CN114514332A - 无取向性电磁钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种无取向性电磁钢板，由内层部和表层部构成，具有如下成分组成：含有Si以及以总板厚的平均含量计为C：0.020质量％以下、Mn：0.010质量％～2.0质量％和S：0.0100质量％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，上述表层部中的平均Si含量[Si]1为2.5～7.0质量％且上述内层部中的平均Si含量[Si]0为1.5～5.0质量％，上述表层部具有5～50MPa的面内拉伸应力，上述无取向性电磁钢板的板厚t为0.01～0.35mm，上述表层部的总厚度t1与上述板厚t之比t1/t为0.10～0.70，上述无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N]为40ppm以下，铁损W10/400(W/kg)与上述板厚t(mm)满足下述式(1)。W10/400≤8+30t…(1)。

Description

无取向性电磁钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及无取向性电磁钢板，特别涉及高频区域内的铁损低的无取向性电磁钢板。另外，本发明涉及上述无取向性电磁钢板的制造方法。
背景技术
用于电动汽车、混合电动汽车用等的马达，从小型化、高效率化的观点出发，进行高频区域内的驱动。因此，对作为这样的马达的铁芯材料使用的无取向性电磁钢板，要求高频区域内的铁损低。
因此，为了在高频区域内降低铁损，研究了添加Si、Al等合金元素、减少板厚等各种方法。
例如，在专利文献1中提出了通过对钢板实施渗硅退火来控制板厚方向的Si浓度分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11－293422号公报
发明内容
但是，根据专利文献1中提出的以往的方法，高频区域内的铁损得到一定的改善，但是仍然不充分。具体而言，存在如下问题：在使用由上述以往的方法得到的无取向性电磁钢板作为以磁滞损耗的影响大的400Hz左右的频率驱动的电器的铁芯材料的情况下，不能充分减少铁损。
本发明是鉴于上述实际情况而进行的，目的在于提供进一步减少400Hz左右的频率区域内的铁损的无取向性电磁钢板。
本发明人等对解决上述问题的方法进行了深入研究，结果发现，为了减少400Hz左右的频率区域内的铁损，重要的是减少由于钢板的表层部和内层部的晶格常数差而产生的应力以及减少作为不可避免的杂质的钢中含有的N的平均含量。本发明是基于上述见解而进行的，其要旨构成如下。
1.一种无取向性电磁钢板，由内层部和设置于所述内层部的两侧的表层部构成，所述内层部定义为Si含量小于总板厚的平均Si含量的区域，所述表层部定义为Si含量为总板厚的平均Si含量以上的区域，
具有如下成分组成：Si、以及以总板厚的平均含量计为C：0.020质量％以下、
Mn：0.010质量％～2.0质量％和S：0.0100质量％以下，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
上述表层部中的平均Si含量[Si]1为2.5～7.0质量％、
上述内层部中的平均Si含量[Si]0为1.5～5.0质量％；
上述表层部具有5～50MPa的面内拉伸应力，
上述无取向性电磁钢板的板厚t为0.01～0.35mm，
上述表层部的总厚度t1与上述板厚t之比t1/t为0.10～0.70，
上述无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N]为40ppm以下，
最大磁通密度：1.0T、频率400Hz的铁损W10/400(W/kg)与上述板厚t(mm)满足下述式(1)。
W10/400≤8+30t…(1)
2.根据上述1所述的无取向性电磁钢板，其中，上述成分组成以总板厚的平均含量计进一步含有选自：Al：0.10质量％以下、P：0.10质量％以下、Sn：0.10质量％以下、和Sb：0.10质量％以下中的至少一个。
3.根据上述1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，具有如下的集合组织：在从上述无取向性电磁钢板的表面起板厚的1/4深度的面的方位分布函数的Φ2＝45°截面中，{100}面集成度与{111}面集成度之比{100}/{111}为55～90％。
