CN100549206C - 轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明以低成本和高生产效率的方法提供一种使轧制方向的磁特性飞速提高的无取向电磁钢板，其特征在于：该无取向电磁钢板以质量%计，含有Si：2.0%或以下、Mn：3.0%或以下、Al：1.0%～3.0%，根据需要还含有合计为0.002%～0.5%的Sn、Sb、Cu、Ni、Cr、P、REM、Ca、Mg，余量为Fe和不可避免的杂质；关于消除应力退火后的轧制方向，磁通密度B50L与饱和磁通密度Bs之比(B50L/Bs)为0.85或以上，铁损W15/50L为2.0W/kg或以下。关于其制造方法，热轧板退火在800℃～1100℃进行30秒钟或以上，最终退火后的晶体粒径设定为50μm或以下，实施压下率为3%～10%的平整冷轧后，进行消除应力退火。进而将冷轧压下率优选为60%～75%。
Description
技术领域
本发明涉及作为电气设备的铁心材料使用的无取向电磁钢板及其制造方法，特别涉及消除应力退火后于轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板。
背景技术
近年来，由于在世界范围内要求电气设备向更加节能的方向发展，所以对于作为电机铁心材料使用的无取向电磁钢板，也要求进一步降低铁损和提高磁通密度。一般地说，通过添加Si来提高电阻率并使产品的粒径增大，可降低铁损；进而通过优化热轧板退火和冷轧压下率，可谋求高磁通密度化。
另一方面，作为小型电机的制作方法，近年来组合式电机增多。它是以细分定子的形式进行冲裁和层叠，绕线后接合在一起而形成圆弧形的定子铁心，该方法具有能够使钢板的利用率以及绕线填充率得以提高的优点。进而可能使磁性良好的钢板的特定方向例如与磁通集中的齿方向(tooth direction)相一致，因此可以期待电机效率的提高。
作为这样的组合铁心(sigmented core)用钢板，可以考虑采用轧制方向的磁性极为良好的取向电磁钢板，但因为冲裁性不好且成本大幅度提高而几乎没有采用的实例，从而与以前的电机同样采用无取向电磁钢板。也就是说，如果能够显著提高无取向电磁钢板在特定方向的磁性，则它理应能够成为组合式小型电机的最佳材料。
作为组合铁心用无取向电磁钢板，例如特开2004-332042号公报已经公开了如下的方法：其通过控制特别是热轧板退火后的晶体粒径和冷轧压下率，使最终退火后的{100}<001>系织构发达，从而在面内轧制方向及该板面内垂直方向得到优良的磁特性。
但目前的实际情况是：迄今为止的无取向电磁钢板，即使在磁性良好的轧制方向(以下设为L方向)，相对于钢板的其它方向，其磁性的优势也不大。再者，最近以降低高频铁损为目的，对薄形且Si量较多的高级材料的需求增加，但这样的钢板存在的问题是：L方向的磁性优优势进一步减少。
[专利文献1]特开2004-332042号公报
[专利文献2]特开昭57-203718号公报
[专利文献3]特开平5-247537号公报
[专利文献4]特开2002-146490号公报
[专利文献5]特开2005-240050号公报
发明内容
本发明鉴于上述的问题，尽管使晶粒粗大化并添加大量的合金，仍然希望以低廉的价格提供一种L方向的磁特性极其优良的无取向电磁钢板。
本发明是为了解决上述课题而完成的，其要旨叙述如下：
(1)一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述无取向电磁钢板以质量％计，包括Si：2.0％或以下、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质，消除应力退火后于轧制方向的磁通密度B50L与饱和磁通密度Bs之比(B50L/Bs)为0.85或以上。
(2)根据(1)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板在消除应力退火后的轧制方向的铁损W15/50L为2.0W/kg或以下。
(3)根据(1)或(2)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板以质量％计，进一步含有Sn或Sb：0.002％～0.5％。
(4)根据(1)或(2)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板以质量％计，进一步含有合计为0.002％～0.5％的Cu、Ni、Cr、P、REM、Ca、Mg之中的至少1种。
(5)一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板以质量％计，包括Si：2.0％或以下、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质；在实施热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧、最终退火以及平整冷轧的制造工序中，对最终退火后具有50μm或以下的晶体粒径的钢板，以3％～10％的压下率进行平整冷轧。
