CN101528385A - 磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种磁通密度高、铁损低的急冷凝固的无取向电磁钢板，还提供一种磁通密度高且铁损低的无取向电磁钢板的制造方法，在利用移动更新的冷却体表面使含有规定成分的钢液凝固而制作铸造钢带时，在钢液中含有合计含量为0.0020～0.01％的REM、Ca中的一种或两种以上，铸造气氛为Ar、He或它们的混合气氛，从而进行铸造。

Description

磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明提供得到磁通密度高、铁损低的无取向电磁钢板的制造方法。
背景技术
无取向(无方向性)电磁钢板被用于大型发电机、电动机、音响设备用途和稳定器等的小型静止器，要求是磁通密度高、铁损低、磁特性优异的无取向电磁钢板。
磁通密度高的无取向电磁钢板的制造方法之一有急冷凝固法。即，该方法是通过移动更新的冷却体表面使钢液凝固而制成铸造钢带，接着将该铸造钢带冷轧，形成为规定的厚度之后，进行最终退火而得到无取向电磁钢板的方法。在日本特开昭62-240714号公报、日本特开平5-306438号公报、日本特开平6-306467号公报、日本特开2004-323972号公报以及日本特开2005-298876号公报中曾经提出了采用急冷凝固法来制造高磁通密度的无取向电磁钢板的方法。
另一方面，微细的析出物抑制最终退火中的晶粒生长，或在磁化过程中妨碍磁畴壁移动，使铁损特性劣化。N可生成AlN，但为了抑制微细的AlN的析出，一般采用添加0.15％以上的Al的方法。另外，作为控制微细的硫化物的方法，例如在日本特开昭51-62115号公报中曾经提出添加REM来固定S的方法。
发明内容
在要求节能、节省资源方面，需求磁通密度高、铁损低的无取向电磁钢板，采用上述日本特开昭62-240714号公报、日本特开平5-306438号公报、日本特开平6-306467号公报、日本特开2004-323972号公报以及日本特开2005-298876号公报的急冷凝固法时，虽然可得到较高的磁通密度，但在低铁损这一点上并不能够满足。另外，日本特开昭51-62115号公报是采用REM控制硫化物的方法，磁通密度并不能够满足。
本发明是提供一种制造采用上述现有技术方法不能得到的磁通密度高且铁损低的无取向电磁钢板的方法的发明，其要旨如下。
(1)一种磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法，是使钢液借助于移动更新的冷却体表面进行凝固，形成为铸造钢带，接着将该铸造钢带冷轧，然后进行最终退火的无取向电磁钢板的制造方法，所述钢液，以质量％计，含有C：0.003％以下、Si：1.5％～3.5％、Al：0.2％～3.0％且1.9％≤(％Si+％Al)、Mn：0.02％～1.0％、S：0.0030％以下、N：0.2％以下、Ti：0.0050％以下、Cu：0.2％以下、T.O：0.001％～0.005％，其余量由Fe以及不可避免的杂质构成，该制造方法的特征在于，钢液中的REM、Ca之中的任一种或两种的合计含量为0.0020％～0.01％，铸造气氛为Ar、He或它们的混合气氛。
(2)根据(1)所述的磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于，在钢液中含有合计量为0.005％～0.3％的Sn、Sb中的一种或两种。
附图说明
图1是REM含量、制造气氛与W15/50的关系的图。
具体实施方式
以下就本发明的细节进行说明。
本发明者们为开发磁通密度高且铁损低的无取向电磁钢板的制造方法而反复进行潜心研究的结果发现，在急冷凝固法中，将钢液的REM和Ca中的任一种或两种的合计量定为0.0020～0.01％、将铸造气氛定为Ar、He或它们的混合气氛是非常有效的。
