CN103415638A - 无方向性电磁钢板、其制造方法、电机铁心用层叠体及其制造方法 - Google Patents

无方向性电磁钢板、其制造方法、电机铁心用层叠体及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无方向性电磁钢板，在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量％）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。金属组织的母相为铁素体相，金属组织不含未再结晶组织。构成铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下。铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在。析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。

Description

无方向性电磁钢板、其制造方法、电机铁心用层叠体及其制造方法
技术领域
本发明涉及适合于电气设备的铁心材料的无方向性电磁钢板及其制造方法等。
背景技术
近年来，作为电动汽车及混合动力汽车等的驱动电机，高速旋转且容量比较大的电机的使用一直在增加。因此，对于驱动电机中使用的铁心的材料，要求在比商用频率更高、即几百Hz～几千Hz范围内的低铁损化。另外，对于用于转子的铁心，要耐受离心力及应力变动，因而也要求所需的机械强度。上述要求在除汽车的驱动电机以外所使用的铁心材料中有时也有要求。
以往，提出了谋求铁损的降低及／或强度的提高等的技术（专利文献1～12）。
但是，在这些技术中，实现兼顾铁损的降低及强度的提高是困难的。另外，实际上有时也难以制造无方向性电磁钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平02-008346号公报
专利文献2：日本特开平06-330255号公报
专利文献3：日本特开2006-009048号公报
专利文献4：日本特开2006-070269号公报
专利文献5：日本特开平10-018005号公报
专利文献6：日本特开2004-084053号公报
专利文献7：日本特开2004-183066号公报
专利文献8：日本特开2007-039754号公报
专利文献9：国际公开第2009/128428号公报
专利文献10：日本特开平10-88298号公报
专利文献11：日本特开2005-256019号公报
专利文献12：日本特开平11-229094号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，提供能够实现兼顾铁损的降低及强度的提高的无方向性电磁钢板及其制造方法等。
用于解决问题的手段
本发明是为了解决上述问题而完成的，其要旨如下所述。
（1）一种无方向性电磁钢板，其特征在于，其以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
（2）根据（1）所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
（3）根据（1）或（2）所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
（4）一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
进行板坯的热轧而获得热轧钢板的工序，
进行所述热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板的工序，和
在均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为2℃／秒以上且60℃／秒以下的条件下，进行所述冷轧钢板的最终退火的工序；
所述板坯以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。
（5）根据（4）所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
（6）根据（4）或（5）所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
（7）一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
进行板坯的热轧而获得热轧钢板的工序，
进行所述热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板的工序，
在第1均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述第1均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为20℃／秒以上的条件下，进行所述冷轧钢板的冷轧板退火的工序，和
在所述冷轧板退火之后，在第2均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为10分钟以上且10小时以下、从所述第2均热温度起到300℃为止的平均冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，进行所述冷轧钢板的最终退火的工序；
所述板坯以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。
（8）根据（7）所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
（9）根据（7）或（8）所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
