CN101321883A - 无方向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的主要目的在于，提供一种强度高、高周波下的铁损低的无方向性电磁钢板及其制造方法。本发明提供的无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计，含有C：0.02％以下、Si：1％以上4％以下、Mn：1％以下、P：0.2％以下、S：0.03％以下、Al：0.1％以上3％以下、Cu：超过1％并在4％以下，含有Ti和Nb的至少任一种的元素合计为0.02％以上0.3％以下，此外作为任意元素含有V：0％以上0.3％以下、Zr：0％以上0.3％以下、Ni：0％以上2％以下、B：0％以上0.010％以下，余量由Fe和杂质构成，由此达成上述目的。

Description

无方向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合作为高速回转的电动机(motor)和发电机等的旋转机的转子(rotor)铁芯的原材的无方向性电磁钢板。特别是本发明涉及可耐受回转时的应力或加减速时的应力变动的、要求有优异的强度和磁特性的、适合作为磁体埋入型电动机(IPM电动机)和突极型表面磁体电动机(突极型SRM电动机)的转子铁芯的原材的无方向性电磁钢板。
背景技术
为了削减地球温室气体，在汽车和家电制品等的领域中需要开发消费能量少的新制品。例如在汽车领域中，为了低燃费化，有汽油机和电动机的混合动力汽车(HEV)，或电动机驱动的电车。在家电制品领域中，有年间耗电量少的高效率空调和冷藏为等。它们共通的技术是电动机，电动机的高效率化成为重要的技术。在电动机高效率化的过程中，电动机的驱动系统高度化，可以进行各种各样的回转驱动控制。即，通过驱动电源的频率控制，可以进行可变速运转、商用频率以上的高速运转的电动机增加。
为了实现这样的高速旋转机，需要开发有能够耐受高速回转的结构的转子。一般来说，作用于转子的离心力与回转半径成比例，比例为回转速度的平方。因此在高速回转下运转时，作用于该转子的力例如也有超过500Ma的情况。因此，转子就需要屈服强度高的材料。此外，在转子高速回转运转中，还可以设想到的情况是，发生来自外部的振动和频繁的加减速这样的反复应力，因此对转子材料不仅仅要求屈服强度高，而且还要求疲劳强度也高。作为提高疲劳强度的方法，最有效的是提高抗拉强度，据此能够换言之为，高速回转的转子的材料需要有高的屈服强度和高的抗拉强度。
通常，在电动机转子中使用层叠的无方向性电磁钢板，但是对于上述这样的高速回转的电动机来说，存在不能满足所需的强度的情况。这时作为转子材料要采用高强度的铸钢等。然而，由于电动机转子在回转时利用磁的性质，因此作为其材料，如上述，就要求机械特性和磁特性均优异。即，在一体物的铸钢制转子中，因为涡流损非常大，所以存在电动机的效率降低这样的问题。另外，在IPM电动机的情况下，也会发生来自其转子的损失造成的发热使磁体特性劣化这样的问题。
如此，作为上述这样的高速回转的电动机的转子铁芯，在机械性上必须具有高强度，并且在磁性上必须具有高周波低铁损。作为提高钢板的强度的方法，在冷轧钢板的领域中，一般采用固溶强化、析出强化、细粒化强化、相变强化等的方法，但是高强度和高周波铁损这种优异的磁特性一般处于相反的关系，使它们同时满足极其困难。
为了解决这一问题，最近，有几个关于具有高抗张力的无方向性电磁钢板的提案。例如在专利文献1中提出有一种方法，是将Si含量提高为3.5～7.0％，其中添加固溶硬化大的元素，以提高抗张力。另外在专利文献2中提出一种方法，是使通常的无方向性电磁钢板中含有2.0％以上、低于4.0％的Si，同时活用Nb、Zr的1种或2种，或者Ti、V的1种或2种的碳氮化物，此外再通过控制热轧条件和精退火条件，从而制造机械特性和磁特性兼备的屈服强度高的无方向性电磁钢板。此外在专利文献3中，提出一种通过使钢材内部含有由直径1.0μm以下的铜构成的金属相，从而提高抗张力的方法。
专利文献1：特开昭60-238421号公报
专利文献2：特开平6-330255号公报
专利文献3：特开2004-84053号公报
然而，据上述专利文献1所述的发明得到的钢板非常脆，因此在冷轧时容易断裂，存在成品率非常低的问题。
在上述专利文献2所述的发明中，因为粗退火温度低，所以钢板的晶粒直径非常小，存在铁损非常大这样的问题。
另外在上述专利文献3所述的发明中，因为没有使精退火条件适当化，所以存在使强度进一步提高的余地。此外，因为没有对热轧钢板实施退火，或者以980℃的高温进行退火，所以在热轧钢板内部微细分散有Cu，热轧钢板非常硬质。因此，其后的冷轧困难，有生产性差的问题。
发明内容
本发明鉴于上述问题点而做，其主要目的在于，提供一种强度高、高周波下的铁损低的无方向性电磁钢板及其制造方法。
