CN103052722B - 无方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明将规定的组成的钢热轧而形成钢带，进行所述钢带的第1冷轧，进行所述钢带的中间退火，进行所述钢带的第2冷轧，对所述钢带实施最终退火。所述热轧的完工温度设为900℃以下，在所述热轧与所述第1冷轧之间不进行退火，将所述第2冷轧的压下率设为40%以上且85%以下。

Description

无方向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及适合于电气设备的铁心的无方向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
近年来，在使用无方向性电磁钢板作为其铁心材料的旋转机、中小型变压器、电气部件等领域中，在以世界性的电力及能源的节减以及CO2的减少等为代表的地球环境保护的活动中，高效率化及小型化的要求正在变得越来越强。在这样的社会环境下，无方向性电磁钢板的性能的提高当然是紧迫的课题。
此外，根据用途，对于无方向性电磁钢板，要求良好的轧制方向的磁特性。例如，对于即使在旋转机的铁心中也能作为分裂铁心使用的无方向性电磁钢板、及可用于中小型变压器的铁心的无方向性电磁钢板，要求提高轧制方向的磁特性。在这些铁心中，磁通主要在直行的二个方向上流动。并且，在这二个方向中，无方向性电磁钢板的轧制方向被配置在磁通的流动的影响大的一个方向上的情况特别多。
并且，以往已经提出了以提高无方向性电磁钢板的磁特性为目的的各种技术。
例如，提出了以减少铁损为目的而提高Si及Al的含量的技术。例如，在专利文献1中记载了为了提高冷轧时的加工性而将Si含量抑制地较低、且提高了Al含量的无方向性电磁钢板。还提出了不单单提高Si和/或Al等的含量、而且降低C、S及N等的含量的技术。还提出了通过利用Ca的添加（专利文献2）、REM的添加（专利文献3）等化学处置进行杂质的无害化等来降低铁损的技术。此外，在专利文献4中记载了关于最终退火的条件的研究的技术。
例如，还提出了关于提高磁通密度的技术。例如，在专利文献5中记载了关于热轧板退火的条件及冷轧的条件的研究的技术。此外，在专利文献6中记载了关于Sn及Cu等合金元素的添加的技术。
但是，通过以往的技术难以充分地使无方向性电磁钢板的轧制方向的磁特性充分提高。此外，在以降低铁损为目的而提高了Si及Al的技术中，饱和磁通密度降低。特别是，Al与Si相比饱和磁通密度容易降低，因此，在专利文献1中记载的技术中，尽量减小饱和磁通密度。这样的饱和磁通密度降低的技术无法与电机设备的小型化相称。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平7－228953号公报
专利文献2：日本特开平3－126845号公报
专利文献3：日本特开2006－124809号公报
专利文献4：日本特开昭61－231120号公报
专利文献5：日本特开2004－197217号公报
专利文献6：日本特开平5－140648号公报
专利文献7：日本特开昭52－129612号公报
专利文献8：日本特开昭53－66816号公报
专利文献9：日本特开2001－172718号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的目的在于提供能提高轧制方向的磁特性的无方向性电磁钢板的制造方法。
用于解决课题的手段
本发明人从下述观点出发反复地进行了深入研究，该观点是：通过在无方向性电磁钢板中使各成分的含量、冷轧前的处理、冷轧的次数、冷轧的压下率等条件变化，提高轧制方向的磁特性。
关于其结果，详细情况如后所述，探明了通过将Si、Al及Mn等的含量、热轧的完工温度、冷轧的次数、第二次冷轧的压下率控制为适当的值，可得到轧制方向的磁特性显著提高的效果。并且，想到了如下的无方向性电磁钢板的制造方法。
（1）一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
将钢材热轧而形成钢带的工序，所述钢材以质量％计含有Si：0.1％以上且4.0％以下、Al：0.1％以上且3.0％以下、及Mn：0.1％以上且2.0％以下，且C含量为0.003％以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成；