（10）一种电机铁心用层叠体，其特征在于，其具有相互层叠的多个无方向性电磁钢板，
所述无方向性电磁钢板以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
（11）根据（10）所述的电机铁心用层叠体，其特征在于，所述无方向性电磁钢板以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
（12）根据（10）或（11）所述的电机铁心用层叠体，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
（13）一种电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
将多个无方向性电磁钢板相互层叠而得到层叠体的工序，和
在均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为2分钟以上且10小时以下、从所述均热温度起到300℃为止的冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，对所述层叠体进行退火的工序；
所述无方向性电磁钢板以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
（14）根据（13）所述的电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，所述无方向性电磁钢板以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
（15）根据（13）或（14）所述的电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
发明效果
根据本发明，适当地规定了无方向性电磁钢板的组成及组织，因此能够实现兼顾铁损的降低及强度的提高。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的电机铁心用层叠体的构造的示意图。
具体实施方式
首先，对本发明的实施方式的无方向性电磁钢板及其制造方法进行说明。
本实施方式的无方向性电磁钢板具有规定的组成，金属组织的母相为铁素体相，金属组织不含未再结晶组织。而且，构成铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下，在铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在，析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。通过这样的构成，能够实现兼顾铁损的降低及强度的提高。其结果是，能够对电机的高效率化等作出较大的贡献。
另外，在本实施方式的无方向性电磁钢板的第1制造方法中，进行具有规定组成的板坯的热轧而获得热轧钢板。接着，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板。接着，在均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为2℃／秒以上且60℃／秒以下的条件下，进行冷轧钢板的最终退火。
另外，在本实施方式的无方向性电磁钢板的第2制造方法中，进行具有规定组成的板坯的热轧而获得热轧钢板。接着，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板。接着，在第1均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述第1均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为20℃／秒以上的条件下，进行冷轧钢板的冷轧板退火。接着，在冷轧板退火之后，在第2均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为10分钟以上且10小时以下、从所述第2均热温度起到300℃为止的平均冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，进行冷轧钢板的最终退火。
这里，对无方向性电磁钢板的组成进行说明。以下，含量的单位即“%”是指“质量%”。另外，由于板坯的组成直接承继无方向性电磁钢板，因此这里说明的无方向性电磁钢板的组成也是用于其制造的板坯的组成。本实施方式的无方向性电磁钢板例如含有C：0.002％以上且0.01％以下、Si：2.0％以上且4.0％以下、Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及Al：0.01％以上且3.0％以下，进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种。另外，无方向性电磁钢板的剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成，在将Ti、V、Zr、Nb、C的含量（质量%）分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。
<C：0.002%以上且0.01%以下>
C与Ti、V、Zr及Nb形成微细的析出物。该微细的析出物对钢的强度提高有贡献。当C含量低于0.002％时，无法获得对强度的提高是充足量的析出物。当C含量超过0.01％时，析出物容易粗大地析出。粗大的析出物难以对强度提高作出贡献。另外，析出物粗大地析出时，铁损容易劣化。因此，将C含量设为0.002%以上且0.01%以下。另外，C含量优选为0.006％以上，也优选为0.008％以下。
<Si：2.0%以上且4.0%以下>
