CN102959099A - 无方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种无方向性电磁钢板的制造方法，对C：0.01~0.1质量%、Si：4质量%以下、Mn：0.05~3质量%、Al：3质量%以下、S：0.005质量%以下、N：0.005质量%以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯进行热轧、冷轧、最终退火，所述制造方法中，实施将加热时的平均升温速度设定为100℃/秒以上且将均热温度设定为750~1100℃的温度范围的最终退火，由此，能够有利地制造钢板轧制方向的磁通密度得到显著提高的无方向性电磁钢板。

Description

无方向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及无方向性电磁钢板的制造方法，具体而言，本发明涉及钢板轧制方向的磁通密度优良的无方向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
近年来，在削减以电力为代表的能量这样的全球性趋势中，强烈要求电气设备的高效率化、小型化。结果，为了实现电气设备的小型化、高效率化，对于广泛作为电气设备的铁芯材料等使用的无方向性电磁钢板而言，磁特性的提高、即高磁通密度化、低铁损化也成为不可欠缺的课题。
对于这样的要求，一直以来，对于无方向性电磁钢板而言，通过对添加的合金元素进行优化并且使冷轧前的结晶粒径增大或者对冷轧率进行优化等来实现高磁通密度化，另一方面，通过添加电阻增大元素或者减小板厚等来实现低铁损化。
从提高成品率的观点出发，混合动力汽车等的驱动电动机采用分裂铁芯。该分裂铁芯不像以往那样由原材料钢板冲裁出作为一体的铁芯，而是使铁芯分裂成几个部分并以各部分的齿(テイ一ス)的长度方向为钢板的轧制方向的方式进行冲裁后将铁芯组装而得到。该分裂铁芯中，由于磁通集中的齿的长度方向为电磁钢板的轧制方向，因此，为了实现电动机的特性提高，电磁钢板的轧制方向的特性变得极为重要。
作为提高轧制方向的磁通密度的材料，可以列举使高斯取向与轧制方向一致的方向性电磁钢板。但是，实际情况是，方向性电磁钢板经过二次再结晶工序而制造，因此制造成本高，几乎不用于分裂铁芯。因此认为，对于廉价的无方向性电磁钢板而言，如果能够提高轧制方向的磁通密度，则能够成为分裂铁芯的最佳材料。
作为应对上述要求的技术，例如，专利文献1中公开了一种无方向性电磁钢板的制造方法，其中，对含有C：0.002质量%以下、Si：0.1质量%以上且低于0.8质量%、Al：0.3~2.0质量%、Mn：0.1~1.5质量%并且Si+2Al-Mn：2%以上的钢进行热轧后，实施热轧板退火，使平均结晶粒径为300μm以上，以85~95%的轧制率进行一次冷轧而得到最终板厚，在700~950℃下实施10秒~1分钟的最终退火。
另外，专利文献2中公开了一种板厚为0.15~0.3mm的分裂铁芯用无方向性电磁钢板，其具有通过对含有C：0.005质量%以下、Si：2~4质量%、Al：大于1质量%且在2质量%以下的热轧板实施退火后实施一次冷轧、然后实施再结晶退火而使平均结晶粒径为40~200μm的再结晶组织，并且具有与轧制方向(L方向)呈90°的方向(C方向)的磁通密度B50(C)、与轧制方向(L方向)呈45°的方向(X方向)的磁通密度B50(X)和板厚t(mm)满足下式的磁特性，
B50(C)/B50(X)≥-0.5333×t2+0.3907×t+0.945。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-332042号公报
专利文献2：日本特开2008-127600号公报
发明内容
发明所要解决的问题
根据专利文献1的方法，通过控制热轧板退火后的结晶粒径和冷轧的轧制率，能够得到轧制方向及其板面内垂直方向的磁特性优良的电磁钢板。但是，该方法中，为了得到300μm以上的冷轧前结晶粒径，需要显著降低钢内杂质的含量，并在高温(例示出1000~1050℃)下进行热轧板退火等，从而在制造性、成本方面存在问题。另外，专利文献2的方法中，需要将热轧板退火温度设定为高温(大于900℃，例示出920~1100℃)，并且需要大量添加Al，因此，在制造方面和成本方面存在问题。
