CN101052735A - 铁损优良的无方向性电磁钢板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.1％～7.0％、Al：0.1％～3.0％、Mn：0.1％～2.0％、N：0.005％以下、Ti：0.02％以下、REM：0.05％以下、S：0.005％以下、以及O：0.005％以下，余量由铁以及不可避免的杂质构成；而且用[S]表示的S的质量％、用[O]表示的O的质量％、用[REM]表示的REM的质量％、用[Ti]表示的Ti的质量％、以及用[N]表示的N的质量％满足[1式]以及[2式]。

[REM]²×[O]²×[S]≥1×10^－15 [1式]

([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])≥1×10^－10 [2式]。

Description

铁损优良的无方向性电磁钢板

技术领域

本发明提供一种铁损、特别是消除应力退火后的铁损优良的无方向性电磁钢板，其可以降低在马达铁心等中使用的无方向性电磁钢板的铁损，减少能量损失，谋求电气设备的高效率并有助于能源的节约。

更具体地说，本发明在无方向性电磁钢板中，使TiN充分地在REM的硫化物中复合析出，藉此减少钢中的固溶Ti，并使钢板在退火时容易于低温部产生的微细的TiC的析出受到抑制，其结果，可以提供一种晶粒生长优良、且铁损较低的无方向性电磁钢板。

背景技术

人们已经知道，无方向性电磁钢板在结晶粒径为150μm左右时铁损达到最小。最终退火工序使晶粒得以生长。因此，从产品铁损的角度考虑，或者从制造的简便化、生产的高效率化的角度考虑，优选的是在最终退火中的晶粒生长性更好的钢板。

另一方面，电磁钢板由使用者进行冲裁加工后用于铁心制造，而冲裁加工的冲裁精度是晶粒越细越好，结晶粒径例如优选为40μm以下。

于是，产品钢板以结晶粒径较细的状态出厂，使用者在进行冲裁加工后，往往采取如下的策略，例如进行750℃×2小时左右的消除应力退火，从而使晶粒得以生长。

在此情况下，使用者为了提高生产效率，大多要求即使进行低温短时间的消除应力退火，其晶粒生长性也良好的产品钢板。

阻碍晶粒生长的主要原因之一是钢中微细分散的夹杂物。人们已经知道，产品中含有的夹杂物的个数越是更多，以及尺寸越是减小，晶粒生长便越是受到阻碍。

也就是说，正如Zener所提示的那样，用夹杂物的当量球半径r和夹杂物在钢中所占有的体积占有率f表示的r/f值越是更小，则晶粒生长越是更加恶化。因此，为了使晶粒生长良好，更进一步减少夹杂物的个数是不言而喻的，使夹杂物的大小更加粗大化是很重要的。

作为阻碍无方向性电磁钢板的晶粒生长的微细夹杂物，为人所知的有二氧化硅和氧化铝等氧化物、硫化锰等硫化物、氮化铝和氮化钛等氮化物等。

为了除去这些微细夹杂物或使其减少到必要充分的水平，不言自明的是在钢水阶段可以谋求高纯化。

但是，为了除去微细夹杂物或使其减少到必要充分的水平，在钢水阶段谋求高纯化由于不可避免地带来炼钢成本的上升，因而是不优选的。

于是，作为其它的方法，为人所知的几种方法是在钢中添加各种元素，以谋求夹杂物的无害化。

关于氧化物，由于技术的进步，通过充分添加作为强脱氧元素的Al，并充分保证氧化物的上浮除去时间，便可以在钢水阶段除去氧化物而实现无害化。

关于硫化物，例如正如特开昭51-62115号公报、特开昭56-102550号公报、特开昭59-74212号公报以及日本专利第3037878号公报等所公开的那样，为人所知的方法是通过添加作为脱硫元素的稀土类元素(以下记为REM)等，使S成为粗大夹杂物而实现无害化。

另外，关于氮化物，正如日本专利第1167896号公报或者日本专利第1245901号公报等所公开的那样，为人所知的方法是通过添加B，使N成为粗大夹杂物而实现无害化。

然而，在采用上述的方法除去无方向性电磁钢板的氧化物、硫化物以及氮化物，或者使夹杂物变得粗大而实现无害化之后，即使进行最终退火或消除应力退火，有时晶粒的生长也部分地产生偏差，从而微细晶粒和粗大晶粒混合存在，导致铁损的不良。

显然，其原因在于：在最终退火或消除应力退火阶段，起因于固溶的Ti、C的微细碳化钛(以下记为TiC)在产品板的局部析出，它们阻碍了晶粒的生长。下面就其进行具体的说明。

无方向性电磁钢板的最终退火或消除应力退火大多通常在1000℃以下的较低的温度下进行，其中，为了防止产品板表面涂层的损耗，消除应力退火在750℃左右、或更低的温度下进行。

