CN103930584B - 极薄电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

通过使组成为以质量％计含有C：0.007％以下、Si：4％～10％和Mn：0.005％～1.0％且余量为Fe和不可避免的杂质，并且使板厚为0.01mm以上且0.10mm以下，而且使截面粗糙度Pa为1.0μm以下，由此，即使在对板厚为0.10mm以下的电磁钢板实施渗硅处理以增加钢中Si量的情况下，也得到磁特性不劣化、并且还避免了占空系数的劣化的铁损特性。

Description

极薄电磁钢板
技术领域
本发明涉及适合用于电抗器等的极薄电磁钢板。
背景技术
众所周知，电磁钢板的铁损通常随着励磁频率的提高而急剧上升。然而，现实情况是为了铁芯的小型化、高效率化，变压器和电抗器的驱动频率正在高频化。
因此，电磁钢板的铁损增大导致发热成为问题的情况增加。
众所周知，为了降低电磁钢板的铁损，增加Si含量以提高固有电阻的方法是有效的。然而，若钢板中的Si量超过3.5质量％，则加工性显著劣化，因而作为现有电磁钢板制造方法的利用轧制的方法难以制造这种高Si钢板。
因此，为了得到高Si钢板而开发了各种方法。
例如，专利文献1中公开了一种方法，通过在1023℃～1200℃的高温下将含有SiCl4的气氛气体喷吹至钢板，得到Si含量高的电磁钢板。
另外，专利文献2中公开了一种方法，通过热轧制造Si含量为4.5质量％～7质量％的加工性差的高Si钢板。
此处，为了降低铁损，降低板厚是有效的。在上述方法中，利用热轧的方法在降低板厚方面存在极限，因此利用SiCl4的方法被工业化，其被称作渗硅处理。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特公平5-49745号公报
专利文献2：日本特公平6-57853号公报
发明内容
发明所要解决的问题
然而可知，通过对板厚薄的钢板进行渗硅处理来增加钢中Si量的情况下，磁特性有时会劣化。
进一步还可知，钢板大多被层叠使用，此时占空系数有时会大幅降低。
本发明是鉴于上述现状而开发的，目的在于提出即使在对板厚为0.10mm(100μm)以下的电磁钢板实施渗硅处理以增加钢中Si量的情况下，磁特性也不劣化、并且还避免了占空系数的降低的铁损特性优良的极薄电磁钢板。
用于解决问题的方法
以下，对于使本发明获得成功的实验进行说明。
<实验1>
对以质量％计含有C：0.0045％、Si：3.40％和Mn：0.10％的钢坯实施热轧，制成板厚：2.0mm的热轧板。接着，通过酸洗除去氧化皮，然后通过冷轧加工成板厚：0.05mm的最终板厚。之后，以1000℃至1200℃的各种温度和100秒至1400秒的各种时间的条件在(10％SiCl4+90％N2)气氛中进行渗硅处理。上述渗硅处理不论在何种条件下均通过事先计算来考量实施，以使Si量在板厚方向上均匀地达到6.5质量％。因此，所有得到的样品的Si量均大致恒定为6.5质量％。
按照JIS C2550记载的方法对这些样品的磁特性进行测定。
图1中示出渗硅时间与铁损W5/1k(磁通密度：0.5T、频率：1000Hz时的铁损)的关系。
由该结果可知，通过将渗硅时间延长一定时间以上，铁损会降低。
另外，按照JIS C2550中记载的方法对钢板的占空系数进行测定。
其结果可知，处理时间(渗硅时间)越长则占空系数越高，铁损特性越良好。
对于占空系数而言，钢板的表面粗糙度会对其造成大幅的影响，因而对各个样品的表面粗糙度进行了考察。表面粗糙度按照JIS B0633'01中规定的方法进行测定。测定装置的触针前端半径为2μm。在图2中以与铁损特性的关系的形式示出所得到的结果。
