CN110114488A - 再利用性优良的无取向性电磁钢板 - Google Patents

再利用性优良的无取向性电磁钢板 Download PDF

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Abstract

一种不仅再利用性优良、而且去应力退火后的铁损特性也优良的无取向性电磁钢板，其具有含有C：0.0050质量％以下、Si：1.0～5.0质量％、Mn：0.03～3.0质量％、P：0.2质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.05质量％以下、N：0.0050质量％以下、O：0.010质量％以下、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下、B：0.0005～0.0050质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。

Description

再利用性优良的无取向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及无取向性电磁钢板，具体而言，涉及再利用性优良的无取向性电磁钢板。
背景技术
近年来，为了保护地球环境，要求再利用的推进、节能化，在电气设备的领域中，也越来越期望再利用率的提高、高效率化。因此，对于作为电气设备的铁芯材料而被广泛使用的无取向性电磁钢板，强烈期望开发出不仅再利用性优良、而且铁损低的材料。
作为提高无取向性电磁钢板的再利用性的技术，例如，在专利文献1中提出了如下技术：在含有Si：0.7～1.5质量％和Mn：0.1～0.3质量％的无取向性电磁钢板中，将Al减少至低于0.0005质量％的极微量，由此，不仅使磁特性提高，而且还使再利用性提高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-277760号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述专利文献1中公开的技术在原材钢板中的Si、Mn的含量低的情况下是有效的，但Si、Mn的含量增高时，存在在短时间的去应力退火中难以充分降低铁损这样的品质上的问题、不容易将Al减少并控制为低于0.0005质量％这样的制造上的问题。
因此，本发明的目的在于提供不仅再利用性优良、而且去应力退火后的铁损特性也优良的无取向性电磁钢板。
用于解决问题的方法
发明人为了解决上述问题而着眼于低Al的原材钢板中含有的微量成分，对这些微量成分给去应力退火后的铁损特性带来的影响反复进行了深入研究。结果发现，通过添加适当量的B，不仅去应力退火后的铁损特性得到改善，Al的含量也可以允许至比专利文献1的Al：0.0005质量％高的0.05质量％，进而发现，在与上述B一起复合添加有Ca和/或REM的情况下，去应力退火后的铁损特性进一步得到改善，从而开发出本发明。
基于上述见解的本发明为一种无取向性电磁钢板，其具有含有C：0.0050质量％以下、Si：1.0～5.0质量％、Mn：0.03～3.0质量％、P：0.2质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.05质量％以下、N：0.0050质量％以下、O：0.010质量％以下、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下、B：0.0005～0.0050质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有选自Ca：0.0010～0.010质量％和REM：0.0010～0.040质量％中的一种或两种。
另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有合计为0.005～0.20质量％的选自Sn和Sb中的一种或两种。
另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，在上述成分组成的基础上还含有Mg：0.0002～0.0050质量％。
另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，Mn的含量(质量％)相对于Si的含量(质量％)的比[Mn]/[Si]为0.20以上。
发明效果
根据本发明，能够提供不仅再利用性优良、而且去应力退火后的铁损特性也优良的无取向性电磁钢板，因此，能够同时实现再利用率的提高和节能化。
附图说明
图1是表示B和REM的添加给最终退火后的铁损带来的效果的图。
图2是表示B和REM的添加给去应力退火后的铁损带来的效果的图。
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。
