CN114008224A - 无方向性电磁钢板的制造方法和马达铁芯的制造方法以及马达铁芯 - Google Patents

无方向性电磁钢板的制造方法和马达铁芯的制造方法以及马达铁芯 Download PDF

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尾田善彦
大久保智幸
田中孝明
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Abstract

在对以质量％计含有C：0.0050％以下、Si：2.8～6.5％、Mn：0.05～2.0％、Zn：0.0005～0.0050％且满足Si+Al≥4质量％的成分组成的钢坯进行热轧、热轧板退火、冷轧、最终退火来制造无方向性电磁钢板时，以上述最终退火后的钢板的屈服应力成为480MPa以上的方式控制最终退火条件。另外，在使用上述钢板制造马达铁芯时，在均热温度为780～950℃下在氮含量为30vol％以下且露点为－20℃以下的气氛下对定子铁芯实施去应力退火，抑制钢板表面的氮化，从而得到可以从同一坯材采取高强度的转子铁芯和去应力退火后的磁特性优异的定子铁芯的无方向性电磁钢板，并且使用该钢板制造马达铁芯。

Description

无方向性电磁钢板的制造方法和马达铁芯的制造方法以及马 达铁芯
技术领域
本发明涉及无方向性电磁钢板的制造方法和使用该电磁钢板的马达铁芯的制造方法以及由该电磁钢板构成的马达铁芯。
背景技术
随着近年来对电气设备的节能化要求的提高，对用于旋转机的铁芯(马达铁芯)的无方向性电磁钢板要求更优异的磁特性。上述马达铁芯分为固定的定子铁芯和旋转的转子铁芯。为了满足近年来对小型·高输出化的要求，在HEV驱动马达等中使用高频驱动电源。因此，对用于定子铁芯的无方向性电磁钢板强烈要求在高频下高磁通密度且低铁损的优异磁特性。
作为实现上述小型·高输出化的手段，有提高马达转速的倾向，外径大的HEV驱动马达的转子铁芯具有大的离心力。另外，在转子铁芯中存在被称为桥接部的非常窄的部分(1～2mm)的情况下，对该部位施加大的负荷。因此，对转子铁芯中使用的无方向性电磁钢板要求比以往高强度。
作为马达铁芯中使用的无方向性电磁钢板的要求的特性，磁特性优异自不必说，优选用于转子铁芯时是高强度的，另外用于定子铁芯时在高频范围内为更高磁通密度·低铁损。
这样，即使是相同的马达铁芯中使用的无方向性电磁钢板，在用于转子铁芯和用于定子铁芯时要求的特性大不相同。另一方面，就制造马达铁芯而言，从提高材料成品率等观点出发，优选从同一坯材钢板同时采取转子铁芯坯材和定子铁芯坯材，然后将各铁芯的坯材层叠而组装成转子铁芯或定子铁芯。
在专利文献1中公开了从同一坯材钢板采取转子铁芯坯材和定子铁芯坯材，进行层叠而组装转子铁芯和定子铁芯后，对仅定子铁芯实施去应力退火而制造马达铁芯。而且，作为坯材钢板，提出了板厚为0.15～0.35mm、去应力退火前的钢板的屈服强度为600MPa以上、去应力退火后的铁损W10/400为20W/kg以下的无方向性电磁钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－50686号公报
发明内容
然而，在上述专利文献1公开的技术中，为了促进去应力退火中的晶粒生长，需要将坯材钢板中包含的杂质元素(Ti、S、N、V、Nb、Zr、As)减少到极低的水平。另外，在该技术中，由于添加了原料成本高的Ni、或为了低铁损化而在去应力退火前实施了表皮光轧(skinpass rolling)，所以存在制造成本高的问题。
本发明鉴于上述问题，目的在于提供可以从同一坯材制造高强度的转子铁芯和去应力退火后的磁特性优异的定子铁芯的无方向性电磁钢板的制造方法。进而，目的在于提供使用该无方向性电磁钢板的马达铁芯的制造方法，并且提供由该无方向性电磁钢板构成的马达铁芯。
发明人等为了开发兼具转子铁芯所要求的高强度和定子铁芯所要求的去应力退火后的优异的磁特性的无方向性电磁钢板，着眼于坯材钢板的表面性状对无方向性电磁钢板的磁特性的影响，反复深入研究。其结果得到了以下见解：通过对在去应力退火后的钢板表层中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的量与在总板厚中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的量的比进行优化，大大改善了去应力退火后的铁损特性。而且，为了优化上述氮量之比，重要的是将坯材钢板中的Zn的含量控制在规定的范围内来抑制去应力退火时的坯材钢板表面的氮化，从而开发了本发明。