如该图中所示，可知截面粗糙度Pa越小则铁损越低，铁损特性越良好。
此处，截面粗糙度Pa是指JIS B0601'01中规定的轮廓曲线(截面曲线)的算术平均高度。
铁损随着表面粗糙度的增加而劣化的理由据认为是由于，表面的凹凸通常会妨碍磁壁的移动。因此，为了考察是否只是表层的影响，通过激光形式的形状测定机详细考察了钢板截面的形状。
其结果可知，表面的凹凸与背面的凹凸大致一致。即，可以说表面粗糙度大的样品并非只在表面具有凹凸，板也呈细微的波浪。认为这是经过渗硅处理且板厚薄的钢板所特有的现象。
在图3(a)～(d)中示出考察本实验中得到的样品的表面粗糙度的结果的一部分。需要说明的是，分别以截面粗糙度Pa和算术平均粗糙度Ra计，测定表面粗糙度，这些值和铁损W5/1k的值也在图3中一并示出。
若着眼于截面粗糙度Pa与铁损W5/1k的关系，图3的情况与图2的情况一样，Pa与W5/1k之间也具有良好的相关性，随着Pa减小，W5/1k降低。与此相对，对于算术平均粗糙度Ra与铁损W5/1k的关系而言，若比较图3的(a)、(c)则可知，尽管相对于图3(c)的Ra：0.61μm，图3(a)的Ra小，为0.58μm，但是图3(a)的W5/1k为7.8W/kg，是高于图3(c)的W5/1k：5.3W/kg的值。
因此认为，在板厚薄的钢板上可确认到起伏的情况下，作为标记表面性状的参数，并非通常的算术平均粗糙度Ra而是考虑了截面曲线的截面粗糙度Pa更为适合。
如图1所示，若延长渗硅时间，则截面粗糙度Pa减小、即起伏减小，其理由虽不明确，但本发明人认为其理由如下。
在使用了四氯化硅的渗硅处理中，认为会发生如下反应。
SiCl4+5Fe→Fe3Si+2FeCl2
即，Fe的一部分被Si置换，形成氯化物的气体并被排出至体系外。认为此时，通过体积小的Si的置换而进行反应的钢板表面发生体积收缩。如果最终的渗硅量相同，则该体积收缩的总量相同，但退火时间越短则单位时间的变化越大。认为，若该单位时间的变化剧烈，则会成为板产生起伏的主要原因。
本发明中重要的是，钢板的起伏是使磁性劣化的原因，而非退火时间的长短。即认为，即使退火时间短，只要钢板没有起伏，则磁性就不会劣化。
此处，作为消除起伏来减小截面粗糙度Pa的方法，可以考虑：降低渗硅处理时为了使钢板无翘曲地进行通板而赋予的线张力的方法；间断地实施渗硅处理的方法；和在渗硅处理时使钢板沿着支撑辊；等方法。
但是，在工业生产电磁钢板时，由于如本实验中所进行的那样延长退火时间会损害生产率，因而不优选。
因此，明确了如下新的发现：在上述方法之中，应用了降低线张力的方法的结果是，尽管确认到算术平均粗糙度Ra有降低的倾向，但截面粗糙度Pa不一定会降低。据推测，可能是随着线张力降低，板宽度方向的拉伸力也降低，因此无法改善起伏。
需要说明的是，尽管在后述的实施例中进行了披露，但是在实用上难以采取延长退火时间的的方法的情况下，优选采用包括降低线张力在内、间断地对钢板应用用于渗硅处理的气氛等2种以上的方法。
另外，在工业制造电磁钢板的情况下，由于在渗硅处理时所赋予的线张力的影响，钢板的起伏大多与轧制方向平行地产生。因此，线状地测定截面粗糙度Pa时，需要在与轧制方向成直角的方向进行测定。本说明书中的该测定是在与轧制方向成直角的方向进行测定的。
如上所述，本发明人查明在通过对板厚薄的电磁钢板进行使用SiCl4的渗硅处理而增大钢中Si量时所担忧的磁特性的劣化和占空系数的降低的原因，将其转换为截面粗糙度Pa并加以限制，由此，成功地避免了该问题。
