CN107849632A - 磁特性优异的无方向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种无方向性电磁钢板的制造方法，由如下一系列工序构成：对具有如下成分组成的板坯进行热轧，不实施热轧板退火或者在实施热轧板退火或自退火后，进行酸洗，实施1次或夹着中间退火的2次以上的冷轧，进行最终退火，被覆绝缘被膜，上述成分组成含有C：0.01质量％以下、Si：6质量％以下、Mn：0.05～3质量％、P：0.2质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.005质量％以下、S：0.01质量％以下、Ga：0.0005质量％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，其中，通过使上述最终退火的加热过程中的500～800℃间的平均升温速度为50℃/秒以上，从而即便省略热轧板退火，也得到具有优异的磁特性的无方向性电磁钢板。

Description

磁特性优异的无方向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种无方向性电磁钢板的制造方法，具体而言，涉及一种磁特性优异的无方向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
无方向性电磁钢板是作为旋转机械等的铁芯材料广泛使用的软磁性材料中的一种。近年来，在节能化的趋势中，对电气设备的效率提高、小型·轻量化等要求提高，铁芯材料的磁特性的提高变得越来越重要。
无方向性电磁钢板通常通过对含有硅的钢坯材(板坯)进行热轧，根据需要进行热轧板退火、冷轧、最终退火而制造。为了实现优异的磁特性，需要在最终退火后的阶段得到磁特性理想的集合组织，因此认为热轧板退火是必需的。
但是，追加热轧板退火的工序存在不仅制造天数变长、而且导致制造成本上升的问题。特别是，最近，随着对电磁钢板的需要增加，生产率的提高或制造成本的减少开始受到重视，省略热轧板退火的技术开发正在积极进行。
作为省略热轧板退火的技术，例如，在专利文献1中公开了如下技术：通过将S量减少到0.0015质量％以下来提高晶粒生长性，添加Sb和Sn来抑制表层的氮化，进一步通过在热轧时进行高温卷取，从而使影响磁通密度的热轧板的晶体粒径粗大化来实现磁特性的提高。
另外，在专利文献2中公开了一种与无方向性电磁钢板的制造方法相关的技术，即通过控制合金成分元素，使热轧条件最佳化，利用钢的相变来控制热轧组织，从而即便不进行热轧板退火，也降低铁损，提高磁通密度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-273549号公报
专利文献2：日本特表2008-524449号公报
发明内容
然而，专利文献1中公开的技术需要将S量减少至极微量，因此制造成本(脱硫成本)上升。另外，在专利文献2的技术中，对钢成分或热轧条件的制约较多，存在难以实际制造的问题。
本发明是鉴于以往技术所存在的上述问题点而进行的，其目的在于提供一种即便省略热轧板退火、也具有优异的磁特性的无方向性电磁钢板的便宜的制造方法。
发明人等为了解决上述课题，着眼于钢坯材中不可避免地含有的杂质对磁特性造成的影响而反复进行了深入研究。其结果发现通过在不可避免的杂质中特别是将Ga减少至极微量，或者进一步将Al减少至极微量，即便省略热轧板退火时也能够大幅提高磁通密度或铁损，从而开发出本发明。
即，本发明是一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，由如下一系列工序构成：将具有如下成分组成的板坯热轧，不实施热轧板退火或者在实施热轧板退火或自退火后，进行酸洗、1次或夹着中间退火的2次以上的冷轧，进行最终退火，被覆绝缘被膜，上述成分组成含有C：0.01质量％以下、Si：6质量％以下、Mn：0.05～3质量％、P：0.2质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.005质量％以下、S：0.01质量％以下、Ga：0.0005质量％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，其中，使上述最终退火的加热过程中的500～800℃间的平均升温速度为50℃/秒以上。