因此，本发明鉴于上述现有技术所存在的问题而完成，其目的在于提出能够显著提高钢板轧制方向的磁通密度的无方向性电磁钢板的有利的制造方法。
用于解决问题的方法
发明人为了解决上述问题而反复进行了深入的研究。结果发现，通过以比以往的最终退火中的升温速度更快的速度对含有适当量以上的C并且轧制到最终板厚的冷轧钢板进行加热，能够显著提高钢板轧制方向的磁特性，从而完成了本申请发明。
即，本发明为一种无方向性电磁钢板的制造方法，对C：0.01~0.1质量%、Si：4质量%以下、Mn：0.05~3质量%、Al：3质量%以下、S：0.005质量%以下、N：0.005质量%以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯进行热轧、冷轧、最终退火，所述制造方法中，实施将加热时的平均升温速度设定为100℃/秒以上且将均热温度设定为750~1100℃的温度范围的最终退火。
本发明的制造方法中使用的上述钢坯优选还含有分别为0.005~0.1质量%以下的Sn和Sb中的任意一种或两种。
另外，本发明的制造方法中，优选在上述最终退火后进行脱碳退火。
发明效果
根据本发明，能够提供在钢板轧制方向上具有优良的磁特性的无方向性电磁钢板。因此，通过将本发明的钢板应用于分裂铁芯、变压器用铁芯等在轧制方向上要求优良的磁特性的用途，大大有助于提高电动机、变压器的效率。
附图说明
图1是表示最终退火中的升温速度(横轴：℃/秒)给轧制方向的磁通密度B50-L(纵轴：T)带来的影响的图。
图2是表示C含量(横轴：质量%)给轧制方向的磁通密度B50-L(纵轴：T)带来的影响的图。
具体实施方式
首先，对成为开发本发明的契机的实验进行说明。
为了调查最终退火加热时的升温速度给钢板轧制方向的磁通密度带来的影响，将含有C：0.0025质量%和0.02质量%并且以Si：3.3质量%、Mn：0.1质量%、Al：0.001质量%、N：0.0019质量%、S：0.0010质量%作为基本成分组成的钢坯在1100℃下加热30分钟后，进行热轧而制成板厚为2.6mm的热轧板，实施1000℃×30秒的热轧板退火后，通过一次冷轧制成最终板厚为0.35mm的冷轧板，然后，对该冷轧板实施利用直接通电加热炉以使升温速度在30~300℃/秒的范围内变化的方式进行加热、且保持900℃×10秒的最终退火，之后，在露点为30℃的气氛中实施850℃×30秒的脱碳退火，从而制作无方向性电磁钢板。
从这样得到的各无方向性电磁钢板上切下轧制方向(L方向)：180mm×轧制直角方向(C方向)：30mm的试验片，通过单板磁性试验测定L方向的磁通密度B50-L，将其结果示于图1中。由图1可知，通过以100℃/秒以上的升温速度对含有0.02质量%的C的冷轧板进行加热并进行最终退火，能够提高轧制方向的磁通密度。
然后，为了调查C含量给轧制方向的磁通密度带来的影响，将以C：0.005~0.5质量%的范围含有C并且含有Si：3.3质量%、Mn：0.15质量%、Al：0.001质量%、N：0.0022质量%、S：0.0013质量%的钢坯在1100℃下加热30分钟后，进行热轧而制成板厚为2.3mm的热轧板，实施1000℃×30秒的热轧板退火后，通过一次冷轧制成最终板厚为0.35mm的冷轧板，然后，对该冷轧板实施利用直接通电加热炉以使升温速度为20℃/秒和300℃/秒的方式进行加热、且保持950℃×10秒的最终退火，之后，在露点为30℃的气氛中实施850℃×30秒的脱碳退火，从而制作无方向性电磁钢板。
与上述实验同样地从这样得到的各无方向性电磁钢板上裁取轧制方向(L方向)：180mm×轧制直角方向(C方向)：30mm的试验片，并测定L方向的磁通密度B50-L，将其结果示于图2中。由图2可知，通过以100℃/秒以上的升温速度对含有0.01质量%以上的C的冷轧板进行加热并进行最终退火，能够提高轧制方向的磁通密度。
上述理由到目前为止仍未明确，但认为通过使C为0.01质量%以上而使固溶C量增加，冷轧时容易形成变形带，退火后高斯组织发达，并且，通过进行急速加热而使(111)取向的发达受到抑制，结果(110)取向、(100)取向朝向轧制方向的结晶组织发达，从而轧制方向的磁通密度提高。由该结果可知，为了提高轧制方向的磁通密度，需要将最终退火加热时的升温速度设定为100℃/秒以上，并且，从确保最终退火前的固溶C的观点出发，需要使原材料钢板中的C为0.01质量%以上。
