CN106574345B - 无取向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

无取向性电磁钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种回收利用性优异的无取向性电磁钢板，为了将无取向性电磁钢板作为铁废料进行再利用而降低Al含量的情况下，磁特性也不会变得不稳定。具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.0050％以下、Si：1.0％～4.0％、Mn：0.10％～3.0％、酸溶铝：小于0.0050％、P：大于0.01％且为0.20％以下、S：0.0050％以下、N：0.0050％以下、Cu：0.02％以上且小于0.10％和Ca：0.0005％～0.0100％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。

Description

无取向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明主要涉及可用作电气设备的铁芯材料的无取向性电磁钢板，尤其涉及排除了再资源化的阻碍因素的回收利用性优异的无取向性电磁钢板及其制造方法。
背景技术
近年来，随着对地球资源的枯竭、废弃物的增加的担心的加剧，在各种领域中积极进行将资源回收利用的探索。在钢铁行业中，已能将各种铁废料，例如汽车、洗衣机、空调等作为制铁原料的一部分加以利用，但预料今后铁废料的量会进一步增加。在制铁中增加废料量会使回收利用性变得良好，但另一方面，废料中含有一直被认为是有害的Cu等，因此存在钢铁制品的品质劣化的问题。
另外，从地球资源的观点考虑，对节能的关注也在增加。在电机领域，例如对于家庭用空调中使用的电机而言，要求耗电少且能量损失小的电机。因此，对用作电机的铁芯材料的无取向性电磁钢板也要求高性能的特性，为了降低电机的铁损而要求铁损低的无取向性电磁钢板，为了降低电机的铜损而要求磁通密度高的无取向性电磁钢板。
而且，最近将铁芯材冲压时产生的废料利用于铸件的原料的用户也在增加。从确保废料的铸造性的观点考虑，需要将钢板的Al含量降低至小于0.05％。这是因为Al含量为0.05％以上时，铸件中容易产生气孔。
关于降低了Al含量的无取向性电磁钢板，专利文献1中记载了若将Al含量设为0.017％以下，优选设为0.005％以下，则因聚集结构的改善而磁通密度提高。另一方面，还记载了这种极低Al材中，铁损劣化而磁特性变得不稳定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4126479号公报
发明内容
如上所述，对于无取向性电磁钢板，为了使其能作为铁废料再利用而降低Al含量则磁特性变得不稳定，这成为了将无取向性电磁钢板回收利用时的课题。本发明提供一种解决该课题的回收利用性优异的无取向性电磁钢板及其制造方法。
为了解决上述课题，发明人等研究了回收利用性优异的无取向性电磁钢板，结果发现在如后所述的极低Al材中，因废料材的利用等而混入Cu的情况下，磁特性会出现大幅不均。进而发现，在此种极低Al材中混入了Cu的钢中，添加Ca对抑制磁特性的不均极为有效，从而实现了本发明。本发明是基于上述见解而确立的。
即，本发明的主旨构成如下。
1.一种无取向性电磁钢板，其特征在于，具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.0050％以下、Si：1.0％～4.0％、Mn：0.10％～3.0％、酸溶铝(Sol.Al)：小于0.0050％、P：大于0.01％且0.20％以下、S：0.0050％以下、N：0.0050％以下、Cu：0.02％以上且小于0.10％以及Ca：0.0005％～0.0100％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
2.根据上述1中记载的无取向性电磁钢板，其特征在于，上述成分组成进一步含有合计为0.01质量％～0.1质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
3.一种无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，对钢坯实施热轧，对得到的热轧板不进行退火而进行酸洗，然后实施冷轧，继而实施最终退火，所述钢坯具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.0050％以下、Si：1.0％～4.0％、Mn：0.10％～3.0％、酸溶铝：小于0.0050％、P：大于0.01％且0.20％以下、S：0.0050％以下、N：0.0050％以下、Cu：0.02％以上且小于0.10％和Ca：0.0005％～0.0100％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，并且，在上述热轧的精轧后，将上述热轧板以650℃以上的温度卷绕成卷材状。