Si可提高钢的电阻率而降低铁损。当Si含量低于2.0％时，无法充分获得该效果。当Si含量超过4.0％时，钢脆化，轧制变得困难。因此，将Si含量设为2.0%以上且4.0%以下。另外，Si含量优选为3.5％以下。
<Mn：0.05%以上且0.5%以下>
Mn与Si同样，可提高钢的电阻率而降低铁损。另外，Mn通过将硫化物粗大化而无害化。当Mn含量低于0.05％时，无法充分获得该效果。当Mn含量超过0.5％时，磁通密度降低，或冷轧时变得容易产生裂纹。另外，成本的上升也变得显著。因此，将Mn含量设为0.05％以上且0.5％以下。另外，Mn含量优选为0.1％以上，也优选为0.3％以下。
<Al：0.01%以上且3.0%以下>
A1与Si同样，可提高钢的电阻率而降低铁损。另外，A1可作为脱氧材发挥作用。当A1含量低于0.01％时，无法充分获得该效果。当A1含量超过3.0％时，钢脆化，轧制变得困难。因此，将A1含量设为0.01％以上且3.0％以下。另外，A1含量优选为0.3％以上，也优选为2.0％以下。
<Ti、V、Zr、Nb>
Ti、V、Zr及Nb与C及／或N形成微细的析出物。该析出物对钢的强度提高有贡献。当参数Q的值低于0.9时，C相对于Ti、V、Zr及Nb过剩，因此在最终退火后，C以固溶状态存在于钢板内的倾向增强。当C以固溶状态存在时，易发生磁时效。当参数Q的值超过1.1时，C相对于Ti、V、Zr及Nb不足，因此难以获得微细的析出物，无法得到所要的强度。因此，将参数Q的值设为0.9以上且1.1以下。另外，参数Q的值优选为0.95以上，也优选为1.05以下。
本实施方式的无方向性电磁钢板可以进一步含有选自由N：0.001％以上且0.004％以下、Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及Sn：0.05％以上且0.5％以下组成的组中的至少一种。
<N：0.001%以上且0.004%以下>
N与C同样，与Ti、V、Zr及Nb形成微细的析出物。该微细的析出物对钢的强度提高有贡献。当N含量低于0.001％时，无法获得对强度的进一步提高是充足量的析出物。因此，优选N含量为0.001％以上。当N含量超过0.004％时，析出物容易粗大地析出。因此，将N含量设为0.004％以下。
<Cu：0.5%以上且1.5%以下>
本发明人等发现，钢中含有Cu时，含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物容易微细地析出。该微细的析出物对钢的强度提高有贡献。当Cu含量低于0.5％时，无法充分获得该效果。因此，优选Cu含量为0.5％以上。另外，更优选Cu含量为0.8％以上。当Cu含量超过1.5％时，钢容易脆化。因此，将Cu含量设为1.5％以下。另外，Cu含量也优选为1.2％以下。
在钢中含有Cu时，上述析出物微细地析出的理由虽然并不明确，但本发明者推测是因为在基体内产生Cu局部的浓度分布，而成为碳化物的析出位点。因此，在使上述析出物析出时，Cu可以不析出。另一方面，Cu的析出物对无方向性电磁钢板的强度提高有贡献。因此，Cu也可以析出。
<Sn：0.05%以上且0.5%以下>
本发明人等也发现，钢中含有Sn时，含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物容易微细地析出。该微细的析出物对钢的强度提高有贡献。当Sn含量低于0.05％时，无法充分获得该效果。因此，优选Sn含量为0.05％以上。另外，更优选Sn含量为0.08％以上。当Sn含量超过0.5％时，钢容易脆化。因此，将Sn含量设为0.5％以下。另外，Sn含量也优选为0.2％以下。
<其他成分>
还可以含有0.5%以上且5%以下的Ni、0.005以上且0.1%以下的P。Ni及P对钢板的固溶硬化等有贡献。
接着，对无方向性电磁钢板的金属组织进行说明。
如上所述，本实施方式的无方向性电磁钢板的金属组织的母相（基体）是铁素体相，金属组织中不含未再结晶组织。这是因为虽然未再结晶组织可提高强度，但另一方面却会使铁损显著劣化。另外，当构成铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径小于30μm时，磁滞损耗变高。当铁素体晶粒的平均粒径超过200μm时，细粒硬化的效果显著降低。因此，将铁素体晶粒的平均粒径设为30μm以上且200μm以下。另外，铁素体晶粒的平均粒径优选为50μm以上，更优选为80μm以上。铁素体晶粒的平均粒径也优选为100μm以下。
在本实施方式中，含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物存在于铁素体晶粒内。该析出物越小，而且该析出物的个数密度越高，则越能获得高强度。另外，从磁特性的观点出发，析出物的尺寸也是重要的。例如，析出物的直径比磁壁的厚度小时，可防止因磁壁移动的钉扎而造成的磁滞损耗的劣化（增加）。当析出物的平均粒径超过0.2μm时，无法充分获得该效果。因此，将析出物的平均粒径设为0.2μm以下。该平均粒径优选为0.1μm以下，更优选为0.05μm以下，进一步优选为0.01μm以下。
此外，纯铁的磁壁的理论上的厚度从交换能量及异向性能量出发来估算为0.1μm左右，但实际的磁壁的厚度随着磁壁所形成的方位而变化。另外，如同无方向性电磁钢板那样，当含有Fe以外的元素时，磁壁的厚度也受到其种类及量等的影响。从该观点出发，也认为0.2μm以下的析出物的平均粒径是妥当的。
当析出物的平均粒径小于0.002μm(2nm)时，机械强度的提升效果饱和。另外，在小于0.002μm的范围内控制析出物的平均粒径是困难的。因此，将析出物的平均粒径设为0.002μm以上。