本发明在上述见解的基础上进一步进行研究而完成。
接下来，对限定本发明的无方向性电磁钢板的成分组成的理由进行说明。
C：0.01~0.1质量%
固溶在钢中的C使冷轧时导入的位错固定，从而容易形成变形带。该变形带通过最终退火时的再结晶使高斯取向{110}＜001＞优先生长，因此具有提高轧制方向的磁特性的效果。为了得到该固溶C的效果，需要使冷轧前的钢板中的C含量为0.01质量%以上。另一方面，成品钢板中的固溶C多时，会引起磁时效而使磁特性变差，因此，需要在冷轧后的退火工序中进行脱碳而使C降低至0.005质量%以下，钢中C超过0.1质量%时，在上述脱碳退火中有可能无法充分进行脱碳。因此，使C为0.01~0.1质量%的范围。优选为0.015~0.05质量%的范围。更优选的下限为0.02质量%。另外，只要是在急速加热后，则脱碳退火可以在任意时间进行。
Si：4质量%以下
Si是用于提高钢的固有电阻、改善铁损特性而添加的元素，为了得到这样的效果，优选添加1.0质量%以上。另一方面，添加量超过4质量%时，会使钢硬质化而难以进行轧制，因此使上限为4质量%。优选为1.0~4.0质量%的范围。更优选的下限为1.5质量%。
Mn：0.05~3质量%
Mn是用于防止因S引起的热轧中的裂纹所需的元素，为了得到这样的效果，需要添加0.05质量%以上。另一方面，添加量超过3质量%时，会导致原料成本升高。因此，使Mn为0.05~3质量%的范围。更优选的上限为2.5质量%。另外，由于Mn使固有电阻升高，因此，在要实现进一步的低铁损化的情况下，优选使Mn为1.5质量%以上，在更重视加工性、制造性的情况下，优选使Mn为2.0质量%以下。
Al：3质量%以下
Al与Si同样地具有提高钢的固有电阻、改善铁损特性的效果，因此是根据需要添加的元素。但是，添加量超过3质量%时，会使轧制性降低，因此使上限为3质量%。更优选为2.5质量%以下。另外，在更重视铁损的情况下，优选使Al为1.0质量%以上，在更重视加工性、制造性的情况下，优选使Al为2.0质量%以下。另外，Al的添加不是必需的，在不添加的情况下，通常也作为不可避免的杂质而少量存在。
S：0.005质量%以下、N：0.005质量%以下
S和N是不可避免地混入到钢中的杂质元素，各自超过0.005质量%时，会使磁特性变差。因此，本发明中，S、N各自限定为0.005质量%以下。
本发明的无方向性电磁钢板中，在上述必需成分以外，还可以以下述的范围含有Sn和Sb。
Sn：0.005~0.1质量%、Sb：0.005~0.1质量%
Sn和Sb是具有如下效果的元素：不仅改善最终退火后的织构而提高轧制方向的磁通密度，而且防止钢板表层的氧化和氮化、抑制钢板表层的微细晶粒的生成，从而防止磁特性降低。为了表现出上述效果，优选添加0.005质量%以上的Sn和Sb中的任意一种或两种。但是，这些元素的含量均超过0.1质量%时，会阻碍晶粒的生长，反而可能会导致磁特性变差。因此，优选Sn和Sb各自以0.005~0.1质量%的范围添加。
另外，本发明的无方向性电磁钢板中，上述成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质。但是，只要在不损害本发明的效果的范围内，则可以含有上述成分以外的元素，并且可以以杂质的形式含有低于上述下限量的上述任选添加成分。
接下来，对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优选如下方法：通过使用转炉、电炉、真空脱气装置等的通常公知的精炼工艺，将具有符合本发明的上述成分组成的钢熔炼，通过连铸法或铸锭-开坯轧制法制成钢坯，通过通常公知的方法对该钢坯进行热轧，根据需要进行热轧板退火，进行冷轧而制成最终板厚的冷轧板，然后，进行最终退火、脱碳退火，再根据需要包覆各种绝缘覆膜而制成成品。另外，该制造方法中，直到冷轧为止，除使原材料成分组成符合本发明的成分组成以外，没有特别限制，可以使用通常公知的制造工艺。另外，上述热轧板退火无需在高温下进行，虽然在约850℃~约1000℃下是充分的，但并不排除在该范围以外进行热轧板退火。