本发明者们从钢板不能通过时效热处理带来的析出强化来提高强度，并且不能具有优异的磁特性的观点出发，反复地锐意研究，其结果发现，以含有对磁特性和强度特性的双方有利的Si、Al的钢为基础，活用Cu作为析出强化元素，此外再活用Ti、Nb、V、Zr的碳化物，由此能够得到强度特性和磁特性兼备的无方向性电磁钢板，从而完成本发明。
还有，在本发明中“碳化物”中包含碳氮化物。
即，本发明提供一种无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.02％以下、Si：1％以上4％以下、Mn：1％以下、P：0.2％以下、S：0.03％以下、Al：0.1％以上3％以下、Cu：超过1％并在4％以下，含有Ti和Nb的至少任一种的元素合计为0.02％以上0.3％以下，此外作为任意元素含有V：0％以上0.3％以下、Zr：0％以上0.3％以下、Ni：0％以上2％以下、B：0％以上0.010％以下，余量由Fe和杂质构成。
根据本发明，通过使无方向性电磁钢板的钢组成为上述构成，能够使磁特性和强度特性优异。
本发明的无方向性电磁钢板，优选以质量％计含有V和Zr的至少任一种的元素，V：0.01％以上0.3％以下，Zr：0.01％以上0.3％以下。这是由于V和Zr生成碳化物，对强度上升有效。
另外，本发明的无方向性电磁钢板，优选以质量％计含有Ni：0.05％以上2％以下。这是由于通过含有Ni，能够进一步提高钢板的强度。
此外，本发明的无方向性电磁钢板，优选以质量％计含有B：0.0003％以上0.010％以下。这是由于通过含有B，钢板的韧性提高，能够抑制冷轧时的断裂。
此外，本发明的无方向性电磁钢板，其屈服强度优选为500MPa以上。这是由于通过使屈服强度在上述范围，在将本发明的无方向性电磁钢板用于例如转子并应用于电动机和发电机等的旋转机上时，运转中便不会发生变形和破坏，从而可以稳定使用。本发明另外还提供一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有如下工序：对具有上述组成的冷轧钢板，以900℃以上1150℃以下的精退火温度实施精退火的精退火工序；在900℃以下600℃以上的温度区域，使平均冷却速度为1℃/s以上，对上述精退火工序后的钢板进行冷却的冷却工序。
根据本发明，通过适当控制冷轧钢板的钢组成、精退火工序中的精退火温度、和冷却工序中的平均冷却速度，能够制造磁特性良好的无方向性电磁钢板。另外，对于经精退火工序-冷却工序而得到的无方向性电磁钢板实施时效热处理，由此可以改善强度特性。
在上述发明中，在上述精退火工序前，也可以进行如下工序：热轧板退火工序，其是对于作为上述冷轧钢板的原材的热轧钢板，在600℃以上、900℃以下实施保持2小时以上的热轧板退火；对于实施了热轧板退火的上述热轧钢板实施冷轧的冷轧工序。通过以规定的条件实施热轧板退火，钢板的延性提高，能够抑制在冷轧工序中的断裂。
另外在本发明中，也可以进行时效热处理工序，其是对于上述的精退火工序-冷却工序后的钢板，以400℃以上、700℃以下的时效热处理温度，使下式(1)所示的热处理参数P为13000以上、18000以下而实施时效热处理。
P＝(T+273)×(20+log(t))…(1)
(在此，T为时效热处理温度(℃)，t为时效热处理时间(h)。)
通过适当控制时效热处理温度和热处理参数，能够有效地进一步提高强度特性。
此外，本发明还提供一种转子铁芯，其特征在于，是层叠上述的无方向性电磁钢板而成。本发明的转子铁芯，因为是层叠上述的无方向性电磁钢板而构成，所以例于在应用于电动机时，能够使电动机效率提高，并且能够稳定使用。另外在应用于发电机时，可以高速回转，带来发电效率的提高。
另外本发明还提供一种旋转机，其特征在于，使用上述转子铁芯。在本发明中，因为使用上述转子铁芯，所以例如作为电动机，能够实现电动机效率提高和长期的使用稳定性。另外作为发电机能够实现发电效率提高。
在本发明中，可以得到不仅高周波下的铁损低，而且通过时效处理而强度高的无方向性电磁钢板。如果使用这种无方向性电磁钢板而制造的转子铁芯被组装于高速回转的电动机转子，电动机效率当然变高，运转中也不会变形和破坏，从而可以长期稳定地使用。由于这样的节能效果，能够对创造地球环境负荷少的未来社会做出贡献。
附图说明
图1是表示时效热处理温度和钢板的屈服强度的关系的曲线图。
图2是表示时效热处理温度和钢板的铁损W10/400的关系的曲线图。
图3是表示热处理参数P和钢板的屈服强度的关系的曲线图。
具体实施方式
本发明者们为了得到强度高且磁特性优异的无方向性电磁钢板，对于通过采用了时效热处理的析出强化而使无方向性电磁钢板高强度化的情况，调查钢成分带给时效热处理后的钢板的强度特性和磁特性的影响。其结果发现，以含有对磁特性和强度特性的双方有利的Si、Al的钢为基础，作为析出强化元素活用Cu，此外再活用Ti、Nb、V、Zr的碳化物，由此能够得到强度特性和磁特性兼备的无方向性电磁钢板。以下，对于达成本发明的发现和其达成的实验结果进行说明。