(6)一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板以质量％计，包括Si：2.0％或以下、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质；在实施热轧、热轧板退火(或者予以省略)、酸洗、插有中间退火的2次或多次的冷轧、最终退火以及平整冷轧的制造工序中，对最终退火后具有50μm或以下的晶体粒径的钢板，以3％～10％的压下率进行平整冷轧。
(7)根据(5)或(6)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板进一步含有0.002％～0.5％的Sn、Sb、Cu、Ni、Cr、P、REM、Ca、Mg之中的1种或多种。
(8)根据(5)或(6)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：将所述冷轧的最终冷轧压下率设定为60％～75％。
(9)根据(5)或(6)所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述热轧板退火以及中间退火中，至少将最后进行的退火在800℃～1100℃进行30秒钟或以上。
根据本发明，能够以低廉的价格提供一种L方向的磁特性极其优良的无取向电磁钢板。
具体实施方式
下面就本发明进行详细的说明。本发明者对于无取向电磁钢板，致力于进一步提高磁特性最优的L方向的磁性。其结果，获得了如下的见解：在Si设定为2.0％或以下的钢中，添加1.0％或以上的Al，且在最终退火后实施3～10％的平整冷轧和消除应力退火，藉此使L方向的特性得以飞速地提高，从而使本发明得以完成。下面就本发明的实验结果进行叙述。
(实验1)
以质量％计，熔炼Si：1.0％、Mn：0.2％、Al：0.001～2.5％的钢。将这些钢锭热轧成厚度为2.7mm的钢板，于1000℃实施60秒的热轧板退火，然后通过一次冷轧使其板厚为0.37mm。冷轧板在800℃下进行30秒钟的最终退火，经过压下率为5％的平整冷轧后，在780℃实施1小时的消除应力退火，其后测定了L方向的磁特性。其结果如表1所示，发现Al量为1.0％或以上的试料4和5可以获得较低的铁损和较高的磁通密度。一并将饱和磁通密度(Bs)的计算值记入表1中，由表1可知，试料4和5尽管其饱和磁通密度较低，但仍然获得了较高的磁通密度。可以认为其原因在于易磁化的结晶方位集聚在L方向。B50/Bs作为表示其聚集程度的参数，如果用该参数来评价，则发现试料4和5在L方向的B50/Bs达到0.85或以上。
表1
(实验2)
接着验证Si量对实验1得到的效果的影响，为此，熔炼使Si量和Al量发生变化的多个钢，以与实验1同样的试验条件进行评价。其结果如表2所示，可知当Si超过2.0％时，与Al量无关，没有获得L方向的铁损和磁通密度得到提高的效果。另一方面，当Si为2.0％或以下时，添加有1.0％或以上的Al的试料3、4、7、8、11、12，发现铁损和磁通密度飞速提高，B50/Bs也获得了高达0.85或以上的值。
表2
这样一来，本发明首次获得了如下的见解：将Si限制在2.0％或以下，加之含有高达1.0％或以上的Al，对这样的钢板在最终退火后进行平整冷轧，接着实施消除应力退火，由此使L方向的磁特性得以显著提高。一般认为表现出这种效果的主要原因是：由于添加了1.0％或以上的Al，所以在最终退火时Goss方位({110}<001>)及其附近的方位稍有增加，该方位在平整冷轧后的消除应力退火中择优生长。另外，在Si超过2.0％时，没有表现出效果的理由尚无定论，但可以认为是Si比Al对材料的硬化作用具有更大的影响。
关于以前的由平整冷轧引起的磁特性的改善，例如正像在特开昭57-203718号公报中所看到的那样，其目的在于促进消除应力退火后的晶粒长大而获得较低的铁损，专门适用于Si量少的低级钢种。其原因在于：在添加2～3％左右Si的高级材料中不发生相变，因此，不依赖平整冷轧而采用使最终退火高温化这一简单的手段，也能谋求晶粒的粗大化以及获得较低的铁损。
本发明中的平整冷轧并非只是使晶体粒径粗大化的手段，而是为了控制晶体取向，从而使L方向的磁特性获得飞速的改善，特别具有重要的意义的是：这种效果通过添加1.0％或以上的Al便表现出来。其原因在于：使电阻率增加的效果几乎与Si等价地提高，而电阻率是铁损、特别是高频铁损的降低所不可缺少的。也就是说，包括将高级材料所添加的约2～3％Si的一部分或全部置换成Al的方法在内，通过适用本发明的方法，可以使L方向具有明显的磁性优势，这是迄今为止的高级材料、特别是薄形高级材料很难实现的。
作为这样地使L方向的磁特性飞速提高的以前的见解，特开平5-247537号公报已经公开了以下的方法，即沿与钢板的长度方向成小于45°角的方向进行平整冷轧，但可以推测：沿斜方向进行平整冷轧在工业上是难以实现的。
