CN108474070B - 无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供即使在逆变器励磁下铁损也优良、能够适合用作电动机的铁芯的无取向性电磁钢板。一种无取向性电磁钢板，其具有特定的成分组成，平均结晶粒径r为40～120μm，结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的总面积相对于钢板的截面积的面积率R为2％以上，并且，上述平均结晶粒径r(μm)和上述面积率R(％)满足下述(1)式的条件。R＞‑2.4×r+200…(1)。

Description

无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及用作电动机的铁芯时由逆变器的开关产生的高次谐波所引起的铁损的增加极小的无取向性电磁钢板(non-oriented electrical steel sheet)。另外，本发明涉及具有上述特性的无取向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
电磁钢板是以往以来被广泛用作电动机、变压器等的铁芯材料的材料。近年来，从环境问题、降低成本的观点出发，在各个领域中节能化都受到关注，强烈要求电磁钢板的低铁损化。
在电动机的领域中，以往利用正弦交变电流使电动机驱动，但为了高效率化，基于使用逆变器的PWM(脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation)控制的电动机的驱动正在普及。但是，在使用逆变器的PWM控制中，已知由于逆变器的开关所引起的高次谐波发生叠加，因此铁芯中的能量消耗增加。因此，对于用于电动机的无取向性电磁钢板而言，正在进行考虑到逆变器励磁下的磁特性的材料开发。
例如，在专利文献1中公开了：通过将无取向性电磁钢板的板厚控制为0.3～0.6mm、将表面粗糙度Ra控制为0.6μm以下、将电阻率控制为40～75μΩ·cm、将结晶粒径控制为40～120μm，来改善作为逆变器控制压缩机电动机使用时的效率。
另外，在专利文献2中公开了一种无取向性电磁钢板，其含有1.5～20质量％的Cr和2.5～10质量％的Si，板厚为0.01～0.5mm。根据专利文献2所公开的技术，通过添加Cr，能够防止因存在大量的Si而引起的脆化，能够制造适合于高频励磁下的用途的无取向性电磁钢板。
在专利文献3中公开了含有规定量的Mo的无取向性电磁钢板，在专利文献4中公开了含有规定量的W的无取向性电磁钢板。根据专利文献3、4所公开的技术，通过添加适当量的Mo、W，即使在Cr存在的情况下，也能够抑制因Cr化合物的析出引起的铁损的降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-025554号公报
专利文献2：日本特开2001-279403号公报
专利文献3：日本特开2002-294417号公报
专利文献4：日本专利第4860783号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，在专利文献1所公开的技术中，为了提高电阻率而添加大量Si等元素，结果存在钢板发生脆化这样的问题。另外，为了进一步低铁损化而需要使板厚变薄，但是，使板厚变薄时，存在制造途中的断裂、电动机铁芯加工时的破裂的风险升高这样的问题。
另外，在专利文献2所公开的技术中，虽然能够抑制因Si引起的脆化，但存在由于Cr化合物析出而使铁损增加这样的问题。
在专利文献3、4所记载的技术中，虽然通过添加Mo、W而能够抑制Cr化合物的析出，但存在合金成本升高这样的问题。
此外，除了上述方面以外，在专利文献1～4所公开的现有技术中，还存在如下问题：使用逆变器时的高次谐波所引起的磁特性劣化大，根据励磁条件使得电动机的效率显著降低。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供即使在逆变器励磁下铁损也优良、能够适合用作电动机的铁芯的无取向性电磁钢板。另外，本发明的目的在于提供具有上述特性的无取向性电磁钢板的制造方法。
用于解决问题的方法
本发明人为了解决上述问题而进行了研究，结果得出如下见解：通过将无取向性电磁钢板的结晶粒径控制为适当，能够降低逆变器励磁下的铁损。以下对用于得到上述见解而进行的实验的一例进行说明。
将以质量％计含有C：0.0013％、Si：3.0％、Mn：1.4％、Sol.Al：1.5％、P：0.2％、Ti：0.0006％、S：0.001％和As：0.0006％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢水在实验室熔化，进行浇铸，从而得到钢原材。对上述钢原材依次实施下述(1)～(5)的处理，制作出无取向性电磁钢板。
(1)至板厚2.0mm的热轧、