本发明的无方向性电磁钢板的制造方法的特征在于，上述板坯的成分组成中的Al的含量为0.005质量％以下。
另外，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法中使用的上述板坯的特征在于，除上述成分组成以外，进一步含有选自Sn：0.01～0.2质量％和Sb：0.01～0.2质量％中的1种或2种。
另外，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法中使用的上述板坯的特征在于，除上述成分组成以外，进一步含有选自Ca：0.0005～0.03质量％、REM：0.0005～0.03质量％和Mg：0.0005～0.03质量％中的1种或2种以上。
另外，本发明的上述无方向性电磁钢板的特征在于，除上述成分组成以外，进一步含有选自Ni：0.01～2.0质量％、Co：0.01～2.0质量％、Cu：0.03～5.0质量％和Cr：0.05～5.0质量％中的1种或2种以上。
根据本发明，即便省略热轧板退火，也能够制造磁特性优异的无方向性电磁钢板，因此能够便宜地且在短期内提供磁特性优异的无方向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示Ga含量对磁通密度B50造成的影响的图。
图2是表示Al含量对磁通密度B50造成的影响的图。
图3是表示最终退火中的平均升温速度对磁通密度B50造成的影响的图。
具体实施方式
首先，对成为开发本发明的契机的实验进行说明。
＜实验1＞
发明人等为了开发出即便省略热轧板退火、磁特性也优异的无方向性电磁钢板，对作为不可避免的杂质的Ga的含量对磁通密度造成的影响进行了调查。
将含有C：0.0025质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.25质量％、P：0.01质量％、N：0.002质量％、S：0.002质量％并以0.2质量％和0.002质量％这2个水平含有Al的成分体系作为基材，使Ga在tr.(trace，极微量)～0.002质量％的范围作各种改变而添加到其中，以实验室方法对以上得到的钢进行熔解，铸造成钢块，进行热轧而制成板厚3.0mm的热轧板后，实施相当于卷取温度750℃的热处理。接下来，不实施热轧板退火而对上述热轧板进行酸洗，进行冷轧而制成板厚0.50mm的冷轧板后，在20vol％H2-80vol％N2气氛下实施1000℃×10秒的最终退火。应予说明，最终退火中的500～800℃间的平均升温速度为70℃/秒。
利用25cm爱泼斯坦装置对如上所述得到的最终退火后的钢板的磁通密度B50进行测定，将其结果示于图1。
根据该结果，可知Ga的含量为0.0005质量％以下，磁通密度B50急剧提高，以及因上述Ga减少所致的磁通密度提高效果在Al含量为0.002质量％时比Al含量为0.2质量％时大。
＜实验2＞
因此，发明人等进行了调查Al含量对磁通密度造成的影响的实验。
将含有C：0.0025质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.25质量％、P：0.01质量％、N：0.002质量％、S：0.002质量％以及将Ga减少至0.0002质量％的成分体系作为基材，使Al在tr.(trace，极微量)～0.01质量％的范围作各种改变而添加到其中，以实验室方法对以上得到的钢进行熔解，与上述的＜实验1＞同样地利用25cm爱泼斯坦装置对最终退火后的钢板的磁通密度B50进行测定。
图2是对于上述的测定结果、表示成Al含量与磁通密度B50的关系的图。根据该图，可知Al的含量为0.005质量％以下，磁通密度提高。
根据上述的实验结果，可知通过将Ga含量减少至0.0005质量％以下，进一步通过使Al含量为0.005质量％以下，而且将Ga含量减少至0.0005质量％以下，能够明显提高磁通密度。
因减少Ga或Al的含量而使磁通密度大幅提高的理由目前尚不完全明确，但推断是因为减少Ga而使材料的再结晶温度降低，导致热轧中的再结晶行为变化，改善了热轧板的集合组织。特别是，Al为0.005质量％以下时磁通密度大幅提高的理由是由于减少Ga、Al而使晶界的迁移率变化，促进了有利于磁特性的结晶方位的生长。