4.根据上述1～3中任一项所述的无取向性电磁钢板，其中，上述成分组成进一步满足下述式(2)。
[Mn][S]≤0.0030…(2)
其中，[Mn]、[S]分别为Mn、S在总板厚中的平均含量(质量％)。
5.一种无取向性电磁钢板的制造方法，是制造上述1～4中任一项所述的无取向性电磁钢板的方法，
在SiCl4气氛中以1000℃～1300℃的渗硅处理温度对Si含量为1.5～5.0质量％的钢板实施渗硅处理，
在N2气氛中以950℃～1300℃的温度对上述渗硅处理后的钢板实施扩散处理，
在从扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：5～20℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：30～100℃/s的条件下，对上述扩散处理后的钢板进行冷却。
根据本发明，可以提供进一步减少400Hz左右的频率区域内的铁损的无取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板的结构的示意图。
图2是表示无取向性电磁钢板的板厚方向的Si含量图形的例子的示意图。
图3是表示上述表层部的总厚度t1相对于板厚t的比t1/t与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性的坐标图。
图4是表示面内拉伸应力(MPa)与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性的坐标图。
图5是表示冷却工序的从扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1(℃/s)与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性的坐标图。
图6是表示冷却工序的从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2(℃/s)与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性的坐标图。
图7是表示冷却工序的从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2(℃/s)与无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N](ppm)之间的相关性的坐标图。
具体实施方式
以下，对实施本发明的方法具体进行说明。应予说明，以下说明示出本发明的优选实施方式的例子，本发明不限定于此。
[无取向性电磁钢板]
图1是表示本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板的结构的示意图。另外，图2是表示无取向性电磁钢板的板厚方向的Si含量图形的例子的示意图。图2中的纵轴表示板厚方向的位置，0表示无取向性电磁钢板的一个表面，t表示该无取向性电磁钢板的另一个表面。
在图2所示的例子中，本发明的无取向性电磁钢板1(以下有时简称为“钢板”)具有Si含量从表面朝向板厚中心方向连续减少的Si含量分布。应予说明，上述Si含量分布也可以是Si含量在钢板的整个板厚方向上连续变化的分布，但是例如也可以是在钢板的表面侧连续变化并在板厚中央部恒定的Si含量分布。另外，钢板表面附近的Si量可以稍微低，也就是说，可以由小于总板厚的平均Si含量的内层部和设置于上述内层部的两侧的Si含量为总板厚的平均Si含量以上的表层部构成。
这里，如果将Si含量为总板厚的平均Si含量以上的区域定义为表层部，将Si含量小于总板厚的平均Si含量的区域定义为内层部，则如图1所示，本发明的无取向性电磁钢板1可以说由内层部10和设置于内层部10的两侧的表层部20构成。
[成分组成]
首先，对本发明的无取向性电磁钢板的成分组成进行说明。本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板具有如下成分组成：含有Si、C、Mn和S，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。应予说明，在以下说明中，表示各元素的含量的“％”除非特别说明，否则表示“质量％”。另外，在以下说明中，除Si以外的各元素的含量是指该元素在钢板的总板厚中的平均含量。