(2)由下述(2-1)和(2-2)构成的热轧板退火(hot band annealing)
(2-1)均热温度为1000℃、均热时间为200秒的第一均热处理、
(2-2)均热温度为1150℃、均热时间为3秒的第二均热处理、
(3)酸洗、
(4)至板厚0.35mm的冷轧、和
(5)最终退火(final annealing)。
上述最终退火在600～1100℃的各种温度下进行，由此制作出具有各种平均结晶粒径的多个无取向性电磁钢板。另外，上述最终退火时的加热在加热速度为10℃/秒的条件A和加热速度为200℃/秒的条件B这两种条件下进行。以下，将条件A下得到的无取向性电磁钢板称为组A，将条件B下得到的无取向性电磁钢板称为组B。上述最终退火时的气氛设定为H2：N2＝2：8、露点-20℃(PH2O/PH2＝0.006)。
使用所得到的各个无取向性电磁钢板(最终退火板)，通过下述步骤制作出磁特性评价用的环试验片。首先，将上述无取向性电磁钢板利用线切割加工成外径110mm、内径90mm的环状。将切割后的上述无取向性电磁钢板层叠20张，进一步实施120匝的初级绕组和100匝的次级绕组，由此制成环试验片。
接着，在正弦波励磁下和逆变器励磁下这两种条件下对上述环试验片的磁特性进行评价。励磁条件设定为最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4。
将正弦波励磁下的磁特性示于图1中，将逆变器励磁下的磁特性示于图2中。另外，将铁损增加率Winc与平均结晶粒径的关系示于图3中。在此，铁损增加率是用逆变器励磁下的铁损与正弦波励磁下的铁损之差相对于正弦波励磁下的铁损的比率表示的值，对其定义的详细之后进行说明。
由图1～3可知，在正弦波励磁下，对于组A、B中任一个无取向性电磁钢板而言，铁损都随着结晶粒径的增加而减少。另一方面，在逆变器励磁下，与正弦波励磁下的情况相比，铁损较大。另外，在平均结晶粒径小的区域中，与正弦波励磁下的结果同样，铁损随着结晶粒径的增加而减少，但在平均结晶粒径为特定的值以上的区域中，铁损随着平均结晶粒径的增加而一起增加。另外，组B的无取向性电磁钢板在正弦波励磁下具有与组A的无取向性电磁钢板同等程度的铁损，但在逆变器励磁下显示出比组A的无取向性电磁钢板小的铁损。
另外，组B的无取向性电磁钢板的平均结晶粒径显示出比在相同退火温度下得到的组A的无取向性电磁钢板小的倾向。进一步对结晶粒径的分布进行了研究，结果发现，在组B的无取向性电磁钢板中混合存在有粗大的晶粒和微细晶粒，例如，在平均结晶粒径为约100μm的情况下也存在大量粒径为60μm以下的晶粒。
组B的无取向性电磁钢板的逆变器励磁下的铁损低于组A的无取向性电磁钢板的详细机理现在还不清楚。但是，对结晶粒径的分布与逆变器励磁下的铁损的关系进一步进行了调查，结果发现，存在大量结晶粒径为板厚的1/6以下的微细晶粒时，逆变器励磁下的一次电流的最大值减小，铁损得以改善。由此想到，通过将结晶粒径控制为适当的范围，能够降低逆变器励磁下的铁损。
本发明基于上述见解，其主旨构成如下所述。
1.一种无取向性电磁钢板，其具有以质量％计含有C：0.005％以下、Si：4.5％以下、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：2.0％以下、P：0.2％以下、Ti：0.007％以下、S：0.005％以下、以及选自As和Pb中的一种或两种：合计0.0005～0.005％、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，
平均结晶粒径r为40～120μm，
结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的总面积相对于钢板的截面积的面积率R为2％以上，并且，上述平均结晶粒径r(μm)和上述面积率R(％)满足下述(1)式的条件。
R＞-2.4×r+200…(1)
2.如上述1所述的无取向性电磁钢板，其中，上述成分组成以质量％计还含有选自Sn：0.01～0.2％和Sb：0.01～0.2％中的一种或两种。
3.如上述1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，上述成分组成以质量％计还含有选自REM：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％和Ca：0.0005～0.005％中的一种或两种以上。
4.如上述1～3中任一项所述的无取向性电磁钢板，其中，板厚为0.35mm以下。
5.如上述1～4中任一项所述的无取向性电磁钢板，其中，利用对磁路截面积为70mm2的环试验片实施初级匝数为120匝、次级匝数为100匝的绕组而得到的环试验片，由利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损Winv与利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损Wsin计算的铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin为100％以下。