用真空熔解炉制作C、Nb含量不同的铸片A、B，其主要成分以质量％计为Si：2％、Mn：0.2％、P：0.09％、S：0.003％、Al：0.7％、N：0.002％、Cu：2.0％，以1100℃加热后，使最终温度为850℃实施热轧，制作厚2.5mm的热轧钢板。对该热轧钢板实施磨削加工至厚度2.1mm，以750℃实施10小时的热轧板退火，再实施冷轧至厚度0.35mm。对通过该冷轧而得到的冷轧钢板实施1000℃的精退火，接着以20℃/s的平均冷却速度冷却至室温，制作宽55mm、长55mm的单板试验片。对该单板试验片以550℃实施2小时的时效热处理后，测定铁损W10/400和强度。
下述表中显示时效热处理后的钢板的强度(屈服强度YS、抗拉强度TS)和铁损W10/400的评价结果。由此结果表明的，若将几乎不含C、Nb的钢板A和含有C、Nb的钢板B进行比较，可判明钢板B其强度更高，而铁损相同。
[表1]
Figure A20058005218300091
其次，用真空熔解炉制作Ti含量为0.002％或0.04％的铸片，其主要成分以质量％计为C：0.005％、Si：2％、Mn：0.2％、P：0.09％、S：0.001％、Al：0.7％、N：0.002％、Cu：2.5％，以1100℃加热后，使最终温度为850℃实施热轧，制作厚2.6mm的热轧钢板。对该热轧钢板实施磨削加工至厚度2.0mm，再实施冷轧至厚度0.35mm。对通过该冷轧而得到的冷轧钢板以950℃实施20秒的精退火，接着以20℃/s的平均冷却速度冷却至室温，制作宽55mm、长55mm的单板试验片。对该单板试验片以550～800℃实施10分钟的时效热处理后，测定铁损W10/400和强度。
图1中显示时效热处理温度和屈服强度的关系，图2中显示时效热处理温度和铁损W10/400的关系。如图1和图2表明的可知，在上述的实验条件下，经过从400℃到650℃的时效热处理，屈服强度达500MPa，并且铁损经过该时效几乎没有劣化。此外还判明，含有Ti为0.04％的钢板虽然磁特性稍有劣化，但是屈服强度比含有Ti为0.002％的钢板高。
这里在图1中，时效热处理温度为800℃时之所以可见屈服强度的上升，考虑是由于Cu再固溶后，在时效热处理后的冷却过程中产生了Cu的析出。
此外再使各种温度、时间条件组合而实施时效处理，求得由下式(1)所示的热处理参数P和屈服强度的关系。结果显示在图3中。
P＝(T+273)×(20+log(t))…(1)
(在此，T为时效热处理温度(℃)，t为时效热处理时间(h)。)
如图3所示，可知热处理参数P在13000以上、18000以下的范围内，能够得到屈服强度500MPa以上。
一直以来都认为，析出相会对磁特性造成不良影响。这被认为是由于，析出相为了使其周围的静磁能减少而生成新的磁畴，成为磁畴壁移动的障碍，因此磁特性劣化。然而，由上述的实验结果可知，由时效热处理而生成的微细的Cu相并不会使磁特性劣化。虽然关于其机理尚不明确，但本发明者们还是进行了如下推定。即推定为，Cu析出硬化最显著的粒子尺寸(10～40nm)与磁畴壁的厚度为同等以下，因此不会使新的磁畴区生成，也就不会成为磁畴壁移动的障碍。另外，之所以Nb含量和Ti含量多时屈服强度上升，推测是基于Nb碳化物和Ti碳化物的析出强化。
以下，对于本发明的无方向性电磁钢板及其制造方法，和转子铁芯、电动机进行详细地说明。
A.无方向性电磁钢板
本发明的无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.02％以下、Si：1％以上4％以下、Mn：1％以下、P：0.2％以下、S：0.03％以下、Al：0.1％以上3％以下、Cu：超过1％并在4％以下，含有Ti和Nb的至少任意一方的元素合计为0.02％以上0.3％以下，此外作为任意元素含有V：0％以上0.3％以下、Zr：0％以上0.3％以下、Ni：0％以上2％以下、B：0％以上0.010％以下，余量由Fe和杂质构成。
还有，表示各元素的含量的“％”，除非特别限定，均为“质量％”的意思。另外在本发明中，所谓“余量由Fe和杂质构成”，意思是在不妨碍本发明的效果的范围内，也包括含有其他元素的情况。
如上述，根据本发明，通过对于具有上述的钢组成的钢板实施时效热处理，能够得到优异的强度特性。因此在本发明中，在具有上述的钢组成的无方向性电磁钢板中，不仅包括时效热处理后的钢板，而且也包括供时效热处理的钢板。
以下，对于本发明的无方向性电磁钢板的钢成分等进行说明。
1.钢成分
(1)C
C是对于提高钢板的强度有效的元素。然而，若C含量超过0.02％，则渗碳体、ε碳化物等的碳化物析出，有磁特性劣化变得显著的情况。因此，C含量为0.02％以下。另外，为了进一步提高磁特性，特别是提高铁损，优选C含量的上限为0.010％。另一方面为了积极地实现来自Ti、Nb、V、Zr等的碳化物的析出强化，优选将C含量控制为0.005～0.02％。
(2)Si