因此，在这样的低温下为了使晶粒充分生长，进行1小时以上长时间的退火是一种不得已的选择。

在这样的低温且长时间的退火中，产品板的温度经常难以控制为在整个面上保持恒定，从而往往产生温度分布的不均匀，产品板的一部分温度更低，而另一部分温度更高。

然而，通过另外的研究已经明确：当在电磁钢中析出TiC时，在700～800℃的范围内析出，特别在750℃以下，TiC的析出很活跃。

因此，在低温且长时间的退火中，产品板的温度成为较高温的部分由于超过TiC的析出温度，因而不会析出TiC，另外，该部分由于处于高温，故而晶粒生长速度也加快，因此，该部分的晶粒发生粗大化。

另一方面，产品板的温度处于较低温度的部分在TiC的析出温度以下，从而在退火中析出TiC。

特别地，在低温下生成的TiC由于处于低温，故而不能生长为充分大小的TiC而变得微细，从而妨碍长时间退火中的晶粒生长。

在这样的情况下，析出的TiC由于变得微细，所以钢中含有的Ti量和C量即使至多为数ppm左右，往往也析出数量足以阻碍晶粒生长的TiC。

再者，在产品板的温度处于较低温度的部分，由于处在低温下，故而晶粒的生长速度本身缓慢，因此，由微细TiC阻碍晶粒生长的效果更加强化，所以晶粒不会充分地生长而保持微细的状态。

这样一来，由于退火温度的低温化或者退火温度不可避免的偏差，将在电磁钢板中有无TiC这一点上产生偏差，进而产生电磁钢板的晶粒生长的偏差。

发明内容

本发明旨在提供一种无方向性电磁钢板，其在最终退火或消除应力退火中的低温部，抑制以前在当中不可避免地发生的微细TiC的析出，由此使晶粒充分生长，从而使低铁损化成为可能。

另外，实现上述目的的本发明的要点如下：

(1)一种铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.1％～7.0％、Al：0.1％～3.0％、Mn：0.1％～2.0％、N：0.005％以下、Ti：0.02％以下、REM：0.05％以下、S：0.005％以下、以及O：0.005％以下，余量由铁以及不可避免的杂质构成；而且用[S]表示的S的质量％、用[O]表示的O的质量％、用[REM]表示的REM的质量％、用[Ti]表示的Ti的质量％、以及用[N]表示的N的质量％满足[1式]以及[2式]。

[REM]²×[O]²×[S]≥1×10^-15                   [1式]

([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])≥1×10^-10    [2式]

(2)根据上述(1)所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，以质量％计，还含有下述元素之中的一种以上，其中P：0.5％以下、Cu：3.0％以下、Ca或Mg：0.05％以下、Cr：20％以下、Ni：5.0％以下、Sn和Pb中的一种或两种的合计：0.3％以下、Zr：0.01％以下、V：0.01％以下、以及B：0.005％以下。

(3)根据上述(1)或(2)所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，还含有Ti：0.0015％～0.02％，REM：0.00075％～0.05％；而且用[REM]表示的REM的质量％、以及用[Ti]表示的Ti的质量％满足：[REM]÷[Ti]≥0.5。

(4)根据上述(1)～(3)的任一项所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：在无方向性电磁钢板中，包含具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的REM硫氧化物，而且在具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的REM硫氧化物中，与TiN结合的REM硫氧化物的个数比例为5％以上。

根据本发明，无方向性电磁钢板中析出的微细TiC可以充分地受到抑制，在最终退火或消除应力退火阶段的晶粒生长可以良好地得以维持，从而可以获得充分而良好的磁特性。本发明不仅可以满足使用者的需要，而且能够节约能源。

附图说明

图1表示了使用本发明的[1式]，由钢中的REM量、S量、O量、Ti量以及N量计算得到的数值与消除应力退火后的结晶粒径以及铁损值之间的相互关系。

图2表示了具有龟裂或断面的含REM夹杂物的个数相对于产品中含有的直径1μm～5μm的含REM夹杂物的个数的比率、与退火后产品的结晶粒径以及铁损值之间的相互关系。

图3是表示在REM硫氧化物的表面上复合有TiN的夹杂物的图。

图4是表示在REM硫氧化物的断面上复合有TiN的夹杂物的图。

具体实施方式

下面就本发明的作用机理进行详细的说明。

如前所述，在使电磁钢中的硫化物无害化时使用REM的技术，即通过添加REM而将S固定在粗大的REM硫化物中、同时减少其它硫化物系夹杂物的技术，是以前就为人所知的。

在本发明中，所谓REM是指从原子序数57的镧到71的镥这15个元素、加上原子序数21的钪以及原子序数39的钇总计17个元素的总称。

本发明人这次仔细研究了因向电磁钢中添加REM所引起的现象，结果明确了以下1)～5)所示的事实。

1)钢中的REM硫氧化物与REM硫化物相比，TiN的复合析出能更高。

2)将钢中的REM、O、S的成分量设定在适当的范围内，由此可以在钢中充分地形成REM硫氧化物。

3)再者，将Ti以及N的成分量设定在适当的范围内，由此可以使TiN在REM硫氧化物的表面上充分地复合析出。

4)再者，当含REM夹杂物具有龟裂或断面时，TiN便在该龟裂或断面上优先地复合析出。

5)如上所述，使钢中的Ti以TiN的形式在REM硫氧化物上大量地复合析出而加以固定，由此可以在最终退火或消除应力退火中的低温部，抑制以前在当中不可避免地发生的微细TiC的析出，从而能够获得一种晶粒生长良好的低铁损的无方向性电磁钢板。