将Si和Mn的含量比较高的、含有C：0.002质量％、Si：2.5质量％、Mn：1.02质量％、P：0.02质量％、Al：0.001质量％、S：0.0021质量％、N：0.0028质量％、O：0.0045质量％、Ti：0.0012质量％和Nb：0.0005质量％、并进一步含有B：0.0001～0.0059质量％、REM：0.001质量％以下或0.015质量％、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成的钢在实验室中溶解，铸造而制成钢锭，进行热轧而制成板厚为2.0mm的热轧板，对该热轧板实施980℃×30秒的热轧板退火，酸洗，进行冷轧而制成板厚为0.30mm的冷轧板，然后，对该冷轧板实施均热温度1000℃、均热时间10秒的最终退火。
从以上述方式得到的最终退火后的钢板上沿轧制方向(L方向)和与轧制方向成直角的方向(C方向)裁取280mm×30mm的爱泼斯坦试验片，进行爱泼斯坦试验，测定磁特性(铁损W15/50)。
接着，对于上述进行磁测定后的爱泼斯坦试验片，进一步实施模拟用户的去应力退火的热处理(升温速度：300℃/小时、均热温度：750℃、均热时间：0小时、冷却速度：100℃/小时)，然后，再次测定磁特性(铁损W15/50)。
图1示出最终退火后(去应力退火前)的铁损W15/50与B和REM含量的关系。另外，图2示出去应力退火后的铁损W15/50与B和REM含量的关系。由图1可知：通过添加适当量的B，虽然最终退火后(去应力退火前)的铁损略微增加，但能够减少去应力退火后的铁损；另外，在B的基础上复合添加有REM的情况下，不仅能够减少最终退火后(去应力退火前)的铁损，而且能够进一步减少去应力退火后的铁损。
对冲裁加工后的电磁钢板实施去应力退火时，加工应变等被释放，因此，一般而言铁损减少是已知的。但是，确认到：对于含有比较高含量的Si和Mn的钢板而言，不含有B时，在去应力退火前后几乎没有铁损的变化，但对于添加有适当量的B的钢板而言，铁损通过去应力退火而减少，对于复合添加有REM的钢板而言，铁损进一步减少，铁损特性得到改善。
关于得到这样的结果的原因，发明人认为如下。
对于Si和Mn的含量高、不含B的钢板而言，在去应力退火中析出Si-Mn氮化物，阻碍磁畴壁的移动，因此，铁损增加。因此，去应力退火中的加工应变的释放所带来的铁损减少效果被Si-Mn氮化物所引起的铁损增加相抵，得不到去应力退火所带来的铁损改善效果。
另一方面，对于添加有适当量的B的钢板而言，微细析出的B氮化物(主要是BN)作为抑制剂发挥作用，阻碍最终退火中的晶粒生长，因此，最终退火后(去应力退火前)的铁损略微增加。但是，通过B氮化物的生成而消耗钢中的N，因此，去应力退火时的Si-Mn氮化物的析出受到抑制，因此，去应力退火中的晶粒生长被促进，去应力退火后的铁损减少。
此外，对于在B的基础上复合添加有REM的钢板而言，观察到在比较粗大的REM夹杂物(硫氧化物)上析出了BN。因此，对于复合添加有B和REM的钢板而言，BN的微细分散析出受到抑制，最终退火中的晶粒生长也得到促进，因此，最终退火后(去应力退火前)的铁损也被改善至与未添加B的材料匹敌的程度。此外，通过去应力退火，Si-Mn氮化物的生成受到抑制，因此，去应力退火所带来的铁损减少量进一步增大。即，通过复合添加适当量的B和REM，能够大幅改善最终退火后和去应力退火后的铁损。
需要说明的是，根据发明人的调查，上述REM的效果在利用Ca时也被确认到。
本发明是基于上述的新见解而开发的。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板(制品板)的成分组成进行说明。
C：0.0050质量％以下
C是形成碳化物而引起磁时效、使制品板的铁损特性劣化的有害元素，因此，将上限限制为0.0050质量％。优选为0.0030质量％以下。需要说明的是，C越低越优选，下限值没有特别规定。
Si：1.0～5.0质量％
Si是具有提高钢的电阻率、减少铁损的效果的元素。Si是非磁性元素，因此，还存在大量添加时磁通密度降低这样的问题，但大多数情况下，利用铁损减少效果使电动机效率提高，因此，在本发明中，积极地添加Si。另外，本发明是抑制去应力退火中的氮化硅析出所带来的晶粒生长性的阻碍的技术，但上述不利影响在Si低于1.0质量％时并不显著，本发明的效果不会表现出来。另一方面，Si添加量超过5.0质量％时，难以进行轧制。因此，本发明中，Si的范围设定为1.0～5.0质量％的范围。优选为1.5～4.0质量％，进一步优选为2.0～3.5质量％的范围。
Mn：0.03～3.0质量％
Mn具有与S结合而防止S所引起的热脆性的效果，除此以外，还具有提高钢的比电阻、减少铁损的效果。特别是，Mn是固溶强化量比Si小的元素，因此，与Si相比，能够在不损害钢的冲裁性的情况下提高比电阻，因此，在本发明中积极地进行添加。为了得到上述效果，需要添加0.03质量％以上。另一方面，超过3.0质量％时，Mn碳化物的析出量增加，阻碍晶粒生长，反而使铁损增加，因此，Mn的范围设定为0.03～3.0质量％的范围。优选为0.3～2.0质量％的范围。
