CN1190241A - 磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于无取向电工钢板及其制造方法,其目的在于提供导磁率高的无取向电工钢板及其制造方法。本发明以在无取向电工钢板中由含有(按重量)C:0.02%以下、Si:1.0%以下、Mn:0.5%以下、P:0.15%以下、S:0.02%以下、酸溶Al:0.005%以下、N:0.006%以下、Sn:0.03～0.30%、B:0.0004～0.0030%、其余为Fe和其他不可避免地含有杂质组成的磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法作为其要点。

Description

磁性能优良的无取向电工钢板及其制造方法
本发明是涉及一种像中小型电动机和变压器那样的电气机械的铁芯等中使用的无取向电工钢板及其制造方法，特别是涉及一种关于铁损低、磁通密度和导磁率高的无取向电工钢板及其制造方法。
一般说来，无取向电工钢板用于将电能转变成转动能、产生动力的电动机或者将输入电压降压或升压的变压器等，实情是发电量的大部分消耗在如上述的用途中。
因此，无取向电工钢板的磁性能直接关系到能量损失，从叫做节约能量方向是重要的，尤其在磁性能中铁损、磁通密度和导磁率是重要的。
以所给予的磁通密度，通过比较铁损和/或导磁率，可以比较上述钢板的磁性能。
一方面，无取向电工钢板按照Si含量来分类，据此，可区分为Si含量是1.0％以下的原材料和1.0％以上的原材料，若Si含量高，则电阻增加，铁损也降低，但磁通密度和导磁率降低。
在磁性能中铁损意味着能量损耗，可区分为磁滞损耗和涡流损耗。
涡流损耗取决于原材料的成分和原度，而磁滞损耗主要取决于杂质元素及其制造方法，但在铁损中磁滞损耗所占比例大，因此有必要通过控制制造方法降低磁滞损耗。
作为降低磁滞损耗而增加导磁率的方法，已知有减少其杂质元素的S、N和氧等的方法，但是该方法为了要尽可能少地含有这些元素，在炼钢过程中花费长的时间和大的制造费用。
尤其在Si含量是1.0％以下时，需要减少N的影响，进而通过使晶粒长大，是使有利用磁性的织构{200}<hkl>和{110}<wxy>良好地发展，能够提高磁性能。
在日本特开昭63-33518中，已揭示含有1.0～1.5％Mn，提高磁性能的方法，但是，该方法的轧制性劣化，由于添加Al等，有增加制造价格的问题。
进而，在欧洲专利申请特公开0084980中，已揭示添加Sn和B，调节B和N，使B/N的比达到0.5～1.5的方法。然而，该方法的B/N之比高，因此不仅B的添加量多，而且必须添加Al。
另一方面，为了降低磁滞损耗、增加导磁率，对制造过程的改善也已倾注许多努力，作为其例子，可举出在热轧后进行热轧板退火，然后在冷轧板退火后进行轻轧(表皮冷轧)的方法等。
但是，在上述制造方法中存在追加工序，需要者必须进行消除应力退火的问题和轻轧后的板形状恶化的问题。
因此，本发明人必须解决上述以往技术的问题，多方面研究的结果，已证实从不可避免地含有N，更积极地控制能任意调整的B量，通过仅添加作为脱氧用的Al，抑制AlN和其他有害于磁性能的B析出物的析出，提高磁性能，基于此提出本发明。
本发明的目的在于，提供铁损低、磁通密度和导磁率高的无取向电工钢板及其制造方法。
本发明的另一目的在于，通过适当地控制B和N的比例，抑制B和N的析出物，提供导磁率优良的无取向电工钢板及其制造方法。
本发明是关于在无取向电工钢板中，由C：0.02重量％(以下简称“％”)、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.15％以下、S：0.02％以下、酸溶Al：0.005％以下、N：0.006％以下、Sn：0.03～0.30％、B：0.0004～0.003％和其余为Fe及其他不可避免地含有的杂质组成的磁性能优良的无取向电工钢板。
而且，是关于在上述无取向电工钢板中，B/N的比例满足0.1～0.5的导磁率优良的无取向电工钢板。
进而，本发明是关于在制造无取向电工钢板的方法，将含有C：0.02重量％(以下简称“％”)以下、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.15％以下、S：0.02％以下、酸溶Al：0.005％以下、N：0.006％以下、Sn：0.03～0.30％、B：0.0004～0.0030％，B/N的比例满足是0.1～0.5，其余为Fe和其他不可避免地含有的杂质组成的钢扁坯再加热，进行热轧后，在750℃以下的温度进行卷取，然后进行热轧板退火，或者不进行热轧板退火，进行酸洗，接着进行冷轧后，在700～1050℃的温度施行冷轧板退火，制造磁性能优良的无取向电工钢板的方法。