关于这些事实，下面进行详细的说明。

REM在钢中与各种元素反应而形成夹杂物，作为它的一个实例，有REM硫氧化物、REM硫化物以及REM氧化物等。

由于这些REM夹杂物的结晶构造与TiN的结晶构造的类似点较多，在这些REM夹杂物存在于钢中的情况下，正如图2所示的那样，TiN往往以在几何学上整齐的形态于REM夹杂物上复合析出。

特别地，在REM夹杂物中，REM硫氧化物的结晶构造与TiN的结晶构造的类似点特别多，两者的复合析出较之于与其它REM夹杂物的复合析出更加频繁，而且更为牢固。

另一方面，关于TiC与REM硫氧化物，它们的结晶构造不像TiN与REM硫氧化物的结晶构造那样类似，因此，TiC复合析出在REM硫氧化物上是很少有的。

然而，通过另外的研究已经明确：TiN的析出开始温度为1200～1300℃，另外，TiC的析出开始温度为700～800℃，特别在750℃以下，TiC开始很活跃地析出。

因此，在铸造的冷却过程、或者板坯再加热后的冷却过程之类的比较高温的状态下，Ti以TiN的形式与REM硫氧化物复合析出而得以固定。

一旦Ti以TiN的形式得以固定，则在此后的产品板的最终退火、或者冲裁加工后的消除应力退火之类的比较低温的状态下，TiN不会发生再溶解，所以在产品板上已没有TiC的析出所必需的Ti，因而不会有TiC的析出。

因此，如果REM硫氧化物比其它REM夹杂物更是在钢中选择性地生成，而且处在TiN能够在REM硫氧化物上复合析出的适当的条件，则能够以复合析出于REM硫氧化物上的TiN的形态将Ti进行固定，从而可以减少由TiC引起的阻碍晶粒生长的作用。

REM硫氧化物的析出与构成元素即REM、O和S的溶度积相关联。也就是说，为了析出REM硫氧化物，以钢中REM量、O量以及S量之积的形式表示的值(溶度积)必须超过预定的值。

另一方面，关于Ti，必须析出TiN并使其充分生长，特别地，为了使钢中的Ti以TiN的形式完全固定下来，必须在钢中充分含有足以使TiN生长的Ti和N。

TiN的析出与构成元素即Ti和N的溶度积相关联。也就是说，为了析出TiN，以钢中Ti量和N量之积的形式表示的溶度积必须超过预定的值。

但是，为了加大以钢中Ti量和N量之积的形式表示的值，在进行调整使得钢中的Ti量或N量过剩的情况下，钢中所有的Ti或N不是完全以TiN的形式固定在REM硫氧化物上，而是形成TiN所损耗的剩余的Ti或剩余的N残存下来。由此，生成TiC或AlN等析出物，有时反而阻碍晶粒生长。

因此，Ti和N的溶度积相对于REM、O和S的溶度积的比率，必须控制在某一恒定值以下。

但是，由于钢中的REM硫氧化物的硬度比钢低，所以在钢接受压延或锻造等加工时，往往发生延伸或破碎，从而产生龟裂或断面。

加工后，REM硫氧化物采取怎样的形态，具有多大程度的龟裂或断面，这些根据加工条件的不同而各种各样。但是，根据电磁钢板通常的制造方法，钢中的REM硫氧化物中，往往1/3以上存在龟裂或断面。

在钢接受上述加工之前的REM硫氧化物的表面，往往结合有TiN以外的化合物(例如AlN等)而覆盖该表面。但是，通过上述的加工，在REM硫氧化物的表面产生龟裂或断面，此时在龟裂或断面上，由于没有结合TiN以外的化合物，所以TiN容易成核。

因此，与REM硫氧化物的除龟裂或断面以外的表面相比，在REM硫氧化物的龟裂或断面上容易复合析出TiN。

图3所示的REM硫氧化物在球形的REM硫氧化物的表面结合有TiN。另外，对于图4所示的REM硫氧化物，本来呈球形的REM硫氧化物为沿纵向对半断裂的半球形，右侧的断面上结合有大量的TiN。

从图3和图4的比较可知：与REM硫氧化物的除龟裂或断面以外的表面相比，在其龟裂或断面上以层叠的方式结合有更多的TiN，TiN得以更大地生长。

这样，与REM硫氧化物的除龟裂或断面以外的表面相比，在其龟裂或断面上结合有更大且更多的TiN。

也就是说，本发明人新近获得了如下的见解：具有龟裂或断面的REM硫氧化物与没有龟裂或断面的REM硫氧化物相比，Ti的固定量更多，TiC析出的抑制效果更强。

再者，本发明人新近还同时获得了如下的见解：在具有龟裂或断面的REM硫氧化物中，如果在某个数量比例以上的REM硫氧化物上复合析出TiN，则Ti更充分地得以固定，退火中TiC析出的抑制效果更强。