接着，进行上述钢带的第1冷轧的工序；
接着，进行上述钢带的中间退火的工序；
接着，进行上述钢带的第2冷轧的工序；
接着，对上述钢带实施最终退火的工序；
将上述热轧的完工温度设为900℃以下，
在上述热轧后不进行退火而开始上述第1冷轧，
将上述第2冷轧的压下率设为40％以上且85％以下。
（2）根据（1）中记载的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，上述钢材以质量％计含有Sn：0.02％以上且0.40％以下、Cu：0.1％以上且1.0％以下中的1种或2种。
（3）根据（1）或（2）中记载的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，上述钢材以质量％计含有P：0.15％以下。
（4）根据（1）～（3）的任一项中记载的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，上述钢材以质量％计含有Cr：0.2％以上且10.0％以下。
发明效果
根据本发明，特别是适当地规定了从热轧到冷轧的工序的条件，因此能提高轧制方向的磁特性。
具体实施方式
下面，对本发明的实施方式进行详细说明。本实施方式中，将规定的组成的钢材（板坯）热轧而形成钢带，接着，将该钢带进行2次冷轧，并在2次冷轧之间进行中间退火。然后，对钢带实施最终退火。此外，热轧时，将完工温度、即精轧的温度设为900℃以下，在热轧后不进行退火而开始第1次冷轧。即，在维持热轧结束时的钢带的金属组织的状态下开始第1次冷轧。进而，将第2次冷轧的压下率设为40％以上且85％以下。
接着，对本实施方式中使用的钢材的组成进行说明。以下，含量的单位“％”表示“质量％”。在本实施方式中，例如，使用下述钢，该钢含有Si：0.1％以上且4.0％以下、Al：0.1％以上且3.0％以下、及Mn：0.1％以上且2.0％以下，且C含量为0.003％以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成。该钢中，可以含有Sn：0.02％以上且0.40％以下、Cu：0.1％以上且1.0％以下中的1种或2种，也可以含有P：0.15％以下，也可以含有Cr：0.2％以上且10.0％以下。这样的钢材可以通过利用转炉或电炉等熔炼而成的钢的连续铸造或铸锭后的开坯轧制来制作。
Si具有下述作用：通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而减少涡流损耗，从而降低铁损。此外，Si还具有下述作用：通过使屈服比增大，从而使加工成铁心的形状时等的冲裁加工性提高。Si含量低于0.1％时，这些作用变得不充分。另一方面，Si含量超过4.0％时，无方向性电磁钢板的磁通密度降低。此外，由于硬度变得过高，冲裁加工性降低，或者冷轧等中的作业性降低。进而，与成本的升高也有关。因此，Si含量设为0.1％以上且4.0％以下。此外，为了得到更良好的磁特性，Si含量优选为2.0％以上。
Al与Si同样，具有下述作用：通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而减少涡流损耗，从而降低铁损。此外，Al还具有下述作用：提高相对于饱和磁通密度Bs的磁通密度B50的比率（B50／Bs），提高磁通密度。Al含量低于0.1％时，这些作用变得不充分。另一方面，Al含量超过3.0％时，饱和磁通密度自身降低，磁通密度降低。此外，Al与Si相比，虽然难以招致硬度的升高，但是，Al含量超过3.0％时，屈服比减少，冲裁加工性降低。因此，Al含量设为0.1％以上且3.0％以下。此外，为了确保高的饱和磁通密度等，Al含量优选为2.5％以下。这里，磁通密度B50是指在频率为50Hz、最大磁化力为5000A／m的条件下的磁通密度。