而且，本发明是关于在上述无取向电工钢板的制造方法中，B/N的比例满足0.1～0.5的导磁率优良的无取向电工钢板的制造方法。
以下详细地说明本发明。
本发明对于Si含量是1.0％以下的成分的钢要尽可能减少N含量，提供使磁性能提高的方法。
N一般从最终制品以是细小且线状的析出物的AlN析出，由于抑制晶粒长大，使磁性劣化。
为了使N的影响最小化，通过添加是晶间的偏析元素的Sn，进而添加与N的结合力大的B，在钢中有效地抑制在炼钢阶段的N和轧制及退火阶段的N，能够提高磁性。
在Si含量是1.0％以下的成分的钢中，N以细小且主要是线状的ALN析出，抑制晶粒长大。
因此，必须尽可能地抑制N和Al。
上述B在原材料内部与N结合，代替细小的ALN，形成其粗大的硼析出物的BN，是对晶粒长大起更有利作用的元素。
但是，在过多的添加上述B时，以B2O3和FeB析出，带来钢中的杂质增加的结果，因此最重要的是尽可能不添加结合成BN的量以外的B。
因此，本发明人调查从不可避免地含有的N量更少地添加能任意调整的B量的方法，发现B/N的比例在低于0.5、高于0.1的范围，导磁率最高。
进而已查明，在含有1.0％以下的Si的钢中，尽可能不添加Al元素，比添加0.005％以上至0.15％的钢反而是有利的。
因而，在本发明中Al在炼钢中作为脱氧用，不添加到不可避免地要添加的以外。
即，在本发明中将是能溶解Al的酸溶Al的含量限制在0.005％以下，希望Al的含量限制在0.005％以下。
以下说明本发明为钢的组成及其限定理由。
上述C引起磁时效，降低使用中的磁性能，因此其含量限制在0.02％以下，希望在扁坯中达到0.02％以下，在最终制品中控制在0.003％以下。
为了使上述C降低到0.003％以下，在最终退火时也往往进行脱碳。
上述Si是增加非电阻、降低铁损的元素，但从提高导磁率方面考虑，希望控制在1.0％以下。
上述Mn对改善铁损是有效的元素，但超过0.5％，反而使铁损劣化，也降低磁通密度，因此希望限制在0.5％以下。
上述P是形成对磁性有利的织构的元素，但是超过0.15％，恶化冷轧性，因此希望限制在0.15％以下。
上述S形成是细小析出物的MnS，而抑制晶粒长大，因此控制尽可能的低是有利的，在本发明中控制到最大0.02％。
上述Al形成细小线状的AlN析出物，抑制晶粒长大，因此在本发明中仅添加在炼钢阶段作为脱氧用的Al，希望尽可能在钢中不含Al，在钢中可含有最大到0.005％。
而且，在本发明中，上述Al含量以酸溶Al形态可以限制在0.005％以下。
在此，酸溶Al意指在总Al中除去AlN、Al2O3等Al化合物外，是原子状态的Al、可溶解的Al(Soluble Al)。
上述N形成细小而长的AlN析出物，因而尽可能地抑制是必要的，在本发明中将其含量限制在0.006％以下。
上述Sn在晶粒系偏析而抑制N的扩散，起到抑制对磁性不利的(222)面的织构的作用，为此添加0.03％以上是必要的，但是超过0.30％，使冷轧性恶化，热轧板的形状不良，因此希望其含量限制在0.03～0.30％。
上述B在原材料内部和N结合，代替细小的AlN，形成是粗大硼析出物的BN，是对晶粒长大起更有利作用的元素，为此添加0.0004％以上是必要的，但是，其量多，反而导磁率降低，因此可以添加到最大0.003％。
在本发明中，为了代替AlN，使粗大的BN析出物更适当地形成，必须将B/N的比例调节至0.1～0.5。如果B/N的比例不到0.1，B的量就少，N以AlN析出的可能性变高，而抑制晶粒长大，B/N的比例超过0.5，B的含量相对的变多，B以B2O3和FeB析出，带来钢中的杂质增加的结果。
即，在本发明中，在将B/N的比例调节在0.1～0.5时，适当地形成BN析出物，晶粒变得更粗大，进而防止形成B2O3和FeB等析出物，由此能够显著地改善钢板的磁性能，特别是导磁率。
以下说明本发明的制造工序。
将如上述制成的钢扁坯装入加热炉中，在1250℃以下的温度加热后，采用通常的方法进行热轧。此时若加热温过高，则在扁坯中析出的杂质元素会再溶解，而细小地析出，因此最好在尽可能低的温度进行再加热。