此外，虽然在没有龟裂或断面的REM硫氧化物上也复合析出TiN，但如上所述，由此产生的Ti的固定量少于具有龟裂或断面的REM硫氧化物。

因此，考虑到TiC析出的抑制效果，在钢中包含具有龟裂或断面的REM硫氧化物是更为有利的。

这种具有龟裂或断面的REM硫氧化物如上所述，是通过钢的加工，由在断裂之前大致呈球形的REM硫氧化物发生断裂而得到的。

然而，如上所述，根据电磁钢板通常的制造方法，钢中的REM硫氧化物中，往往大约1/3以上存在龟裂或断面，但除此以外的REM硫氧化物即使进行钢的加工，也不会成为具有龟裂或断面的REM硫氧化物，往往直接以断裂之前大致呈球形的REM硫氧化物的状态残留在钢中而混合存在。

其中，当含REM夹杂物的直径低于1μm时，则难以使其龟裂或得到断面，另一方面，直径超过5μm的含REM夹杂物往往由于延伸或破碎而使直径变为5μm以下。

因此，关于上述的具有龟裂或断面的REM硫氧化物的个数比例，只要考虑直径1μm～5μm的REM硫氧化物即可。在此，所谓直径是指当量球直径。

鉴于以上的情况，本发明人进行了潜心的研究，结果发现：在用[S]表示的S的质量％、用[O]表示的O的质量％、用[REM]表示的REM的质量％、用[Ti]表示的Ti的质量％、以及用[N]表示的N的质量％满足[1式]以及[2式]的情况下，在钢中生成REM硫氧化物，且在REM硫氧化物的表面复合析出TiN，Ti以TiN的形式得以固定，TiC的生成受到抑制。

[REM]²×[O]²×[S]≥1×10^-15                   [1式]

([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])≥1×10^-10    [2式]

再者，在钢中包含具有龟裂或断面的REM硫氧化物的情况下，当在直径1μm～5μm的具有龟裂或断面的REM硫氧化物中，与TiN结合的REM硫氧化物的个数比例为5％以上时，发现更多量的Ti以TiN的形式固定在REM硫氧化物上，TiC生成的抑制效果得到更进一步的强化。

此外，在钢中的Ti量过剩的情况下，钢中所有的Ti并不是以TiN的形式固定在含REM夹杂物上，而是形成TiN所损耗的剩余的Ti残存下来。由此，往往生成TiC。

由此可以推测：Ti量相对于REM量的比率，必须控制在某一恒定值以下。

于是，本发明人进行了潜心的研究，结果发现：在钢中包含具有龟裂或断面的含REM夹杂物的情况下，当在直径1μm～5μm的具有龟裂或断面的含REM夹杂物中，与TiN结合的含REM夹杂物的个数比例为5％以上，而且用[REM]表示的REM的质量％、以及用[Ti]表示的Ti的质量％满足：[REM]÷[Ti]≥0.5时，Ti以TiN的形式充分固定在含REM夹杂物上，TiC的生成更加受到抑制。

下面使用表1、表2以及图1～图4，就上面所叙述的适当的成分范围进行具体的说明。

对于以质量％计，含有C：0.0026％、Si：3.0％、Al：0.59％、Mn：0.21％，如表1所示那样使O、S、Ti、N以及REM的含量发生各种变化的钢，连铸后进行热轧，再进行热轧板退火，并冷轧为0.35mm的厚度，然后实施850℃×30秒的最终退火，涂布绝缘涂膜后便制作出产品板。产品板的结晶粒径均在30～34μm的范围内。

其次，对这些产品板实施比以前通常进行的消除应力退火时间更短的750℃×1.5小时的消除应力退火。然后，就夹杂物、结晶粒径以及磁特性进行了研究，其结果如表2所示。

此外，在表2中，所谓“复合析出有TiN的破裂REM夹杂物(％)”，是指在具有龟裂或断面的REM硫氧化物中，复合析出有TiN的REM硫氧化物在尺寸为1μm～5μm的REM硫氧化物中所占的比例。

另外，具有龟裂或断面的REM硫氧化物的个数相对于钢中全部的REM硫氧化物的个数的比例在35～65％的范围内。

                                                                表1

No.	组分
										C(质量％)	Si(质量％)	Mn(质量％)	Al(质量％)	Ti(质量％)	S(质量％)	O(质量％)	N(质量％)	REM(质量％)
	1	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0012	0.0039	0.0042	0.0021										0.0019
2										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0021	0.0014	0.0017	0.0020	0.0044
	3	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0016	0.0020	0.0009	0.0020										0.0049
4										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0039	0.0020	0.0015	0.0020	0.0052
	5	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0045	0.0020	0.0022	0.0020										0.0090
6										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0197	0.0010	0.0011	0.0044	0.0035
	7	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0089	0.0002	0.0009	0.0023										0.0263
8										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0026	0.0006	0.0007	0.0048	0.0019
	9	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0109	0.0008	0.0011	0.0037										0.0020
10										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0195	0.0014	0.0005	0.0043	0.0037
	11	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0011	0.0015	0.0004	0.0023										0.0015
12										0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0014	0.0006	0.0005	0.0020	0.0024
	13	0.0026	3.0	0.21	0.59	0.0022	0.0005	0.0004	0.0020										0.0030