[Mn]/[Si]：0.20以上
需要说明的是，上述的Si和Mn是形成氮化物的元素，特别是在复合添加Si和Mn的情况下，去应力退火中的Si-Mn氮化物的形成被促进，特别是，Mn的含量(质量％)相对于Si的含量(质量％)的比[Mn]/[Si]为0.20以上时，Si-Mn氮化物更容易生成，阻碍晶粒生长性，因此，得不到去应力退火所带来的铁损减少效果。即，[Mn]/[Si]为0.20以上时，本发明的效果变得显著。因此，本发明的技术优选适用于[Mn]/[Si]为0.20以上的无取向性电磁钢板。更优选为0.30以上。
P：0.2质量％以下
P的固溶强化能力高，因此，可以为了调整钢的强度(硬度)而适当添加。为了得到上述效果，优选添加0.04质量％以上。但是，超过0.2质量％时，钢发生脆化，难以进行轧制，因此，P的上限设定为0.2质量％。优选为0.10质量％以下。
Al：0.05质量％以下
Al是使再利用性降低的有害元素，优选尽可能减少。特别是，超过0.05质量％时，难以进行再利用。另外，将Al设定为0.005质量％以下时，微细AlN减少，晶粒生长被促进，因此，对制品板的铁损减少有利。但是，在本发明中，将N以B氮化物(主要是BN)的形式固定，因此，即使添加Al至0.05质量％，也不易生成微细AlN，对晶粒生长性产生的不利影响小。因此，本发明中，将Al的上限设定为0.05质量％。优选为0.02质量％以下。
N：0.0050质量％以下
N是与Si、Mn形成氮化物而阻碍晶粒生长性、使铁损增加的有害元素。上述不利影响在超过0.0050质量％时变得显著，因此，N的上限设定为0.0050质量％。优选为0.003质量％以下。
S：0.005质量％以下
S是形成硫化物而阻碍晶粒生长、使铁损增加的元素。特别是，超过0.005质量％时，上述不利影响变得显著，因此，将上限设定为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。
O：0.010质量％以下
O是形成氧化物而阻碍晶粒生长、使铁损增加的元素。特别是，超过0.010质量％时，上述不利影响变得显著，因此，将上限设定为0.010质量％。优选为0.005质量％以下。
Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下
Ti和Nb是与钢中的C结合而使再结晶织构劣化、使制品板的磁通密度降低的元素。Ti和Nb任一者超过0.0030质量％时，上述不利影响都变得显著，因此，将上限分别设定为0.0030质量％。优选分别为0.0015质量％以下。
B：0.0005～0.0050质量％
B形成稳定的氮化物、抑制去应力退火中的Si-Mn氮化物的生成，因而具有减少去应力退火后的铁损的效果，因此，在本发明中是重要的元素。低于0.0005质量％时，上述效果小，另一方面，超过0.0050质量％时，晶粒生长受到阻碍，因此，反而使铁损变差。因此，B设定为0.0005～0.0050质量％的范围。从去应力退火后的铁损减少的观点考虑，B的下限值优选为0.0010质量％以上，更优选为0.0020质量％以上。
需要说明的是，如前所述，B氮化物具有容易在Ca、REM的氧化物上析出的倾向，因此，为了提高B的上述铁损减少效果，与Ca、REM复合添加是有利的。
本发明的无取向性电磁钢板可以在上述基本成分的基础上进一步以下述范围含有Ca、REM、Sn和Sb。
Ca：0.0010～0.010质量％、REM：0.0010～0.040质量％
Ca和REM均具有通过与B复合添加而抑制B所引起的铁损增加的效果。为了得到上述效果，Ca和REM均优选添加0.0010质量％以上。但是，添加超过0.010质量％的Ca、超过0.040质量％的REM时，铁损改善效果饱和，并且夹杂物阻碍磁畴壁移动，因此，反而使铁损增加。因此，在添加Ca和REM的情况下，优选设定为Ca：0.0010～0.010质量％、REM：0.0010～0.040质量％的范围。更优选为Ca：0.0020～0.0050质量％、REM：0.0040～0.020质量％的范围。
Sn和Sb：合计为0.005～0.20质量％
Sn和Sb具有改善再结晶织构、改善磁通密度和铁损的效果。为了得到上述效果，需要合计为0.005质量％以上的添加。另一方面，即使添加量超过0.20质量％，上述效果也饱和。因此，在添加Sn和Sb的情况下，优选以合计为0.005～0.20质量％的范围进行添加。更优选合计为0.01～0.10质量％的范围。
Mg：0.0002～0.0050质量％
Mg具有如下效果：甚至在高温下也形成稳定的硫化物，抑制微细硫化物的生成，促进晶粒生长，由此改善铁损。为了得到上述效果，需要0.0002质量％以上的添加。另一方面，添加量超过0.0050质量％时，反而使铁损变差。因此，在添加Mg的情况下，优选以0.0002～0.0050质量％的范围进行添加。更优选为0.0004～0.0020质量％的范围。