然而，在加热温度太低时，扁坯内的温度分布不均匀，因而热轧困难。
因此，在本发明中希望扁坯加热温度选定在1100～1250℃。
如上所述，在热轧后，卷取经热轧的热轧板，但为了提高酸洗，此时希望卷取温度选定在750℃以下。
如上所述，根据需要，已卷取的热轧板也可以进行退火。在进行热轧板退火时，希望退火温度是800～1100℃的温度范围，退火时间限制在5分钟以下。
这样的热轧板退火，使热轧板中的细小析出物长成粗大，使组织均匀，提高原材料的全部特性，进而形成对磁性有利的织构，起到使晶粒长成粗大的作用。
上述热轧板用通常的酸洗用液进行酸洗，接着进行冷轧，得到冷轧板后，进行最终退火。
此时的最终退火希望在700～1050℃的温度，以30秒以上、5分钟以下的连续工序进行退火。其理由是因为在最终退火温度不到700℃时，再结晶不充分，而超过1050℃，在表面产生氧化层。而且是因为在退火时间不到30秒时，冷轧板的残余应力过度残留，导磁率降低，超过5分钟时，退火板的形状不好。
如上所述的经最终退火的冷轧板，在涂敷绝缘涂层后，出厂给需要者，冲裁加工成所希望的形状。此时，根据需要可以将经冲裁加工的原材料进行消除应力退火。消除应力退火希望在非氧化气氛中，在700～850℃温度进行10分钟以上。
通过这样的消除应力退火，可以去除在冲裁加工时产生的残余应力，因而尤其提高导磁率。如果消除应力退火温度是不到700℃时，退火时间就过长，而超过850℃，发生损伤绝缘膜。
下面通过实施例更详细地说明本发明。
实施例1
以下述表2的温度条件加热具有下述表1的成分的钢扁坯，热轧成2.0mm的厚度后，在下述表2的温度将热轧板卷取，进行酸洗和冷轧后，以下述表2的温度和时间条件将冷轧板退火。
此时，冷轧板的厚度是0.5mm，冷轧板退火在20％氢和80％氮的混合气氛中进行。
对如上述制造成的无取向电工钢板调查铁损、磁通密度和导磁率，其结果示于表2中。
在下述表2中，铁损表示以50Hz、在1.5T进行磁化时产生的铁损值，磁通密度表示在5000A/m磁化时感应的磁通密度，导磁率(μl.5)表示以1.5T的磁通密度感应磁场时的导磁率。
                        表1
  钢种                                            化学成分(重量％)
    C   Si   Mn   P   Al     S     N   Sn     B  B/N
发明钢  a  0.005  0.55  0.34  0.04  0.002  0.005  0.0035  0.09  0.0009  0.25
 b  0.006  0.57  0.27  0.07  0.001  0.005  0.0037  0.10  0.0010  0.27
比较钢  a  0.004  0.55  1.15  0.04  0.005  0.004  0.0030  0.11  0.0010  0.33
 b  0.006  0.56  0.35  0.07  0.027  0.005  0.0020  0.10  0.0020  0.74
表2
试料号   钢种   扁坯料加热温度(℃) 热轧板卷取温度(℃)     冷轧板退火   铁损(W15/50)W/kg 磁通密度(B50)  导磁率(μ1-5)
  温度(℃)   时间(s)
发明材1 发明钢a   1200     700   950   90   3.62     1.79   4200
发明材2 发明钢a   1150     600  1000     30   3.50     1.79   4500
比较材1 发明钢a   1280     800   950   90   3.90     1.76   3500
比较材2 发明钢a   1200     700   850   10   4.12     1.75   3200
发明材3 发明钢b   1200     600  1000   60   3.52     1.80   4700
比较材3 比较钢a   1200     700   950   60   3.74     1.75   2800
比较材4 比较钢b   1200     700   950   60   3.98     1.76   3100
比较材5 比较钢b   1200     800   950   60   4.08     1.75   2900