此外，在特开2002-146490号公报以及特开2005-240050号公报中，已经公开了与本发明同样进行平整冷轧的高Al无取向电磁钢板，但该公报的方法不能得到如本发明那样的B50L/Bs≥0.85的无取向电磁钢板。其原因在于：这些发明例不实施热轧板退火而不能充分附加为表现出特性所必须的平整冷轧前的Goss方位({110}<001>)及其附近方位。
下面叙述本发明的产品中对数值进行限定的理由。
Si是用于增加电阻的有效元素，但添加量超过2.0％时，不能充分获得L方向的磁性改善效果，因此将其上限设定为2.0％。至于下限，为了增加电阻，优选为0.4％或以上，更优选为0.5％或以上，进一步优选为0.7％或以上。特别是像本发明那样为高Al的情况，过分降低Si将导致酸洗后的Al2O3氧化皮增加，因此Si超过1.0％是特别优选的。
Mn具有生成硫化物和提高电阻的效果，因此优选添加0.1％或以上。但考虑到成本，上限规定为3.0％。
Al是本发明的必须元素，在不足1.0％而进行最终退火时，Goss方位({110}<001>)及其附近方位并不十分发达，在消除应力退火后不能得到优良的L方向的磁特性，因而设定为1.0％或以上。从B50L/Bs的角度考虑，优选为1.5％或以上，进一步优选为2.0％或以上。另外，添加Al与添加Si可以获得几乎同等的高电阻率，因此可以根据目标铁损的不同来调整添加量。特别为了降低高频铁损，优选进行积极的添加。但考虑到铸造等的生产效率，将其上限设定为3.0％。考虑到操作的容易程度，优选为2.7％或以下，进一步优选为2.5％或以下。
Sn以及Sb在最终退火时具有增加Goss方位的效果，并且具有抑制退火时的氮化和氧化的效果，因而优选进行添加。作为获得效果的添加量，设定为0.002％或以上。另外，在添加量超过0.5％时，其效果达到饱和，因此规定为0.5％或以下。
关于Cu以及Ni，具有抑制退火时的氮化和氧化的效果，因而也可以进行添加，特别优选与Sn进行复合添加。作为获得效果的添加量，设定为0.002％或以上。在添加量超过0.5％时，其效果达到饱和，因而规定为0.5％或以下。
Cr具有获得高电阻率和提高耐锈蚀性的效果，P具有改善晶体取向和冲裁性的效果，REM、Ca以及Mg在热轧板退火、最终退火以及消除应力退火时具有改善晶粒生长的效果，它们都改善无取向电磁钢板的特性。作为获得效果的添加量，设定为0.002％或以上。在添加量超过0.5％添加时，其效果达到饱和，因而规定为0.5％或以下。
关于L方向的磁特性，根据实验结果规定：磁通密度与饱和磁通密度之比(B50L/Bs)为0.85或以上，商用频率的铁损W15/50L为2.0W/kg或以下。在此，饱和磁通密度Bs由2.1561-0.0413×Si-0.0198×Mn-0.0604×Al的公式算出，其中成分的浓度以质量％表示。
下面就本发明的制造条件的限定理由进行说明。
关于热轧板退火以及中间退火，考虑到使晶粒充分长大的必要性，将其温度设定为800℃或以上。但是，在晶粒过于粗大时，则损害表面性状，因此规定为1100℃或以下。
关于冷轧压下率，基于最终退火时增加Goss方位的目的，优选为60％～75％。在热轧板退火和一次冷轧不能满足要求的情况下，也可以在热轧板退火后实施中间冷轧和中间退火，从而使最终冷轧前的压下率为60％～75％。但是，从兼顾制造成本的角度考虑，这一范围的冷轧压下率并不是必须的。
关于平整冷轧前的晶体粒径，如果过于粗大，则消除应力退火几乎不能使晶粒生长，因此将其上限规定为50μm。下限没有特别的规定，只要再结晶结束便不成问题。
平整冷轧压下率是消除应力退火时使特定方位择优生长的重要因素。在不足3％时，应变的施加并不充分，因此下限设定为3％。另外，当超过10％时，同样施加应变而不能发生择优生长，因此上限设定为10％。
此外，关于消除应力退火，也可以在钢板的制造过程中予以实施，或者作为铁心，也可以在冲裁成铁心后由用户实施，而且即使在钢板的制造过程中与冲裁成铁心后实施2次也没有关系。退火条件没有特别的规定，只要为使晶粒充分长大的条件，无论是箱式退火或是连续退火都没有关系。在此，所谓晶粒充分长大的状态，是指钢板断面的平均晶体粒径为60μm或以上。另外，关于退火温度，一般在退火时间长达10分钟或以上的箱式退火的情况下，优选为700～850℃为，而在退火时间短至10～60秒左右的连续退火的情况下，优选为850～1000℃。
实施例1
以质量％计，熔炼Si：1.0～3.0％、Mn：0.5％、Al：0.3～2.4％的钢。将这些钢锭热轧成厚度为1.8mm的钢板，于1050℃实施60秒的热轧板退火，然后通过一次冷轧使其板厚为0.37mm。冷轧板在850℃下进行15秒钟的最终退火而使其粒径为40μm左右之后，经过压下率为5％的平整冷轧后，在800℃实施1小时的消除应力退火。就这样得到的试料进行了L方向的磁性测定。其结果如表3所示，Si：2.0％或以下、且Al：1.0％或以上的试料3、4、7、8，其铁损和磁通密度均良好，W15/50L为2.0W/kg或以下，B50L/Bs为0.85或以上。