C：0.020％以下
C是对磁特性有害的元素，如果C含量超过0.020％，则由于磁老化而铁损显著增大。因此，C含量设为0.020％以下。另一方面，从磁特性的观点出发，C含量越低越优选，因此C含量的下限不特别限定。但是，过度的减少导致制造成本的增加，因此C含量优选设为0.0001％以上，更优选设为0.001％以上。
Mn：0.010％～2.0％
Mn是对改善热加工性有效的元素。另外，Mn增加钢板的固有电阻，其结果具有减少铁损的效果。为了得到上述效果，将Mn含量设为0.010％以上。另一方面，如果Mn含量超过2.0％，则导致制造性降低和成本上升。因此，Mn含量设为2.0％以下。
S：0.0100％以下
S由于形成细小析出物和偏析到晶界而增大铁损。因此，S含量设为0.0100％以下。另一方面，从铁损的观点出发，S含量越低越优选，因此S含量的下限不特别限定。但是，过度的减少导致制造成本的增加，因此S含量优选设为0.0001％以上。
[Si]1：2.5～7.0％
Si是具有提高钢板的电阻、减少涡流损耗的作用的元素。如果表层部的平均Si含量([Si]1)小于2.5％，则不能有效地减少涡流损耗。因此，表层部中的平均Si含量设为2.5％以上，优选为3.0％以上，更优选超过3.5％。另一方面，如果表层部中的平均Si含量超过7.0％，则由于饱和磁化的降低而磁通密度降低，另外无取向性电磁钢板的制造性降低。因此，表层部中的平均Si含量设为7.0％以下，优选小于6.5％，更优选为6.0％以下。应予说明，表层部中的平均Si含量为2.5～7.0％是指无取向性电磁钢板的一个面的表层部(第一表层部)中的平均Si含量为2.5～7.0％且该无取向性电磁钢板的另一个面的表层部(第二表层部)中的平均Si含量为2.5～7.0％。第一表层部中的平均Si含量与第二表层部中的平均Si含量可以相同，也可以不同。
[Si]0：1.5～5.0％
如果内层部中的平均Si含量([Si]0)小于1.5％，则涡流损耗增加。因此，内层部中的平均Si含量设为1.5％以上。另一方面，如果内层部中的平均Si含量超过5.0％，则冲裁马达铁芯时产生铁芯破裂的问题。因此，内层部中的平均Si含量设为5.0％以下，优选为4.0％以下。
在本发明的一个实施方式中，无取向性电磁钢板具有包含上述元素且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
[任意添加成分]
在本发明的另一实施方式中，上述成分组成可以进一步任选地以以下记载的含量含有选自Al、P、Sn和Sb中的至少一个。应予说明，以下记载的各元素的含量是指该元素在钢板的总板厚中的平均含量。
Al：0.10％以下
Al是具有增加钢板的固有电阻的作用的元素，通过添加Al可以进一步减少铁损。但是，如果Al含量超过0.10％，则导致制造性降低和成本上升。因此，在添加Al的情况下，Al含量设为0.10％以下。另一方面，Al含量的下限不特别限定，但是在添加Al的情况下，从提高添加效果的观点出发，优选将Al含量设为0.01％以上。
P：0.10％以下
通过添加P，可以大幅改善集合组织，进一步提高磁通密度，并且进一步降低磁滞损耗。另外，通过添加P，可以抑制高温退火时的钢板的氮化，进一步抑制铁损的增加。但是，如果P含量超过0.10％，则效果饱和，另外导致制造性降低。因此，在添加P的情况下，P含量设为0.10％以下。另一方面，P含量的下限不特别限定，但是从提高P的添加效果的观点出发，优选将P含量设为0.001％以上。
Sn：0.10％以下
与P同样，通过添加Sn，可以大幅改善集合组织，进一步提高磁通密度，并且进一步降低磁滞损耗。另外，通过添加Sn，可以抑制高温退火时的钢板的氮化，进一步抑制铁损的增加。如果Sn含量超过0.10％，则效果饱和，另外导致制造性降低和成本上升。因此，在添加Sn的情况下，Sn含量设为0.10％以下。另一方面，Sn含量的下限不特别限定，但是从提高Sn的添加效果的观点出发，优选将Sn含量设为0.001％以上。
Sb：0.10％以下
与P和Sn同样，通过添加Sb，可以大幅改善集合组织，进一步提高磁通密度，并且进一步降低磁滞损耗。另外，通过添加Sb，可以抑制高温退火时的钢板的氮化，进一步抑制铁损的增加。如果Sb含量超过0.10％，则效果饱和，另外导致制造性降低和成本上升。因此，在添加Sb的情况下，Sb含量设为0.10％以下。另一方面，Sb含量的下限不特别限定，但是从得到Sb的添加效果的观点出发，优选将Sb含量设为0.001％以上。