＜实验3＞
接下来，发明人等进行了调查最终退火中的升温速度对磁通密度造成的影响的实验。
以实验室方法对含有C：0.0025质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.25质量％、P：0.01质量％、N：0.002质量％、S：0.002质量％、Al：0.002质量％、进一步以0.0001质量％和0.001质量％这2个水平含有Ga的钢进行熔解，与上述＜实验1＞同样地利用25cm爱泼斯坦装置对最终退火后的钢板的磁通密度B50进行测定。此时，使最终退火中的500℃～800℃的平均升温速度在20～300℃/秒的范围进行各种改变。
图3是对于上述的测定结果以最终退火中的平均升温速度与磁通密度B50的关系进行表示的图。根据该图，可知使Ga为0.001质量％的钢板无论升温速度如何，磁通密度B50几乎一定，但将Ga减少到0.0001质量％的钢板在升温速度为50℃/秒以上时磁通密度B50提高。根据上述实验的结果，可知通过使Ga含量为0.0005质量％以下，使Al含量为0.005质量％以下，而且使最终退火中的平均升温速度为50℃/秒以上，能够进一步提高磁通密度。通过减少Ga且提高升温速度而使磁通密度大幅提高的理由目前尚不完全明确，但认为是由于因迅速加热而被促进的{110}晶粒、{100}晶粒的再结晶会因为Ga的减少而进一步被促进，易磁化轴的方位晶粒增加。
本发明是基于上述的新见解而开发的。
接下来，对在本发明的无方向性电磁钢板的制造中使用的板坯具有的所有成分组成进行说明。
C：0.01质量％以下
C因引起产品板中的磁时效而限制为0.01质量％以下。优选为0.005质量％以下，更优选为0.003质量％以下。
Si：6质量％以下
Si是提高钢的固有电阻、有效降低铁损的元素，因此优选含有1质量％以上。但是，如果添加超过6质量％，则明显脆化而难以进行冷轧，因此上限为6质量％。优选为1～4质量％，更优选为1.5～3质量％的范围。
Mn：0.05～3质量％
Mn是有效防止热轧时的红热脆性的元素，因此需要含有0.05质量％以上。但是，如果超过3质量％，则冷轧性降低，或者导致磁通密度降低，因此上限为3质量％。优选为0.05～1.5质量％，更优选为0.2～1.3质量％的范围。
P：0.2质量％以下
P是因固溶强化能力优异而对调整硬度、改善冲裁加工性有效的元素，因而可以添加。但是，如果超过0.2质量％，则脆化明显，因此上限为0.2质量％。优选为0.15质量％以下，更优选为0.1质量％以下。
S：0.01质量％以下
S是生成MnS等硫化物而增加铁损的有害元素，因此将上限限制为0.01质量％。优选为0.005质量％以下，更优选为0.003质量％以下。
Al：2质量％以下
Al是对提高钢的比电阻而降低涡流损耗有效的元素，因此可以添加。但是，如果超过2.0质量％，则冷轧性降低，因此上限为2.0质量％。
但是，为了进一步享有因Ga减少所致的磁特性的提高效果，减少至0.005质量％以下是有效的，更优选为0.001质量％以下。
N：0.005质量％以下
N是生成氮化物而增加铁损的有害元素，因此使上限为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。
Ga：0.0005质量％以下
Ga是即使微量也会对热轧板集合组织造成严重不良影响的本发明中最重要的元素。为了抑制上述不良影响，需要为0.0005质量％以下。优选为0.0003质量％以下，更优选为0.0001质量％以下。
在本发明的无方向性电磁钢板的制造中使用的板坯以改善磁特性为目的，除上述成分以外，可以进一步在Sb：0.01～0.2质量％、Sn：0.01～0.2质量％的范围含有选自Sn和Sb中的1种或2种。
Sb和Sn都是因改善产品板的集合组织而对提高磁通密度有效的元素。上述的效果在添加0.01质量％以上时得到。但是，如果超过0.2质量％，则上述效果饱和。因此，添加上述元素时，分别优选为0.01～0.2质量％的范围。更优选为Sb：0.02～0.15质量％、Sn：0.02～0.15质量％的范围。
