TW201534739A

TW201534739A - 磁特性優良的無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: TW201534739A
Application number: TW104101027A
Authority: TW
Inventors: Yoshihiko Oda; Tadashi Nakanishi; Shinji Koseki; Tomoyuki Okubo
Original assignee: Jfe Steel Corp
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2015-09-16
Also published as: MX2016008882A; BR112016013844B1; JP2015131993A; KR20160081955A; WO2015107967A1; TWI532854B; EP3095887A1; US20160351308A1; MX379389B; CN105829566A; EP3095887A4; EP3095887B1

Abstract

本發明為高磁通密度且低鐵損的無方向性電磁鋼板，以質量%計含有C：0.010%以下、Si：1~4%、Mn：0.05~3%、Al：0.004%以下、N：0.005%以下、P：0.03~0.20%、S：0.01%以下及Se：0.002%以下，或者C：0.01%以下、Si：1~4%、Mn：0.05~3%、Al：0.004%以下、N：0.005%以下、P：0.03~0.20%、S：0.01%以下及Se：0.003%以下，進而含有選自Sn：0.001~0.1%及Sb：0.001~0.1%中的1種或2種。

Description

磁特性優良的無方向性電磁鋼板

本發明是有關於一種磁特性、尤其是磁通密度優良的無方向性電磁鋼板。

近年來，因對節能的需求的增加，而正使用高效感應馬達。該高效感應馬達中，為了提高效率而進行如下方法：使鐵心的積層厚度增厚，或提高線圈的填充率，或使鐵心中使用的電磁鋼板從現有的低級別材料(low-grade material)變更為鐵損更低的高級別材料(high-grade material)。

而且，就所述感應馬達中使用的鐵心材料而言，除為低鐵損外，亦降低勵磁有效電流並降低銅損，因而要求設計磁通密度下的勵磁有效電流低。為了降低勵磁電流，有效的是提高鐵心材料的磁通密度。進而，最近，在正得到迅速普及的混合動力汽車或電動汽車的驅動馬達中，因在發動時或加速時需要高轉矩，故期望進一步提高磁通密度。

作為提高了磁通密度的電磁鋼板，例如，專利文獻1中揭示了向Si為4質量%以下的鋼中添加了0.1質量%~5質量%的 Co所得的無方向性電磁鋼板。

現有技術文獻專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2000-129410號公報

然而，專利文獻1中揭示的技術中，因Co為價格非常高的元素，故若應用於普通的馬達，則存在導致原料成本的顯著上升的問題。因此，期望開發出一種提高電磁鋼板的磁通密度而不會導致原料成本的顯著上升的技術。

本發明鑒於現有技術所面臨的所述問題而完成，其目的在於廉價且穩定地提供高磁通密度且低鐵損的無方向性電磁鋼板。

發明者等人為了解決所述課題而反覆進行了積極研究。結果發現，藉由在減少Al而添加了P的鋼中，將不可避免地混入的Se減少至極微量，能夠大幅提高磁通密度，從而完成本發明。

即，本發明為一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於具有如下的成分組成，即，含有C：0.010質量%以下、Si：1質量%~4質量%、Mn：0.05質量%~3質量%、Al：0.004質量%以下、N：0.005質量%以下、P：0.03質量%~0.20質量%、S：0.01質量% 以下及Se：0.002質量%以下，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。

本發明的無方向性電磁鋼板的特徵在於：除所述成分組成外，進而含有選自Sn：0.001質量%~0.1質量%及Sb：0.001質量%~0.1質量%中的1種或2種。

而且，本發明的無方向性電磁鋼板的特徵在於：除所述成分組成外，進而含有選自Ca：0.001質量%~0.005質量%及Mg：0.001質量%~0.005質量%中的1種或2種。

而且，本發明的無方向性電磁鋼板的特徵在於：板厚為0.05mm~0.30mm。

根據本發明，可廉價且穩定地提供磁通密度高的無方向性電磁鋼板，因而可較佳地用作高效感應馬達或要求高轉矩的混合動力汽車及電動汽車的驅動馬達、要求高發電效率的高效發電機的核心材料。