本发明立足于上述见解。
即，本发明的要点构成如下。
1.一种极薄电磁钢板，包含以质量％计含有C：0.007％以下、Si：4～10％和Mn：0.005～1.0％且余量为Fe和不可避免的杂质的组成，其特征在于，满足板厚为0.01mm以上且0.10mm以下且截面粗糙度Pa为1.0μm以下。
2.如上述1所述的极薄电磁钢板，以质量％计，还含有选自Ni：0.010～1.50％、Cr：0.01～0.50％、Cu：0.01～0.50％、P：0.005～0.50％、Sn：0.005～0.50％、Sb：0.005～0.50％、Bi：0.005～0.50％、Mo：0.005～0.100％和Al：0.02～6.0％中的至少一种。
发明效果
根据本发明，可以有效地避免以往在通过对板厚薄的电磁钢板进行使用SiCl4的渗硅处理而增大钢中Si量时所担忧的磁特性的劣化和占空系数的降低，从而可以稳定地得到磁特性优良的极薄电磁钢板。
附图说明
图1是示出渗硅处理时间与铁损W5/1k的关系的图。
图2是示出钢板的截面粗糙度Pa与铁损W5/1k的关系的图。
图3是将粗糙度测定中得到的截面曲线与截面粗糙度Pa、算术平均粗糙度Ra和铁损W5/1k一起示出的图。
图4是示出在连续生产线中间断或连续地进行渗硅处理时喷吹喷嘴和屏蔽板的配置状态的图。
具体实施方式
下面，具体说明本发明。
首先，对在本发明中将钢板的成分组成限定为上述范围的理由进行说明。需要说明的是，只要没有特别声明，下文中表示成分组成的％是指质量％。
C：0.007％以下
C会引起磁时效导致的磁特性劣化，因而期望极力减少C。但是，难以完全除去C，为了达到这一目的需要很高的制造成本。因此，将C量设为0.007％以下。需要说明的是，只要在该范围内，即使残存有C，磁特性方面也没有问题。
Si：4％～10％
在最终制品板中，Si是提高钢的电阻率、改善铁损所必需的元素。在以渗硅处理为前提的本发明中，Si量需要为4％以上。另一方面，若超过10％，则饱和磁通密度显著降低，因此，将Si量限定为4％～10％的范围。
Mn：0.005％～1.0％
Mn作为热轧时的加工性的改善成分而有效发挥作用。然而，若含量低于0.005％，则加工性的改善效果小；另一方面，若超过1.0％，则饱和磁通密度降低，磁特性劣化，因此，将Mn量限定为0.005％～1.0％的范围。
上面，对于基本成分进行了说明，但在本发明中，除此以外还可以根据需要适当地含有选自Ni：0.010％～1.50％、Cr：0.01％～0.50％、Cu：0.01％～0.50％、P：0.005％～0.50％、Sn：0.005％～0.50％、Sb：0.005％～0.50％、Bi：0.005％～0.50％，Mo：0.005％～0.100％和Al：0.02％～6.0％中的至少一种。
即，可以为了提高磁特性而添加Ni。然而，在含量低于0.010％的情况下，磁特性的提高量小；另一方面，若超过1.50％，则饱和磁通密度降低，磁特性劣化，因此，将Ni量设为0.010％～1.50％。
另外，出于降低铁损的目的，可以单独或者复合含有Cr：0.01％～0.50％、Cu：0.01％～0.50％、P：0.005％～0.50％和Al：0.02％～6.0％。
进而，出于提高磁通密度的目的，可以单独或者复合含有Sn：0.005％～0.50％、Sb：0.005％～0.50％、Bi：0.005％～0.50％和Mo：0.005％～0.100％。在各自的添加量少于下限量的情况下，没有提高磁特性的效果；另一方面，若超过上限量，则饱和磁通密度降低，磁特性劣化。
接着，对在本发明中限定电磁钢板的板厚和截面粗糙度Pa的理由进行说明。
