CN105829566A - 磁特性优异的无取向性电磁钢板 - Google Patents

磁特性优异的无取向性电磁钢板 Download PDF

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Abstract

本发明为一种高磁通密度且低铁损的无取向性电磁钢板，其以质量％计，含有C：0.010％以下、Si：1％～4％、Mn：0.05％～3％、Al：0.004％以下、N：0.005％以下、P：0.03％～0.20％、S：0.01％以下和Se：0.002％以下；或含有C：0.01％以下、Si：1％～4％、Mn：0.05％～3％、Al：0.004％以下、N：0.005％以下、P：0.03％～0.20％、S：0.01％以下和Se：0.003％以下，进一步含有选自Sn：0.001％～0.1％和Sb：0.001％～0.1％中的1种或2种。

Description

磁特性优异的无取向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及一种磁特性、特别是磁通密度优异的无取向性电磁钢板。
背景技术
近年来，因对于节能的要求不断提高，开始使用高效率感应马达。在该高效率感应马达中，为了提高效率，进行了增加铁芯的层积厚、或是提高绕线的填充率、或是将用于铁芯的电磁钢板从以往的低等级材变更为铁损低的高等级材料。
此外，对于上述感应马达中所用的铁芯材料而言，在低铁损的基础上，为了降低励磁有效电流而降低铜损，还要求设计磁通密度下的励磁有效电流较低。对于降低励磁电流而言，提高铁芯材料的磁通密度是有效的。并且在目前急速进行普及的混合动力汽车、电动汽车的驱动马达中，起动时、加速时需要高扭矩，因此期望进一步提高磁通密度。
作为提高了磁通密度的电磁钢板，例如专利文献1中公开了在Si为4质量％以下的钢中添加0.1质量％～5质量％的Co而得到的无取向性电磁钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-129410号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，专利文献1中公开的技术存在下述问题：Co为非常高价的元素，因此应用于普通的马达时，导致原料成本显著上升。因此，期望开发一种提高电磁钢板的磁通密度而不导致原料成本显著上升的技术。
本发明是鉴于现有技术存在的上述问题而完成的，其目的在于便宜且稳定地提供一种高磁通密度且低铁损的无取向性电磁钢板。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，发明人反复进行深入研究。其结果发现，通过在减少Al且添加了P的钢中将不可避免混入的Se降低至极微量，从而能够大幅度提高磁通密度，由此开发了本发明。
即，本发明为一种无取向性电磁钢板，其特征在于，该无取向性电磁钢板具有下述成分组成，该成分组成含有C：0.010质量％以下、Si：1质量％～4质量％、Mn：0.05质量％～3质量％、Al：0.004质量％以下、N：0.005质量％以下、P：0.03质量％～0.20质量％、S：0.01质量％以下和Se：0.002质量％以下，余量由Fe和不可避免的杂质构成。
本发明的无取向性电磁钢板的特征在于，除上述成分组成之外，进一步含有选自Sn：0.001质量％～0.1质量％和Sb：0.001质量％～0.1质量％中的1种或2种。
此外，本发明的无取向性电磁钢板的特征在于，除上述成分组成之外，进一步含有选自Ca：0.001质量％～0.005质量％和Mg：0.001质量％～0.005质量％中的1种或2种。
此外，本发明的无取向性电磁钢板的特征在于，板厚为0.05mm～0.30mm。
发明效果
根据本发明，能够便宜且稳定地提供磁通密度高的无取向性电磁钢板，因此能够适当用作高效率感应马达、要求高扭矩的混合动力汽车和电动汽车的驱动马达、要求高发电效率的高效率发电机的芯体材料。
附图说明
图1为示出P的含量给最终退火后的磁通密度B50所带来的影响的曲线图。
图2为示出Se的含量给最终退火后的磁通密度B50所带来的影响的曲线图。
具体实施方式
对作为开发本发明契机的实验进行说明。
<实验1>