圖1是表示P的含量對最終退火後的磁通密度B₅₀所造成的影響的曲線圖。

圖2是表示Se的含量對最終退火後的磁通密度B₅₀所造成的影響的曲線圖。

對成為開發本發明的契機的實驗進行說明。

<實驗1>

首先，為了調查P對磁通密度造成的影響，而在實驗室內使如下的鋼熔解，該鋼是在C：0.0020質量%、Si：3.07質量%、Mn：0.24質量%、Al：0.001質量%、N：0.0021質量%、P：0.01質量%、S：0.0021質量%的無Al的鋼，與C：0.0022質量%、Si：2.70質量%、Mn：0.24質量%、Al：0.30質量%、N：0.0018質量%、P：0.01質量%及S：0.0013質量%的添加了Al的鋼中，使P的添加量在tr.(極微量)~0.16質量%的範圍內進行各種改變所得，在形成鋼塊後，進行熱軋，從而形成板厚1.6mm的熱軋板。然後，在對所述熱軋板實施980℃×30秒的熱軋板退火後，進行酸洗並進行冷軋，形成板厚0.20mm的冷軋板，然後，在20vol%H₂-80vol%N₂環境下實施1000℃×10秒的最終退火，從而形成冷軋退火板。

從如此獲得的冷軋退火板中，從各個方向採取長度方向設為輥軋方向(L方向)及與輥軋方向成直角的方向(C方向)的寬30mm×長280mm的試驗片，利用日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)C2550中記載的25cm愛潑斯坦法(Epstein's method)測定磁通密度B₅₀，將其結果以與P的含量的關係的形式表示於圖1中。根據圖1可知，在添加了Al的鋼中，即便P的含量增加，亦未發現磁通密度提高，而在無Al的鋼中，隨著P的含量增加，磁通密度提高。

如所述般，關於在無Al的鋼中伴隨P含量的增加而磁通密度提高的原因目前尚不知曉，但認為是由如下而引起：Al對冷軋前的P的偏析行為有某些影響，因不含Al而P的擴散速度增大，促進P向結晶晶界偏析，織構得到改善。

<實驗2>

接下來，為了調查添加了P的鋼的製造穩定性，而將含有C：0.0018質量%、Si：3.10質量%、Mn：0.20質量%、Al：0.001質量%、N：0.0015質量%、P：0.06質量%及S：0.0014質量%的無Al的鋼進行10次加料(charge)出鋼，進行熱軋而形成板厚1.6mm的熱軋板。然後，對該些熱軋板實施980℃×30秒的熱軋板退火，進行酸洗並進行冷軋，在形成板厚0.20mm的冷軋板後，在20vol%H₂-80vol%N₂環境下實施1000℃×10秒的最終退火，從而形成冷軋退火板。

在對如此獲得的冷軋退火板與所述實驗同樣地測定磁通密度B₅₀後，可知測定結果有大幅偏差。因此，在對磁通密度低的鋼板進行了成分分析後，可知含有0.0022質量%~0.0035質量%的Se。根據該結果推測，因Se向晶界偏析，而P的晶界偏析被抑制，從而磁通密度降低。Se為殘渣等中所含的元素，認為因近年的殘渣使用比率的提高而不可避免地混入。

<實驗3>

因此，為了調查Se對磁通密度所造成的影響，而在實驗室中使如下的鋼熔解，該鋼是具有C：0.0013質量%、Si：3.21質量%、 Mn：0.15質量%、Al：0.002質量%、N：0.0018質量%、P：0.05質量及S：0.0009質量%的成分組成，且使Se添加量在tr.~0.007質量%的範圍內進行各種改變所得，在形成鋼塊後，進行熱軋，從而獲得板厚1.6mm的熱軋板，然後，在對所述熱軋板實施1000℃×30秒的熱軋板退火後，進行酸洗、冷軋，從而形成板厚0.20mm的冷軋板，然後，在20vol%H₂-80vol%N₂環境下實施1000℃×10秒的最終退火，從而獲得冷軋退火板。

從如此獲得的冷軋退火板中採取寬30mm×長280mm的試驗片，與所述實驗同樣地測定磁通密度B₅₀，將其結果以與Se含量的關係的形式表示於圖2中。根據圖2可知，若Se的添加量超過0.0020質量%，則磁通密度降低，因此，需要將Se的含量限制為0.0020質量%以下。

本發明基於所述新的發現而完成。

接下來，對本發明的無方向性電磁鋼板中的成分組成的限定理由進行說明。

C：0.010質量%以下

C為使鐵損劣化的有害元素，因而越少越好。若C超過0.010質量%，則因磁時效(magnetic aging)所致的鐵損增加變得顯著，故C的上限設為0.010質量%。較佳為0.005質量%以下。再者，關於下限，C越少越好，因而不作特別限定。

Si：1質量%~4質量%

Si一般而言是作為鋼的去氧劑而添加的元素，為對電磁鋼板具有提高電阻而降低高頻下的鐵損的效果的重要元素，為了獲得所述效果而需要添加1質量%以上。然而，若超過4質量%，則勵磁有效電流顯著增大，因而上限設為4質量%。較佳為1.0質量%~3.5質量%的範圍。