4.根据上述3中记载的无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，上述成分组成进一步含有合计为0.01质量％～0.1质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
根据本发明，可稳定地提供一种回收利用性优异的无取向性电磁钢板，其非常有助于地球环境和资源的保护。
附图说明
图1是表示极低Al材中的Cu对磁特性造成的影响的图。
图2是表示Al添加材中Cu对磁特性造成的影响的图。
图3是表示添加了Ca的极低Al材中的Cu对磁特性造成的影响的图。
图4是表示添加了Ca的Al添加材中的Cu对磁特性造成的影响的图。
具体实施方式
基于实验结果对本发明进行详细说明。
应予说明，关于成分的“％”和“ppm”，只要没有特别说明就意味着“质量％”和“质量ppm”。另外，磁特性是在轧制方向(L)和轧制垂直方向(C)上切出爱泼斯坦试验片，利用JIS C2550中记载的爱泼斯坦法进行测定，以B50(磁化力5000A/m时的磁通密度)和W15/50(磁通密度1.5T、频率50Hz下励磁时的铁损)进行评价。
最初，关于无取向性电磁钢板，为了确认设为极低Al对磁特性的影响，进行了以下的实验。
首先，作为极低Al材，将含有C：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、P：0.04％、Al：0.0005％以下、N：0.002％以及S：0.002％的钢组成的钢出钢8炉，通过热轧设为板厚2.8mm。继而，对该热轧板进行酸洗后冷轧至板厚0.5mm，在20％H2-80％N2气氛中进行1000℃×10s的最终退火。其后，对得到的材料的磁特性，针对每一炉制作试验片并进行调查，结果发现炉间磁特性出现了大幅不均。并且，进行成分分析的结果，磁特性劣化的材料的Cu为0.02％以上，比其它材料高，因此，推测Cu微细析出等而导致了磁特性劣化。
在此，由于在废料源中例如使用洗衣机、空调等电器制品，所以导线的Cu不可避免地包含在废料中。由于近年来废料的作为制铁原料的使用比率在提高，所以认为磁特性劣化的材料中混入有源自废料的Cu。
在此，调查了Cu对磁特性的影响。首先，使作为极低Al材的含有C：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、P：0.04％、Al：0.0005％以下、N：0.002％和S：0.002％的钢，与作为比较的Al添加材的含有C：0.002％、Si：1.3％、Mn：0.5％、P：0.04％、Al：0.3％、N：0.002％和S：0.002％的钢分别在Cu：0.005％～0.04％的范围变化而进行熔炼(均未添加Ca)。其后，利用热轧设为板厚2.8mm。继而，对该热轧板进行酸洗而冷轧至板厚0.5mm，在20％H2-80％N2气氛中进行1000℃×10s的最终退火。将对这些最终退火板的磁特性进行调查的结果示于图1(极低Al+Ca未添加)和图2(Al添加+Ca未添加)。应予说明，图1和2中，(a)表示铁损，(b)表示磁通密度的测定结果。
在图2所示的Al添加材中，Cu增加引起的磁特性的劣化较小。另一方面，在图1所示的极低Al材中，可知若Cu增加则磁特性大幅不均，相同的Cu量中最为劣化时的磁特性非常差。但是，Cu为0.01％左右的材料中，极低Al材磁性比Al添加材的磁特性好。如此，极低Al材中虽具有成为优异特性的电位，但存在Cu增加引起的磁特性的劣化量以及不均大的问题。
该原因虽不明确，但认为如下。即，认为在极低Al材中没有使氮化物粗大化的元素，因而氮化物变得微细，该微细的氮化物与Cu的硫化物之间存在某些相互作用，使特性不均。实际上，极低Al材中，只要充分降低Cu则能够得到良好的特性。因此，极低Al材中降低Cu成为使磁特性稳定化的手段之一。然而，为此需要减少铁废料的使用比率，这有悖于对环境和资源的保护的近年的趋势。
因此，探讨了利用Ca使Cu无害化。
