施行退火的情况下使用的全工艺材料，以及冲裁后施行去应力退火、改善磁特性而使用的半工艺材料。后者的半工艺材料有如下优点：为了提高冲裁性，预先减小冲裁前的晶粒，以其后的去应力退火使晶粒粗大化，从而可以得到良好的铁损特性。但是，有伴随着晶粒的生长，{111}晶粒增大，因此磁通密度下降的问题。
针对该问题，例如，在专利文献1中公开了如下内容：含有0.75～1.5质量％的Mn，使相对于该Mn多些的C共存，在该Mn、C共存的条件下实施冷轧后的退火，将C量设为0.005％以下，从而在去应力退火后可得到具有优异的磁特性的半工艺材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平06-043614号公报
发明内容
然而，上述专利文献1的方法由于添加有C，因此有如下问题：有必要在制成最终的制品板之前施行脱碳退火，制造成本变大。
本发明是鉴于现有技术具有的上述问题而作出的，其目的是廉价地提供一种在去应力退火后高磁通密度且低铁损的半工艺无取向性电磁钢板。
本发明的发明人等为了解决上述课题反复进行了深入研究。其结果发现，通过极力减少作为杂质而含有的Se，并且将冷轧后的再结晶退火的升温速度与以往相比急速加热，可得到去应力退火后的磁通密度和铁损特性显著优异的无取向性电磁钢板，从而开发了本发明。
即，本发明是一种半工艺无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，将具有如下成分组成的钢坯进行热轧、冷轧后，施行再结晶退火，其中，将上述再结晶退火中的达到740℃为止的平均升温速度设为100℃/s以上而进行加热，上述成分组成为：含有C：0.005质量％以下、Si：4质量％以下、Mn：0.03～2质量％、P：0.2质量％以下、S：0.004质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.004质量％以下和Se：0.0010质量％以下且其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
本发明所用的上述钢坯的特征在于，除上述成分组成以外，进一步分别含有0.003～0.5质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
此外，本发明所用的上述钢坯的特征在于，除上述成分组成以外，进一步含有0.0010～0.005质量％的Ca。
根据本发明，能够在不添加特别的元素的情况下，廉价地提供一种有助于旋转机、小型变压器等电气设备的高效率化的具有优异的磁特性的无取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示再结晶退火的升温速度对去应力退火后的磁通密度产生的影响的图。
图2是表示再结晶退火的升温速度对去应力退火后的铁损产生的影响的图。
图3是表示Se含量对去应力退火后的磁通密度产生的影响的图。
图4是表示Se含量对去应力退火后的铁损产生的影响的图。
具体实施方式
首先，对成为开发本发明的契机的实验进行说明。
为了调查再结晶退火的升温速度对去应力退火后的磁特性产生的影响，将含有C：0.0025质量％、Si：2.0质量％、Mn：0.10质量％、P：0.01质量％、Al：0.001质量％、N：0.0019质量％、S：0.0020质量％和Se：0.0002质量％的钢坯进行1100℃×30分钟的再加热后，进行热轧，制成板厚2.0mm的热轧板，施行980℃×30秒的热轧板退火后，通过1次冷轧，制成板厚0.35mm的冷轧板，其后，用直接通电加热炉使达到740℃为止的平均升温速度在30～300℃/s的范围内发生各种变化而加热，在740℃保持10秒后，进行冷却而制成冷轧退火板。
从如此得到的冷轧退火板切下L：180mm×C：30mm的L方向试验片和L：30mm×C：180mm的C方向试验片，施行750℃×2小时的去应力退火后，以艾普斯亭(Epstein)法测定磁特性(磁通密度B50，铁损W15/50)，将其结果示于图1和图2。
由这些图可知，通过将再结晶退火的平均升温速度设为100℃/s以上，可以显著提高磁特性。认为这是因为，通过提高再结晶退火时的升温速度，可抑制{111}晶粒的再结晶，可促进{110}晶粒、{100}晶粒的再结晶，其结果，在去应力退火时，{110}晶粒、{100}晶粒蚕食{111}晶粒而优先地进行晶粒生长，因此磁特性提高。