[Mn][S]≤0.0030
在含有Mn和S的钢中，MnS在小于1000℃的较低温下的退火时析出。而且，析出的MnS阻碍晶粒生长，最终得到的无取向性电磁钢板的晶粒尺寸变小，其结果是磁滞损耗增加。与此相对，在本发明中，在1000℃以上的较高温下进行渗硅处理，因此MnS可以固溶而促进晶粒生长。但是，如果Mn的平均含量与S的平均含量的乘积[Mn][S]超过0.0030，则渗硅处理时的晶粒生长被仍然析出的MnS阻碍，磁滞损耗增加。因此，从抑制由渗硅处理中的MnS的析出引起的磁滞损耗的增加的观点出发，优选上述成分组成进一步满足下述公式的条件。
[Mn][S]≤0.0030
其中，[Mn]、[S]分别为Mn、S在总板厚中的平均含量(质量％)。另一方面，[Mn][S]的下限不特别限定，但是从制造性和成本的观点出发，优选设为0.000005以上。
[板厚]
如果无取向性电磁钢板过薄，则冷轧、退火等制造过程中的操作变得困难，制造成本增大。因此，无取向性电磁钢板的板厚t设为0.01mm以上。另一方面，如果无取向性电磁钢板过厚，则涡流损耗变大，总铁损增加。因此，t设为0.35mm以下。
[t1/t]
接下来，为了研究表层部的总厚度t1与无取向性电磁钢板的板厚t之比t1/t(多层比)对磁特性产生的影响，按以下步骤制作t1/t不同的无取向性电磁钢板，评价其磁特性。这里，“表层部的总厚度”是指设置于无取向性电磁钢板的两面的表层部的厚度之和。另外，如上所述，表层部定义为Si含量为总板厚的平均Si含量以上的区域。
首先，对具有含有C：0.005％、Si：2.0％、Mn：0.05％、S：0.001％、Sn：0.04％且剩余部分由Fe和不可避免的免的杂质构成的成分组成的钢坯进行热轧制成热轧钢板。对上述热轧钢板实施950℃×30s的热轧板退火，然后，对上述热轧板退火后的钢板进行冷轧，制成板厚：0.2mm的冷轧钢板。接下来，对上述冷轧钢板在SiCl4气氛中以渗硅处理温度1200℃实施渗硅处理，在钢板表面堆积Si，然后在N2气氛中以扩散处理温度1200℃进行扩散处理，使表层部平均Si含量[Si]1为4.0％、内层部平均Si含量[Si]0为2.2％。然后，在从上述扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：15℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：40℃/s的条件下，冷却到100℃以下。得到的无取向性电磁钢板的比t1/t为0.05～0.80。
从得到的各无取向性电磁钢板采集试验片，进行铁损试验，评价最大磁通密度：1.0T、频率400Hz的铁损W10/400(W/kg)。具体评价方法与实施例中记载的方法同样。
图3表示t1/t与W10/400(W/kg)之间的相关性。从其结果可知，在t1/t为0.10～0.70的情况下铁损大幅降低。该铁损的降低可以认为是由于以下理由。首先，在t1/t小于0.10的情况下，高电阻的表层部的比例低，因此不能有效地减少集中于表层部的涡流。另一方面，在t1/t超过0.70的情况下，表层部与内层部的磁导率差变小，因此磁通渗透到内层部，从内层部也产生涡流损耗。因此，通过将t1/t设为0.10～0.70可以减少铁损。从以上理由，在本申请发明中将表层部的总厚度t1与板厚t之比t1/t设为0.10～0.70。
[面内拉伸应力]
为了进一步降低无取向性电磁钢板的铁损而进行了研究，结果发现在无取向性电磁钢板中产生了面内拉伸应力作为内部应力。为了研究上述面内拉伸应力对无取向性电磁钢板的磁特性的影响，进行以下试验。
首先，对具有含有C：0.004％、Si：2.5％、Mn：0.07％、S：0.002％、Sn：0.04％和P：0.01％且剩余部分由Fe和不可避免的免的杂质构成的成分组成的钢坯进行热轧制成热轧钢板。对上述热轧钢板实施950℃×30s的热轧板退火，然后，对上述热轧板退火后的钢板进行冷轧，制成板厚：0.2mm的冷轧钢板。接下来，在SiCl4气氛中以渗硅处理温度1250℃对上述冷轧钢板实施渗硅处理，在钢板表面堆积Si，然后在N2气氛中以扩散处理温度1100℃进行扩散处理，然后，在从上述扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：15℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：40℃/s的条件下，冷却到100℃以下。得到的无取向性电磁钢板的表层部平均Si含量[Si]1为3.0～7.0％，内层部平均Si含量[Si]1为2.2～2.7％，t1/t为0.30。