6.一种无取向性电磁钢板的制造方法，其包括：
准备具有以质量％计含有C：0.005％以下、Si：4.5％以下、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：2.0％以下、P：0.2％以下、Ti：0.007％以下、S：0.005％以下以及选自As和Pb中的一种或两种的合计：0.0005～0.005％、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢坯；
将上述钢坯进行热轧而制成热轧板；
对上述热轧板实施由在均热温度为800～1100℃、均热时间为5分钟以下的条件下进行的第一均热处理和在均热温度为1150～1200℃、均热时间为5秒以下的条件下进行的第二均热处理构成的热轧板退火；
将实施了上述热轧板退火后的热轧板通过一次冷轧或夹有中间退火的两次以上的冷轧制成具有最终板厚的钢板；
对上述冷轧后的钢板实施最终退火，
上述最终退火中，400～740℃的加热速度为30～300℃/秒。
7.如上述6所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，上述成分组成以质量％计还含有选自Sn：0.01～0.2％和Sb：0.01～0.2％中的一种或两种。
8.如上述6或7所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，上述成分组成以质量％计还含有选自REM：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％和Ca：0.0005～0.005％中的一种或两种以上。
发明效果
根据本发明，能够得到即使在逆变器励磁下铁损也优良、能够适合用作电动机的铁芯的无取向性电磁钢板。
附图说明
图1是示出正弦波励磁下的铁损与平均结晶粒径的关系的图。
图2是示出逆变器励磁下的铁损与平均结晶粒径的关系的图。
图3是示出铁损增加率Winc与平均结晶粒径的关系的图。
图4是示出逆变器励磁下铁损良好的、面积率R与平均结晶粒径r的范围的图。
具体实施方式
[成分组成]
在本发明中，重要的是无取向性电磁钢板及其制造中所使用的钢坯具有上述成分组成。因此，首先对成分组成的限定原因进行说明。需要说明的是，只要没有特别声明，关于成分的“％”表示是指“质量％”。
C：0.005％以下
C含量大于0.005％时，铁损因磁时效而降低。因此，C含量设定为0.005％以下。C含量更优选设定为0.0020％以下，更优选设定为0.0015％以下。另一方面，C含量的下限没有特别限定，但过度的降低会导致精炼成本的增大，因此，优选设定为0.0005％以上。
Si：4.5％以下
Si是具有使钢的电阻率增加、降低铁损的效果的元素。在逆变器励磁下，涡流损耗(eddy current loss)的比率大于正弦波励磁下的情况，因此认为，与正弦波励磁下所使用的材料相比提高电阻率是有效的。但是，Si含量大于4.5％时，板变脆，在冷轧时容易断裂。因此，Si含量设定为4.5％以下。需要说明的是，Si含量优选设定为4.0％以下，更优选设定为3.7％以下。另一方面，关于Si含量的下限没有特别限定，从提高Si的添加效果的观点出发，优选将Si含量设定为2.5％以上，更优选设定为3.0％以上。
Mn：0.02～2.0％
Mn是具有通过与S结合而降低钢的热脆性的效果的元素。
另外，通过增加Mn含量，能够使MnS等析出物粗大化而改善晶粒生长性。此外，Mn还具有使电阻率增加、降低铁损的效果。为了得到上述效果，将Mn含量设定为0.02％以上。Mn含量优选设定为0.05％以上，更优选设定为0.10％以上，进一步优选设定为0.30％以上。另一方面，即使添加大于2.0％的Mn，也无法期望效果进一步升高，而且成为成本上升的原因，因此，Mn含量设定为2.0％以下。Mn含量优选设定为1.8％以下，更优选设定为1.6％以下，进一步优选设定为1.4％以下。
Sol.Al：2.0％以下
Al是通过以AlN的形式析出而具有抑制附近的晶粒生长从而残留微细的晶粒的效果的元素。此外，Al还具有使电阻率增加、降低铁损的效果。但是，即使添加量大于2.0％，也无法期望效果进一步升高。因此，Al含量设定为2.0％以下。需要说明的是，Al含量优选设定为1.5％以下，更优选设定为1.2％以下。另一方面，Al含量的下限没有特别限定，从使电阻率增加的观点出发，优选设定为0.0010％以上，更优选设定为0.01％以上，进一步优选设定为0.10％以上。
P：0.2％以下