另外，析出物的个数密度越高，越能得到高强度，当铁素体晶粒内的析出物的个数密度低于1个／μm3时，难以获得所要的强度。因此，将析出物的个数密度设为l个／μm3以上。该个数密度优选为100个／μm3以上，更优选为1000个／μm3以上，进一步优选为10000个／μm3以上，更进一步优选为100000个／μm3以上。
接着，对无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。在本实施方式的无方向性电磁钢板的第1制造方法中，如上所述，进行具有规定组成的板坯的热轧而获得热轧钢板。接着，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板。接着，在均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为2℃／秒以上且60℃／秒以下的条件下，进行冷轧钢板的最终退火。另外，在第2制造方法中，进行具有规定组成的板坯的热轧而获得热轧钢板。接着，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板。接着，在第1均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述第1均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为20℃／秒以上的条件下，进行冷轧钢板的冷轧板退火。接着，在冷轧板退火之后，在第2均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为10分钟以上且10小时以下、从所述第2均热温度起到300℃为止的平均冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，进行冷轧钢板的最终退火。
首先，对第1制造方法进行说明。
当热轧的板坯加热温度低于1050℃时，热轧容易变得困难。当板坯加热温度超过1200℃时，硫化物等暂时熔解，在热轧的冷却过程中硫化物等微细地析出，因此容易阻碍最终退火(冷轧后的退火)中的铁素体晶粒的生长。因此，板坯加热温度优选为1050℃以上且1200℃以下。
在热轧中，例如进行粗轧及精轧。精轧的结束温度(精轧温度)优选为750℃以上且950℃以下。这是为了得到高生产率。
热轧钢板的厚度并无特别限制。但是，要将热轧钢板的厚度制成低于1.6mm并不容易，并且还会导致生产率的降低。另一方面，当热轧钢板的厚度为2.7mm时，有时会产生在其后的冷轧中使压下率过剩地增高的需要。在冷轧中压下率过剩地高的情况下，有时无方向性电磁钢板的织构劣化，从而磁特性(磁通密度、铁损)劣化。因此，热轧钢板的厚度优选为1.6mm以上且2.7mm以下。
冷轧可以只进行1次，也可夹在中间退火之间进行2次以上。冷轧中最后的压下率优选设为60％以上且90％以下。这是为了使最终退火后的无方向性电磁钢板的金属组织（织构）更加良好，获得高磁通密度及低铁损。另外，进行中间退火时，其温度优选为900℃以上且1100℃以下。这是为了使金属组织更加良好。最后的压下率更优选设为65％以上，也更优选设为82％以下。
在最终退火中，在均热过程中，使冷轧钢板中所含的包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物暂时固溶，在其后的冷却过程中，使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物微细地析出。当均热温度低于950℃时，难以使铁素体晶粒充分地生长，并且难以使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地固溶。当均热温度超过1100℃时，能量的消耗量变大、或炉底辊等附带设备容易损伤。因此，将均热温度设为950℃以上且1100℃以下。另外，当均热时间少于20秒时，难以使铁素体晶粒充分地生长，并且难以使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地固溶。因此，将均热温度设为20秒以上。当均热时间超过2分钟时，生产率的降低变得显著。因此，均热温度优选设为低于2分钟。
此外，包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物的熔解温度受到Ti、V、Zr、Nb、C及N的含量影响。因此，优选根据Ti、V、Zr、Nb、C及N的含量来调整最终退火的温度。也就是说，通过适当地调整最终退火的温度，可获得更高的机械强度（抗拉强度）。
在最终退火的冷却过程中，如上所述，使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物微细地析出。当从均热温度起到700℃为止的平均冷却速度低于2℃／秒时，析出物容易粗大地析出，不能获得充分的强度。当该平均冷却速度超过60℃／秒时，不能使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地析出，不能获得充分的强度。因此，将从均热温度起到700℃为止的平均冷却速度设为2℃／秒以上且60℃／秒以下。
此外，可以在进行冷轧前进行热轧钢板的退火、即热轧板退火。通过进行适当的热轧板退火，可以使无方向性电磁钢板的织构成为更优选的织构，可以获得更优良的磁通密度。当热轧板退火的均热温度低于850℃时、及均热时间少于30秒时，难以使织构成为更优选的织构。当均热温度超过1100℃时、及均热时间超过5分钟时，能量的消耗量变大、或炉底辊等附带设备容易损伤，成本的上升变得显著。因此，热轧板退火的均热温度优选设为850℃以上且1100℃以下，均热时间优选设为30秒以上且5分钟以下。
这样能够制造本实施方式的无方向性电磁钢板。而且，这样制造得到的无方向性电磁钢板具备上述的金属组织，能够获得高强度及低铁损。也就是说，在最终退火的均热过程中，产生再结晶，生成上述的铁素体相，在之后的冷却过程中生成上述的析出物。另外，也可以在最终退火后根据需要形成绝缘皮膜。