Mn具有下述作用：通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而减少涡流损耗，从而降低铁损。此外，Mn还具有改善一次再结晶的织构使对于轧制方向的磁特性的提高优选的｛110｝＜001＞晶体取向发达的作用。进而，Mn抑制阻碍晶粒成长的微细的硫化物（例如MnS等）的析出。Mn含量低于0.1％时，这些作用变得不充分。另一方面，Mn含量超过2.0％时，在中间退火时晶粒变得难以成长，铁损增大。因此，Mn含量设为0.1％以上且2.0％以下。此外，为了将铁损抑制地更低，Mn含量优选低于1.0％。
C具有提高铁损的作用，同时也成为磁时效的原因。此外，常温下的冷轧中的钢带中含有C的情况下，有时抑制对于轧制方向的磁特性的提高优选的｛110｝＜001＞晶体取向的发达。并且，这些现象在C含量超过0.003％时显著。因此，C含量设为0.003％以下。
Sn具有下述作用：改善一次再结晶的织构，使对于轧制方向的磁特性的提高优选的｛110｝＜001＞晶体取向发达，并且，抑制对于磁特性的提高不优选的｛111｝＜112＞晶体取向等。此外，Sn还具有下述作用：抑制中间退火时的钢带的表面的氧化及氮化，且使晶粒的成长整粒化。Sn含量低于0.02％时，这些作用变得不充分。另一方面，Sn含量超过0.40％时，这些作用饱和，有时甚至抑制中间退火时的晶粒的成长。因此，Sn含量优选设为0.02％以上且0.40％以下。
Cu与Sn同样，具有下述作用：改善一次再结晶的织构，使对于轧制方向的磁特性的提高优选的｛110｝＜001＞晶体取向发达。Cu含量低于0.1％时，该作用变得不充分。另一方面，Cu含量超过1.0％时，引发热脆化，热轧的作业性降低。因此，Cu含量优选设为0.1％以上且1.0％以下。
P具有使屈服比上升、改善冲裁加工性的作用。但是，P含量超过0.15％时，硬度过度上升，且引起脆化。其结果是，无方向性电磁钢板的制造过程中的作业性降低，或者顾客、即无方向性电磁钢板的使用者的作业性降低。因此，P含量优选设为0.15％以下。
Cr具有下述作用：通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而降低涡流损耗，从而减少高频铁损等铁损。高频铁损的减少对于旋转机的高速旋转化是适合的。并且，通过旋转机的高速旋转化，能适应旋转机的小型化及高效率化的要求。此外，Cr也具有抑制应力感受性的作用。通过抑制应力感受性，能减轻与冲裁加工等加工时的应力相伴的特性的变动、及与高速旋转时的应力变动相伴的特性的变动。Cr含量低于0.2％时，这些作用变得不充分。另一方面，Cr含量超过10.0％时，磁通密度降低，或者成本上升。因此，Cr含量优选设为0.2％以上且10.0％以下。
钢的上述成分以外例如为Fe及不可避免的杂质。另外，将Si含量（％）、Al含量（％）及Mn含量（％）分别表示为［Si］、［Al］及［Mn］时，由式“［Si］＋［Al］＋［Mn］／2”得到的值优选为4.5％以下。这是为了确保冷轧等的加工的作业性。
接着，对于将热轧及冷轧等条件如上所述进行规定而完成的实验进行说明。
本发明人首先制作了含有表1所示的成分、剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的钢板坯。接着，进行钢板坯的热轧而制作钢带（热轧板），进行2次冷轧。此时，在热轧后不进行热轧板退火而开始第1次冷轧，在2次冷轧之间，在1000℃下进行1分钟的中间退火。冷轧后的钢带（冷轧板）的厚度为0.35mm。热轧的完工温度、热轧板的厚度、第1次冷轧后的钢带的厚度、及第2次冷轧的压下率示于表2。在第2次冷轧后，在950℃下进行30秒的最终退火。从表2可知，第1次冷轧的压下率为31.4％～36.4％。并且，从最终退火后的钢带采取试样，作为其磁特性，测定了磁通密度B50及铁损W15／50。这里，铁损W15／50是在频率为50Hz、最大磁通密度为1.5T的条件下的铁损。这些结果也示于表2。
表1
表2
从表2可知，在不实施热轧板退火的条件中，通过将热轧的完工温度及第2次冷轧的压下率适当组合，能显著提高无方向性电磁钢板的轧制方向的磁特性。即，可以说在使热轧的完工温度为900℃以下、且使第2次冷轧的压下率为40％以上且85％以下时，可得到极其良好的轧制方向的磁特性。
在条件No.1中，使第2次冷轧的压下率为低于40％的36.4％。并且，在条件No.5中，使第2次冷轧的压下率为超过85％的87.0％。因此，在条件No.1及No.5中，轧制方向的磁特性比条件No.2及No.4差。