基于上述见解的本发明提出一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，对具有如下成分组成的钢坯进行热轧，实施热轧板退火后，进行冷轧、最终退火，上述成分组成含有C：0.0050质量％以下、Si：2.8～6.5质量％、Mn：0.05～2.0质量％、P：0.10质量％以下、S：0.0050质量％以下、Al：0.3～2质量％、N：0.0050质量％以下、Zn：0.0005～0.0050质量％、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下和O：0.0050质量％以下且满足Si+Al≥4质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；将上述最终退火后的钢板的屈服应力设为480MPa以上。
其特征在于，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法中使用的上述钢坯的特征在于，Zn和S的含量(质量％)满足下述式(1)：
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
另外，本发明的无方向性电磁钢板的制造方法的特征在于，将上述最终退火的均热温度设为700～900℃的范围。
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钢坯的特点在于，除上述成分组成以外，进一步含有选自下述A～D组中的至少组种成分：
·A组：选自Sn：0.005～0.20质量％和Sb：0.005～0.20质量％中的1种或2种
·B组：合计0.0005～0.020质量％的选自Ca、Mg和REM中的1种或2种以上
·C组：合计0.01～1.0质量％的选自Cr、Co、Ni和Cu中的1种或2种以上
·D组：选自Mo：0.001～0.1质量％和W：0.001～0.1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钢坯的特征在于，除上述成分组成以外，进一步在不影响上述无方向性电磁钢板的强度特性和磁特性的范围内含有其他选择元素。
另外，本发明提出一种马达铁芯的制造方法，其特征在于，从由上述任一项所述的方法制造的无方向性电磁钢板同时采取转子铁芯坯材和定子铁芯坯材后，层叠上述转子铁芯坯材制成转子铁芯，层叠上述定子铁芯坯材并实施去应力退火制成定子铁芯，制造一组马达铁芯，构成上述定子铁芯的钢板在将从单侧表面到板厚1/20为止的层中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的含量设为N1(质量％)、将总板厚中以AlN形式存在的氮量(N as AlN)的含量设为N2(质量％)、将钢板的板厚设为t(mm)时，以上述N1、N2和t满足下述式(2)且在铁损W10/400(W/kg)与板厚t(mm)的关系中满足下述式(3)的方式实施去应力退火，
(t×N2)/{(t/10)×N1}≥5.0···(2)
W10/400≤8+20×t···(3)。
本发明的马达铁芯的制造方法的特征在于，将上述去应力退火的均热温度设为780～950℃的范围，将去应力退火的气氛设为选自氮、氢和稀有气体中的1种或2种以上的混合气体，并且将上述气氛中的氮含量设为30vol％以下，将露点设为－20℃以下。
另外，本发明是一种马达铁芯，其特征在于，由以无方向性电磁钢板制成的转子铁芯和以与上述相同的无方向性电磁钢板制成的定子铁芯构成，上述无方向性电磁钢板具有如下成分组成，上述成分组成含有C：0.0050质量％以下、Si：2.8～6.5质量％、Mn：0.05～2.0质量％、P：0.10质量％以下、S：0.0050质量％以下、Al：0.3～2质量％、N：0.0050质量％以下、Zn：0.0005～0.0050质量％、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下和O：0.0050质量％以下且满足Si+Al≥4质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；构成上述转子铁芯的钢板的屈服应力为480MPa以上，构成上述定子铁芯的钢板在从钢板的单侧表面到板厚1/20为止的层中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的含量设为N1(质量％)、将总板厚中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的含量设为N2(质量％)、将钢板的板厚设为t(mm)时，上述N1、N2和t满足下述式(2)；且在铁损W10/400(W/kg)与板厚t(mm)的关系中满足下述式(3)；