Mn：0.05質量%~3質量%

Mn具有藉由防止鋼的熱軋時的熱脆性(hot shortness)而防止表面損傷的產生的效果，因而添加0.05質量%以上。另一方面，若Mn含量增多，則磁通密度或飽和磁通密度降低，因而Mn含量的上限設為3質量%。較佳為0.1質量%~1.7質量%的範圍。

Al：0.004質量%以下

Al可藉由減少其含量而改善最終退火板的織構並提高磁通密度。而且，為了促進P的晶界偏析並提高磁通密度，亦需要減少Al。若超過0.004質量%則無法獲得所述效果。由此，Al的上限設為0.004質量%。較佳為0.002質量%以下。再者，關於下限，因Al越少越好，故不作特別限定。

N：0.005質量%以下

N因會生成氮化物而使磁特性劣化，故限制為0.005質量%以下。較佳為0.002質量%以下。關於下限，因越少越好，故不作特別限定。

P：0.03質量%~0.20質量%

P為本發明的重要元素之一，如圖1所示，具有在無Al的鋼中向晶界偏析而提高磁通密度的效果。在添加0.03質量%以上時獲得所述效果。另一方面，若P超過0.20質量%，則難以進行冷軋。由此，本發明中，將P的添加量設為0.03質量%~0.20質量%的範圍。較佳為0.05質量%~0.10質量%的範圍。

S：0.01質量%以下

S為形成MnS等硫化物而使製品的磁特性劣化的元素，因而越少越好。因此，本發明中，為了不使磁特性劣化，而將S的上限設為0.01質量%。就促進P的晶界偏析的觀點而言，較佳為0.005質量%以下，更佳為0.001質量%以下。再者，關於下限，因越少越好，故不作特別限定。

Se：0.002質量%以下

Se為因比P更早地進行晶界偏析而抑制P的晶界偏析從而使磁通密度降低的有害元素，因而需要極力減少其含量，本發明中，將上限限制為0.002質量%。較佳為0.001質量%以下。

然而，關於後述的Sn及Sb，因具有抑制所述Se的危害的效果，故在添加Sn及Sb時，可使Se的上限擴大至0.003質量%。而且，該情況下的Se較佳為0.0025質量%以下。

本發明的無方向性電磁鋼板除所述必需成分外，亦可在下述範圍內含有選自Sn、Sb、Ca及Mg中的1種或2種以上。

Sn：0.001質量%~0.1質量%

Sn為向晶界偏析的元素，與其說對P的偏析造成的影響小，不如說因促進粒內的變形帶的形成，而具有提高磁通密度的效果。在添加0.001質量%以上時獲得所述效果。另一方面，超過0.1 質量%的添加會使鋼脆化，而增加製造步驟中的板斷裂或起皮等表面缺陷。由此，在添加Sn的情況下，較佳設為0.001質量%~0.1質量%的範圍。更佳為0.001質量%~0.06質量%的範圍。

Sb：0.001質量%~0.1質量%

Sb與Sn同樣地為向晶界偏析的元素，與其說對P的偏析造成的影響小，不如說因抑制退火時的氮化，而具有提高磁特性的效果。在添加0.001質量%以上時獲得所述效果。另一方面，超過0.1質量%的添加會使鋼脆化，而增加製造步驟中的板斷裂或起皮等表面缺陷。由此，在添加了Sb的情況下，較佳設為0.001質量%~0.1質量%的範圍。更佳為0.001質量%~0.06質量%的範圍。

Ca：0.001質量%~0.005質量%

Ca因具有使硫化物粗大化而降低鐵損的效果，故可添加0.001質量%以上。另一方面，即便過剩地添加，所述效果亦會飽和，在經濟方面不利，因而上限設為0.005質量%。更佳為0.001質量%~0.003質量%的範圍。

Mg：0.001質量%~0.005質量%

Mg與Ca同樣地具有使硫化物粗大化而降低鐵損的效果，因而可添加0.001質量%以上。另一方面，即便過剩地添加，所述效果亦會飽和，在經濟方面不利，因而上限設為0.005質量%。更佳為0.001質量%~0.003質量%的範圍。

本發明的無方向性電磁鋼板中的所述成分以外的剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。然而，只要在不破壞本發明的效果的範圍內，則不阻止添加其他成分。

接下來，對本發明的無方向性電磁鋼板的板厚(製品板厚)進行說明。

就降低高頻下的鐵損的觀點考慮，本發明的無方向性電磁鋼板的板厚較佳為0.30mm以下。另一方面，若板厚小於0.05mm，則會產生除鐵心製作所需的積層片數增加外，鋼板的剛性會顯著降低，馬達的振動變大等問題。由此，板厚較佳為0.05mm~0.30mm的範圍。更佳為0.10mm~0.20mm的範圍。