板厚：0.01mm以上且0.10mm以下
在本发明中成为问题的钢板表面粗糙度导致的磁特性劣化，在板厚薄的情况下显著地发生，因此，在本发明中将作为对象的电磁钢板的板厚限定为0.10mm以下。然而，若板厚低于0.01mm，则难以使钢板通过渗硅处理设备，因此，将板厚设为0.01mm以上。
截面粗糙度Pa：1.0μm以下
如上所述，本发明中作为对象的极薄电磁钢板的磁特性与截面粗糙度Pa高度相关，通过将Pa降低至1.0μm以下，能够得到优良的磁特性。因此，钢板的表面粗糙度以截面粗糙度Pa计限定为1.0μm以下。优选为0.4μm以下、更优选为0.3μm以下。
接着，对本发明钢板的优选制造方法进行描述。
本发明中可以利用通常的电磁钢板的制造方法。
即如下方法：对使用进行了预定的成分调整的钢水制造的钢坯进行热轧，根据需要实施热轧板退火，然后实施1次冷轧或夹着中间退火的2次以上的冷轧而制成最终板厚，接着根据需要对所得到的冷轧钢板实施退火，然后实施渗硅处理，之后赋予涂层。
本发明中，上述工序中使用SiCl4的渗硅处理是必需的。另外，冷轧后，进一步实施一次再结晶退火、二次再结晶退火，除去表面的硬质覆膜，并对所得到的钢板实施渗硅处理，可以得到高磁通密度特性，因而是特别优选的。这种情况下，即使在除去硬质覆膜后再次进行轧制而制成预定板厚，然后实施渗硅处理，也可以保持高磁通密度。
下面，具体说明制造工序。
具有上述成分的钢水可以用通常的铸锭法或连续铸造法制成钢坯。另外，也可以用直接铸造法制造100mm以下厚度的薄铸片。钢坯以通常的方法进行加热后进行热轧，但是也可以在铸造后不进行加热而直接供于热轧。薄铸片的情况下，既可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进入以后的工序。关于热轧前的钢坯加热温度，从成本方面考虑优选为1250℃以下的低温，但在利用二次再结晶的情况下优选加热至1400℃左右。
接着，根据需要实施热轧板退火。为了得到良好的磁性，热轧板退火温度优选为800℃以上且1150℃以下。若热轧板退火温度低于800℃，则残留有热轧中的带状组织，难以实现整粒的一次再结晶组织，磁特性劣化。另一方面，若热轧板退火温度超过1150℃，则热轧板退火后的粒径过于粗大化，因此在实现整粒的一次再结晶组织方面极为不利。
上述的热压板退火后，实施1次冷轧或夹着中间退火的2次以上的冷轧，接着根据需要实施退火，然后进行渗硅处理。使冷轧的温度上升至100℃～300℃而进行冷轧、以及在冷轧中途进行1次或2次以上的在100℃～300℃范围的时效处理在提高磁特性方面有效。
渗硅处理优选在1200℃左右的高温下进行，但如上所述，钢板产生起伏的情况下，即使降低温度也没有影响。另外，作为减少起伏、降低截面粗糙度Pa的方法，除了延长退火时间以外，还可以举出间断性的渗硅处理、应用支撑辊或降低线张力等，但是在本发明中对于这些方法不作限定。
已明确在本发明中进行的实验中降低Pa是不容易的，因此认为，至少在控制气氛而间断性地进行渗硅处理的同时降低线张力是必要的。
需要说明的是，间断性地进行渗硅处理是指在渗硅处理中使进行渗硅的气氛和不进行渗硅的气氛反复交替。具体而言，如果是连续生产线中的渗硅，可以举出如图4(a)所示的方法：在钢板2的通板方向上设置2个以上的喷出渗硅的原料气体的喷嘴1，并且在这些喷嘴之间设置一对屏蔽来自喷嘴1的原料气体的屏蔽板3，由此使这些屏蔽板对之间不进行渗硅。
另外，若使渗硅处理的时间短时间化，则可以得到Si量在板厚表层和中心层中不同的钢板，其在高频励磁时的磁特性良好，因而优选。此时，成分组成也以总板厚的平均值进行考虑。在渗硅处理后，为了确保钢板的绝缘性而赋予绝缘涂层，这在层叠使用的情况下是有效的。