P是在热轧板退火时发生晶界偏析而具有改善最终退火板的织构的效果的元素。但是，即使添加量大于0.2％，也无法期望效果进一步升高，而且板变脆，在冷轧时容易断裂。因此，将P含量设定为0.2％以下。需要说明的是，P含量优选设定为0.1％以下，更优选设定为0.010％以下。另一方面，P含量的下限没有特别限定，从提高P的添加效果的观点出发，优选将P含量设定为0.001％以上，更优选设定为0.004％以上。
Ti：0.007％以下
Ti具有使回复/再结晶延迟、增加{111}取向晶粒的作用，是使磁通密度降低的有害元素。Ti含量大于0.007％时，不良影响变得显著，因此，Ti含量设定为0.007％以下。Ti含量优选设定为0.005％以下。另一方面，Ti含量的下限没有特别限定，但过度的降低导致原料成本的增大，因此，优选设定为0.0001％以上，更优选设定为0.0003％以上，进一步优选设定为0.0005％以上。
S：0.005％以下
S含量大于0.005％时，MnS等析出物增加，晶粒生长性降低。因此，S含量设定为0.005％以下。需要说明的是，S含量优选设定为0.003％以下。另一方面，S含量的下限没有特别限定，设定为小于0.0001％时，导致过度的制造成本升高，因此，S含量优选设定为0.0001％以上，更优选设定为0.0005％以上，进一步优选设定为0.0010％以上。
选自As和Pb中的一种或两种：合计0.0005～0.005％
通过以总含量计添加0.0005％以上的As和Pb中的至少一者，能够以析出的As和Pb或它们的化合物作为核而使AlN等析出物生长，能够适当地控制结晶粒径分布。因此，将As和Pb的总含量设定为0.0005％以上。As和Pb的总含量优选设定为0.0010％以上。另一方面，As和Pb的总含量大于0.005％时，效果饱和，另外，板变脆，容易在冷轧中发生断裂。因此，As和Pb的总含量设定为0.005％以下。As和Pb的总含量优选设定为0.003％以下，更优选设定为0.002％以下。
本发明的一个实施方式中的无取向性电磁钢板和钢坯的成分组成除了上述成分以外还包括余量的Fe和不可避免的杂质。
另外，在其它实施方式中，上述成分组成还可以含有选自Sn：0.01～0.2％和Sb：0.01～0.2％中的一种或两种。
Sn：0.01～0.2％
Sb：0.01～0.2％
Sn和Sb是具有减少再结晶织构的{111}晶粒、提高磁通密度的效果的元素。在添加Sn和Sb的情况下，为了得到上述效果，将Sn和Sb的含量分别设定为0.01％以上。Sn和Sb的含量优选分别设定为0.02％以上。另一方面，即使过量添加，效果也饱和，因此，在添加Sn和Sb的情况下，将Sn和Sb的含量分别设定为0.2％以下。Sn和Sb的含量优选分别设定为0.1％以下。
另外，在其它实施方式中，上述成分组成可以还含有选自REM：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％和Ca：0.0005～0.005％中的一种或两种以上。
REM：0.0005～0.005％
Mg：0.0005～0.005％
Ca：0.0005～0.005％
REM(稀土金属)、Mg和Ca是具有使硫化物粗大化而改善晶粒生长性的效果的元素。在添加REM、Mg和Ca的情况下，为了得到上述效果，将REM、Mg和Ca的含量分别设定为0.0005％以上。REM、Mg和Ca的含量优选分别设定为0.0010％以上。另一方面，过量添加时，反而晶粒生长性变差，因此，在添加REM、Mg和Ca的情况下，将REM、Mg和Ca的含量分别设定为0.005％以下。REM、Mg和Ca的含量优选分别设定为0.003％以下。
[结晶粒径]
此外，在本发明中，重要的是将平均结晶粒径r设定为40μm以上且120μm以下、将结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的面积率R(以下，有时简称为“面积率R”)设定为2％以上、并且上述平均结晶粒径r(μm)和上述面积率R(％)满足下述(1)式的条件。由此，能够降低在使用逆变器的PWM控制下进行励磁的情况下的铁损。以下，对其限定原因进行说明。
R＞-2.4×r+200…(1)
·平均结晶粒径r：40～120μm
如图1、2所示，通过将平均结晶粒径设定为40～120μm，在正弦波励磁下和逆变器励磁下中任一种情况下都能够降低铁损。为了进一步降低铁损，优选将平均结晶粒径r设定为60μm以上。另外，为了进一步降低铁损，优选将平均结晶粒径r设定为100μm以下。需要说明的是，在此，平均结晶粒径r设定为在板宽方向中心位置处与轧制方向平行地沿板厚方向切割无取向性电磁钢板而得到的截面中所测定的平均结晶粒径。上述平均结晶粒径r可以利用实施例中记载的方法进行测定。需要说明的是，电动机铁芯中使用的无取向性电磁钢板的平均结晶粒径设定为在从该铁芯的一部分切割出的试验片的截面中进行与上述同样的测定而得到的平均结晶粒径的值。
·面积率R：2％以上、并且R＞-2.4×r+200