首先，为了研究P给磁通密度所带来的影响，在C：0.0020质量％、Si：3.07质量％、Mn：0.24质量％、Al：0.001质量％、N：0.0021质量％、P：0.01质量％、S：0.0021质量％的低铝钢以及C：0.0022质量％、Si：2.70质量％、Mn：0.24质量％、Al：0.30质量％、N：0.0018质量％、P：0.01质量％和S：0.0013质量％的高铝钢中，使P的添加量在tr.～0.16质量％的范围进行各种变化，将得到的钢在实验室进行熔解，制成钢块后进行热轧，形成板厚为1.6mm的热轧板。接着，对上述热轧板实施980℃×30秒的热轧板退火后，进行酸洗、冷轧，形成板厚为0.20mm的冷轧板，之后在20体积％H2-80体积％N2气氛下实施1000℃×10秒的最终退火，制成冷轧退火板。
从如此得到的冷轧退火板上，以轧制方向(L方向)以及与轧制方向成直角的方向(C方向)为长度方向，分别从各方向裁取宽30mm×长280mm的试验片，利用JISC2550中记载的25cm爱普斯坦法(Epstein’smethod)对磁通密度B50进行测定，将其结果以与P含量的关系的方式示于图1。由图1可知，在高铝钢中，即使P含量增加，也没有发现磁通密度的提高，但在低铝钢中，磁通密度随着P含量增加而提高。
如上所述，关于低铝钢中磁通密度随着P含量的增加而提高的原因，目前尚未明确。但据认为这是因为，Al给冷轧前的P的偏析行为带来某些影响，由于不含有Al，所以P的扩散速度增大，促进P在晶粒边界的偏析，从而改善集合组织。
<实验2>
接着，为了研究高磷钢的制造稳定性，对含有C：0.0018质量％、Si：3.10质量％、Mn：0.20质量％、Al：0.001质量％、N：0.0015质量％、P：0.06质量％和S：0.0014质量％的低铝钢进行10炉次出钢，进行热轧而制成板厚为1.6mm的热轧板。接着，对这些热轧板实施980℃×30秒的热轧板退火、酸洗、冷轧，制成板厚为0.20mm的冷轧板，之后在20体积％H2-80体积％N2气氛下实施1000℃×10秒的最终退火，制成冷轧退火板。
对于如此得到的冷轧退火板，与上述实验同样地进行，对磁通密度B50进行测定，结果可知，测定结果产生较大偏差。因此，对于磁通密度低的钢板进行成分分析，结果可知，含有0.0022质量％～0.0035质量％的Se。由该结果可以推测，由于Se在晶界发生偏析而抑制了P的晶界偏析，从而导致磁通密度下降。据认为Se为废料等中所含的元素，其因近年来随着废料使用比例的提高而不可避免地混入。
<实验3>
因此，为了研究Se给磁通密度所带来的影响，将具有C：0.0013质量％、Si：3.21质量％、Mn：0.15质量％、Al：0.002质量％、N：0.0018质量％、P：0.05质量和S：0.0009质量％的成分组成、且使Se添加量在tr.～0.007质量％的范围各种变化而得到的钢在实验室进行熔解，制成钢块后进行热轧，制成板厚为1.6mm的热轧板，接着，对上述热轧板实施1000℃×30秒的热轧板退火后，进行酸洗、冷轧，制成板厚为0.20mm的冷轧板，之后在20体积％H2-80体积％N2气氛下实施1000℃×10秒的最终退火，制成冷轧退火板。
从如此得到的冷轧退火板上裁取宽30mm×长280mm的试验片，与上述实验同样地进行，对磁通密度B50进行测定，将其结果以与Se含量的关系的形式示于图2。由图2可知，Se的添加量超过0.0020质量％时，磁通密度下降，因此，需要将Se含量限制在0.0020质量％以下。
本发明是基于上述新颖的见解而完成的。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板中的成分组成的限定理由进行说明。
C：0.010质量％以下
C为使铁损劣化的有害元素，因此越少越优选。C超过0.010质量％时，因磁时效导致的铁损增加变得显著，因此C的上限为0.010质量％。优选为0.005质量％以下。需要说明的是，因为C越少越优选，所以对于下限没有特别限定。
Si：1质量％～4质量％
Si为通常作为钢的脱氧剂进行添加的元素，但在电磁钢板中，Si为重要的元素，其具有提高电阻、降低高频下的铁损的效果，为了得到该效果，需要添加1质量％以上。但是，Si超过4质量％时，励磁有效电流显著增加，因此上限为4质量％。优选为1.0质量％～3.5质量％的范围。
Mn：0.05质量％～3质量％