表3
实施例2
以质量％计，熔炼Si：1.3％、Mn：1.0％、Al：1.8％、Sn：0.003～0.2％的钢。将这些钢锭热轧成厚度为2.0mm的钢板，于950℃实施60秒的热轧板退火，再由中间冷轧使其厚度成为0.65～2.0mm(2.0mm不进行中间冷轧)，并于900℃实施60秒钟的中间退火(2.0mm不进行中间退火)，然后通过最终冷轧使其板厚为0.26mm。冷轧板通过最终退火使其粒径为30μm左右，接着经受压下率为5％的平整冷轧，然后在750℃实施2小时的消除应力退火。就这样得到的试料进行了L方向的磁性测定。其结果如表4所示那样，无论哪一种试料都获得了W15/50L为2.0W/kg或以下、B50L/Bs为0.85或以上的良好磁特性。特别对于添加0.01％或以上Sn、且最终的冷轧压下率设定为60～75％的试料5、6、9、10，得到极其良好的铁损和磁通密度。
表4
○良好
◎特别良好
实施例3
以质量％计，熔炼Si：1.5％、Mn：1.5％、Al：2.3％、Sn：0.05％、Cu：0.2％、Ni：0.3％的钢。将这些钢锭热轧成厚度为2.5mm的钢板，于1000℃实施60秒的热轧板退火后，使冷轧板厚在0.30～0.35mm的范围变化。冷轧板通过最终退火得到约30μm的粒径后，进行平整冷轧直至板厚达到0.30mm(冷轧厚度0.30mm时不进行平整冷轧)，然后在750℃实施2小时的消除应力退火。对这样得到的试料进行了L方向的磁性测定。其结果如表5所示，对于最终退火的粒径为50μm或以下、且平整冷轧压下率为3～10％的试料4、5、7、8、10、11，得到极其良好的铁损和磁通密度。
表5
Claims (9)
1.一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述无取向电磁钢板以质量％计，包括Si：1.0％～2.0％、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质；消除应力退火后于轧制方向的磁通密度B50L与饱和磁通密度Bs之比为0.85或以上。
2.根据权利要求1所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板在消除应力退火后的轧制方向的铁损W15/50L为2.0W/kg或以下。
3.根据权利要求1或2所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板以质量％计，进一步含有Sn或Sb：0.002％～0.5％。
4.根据权利要求1或2所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板，其特征在于：所述钢板以质量％计，进一步含有合计为0.002％～0.5％的Cu、Ni、Cr、P、REM、Ca、Mg之中的至少1种。
5.一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板以质量％计，包括Si：1.0％～2.0％、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质；在实施热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧、最终退火以及平整冷轧的制造工序中，对最终退火后具有50μm或以下的晶体粒径的钢板，以3％～10％的压下率进行平整冷轧。
6.一种轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板以质量％计，包括Si：2.0％或以下、Mn：3.0％或以下、Al：1.0％～3.0％、余量为Fe和不可避免的杂质；在实施热轧、热轧板退火、酸洗、插有中间退火的2次或多次的冷轧、最终退火以及平整冷轧的制造工序中，或者在热轧板退火予以省略的情况下，在实施热轧、酸洗、插有中间退火的2次或多次的冷轧、最终退火以及平整冷轧的制造工序中，对最终退火后具有50μm或以下的晶体粒径的钢板，以3％～10％的压下率进行平整冷轧。
7.根据权利要求5或6所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：所述钢板进一步含有0.002％～0.5％的Sn、Sb、Cu、Ni、Cr、P、REM、Ca、Mg之中的1种或多种。
8.根据权利要求5或6所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：将所述冷轧的最终冷轧压下率设定为60％～75％。
9.根据权利要求5或6所述的轧制方向的磁特性优良的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于：在所述热轧板退火以及中间退火中，至少将最后进行的退火在800℃～1100℃进行30秒钟或以上。
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