从得到的各无取向性电磁钢板采集试验片，进行铁损试验，评价最大磁通密度：1.0T、频率400Hz的铁损W10/400(W/kg)。具体评价方法与实施例中记载的方法同样。
接下来，按以下步骤进行面内拉伸应力的测定。首先，从得到的无取向性电磁钢板的一面实施基于氢氟酸的化学研磨，以研磨后的样品的表面成为表层部和内层部的方式进行研磨直到上述样品的板厚tS成为0.1mm。化学研磨后的样品翘曲成表层部成为内侧，因此可知在研磨前的样品中在表层部的面内产生了拉伸应力。因此，从作为所得到的样品的翘曲量的指标的曲率半径r使用下述公式算出上述无取向性电磁钢板的面内拉伸应力。
面内拉伸应力(MPa)＝tS×E/(4×r)
这里，
tS：样品的板厚＝0.1mm
E：杨氏模量＝190GPa
r：曲率半径(mm)。
图4表示面内拉伸应力(MPa)与W10/400(W/kg)之间的相关性。从其结果可知，在面内拉伸应力为5～50MPa的情况下铁损降低。这可以认为是由于以下理由。即，由于表层部的面内产生的拉伸应力而易磁化轴成为面内方向，因此磁通集中于表层，涡流损耗减少。但是，如果内部应力过大，则磁通集中到表层部，涡流损耗降低，但是磁滞损耗大幅增加，因此结果铁损增加。由于不仅涡流损耗，而且磁滞损耗也显著影响400Hz左右的频率区域内的铁损，因此在本申请发明中，为了减少400Hz左右的频率区域内的铁损，将表层部的面内拉伸应力设为5～50MPa。
应予说明，由于认为表层部的面内拉伸应力主要由表层部与内层部的Si浓度差：ΔSi([Si]1－[Si]0)产生，所以为了得到本申请发明的内部应力，优选将ΔSi设为1.0％以上。一般而言，[Si]1高于[Si]0，因此换言之，优选设为[Si]1≥{[Si]0+1.0质量％}。
[平均N含量]
在本发明中，将无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N]设为40ppm以下。对于其限定理由在后面叙述。
[铁损]
本发明的铁损以最大磁通密度1.0T、频率400Hz的铁损(总铁损)W10/400(W/kg)来评价。本发明的无取向性电磁钢板的W10/400(W/kg)与板厚t(mm)满足以下公式。这是因为，在不满足以下公式的关系的情况下，定子铁芯的发热变得非常大，马达效率显著降低。应予说明，由于铁损取决于板厚，所以在以下公式中考虑板厚的影响，规定铁损的上限值。
W10/400≤8+30t
在电磁钢板中，通常如果提高磁通密度，则铁损增大，因此一般的马达铁芯被设计成磁通密度为1.0T左右。与此相对，本发明的无取向性电磁钢板通过如上所述地控制钢板的表层部和内层部的成分组成、面内拉伸应力以及多层比，兼顾作为相反性质的高磁通密度和低铁损。
[集合组织]
通过在无取向性电磁钢板中增加{100}面并减少{111}面而在该无取向性电磁钢板的面内容易磁化，因此可以进一步提高磁通密度并进一步降低磁滞损耗。因此，优选在从上述无取向性电磁钢板的表面起板厚t的1/4深度的面的方位分布函数(ODF)的Φ2＝45°截面中，将{100}面集成度与{111}面集成度之比{100}/{111}设为55％以上。另一方面，如果上述{100}/{111}过大，则有铁芯的加工性降低的风险。因此，{100}/{111}优选设为90％以下。
应予说明，为了增加{100}面的比例，在渗硅处理时将升温过程中的从200℃到渗硅温度的平均升温速度设为20℃/s以上、适量添加作为偏析元素的P、Sn、Sb中的至少一个是有效的。
[制造方法]
本发明的无取向性电磁钢板不特别限定，但是可以使用渗硅法制造。在使用渗硅法的情况下，通过对Si含量在厚度方向上恒定的钢板实施渗硅处理和扩散处理，可以提高钢板两面的表层部的Si含量。由渗硅法制造的无取向性电磁钢板例如具有如图2(a)所示的Si含量图形。
以下，对本发明的一个实施方式的使用了渗硅法的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。