                                                                       表2

No.	[REM]2[O]2[S]	[REM]2[O]2[S]/[Ti][N]	[REM]/[Ti]	复合析出有TiN的破裂REM夹杂物(％)	REM-O-S	在REM-O-S上的TiN	TiC	退火后的结晶粒径[μm]	退火后的W15/50[W/kg]
										1	2.5×10-13	9.9×10-8	1.58	4.8	yes	yes	no	64	1.92
2	7.8×10-14	1.9×10-8	2.10	5.5	yes	yes	no	72	1.87
										3	3.9×10-14	1.2×10-8	-	95	yes	yes	no	70	1.85
4	1.2×10-13	1.6×10-8	-	50	yes	yes	no	66	1.90
										5	7.8×10-13	8.7×10-9	-	67	yes	yes	no	67	1.87
6	1.5×10-14	1.7×10-10	0.18	-	yes	yes	no	59	1.94
										7	1.1×10-13	5.5×10-9	2.96	-	yes	yes	no	69	1.91
8	1.1×10-15	8.5×10-11	-	-	yes	no	yes	38	2.23
										9	3.9×10-15	9.6×10-11	-	-	yes	no	yes	41	2.20
10	4.8×10-15	5.7×10-11	-	-	yes	no	yes	37	2.29
										11	5.4×10-16	2.1×10-10	-	-	no	n.a.	yes	36	2.25
12	8.6×10-16	3.1×10-10	-	-	no	n.a.	yes	34	2.30
										13	7.2×10-16	1.6×10-10	-	-	no	n.a.	yes	35	2.31

-：未测量  n.a.：不可应用

如No.1～7所示，当钢的[REM]²×[O]²×[S]值在[1式]的范围内，而且([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])值在[2式]的范围内时，实施消除应力退火后的结晶粒径为59～72μm，晶粒得到了充分的生长，磁特性(铁损：W15/50)良好，达1.85～1.94W/kg。

在这些钢中存在REM硫氧化物，而且如图3以及图4所示，TiN复合析出在REM硫氧化物的表面。另外，退火后没有TiC的产生。

由以上的结果可知：当产品的成分值在本发明规定的范围内时，钢中的REM形成REM硫氧化物，TiN复合析出在该REM硫氧化物上而使Ti得以固定，从而可以抑制TiC的生成。

其中，正如No.2～5所示的那样，当钢板中含有直径为1μm～5μm且具有龟裂或断面的REM硫氧化物，而且其中与TiN结合的REM硫氧化物的个数比例为5％以上时，实施消除应力退火后的结晶粒径为66～72μm，晶粒得到了更进一步的生长，磁特性(铁损：W15/50)更加良好，达1.85～1.90W/kg。

在这些钢中，存在着REM氧化物、REM硫化物或者REM硫氧化物，其中，如图4所示，可以观察到在直径1μm～5μm的具有龟裂或断面的夹杂物上结合有更加大量的TiN的REM硫氧化物，很明显，Ti的固定得到了更进一步的强化。另外，退火后的产品没有TiC的产生。

此外，如图2所示，重要的是在具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的REM硫氧化物中，与TiN结合的REM硫氧化物的个数比例为5％以上。而该比例越大，其效果就越是更加明显，该比例优选为20％以上，进一步优选为30％以上。

No.11～13所示的实例是[REM]²×[O]²×[S]值在[1式]的范围之外的情况。在这些钢中，没有观察到REM硫氧化物。另外，观察到TiC的存在，由此阻碍了晶粒的生长，实施消除应力退火后的结晶粒径停留在34～36μm，W15/50值不好，为2.3W/kg左右。

在此情况下，在钢中没有观察到REM硫氧化物，因此，TiN不会复合析出在REM硫氧化物的表面而使Ti得以固定，Ti以TiC的形式在消除应力退火中析出，阻碍了晶粒的生长。

由以上可知，[REM]²×[O]²×[S]值必须在[1式]的范围内。

No.8～10所示的实例是[REM]²×[O]²×[S]值在[1式]的范围内，而且([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])值在[2式]的范围之外的情况。

在这些钢中，观察到了REM硫氧化物。但是，在REM硫氧化物的表面没有观察到TiN。另外，观察到TiC的存在，由此阻碍了晶粒的生长，实施消除应力退火后的结晶粒径停留在37～41μm，W15/50值不好，为2.2～2.3W/kg左右。

此时，虽然在钢中生成了REM硫氧化物，但TiN不至于在其表面复合析出而使Ti得以固定，Ti以TiC的形式在消除应力退火中微细分散析出，以致晶粒生长受到阻碍。

由以上可知，必须使[REM]²×[O]²×[S]值在[1式]的范围内，而且必须使([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])值在[2式]的范围内。