以下是本发明者们进行实验的结果的一例。将含有C：0.0012％、Si：3.0％、Al：1.4％、Mn：0.24％、S：0.0022％、N：0.0023％、Ti：0.0015％、Cu：0.09％、T.O：0.0030％的钢液，采用双辊法在N2铸造气氛中急冷凝固，制成2.0mm厚的铸片。将该铸片冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1050℃×30秒的最终退火。用电子显微镜观察最终退火板中的析出物的结果，观察到微米尺寸的AlN和数十～100nm左右的Mn-Cu-S，尤其是AlN非常多。于是，分析铸片、最终退火板中的N的结果，与钢液中的N为23ppm相对，铸片、最终退火板中的N均为89ppm，判明在铸造中发生氮化，由此知道生成了大量的AlN。
其次，将含有C：0.0011～0.0012％、Si：3.0％、Al：1.4％、Mn：0.24％、S：0.0022～0.0025％、N：0.0021～0.0023％、Ti：0.0015％、Cu：0.09％、T.O：0.0032％的钢液，采用双辊法，改变铸造气氛进行急冷凝固，制成2.0mm厚的铸片，冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1050℃×30秒的最终退火。并且，将分析铸片中的N的结果示于表1。由此判明，当使铸造气氛为N2、大气时，在铸造中发生渗氮，铸片中的N明显增加，但是当铸造气氛为Ar、He时，可抑制氮化。
表1
  铸造气氛   钢液中N(ppm)   铸片中N(ppm)
  100％N2   21   89
  大气   21   88
  100％Ar   23   23
  100％He   22   22
用电子显微镜在板厚中心层观察了在Ar气氛下铸造的作为试样的铸片和最终退火板的析出物，铸片中析出物少，只很少地看到少数的微米尺寸的AlN和数十～100nm左右的Mn-Cu-S，但在最终退火板中，微米尺寸的AlN、尤其是数十nm级别的Mn-Cu-S比铸片增多，可较多地观察到。由此知道，采用急冷凝固法时，由于冷却速度快，因此钢液中的S在铸片中基本以固溶S形式存在，通过最终退火，以数十nm级别的微细的Mn-Cu-S形式析出。
本发明者们对于S的控制进行潜心研讨的结果知道，使钢液中含有REM、Ca是非常有效的。将含有C：0.0010％、Si：3.0％、Al：1.4％、Mn：0.24％、S：0.0025％、N：0.0022％、Ti：0.0019％、Cu：0.08％、T.O：0.0022％、各种含量的REM的钢液，采用双辊法在Ar和N2的铸造气氛中急冷凝固，制成2.0mm厚的铸片。将该铸片冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1050℃×30秒的最终退火。然后，用电子显微镜在板厚中心层观察在Ar气氛下铸造的铸片和最终退火板的析出物。在铸片和最终退火板中析出形态相同，主要是在REM2O2S中以微米尺寸复合析出AlN而成的析出物，基本没有数十nm级别的析出物。由此发现，当加入REM时，在钢液中结晶出REM2O2S而清除S，而且以其为位点(site)使AlN、TiN复合析出，由此能够防止AlN单独微细地出现。图1表示REM含量、铸造气氛与铁损W15/50的关系。由此可知，在含有20～100ppm的REM，并在Ar铸造气氛Ar中进行铸造的场合，铁损的降低较显著。对于Ca也进行实验，已确认可得到同样的效果。
本发明者进一步进行调查，观察上述的含有35ppm的REM的试样的最终退火板的结果，在表层部可观察到析出物，用电子显微镜观察、分析了该析出物，知道其是微细的AlN。于是，观察了铸片的表层，但在铸片上没有看到该析出物。微细的AlN是在最终退火中由于氮化而生成的。于是，将含有C：0.0008％、Si：3.0％、Al：1.4％、Mn：0.23％、S：0.0020％、N：0.0019％、Ti：0.0017％、Cu：0.08％、T.O：0.0022％、REM：0.0030％、无Sn以及含0.03％的Sn的钢液，采用双辊法在Ar铸造气氛中急冷凝固，制成2.0mm厚的铸片。将其冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1050℃×30秒的最终退火，测定铁损W15/50，用电子显微镜观察表层部。当添加0.03％的Sn时，表层无AlN，W15/50为1.89W/kg；当无Sn时，可看到由氮化带来的表层的AlN，W15/50为1.92W/kg，可知通过添加Sn、抑制氮化，铁损进一步改善。可以认为，当添加REM时，将S以REM2O2S形式清除，因此不会有S的表面偏析、并发生氮化，但当添加Sn时，Sn偏析于表面，有效地抑制氮化。关于Sb也进行了实验，已确认可得到同样的效果。