如上述表2所示，以符合本发明的钢组成和制造条件制成的发明材(1～3)，与以脱离本发明范围的钢组成和/或制造条件制成的比较材(1～5)相比，铁损、磁通密度和导磁率是优良的。
实施例2
将C：0.03％、Si：0.95％、Mn：0.25％、P：0.025％、S：0.003％、Al：0.0005％、N：0.003％、Sn：0.08％、B：0.0009％、其余为Fe和其他不可避免的杂质组成的钢扁坯以下述表3所示的温度条件加热，在热轧后，以下述表3的温度条件将热轧板卷取，然后进行酸洗。
如上述的经酸洗的板冷轧成0.50mm的厚度后，为了使晶粒长大，冷轧板在含有20％氢和80％氮的干燥气氛中、在1000℃进行1分钟退火。
对如上所述制成的钢板调查铁损、磁通密度、导磁率和晶粒大小大，其结果示于表3中。
表3
试料号 扁坯料加热温度(℃) 热轧板卷取温度(℃) 冷轧板退火 铁损(W15/50)W/kg 磁通密度(B50) 导磁率(μ1-5) 晶粒大小(μm)
温度(℃) 时间(s)
发明材4   1200     700  1000     60     3.21     1.77   4100     75
比较材6   1280     800  1000     60     3.71     1.74   3200     45
如表3所示，以符合本发明的钢组成和制造条件制成的发明材(4)，与以脱离本发明范围的钢组成和/或制造条件制成的比较材(6)相比，铁损、磁通密度和导磁率是优良的。而且发明材(4)与比较材(6)相比，晶粒已长成粗大。
实施例3
将具有下述表4的成分的钢扁坯加热到1200℃，热轧成厚2.1mm后，在730℃卷取并冷却。冷却后的热轧板以下述表5的条件进行热轧板退火后，或者不进行热轧板退火，进行酸洗，然后冷轧成最终厚度为0.50mm，在氢和氮的混合气氛中进行最终退火。然后在800℃、加热90分钟后，进行以炉冷的消除应力退火，测定导磁率和织构强度，其结果示于表5中。
在下述表5中，导磁率(μl.5)表示以1.5T磁通密度感应磁场时的导磁率，织构强度是测定有利于磁性的织构的{200}面和{110}面的织构强度。
表4
  钢种                                            化学成分(重量％)
  C   Si   Mn   Al  Sol.Al     P     S     N  Sn     B  B/N
发明钢  c  0.003  0.25  0.21  0.0012  0.0007  0.081  0.003  0.0026  0.10  0.0008  0.30
 d  0.002  0.23  0.23  0.0016  0.0010  0.080  0.004  0.0035  0.15  0.0012  0.34
比较钢  c  0.003  0.24  0.22  0.0027  0.0023  0.082  0.003  0.0026  0.12  0.0028  1.07
 d  0.004  0.21  0.24 0.0061  0.0055  0.079  0.004  0.0026  0.12  0.0032  1.23
表5
试料号   钢种 热轧板退火(℃)   最终退火   是否进行消除应力退火 导磁率(μ1-5)     织构强度(P110+P200)
温度(℃) 时间(s)
发明材5 发明钢c 未进行   850   60     进行   5860     3.2
发明材6 未进行   800   90   未进行   4850     2.9
比较材7 未进行   600   60   未进行   3610     2.1
发明材7 发明钢d   950   900   90     进行   6200     3.4
发明材8   850   950   90     进行   5620     3.0
比较材8 比较钢c   850   950   90     进行   3840     2.3
比较材9 比较钢d   850   950   90     进行   3250     1.9
如表5所示，以B/N的比例超过0.5的比较钢(c-d)制成的比较材(8-9)，导磁率和织构强度均低。