在本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板的制造方法中，通过对钢板依次实施以下(1)～(3)的工序，制造无取向性电磁钢板。
(1)渗硅处理
(2)扩散处理
(3)冷却
作为实施上述处理的对象的钢板，可以使用Si含量为1.5～5.0％的钢板。上述钢板优先使用在板厚方向上具有大致均匀组成的钢板。上述钢板的除Si以外的成分组成不特别限定，但是可以与上述无取向性电磁钢板的成分组成同样。
在本发明的一个实施方式中，作为上述处理对象的钢板，优选使用具有如下成分组成的钢板，上述成分组成含有：
Si：1.5～5.0％、
C：0.020％以下、
Mn：0.010～2.0％、和
S：0.0100％以下且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
另外，在本发明的另一实施方式中，上述钢板的成分组成可以进一步含有：
Al：0.10质量％以下、
P：0.1质量％以下、
Sn：0.10质量％以下、和
Sb：0.10质量％以下中的至少一个。
上述钢板的成分组成优选进一步满足以下公式。
[Mn][S]≤0.0030
其中，[Mn]、[S]分别为Mn、S在总板厚的平均含量(质量％)。
(1)渗硅处理
首先，对上述钢板实施渗硅处理。上述渗硅处理在SiCl4气氛中以1000℃～1300℃的渗硅处理温度进行。在渗硅处理温度小于1000℃的情况下，SiCl4与母材的反应变慢，因此制造性降低，成本增加。另外，如果通过渗硅处理而钢板表层部的Si含量增加，则熔点降低，因此如果在超过1300℃的高温下实施渗硅处理，则钢板在炉内断裂，制造性降低。因此，渗硅处理温度设为1000℃～1300℃。
(2)扩散处理
接下来，对上述渗硅处理后的钢板实施扩散处理。上述扩散处理在N2气氛中以950℃～1300℃的温度进行。扩散处理也可以在Ar气氛中进行，但是成本增加，因此从不是现实而是工业的观点出发，在N2气氛下进行。另外，如果在小于950℃的温度下进行扩散处理，则扩散速度变慢，因此制造性降低。另一方面，如果通过渗硅处理而钢板表层部的Si含量增加，则熔点降低，因此如果在超过1300℃的高温下实施扩散处理，则钢板在炉内断裂，制造性降低。因此，扩散处理的温度设为950℃～1300℃。
(3)冷却
接着，在从扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：5～20℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：30～100℃/s的条件下，对上述扩散处理后的钢板进行冷却。
这里，对为了决定上述冷却工序中的平均冷却速度而进行的实验进行说明。
首先，对具有含有C：0.005％、Si：2.5％、Mn：0.06％、S：0.003％、Sn：0.06％和P：0.06％且剩余部分由Fe和不可避免的免的杂质构成的成分组成的钢坯进行热轧制成热轧钢板。对上述热轧钢板进行950℃×30s的热轧板退火，然后，对上述热轧板退火后的钢板进行冷轧，制成板厚：0.2mm的冷轧钢板。接下来，对上述冷轧钢板在SiCl4气氛中以渗硅处理温度1200℃实施渗硅处理，在钢板表面堆积Si，然后在N2气氛中以扩散处理温度1100℃进行扩散处理，使表层部平均Si含量[Si]1为4.5％。然后，在从上述扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：5～35℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：5～120℃/s的条件下，冷却到100℃以下。得到的无取向性电磁钢板的比t1/t为0.30。
从得到的各无取向性电磁钢板采集试验片，进行铁损试验，评价最大磁通密度：1.0T、频率400Hz的铁损W10/400(W/kg)。具体评价方法与实施例中记载的方法同样。
图5表示将平均冷却速度v2恒定为45℃/s时的平均冷却速度v1(℃/s)与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性。从其结果可知，如果平均冷却速度v1超过20℃/s，则铁损增加。认为这是因为，在平均冷却速度v1超过20℃/s的情况下，由于迅速的冷却而在钢板产生应变，其结果是磁滞损耗增加。因此，在本发明中，将平均冷却速度v1设为20℃/s以下。另一方面，如果v1小于5℃/s，则制造效率降低，成本增加。因此，v1设为5℃/s以上。