以下说明本发明的限定理由。
C：为了不形成为奥氏体和铁素体双相区而形成为单相铁素体，且尽可能地使柱状晶发达，确定为0.003％以下。另外，为了抑制微细的TiC的析出，C也确定为0.003％以下。
Si：1.5％～3.5％、Al：0.2％～3.0％、1.9％≤(％Si+％Al)：如果C为0.003％以下、且1.9％≤(％Si+％Al)，则不会成为奥氏体和铁素体双相区而成为单相铁素体，因此确定为1.9％≤(％Si+％Al)。Si、Al可提高电阻、降低涡流损耗，因此下限分别确定为1.5％、0.2％。当Si、Al添加量分别超过3.5％、3.0％时，加工性显著劣化。
Mn：为了改善脆性，确定为0.02％以上。当添加量超过作为上限的1.0％时，磁通密度劣化。
S：形成硫化物，起到对铁损有害的作用，因此确定为0.0030％以下。
N：形成AlN、TiN等微细的析出物，起到对铁损有害的作用，因此确定为0.2％以下，优选为0.0030％以下。
Ti：形成TiN、TiC等微细的析出物，起到对铁损有害的作用，因此确定为0.0050％以下。
Cu：形成Mn-Cu-S等的微细的硫化物，起到对铁损有害的作用，因此确定为0.2％以下。
T.O：为了尽量生成REM2O2S、Ca-O-S而清除S，且使AlN、TiN粗大地复合析出，将下限确定为0.001％。当超过作为上限的0.005％时，会生成Al2O3，AlN、TiN难以粗大地复合析出。
REM、Ca：其中任一种或两种的合计含量确定为0.002％～0.01％。为了尽量生成REM2O2S或Ca-O-S而清除S，且使AlN、TiN粗大地复合析出，将下限确定为0.002％。当超过作为上限的0.01％时，磁特性反倒劣化。在此，所谓REM，是镧(La)～镥(Lu)的15种元素再加上钪(Sc)和钇(Y)后的合计17种元素的总称，但即使是只使用其中的一种，或者即使是将两种以上的元素组合使用，只要在本发明的含量范围内，便可发挥上述效果。可以使用REM和Ca中的一种，也可以将这两种组合使用。
Sn、Sb：其中任一种或两种的合计含量确定为0.005％～0.3％。Sn、Sb偏析于表面，抑制最终退火中的氮化。当低于0.005％时，不能抑制氮化，当为上限0.3％时效果饱和。Sn、Sb的添加不仅抑制氮化，对磁通密度的改善也有效果。可以使用Sn、Sb中的一种，也可以将这两种组合使用。
利用移动更新的冷却体表面使钢液凝固而制成铸造钢带。可使用单辊法、双辊法等。
铸造气氛确定为Ar、He或它们的混合气氛。当为N2、大气气氛时，铸造时发生氮化。为了抑制这种现象，将铸造气氛确定为Ar、He或它们的混合气氛。
实施例1
将含有C：0.0012％、Si：3.0％、Mn：0.22％、Sol.Al：1.4％、S：0.0015～0.0018％、N：0.0019～0.0025％、T.O：0.0020～0.0025％、Ti：0.0012～0.0015％、Cu：0.08％、REM：0.0025％的钢液，采用双辊法在各种的铸造气氛下急冷凝固，铸造成2.0mm厚。接着进行酸洗，冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1075℃×30秒的连续退火，涂敷绝缘皮膜，制成制品。此时的铸造气氛、钢液中N、铸片中N与磁特性的关系示于表2。由此知道，通过使铸造气氛为Ar、He或者它们的混合气氛，可得到较高的磁通密度以及较低的铁损。
表2
No. 铸造气氛  钢液中N(ppm)  铸片中N(ppm)   W15/50(W/kg)   B50(T) 备注