将作为极低Al材(Ca添加)的含有C：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、P：0.04％、Al：0.0005％以下、N：0.002％、S：0.002％、Ca：0.003％的钢和作为用于比较的Al添加材(Ca添加)的含有C：0.002％、Si：1.3％、Mn：0.5％、P：0.04％、Al：0.3％、N：0.002％、S：0.002％和Ca：0.003％的钢，在Cu：0.005～0.04％的范围变化而进行熔炼。其后，利用热轧而设为板厚2.8mm。继而，对该热轧板进行酸洗并冷轧至板厚0.5mm，在20％H2-80％N2气氛中进行1000℃×10s的最终退火。将对这些最终退火板的磁特性进行调查的结果示于图3(极低Al+Ca添加)和图4(Al添加+Ca添加)中。
如图3和图4所示，可知通过Ca的添加而抑制因Cu的增加引起的磁特性的劣化和不均。该效果在图3所示的极低Al材中极为显著，极低Al材不取决于Cu量而得到比Al添加材更好的磁特性。
基于以上见解，可提供通过特别限制Al、Cu和Ca的量，即便为极低Al材也可确实地保证良好的磁特性的、回收利用性优异的无取向性电磁钢板。
接下来，对本发明中将钢成分限定在上述的组成范围的理由进行说明。
C：0.0050％以下
C会使铁损变差，因而越少越好。若C超过0.0050％则铁损增加变得尤其显著，因此将C限定在0.0050％以下。由于C越少越优选，因此下限无需特别限定，但工业规模的生产中降低至小于0.0003％需要大量的成本，因而优选下限设为0.0003％。
Si：1.0％～4.0％
Si具有提高电阻而降低铁损的效果，因而将下限设为1.0％。另一方面，若超过4.0％，则导致轧制性降低，因此将Si量限制在4.0％以下。优选为1.5～3.3％。
Al：小于0.0050％
从用户的废料利用的观点考虑，为了确保废料原料的铸造性，推荐Al小于0.05％，但本发明中，为了通过进一步降低Al而改善聚集结构并提高磁通密度，需要设为小于0.0050％。因此，Al设为小于0.0050％。优选为0.0020％以下。
P：大于0.01％且为0.20％以下
P为对于因微量添加而提高硬度有用的元素。根据用户方的不同而最佳硬度不同，因此在超过0.01％的范围适当地含有P。另一方面，P的过量添加会导致轧制性的降低，因而将P量限制在0.20％以下。优选为0.03～0.10％的范围。
N：0.0050％以下
N与上述C同样地会使磁特性劣化，因而限制在0.0050％以下。由于N越少越优选，所以下限无需特别限定。
S：0.0050％以下
S形成析出物或夹杂物使制品的磁特性劣化，因而越少越好。为了不使磁特性劣化，限制在0.0050％以下。由于S越少越优选，因此下限无需特别限定。
Mn：0.10％～3.0％
Mn与Si同样地为对增加电阻并降低铁损有效的元素。并且，为了防止热脆性需要为0.10％以上。另一方面，若超过3.0％则会因饱和磁通密度的降低而使磁通密度降低，因此上限设为3.0％。优选为0.20～1.0％的范围。
Ca：0.0005％～0.0100％
本发明中，是Cu量高且Al量极低的材料，因此为了磁特性的稳定化而添加Ca。小于0.0005％时该效果不充分，另一方面，若超过0.0100％，则Ca氧化物增加反而铁损劣化，因此设为0.0005％～0.0100％。优选为0.001％～0.005％。
Cu：0.02％以上且小于0.1％
本发明中，为了推进资源的回收利用，期望尽可能提高制铁原料的废料比率。若提高该废料比率，则无取向性电磁钢板的材料中含有0.02％以上的Cu。这是因为废料源中例如使用洗衣机、空调等电器制品，因而导致导线的Cu不可避免地包含在废料中。然而，若Cu为0.1％以上，则即使添加Ca也难以避免特性的劣化，因而上限设为小于0.1％。
除上述基本成分以外，可以根据需要添加合计为0.01％～0.1％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
Sn、Sb：合计为0.01％～0.1％
Sn和Sb均具有改善聚集结构并提高磁特性的效果。为了得到该效果，可单独添加或复合添加Sb和Sn。不论哪种情况，优选添加合计为0.01％以上。另一方面，若过量添加则钢会脆化，钢板制造中的板断裂或结疤增加，因而不论单独或复合添加Sn和Sb的哪种情况，优选合计为0.1％以下。更优选为0.02～0.08％的范围。
除以上成分以外的剩余部分为铁和不可避免的杂质，作为不可避免的杂质，有V≤0.004％、Nb≤0.004％、B≤0.0005％、Ni≤0.05％、Cr≤0.05％、Ti≤0.002％等。
接下来，对依据本发明的制造方法进行叙述。
在本发明的无取向性电磁钢板的制造中，在省略热轧板退火的情况下需要限制热轧后的线圈卷绕温度，除此以外，可使用一般的无取向性电磁钢板中使用的工序和设备来实施。