Si在提高钢的比阻抗、降低铁损上有效。另外，Si在通过固溶强化而提高钢板的强度上也有效。Si含量根据需要的铁损特性和强度特性决定即可。然而，Si含量低于1％时，存在得不到需要的强度和铁损的可能性。另一方面，若Si含量超过4％，则Cu析出物的分散状态不均一，显示出强度提高效果饱和的倾向。另外，在冷轧中容易断裂，有制造成分显著增大的情况。因此，Si含量为1％以上、4％以下。此外，为了抑制因冷轧时的断裂导致的成品率降低，优选使Si含量为1.5％以上、3％以下。
另外，为了通过时效热处理而得到屈服强度500MPa以上的钢板所适合的Si含量，优选根据Cu含量而决定。具体来说，设Si和Cu的含量(质量％)分别为[Si]、[Cu]时，优选满足下述式。
[Si]＞0.4[Cu]2-2[Cu]+4
(3)Mn
Mn是不可避免的杂质，不需要添加。然而，Mn对于提高钢的比阻抗、降低铁损有效。为了得到该效果，优选使之含有0.1％以上。另一方面，若Mn含量超过1％，则存在原料成本变大的情况。因此，Mn含量限定为1％以下。
(4)P
P是不可避免的杂质，不需要添加。然而，P在通过固溶强化而提高钢板的强度上是有效的元素，为了得到该效果而优选使之含有0.05％以上。另一方面，若P含量超过0.2％，则钢的韧性劣化，有可能在冷轧时断裂。因此，P含量限定在0.2％以下。
(5)S
S是不可避免的杂质，不需要添加。若S含量超过0.03％，则形成粗大的含Mn、Cu的硫化物，钢的韧性劣化，有可能在冷轧时断裂。因此，S含量限定在0.03％以下。
(6)Al
Al与Si一样，在提高钢的比阻抗、降低铁损上有效。另外还是对脱氧有效的元素，能够降低非金属夹杂物。然而，若Al含量超过3％，则饱和磁通密度显著降低，有铁芯性能劣化的可能性。另一方面，为了高效率地进行钢水的脱氧而需要使Al含有0.1％以上。因此，Al含量限定为0.1％以上、3％以下。为了通过集合组织改善而改善磁通密度，优选Al含量为0.6％以上。
(7)Cu
Cu在本发明中是必须的元素。如上述，当Cu析出物非常微细时，几乎不会使磁特性劣化，却具有使强度特性提高的效果。然而，Cu含量在1％以下时，则存在无法充分获得由Cu析出带来的强度上升的可能性。另一方面，虽然随着Cu含量增加，时效硬化量变大，但若超过4％，则精退火时Cu析出物会不均一地分散，时效热处理后的强度降低，另外还有钢板的磁通密度也降低的情况。因此，Cu含量限定为超过1％、4％以下。另外，从析出强度最显著这一点出发，Cu含量优选为1.5％以上、3％以下。
(8)Ti和Nb
Ti和Nb形成碳化物，对强度上升有效，Ti和Nb的至少任意一方在本发明中是必须的元素。为了提高强度特性，需要含有Ti和Nb的至少任意一方的元素合计为0.02％以上。另外，若含有Ti和Nb的至少任意一方的元素合计超过0.3％，则碳化物粗大分散，有磁特性显著劣化的可能性。因此，Ti和Nb的合计含量为0.02％以上、0.3％以下。此外，为了改善磁特性，优选其合计含量为0.02％以上、0.1％以下。
为了确实地实现由碳化物生成带来的析出强度，优选Ti或Nb的任意一方的元素的含量单独为0.02％以上，更优选为0.03％以上。
(9)V和Zr
V和Zr是任意添加元素，在本发明中不是必须的元素。然而，V和Zr与上述的Ti和Nb同样形成碳化物，对强度上升有效。为了进一步提高强度特性，优选含有V和Zr的至少任意一方的元素为V：0.01％以上，Zr：0.01％以上。若V含量或Zr含量超过0.3％，则碳化物粗大分散，有磁特性显著劣化的可能性。因此，V含量优选为0.01％以上、0.3％以下，Zr含量优选为0.1％以上、0.3％以下。此外为了改善磁特性，V含量优选为0.01％以上、0.1％以下，Zr含量优选为0.01％以上、0.1％以下。
为了更确实地实现碳化物生成带来的析出强化，优选使V含量为0.02以上，Zr含量为0.02％以上。
(10)Ni
Ni不可避免的杂质，不需要添加。然而，Ni通过固溶强化在提高钢板的强度上是有效的元素，为了得到该效果，优选使之含有0.05％以上。另一方面，若Ni含量超过2％，则原料成本加大。因此Ni含量限定在2％以下。
(11)B
B是任意添加元素，在本发明中不是必须的元素。然而，通过含有B为0.0003％以上，热轧钢板的韧性提高，从而在冷轧时难以断裂。另一方面，若B含量超过0.010％，则粗大的B化合物生成，冷轧时反而有可能断裂。因此，B含量为0.010％以下。另外，基于钢板制造性的观点，B含量更优选为0.0003％以上、0.0040％以下。
(12)其他的不可避免的杂质
在炼钢过程中混入钢中的杂质中，作为有0.01％以上混入可能性的成分，存在Cr和Mo等。如果使Cr和Mo的含量均降低至1％以下，则不会损害本发明的效果。另外，上述成分以外的杂质成分，如果降低到0.05％以下，则对本发明的效果不会有影响。
2.屈服强度
本发明的无方向性电磁钢板的屈服强度，优选为500MPa以上，更优选为600MPa以上。这是由于通过使屈服强度在上述范围，采用本发明的无方向性电磁钢板作为例如电动机转子时，在运转中不会发生变形和破坏，可以稳定使用。
另外，作为屈服强度的上限值没有特别限定，但是通常为1000MPa以下。
还有，上述屈服强度能够根据JIS-Z-2241所规定的方法测定。