(t×N2)/{(t/10)×N1}≥5.0···(2)
W10/400≤8+20×t···(3)。
成为本发明的马达铁芯的坯材的上述无方向性电磁钢板的特征在于，Zn和S的含量(质量％)满足下述式(1)；
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
另外，成为本发明的马达铁芯的坯材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，进一步含有选自下述A～D组中的至少一组成分，
·A组：选自Sn：0.005～0.20质量％和Sb：0.005～0.20质量％中的1种或2种
·B组：合计0.0005～0.020质量％的选自Ca、Mg和REM中的1种或2种以上
·C组：合计0.01～1.0质量％的选自Cr、Co、Ni和Cu中的1种或2种以上
·D组：选自Mo：0.001～0.1质量％和W：0.001～0.1质量％中的1种或2种。
另外，成为本发明的马达铁芯的坯材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，进一步在不影响上述无方向性电磁钢板的强度特性和磁特性的范围内含有其他选择元素。
根据本发明，可以制造最终退火后高强度、去应力退火后低铁损的无方向性电磁钢板，可以从同一坯材钢板制造要求高强度的转子铁芯和要求低铁损的定子铁芯。其结果可以稳定地提供混合动力汽车、电动汽车、吸尘器、高速发电机、空调压缩机、机床等的马达铁芯。
附图说明
图1是表示Zn含量对去应力退火后的铁损W10/400的影响的图。
图2是表示去应力退火后的钢板中以AlN形式存在的表层与总板厚的氮量比对去应力退火后的铁损W10/400的影响的图。
图3是表示Zn与S的原子比{(Zn/65)/(S/32)}对去应力退火后的铁损W10/400的影响的图。
图4是表示去应力退火气氛中的氮分压对去应力退火后的铁损W10/400的影响的图。
图5是表示去应力退火气氛的露点对去应力退火后的铁损W10/400的影响的图。
具体实施方式
以下，对成为开发本发明的契机的实验进行说明。
首先，按下述工序制造供于机械特性和磁特性的测定的最终退火板。
1.连续铸造工序，将下述成分组成的钢在真空熔解炉内以11进料(charge)熔炼，进行铸造，制成钢坯材。
(钢的成分组成)
含有C：0.0025质量％、Si：3.5质量％、Mn：0.7质量％、P：0.01质量％、S：0.0021质量％、Al：0.9质量％、N：0.0019质量％、Ti：0.0011质量％、Nb：0.0009质量％和O：0.0024质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.热轧工序，将钢坯材制成板厚2.0mm的热轧板。
3.热轧板退火工序，以930℃×30sec对热轧板进行退火。
4.酸洗工序，对热轧板退火后的热轧板进行酸洗。
5.冷轧工序，将酸洗后的热轧板制成最终板厚0.25mm的冷轧板。
6.最终退火工序，在以vol％比计H2∶N2＝20∶80的气氛下对冷轧板实施800℃×10秒的最终退火。
从该最终退火板采取以轧制方向为拉伸方向的JIS5号拉伸试验片，依据JIS Z2241进行拉伸试验，测定上屈服点。进而，分别从上述最终退火板的轧制方向(L方向)和轧制垂直方向(C方向)切出长度180mm×宽度30mm的试验片，实施在N2＝100vol％的气氛下模拟850℃×1hr的去应力退火的热处理后，在爱泼斯坦试验中测定(L+C)方向的铁损W10/400。
其结果，测定的铁损值有偏差，为了调查其原因，分析各钢坯材(板坯)中的微量成分，结果可知以0.0001～0.01质量％的范围包含Zn。
下表1示出钢坯材中的Zn含量与铁损W10/400的关系，另外，图1是将上述关系作成了图。如表1和图1所示，在Zn为0.0005～0.005质量％的范围内观察到铁损的降低。为了调查该铁损降低的原因，通过SEM观察最终退火后的钢板的截面。其结果，在观察到铁损增加的试验片中，在从钢板的表面到板厚的1/20的范围内观察到微小的AlN的析出，推断该微小的氮化物的析出导致铁损增加。
[表1]
Figure BDA0003426334640000061