结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的总面积在钢板的截面积中所占的面积率R低时，铁损随着逆变器励磁下的一次电流的增大而增大。因此，将上述面积率R设定为2％以上、并且R＞-2.4×r+200。需要说明的是，从进一步降低逆变器励磁下的铁损的观点出发，更优选上述面积率R(％)和平均结晶粒径r(μm)满足下述(2)式的关系，进一步优选同时满足下述(3)和(4)的关系。
-2.4×r+280＞R＞-2.4×r+210…(2)
-2.4×r+260＞R＞-2.4×r+230…(3)
80≥R≥40…(4)
[板厚]
板厚：0.35mm以下
在本发明中，无取向性电磁钢板的板厚没有特别限定，可以设定为任意的厚度。但是，通过将板厚设定为0.35mm以下，能够减少涡流损耗。逆变器励磁下，特别是由于高次谐波的影响而涡流损耗的比率增大，因此，通过使钢板变薄而带来的铁损降低效果升高。因此，优选将无取向性电磁钢板的板厚设定为0.35mm以下。需要说明的是，上述板厚更优选设定为0.30mm以下。另一方面，板厚过薄时，磁滞损耗(hysteresis loss)的增加量大于涡流损耗的减少量，反而铁损增加。因此，无取向性电磁钢板的板厚优选设定为0.05mm以上，更优选设定为0.15mm以上。
[磁特性]
通过如上所述控制成分组成和结晶粒径，可以得到逆变器励磁下的磁特性优良的无取向性电磁钢板。本发明的无取向性电磁钢板的磁特性没有特别限定，在将正弦波励磁下的铁损设为Wsin、将逆变器励磁下的铁损设为Winv时，以100(Winv-Wsin)/Wsin的形式定义的铁损增加率Winc(％)优选为100％以下。Winc大时，即使是在正弦波励磁下达到优良的铁损的材料，作为利用逆变器控制的电动机的铁芯使用时的损耗也会增大。上述Winc更优选为90％以下。
需要说明的是，在此，上述Wsin和Winv分别设定为如下所述的定义。
·Wsin：利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损。
·Winv：利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损。
另外，逆变器励磁下的磁特性与正弦波励磁下的磁特性不同，受到测定中使用的试验片的磁路截面积和绕组的匝数的较大影响。因此，上述Wsin和Winv设定为使用磁路截面积为70mm2、将初级绕组设定为120匝、将次级绕组设定为100匝的试验片测定的值。另外，在利用逆变器的PWM控制中，调制系数和载波频率会影响高次谐波成分的振幅、频率而导致铁损增减，因此，Winv的测定是将逆变器的控制条件设定为调制系数0.4、载波频率1kHz而进行的。
接着，对本发明的一个实施方式中的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。在本发明中，可以通过对具有上述成分组成的钢坯实施热轧、热轧板退火、冷轧和最终退火各处理来制造。
[钢坯]
作为供于热轧的钢坯，只要具有上述成分组成则可以使用任意的钢坯。上述钢坯例如可以由调整为上述成分组成的钢水利用通常的铸锭-开坯法、连铸法来制造。另外，也可以利用直接铸造法制造100mm以下的厚度的薄铸片。C、Al、B和Se是在炼钢工艺中容易混入的元素，因此，需要严格的管理。
[热轧]
接着，对所得到的钢坯进行热轧从而得到热轧板。上述钢坯可以在加热后供于热轧，也可以在铸造后不进行加热而直接供于热轧。
[热轧板退火]
上述热轧之后，对所得到的热轧板实施热轧板退火。在本发明中，上述热轧板退火中的均热(soaking)以第一均热处理和第二均热处理两个阶段进行。以下，对第一均热处理和第二均热处理的条件的限定原因进行说明。
(第一均热处理)
T1：800～1100℃
上述第一均热处理中的均热温度T-1低于800℃时，热轧时形成的带状组织残留，因此，容易产生起皱。因此，T1设定为800℃以上。T1优选设定为850℃以上，更优选设定为900℃以上。另一方面，T1高于1100℃时，退火成本升高。因此，T-1优选设定为1100℃以下，更优选设定为1050℃以下。
t1：5分钟以下
第一均热处理中的均热时间t1过长时，生产率降低，因此，t1设定为5分钟以下。t1优选设定为2分钟以下，更优选设定为60秒以下，进一步优选设定为30秒以下，最优选设定为20秒以下。另一方面，t1的下限没有特别限定，从充分地得到第一均热处理的效果的观点出发，优选将t1设定为5秒以上。
(第二均热处理)
T2：1150～1200℃
第二均热处理中的均热温度T2为1150℃以上时，能够使钢中的析出物暂时固溶并在冷却时使其微细析出。因此，T2设定为1150℃以上。另一方面，T2高于1200℃时，退火成本升高。因此，T2设定为1200℃以下。
t2：5秒以下
为了使微细析出物不均匀地分布，需要缩短第二均热处理中的均热时间t2。因此，将t2设定为5秒以下。另一方面，t1的下限没有特别限定，从充分地得到第二均热处理的效果的观点出发，优选将t2设定为1秒以上，更优选设定为2秒以上。通过如此进行第二均热处理，与As、Pb的微量添加相结合，微细析出物的分布变得更加不均匀，其结果是具有使最终退火后的结晶粒径不均匀的效果。