B.无方向性电磁钢板的制造方法
接下来，对于本发明的无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
本发明的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有如下工序：对具有上述组成的冷轧钢板，以900℃以上1150℃以下的精退火温度实施精退火的精退火工序；在900℃以下600℃以上的温度区域，使平均冷却速度为1℃/s以上，对上述精退火工序后的钢板进行冷却的冷却工序。
在本发明中，在上述精退火工序前通常进行如下工序：对于具有上述的钢组成的钢锭或钢坯实施热轧的热轧工序；对于通过该热轧工序而得到的热轧钢板实施冷轧的冷轧工序。另外，也可以在热轧工序后，对热轧钢板实施热轧板退火的热轧板退火工序。此外，还可以在上述精退火后，对钢板实施时效热处理的时效热处理工序。
以下，对于本发明的无方向性电磁钢板的制造方法中的各工序进行说明。
1.精退火工序
本发明中的精退火工序，是对于具有上述钢组成的冷轧钢板，以900℃以上、1150℃以下的精退火温度实施精退火的工序。
本发明中的精退火温度的控制，在改善钢板的时效热处理前的强度特性、和时效热处理后的强度特性以及磁特性上非常重要。当精退火温度低于900℃时，再结晶粒成长充分，有磁特性显著劣化的可能性。另一方面，若超过1150℃，则钢板的平坦度显著劣化，存在拉拔加工性劣化的情况。因此，精退火温度限定为900℃以上、1150℃以下。另外，为了进一步降低铁损，精退火温度越高越好，优选为950℃以上。
还有，关于冷轧钢板的钢成分，因为与上述的“A.无方向性电磁钢板”的项目所述的相同，所以省略这部分说明。
2.冷却工序
本发明中的冷却工序，是在900℃以下、600℃以上的温度区域，使平均冷却速度为1℃/s以上，对于上述精退火工序后的钢板进行冷却的工序。
在本发明中，控制冷却速度对于促进Cu的析出，从而得到作为目标的屈服强度很重要，而这是通过在冷却工序中使Cu达到过饱和固溶状态，其后进行时效热处理工序而实现的。因此，在对Cu的析出旺盛的900℃以下、600℃以上的温度区域进行冷却时，需要以1℃/s以上的平均冷却速度进行冷却。这是由于，当900℃以下、600℃以上的温度区域的平均冷却速度低于1℃/s时，在冷却过程中Cu的析出会过剩地进行，因此在进行时效热处理前，不能实现Cu的过饱和固溶状态，带来的可能性是，即使其后实施时效热处理，也不能取得作为目标的屈服强度。另外，由于在时效热处理工序前能够实现过饱和固溶状态即可，所以平均冷却速度的上限没有特别限定，但是若平均冷却速度过大，则平均度变差，铁芯制造(拉拔层叠)变得困难，因此优选平均冷却速度为100℃/s以下。
另外在冷却工序中，可以使钢板冷却至室温，也可以使之冷却至后述的时效热处理温度。使钢板冷却至室温时，不需要通过后述的时效热处理工序再度使钢板的温度上升至时效热处理温度，因此制造工序简便，能够连续进行冷却工序和时效热处理工序。
3.热轧工序
在本发明中，在上述精退火工序之前，通常进行热轧工序，即对于具有上述的钢组成的钢锭或钢坯(以下也称板坯。)实施热轧。
作为热轧能够采用一般的方法。板坯温度、热轧的最终温度、卷取温度等的条件，根据板坯的钢组成、作为目标的钢板的板厚等适宜选择。
热轧钢板通常是经过酸洗除去热轧时在钢板表面生成的氧化皮之后，再供冷轧。对热轧钢板实施后述的热轧板退火时，在热轧板退火前或热轧板退火后的任何时候进行酸洗都可以。
4.热轧板退火工序
在本发明中也可以进行热轧板退火工序，即在上述热轧工序后，对热轧钢板实施热轧板退火。在本工序中，优选对于热轧钢板实施在600℃以上、900℃以下保持2小时的热轧板退火。该热轧钢板为上述精退火工序所使用的冷轧钢板的原材。热轧板退火工序不一定是必须的工序，但可以提高接下来进行的冷轧的效率，在这方面是有用的工序。
热轧板退火中的退火温度优选为600℃以上、900℃以下。若退火温度低于上述范围，钢板的强度反而过高，存在冷却轧困难的情况。另一方面，退火温度超过上述范围，会发生Cu的固溶、再析出，钢板的强度也变高，有冷轧困难的可能性。更优选的退火温度为650℃以上、850℃以下。
另外，上述退火温度下的保持时间优选为2小时以上。如果保持时间低于2小时，则Cu析出物微细化，钢板的强度变高，有冷轧困难的情况。保持时间更优选为8小时以上。另一方面，保持时间的上限没有特别限定，但从经济性的观点出发，则优选为48小时以下。
5.冷轧工序
在本发明中，在上述精退火工序前，通常进行冷轧工序，其是对于热轧钢板或实施了热轧板退火的热轧钢板实施冷轧。
作为冷轧能够采用一般性的方法。冷轧时的温度、压下率等的条件，根据被轧制材的钢组成、作为目标的钢板的板厚等适当选择。
在本工序中，也可以对于热轧钢板实施穿插有中间退火的两次以上的冷轧。中间退火不一定必须，但是进行中间退火会带来钢板的延性提高，冷轧中的断裂减少这样的优点。
中间退火的退火温度等条件，优选与热轧板退火一样。
6.时效热处理工序