例如，将转炉或电炉等中熔炼为规定成分组成的钢利用脱气设备进行二次精炼、铸造后，进行热轧。可以进行热轧后的热轧板退火但并非必须进行。从充分产生再结晶的观点考虑，实施热轧板退火时的退火温度优选为800℃以上，从制造成本的观点考虑，优选设为1200℃以下。应予说明，从抑制制造成本的观点考虑，省略热轧板退火更为有利。接着，经由酸洗、冷轧、最终退火及绝缘被膜形成等工序而能够制造。
在此，尤其在省略热轧板退火时，需要将热轧后的线圈卷绕温度设为650℃以上。若冷轧前的钢板没有充分再结晶，则会产生起筋、磁特性劣化，因此需要在省略热轧板退火时将卷绕温度设为650℃以上来促进再结晶化。优选为670℃以上。
应予说明，进行热轧板退火时，可以将卷绕温度设为650℃以上。
上述热轧板的厚度没有特别限制，但优选为1.5～3.0mm，进一步优选为1.7～2.8mm。这是因为小于1.5mm时热轧下的轧制问题增加，另一方面，超过3.0mm时冷轧压下率增加而聚集结构劣化。同样地，冷轧板的厚度没有特别限制，但优选为0.20～0.50mm。这是因为小于0.20mm时，生产率降低，另一方面，超过0.50mm时铁损降低效果小。
上述冷轧可以为板温200℃左右的温轧。接着，上述最终退火的均热温度优选设为700℃～1150℃。这是因为退火的均热温度小于700℃时存在再结晶无法充分进行而磁特性大幅劣化的情况，除此以外，有可能无法充分发挥连续退火中的板形状的矫正效果。另一方面，若超过1150℃则可能晶粒极为粗大化，尤其高频区域的铁损会增加。
实施例
将铁水在转炉中吹炼后进行脱气处理，由此调整为表1所示的成分组成，然后使用连续铸造机铸造钢坯，将钢坯以1120℃加热1小时后，进行直至板厚2.8mm的热轧。该热轧中的精轧温度为900℃，以680℃进行卷绕。其后，该热轧后不实施热轧板退火而进行酸洗，实施冷轧直至板厚：0.50mm后，以980℃进行10秒的最终退火。
但是，就钢种F和C2而言，将热轧后的卷绕温度设为550℃，进而对钢种C2在热轧后以连续退火实施均热温度1000℃、均热时间30秒的热轧板退火。另外，钢种H在热轧时产生裂纹，因而未实施热轧以后的工序。其后的冷轧中，钢种M和钢种G发生断裂，钢种F发生起筋，因而未实施冷轧以后的工序。
进而，对得到的制品板的磁特性进行调查。就磁特性而言，在轧制方向(L)和轧制垂直方向(C)切出爱泼斯坦试验片，利用JIS C2550中记载的爱泼斯坦法进行测定，并用B50(磁化力：5000A/m时的磁通密度)和W10/400(磁通密度：1.0T，频率：400Hz下激磁时的铁损)进行评价。
将得到的结果一并记于表1。
如表1所示，在依据本发明制造的情况下，没有热轧和冷轧中的断裂且可得到良好的磁特性。

Claims (4)

1.一种无取向性电磁钢板，其特征在于，具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.0050％以下、Si：1.0％～4.0％、Mn：0.10％～3.0％、酸溶铝：小于0.0050％、P：大于0.01％且0.20％以下、S：0.0050％以下、N：0.0050％以下、Cu：0.02％以上且小于0.10％和Ca：0.0005％～0.0100％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的无取向性电磁钢板，其特征在于，所述成分组成进一步含有合计为0.01质量％～0.1质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
3.一种无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，对钢坯实施热轧，对得到的热轧板不进行退火而进行酸洗，然后实施冷轧，进而实施最终退火，所述钢坯具有如下成分组成：以质量％计，含有C：0.0050％以下、Si：1.0％～4.0％、Mn：0.10％～3.0％、酸溶铝：小于0.0050％、P：大于0.01％且0.20％以下、S：0.0050％以下、N：0.0050％以下、Cu：0.02％以上且小于0.10％和Ca：0.0005％～0.0100％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，
并且，在所述热轧的精轧后，将所述热轧板以650℃以上的温度卷绕成卷材状。
4.根据权利要求3所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述成分组成进一步含有合计为0.01质量％～0.1质量％的选自Sn和Sb中的1种或2种。
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