上述热轧板退火没有特别限定，可以利用任意的方法进行。具体而言，可以将热轧板加热至均热温度T1，在上述T1下保持均热时间t1，接着，将该热轧板加热至均热温度T2，在上述T2下保持均热时间t2，由此进行上述热轧板退火。需要说明的是，使用间歇式退火炉的退火的生产率低，因此，优选使用连续退火炉进行上述热轧板退火。第二均热处理后的冷却速度对磁特性没有影响，因此没有特别限定，但是，例如可以以1～100℃/秒的冷却速度进行冷却。
[冷轧]
接着，将退火后的热轧板进行冷轧，从而得到最终板厚的冷轧钢板。上述退火后的热轧板优选在冷轧之前预先进行酸洗。另外，上述冷轧可以只进行一次，也可以夹着中间退火进行两次以上。上述中间退火可以在任意的条件下进行，但优选例如使用连续退火炉在均热温度为800～1200℃、均热时间为5分钟以下的条件下进行。
上述冷轧的条件没有特别限定，可以在任意的条件下进行。但是，从促进变形带的形成、使{001}＜250＞织构发达的观点出发，优选将至少一个道次的轧制出口侧材料温度设定为100～300℃。将轧制出口侧材料温度设定为100℃以上时，能够抑制{111}取向的发达。另外，将轧制出口侧材料温度设定为300℃以下时，能够抑制织构的无序化。需要说明的是，上述轧制出口侧材料温度可以利用辐射温度计、接触式温度计进行测定。
另外，上述冷轧中的压下率没有特别限定，可以设定为任意的值。但是，从提高磁特性的观点出发，优选将最终冷轧的压下率设定为80％以上。最终冷轧的压下率为80％以上时，能够提高织构的尖锐性，进一步改善磁特性。另一方面，压下率的上限没有特别限定，大于98％时，轧制成本显著增加，因此优选设定为98％以下。需要说明的是，压下率更优选设定为85～95％。需要说明的是，在此，“最终冷轧”在仅进行一次冷轧的情况下是指该一次冷轧、在进行两次以上冷轧的情况下是指这些冷轧中的最后的冷轧。
上述最终板厚没有特别限定，与上述无取向性电磁钢板的板厚相同即可。需要说明的是，从提高压下率的观点出发，优选将最终板厚设定为0.35mm以下，更优选设定为0.30mm以下。
[最终退火]
最终冷轧后，进行最终退火。上述最终退火中的均热温度没有特别限定，以达到目标结晶粒径的方式进行调节即可。上述均热温度例如可以设定为700～1100℃。另外，上述最终退火中的均热时间没有特别限定，为了使再结晶进行而进行适当的时间即可。上述均热时间例如可以设定为5秒以上。另一方面，均热时间过长时，效果饱和，并且生产率降低，因此，均热时间优选设定为120秒以下。
加热速度：30～300℃/秒
在上述最终退火中，将400～740℃的加热速度设定为30～300℃/秒。通过将上述加热速度设定为30～300℃/秒，能够使晶粒的粒径为适当的分布。上述加热速度小于30℃/秒时，结晶粒径的分布尖锐化，对逆变器励磁下的铁损有利的大小的晶粒的数目急剧减少。另一方面，上述加热速度大于300℃/秒时，残留一定量微细的晶粒的效果饱和，而且板形状发生翘曲。另外，需要庞大的电力，因此导致成本增加。上述加热速度优选设定为50℃/秒以上。另外，上述加热速度优选设定为200℃/秒以下。需要说明的是，上述加热速度是指400～740℃的平均加热速度。另外，均热温度低于740℃时，将从400℃至均热温度为止的平均加热速度视为上述加热速度。
上述最终退火后，根据需要实施绝缘涂敷，制成产品板。作为上述绝缘涂敷，没有特别限定，可以根据目的使用无机涂敷、有机涂敷、无机-有机混合涂敷等任意的涂敷。
实施例
(实施例1)
将具有表1所示的成分组成的钢在实验室熔化，进行浇铸而得到钢原材(钢坯)。对上述钢原材依次实施下述(1)～(5)的处理，制作出无取向性电磁钢板。
(1)至板厚2.0mm的热轧、
(2)热轧板退火、
(3)酸洗、
(4)冷轧、和
(5)均热温度为850～1100℃、均热时间为10s的最终退火。
在上述(2)热轧板退火中，进行由下述(2-1)和(2-2)构成的两阶段均热处理。
(2-1)均热温度为T1(℃)、均热时间为t1(秒)的第一均热处理、
(2-2)均热温度为T2(℃)、均热时间为t2(秒)的第二均热处理。
将各工序中的处理条件示于表2中。需要说明的是，为了比较，在几个例子中没有进行第二均热处理。在未进行第二均热处理的情况下，进行第一均热处理后，进行冷却。
上述冷轧中的最终板厚设定为0.175mm、0.25mm或0.70mm。另外，在上述最终退火中，利用感应加热装置进行至740℃为止的加热，以室温～400℃的加热速度为20℃/秒、400～740℃的加热速度为20～200℃/秒的方式控制输出。740℃以上的加热利用电炉进行，至均热温度为止的平均加热速度设定为10℃/秒。将各无取向性电磁钢板的最终退火条件示于表2中。需要说明的是，最终退火的气氛设定为H2：N2＝2：8，露点设定为-20℃(PH2O/PH2＝0.006)。