在本发明中，在上述精退火工序后，也可以进行对钢板实施时效热处理的时效热处理工序。在本工序中，优选对上述冷却工序后的钢板，以400℃以上、700℃以下的时效热处理温度，使下式(1)所示的热处理参数P为13000以上、18000以下而实施时效热处理。
P＝(T+273)×(20+log(t))…(1)
(在此，T为时效热处理温度(℃)，t为时效热处理时间(h)。)
时效热处理在提高无方向性电磁钢板的强度上有效。为了取得该时效强化带来的效果，优选时效热处理温度为400℃以上。这是由于时效热处理温度低于400℃时，时效热处理时间冗长，因此存在生产性差的情况。另一方面，若时效热处理温度超过700℃，则成为过时效，Cu析出粒子粗大化，得不到期望的屈服强度，磁特性也有劣化的可能性。因此，时效热处理温度优选为400℃以上、700℃以下。
另外，优选满足由时效热处理温度T(℃)和时效热处理时间t(h)在上式(1)中所示的热处理参数P为13000以上、18000以下的条件。这是由于热处理参数P低于13000时，时效析出不充分，热处理参数P超过18000时成为过时效，各种情况都存在得不到期望的屈服强度的可能性。
此外，也可以以根据本发明制造的无方向性电磁钢板为原材，在转子铁芯加工后实施时效热处理。如果由实施了时效热处理的无方向性电磁钢板制造的转子铁芯、或加工后实施了时效热处理的转子铁芯被组装于高速回转的电动机转子，则电动机效率当然有所提高，在运转中不会变形和破坏，可以长期稳定使用。
7.其他工序
在本发明中，在上述精退火工序后，优选遵循一般的方法进行涂敷工序，其是将只有有机成分、只有无机成分、或由有机无机复合物构成的绝缘皮膜涂布于钢板表面的工序。从减轻环境负担的观点出发，涂布不含铬的绝缘皮膜即可。另外，涂敷工序也可以是实施通过加热、加压发挥接合能的绝缘涂敷的工序。作为发挥接合能的涂敷材料，能够使用丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂或密胺甲醛树脂。
C.转子铁芯
接下来，对于本发明的转子铁芯进行说明。本发明的转子铁芯，其特征在于，是层叠上述的无方向性电磁钢板而成。通常，转子铁芯是拉拔上述无方向性电磁钢板并层叠而构成。
构成转子铁芯的无方向性电磁钢板，如上述因为磁特性和强度特性优异，所以将本发明的转子铁芯应用于电动机的转子上时，能够提高电动机效率，另外在运转中不会变形和破坏，能够长期稳定使用。另外，应用于发电机的转子时，因为在运转中不会发生变形和破坏，所以可以高速回转，带来发电效率的提高。
D.旋转机
接下来，对于本发明的旋转机进行说明。本发明的旋转机，其特征在于，具有上述的转子。作为旋转机，例如可例示电动机和发电机等。接受电力而生成机械动力的旋转机是电动机，接受机械动力而生成电力的旋转机是发电机。两的结构基本相同，因此以下的说明中以电动机为例进行说明。
电动机(motor)，例如具有卷绕有定子卷线而构成的定子(stator)、和在该定子的中央通过定子卷线的通电造成的励磁而回转的转子(rotor)。转子具有上述的转子铁芯、和设于该转子铁芯上的永久磁体。另外，定子在具有槽口的定子铁芯上卷绕有定子卷线。定子铁芯与上述转子铁芯一样，是拉拔无方向性电磁钢板并将其层叠而构成。
用于转子铁芯的无方向性电磁钢板，记述在上述“A.无方向性电磁钢板”的项目中。另外，作为用于定子铁芯的无方向性电磁钢板，则没有特别被限定。
根据本发明，因为采用的转子铁芯是层叠磁特性和强度特性优异的无方向性电磁钢板而成，所以作为电动机能够实现电动机效率提高和长期使用稳定性。另外，作为发电机能够实现发电效率提高。
还有，本发明不受上述实施方式限定。上述实施方式为例示，具有本发明的专利要求的范围所述的技术思想和实质上相同的构成，并起到同样的作用效果的，均包含在本发明的技术范围内。
实施例
以下，例示实施例具体地说明本发明。
[实施例1]
用转炉将经过脱碳脱硫的钢水230ton出钢到铸桶内，将铸桶移动至RH式真空脱气装置。用RH式真空脱气装置进行减压脱碳，使钢中的C含量在0.015％以下后，调整Si、Mn、P、S、Al、Cu、B、Ni、Ti、Nb、V和Zr的含量，用连续铸造机使之成为板坯。
将上述板坯用加热炉加热至1150℃，以最终温度800～850℃、卷取温度500℃进行热轧，得到厚2.0mm的热轧钢板。接着，进行酸洗脱氧化皮，以750℃退火10小时后，冷轧至厚0.35mm，以最高到达温度1000～1050℃进行精退火，在钢板表面涂面绝缘皮膜。
下述的表2中显示制品的成分分析值，表3中显示精退火条件。
从如此得到的钢板上提取28cmEpstein试验片，以550℃进行2小时的时效热处理。对于时效热处理后的钢板，根据JIS-Z-2550规定的方法，测定铁损W10/400。此外对于时效热处理后的钢板，进行JIS-Z-2241规定的拉伸试验，测定屈服强度YS和抗拉强度TS。下述的表3中显示磁特性和强度特性的数据。
[表2]
Figure A20058005218300191