因此，对于上述去应力退火后的钢板，用电解提取法分析在从钢板的单侧表面到板厚1/20的层内以AlN形式存在的N的含量N1(质量％)和在钢板的总板厚中以AlN形式存在的N的含量N2(质量％)。将该分析结果与铁损的关系示于表1。图2是将表1作成了图。从表1和图2可知，钢板的总板厚中以AlN形式存在的氮量与在从钢板的单侧表面到板厚1/20的层内以AlN形式存在的氮量之比即(t×N2)/{(t/10)×N1}的值越大，即钢板表层的氮化度越大，铁损越低。
[表2]
Figure BDA0003426334640000071
由上述结果认为在Zn含量为0.0005～0.0050质量％的范围内观察到铁损降低的原因是由于Zn的微量添加，在去应力退火时在钢板表面形成锌系的氧化物，因此抑制了去应力退火时的氮化。另外，认为如果Zn的含量变多反而铁损上升的理由是Zn形成硫化物而析出，使铁损增加。
如上所述，如果Zn含量为0.0005～0.0050质量％的范围内，则可以充分实现低铁损，但是如图1、图2所示，在低铁损中铁损值也存在差异，因此为了确定其原因，调查了Zn与其他微量元素的比率。其结果，如表3和将表3制图的图3所示，可知Zn和S的含量在规定的范围内时，能够实现更低铁损。
具体而言，可知更优选表示Zn与S的原子比的(Zn/65)/(S/32)满足下述式(1)；
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
推断这是因为如果0.20＞(Zn/65)/(S/32)，则与上述范围内的情况相比，难以得到Zn的氮化抑制效果。另外，推断是因为如果(Zn/65)/(S/32)＞0.90，则ZnS的析出量变多，反而铁损增加。
[表3]
Figure BDA0003426334640000081
接下来，对认为对去应力退火时的钢板表层的氮化有很大影响的气氛的影响进行调查。在本调查中，供于机械特性和磁特性的测定的最终退火板通过下述工序来制造。
1.连续铸造工序，将下述成分组成的钢在真空熔解炉中以7进料熔炼，进行铸造，制成钢坯材。
(钢的成分组成)
含有C：0.0026质量％、Si：3.6质量％、Mn：0.5质量％、P：0.01质量％、S：0.0017质量％、Al：1.0质量％、N：0.0021质量％、Ti：0.0013质量％、Nb：0.0009质量％、O：0.0022质量％和Zn：0.0019质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.热轧工序，将钢坯材制成板厚1.8mm的热轧板。
3.热轧板退火工序，以920℃×30秒对热轧板进行退火。
4.酸洗工序，对热轧板退火后的热轧板进行酸洗。
5.冷轧工序，将酸洗后的热轧板制成最终板厚0.30mm的冷轧板。
6.最终退火工序，以vol％比计在H2∶N2＝20∶80的气氛下对冷轧板实施790℃×10秒的最终退火。
从该最终退火板采取以轧制方向为拉伸方向的JIS5号拉伸试验片，依据JIS Z2241进行拉伸试验，测定上屈服点，结果为560MPa。然后，分别从上述最终退火板的轧制方向(L方向)和轧制垂直方向(C方向)切出长度180mm×宽度30mm的试验片，实施在氢与氮的混合气氛下模拟825℃×1hr的去应力退火的热处理后，在爱泼斯坦试验中测定(L+C)方向的铁损W10/400。此时，进行将去应力退火中的混合气氛的露点(dp)设为-50℃(恒定)且使氮分压在0～100vol％的范围内各种变化的实验、以及将氮分压设为20vol％(恒定)且使露点在-60～30℃的范围内各种变化的实验。
表4示出去应力退火的气氛中的氮分压与去应力退火后的铁损的关系。另外，图4是将上述表4作图的图。从表4和图4可知，通过将去应力退火时的气氛中的氮分压减少到30vol％以下，可以得到优异的铁损特性。认为这是因为通过将去应力退火时的气氛中的氮分压减少到30vol％以下，抑制了钢板表层的氮化。
[表4]
Figure BDA0003426334640000091
另外，表5示出去应力退火的气氛的露点与去应力退火后的铁损的关系。另外，图5是将上述表5作图的图。从表5和图5可知，通过将去应力退火时的气氛的露点设为-20℃以下，可以得到优异的铁损特性。认为这是因为通过将去应力退火时的气氛的露点设为-20℃以下，抑制了钢板表面的Al2O3等氧化层的形成，抑制了磁滞损耗的增加。
本发明是对上述新的见解进一步加以研究而进行的。
[表5]
Figure BDA0003426334640000101
接下来，对本发明中限定无方向性电磁钢板的成分组成的理由进行说明。
C：0.0050质量％以下
C是形成碳化物引起磁时效并使产品板的铁损特性劣化的有害元素。因此，坯材中包含的C的上限需要限制为0.0050质量％。优选为0.0040质量％以下。应予说明，C的下限不特别规定，但是从抑制炼钢中的脱碳成本的观点出发，优选设为0.0001质量％左右。