实施例1
利用连续铸造制造含有C：0.0031％、Si：3.05％和Mn：0.15％且余量由Fe和不可避的杂质构成的钢坯，在1150℃下加热钢坯，然后通过热轧制成2.0mm厚的热轧板。接着，在1000℃下进行30秒的热轧板退火，然后通过冷轧加工成0.075mm的板厚，然后在(10％SiCl4+90％Ar)气氛中在1100℃下实施600秒的渗硅处理。此时，在退火炉内，如图4(a)所示，按照能够进行间断的渗硅处理的方式进行了设置，在钢板2的两表面附近设置2个以上的喷射原料气体的喷嘴1，并且在喷嘴间设置一对屏蔽原料气体的屏蔽板3，在喷射喷嘴1的附近可以通过原料气体进行渗硅处理，而在屏蔽板3之间不发生渗硅。而且，对于一部分样品来说，如图4(b)所示，未设置屏蔽板，利用配置的2个以上的喷嘴1进行连续的渗硅处理。另外，在进行这些渗硅处理时，对通板时的线张力如表1所示地进行了各种变更。
所得到的样品的Si量为5.54％，在板厚方向大致均匀地分布。
另外，通过JIS C2550所记载的方法测定样品的磁特性和占空系数，并且按照JIS B0633'01的规定测定截面粗糙度Pa。
将所得到的结果一并列于表1中。
表1
由该表可知，在降低线张力且进行间断的渗硅处理而将截面粗糙度Pa调整至本发明的适宜范围内的情况下，磁特性良好且占空系数高。
实施例2
利用连续铸造制造达到表2所示的各种成分组成的钢坯，在1200℃下加热钢坯，然后通过热轧制成2.7mm的热轧板。接着，在900℃下进行30秒的热轧板退火，然后通过冷轧加工成0.050mm的板厚，然后在(15％SiCl4+85％N2)气氛中在1200℃下实施100秒的渗硅处理。此时，在退火炉内，如图4(a)所示，按照能够进行间断的渗硅处理的方式进行了设置，在钢板2的两表面附近设置2个以上的喷射原料气体的喷嘴1，并且在喷嘴间设置一对屏蔽原料气体的屏蔽板3，在喷射喷嘴1的附近可以通过原料气体进行渗硅处理，而在屏蔽板3之间不发生渗硅。另外，此时，通板时的线张力为1.0MPa，将这两种对策作为减少钢板起伏的条件。
按照JIS B0633'01的规定测定所得到的样品的截面粗糙度Pa，其结果为0.25μm～0.36μm，满足本发明的适宜范围。另外，通过JIS C2550所记载的方法测定了样品的磁特性，并且分析了最终的钢中的成分。
将所得到的结果一并列于表2中。
表2
由该表可知，满足本发明的成分范围的发明例均可以得到优异的磁特性。
产业上的可利用性
本发明的板厚薄且具有高Si含量的电磁钢板的高频铁损特别优良。因此，其适合用于小型的变压器、马达、电抗器等的铁芯材料。
符号说明
1 喷嘴
2 钢板
3 屏蔽板

Claims (2)

1.一种极薄电磁钢板，包含以质量％计含有C：0.007％以下、Si：4～10％和Mn：0.005～1.0％且余量为Fe和不可避免的杂质的组成，其特征在于，满足板厚为0.01mm以上且0.10mm以下且截面粗糙度Pa为1.0μm以下。
2.如权利要求1所述的极薄电磁钢板，以质量％计，还含有选自Ni：0.010～1.50％、Cr：0.01～0.50％、Cu：0.01～0.50％、P：0.005～0.50％、Sn：0.005～0.50％、Sb：0.005～0.50％、Bi：0.005～0.50％、Mo：0.005～0.100％和Al：0.02～6.0％中的至少一种。
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