以下，对冷轧以后的制造方法进行说明。
冷轧
冷轧可以为一次冷轧或者隔着中间退火的两次以上的冷轧。另外，只要是无方向性电磁钢板的制造中通常的轧制率(约50%以上)，则通过采用上述成分组成就能确保变形带的导入。
最终退火
对于最终退火的升温速度，需要以100℃/秒以上从300℃加热至800℃。这是因为，升温速度低于100℃/秒时，对于磁特性而言不期望的(111)取向的织构发达。优选为200℃/秒以上。上限没有特别限制，但约500℃/秒以下是实用的。
另外，均热温度需要设定为750~1100℃的范围。下限温度为再结晶温度以上的温度即可，但为了在连续退火中进行充分的再结晶，需要设定为750℃以上。另一方面，均热温度超过1100℃时，再结晶晶粒粗大化或者退火炉的负荷增大，因此不优选。优选为800~1050℃的范围。
另外，均热保持时间为使再结晶充分进行的时间即可，例如，可以以5秒以上作为标准。另一方面，超过120秒时，其效果饱和，因此优选设定为120秒以下。
另外，退火后的冷却条件为通常的条件即可，没有特别限制。另外，将上述最终退火加热时的升温速度设定为100℃/秒以上的方法也没有特别限制，例如，可以优选使用直接通电加热法或电介质加热法等。
脱碳退火
对于进行了上述最终退火后的钢板，接着进行脱碳退火，为了使固溶C量降低而防止磁时效，优选使钢中C降低至0.0050质量%以下。这是因为，C量超过0.0050质量%时，成品钢板有可能产生磁时效。该脱碳退火的条件为通常公知的条件即可，例如，可以在使露点为30℃以上的氧化性气氛下、在800~850℃×10~30秒的条件下进行。
另外，该脱碳退火可以紧接着最终退火连续地进行，或者也可以另行在其他生产线中进行。然后，对于脱碳退火后的钢板，优选根据需要形成各种绝缘覆膜而制成成品。
实施例
通过通常公知的精炼工艺，将具有表1中记载的成分组成的No.1~29的钢熔炼，并进行连铸而制成钢原材(钢坯)，对该钢坯进行1080℃×30分钟的加热后，进行热轧，制成板厚为2.4mm的热轧板。接着，对该热轧板实施900℃×30秒的热轧板退火，然后通过一次冷轧制成最终板厚为0.35mm的冷轧板，然后，利用直接通电加热炉以30℃/秒以上的各种升温速度进行加热并在表1所示的温度下保持10秒的均热来实施最终退火，然后，进行850℃×30秒(露点：30℃)的脱碳退火，制作无方向性电磁钢板。
然后，从以上述方式得到的各无方向性电磁钢板上切下L：180mm×C：30mm的L方向试验片，进行单板磁性试验，测定L方向的磁通密度B50(以5000A/m磁化时的磁通密度)，将该测定结果一并记载于表1中。由表1的结果可知，对于将符合本发明的成分组成的钢板在符合本发明的条件下进行最终退火而得到的钢板而言，L方向的B50(B50-L)均为1.75T以上，得到了高磁通密度。
产业上的可利用性
根据本发明，能够提供在钢板轧制方向上具有优良的磁特性的无方向性电磁钢板。因此，通过将本发明的钢板应用于分裂铁芯、变压器用铁芯等在轧制方向上要求优良的磁特性的用途，大大有助于提高电动机、变压器的效率。

Claims (3)

1.一种无方向性电磁钢板的制造方法，对C：0.01~0.1质量%、Si：4质量%以下、Mn：0.05~3质量%、Al：3质量%以下、S：0.005质量%以下、N：0.005质量%以下且余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢坯进行热轧、冷轧、最终退火，所述制造方法中，实施将加热时的平均升温速度设定为100℃/秒以上且将均热温度设定为750~1100℃的温度范围的最终退火。
2.如权利要求1所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其中，所述钢坯还含有各自为0.005~0.1质量%以下的Sn和Sb中的任意一种或两种。
3.如权利要求1或2所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其中，在所述最终退火后进行脱碳退火。
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