在本发明的无方向性电磁钢板的制造中使用的板坯除上述成分以外，可以进一步在Ca：0.0005～0.03质量％、REM：0.0005～0.03质量％和Mg：0.0005～0.03质量％的范围含有选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。
Ca、REM和Mg都是因固定S、抑制硫化物的微细析出而对降低铁损有效的元素。为了得到该效果，需要分别添加0.0005质量％以上。但是，即使添加超过0.03质量％，上述效果也饱和。因此，添加Ca、REM和Mg时，优选分别为0.0005～0.03质量％的范围。更优选分别为0.001～0.01质量％的范围。
另外，本发明的无方向性电磁钢板除上述成分以外，可以进一步在Ni：0.01～2.0质量％、Co：0.01～2.0质量％、Cu：0.03～5.0质量％和Cr：0.05～5.0质量％的范围含有选自Ni、Co、Cu和Cr中的1种或2种以上。Ni、Co、Cu和Cr都是因增加钢的比电阻而对降低铁损有效的元素。为了得到该效果，Ni、Co优选分别添加0.01质量％以上，Cu优选添加0.03质量％以上，Cr优选添加0.05质量％以上。但是，如果Ni、Co添加超过2.0质量％，另外Cu、Cr添加超过5.0质量％，则合金成本上升。因此，添加Ni、Co时优选分别在0.01～2.0质量％的范围添加，添加Cu时优选在0.03～5.0质量％的范围添加，添加Cr时优选在0.05～5.0质量％的范围添加。更优选为Ni：0.03～1.5质量％、Co：0.03～1.5质量％、Cu：0.05～3.0质量％和Cr：0.1～3.0质量％的范围。
在本发明的无方向性电磁钢板的制造中使用的板坯的除上述成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。但是，只要是不阻碍本发明的效果的范围内，并不排除含有其它成分。
接下来，对本发明的无方向性电磁钢板的制造方法进行阐述。
本发明的无方向性电磁钢板只要使用Ga和Al的含量为上述范围内的材料作为其制造中使用的钢坯材，就可以使用公知的无方向性电磁钢板的制造方法进行制造，例如可以通过以下方法进行制造：利用转炉或电炉等来熔炼钢，进一步在用真空脱气设备等进行二次精炼的精炼工序中调整成上述成分组成，将上述成分组成的钢利用铸锭-开坯轧制法或连续铸造法制成钢坯材(板坯)后，进行热轧、酸洗、冷轧、最终退火，对绝缘被膜进行涂布·烧结。
应予说明，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法即使省略热轧后的热轧板退火，也能够得到优异的磁特性，但可以实施热轧板退火，此时的均热温度优选为900～1200℃的范围。均热温度小于900℃时，无法充分得到热轧板退火的效果，因此得不到进一步提高磁特性的效果。另一方面，是因为如果超过1200℃，则热轧板的粒径过于粗大，有可能在冷轧时发生裂纹或断裂，而且在成本方面也不利。
另一方面，在省略热轧板退火的情况下，可以提高热轧后的卷材卷取温度，使其进行自退火。从使冷轧前的钢板、即从使热轧板充分再结晶的观点考虑，该情况下的卷材卷取温度优选为650℃以上。更优选为670℃以上。
另外，由热轧板制成产品板厚(最终板厚)的冷轧板的冷轧可以为1次或夹有中间退火的2次以上，特别是使制成最终板厚的最终冷轧为在板温200℃左右的温度下进行的温轧，提高磁通密度的效果较大，因此只要在设备上或生产限制上、成本上没有问题，就优选采用。
对制成最终板厚的冷轧板实施的最终退火优选以900～1150℃的温度均热5～60秒的连续退火。均热温度小于900℃时，无法充分进行再结晶而得不到良好的磁特性。另一方面，是因为如果超过1150℃，则晶粒粗大化，特别是在高频区域的铁损增加。更优选的均热温度为950～1100℃的范围。
这里，本发明中重要的是在上述最终退火中必须进行使加热过程的500℃～800℃间的平均升温速度为50℃/秒以上的迅速加热。这是因为得到如下效果：因迅速加热而被促进的{110}晶粒、{100}晶粒的再结晶因Ga的减少而进一步被促进，易磁化轴的方位晶粒增加。优选为100℃/秒以上，更优选为150℃/秒以上。
应予说明，对于迅速加热的方法没有特别限制，例如可以使用直接通电加热法或感应加热法等。
对于上述最终退火后的钢板，为了提高层间电阻而降低铁损，其后优选在钢板表面被覆绝缘被膜。特别是，在要确保良好的冲裁性的情况下，优选应用含有树脂的半有机的绝缘被膜。