接着，对第2制造方法进行说明。
在第2制造方法中，在与第1制造方法同样的条件下进行热轧及冷轧。此外，在第1制造方法中将板坯加热温度设为1200℃以下，如上所述，是因为当板坯加热温度超过1200℃时，在最终退火中铁素体晶粒的生长容易受到阻碍，而在第1制造方法中将板坯加热温度设为1200℃以下，是因为当板坯加热温度超过1200℃时，在冷轧板退火（冷轧后的退火）中铁素体晶粒的生长容易受到阻碍。另外，也可以在与第1制造方法同样的条件下进行热轧板退火。
在冷轧板退火中，使冷轧钢板中所含的包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物固溶。当均热温度低于950℃时，难以使铁素体晶粒充分地生长，并且难以使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地固溶。当均热温度超过1100℃时，能量的消耗量变大、或炉底辊等附带设备容易损伤。因此，将均热温度设为950℃以上且1100℃以下。另外，当均热时间少于20秒时，难以使铁素体晶粒充分地生长，并且难以使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地固溶。当热时间超过2分钟时，生产率的降低变得显著。因此，均热温度优选设为低于2分钟。
在冷轧板退火的冷却过程中，尽量不使固溶的Ti、V、Zr及／或Nb析出，而维持其原本的固溶状态。当从均热温度起到700℃为止的平均冷却速度低于20℃／秒时，Ti、V、Zr及／或Nb容易大量地析出。因此，将从均热温度起到700℃为止的平均冷却速度设为20℃／秒以上。该平均冷却速度优选为60℃／秒以上，更优选为100℃／秒以上。
在最终退火中，使用冷轧板退火后的冷轧钢板中固溶的Ti、V、Zr及／或Nb，使含有Ti、V、Zr及／或Nb的析出物微细地析出。当均热温度低于400℃时、及均热时间少于10分钟时，难以使包含Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地析出。当均热温度超过800℃时、及均热时间超过10小时时，能量的消耗量变大、或炉底辊等附带设备容易损伤，成本的上升变得显著。进而，析出物粗大地析出，无法获得充足的强度。因此，将均热温度设为400℃以上且800℃以下，将均热时间设为10分钟以上且10小时以下。另外，均热温度优选设为500℃以上。当从均热温度起到300℃为止的平均冷却速度小于0.0001℃／秒时，析出物容易粗大地析出，无法获得充足的强度。当该平均冷却速度超过0.1℃／秒时，不能使含有Ti、V、Zr及／或Nb的析出物充分地析出，不能获得充分的强度。因此，将从均热温度起到300℃为止的平均冷却速度设为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下。
这样能够制造本实施方式的无方向性电磁钢板。而且，这样制造得到的无方向性电磁钢板具备上述的金属组织，能够获得高强度及低铁损。也就是说，在冷轧板退火中，产生再结晶，生成上述的铁素体相，在之后的最终退火中生成上述的析出物。另外，也可以在最终退火后根据需要形成绝缘皮膜。
此外，也可以从冷轧板退火中的冷却起直接进行最终退火。即，在冷轧板退火中的直到700℃为止的冷却后，可以不冷却至低于400℃，而是在400℃以上且800℃以下的范围内开始最终退火。
如此一来，在第1制造方法及第2制造方法的任一种中，在冷轧后的退火中，使铁素体晶粒充分生长后，再使析出物析出。因此，能够事前避免因析出物而阻碍晶粒的生长。另外，也可使析出物比磁壁厚度更小地析出。因此，也可抑制因磁壁移动的钉扎而造成的铁损的劣化。
接着，对使用本实施方式的无方向性电磁钢板而构成的电机铁心用层叠体进行说明。图1是表示使用本实施方式的无方向性电磁钢板而构成的电机铁心用层叠体的示意图。
在图1所示的电机铁心用层叠体2中，含有多个本实施方式的无方向性电磁钢板1。该电机铁心用层叠体2例如可通过下述方法获得：用冲裁等方法将多个无方向性电磁钢板1制成所要的形状，层叠，通过敛缝等方法来固定，从而获得。因含有无方向性电磁钢板1，因而电机铁心用层叠体2的铁损低，机械强度高。
电机铁心用层叠体2可以在上述那样的固定结束的时刻完成。另外，也可以在上述固定后，在均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为2分钟以上且10小时以下、从上述均热温度起到300℃为止的平均冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下进行退火，在这样的退火结束后完成。通过进行这样的退火，能够因析出物的析出而进一步提高强度。
当该退火的均热温度低于400℃时、及均热时间少于2分钟时，难以使析出物充分地析出。当均热温度超过800℃时、及均热时间超过10小时时，能量的消耗量变大、或附带设备容易损伤，成本的上升变得显著。进而，析出物粗大地析出，有时也难以充分提高强度。因此，优选将均热温度设为400℃以上且800℃以下，优选将均热时间设为2分钟以上且10小时以下。另外，均热时间更优选为500℃以上，均热时间更优选为10分钟以上。当从均热温度起到300℃为止的平均冷却速度小于0.0001℃／秒时，碳化物容易粗大地析出。当该平均冷却速度超过0.1℃／秒时，难以使析出物充分地析出。因此，优选将从均热温度起到300℃为止的平均冷却速度设为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下。
实施例
接着，对本发明者们进行的实验作说明。这些实验中的条件等是为了确认本发明的可实施性及效果而采用的例子，本发明并不限定于这些例子。
（实验例1）