接下來，對本發明的無方向性電磁鋼板的製造方法進行敍述。

就本發明的無方向性電磁鋼板而言，只要使用Al、P及Se的含量處於所述適當範圍內的鋼坯(slab)來作為其原材料，則可使用公知的無方向性電磁鋼板的製造方法，不作特別限制，例如可採用以下的方法，即，使在轉爐或電爐等的精煉製程中調整為所述規定成分組成的鋼熔化，利用除氣設備等進行二次精煉，連續鑄造後形成鋼坯，然後進行熱軋，且在視需要進行熱軋板退火後，進行酸洗、冷軋、最終退火，然後塗佈‧燒結絕緣被膜。

再者，在實施所述熱軋板退火的情況下，較佳為均熱溫度設為900℃~1200℃的範圍。這是因為，若小於900℃，則無法獲得充分的熱軋板退火的效果，且磁特性並未提高，另一方面，若超過1200℃，則除不利於成本方面外，亦有熱軋板的粒徑變得粗大而冷軋時產生裂紋之虞。

而且，就使熱軋板達到最終板厚的冷軋而言，較佳為進行一次或之間插入中間退火而進行兩次以上。尤其在最終的冷軋中，在板溫為200℃左右的溫度下進行輥軋的溫軋對於提高磁通密度而言效果大，因此只要在設備上或生產制約上、成本上無問題，則較佳設為溫軋。

對成為所述最終板厚的冷軋板實施的最終退火較佳設為在900℃~1150℃的溫度下，進行5秒~60秒的均熱的連續退火。這是因為，均熱溫度小於900℃時，再結晶未能充分進行而無法獲得良好的磁特性。另一方面，若超過1150℃，則結晶粒粗大化，尤其高頻區域下的鐵損增加。

所述最終退火後的鋼板之後為了降低鐵損，較佳為在鋼板表面覆蓋絕緣被膜。所述絕緣被膜為了確保良好的衝壓性，理想的是使用含有樹脂的半有機被膜。

如以上般製造的無方向性電磁鋼板亦可不實施去應力退火而加以使用，或者在實施了去應力退火後加以使用。而且，亦可在經過衝壓步驟而整形後，實施去應力退火。此處，所述去應力退火一般而言在750℃×2小時左右的條件下實施。

實施例

使含有表1所示的各種成分組成且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的鋼熔化，連續鑄造後形成鋼坯後，將該鋼坯在1140℃的溫度下加熱1小時(hr)後，進行最終輥軋結束溫度為800℃、捲繞溫度為610℃的熱軋而形成板厚1.6mm的熱軋板，在實施1000℃×30秒的熱軋板退火後，進行冷軋而形成表1所示的板厚的冷軋板。然後，對所述冷軋板同樣地實施在表1所示的溫度下保持10秒的最終退火，從而形成冷軋退火板(無方向性電磁鋼板)。

從如此獲得的冷軋退火板，從各個方向採取長度方向設為輥軋方向(L方向)及與輥軋方向成直角的方向(C方向)的寬30mm×長280mm的愛潑斯坦試驗片，利用JIS C2550中記載的25cm愛潑斯坦法，測定磁通密度B₅₀(T)及鐵損W_10/400(W/kg)，將其測定結果一併表示於表1中。

根據表1可知，將鋼成分控制在適合於本發明的Al、P及Se的範圍的本發明例的無方向性電磁鋼板，與超出所述範圍的比較例的鋼板相比，磁通密度高且鐵損特性優良。

[產業上之可利用性]

本發明的無方向性電磁鋼板亦可應用於電動動力轉向馬達或資訊設備用硬碟馬達等中。

Claims

一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於具有含有C：0.010質量%以下、Si：1質量%~4質量%、Mn：0.05質量%~3質量%、Al：0.004質量%以下、N：0.005質量%以下、P：0.03質量%~0.20質量%、S：0.01質量%以下及Se：0.002質量%以下，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的成分組成。
如申請專利範圍第1項所述的無方向性電磁鋼板，其中除所述成分組成外，進而含有選自Sn：0.001質量%~0.1質量%及Sb：0.001質量%~0.1質量%中的1種或2種。
如申請專利範圍第1項或第2項所述的無方向性電磁鋼板，其中除所述成分組成外，進而含有選自Ca：0.001質量%~0.005質量%及Mg：0.001質量%~0.005質量%中的1種或2種。
如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的無方向性電磁鋼板，其板厚為0.05mm~0.30mm。