另外，在此应该特别说明的是，例如正如No.11等所示的那样，在Ti量较少的情况下，有时反而生成TiC。

根据以前的见解，优选的是Ti量极小者，所以即使付出大量的劳动，也必须防止Ti向钢中的混入，但在本发明的情况下，对于低Ti化并不需要付出大量的劳动，而是根据情况的不同主动地添加Ti，使钢中的Ti量比不可避免地混入的Ti量有所提高，如此使TiN主动地在REM硫氧化物的表面上复合析出。

在本发明中，通过该复合析出而使Ti得以固定，从而在退火中不会析出TiC，可以稳定地获得良好的产品特性。

另外，对于用[REM]表示的REM的质量％、以及用[Ti]表示的Ti的质量％控制在[REM]÷[Ti]≥0.5的范围内的No.1、2以及7的情况，实施消除应力退火后的结晶粒径为67～72μm，晶粒得到了充分的生长，磁特性(铁损：W15/50)良好，达1.87～1.92W/kg。

此外，以上的结果是实施比以前通常进行的消除应力退火时间更短的消除应力退火的结果，但在实施以前水平的消除应力退火的情况下，由微细夹杂物的钉扎作用所产生的晶粒生长的差异将更加明显，因此，更进一步明确上述的晶粒生长性以及铁损的适当与否是不言而喻的。

另外，以上特别就TiC容易产生影响的冲裁加工后的消除应力退火中的晶粒生长性进行了说明，不过，冲裁加工前的冷轧板的最终退火工序也同样如此。

另外，如果是REM元素，则无论仅使用1种，还是组合2种以上的元素使用，只要在本发明规定的范围内，便可以发挥出上述的效果。

下面就本发明中成分组成所优选的含量的限定理由进行说明。

[C]：C不仅对磁特性有害，而且因C的析出所产生的磁时效变得明显，所以将上限设定为0.01质量％。下限包括0质量％。

[Si]：Si是减少铁损的元素。当少于作为下限的0.1质量％时，则铁损恶化，所以将下限设定为0.1质量％。另外，当超过作为上限的7.0质量％时，则加工性变得明显不良，所以将上限设定为7.0质量％。

此外，Si由于具有提高钢中Ti的活度的效果，所以当Si量更高时，则Ti析出物的生成更加活跃，TiN在REM硫氧化物上的复合析出得以更进一步的促进，固定在每个REM硫氧化物上的Ti量增加，从而钢中微细Ti析出物的个数密度更进一步减少。

该效果由于与Si量的大致平方成正比，所以Si量的更高者是优选的。具体地说，钢中直径100nm以下的微细Ti析出物的个数密度在Si量为2.2质量％的情况下，为1×10⁹个/mm³以下；在Si量为2.5质量％的情况下，为5×10⁸个/mm³以下。

因此，Si量的下限值优选为2.2质量％，进一步优选为2.5质量％。

另外，作为Si量的上限，更优选的值是冷轧性更为良好的4.0质量％。如果上限值为3.5质量％，则冷轧性变得进一步良好，因而是进一步优选的。

[Al]：Al与Si同样，是减少铁损的元素。当低于作为下限的0.1质量％时，则铁损恶化，当超过作为上限的3.0质量％时，则成本的增加明显。从铁损的角度考虑，Al的下限优选设定为0.2质量％，更优选设定为0.3质量％，进一步优选设定为0.6质量％。

[Mn]：Mn使钢板的硬度增加，冲裁性得以改善，所以添加0.1质量％以上。此外，作为上限的2.0质量％是基于经济上的理由。

[N]：N成为AlN和TiN等氮化物而使铁损恶化。N虽然以TiN的形式固定在REM夹杂物上，但作为其实用上的上限，将上限设定为0.005质量％。

此外，根据上述的理由，作为上限，优选为0.003质量％，更优选为0.0025质量％，进一步优选为0.002质量％。

另外，根据上述的理由，N尽可能少者是优选的，但在无限接近于0质量％时，工业上受到的制约较大，故而将下限设定为超过0质量％。

此外，作为实用上的下限，以0.001质量％为标准，当下降至0.0005质量％时，氮化物受到抑制，因而是更优选的，当进一步下降至0.0001质量％时，则是进一步优选的。

[Ti]：Ti生成TiC等微细夹杂物，使晶粒生长性和铁损恶化。Ti虽然以TiN的形式固定在REM硫氧化物上，但作为其实用上的上限，将上限设定为0.02质量％。

此外，根据上述的理由，作为上限，优选为0.01质量％，更优选为0.005质量％。

另外，Ti是使晶粒生长性恶化的元素，所以较少者是优选的，下限为超过0质量％。但如前所述，在Ti量过少的情况下，有时不能发挥出在REM硫氧化物上的固定效果。

因此，当Ti量满足上述的评价式[2式]时，如果Ti量超过0.0012质量％，则具有更加切实的在REM硫氧化物上的固定效果，因而是优选的；进一步超过0.0015质量％时，是更优选的；进一步为0.002质量％以上时，是进一步优选的；更进一步为0.0025质量％以上时，是更进一步优选的。