首先，将表1所示的各种组成的钢通过真空熔解来熔炼。接着，对所得到的板坯进行热轧而得到热轧钢板。将热轧钢板（热轧板）的厚度设为2.0mm。接着，进行热轧钢板的酸洗，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧。将冷轧钢板（冷轧板）的厚度设为0.35mm。接着，进行冷轧钢板的最终退火。在最终退火中，将均热温度设为1000℃，将均热时间设为30秒，将从均热温度(1000℃)起到700℃为止的平均冷却速度设为20℃／秒。这样制作了各种无方向性电磁钢板。之后，对各无方向性电磁钢板进行金属组织的观察。金属组织的观察例如进行粒径的测定(JIS G0552)及析出物的观察。另外，从各无方向性电磁钢板切取JIS5号试验片，测定其机械特性。进而，从各无方向性电磁钢板切取55mm×55mm的试验片，以单板磁特性试验法(JIS C2556)测定其磁特性。作为磁特性，测定了在频率数为400Hz、最大磁通密度为1.0T的条件下的铁损(W10／400)。另外，为了看到磁时效的影响，也在200℃且1天的时效处理后测定了铁损(W10／400)。也就是说，对于各无方向性电磁钢板，在时效处理的前后测定了铁损(W10／400)。将上述结果示于表2。
表1
Figure BDA0000375820820000161
Figure BDA0000375820820000171
如表2所示，在处于本发明范围内的条件No.C1～No.C19中，获得了550MPa以上的抗拉强度及30W／kg以下的铁损(W10／400)。另一方面，在脱离本发明范围的条件No.Dl～No.D8中，难以兼顾抗拉强度及铁损。
（实验例2）
首先，对表1所示的钢No.A11的板坯进行热轧而获得热轧钢板。将热轧钢板的厚度设为2.0mm。之后，在表3所示的条件下对一部分(条件No.E7)的热轧钢板进行退火(热轧板退火)。接着，进行热轧钢板的酸洗，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧。将冷轧钢板的厚度设为0.35mm。接着，在表3所示的条件下进行冷轧钢板的最终退火。这样，制作了各种无方向性电磁钢板。之后，对各无方向性电磁钢板进行与实验例1同样的评价。也将该结果示于表3。
如表3所示，在处于本发明范围内的条件No.E1～No.E7中，获得了550MPa以上的抗拉强度及30W／kg以下的铁损(W10／400)。另一方面，在脱离本发明范围的条件No.Fl～No.F5中，难以兼顾抗拉强度及铁损。
（实验例3）
首先，对表1所示的钢No.A11、No.A17及No.B2的板坯进行热轧而获得热轧钢板。将热轧钢板的厚度设为2.0mm。之后，进行热轧钢板的酸洗，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧。将冷轧钢板的厚度设为0.35mm。接着，在表4所示的条件下进行冷轧钢板的冷轧板退火及最终退火。这样，制作了各种无方向性电磁钢板。之后，对各无方向性电磁钢板进行与实验例1同样的评价。也将该结果示于表4。
Figure BDA0000375820820000211
如表4所示，在处于本发明范围内的条件No.G1～No.G12中，获得了550MPa以上的抗拉强度及30W／kg以下的铁损(W10／400)。另一方面，在脱离本发明范围的条件No.H1～No.H10中，难以兼顾抗拉强度及铁损。
（实验例4）
首先，对表1所示的钢No.A11及No.A17的板坯进行热轧而获得热轧钢板。将热轧钢板的厚度设为2.0mm。之后，进行热轧钢板的酸洗，进行热轧钢板的冷轧而获得冷轧。将冷轧钢板的厚度设为0.35mm。接着，在表5所示的条件下进行冷轧钢板的冷轧板退火（仅条件No.I7及No.14）及最终退火。接着，在最终退火后的冷轧钢板的表面形成绝缘皮膜。这样，制作了各种无方向性电磁钢板。
之后，从各无方向性电磁钢板冲压出30片轧制方向的尺寸为300mm、与轧制方向垂直的方向的尺寸为60mm的钢板。这样形状及尺寸的钢板有时用于实际的电机铁心。然后，将30片钢板互相层叠而获得层叠体。接着，在表5所示的条件下进行各层叠体的退火的退火。接着，从各层叠体冲压出试验用的钢板，对该钢板进行与实验例1同样的评价。也就是说，进行了假想为用于电机铁心的层叠体的评价。也将该结果示于表5。这里将退火条件脱离上述优选条件的作为比较例。
如表5所示，将退火条件和磁特性、机械特性示于表4。从表4可知，可同时获得高强度和低铁损。
此外，上述实施方式都只不过是表示实施本发明时具体化的例子，并非根据它们对本发明的技术范围作限定性解释。即，本发明在不脱离其技术思想或其主要特征的情况下，能够以各种形态来实施。
产业上的可利用性
本发明例如能够在电磁钢板制造产业及电机等电磁钢板利用产业中进行利用。

Claims (20)

1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于，其以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C以质量％计的含量分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
3.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
5.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
进行板坯的热轧而获得热轧钢板的工序，
进行所述热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板的工序，和
在均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为2℃／秒以上且60℃／秒以下的条件下，进行所述冷轧钢板的最终退火的工序；