此外，在条件No.3中，虽然使第2次冷轧的压下率为65.0％，但是使热轧的完工温度为超过950℃的957℃。因此，轧制方向的磁特性比条件No.2及No.4差。
这样，在不实施热轧板退火的条件中，通过将热轧的完工温度设为900℃以下、且将第2次冷轧的压下率设为40％以上且85％以下，能得到极其良好的轧制方向的磁特性。其理由可按如下所述来考虑。将热轧的完工温度设为900℃以下且不实施热轧板退火而开始第1次冷轧的情况与在维持精轧结束时的钢带的金属组织的状态下开始第1次冷轧的情况意义相同。因此，包含｛110｝＜001＞晶体取向的未再结晶的轧制组织的比率被较高地维持。并且，如果在较高地维持轧制组织的比率的状态下经由中间退火以40％以上且85％以下的压下率进行第2次冷轧，则在与其后的最终退火相伴的再结晶时，｛110｝＜001＞晶体取向的晶粒成长。如上所述，｛110｝＜001＞晶体取向的晶粒对于轧制方向的磁特性的提高有贡献。另外，为了将未再结晶的轧制组织的比率更可靠地较高地维持，优选将完工温度设为860℃以下。
此外，通过将热轧的完工温度设为900℃以下，不进行热轧板退火而开始第1次冷轧，且将第2次冷轧的压下率设为40％以上且85％以下，由此得到的效果在Si含量为优选的2.0％以上的情况下显著。这是因为在Si含量为2.0％以上的情况下，促进未再结晶的轧制组织的存在，一旦开始再结晶，则晶粒的成长的活性化能量增大，显著地促进｛110｝＜001＞晶体取向的晶粒的成长。
此外，关于无方向性电磁钢板的各晶体取向的杨氏模量，｛110｝＜001＞晶体取向的杨氏模量比对于磁特性的提高不优选的｛111｝＜112＞晶体取向等晶体取向的杨氏模量小。并且，通过本实施方式制造的无方向性电磁钢板的织构成为｛110｝＜001＞晶体取向显著发达的织构。因此，通过本实施方式制造的无方向性电磁钢板的杨氏模量较低。杨氏模量低的情况下，在由无方向性电磁钢板制作铁心时的热装等中，即使施加压缩变形，随之产生的压缩应力低。因此，根据本实施方式，也能降低与压缩应力相伴的磁特性的劣化。即，根据本实施方式，还能得到下述效果：不仅能提高轧制方向的磁特性，而且通过杨氏模量的降低，能降低施加压缩应力时的磁特性的劣化。
另外，第2次冷轧的压下率低于40％时，晶体取向不规则地增加。此外，第2次冷轧的压下率超过85％时，不是｛110｝＜001＞晶体取向，而是｛111｝＜112＞晶体取向增加。因此，在这些情况下，轧制方向的磁特性未充分提高。
并且，通过这样的方法制造的无方向性电磁钢板作为各种电气设备的铁心的材料是适合的。特别是即使在旋转机的铁心中作为分裂铁心的材料也成为优选的材料，并且，作为中小型变压器的铁心的材料也是优选的材料。因此，在使用无方向性电磁钢板作为铁心的材料的旋转机、中小型变压器、及电气部件等领域中的高效率化及小型化能得到实现。
实施例
接着，对本发明人进行的实验进行说明。这些实验中的条件等是用于确认本发明的实施可能性及效果而采用的例子，本发明不限定于这些例子。
（实施例1）
首先，制作含有表3所示的成分、且剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的钢板坯。接着，进行钢板坯的热轧而制作钢带（热轧板），进行2次冷轧。此时，在热轧后不进行热轧板退火而开始第1次冷轧，在2次冷轧之间，在950℃下进行2分钟的中间退火。冷轧后的钢带的厚度为0.35mm。热轧的完工温度、热轧板的厚度、第1次冷轧后的钢带的厚度、及第2次冷轧的压下率示于表4。第2次冷轧后，在970℃下进行40秒的最终退火。从表4可知，第1次冷轧的压下率为40％左右。并且，从最终退火后的钢带采取试样，作为其磁特性，测定了磁通密度B50及铁损W10／400。铁损W10／400是在频率为400Hz、最大磁通密度为1.0T的条件下的铁损。这些结果也示于表4中。
表3
在条件No.12中，使第2次冷轧的压下率为低于40％的30.0％。此外，在条件No.15中，使第2次冷轧的压下率为超过85％的86.5％。因此，在条件No.12及No.15中，轧制方向的磁特性比条件No.11、No.13及No.14差。