Mn具有通过防止钢的热轧时的红脆性从而防止产生表面瑕疵的效果，因此添加0.05质量％以上。另一方面，Mn含量增多时，磁通密度、饱和磁通密度下降，因此Mn含量的上限为3质量％。优选为0.1质量％～1.7质量％的范围。
Al：0.004质量％以下
通过减少Al，能够改善最终退火板的集合组织，从而提高磁通密度。此外，为了促进P的晶界偏析、提高磁通密度，也必须减少Al。Al超过0.004质量％时，无法得到上述效果。由此，Al的上限为0.004质量％。优选为0.002质量％以下。需要说明的是，因为Al越少越优选，所以对于下限没有特别限定。
N：0.005质量％以下
N生成氮化物而使磁特性劣化，因此将其限制为0.005质量％以下。优选为0.002质量％以下。因为N越少越优选，所以对于下限没有特别限定。
P：0.03质量％～0.20质量％
P为本发明中的重要元素之一，如图1所示，在低铝钢中，具有在晶界发生偏析而提高磁通密度的效果。上述效果通过添加0.03质量％以上而得到。另一方面，P超过0.20质量％时，难以进行冷轧。由此，在本发明中，使P的添加量为0.03质量％～0.20质量％的范围。优选为0.05质量％～0.10质量％的范围。
S：0.01质量％以下
S为形成MnS等硫化物而使制品的磁特性劣化的元素，因此越少越优选。因此，在本发明中，为了不使磁特性劣化，使S的上限为0.01质量％。从促进P的晶界偏析的观点出发，S优选为0.005质量％以下，更优选为0.001质量％以下。需要说明的是，因为S越少越优选，所以对于下限没有特别限定。
Se：0.002质量％以下
Se为有害元素，其因比P更早地发生晶界偏析而抑制P的晶界偏析，从而会使磁通密度降低，因此需要极力减少，在本发明中，将上限限制为0.002质量％。优选为0.001质量％以下。
其中，对于后述的Sn和Sb而言，具有抑制上述Se的弊端的效果，因此在添加Sn和Sb的情况下，能够将Se的上限扩大至0.003质量％。此外，此时的Se优选为0.0025质量％以下。
对于本发明的无取向性电磁钢板，除了上述必须的成分以外，还可以在下述范围内含有选自Sn、Sb、Ca和Mg中的1种或2种以上。
Sn：0.001质量％～0.1质量％
Sn为在晶界发生偏析的元素，但给P的偏析所带来的影响小，而且具有通过促进粒内的变形带的形成而提高磁通密度的效果。上述效果通过添加0.001质量％以上而得到。另一方面，添加超过0.1质量％时，钢脆化，从而使制造工序的板断裂、斑点等表面缺陷增加。由此在添加Sn的情况下，优选为0.001质量％～0.1质量％的范围。更优选为0.001～0.06质量％的范围。
Sb：0.001质量％～0.1质量％
Sb与Sn同样地为在晶界发生偏析的元素，但给P的偏析所带来的影响小，并且具有通过抑制退火时的氮化而提高磁特性的效果。上述效果通过添加0.001质量％以上而得到。另一方面，添加超过0.1质量％时，钢脆化，从而使制造工序中的板断裂、斑点等表面缺陷增加。由此在添加Sb的情况下，优选为0.001质量％～0.1质量％的范围。更优选为0.001质量％～0.06质量％的范围。
Ca：0.001质量％～0.005质量％
Ca具有使硫化物粗大化、降低铁损的效果，因此可以添加0.001质量％以上。另一方面，即使过量添加，上述效果也达到饱和，只是在经济上不利，因此上限为0.005质量％。更优选为0.001质量％～0.003质量％的范围。
Mg：0.001质量％～0.005质量％
Mg与Ca同样地具有使硫化物粗大化、降低铁损的效果，因此可以添加0.001质量％以上。另一方面，即使过量添加，上述效果也达到饱和，只是在经济上不利，因此上限为0.005质量％。更优选为0.001质量％～0.003质量％的范围。
本发明的无取向性电磁钢板中的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，并不排除其他成分的添加。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板的板厚(制品板厚)进行说明。
从降低高频中的铁损的观点出发，本发明的无取向性电磁钢板的板厚优选为0.30mm以下。另一方面，板厚小于0.05mm时，产生下述问题：铁芯制作所需要的层积张数增加，而且钢板的刚性显著降低，马达的振动增大等。由此，板厚优选为0.05mm～0.30mm的范围。更优选为0.10mm～0.20mm的范围。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。