对于如上所述得到的各个无取向性电磁钢板(最终退火板)，通过下述方法评价结晶粒径和磁特性。
[平均结晶粒径r]
对所得到的各个无取向性电磁钢板，测定平均结晶粒径r。上述测定是针对在板宽方向中心位置处与轧制方向平行地沿板厚方向切割无取向性电磁钢板而得到的截面进行。对切割面进行研磨、蚀刻后，利用光学显微镜进行观察，通过线段法测量1000个以上晶粒的粒径，求出平均结晶粒径r。将所得到的值示于表2中。
[面积率R]
通过与上述平均结晶粒径r的测定同样的方法进行钢板的截面观察，求出结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的总面积相对于钢板的截面积的面积率R。将所得到的值示于表2中。
[磁特性]
使用所得到的各个无取向性电磁钢板，通过下述步骤制作出磁特性评价用的环试验片。首先，利用线切割将上述无取向性电磁钢板加工成外径110mm、内径90mm的环状。将切割后的上述无取向性电磁钢板以层叠厚度达到7.0mm的方式进行层叠，进一步实施120匝的初级绕组和100匝的次级绕组，由此制成环试验片(磁路截面积70mm2)。
接着，在正弦波励磁下和逆变器励磁下这两种条件下对上述环试验片的磁特性进行评价。将通过上述测定得到的下述值示于表2中。
·Wsin：利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损
·Winv：利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损
·铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin
[表1]
Figure BDA0001709819320000191
*余量为Fe和不可避免的杂质
Figure BDA0001709819320000201
由表2所示的结果可知，满足本发明的条件的无取向性电磁钢板的逆变器励磁下的铁损优良。与此相对，不满足本发明的条件的比较例的无取向性电磁钢板的铁损增加率Winc大于100％，逆变器励磁下的铁损差。
(实施例2)
将具有表3所示的成分组成的钢在实验室熔化，进行浇铸而得到钢原材。对上述钢原材依次实施下述(1)～(5)的处理，制作出无取向性电磁钢板。
(1)至板厚1.8mm的热轧、
(2)热轧板退火、
(3)酸洗、
(4)至最终板厚0.35mm的冷轧、和
(5)均热温度为900～1000℃、均热时间为10s的最终退火。
在上述(2)热轧板退火中，进行由下述(2-1)和(2-2)构成的两阶段均热处理：
(2-1)均热温度为1000℃、均热时间为10s的第一均热处理、
(2-2)均热温度为1150℃、均热时间为3s的第二均热处理。
在上述最终退火中，利用感应加热装置进行至740℃为止的加热，以室温～400℃的加热速度为20℃/秒、400～740℃的加热速度为30～300℃/秒的方式控制输出。其它条件设定为与实施例1同样。对于所得到的各个无取向性电磁钢板，通过与实施例1同样的方法评价结晶粒径和磁特性。将各无取向性电磁钢板的最终退火条件和评价结果示于表4中。
Figure BDA0001709819320000221
Figure BDA0001709819320000231
由表4所示的结果可知，满足本发明的条件的无取向性电磁钢板的逆变器励磁下的铁损优良。与此相对，不满足本发明的条件的比较例的无取向性电磁钢板的铁损增加率Winc大于100％，逆变器励磁下的铁损差。
图4是在横轴采用平均结晶粒径r、纵轴采用面积率R的情况下将上述实施例1和实施例2中钢的成分组成满足本申请发明的条件的所有无取向性电磁钢板的结果进行绘图而得到的图。需要说明的是，图4中，基于表5所示的评价标准对各发明例和比较例中的逆变器励磁下的铁损：Winv进行分类，使用与符合的分类相对应的符号进行绘图。由该图可知，通过将R和r控制为适当的范围，可以得到逆变器励磁下的铁损优良的无取向性电磁钢板。
Figure BDA0001709819320000251

Claims (12)

1.一种无取向性电磁钢板，其具有以质量％计含有C：0.005％以下、Si：4.5％以下、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：2.0％以下、P：0.2％以下、Ti：0.007％以下、S：0.005％以下以及选自As和Pb中的一种或两种的合计：0.0005～0.005％、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，
平均结晶粒径r为50μm以上且120μm以下，
结晶粒径为板厚的1/6以下的晶粒的总面积相对于钢板的截面积的面积率R为2％以上，并且，所述平均结晶粒径r(μm)和所述面积率R(％)满足下述(1)式的条件，
R＞-2.4×r+200…(1)。