Si：2.8～6.5质量％
Si具有提高钢的固有电阻、降低铁损的效果，另外，具有通过固溶强化提高钢强度的效果，因此含有2.8质量％以上。另一方面，如果超过6.5质量％，则难以轧制，因此上限设为6.5质量％。优选为3.0～6.0质量％的范围。
Mn：0.05～2.0质量％
与Si同样，Mn是对提高钢的固有电阻和强度有用的元素，另外，也是形成硫化物而固定S、改善热脆性的元素，因此含有0.05质量％以上。另一方面，超过2.0质量％的添加引起板坯裂纹等，使制钢中的操作性恶化，因此上限设为2.0质量％。优选为0.1～1.5质量％的范围。
P：0.10质量％以下
P是提高固有电阻、涡流损耗的减少效果大的元素，另外，固溶强化能力也优异，因此可以适当添加。但是，P的过量添加导致冷轧性的恶化，因此上限设为0.10质量％。优选为0.05质量％以下。
S：0.0050质量％以下
S成为硫化物形成析出物、夹杂物，降低制造性(热轧性)、产品板的磁特性，因此优选极力减少。因此，S的上限设为0.0050质量％。更优选为0.0030质量％以下。
Al：0.3～2质量％
与Si同样，Al具有提高钢的固有电阻、降低铁损的效果。但是，如果Al小于0.3质量％，则形成微小的氮化物而析出，使铁损特性恶化，因此下限设为0.3质量％。另一方面，如果Al超过2质量％，则钢脆化，难以轧制，因此上限设为2质量％。优选为0.4～1.5质量％的范围。
N：0.0050质量％以下
N是形成氮化物而析出、使磁特性劣化的元素，因此限制为0.0050质量％以下。优选为0.0040质量％以下。
Zn：0.0005～0.0050质量％
Zn是本发明中最重要的成分之一，具有抑制去应力退火时的钢板表面的氮化的效果，因此添加0.0005质量％以上。另一方面，如果添加超过0.0050质量％，则形成硫化物而析出，反而增加铁损，因此限制为0.0050质量％以下。优选为0.001～0.004质量％的范围。
Ti：0.0030质量％以下和Nb：0.0030质量％以下
Ti和Nb是形成微小析出物而析出、增加铁损的元素。特别是，如果各元素的含量超过0.0030质量％，则上述不良影响变得显著，因此Ti和Nb的含量分别限制为0.0030质量％以下。优选分别为0.0020质量％以下。
O：0.0050质量％以下
O是形成氧化物使磁特性劣化的元素，因此限制为0.0050质量％以下。优选为0.0040质量％以下。
本发明的无方向性电磁钢板满足上述成分组成，除此之外，优选上述Zn与S的原子比即(Zn/65)/(S/32)满足下述式(1)；
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
通过Zn与S的原子比满足上述式(1)，可以显著表现Zn的氮化抑制效果。
本发明的无方向性电磁钢板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，除上述成分以外还可以含有以下成分。
Sn：0.005～0.20质量％、Sb：0.005～0.20质量％
Sn和Sb具有改善再结晶织构、改善磁通密度、铁损的效果。为了得到上述效果，优选分别添加0.005质量％以上。但是，即使添加超过0.20质量％，上述效果也饱和。因此，Sn和Sb优选分别在0.005～0.20质量％的范围添加1种或2种。更优选分别为0.01～0.1质量％的范围。
Ca：0.0005～0.020质量％、Mg：0.0005～0.020质量％和REM：0.0005～0.020质量％
Ca、Mg和REM有形成稳定的硫化物、改善去应力退火时的晶粒生长性的效果。为了得到上述效果，优选添加合计0.0005质量％以上的选自上述元素中的1种或2种以上。另一方面，即使添加超过0.020质量％，上述效果也饱和。因此，在添加上述元素的情况下，优选合计为0.0005～0.020质量％的范围。更优选为0.001～0.008质量％的范围。
Cr：0.01～1.0质量％、Co：0.01～1.0质量％、Ni：0.01～1.0质量％和Cu：0.01～1.0质量％
Cr、Co、Ni和Cu具有提高钢的固有电阻、降低铁损并提高钢的强度的效果。为了得到上述效果，优选添加合计0.01质量％以上的选自Cu、Ni和Cr中的1种或2种以上。但是，1.0质量％以上的添加导致成本的上升。因此，上述元素优选以合计0.01～1.0质量％的范围内添加。更优选为0.1～0.5质量％的范围。
Mo：0.001～0.1质量％和W：0.001～0.1质量％