此外，与不含Sn及Cu的条件No.11相比，在含有Sn的条件No.13及含有Cu的条件No.14中，轧制方向的磁特性良好。由此可知，通过含有Sn或Cu，轧制方向的磁特性进一步提高。并且，由表4可知，根据本发明例，能制造轧制方向的磁特性优异的无方向性电磁钢板。
（实施例2）
首先，制作含有表5所示的成分、且剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成的钢板坯。接着，进行钢板坯的热轧而制作厚度为2.3nm的钢带（热轧板），进行2次冷轧。此时，在条件No.21、No.23及No.24中，在热轧后不进行热轧板退火而开始第1次冷轧，但是，在条件No.22中，在950℃下进行2分钟的热轧板退火后进行第1次冷轧。此外，在2次冷轧之间，在980℃下进行1分钟的中间退火。热轧的完工温度示于表6。使第1次冷轧后的钢带的厚度为0.8mm，在第2次冷轧中，使压下率为62.5％，使第2次冷轧后的钢带的厚度为0.30mm。在第2次冷轧后，在950℃下进行20秒的最终退火。并且，从最终退火后的钢带采取试样，作为其磁特性，测定了磁通密度B50及铁损W10／400。这些结果示于表6。
表5
表6
在条件No.21和条件No.22中，尽管无方向性电磁钢板的组成相同，但是，在条件No.21中得到了显著优异的轧制方向的磁特性。这是因为在条件No.21中未进行热轧板退火，相对于此，在条件No.22中进行了热轧板退火。
此外，与不含Cr的条件No.21相比，在含有Cr的条件No.23及No.24中，轧制方向的铁损显著降低。由此可知，通过含有Cr，进一步抑制轧制方向的铁损。并且，从表6可知，根据本发明例，能制造轧制方向的磁特性优异的无方向性电磁钢板。
另外，上述实施方式均不过是表示在实施本发明时的具体化的例子，并非通过它们来限定性地解释本发明的技术范围。即，在不脱离本发明的技术思想或其主要的特征的情况下，能以各种形式来实施。
产业上的可利用性
本发明例如能用于电磁钢板制造产业及电磁钢板利用产业。即，在利用电磁钢板的电气设备的相关产业中也能利用。并且，本发明对这些产业的技术革新有贡献。

Claims (3)

1.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
将钢材热轧而形成钢带的工序，所述钢材以质量％计含有Si：0.1％以上且4.0％以下、Al：0.1％以上且3.0％以下、Mn：0.1％以上且2.0％以下、及选自Sn：0.02％以上且0.40％以下、Cu：0.1％以上且1.0％以下中的1种或2种，且C含量为0.003％以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成；
接着，进行所述钢带的第1冷轧的工序；
接着，进行所述钢带的中间退火的工序；
接着，进行所述钢带的第2冷轧的工序；
接着，对所述钢带实施最终退火的工序；
将所述热轧的完工温度设为900℃以下，
在所述热轧后不进行退火而开始所述第1冷轧，
将所述第2冷轧的压下率设为40％以上且85％以下。
2.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，具有下述工序：
将钢材热轧而形成钢带的工序，所述钢材以质量％计含有Si：0.1％以上且4.0％以下、Al：0.1％以上且3.0％以下、Mn：0.1％以上且2.0％以下、及Cr：0.2％以上且10.0％以下，且C含量为0.003％以下，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成；
接着，进行所述钢带的第1冷轧的工序；
接着，进行所述钢带的中间退火的工序；
接着，进行所述钢带的第2冷轧的工序；
接着，对所述钢带实施最终退火的工序；
将所述热轧的完工温度设为900℃以下，
在所述热轧后不进行退火而开始所述第1冷轧，
将所述第2冷轧的压下率设为40％以上且85％以下。
3.根据权利要求1或2所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，
所述钢材以质量％计含有P：0.15％以下。
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