[REM]：REM形成硫氧化物而使S得以固定，以抑制REM硫氧化物以外的微细硫化物的生成。另外，它成为TiN的复合生成位置，从而发挥Ti的固定效果。

因此，其含量必须超过与Ti量相适应的用量，如果为0.001质量％以上，则上述效果更加切实，因而是优选的，0.002质量％以上是更优选的，0.0025质量％以上是进一步优选的，0.003质量％以上是更进一步优选的。

此外，在对超过上限值的0.05质量％的钢水进行铸造时，则钢水中的REM硫氧化物过多，从而在铸造装置内的钢水流道的耐火材料壁面上，附着有大量的REM硫氧化物，这有时阻塞钢水流道。基于这一理由，REM的上限值设定为0.05质量％。

[S]：S生成MnS等硫化物而使晶粒生长性以及铁损恶化。S虽然以REM硫氧化物的形式得以固定，但作为其实用上的上限，将上限设定为0.005质量％。

另外，根据上述的理由，S尽可能少者是优选的，但在无限接近于0质量％时，工业上受到的制约较大，而且有必要形成REM硫氧化物，故而将下限设定为超过0质量％。

此外，作为考虑经济性等的实用上的下限，下限以以0.0005质量％为标准。

[O]：O的含量在多于0.005质量％时，则生成大量的氧化物，在该氧化物的作用下，阻碍磁畴壁移动和晶粒生长。因此，O优选设定为0.005质量％以下。

另外，根据上述的理由，O尽可能少者是优选的，但在无限接近于0质量％时，工业上受到的制约较大，而且有必要形成REM硫氧化物，故而将下限设定为超过0质量％。

此外，作为考虑经济性等的实用上的下限，下限以以0.0005质量％为标准。

上述成分以外的元素，只要不大大妨碍本发明钢的效果，也可以包含在本发明钢中。

下面就可选元素进行说明。此外，这些含量的下限值因为可以微量含有，所以均设定为超过0质量％。

[P]：P可以提高材料的强度，并改善加工性。但在过量的情况下损害冷轧性，故而优选为0.5质量％以下，进一步优选为0.1质量％以下。

[Cu]：Cu使耐蚀性得以提高，而且提高电阻率并改善铁损。但在过量的情况下，于产品板的表面产生鳞状折叠缺陷等而损害表面质量，故而优选为3.0质量％以下，进一步优选为0.5质量％以下。

[Ca]以及[Mg]：Ca以及Mg是脱硫元素，与钢中的S反应而形成硫化物，从而使S得以固定。但是，与REM不同，复合析出TiN的效果较小。

如果增大添加量，则脱硫效果得以强化，但当超过作为上限的0.05质量％时，则过量的Ca以及Mg的硫化物阻碍晶粒的生长。因此，优选为0.05质量％以下。

[Cr]：Cr使耐蚀性得以提高，而且提高电阻率并改善铁损。但过量的添加导致成本上升，故而将20质量％设定为上限。

[Ni]：Ni使对磁特性有利的织构发达，从而改善铁损。但过量的添加导致成本上升，故而将5.0质量％设定为上限。优选将1.0质量％设定为上限。

[Sn]以及[Sb]：Sn以及Sb为偏析元素，阻碍使磁特性恶化的(111)面的织构的形成，从而使磁特性得以改善。

这些元素无论仅使用1种，还是组合2种使用，都能发挥出上述的效果。但超过0.3质量％时使冷轧性恶化，故而将0.3质量％设定为上限。

[Zr]：Zr即使微量也阻碍晶粒生长，使消除应力退火后的铁损恶化。因此，要尽可能地降低，优选设定为0.01质量％以下。

[V]：V形成氮化物或碳化物，阻碍磁畴壁移动和晶粒生长。因此，优选设定为0.01质量％以下。

[B]：B是晶界偏析元素，而且形成氮化物。在该氮化物的作用下，阻碍晶界移动，使铁损恶化。因此，要尽可能地降低，优选设定为0.005质量％以下。

除以上的元素之外，还可以添加其它公知的元素。例如，作为改善磁特性的元素，可以根据所使用的磁特性适当选择Bi、Ge等加以使用。

下面就本发明中优选的制造条件及其限定理由进行说明。首先，在炼钢阶段，当采用转炉或2次精炼炉等常规方法进行精炼时，炉渣的氧化度即炉渣中的(FeO+MnO)的质量比优选设定为1.0～3.0％。

其原因在于：当炉渣的氧化度低于1.0％时，则在电磁钢的Si含量的范围内，由于受到Si的影响而使Ti的活度提高，故而难以有效防止来源于炉渣的二次增Ti，从而钢中的Ti量不必要地上升，另一方面，当炉渣的氧化度超过3.0％时，则来源于炉渣的氧供应使钢水中的REM硫氧化物不必要地氧化而成为REM氧化物，从而钢中S的固定并不充分。