下划线表示本发明范围之外。
[表3]
  钢号   精退火温度(℃)   冷却速度(℃/s)   YS(MPa)   TS(MPa)   W10/400(W/kg)
  A1   1000   20   361   461   21.5
  A2   1000   20   464   558   22.0
  A3   1000   20   467   589   26.4
  A4   1050   20   714   836   30.0
  A5   1050   20   714   836   26.5
  A6   1050   20   718   840   23.0
  A7   1050   20   730   852   22.9
  A8   1050   20   740   862   22.7
  A9   1050   20   737   868   22.7
  A10   1050   20   712   843   22.3
  A11   1000   20   765   891   21.6
  A12   1000   20   760   891   22.0
钢组成在本发明的范围内的钢板，屈服强度YS在500MPa以上，抗拉强度TS在600MPa以上，并且铁损W10/400为25W/kg以下，能够获得所需要的特性。另一方面，钢组成在本发明的范围外的钢板(A1～A3)，屈服强度YS低于500MPa，比本发明例明显要差。钢板(A4、A5)其强度特性虽然与本发明例同等，但铁损比本发明例明显要差。
[实施例2]
使用实施例1中制造的钢号A7和A12的冷轧钢板，进行将精退火温度变为850～1150℃，使平均冷却速度变为0.8℃/s～30℃/s的精退火，在钢板表面涂面绝缘皮膜。下述的表4中显示精退火条件。
从如此得到的钢板上提取28cmEpstein试验片，以500℃进行0.5小时的时效热处理。对于时效热处理后的钢板，根据JIS-Z-2550规定的方法测定铁损W10/400。此外对于时效热处理后的钢板，进行JIS-Z-2241规定的拉伸试验，测定屈服强度YS。下述的表4中显示磁特性和强度特性的数据。
还有在表4中，所谓平坦度，是从精退火后的钢带上沿长方向提取3m的钢板，放在水平的定盘上，测定侧波的高度(h)和波长(L)，将由此得到的h/L值作为基准，平均度100h/L值为0.4以下的用“○”标记代表，平均度100h/L值超过0.4、在0.8以下的用“△”标记代表，平均度100h/L值超过0.8的用“×”代表。
[表4]
  钢号   精退火温度(℃)   冷却速度(℃/s)   平坦度   YS(MPa)   W10/400(W/kg)   参考
  A7   850   15   △   576   28.8   比较例
  A7   950   0.8   ○   436   25.6   比较例
  A7   1000   20   ○   702   24.1   本发明例
  A7   1050   20   ○   711   23.5   本发明例
  A7   1100   20   ○   730   22.9   本发明例
  A7   1160   30   ×   708   22.5   比较例
  A12   820   15   △   392   27.9   比较例
  A12   1000   20   ○   639   22.4   本发明例
  A12   1060   20   ○   638   22.0   本发明例
  A12   1110   30   ○   652   21.2   本发明例
  A12   1180   30   ×   660   21.4   比较例
下划线表示本发明范围之外。
遵循本发明中规定的精退火条件而制造的钢板，屈服强度YS在600MPa以上，并且铁损W10/400为25W/kg以下，能够获得所需要的特性。另一方面，以本发明规定外的条件制造的钢板，屈服强度YS低于600MPa，或者W10/400超过25W/kg，比本发明例明显要差。
[实施例3]
使用实施例1中制造的钢号A10的厚2.0mm的热轧钢板，实施各种热轧板退火后，用レバ一ス式的冷轧机，根据达到厚度0.35mm的冷轧道次评价其作业性。结果显示在下述的表5中。
[表5]
  钢号   热轧板退火条件   冷扎
  A10   550℃24h   不可
  A10   680℃24h   可
  A10   750℃10h   可
  A10   800℃10h   可
  A10   950℃1分   不可
热轧板退火的退火温度为600℃以上、900℃以下时，能够以9道次进行冷轧，相对于此，退火温度低于600℃或超过900℃时，因为该退火钢板非常硬质，所以通过轧制次数9道次不能轧制至厚度0.35mm，判明作业性差。
[实施例4]