  1   100％N2   22   87   2.16   1.700  比较例
  2   大气   23   85   2.32   1.699  比较例
  3   50％Ar+50％N2   23   86   2.17   1.699  比较例
  4   50％He+50％N2   22   88   2.17   1.701  比较例
  5   100％Ar   21   21   1.95   1.725  本发明例权利要求1
  6   100％He   24   24   1.94   1.726  本发明例权利要求1
  7   10％Ar+90％He   22   22   1.95   1.725  本发明例权利要求1
  8   25％Ar+75％He   24   24   1.94   1.726  本发明例权利要求1
  9   50％Ar+50％He   23   23   1.94   1.725  本发明例权利要求1
  10   75％Ar+25％He   21   21   1.95   1.726  本发明例权利要求1
  11   90％Ar+10％He   24   24   1.95   1.725  本发明例权利要求1
实施例2
将含有C：0.0011％、Si：3.0％、Mn：0.25％、Sol.Al：1.4％、N：0.0022～0.0028％、Ti：0.0016～0.0015％、Cu：0.11％，并含有T.O、S、REM、Ca的钢液，采用双辊法在Ar铸造气氛中急冷凝固，铸造成2.0mm厚。接着进行酸洗，冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1075℃×30秒的连续退火，涂敷绝缘皮膜，制成制品。此时的T.O、S、REM、Ca的含量与磁特性的关系示于表3。由此知道，当在本发明的范围内时，可得到较高的磁通密度以及较低的铁损。
Figure A20078003947200101
实施例3
将含有C：0.0010％、Si：2.9％、Mn：0.20％、S：0.0019～0.0022％、Sol.Al：1.2％、N：0.0019～0.0029％、Ti：0.0012～0.0013％、Cu：0.11％、T.O：0.0011～0.0016％、REM：0.0080～0.0085％，并含有Sn、Sb的钢液，采用双辊法在Ar铸造气氛中急冷凝固，铸造成2.0mm厚。接着进行酸洗，冷轧至0.35mm厚，在70％N2+30％H2的气氛中进行1075℃×30秒的连续退火，涂敷绝缘皮膜，制成制品。此时的Sn、Sb含量与最终退火板表面有无氮化、磁特性的关系示于表4。由此知道，当Sn、Sb在本发明的范围内时，可抑制氮化，可得到较高的磁通密度以及较低的铁损。
产业上的利用可能性
根据本发明，针对旋转机、小型静止器等的铁心用途，能够提供磁通密度高且铁损低的无取向电磁钢板。
本发明中表示数值范围的“以上”和“以下”均包括本数。

Claims (2)

1、一种磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法，是利用移动更新的冷却体表面使钢液凝固，形成为铸造钢带，接着将该铸造钢带冷轧，然后进行最终退火的无取向电磁钢板的制造方法，所述钢液，以质量％计，含有C：0.003％以下、Si：1.5％～3.5％、Al：0.2％～3.0％且1.9％≤(％Si+％Al)、Mn：0.02％～1.0％、S：0.0030％以下、N：0.2％以下、Ti：0.0050％以下、Cu：0.2％以下、T.O：0.001％～0.005％，其余量由Fe以及不可避免的杂质构成，该制造方法的特征在于，钢液中的REM、Ca之中的任一种或两种的合计含量为0.0020％～0.01％，铸造气氛为Ar、He或它们的混合气氛。
2、根据权利要求1所述的磁特性优异的无取向电磁钢板的制造方法，其特征在于，在钢液中含有合计量为0.005％～0.3％的Sn、Sb中的一种或两种。
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