另外，图6表示将平均冷却速度v1恒定为10℃/s时的平均冷却速度v2(℃/s)与铁损W10/400(W/kg)之间的相关性。从其结果可知，如果平均冷却速度v2小于30℃/s，则铁损增加。
为了调查该原因，测定在各条件下得到的无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N]。将平均冷却速度v2(℃/s)与测定的平均N含量[N](ppm)之间的相关性示于图7。应予说明，上述平均N含量[N]以实施例中记载的方法来测定。从图7所示的结果可知，在平均冷却速度v2小于30℃/s的条件下，与v2为30℃/s以上的情况相比，[N]较高。从其结果认为，如果平均冷却速度v2小于30℃/s，则由于钢板的氮化而铁损增加。因此，在本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板中，将总板厚的平均N含量[N]设为40ppm以下。另外，在本发明的一个实施方式的无取向性电磁钢板的制造方法中，将平均冷却速度v2设为30℃/s以上。
另一方面，从图6、7所示的结果可知，如果平均冷却速度v2超过100℃/s，则不管钢中氮气量为30ppm以下，铁损增加。认为这是因为，在平均冷却速度v2超过100℃/s的情况下，由于冷却应变而铁损增加。因此，在本发明中，将平均冷却速度v2设为100℃/s以下。
实施例
(实施例1)
为了确认本发明的效果，按以下叙述的步骤制造无取向性电磁钢板，评价其磁特性。
首先，准备含有Si：2.0～4.0％的钢坯。上述钢坯的成分组成通过在转炉中吹炼后进行脱气处理来调整。接着，将上述钢坯在1140℃下加热1小时后，进行热轧制成板厚2mm的热轧钢板。上述热轧中的热轧终轧温度设为800℃。将上述热轧钢板在卷绕温度：610℃下进行卷绕，接着实施900℃×30s的热轧板退火制成热轧退火板。然后，对上述热轧退火板实施酸洗和冷轧，制成冷轧钢板。
接着，在SiCl4气氛中以渗硅处理温度1200℃对得到的冷轧钢板实施渗硅处理。应予说明，在渗硅处理的升温过程中，在10～40℃/s之间变更从200℃到渗硅处理温度的升温速度。然后，在N2气氛中以表1、2所示的条件进行扩散处理、冷却，得到表1、2所示的具有板厚t的无取向性电磁钢板。这里，平均冷却速度v1表示从扩散处理温度到900℃的平均冷却速度，平均冷却速度v2表示从900℃到100℃的平均冷却速度。
(组成)
将得到的无取向性电磁钢板嵌入碳模具中，使用EPMA(电子探针微量分析器)测定板厚方向截面中的Si含量分布。计算钢板的板厚中的Si含量的平均值，将Si浓度比上述平均值高的部分设为表层部、低的部分设为内层部。从得到的结果求出，表层部的总厚度t1与板厚t之比t1/t、表层部中的平均Si含量：[Si]1和内层部中的平均Si含量：[Si]0。另外，使用ICP光谱法测定无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量：[N]。将测定结果同时记于表1、2。
另外，对于得到的无取向性电磁钢板中包含的除Si、N以外的成分，也使用ICP光谱法测定总板厚的平均含量。将测定结果示于表1、2。
(内部应力)
在内部应力的测定中使用宽度30mm、长度180mm的试验片，对样品从一面进行基于氢氟酸的化学研磨，以研磨后的样品的表面成为表层部和内层部的方式进行研磨直到该样品的板厚tS成为t/2。然后，从样品的翘曲量使用下述(2)式算出面内拉伸应力。
面内拉伸应力(MPa)＝tS×E/(4×r)…(2)
这里，
tS：样品的板厚
E：杨氏模量＝190GPa
r：曲率半径(mm)。
(集合组织)
另外，为了调查所得到的无取向性电磁钢板的集合组织，从无取向性电磁钢板的表面进行化学研磨到板厚1/4，使用X射线进行ODF解析，求出方位分布函数的Φ2＝45°截面的{100}面集成度与{111}面集成度之比{100}/{111}。将测定结果同时记于表1、2。
(铁损)
从得到的各无取向性电磁钢板采集宽度30mm、长度180mm的试验片，进行铁损试验，测定最大磁通密度：1.0T、频率：400Hz的铁损：W10/400(W/kg)。上述铁损试验依据JIS C2550－1并使用25cm铁损框进行。另外，在上述铁损试验中，等量使用以试验片的长度方向成为轧制方向(L方向)的方式采集的L方向试验片和以试验片的长度方向成为轧制直角方向(C方向)的方式采集的C方向试验片，评价L方向和C方向的磁特性的平均值。将测定结果同时记于表1、2。