对于本发明的无取向性电磁钢板，只要使用Al、P和Se的含量为上述适当范围内的钢坯作为其材料，则可以使用公知的无取向性电磁钢板的制造方法，对其没有特别制限，可以采用例如以下的方法，即该方法是在转炉或电炉等精炼工艺中，对调整为上述规定成分组成的钢进行熔炼，利用脱气设备等进行二次精炼，连续铸造制成钢坯后，进行热轧、根据需要进行热轧板退火后，进行酸洗、冷轧、最终退火后，涂布/烧结绝缘覆膜。
需要说明的是，实施上述的热轧板退火的情况下，均热温度优选为900℃～1200℃的范围。这是因为，小于900℃时，无法充分得到热轧板退火的效果，无法提高磁特性，另一方面，超过1200℃时，在成本上不利，而且热轧板的粒径变得粗大、冷轧时有可能产生断裂。
此外，从热轧板制成最终板厚的冷轧优选为1次或夹着中间退火的2次以上。特别是对于最终的冷轧而言，以板温为200℃左右的温度进行轧制的温轧对磁通密度的提高效果显著，因此若在设备上、生成制约上、成本上没有问题，则优选为温轧。
优选的是，对制成上述最终板厚的冷轧板所实施的最终退火为以900℃～1150℃的温度，进行5秒～60秒的均热的连续退火。这是因为，均热温度小于900℃时，无法充分进行再结晶，无法得到良好的磁特性。另一方面，超过1150℃时，晶粒粗大化，特别是在高频区域的铁损增加。
对于上述最终退火后的钢板，之后为了降低铁损，优选在钢板表面进行绝缘覆膜的覆盖形成。对于上述绝缘覆膜，为了确保良好的冲裁性，优选应用含有树脂的半有机覆膜。
如上制造得到的无取向性电磁钢板可以不实施去应变退火地使用、或可以实施去应变退火之后使用。此外，可以经过冲裁工序进行成型后，实施去应变退火。此处，上述去应变退火通常以750℃×2小时左右的条件实施。
实施例
对含有表1所示的各种成分组成、余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢进行熔炼，连续铸造制成钢坯后，将该钢坯以1140℃的温度加热1小时后，进行精轧结束温度为800℃、卷取温度为610℃的热轧，制成板厚为1.6mm的热轧板，实施1000℃×30秒的热轧板退火后，进行冷轧，制成表1所示板厚的冷轧板。接着，对上述冷轧板实施以同样示于表1的温度保持10秒的最终退火，制成冷轧退火板(无取向性电磁钢板)。
从如此得到的冷轧退火板上，以轧制方向(L方向)和与轧制方向成直角的方向(C方向)为长度方向，分别从各方向裁取宽30mm×长280mm的爱普斯坦(Epstein)试验片，利用JISC2550中记载的25cm爱普斯坦法(Epstein’smethod)对磁通密度B50(T)和铁损W10/400(W/kg)进行测定，将其测定结果一并记入表1。
由表1可知，与偏离上述范围的比较例的钢板相比，将钢成分控制在适合本发明的Al、P和Se的范围的本发明例的无取向性电磁钢板的磁通密度高且铁损特性优异。
工业上实用性
本发明的无取向性电磁钢板可以应用于电动助力转向马达、信息设备用硬盘驱动马达等。

Claims (4)

1.一种无取向性电磁钢板，其特征在于，该无取向性电磁钢板具有下述成分组成，该成分组成含有C：0.010质量％以下、Si：1质量％～4质量％、Mn：0.05质量％～3质量％、Al：0.004质量％以下、N：0.005质量％以下、P：0.03质量％～0.20质量％、S：0.01质量％以下和Se：0.002质量％以下，且余量由Fe和不可避免的杂质构成。
2.如权利要求1所述的无取向性电磁钢板，其特征在于，
除了所述成分组成之外，进一步含有选自Sn：0.001质量％～0.1质量％和Sb：0.001质量％～0.1质量％中的1种或2种。
3.如权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其特征在于，
除了所述成分组成之外，进一步含有选自Ca：0.001质量％～0.005质量％和Mg：0.001质量％～0.005质量％中的1种或2种。
4.如权利要求1～3中任一项所述的无取向性电磁钢板，其特征在于，板厚为0.05mm～0.30mm。
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