再者，在炼钢阶段，优选将炉渣的碱度即炉渣中的CaO的质量％与SiO₂的质量％之比率设定为0.5～5。

其原因在于：当炉渣的碱度低于0.5时，则来源于炉渣的二次增Ti加大，钢中的Ti量容易不必要地上升，从而用于固定Ti的REM添加量增加，另一方面，当炉渣的碱度超过5时，则来源于炉渣的二次增S加大，钢中的S量容易不必要地上升，从而用于固定S的REM添加量增加，这些在经济上都是不利的。

另外，考虑到炉用耐火材料，极力排除外来性的氧化源也是重要的。再者，为了确保充足的时间以便使REM添加时不可避免地生成的REM氧化物浮上来，将从REM添加到铸造的时间优选为10分钟以上。

采用以上的对策，对期望组成的钢水进行熔制，然后通过连铸、或钢锭铸造，以铸造板坯等铸坯。

此后再进行热轧，根据需要进行热轧板退火，然后通过一次或插入中间退火的二次以上的冷轧，精加工成产品的厚度，接着进行最终退火，并涂布绝缘膜。

根据以上所叙述的方法，可以将产品板中的夹杂物控制在本发明规定的范围内。

此时，如果进一步提高热轧的压下率，则钢中的含REM夹杂物容易进一步延伸或破碎，从而更容易产生龟裂或断面，因而是优选的。

此外，如果进一步调整压下率的分配以便在轧制的后段侧使其进一步提高，则剪切力更有效地发挥作用，从而使钢中的含REM夹杂物含有龟裂或断面，因而是优选的。

此时，产品的板厚是既定的，因而为了进一步提高压下率，需要更厚的板坯。因此，所用板坯的厚度存在一个下限值。

鉴于无方向性电磁钢板通常的产品板厚为0.2～0.7mm左右，板坯厚度优选为50mm以上，如果为80mm以上，则是更优选的，如果为100mm以上，则是进一步优选的，如果为150mm以上，则是更进一步优选的。

另外，当TiN复合析出于含REM夹杂物的龟裂或断面上时，可以调整温度过程使TiN与个数在5％以上的具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的含REM夹杂物相结合。例如，在1000℃以上的温度范围保持15分钟以上。

(实施例)

对于以质量％计，含有C：0.0026％、Si：3.0％、Al：0.59％、Mn：0.21％，如表1所示那样使O、S、Ti、N以及REM的含量发生各种变化的钢，连铸后进行热轧，再进行热轧板退火，并冷轧为0.35mm的厚度。

其次，实施850℃×30秒的最终退火，涂布绝缘涂膜后便制作出产品板。再者，实施750℃×1.5小时的消除应力退火，然后，就夹杂物、结晶粒径以及采用25cm Epstein法进行的磁特性进行了研究。

夹杂物的研究采用复型法提取出夹杂物后，使用TEM进行观察，结晶粒径是对板厚断面进行镜面研磨，实施硝酸乙醇腐蚀液浸蚀，现出晶粒后测定平均结晶粒径。

由表1以及表2表明：在根据本发明的产品板中，关于晶粒生长以及铁损值，均获得了良好的结果。另一方面，在本发明规定范围之外的产品板中，获得的结果是晶粒生长以及铁损值劣化。

正如以上所说明的那样，通过适当地控制包含在无方向性电磁钢板中的夹杂物，即使进行简易的退火，也可以获得稳定且良好的磁特性。

特别地，即使进行简易的消除应力退火，也可以获得稳定且良好的磁特性，这不仅可以满足使用者的需要，而且有助于能源的节约。

因此，本发明很有可能应用于有关电磁钢板的产业中。

Claims (4)

1.一种铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，含有C：0.01％以下、Si：0.1％～7.0％、Al：0.1％～3.0％、Mn：0.1％～2.0％、N：0.005％以下、Ti：0.02％以下、REM：0.05％以下、S：0.005％以下、以及O：0.005％以下，余量由铁以及不可避免的杂质构成；而且用[S]表示的S的质量％、用[O]表示的O的质量％、用[REM]表示的REM的质量％、用[Ti]表示的Ti的质量％、以及用[N]表示的N的质量％满足[1式]以及[2式]。

[REM]²×[O]²×[S]≥1×10^-15                         [1式]

([REM]²×[O]²×[S])÷([Ti]×[N])≥1×10^-10          [2式]

2.根据权利要求1所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，还含有下述元素之中的一种以上，其中P：0.5％以下、Cu：3.0％以下、Ca或Mg：0.05％以下、Cr：20％以下、Ni：5.0％以下、Sn和Pb中的一种或两种的合计：0.3％以下、Zr：0.01％以下、V：0.01％以下、以及B：0.005％以下。

3.根据权利要求1或2所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：以质量％计，还含有Ti：0.0015％～0.02％，REM：0.00075％～0.05％；而且用[REM]表示的REM的质量％、以及用[Ti]表示的Ti的质量％满足：[REM]÷[Ti]≥0.5。

4.根据权利要求1～3的任一项所述的铁损优良的无方向性电磁钢板，其特征在于：在无方向性电磁钢板中，包含具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的REM硫氧化物，而且在具有龟裂或断面的直径1μm～5μm的REM硫氧化物中，与TiN结合的REM硫氧化物的个数比例为5％以上。

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