2.如权利要求1所述的无取向性电磁钢板，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自Sn：0.01～0.2％和Sb：0.01～0.2％中的一种或两种。
3.如权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自REM：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％和Ca：0.0005～0.005％中的一种或两种以上。
4.如权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，板厚为0.35mm以下。
5.如权利要求3所述的无取向性电磁钢板，其中，板厚为0.35mm以下。
6.如权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，利用对磁路截面积为70mm2的环试验片实施初级匝数为120匝、次级匝数为100匝的绕组后的环试验片，由利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损Winv与利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损Wsin计算的铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin为100％以下。
7.如权利要求3所述的无取向性电磁钢板，其中，利用对磁路截面积为70mm2的环试验片实施初级匝数为120匝、次级匝数为100匝的绕组后的环试验片，由利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损Winv与利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损Wsin计算的铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin为100％以下。
8.如权利要求4所述的无取向性电磁钢板，其中，利用对磁路截面积为70mm2的环试验片实施初级匝数为120匝、次级匝数为100匝的绕组后的环试验片，由利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损Winv与利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损Wsin计算的铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin为100％以下。
9.如权利要求5所述的无取向性电磁钢板，其中，利用对磁路截面积为70mm2的环试验片实施初级匝数为120匝、次级匝数为100匝的绕组后的环试验片，由利用使用逆变器的PWM控制进行最大磁通密度1.5T、基频50Hz、载波频率1kHz、调制系数0.4的励磁而测定的铁损Winv与利用最大磁通密度1.5T、频率50Hz的正弦交变电流进行励磁而测定的铁损Wsin计算的铁损增加率Winc(％)＝100(Winv-Wsin)/Wsin为100％以下。
10.一种无取向性电磁钢板的制造方法，其包括：
准备具有以质量％计含有C：0.005％以下、Si：4.5％以下、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：2.0％以下、P：0.2％以下、Ti：0.007％以下、S：0.005％以下以及选自As和Pb中的一种或两种：合计0.0005～0.005％、且余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢坯；
将所述钢坯进行热轧而制成热轧板；
对所述热轧板实施由在均热温度为800～1100℃、均热时间为5分钟以下的条件下进行的第一均热处理和在均热温度为1150～1200℃、均热时间为5秒以下的条件下进行的第二均热处理构成的热轧板退火；
将实施了所述热轧板退火后的热轧板通过一次冷轧或夹有中间退火的两次以上的冷轧制成具有最终板厚的钢板；
对所述冷轧后的钢板实施最终退火，
所述最终退火中，400～740℃的加热速度为30～300℃/秒。
11.如权利要求10所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自Sn：0.01～0.2％和Sb：0.01～0.2％中的一种或两种。
12.如权利要求10或11所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，所述成分组成以质量％计还含有选自REM：0.0005～0.005％、Mg：0.0005～0.005％和Ca：0.0005～0.005％中的一种或两种以上。
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