接下来，基于上述发现，将与在用于上述实验的钢类似的成分组成的钢数次装料出钢而制造无取向性电磁钢板，从该钢板以与上述相同的要领切下Epstein试验片，施行去应力退火后，测定磁特性，其结果，观察到大的偏差。为了调查其原因，对特性良好的试验片和较差的试验片进行比较调查，其结果明确了磁特性较差的试验片在晶界大量析出MnSe，去应力退火后的粒径也变小。
因此，为了研究Se含量对去应力退火时的晶粒生长性产生的影响，以C：0.0021质量％、Si：1.8质量％、Mn：0.50质量％、P：0.03质量％、S：0.0019质量％、Al：0.3质量％和N：0.0025质量％为基本成分，在其中将使Se在Tr.～0.0050质量％的范围进行各种变化而添加的钢在实验室中溶解，制成钢块后，进行热轧而制成板厚2.0mm的热轧板，其后，冷轧至板厚0.35mm，用直接通电加热炉以平均升温速度200℃/s加热至740℃，以30℃/s从740℃加热至800℃，在该温度保持10秒后，冷却而制成冷轧退火板。
从如此得到的冷轧退火板切下L：180mm×C：30mm的L方向试验片和L：30mm×C：180mm的C方向试验片，施行750℃×2小时的去应力退火后，以Epstein法测定磁特性(磁通密度B50，铁损W15/50)，将其结果示于图3和图4。
由这些图可明确，通过将Se的含量减少至0.0010质量％以下，磁特性提高，换言之，若添加大于0.0010质量％的Se，则在晶界析出MnSe，阻碍去应力退火时的晶粒生长，使磁特性变差。本发明是鉴于上述新型发现而作出的。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板(制品板)的成分组成进行说明。
C：0.005质量％以下
C在制品钢板中含有量大于0.005质量％时，引起磁时效而使铁损特性劣化，因此上限设为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。
Si：4质量％以下
Si是对提高钢的固有电阻、减少铁损有效的元素，为了得到这样的效果，优选添加1质量％以上。另一方面，若添加量大于4质量％，则磁通密度下降，或难以轧制、制造，因此上限设为4质量％。优选为1～4质量％，更优选为1.5～3质量％的范围。
Mn：0.03～2质量％
Mn是对改善热加工性有效的元素，但小于0.03质量％时，无法得到充分的效果，另一方面，大于2质量％的添加导致原料成本的上升，因此设为0.03～2质量％的范围。优选为0.05～2质量％，更优选为0.1～1.6质量％的范围。
P：0.2质量％以下
P是对提高钢的固有电阻、减少铁损有效的元素，但是0.2质量％以上的添加使钢硬化而降低轧制性，因此上限设为0.2质量％。优选为0.01～0.1质量％的范围。
S：0.004质量％以下
S是不可避免地混入的杂质元素，若含有量大于0.004质量％，则形成硫化物系析出物而阻碍去应力退火时的晶粒生长，使磁特性劣化，因此在本发明中，将上限设为0.004质量％。优选为0.003质量％以下。
Al：2质量％以下
Al与Si同样是对提高钢的固有电阻、减少铁损有效的元素，若添加量大于2质量％，则难以轧制、制造，因此上限设为2质量％。下限值没有特别限制，可以是0质量％。优选为0.001～2质量％，更优选为0.1～1质量％的范围。
N：0.004质量％以下
N是不可避免地混入的杂质元素，若含有量大于0.004质量％，则形成氮化物系析出物，阻碍去应力退火时的晶粒生长而使磁特性劣化，因此在本发明中，将上限设为0.004质量％。优选为0.003质量％以下。
Se：0.0010质量％以下
由上述实验结果可知，Se是使去应力退火后的磁特性劣化的有害元素。因此，本发明中，将Se限制在0.0010质量％以下。优选为0.0005质量％以下。
本发明的无取向性电磁钢板除了上述必需成分以外，还可以适当含有以下成分。
Sn、Sb：各0.003～0.5质量％
Sn和Sb是不仅改善集合组织而提高磁通密度，而且通过抑制钢板表层的氧化或氮化、与之相伴的表层微细晶粒的生成而具有防止磁特性的劣化等作用效果的元素。为了得到这样的效果，优选添加0.003质量％以上的Sn和Sb中的1种或2种。另一方面，若添加量大于0.5质量％，则有可能反过来阻碍晶粒的生长，导致磁特性的下降。因此，Sn和Sb优选分别以0.003～0.5质量％的范围添加。
Ca：0.0010～0.005质量％
Ca与Se化合物复合化而形成粗大的析出物，因此具有促进去应力退火时的晶粒生长、改善磁特性的效果。为了显现这种效果，优选添加0.0010质量％以上。另一方面，若添加量大于0.005质量％，则CaS的析出量变多，反而铁损上升，因此上限优选设为0.005质量％。
另外，就本发明的无取向性电磁钢板而言，除上述成分以外的其余部分为Fe和不可避免的杂质。但是，只要是在不损害本发明的作用效果的范围内，就并非不允许含有其它元素。