与此相反，以钢成分和B/N的比例满足本发明条件的发明钢(c-d)制成的发明材(5-8)，导磁率高，织构也优良。进而可知，在本发明中进行热轧板退火(发明材(7-8))的磁性能比不进行热轧板退火(发明材(5-6)更优良。
进而，需要者消除应力退火是相同的。但是，将本发明钢(c)在600℃进行最终退火的比较材(7)，导磁率和织构强度均低。
实施例4
将C：0.003％、Si：0.62％、Mn：0.32％、P：0.069％、S：0.003％、Al：0.0006％(酸溶Al：0.0003％)、N：0.0028％、Sn：0.07％、B：0.0011％并且B/N之比是0.39、其余为Fe和其他不可避免的杂质组成的钢扁坯在1150℃加热后，以900℃轧制终了温度条件进行热轧，接着在650℃卷取并进行冷却后，进行酸洗，冷轧成最终厚度为0.50mm。上述冷轧板在20％氢和80％氮的气氛中、在1000℃的温度进行最终退火。然后切断加工后，在790℃进行90分钟消除应力退火，并炉冷。
这样制成的原材料的铁损(W15/50)是3.31W/kg，导磁率(μ1.5)是5670。进而，试验材料的性能的结果，晶粒大小是70μm，按照Horta的{200}面和{110}面的织构强度之和是3.9。
如上所述，本发明有能够提供铁损低、磁通密度和导磁率优良的无取向电工钢板的效果。
进而，本发明因为导磁率高，故容易磁化，由此能够减少用于铁芯的铜线量，因而能减少铜损的比率，而且为了确保磁性能，即使在最终退火后不经过光整冷轧，也能确保优良的磁性能，因此有缩短制造过程的效果。

Claims (9)

1.磁性能优良的无取向电工钢板，其特征在于该无取向电工钢板由C：0.02％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.15％以下、S：0.02％以下、酸溶Al：0.005％以下、N：0.006％以下、Sn：0.03～0.30％、B：0.0004～0.0030％、其余为Fe和其他不可避免地含有的杂质组成。
2.如权利要求1所述的无取向电工钢板，其特征在于，B/N的比例满足是0.1～0.5。
3.磁性能优良的无取向电工钢板的制造方法，在该制造方法中，其特征在于将由C：0.02％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.15％以下、S：0.02％以下、酸溶Al：0.005％以下、N：0.006％以下、Sn：0.03～0.30％、B：0.0004～0.0030％、其余为Fe和其他不可避免地含有的杂质组成的钢扁坯再加热，进行热轧后，在750℃以下的温度卷取，酸洗热轧板，接着进行冷轧后，在700～1050℃的温度进行退火。
4.如权利要求3所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，B/N的比例满足0.1～0.5。
5.如权利要求3或4所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，扁坯的加热温度是1100～1250℃。
6.如权利要求3或4所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，在冷轧板退火后，进行加工，再进行消除应力退火。
7.磁性能优良的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，在该制造方法中，将由(按重量％)C：0.02％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.5％以下、P：0.15％以下、S：0.02％以下、酸溶Al：0.0005％以下、N：0.006％以下、Sn：0.03～0.30％、B：0.0004～0.0020％、其余为Fe和其他不可避免地含有杂质组成的钢扁坯再加热，进行热轧后，在750℃以下的温度卷取，在热轧板退火后，进行酸洗，接着进行冷轧后，在700～1050℃的温度进行退火。
8.如权利要求7所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，B/N的比例满足0.1～0.5。
9.如权利要求7或8所述的无取向电工钢板的制造方法，其特征在于，在冷轧板退火后，进行加工，再进行消除应力退火。
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