Mo和W均是对抑制钢板表面的缺陷(起皮)有效的元素。特别是，本发明的钢板由于是高合金钢而表面容易氧化，因此由表面裂纹引起的起皮的发生率高，但是通过微量添加作为提高高温强度的元素的Mo和W，可以抑制上述裂纹。如果Mo和W各自的含量低于0.0010质量％，则上述效果不足，另一方面，即使添加超过0.1质量％，上述效果也饱和，仅是合金成本上升。因此，在添加Mo和W的情况下，优选将各自的含量设为上述范围。更优选各自为0.0050～0.050质量％的范围。
另外，本发明的无方向性电磁钢板可以在不对无方向性电磁钢板的强度特性和磁特性产生不良影响的范围内含有除上述以外的成分。不对强度特性产生不良影响是指不会因为含有该元素而使最终退火后的屈服应力低于480MPa。另外，不对磁特性产生不良影响是指不会因为含有该元素而使铁损W10/400(W/kg)低于由后述式(3)算出的基准值。作为除上述以外的成分，例如，可以举出0.10质量％以下的As和0.10质量％以下的Bi等。
接下来，对本发明的无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
本发明的无方向性电磁钢板的制造工序由包含上述钢坯材的制造工序、热轧工序、热轧板退火工序、酸洗工序、冷轧工序和最终退火工序的一系列工序构成。以下具体说明。
＜钢坯材的制造工序＞
本发明的无方向性电磁钢板的制造中使用的钢坯材(板坯)可以将具有上述适于本发明的成分组成的钢在使用转炉、电炉、真空脱气装置等通常公知的精炼工序中熔炼，用常规方法的连续铸造法或铸锭－开坯轧制法来制造。应予说明，可以用直接铸造法制造100mm以下的厚度的薄铸片。
＜热轧工序＞
然后，上述钢坯在通常公知的方法·条件下进行热轧制成热轧板。应予说明，上述钢坯通常在加热炉中再加热到规定的温度后供于热轧，但是也可以铸造后不进行再加热而立即供于热轧。另外，在薄铸片的情况下，可以进行热轧，也可以省略热轧而直接进入以后的工序。
＜热轧板退火工序＞
热轧后的热轧板退火优选将均热温度设为800～1100℃的范围来实施。如果小于800℃，则热轧板退火的效果小，得不到充分的磁特性改善效果，另一方面，如果超过1100℃，则晶粒粗大化，助长冷轧时的脆性破坏(板断裂)，或在制造成本上不利。另外，从确保生产率的观点出发，均热时间优选设为180秒以下。更优选均热温度为850～1000℃，均热时间为60秒以下。
＜冷轧工序＞
然后，上述热轧板退火后的钢板进行酸洗并脱氧化皮后，通过1次冷轧或夹有中间退火的2次以上冷轧制成最终板厚的冷轧板。冷轧的终轧厚度(最终板厚)不特别限制，但是优选设为0.1～0.35mm的范围。如果小于0.1mm，则生产率降低，另一方面，如果为0.35mm以上，则铁损降低效果小。
＜最终退火工序＞
制成最终板厚的冷轧板之后实施最终退火。该最终退火优选设为连续退火，优选均热温度为700～900℃，保持在上述均热温度的时间为1～300秒的范围。如果均热温度小于700℃，均热时间小于1秒，则再结晶不充分进行，得不到良好的磁特性，除此之外，不能充分得到连续退火中的形状矫正效果。另一方面，如果均热温度超过900℃，均热时间超过300秒，则晶体粒径粗大化，钢板的强度降低。应予说明，从确保转子铁芯所要求的最终退火后的强度(屈服应力：480MPa以上)的观点出发，优选最终退火在能够进行形状矫正的范围内设为尽量低的温度、尽量短的时间，更优选均热温度为750～850℃，均热时间为1～30秒的范围。
上述最终退火后的钢板具有进行拉伸试验时的屈服应力(上屈服点)为480MPa以上的特性，但是上述钢板如后所述，其特征在于在适于本发明的条件下进行去应力退火的情况下，具有非常优异的铁损特性。
上述最终退火后的钢板之后为了确保层叠时的绝缘性，优选在钢板表面被覆绝缘被膜制成产品板(无方向性电磁钢板)。为了确保良好的冲裁性，该绝缘被膜优选选择含有树脂的有机被膜，另一方面，在重视焊接性的情况下，优选选择半有机被膜、无机被膜。
然后，对本发明的马达铁芯及其制造方法进行说明。
本发明的马达铁芯以如上所述得到的最终退火后的钢板为坯材，通过冲裁加工等从该坯材钢板同时采取铁芯形状的转子铁芯坯材和定子铁芯坯材。然后，上述转子铁芯坯材层叠、固定组装成转子铁芯，上述定子铁芯坯材层叠、固定组装成定子铁芯。
然后，要求高强度的转子铁芯直接用于马达铁芯，但是要求优异的磁特性的定子铁芯进一步实施去应力退火，改善磁特性后用于马达铁芯。该去应力退火是本发明中极其重要的工序，优选在780～950℃×0.1～10hr的条件下进行。如果去应力退火温度小于780℃，退火时间小于0.1hr，则铁损改善效果小。另一方面，如果退火温度超过950℃或退火时间超过10hr，则难以确保层叠的钢板间的绝缘，或生产率受到阻碍。