本发明的无取向性电磁钢板中，上述成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质。
接着，对本发明的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。
本发明的无取向性电磁钢板可以如下制造：将具有符合本发明的上述成分组成的钢通过使用转炉、电炉、真空脱气装置等的通常公知的精炼工艺进行熔炼，通过连续铸造法或铸锭-开坯轧制法制成钢坯，将该钢坯利用通常公知的方法进行热轧而制成热轧板，根据需要进行热轧板退火，然后，通过一次冷轧或夹有中间退火的两次以上的冷轧制成最终板厚的冷轧板，实施最终退火。
在此，上述的热轧板退火虽然使制造成本增加，但对于磁特性的改善是有效的，因此优选实施。
另外，冷轧后的最终退火的温度优选根据目标磁特性、机械特性而进行调整，特别是从促进晶粒生长、减少铁损的观点考虑，优选设定为900℃以上。更优选为950～1050℃的范围。另外，最终退火中的退火气氛优选设定为还原性气氛、例如PH2O/PH2为0.1以下的氢气氮气混合气氛，更优选设定为PH2O/PH2为0.01以下的氢气氮气混合气氛。
然后，为了确保层叠时的绝缘性、和/或为了改善冲裁性，最终退火后的钢板优选在表面被覆绝缘被膜。为了确保良好的冲裁性，上述绝缘被膜优选设定为含有树脂的有机被膜。另外，在重视焊接性的情况下，优选设定为半有机被膜或无机被膜。
以上述方式得到的本发明的无取向性电磁钢板不仅再利用性优良，而且去应力退火后的铁损特性也具有优良的特性，因此，可以适合用于冲裁加工成转子和定子的芯形状、层叠而制成电动机芯后实施去应力退火的用途。在此，上述去应力退火优选在不活泼气体气氛中在700～900℃×0.1～10小时的条件下进行。这是因为，退火温度低于700℃和/或均热时间少于0.1小时时，晶粒生长不充分，无法充分得到去应力退火所带来的铁损减少效果，另一方面，退火温度超过900℃时，无法防止绝缘被膜的粘连，难以确保钢板间的绝缘性，铁损增加。另外是因为，均热时间超过10小时时，生产率降低，制造成本增加。更优选的条件为720～820℃×1～3小时。
实施例
将具有表1所示的各种成分组成的钢熔炼，制成钢坯后，将该钢坯在1100℃下加热30分钟，进行精轧结束温度为900℃的热轧，制成板厚为2.3mm的热轧板，在卷取温度580℃下卷取成卷材。接着，对上述热轧板进行酸洗而脱氧化皮，进行冷轧而制成板厚为0.35mm的冷轧板，然后，对该冷轧板在H2：N2＝20：80(PH2O/PH2：0.001)的气氛中实施1000℃×10秒的最终退火，被覆绝缘被膜，制成无取向性电磁钢板(制品板)。
从这样得到的制品板上，沿轧制方向和轧制直角方向裁取280mm×30mm的爱泼斯坦试验片，进行爱泼斯坦试验，测定铁损W15/50和磁通密度B50。
接着，对于上述铁损测定后的爱泼斯坦试验片，实施模拟用户的去应力退火SRA的热处理(升温速度：300℃/小时、均热温度：750℃、均热时间：0小时、冷却速度：100℃/小时)，然后，再次测定铁损W15/50和磁通密度B50。
将上述测定的结果一并记载于表1中。需要说明的是，去应力退火后的磁通密度与最终退火后的磁通密度为同等程度，因此省略了记载。由该表的结果可知，符合本发明的成分组成的钢板即使在Si、Mn的含量比较高时，去应力退火后的铁损特性也优良。

Claims (5)

1.一种无取向性电磁钢板，其具有如下成分组成：
含有C：0.0050质量％以下、Si：1.0～5.0质量％、Mn：0.03～3.0质量％、P：0.2质量％以下、S：0.005质量％以下、Al：0.05质量％以下、N：0.0050质量％以下、O：0.010质量％以下、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下、B：0.0005～0.0050质量％，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，在所述成分组成的基础上还含有选自Ca：0.0010～0.010质量％和REM：0.0010～0.040质量％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，其特征在于，在所述成分组成的基础上还含有合计为0.005～0.20质量％的选自Sn和Sb中的一种或两种。
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，在所述成分组成的基础上还含有Mg：0.0002～0.0050质量％。
5.如权利要求1～4中任一项所述的无取向性电磁钢板，其特征在于，Mn的质量％含量相对于Si的质量％含量的比[Mn]/[Si]为0.20以上。
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