从表1、2所示的结果可知，满足本发明条件的无取向性电磁钢板具有400Hz的铁损低的优异特性。与此相对，在不满足本发明条件的比较例中，铁损差。应予说明，在一部分比较例中，由于在制造过程中钢板断裂，所以无法评价铁损。
Figure BDA0003562907250000161
Figure BDA0003562907250000171
(实施例2)
将含有表3所示成分的钢坯在1140℃下加热1小时后，实施热轧终轧温度为800℃的热轧，制成板厚2mm的热轧钢板。将得到的热轧钢板在610℃下进行卷绕，接着实施950℃×30s的热轧板退火，制成热轧退火板。然后，对热轧退火板实施酸洗和冷轧，制成具有表3所示板厚的冷轧钢板。
接着，对得到的冷轧钢板在SiCl4+N2气氛中以渗硅处理温度1200℃实施渗硅处理。然后，在N2气氛中以1150℃实施扩散处理，从1150℃到900℃以平均冷却速度v1：20℃/s、从900℃到100℃以平均冷却速度v2：6℃/s进行冷却。另外，渗硅处理以表层与内层的板厚比t1/t成为0.40的方式实施处理。
对于得到的各无取向性电磁钢板，以与上述实施例1同样的方法评价组成、内部应力、集合组织和铁损。将评价结果同时记于表3。
从表3所示的结果可知，与[Mn][S]超过0.0030的无取向性电磁钢板相比，[Mn][S]为0.0030以下的无取向性电磁钢板进一步减少了铁损。
Figure BDA0003562907250000191
符号说明
1 无取向性电磁钢板
10 内层部
20 表层部

Claims (5)

1.一种无取向性电磁钢板，由内层部和设置于所述内层部的两侧的表层部构成，所述内层部定义为Si含量小于总板厚的平均Si含量的区域，所述表层部定义为Si含量为总板厚的平均Si含量以上的区域，
具有如下成分组成：
Si、以及
以总板厚的平均含量计，C：0.020质量％以下、Mn：0.010质量％～2.0质量％以及S：0.0100质量％以下，
剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
所述表层部中的平均Si含量[Si]1为2.5～7.0质量％，
所述内层部中的平均Si含量[Si]0为1.5～5.0质量％；
并且，所述表层部具有5～50MPa的面内拉伸应力，
所述无取向性电磁钢板的板厚t为0.01～0.35mm，
所述表层部的总厚度t1与所述板厚t之比t1/t为0.10～0.70，
所述无取向性电磁钢板的总板厚的平均N含量[N]为40ppm以下，
最大磁通密度：1.0T、频率400Hz的铁损W10/400与所述板厚t满足下述式(1)，其中，铁损W10/400的单位为W/kg，板厚t的单位为mm，
W10/400≤8+30t…(1)
2.根据权利要求1所述的无取向性电磁钢板，其中，所述成分组成以总板厚的平均含量计进一步含有选自：
Al：0.10质量％以下、
P：0.10质量％以下、
Sn：0.10质量％以下、和
Sb：0.10质量％以下中的至少一个。
3.根据权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，具有如下的集合组织：在从所述无取向性电磁钢板的表面起板厚的1/4深度的面的方位分布函数的Φ2＝45°截面中，{100}面集成度与{111}面集成度之比{100}/{111}为55～90％。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的无取向性电磁钢板，其中，所述成分组成进一步满足下述式(2)：
[Mn][S]≤0.0030…(2)
其中，[Mn]、[S]分别为Mn、S在总板厚中的以质量％计平均含量。
5.一种无取向性电磁钢板的制造方法，是制造权利要求1～4中任一项所述的无取向性电磁钢板的方法，
在SiCl4气氛中以1000℃～1300℃的渗硅处理温度对Si含量为1.5～5.0质量％的钢板实施渗硅处理，
在N2气氛中以950℃～1300℃的温度对所述渗硅处理后的钢板实施扩散处理，
在从扩散处理温度到900℃的温度范围内的平均冷却速度v1：5～20℃/s、从900℃到100℃的温度范围内的平均冷却速度v2：30～100℃/s的条件下，对所述扩散处理后的钢板进行冷却。
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