对于被覆有绝缘被膜的无方向性电磁钢板，使用者可以进一步实施去应力退火后使用，也可以不实施去应力退火而直接使用。另外，使用者还可以在实施冲裁加工后实施去应力退火。应予说明，上述去应力退火一般在750℃×2hr左右的条件下进行。
实施例1
在转炉-真空脱气处理的精炼工序中，熔炼成具有表1中示出的成分组成的No.1～22的钢，利用连续铸造法制成板坯后，将该板坯在1140℃下加热1hr后，利用使终轧温度为900℃的热轧而制成板厚3.0mm的热轧板，以750℃的温度卷取成卷材。接着，不实施热轧板退火而对上述卷材进行酸洗后，通过1次冷轧而制成板厚0.5mm的冷轧板，实施使均热条件为1000℃×10秒的最终退火，制成无方向性电磁钢板。最终退火中的升温速度为70℃/秒。
从如上得到的钢板中采取30mm×280mm的爱泼斯坦试验片，利用25cm爱泼斯坦装置测定铁损W15/50和磁通密度B50，将其结果一并记载于表1中。
根据表1，可知通过将钢坯材(板坯)的成分组成和最终退火中的升温速度控制在本发明的范围内，即便省略热轧板退火，也能够得到磁特性优异的无方向性电磁钢板。
[表1]
实施例2
在转炉-真空脱气处理的精炼工序中熔炼成具有表1中示出的成分组成的No.23～32的钢，利用连续铸造法制成板坯后，将该板坯在1140℃下加热1hr后，利用使终轧温度为900℃的热轧而制成板厚3.0mm的热轧板，以750℃的温度卷取成卷材。接着，不实施热轧板退火而对上述卷材进行酸洗后，通过1次冷轧而制成板厚0.5mm的冷轧板，实施使均热条件为1000℃×10秒的最终退火，制成无方向性电磁钢板。最终退火中的500℃～800℃的平均升温速度在20～300℃/秒的范围进行各种改变。
从如上得到的钢板中采取30mm×280mm的爱泼斯坦试验片，利用25cm爱泼斯坦装置测定铁损W15/50和磁通密度B50，将其结果一并记载于表1中。
根据表1和2，可知通过将钢坯材(板坯)的成分组成控制在本发明的范围内，或者将钢坯材(板坯)的成分组成和最终退火中的升温速度控制在本发明的范围内，即便省略热轧板退火，也能够得到磁特性优异的无方向性电磁钢板。
[表2]

Claims (5)

1.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，由如下一系列工序构成：
将具有如下成分组成的板坯热轧，不实施热轧板退火，或者在实施热轧板退火或自退火后，进行酸洗、1次或夹着中间退火的2次以上的冷轧，进行最终退火，被覆绝缘被膜，所述成分组成含有C：0.01质量％以下、Si：6质量％以下、Mn：0.05～3质量％、P：0.2质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.005质量％以下、S：0.01质量％以下、Ga：0.0005质量％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
其中，使所述最终退火的加热过程中的500～800℃间的平均升温速度为50℃/秒以上。
2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯的成分组成中的Al的含量为0.005质量％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，所述板坯除所述成分组成以外，进一步含有选自Sn：0.01～0.2质量％和Sb：0.01～0.2质量％中的1种或2种。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的无方向性电磁钢板的制造方法，所述板坯除所述成分组成以外，进一步含有选自Ca：0.0005～0.03质量％、REM：0.0005～0.03质量％和Mg：0.0005～0.03质量％中的1种或2种以上。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述板坯除所述成分组成以外，进一步含有选自Ni：0.01～2.0质量％、Co：0.01～2.0质量％、Cu：0.03～5.0质量％和Cr：0.05～5.0质量％中的1种或2种以上。
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