另外，去应力退火时的气氛也极其重要，从抑制钢板表层的氮化的观点出发，在非活性气体气氛中进行。具体而言，优选为选自N2、H2和稀有气体中的1种或2种以上的混合气体且上述气氛气体中的N2的含量为30vol％以下的气氛气体。例如，优选设为以vol％比计H2：N2＝80：20的气氛。另外，从防止钢板表面的氧化且降低铁损的观点出发，气氛的露点优选设为－20℃以下，更优选设为－40℃以下。应予说明，上述去应力退火时的气氛控制优选在加热、均热和冷却时的600℃以上的温度范围内实施。
满足上述条件进行去应力退火的钢板，即构成定子铁芯的钢板在将从钢板的单侧表面到板厚1/20为止的层中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的含量设为N1(质量％)、将总板厚中以AlN形式存在的氮(N as AlN)的含量设为N2(质量％)、将钢板的板厚设为t(mm)时，上述N1、N2和t满足下述式(2)；
(t×N2)/{(t/10)×N1}≥5.0···(2)。
上述式(2)可以通过如下方式来实现：如上所述将坯材钢板的Zn含量控制在0.0005～0.0050质量％的范围，并且将去应力退火时的气氛的氮分压控制为30vol％以下和将露点控制为－20℃以下，抑制钢板表层的氮化和钢板表面的氧化。
进而，满足上述式(2)的钢板通过抑制去应力退火时的钢板表层的氮化和钢板表面的氧化，可以大大降低磁滞损耗，因此去应力退火后的钢板的铁损W10/400(W/kg)与板厚t(mm)的关系中满足下述式(3)；
W10/400≤8+20×t···(3)。
在不满足上述式(3)的情况下，定子铁芯的发热变大，马达效率显著降低。
实施例
将具有表6所示的各种成分组成的钢坯材(板坯)在1120℃的温度下加热30分钟后，进行热轧制成板厚1.9mm的热轧板，对该热轧板实施925℃×30秒的热轧板退火，进行酸洗并脱氧化皮后，进行冷轧而制成表7所示的各种最终板厚的冷轧板。然后，同样以表7所示的各种条件对上述冷轧板实施最终退火，制成最终退火板。
Figure BDA0003426334640000161
Figure BDA0003426334640000171
Figure BDA0003426334640000181
从这样得到的最终退火板采取以轧制方向为拉伸方向的JIS5号拉伸试验片，依据JIS Z 2241进行拉伸试验，测定上屈服点。
另外，分别从上述最终退火板的轧制方向(L方向)和轧制垂直方向(C方向)切出长度180mm×宽度30mm的试验片，实施以表7所示的各种条件模拟去应力退火的热处理后，在爱泼斯坦试验中测定(L+C)方向的铁损W10/400。
进而，对于上述去应力退火后的试验片，用电解提取法测定在从钢板的单侧表面到板厚1/20的层内形成AlN的氮(N as AlN)的含量N1(质量％)和在总板厚中形成AlN的氮(N as AlN)的含量N2(质量％)。
将上述测定的结果一并记于表7中。由该结果可知使用具有适于本发明的成分组成的钢坯材在适于本发明的条件下制造的钢板均是最终退火后的屈服应力为480MPa以上，去应力退火后的铁损W10/400满足上述本发明的式(3)，具有优异的铁损特性。
Figure BDA0003426334640000201
Figure BDA0003426334640000211
Figure BDA0003426334640000221

Claims (11)

1.一种无方向性电磁钢板的制造方法，其特征在于，对具有如下成分组成的钢坯进行热轧，实施热轧板退火后，进行冷轧、最终退火，所述成分组成含有C：0.0050质量％以下、Si：2.8～6.5质量％、Mn：0.05～2.0质量％、P：0.10质量％以下、S：0.0050质量％以下、Al：0.3～2质量％、N：0.0050质量％以下、Zn：0.0005～0.0050质量％、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下和O：0.0050质量％以下且满足Si+Al≥4质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；将所述最终退火后的钢板的屈服应力设为480MPa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，所述钢坯的Zn和S的以质量％计的含量满足下述式(1)，
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