接着，对本发明的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。
本发明的无取向性电磁钢板的制造方法是首先将具有适合本发明的上述成分组成的钢以使用转炉、电炉、真空脱气装置等的通常的精炼工艺进行熔炼，以连续铸造法或铸锭-开坯轧制法制成钢坯。
接下来，将上述钢坯用通常的方法进行热轧，制成热轧板后，根据需要而施行热轧板退火。该热轧板退火在本发明中不是必需的工序，但对磁特性的提高有效，因此优选适当采用。施行热轧板退火时，退火温度优选设为750～1050℃的范围。这是因为，退火温度小于750℃时，有可能残留未再结晶组织而无法得到热轧板退火的效果，另一方面，若大于1050℃，则对退火设备施加巨大的负荷。更优选为800～1000℃的范围。
上述热轧后，或在上述热轧后施行了热轧板退火的钢板在其后进行酸洗后，通过1次冷轧或插入中间退火的2次以上的冷轧而制成最终板厚的冷轧板。此时的压下率等轧制条件可以与通常的无取向性电磁钢板的制造条件相同。
接下来，对上述冷轧后的钢板施行再结晶退火。该再结晶退火是在本发明中最重要的工序，作为加热条件，需要急速加热至再结晶温度区域为止，具体而言，需要进行使在室温～740℃之间的平均升温速度为100℃/s以上的急速加热。另外，急速加热的终点温度只要至少是再结晶结束的温度即740℃即可，也可以设为大于740℃的温度。但是，终点温度越是高温，则加热所需的设备成本、电力成本越会增大，因此在廉价地制造的方面不优选。另外，对以100℃/s以上急速加热的方法也没有特别限制，例如，可以很好地使用通电加热法或感应加热法等方法。
进行急速加热而再结晶的钢板在其后适当施行均热退火后，冷却而制成制品板。另外，从上述再结晶温度至均热温度为止的升温速度、均热温度、均热时间只要按照通常的无取向性电磁钢板中进行的条件进行即可，没有特别限制，例如，优选从740℃至均热温度的升温速度设为1～50℃/s，均热温度设为740～950℃，均热时间设为5～60秒的范围。更优选的均热温度为740～900℃的范围。此外，对均热退火后的冷却条件没有特别限制。
实施例
将具有表1所示的各种成分组成的钢熔炼而制成钢坯后，将该钢坯进行1080℃×30分钟的再加热后，热轧而制成板厚2.0mm的热轧板，在同样的表1所示的各种条件下施行热轧板退火后，以1次冷轧制成同样的表1所示的各种板厚的冷轧板。其后，将上述冷轧板以直接通电加热炉在同样的表1所示的条件下急速加热至急速加热终点温度后，以20℃/s加热至均热温度，保持10秒后，冷却而制成冷轧退火板(无取向性电磁钢板)。
从如此得到的冷轧退火板切下L：180mm×C：30mm的L方向样品和C：180mm×L：30mm的C方向样品，施行750℃×2小时的去应力退火后，以Epstein法测定磁特性(磁通密度B50，铁损W15/50)。
[表1-1]
[表1-2]
将上述测定的结果与钢成分、再结晶退火条件一起示于表1。由表1可知，满足本发明的成分组成的无取向性电磁钢板均在去应力退火后具有优异的磁特性。

Claims (3)

1.一种半工艺无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，将具有如下成分组成的钢坯进行热轧、冷轧后，施行再结晶退火，其中，将所述再结晶退火中的达到740℃为止的平均升温速度设为100℃/s以上而进行加热，
上述成分组成为：含有C：0.005质量％以下、Si：4质量％以下、Mn：0.03～2质量％、P：0.2质量％以下、S：0.004质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.004质量％以下和Se：0.0010质量％以下且其余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.如权利要求1所述的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，除所述成分组成以外，进一步分别含有0.003～0.5质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
3.如权利要求1或2所述的半工艺无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，除所述成分组成以外，进一步含有0.0010～0.005质量％的Ca。
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