使用实施例1中制造的钢号A7和A10的冷轧钢板，以精退火温度1050℃、平均冷却速度20℃/s进行精退火，，在钢板表面涂面绝缘皮膜。其次，以各种条件进行时效热处理，根据JIS-Z-2550规定的方法测定铁损W10/400。此外对于时效热处理后的钢板，进行JIS-Z-2241规定的拉伸试验，测定屈服强度YS。下述的表6中显示时效热处理的条件、磁特性和强度特性的数据。
[表6]
钢号   时效热处理温度(℃)   时效热处理时间(h)   热处理参数P   YS(MPa)   W10/400(W/kg)
  A7   300   0.5   11288   488   23.5
  A7   400   0.5   13257   550   23.5
  A7   500   0.5   15227   711   23.5
  A7   550   0.5   16212   720   23.6
  A7   600   0.5   17197   643   23.8
  A7   700   0.5   19167   420   25.3
  A10   300   2   11632   523   21.4
  A10   400   2   13663   570   21.5
  A10   500   2   15693   705   22.1
  A10   550   2   16708   712   22.3
  A10   600   2   17723   612   21.9
  A10   700   2   19753   402   23.8
通过使热处理参数P为13000以上、18000以下来实施时效热处理，，屈服强度YS在500MPa以上，并且铁损W10/400为25W/kg以下，能够获得所需要的特性。另外，钢板A10尽管热处理参数P低于13000，但YS为500MPa以上。这是由于与钢板A7比较，钢板A10其Cu、Al、C量多，因此在精退火的直接的状态下具有期望的强度。总之，通过适当进行时效热处理，可知能够得到强度和磁特性优异的钢板。

Claims (10)

1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.02％以下、Si：1％以上4％以下、Mn：1％以下、P：0.2％以下、S：0.03％以下、Al：0.1％以上3％以下、Cu：超过1％但在4％以下，含有合计为0.02％以上0.3％以下的Ti和Nb中的至少任一种元素，并且作为任意元素含有V：0％以上0.3％以下、Zr：0％以上0.3％以下、Ni：0％以上2％以下、B：0％以上0.010％以下，余量由Fe和杂质构成。
2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有V和Zr中的至少任一种元素，其中，V：0.01％以上0.3％以下，Zr：0.01％以上0.3％以下。
3.根据权利要求1或2所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有Ni：0.05％以上2％以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，以质量％计含有B：0.0003％以上0.010％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，屈服强度为500MPa以上。
6.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有：对具有权利要求1～4中任一项所述钢组成的冷轧钢板，以900℃以上1150℃以下的精退火温度实施精退火的精退火工序；在900℃以下600℃以上的温度区域，以平均冷却速度为1℃/s以上的方式对所述精退火工序后的钢板进行冷却的冷却工序。
7.根据权利要求6所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在上述精退火工序前，具有：热轧板退火工序，在该热轧板退火工序中，对作为上述冷轧钢板的原材的热轧钢板，在600℃以上900℃以下实施保持2小时以上的热轧板退火；对于实施了热轧板退火的上述热轧钢板实施冷轧的冷轧工序。
8.根据权利要求6或7所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有时效热处理工序，在该时效热处理工序中，以400℃以上700℃以下的时效热处理温度，对所述冷却工序后的钢板实施时效热处理，以使由式(1)表示的热处理参数P为13000以上18000以下，
P＝(T+273)×(20+log(t))...(1)
其中，T为时效热处理温度(℃)，t为时效热处理时间(h)。
9.一种转子铁芯，其特征在于，层叠权利要求1～5中任一项所述的无方向性电磁钢板而成。
10.一种旋转机，其特征在于，使用了权利要求9所述的转子铁芯。
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