所述板坯以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C以质量％计的含量分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。
6.根据权利要求5所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
7.根据权利要求5所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
8.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，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
9.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
进行板坯的热轧而获得热轧钢板的工序，
进行所述热轧钢板的冷轧而获得冷轧钢板的工序，
在第1均热温度为950℃以上且1100℃以下、均热时间为20秒以上、从所述第1均热温度起到700℃为止的平均冷却速度为20℃／秒以上的条件下，进行所述冷轧钢板的冷轧板退火的工序，和
在所述冷轧板退火之后，在第2均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为10分钟以上且10小时以下、从所述第2均热温度起到300℃为止的平均冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，进行所述冷轧钢板的最终退火的工序；
所述板坯以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C以质量％计的含量分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下。
10.根据权利要求9所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
11.根据权利要求9所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
12.根据权利要求10所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，在进行所述冷轧工序之前，具有进行所述热轧钢板的热轧板退火的工序。
13.一种电机铁心用层叠体，其特征在于，其具有相互层叠的多个无方向性电磁钢板，
所述无方向性电磁钢板以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C以质量％计的含量分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
14.根据权利要求13所述的电机铁心用层叠体，其特征在于，所述无方向性电磁钢板以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
15.根据权利要求13所述的电机铁心用层叠体，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
16.根据权利要求14所述的电机铁心用层叠体，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
17.一种电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，其具有下述工序：
将多个无方向性电磁钢板相互层叠而得到层叠体的工序，和
在均热温度为400℃以上且800℃以下、均热时间为2分钟以上且10小时以下、从所述均热温度起到300℃为止的冷却速度为0.0001℃／秒以上且0.1℃／秒以下的条件下，对所述层叠体进行退火的工序；
所述无方向性电磁钢板以质量％计含有：
C：0.002％以上且0.01％以下、
Si：2.0％以上且4.0％以下、
Mn：0.05％以上且0.5％以下、以及
Al：0.01％以上且3.0％以下，
进一步含有选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种，
剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成；
在将Ti、V、Zr、Nb、C以质量％计的含量分别表示为[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]时，以“Q=([Ti]／48+[V]／51+[Zr]／91+[Nb)／93)／([C]／12)”表示的参数Q的值为0.9以上且1.1以下；
金属组织的母相为铁素体相；
所述金属组织不含未再结晶组织：
构成所述铁素体相的铁素体晶粒的平均粒径为30μm以上且200μm以下；
所述铁素体晶粒内，包含选自由Ti、V、Zr及Nb组成的组中的至少一种的析出物以l个／μm3以上的密度存在；
所述析出物的平均粒径为0.002μm以上且0.2μm以下。
18.根据权利要求17所述的电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，所述无方向性电磁钢板以质量％计进一步含有选自由下述元素组成的组中的至少一种：
N：0.001％以上且0.004％以下、
Cu：0.5％以上且1.5％以下、以及
Sn：0.05％以上且0.5％以下。
19.根据权利要求17所述的电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
20.根据权利要求18所述的电机铁心用层叠体的制造方法，其特征在于，所述析出物选自由碳化物、氮化物及碳氮化物组成的组中的至少一种。
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