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，将所述最终退火的均热温度设为700～900℃的范围。
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，其特征在于，所述钢坯除所述成分组成以外，进一步含有下述A～D组中的至少一组成分，
·A组：选自Sn：0.005～0.20质量％和Sb：0.005～0.20质量％中的1种或2种，
·B组：合计0.0005～0.020质量％的选自Ca、Mg和REM中的1种或2种以上，
·C组：合计0.01～1.0质量％的选自Cr、Co、Ni和Cu中的1种或2种以上，
·D组：选自Mo：0.001～0.1质量％和W：0.001～0.1质量％中的1种或2种。
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，所述钢坯除所述成分组成以外，进一步在不影响所述无方向性电磁钢板的强度特性和磁特性的范围内含有其他选择元素。
6.一种马达铁芯的制造方法，其特征在于，从用权利要求1～5中任一项所述的方法制造的无方向性电磁钢板同时采取转子铁芯坯材和定子铁芯坯材后，层叠所述转子铁芯坯材而制成转子铁芯，层叠所述定子铁芯坯材并实施去应力退火而制成定子铁芯，制造一组马达铁芯，
构成所述定子铁芯的钢板在将从单侧表面到板厚1/20为止的层中以AlN形式存在的氮即N as AlN的含量设为N1、将总板厚中以AlN形式存在的氮量即N as AlN的含量设为N2、将钢板的板厚设为t时，以所述N1、N2和t满足下述式(2)且在铁损W10/400与板厚t的关系中满足下述式(3)的方式实施去应力退火，所述N1、N2的单位为质量％，t的单位为mm，W10/400的单位为W/kg；
(t×N2)/{(t/10)×N1}≥5.0···(2)
W10/400≤8+20×t···(3)。
7.根据权利要求6所述的马达铁芯的制造方法，其特征在于，将所述去应力退火的均热温度设为780～950℃的范围，将去应力退火的气氛设为选自氮、氢和稀有气体中的1种或2种以上的混合气体，并且将所述气氛中的氮含量设为30vol％以下，将露点设为－20℃以下。
8.一种马达铁芯，其特征在于，由以无方向性电磁钢板制成的转子铁芯和以与上述相同的无方向性电磁钢板制成的定子铁芯构成，所述无方向性电磁钢板具有如下成分组成：含有C：0.0050质量％以下、Si：2.8～6.5质量％、Mn：0.05～2.0质量％、P：0.10质量％以下、S：0.0050质量％以下、Al：0.3～2质量％、N：0.0050质量％以下、Zn：0.0005～0.0050质量％、Ti：0.0030质量％以下、Nb：0.0030质量％以下和O：0.0050质量％以下且满足Si+Al≥4质量％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；
构成所述转子铁芯的钢板的屈服应力为480MPa以上，
构成所述定子铁芯的钢板在将从钢板的单侧表面到板厚1/20为止的层中以AlN形式存在的氮即N as AlN的含量设为N1、将总板厚中以AlN形式存在的氮即N as AlN的含量设为N2、将钢板的板厚设为t时，所述N1、N2和t满足下述式(2)，且在铁损W10/400与板厚t的关系中满足下述式(3)，其中，所述N1、N2的单位为质量％，t的单位为mm，W10/400的单位为W/kg；
(t×N2)/{(t/10)×N1}≥5.0···(2)
W10/400≤8+20×t···(3)。
9.根据权利要求8所述的马达铁芯，其特征在于，所述无方向性电磁钢板的Zn和S的以质量％计的含量满足下述式(1)，
0.20≤(Zn/65)/(S/32)≤0.90···(1)。
10.根据权利要求8或9所述的马达铁芯，其特征在于，所述无方向性电磁钢板除所述成分组成以外，进一步含有下述A～D组中的至少一组成分，
·A组：选自Sn：0.005～0.20质量％和Sb：0.005～0.20质量％中的1种或2种，
·B组：合计0.0005～0.020质量％的选自Ca、Mg和REM中的1种或2种以上，
·C组：合计0.01～1.0质量％的选自Cr、Co、Ni和Cu中的1种或2种以上，
·D组：选自Mo：0.001～0.1质量％和W：0.001～0.1质量％中的1种或2种。
11.根据权利要求8～10中任一项所述的马达铁芯，其特征在于，所述无方向性电磁钢板除所述成分组成以外，进一步在不影响所述无方向性电磁钢板的强度特性和磁特性的范围内含有其他选择元素。
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