TW201319272A - 無方向性電磁鋼板、其製造方法、馬達鐵心用積層體及其製造方法 - Google Patents

無方向性電磁鋼板、其製造方法、馬達鐵心用積層體及其製造方法 Download PDF

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Abstract

當將Ti、V、Zr、Nb、C的含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。金屬組織的母相係肥粒鐵相，且金屬組織不含未再結晶組織。構成肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下。含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於肥粒鐵粒內。析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。

Description

無方向性電磁鋼板、其製造方法、馬達鐵心用積層體及其製造方法 發明領域
本發明係有關於適宜用於電氣機器的鐵心材料之無方向性電磁鋼板及其製造方法等。
發明背景
近年來，作為電動汽車及混合車等的驅動馬達，使用之高速旋轉且相較下容量較大的馬達正持續增加。因此，要求用於驅動馬達之鐵心材料要有較商業使用頻率高，即數100Hz~數kHz之範圍下的低鐵損化。又，因用於轉子的鐵心要能耐離心力及應力變動，故亦要求所需之機械強度。且亦有於汽車驅動馬達以外所用之鐵心材料要求所述之要求的情況。
習知，已提案有圖謀降低鐵損及/或提升強度等之技術(專利文獻1~12)。
但，要以該等技術來達成兼具降低鐵損及提升強度是困難的。而且，實際上亦有難以製造無方向性電磁鋼板的情況。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開平02-008346號公報
專利文獻2：日本特開平06-330255號公報
專利文獻3：日本特開2006-009048號公報
專利文獻4：日本特開2006-070269號公報
專利文獻5：日本特開平10-018005號公報
專利文獻6：日本特開2004-084053號公報
專利文獻7：日本特開2004-183066號公報
專利文獻8：日本特開2007-039754號公報
專利文獻9：國際公開第2009/128428號
專利文獻10：日本特開平10-88298號公報
專利文獻11：日本特開2005-256019號公報
專利文獻12：日本特開平11-229094號公報
發明概要
本發明的目的在於提供可達成兼具降低鐵損及提升強度之無方向性電磁鋼板及其製造方法等。
本發明為為解決上述問題而成者，其要旨如下。
(1)一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於：以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且 剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相；前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。
(2)如(1)記載之無方向性電磁鋼板，其以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
(3)如(1)或(2)記載之無方向性電磁鋼板，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
(4)一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有下述步驟： 對扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板之步驟；進行前述熱軋鋼板之冷軋而獲得冷軋鋼板之步驟；及在均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為2℃/sec以上且60℃/sec以下之條件下，對前述冷軋鋼板進行完工退火之步驟；前述扁胚以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。
(5)如(4)記載之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述扁胚以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
(6)如(4)或(5)記載之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
(7)一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有下述步驟：對扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板之步驟；進行前述熱軋鋼板之冷軋而獲得冷軋鋼板之步驟；在第1均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述第1均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec以上之條件下，對前述冷軋鋼板進行冷軋板退火而獲得冷軋鋼板之步驟；及於前述冷軋板退火後，在第2均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間10分鐘以上且10小時以下、且從前述第2均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下，對前述冷軋鋼板進行完工退火之步驟；前述扁胚以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成； 當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。
(8)如(7)記載之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述扁胚以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
(9)如(7)或(8)記載之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
(10)一種馬達鐵心用積層體，其特徵在於具有業已互相積層之複數的無方向性電磁鋼板；前述無方向性電磁鋼板以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、 [Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相；前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。
(11)如(10)記載之馬達鐵心用積層體，其中前述無方向性電磁鋼板以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
(12)如(10)或(11)記載之馬達鐵心用積層體，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
(13)一種馬達鐵心用積層體之製造方法，其特徵在於具有下述步驟：互相積層複數的無方向性電磁鋼板而獲得積層體之步驟；及 在均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間2分鐘以上且10小時以下、且從前述均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下，對前述積層體進行退火之步驟；前述無方向性電磁鋼板以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相；前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。
(14)如(13)記載之馬達鐵心用積層體之製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
(15)如(13)或(14)記載之馬達鐵心用積層體之製造方法，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
根據本發明，因有適宜地規定無方向性電磁鋼板的組成及組織，固可達成兼具降低鐵損及提升強度。
圖1係顯示本發明實施形態之馬達鐵心用積層體的構造之圖。
用以實施發明之形態
首先，就本發明實施形態之無方向性電磁鋼板及其製造方法作說明。
本實施形態之無方向性電磁鋼板具有預定組成，金屬組織的母相係肥粒鐵相，且金屬組織不含未再結晶組織。又，構成肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於肥粒鐵粒內；且析出物的平均粒徑係0.002μm以上且 0.2μm以下。藉由所述構成可達成兼俱降低鐵損及提升強度。結果可對馬達的高效率化等有很大的幫助。
又，以本實施形態之無方向性電磁鋼板的第1製造方法，對預定組成的扁胚進行熱軋可得熱軋鋼板。接著，對熱軋鋼板進行冷軋而得冷軋鋼板。然後，在均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為2℃/sec以上且60℃/sec以下之條件下對冷軋鋼板進行完工退火。
又，以本實施形態之無方向性電磁鋼板的第2製造方法，對預定組成的扁胚進行熱軋可得熱軋鋼板。接著，對熱軋鋼板進行冷軋而得冷軋鋼板。然後，在第1均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述第1均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec以上之條件下對冷軋鋼板進行冷軋板退火。再來，於冷軋板退火後，在第2均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間10分鐘以上且10小時以下、且從前述第2均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下對冷軋鋼板進行完工退火。
在此，就無方向性電磁鋼板的組成作說明。以下，含量單位之「%」係意指「質量%」。又，因扁胚的組成係直接承襲無方向性電磁鋼板，因此在此說明之無方向性電磁鋼板的組成亦為用於其製造之扁胚的組成。例如，本實施形態之無方向性電磁鋼板含有C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且 0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下，並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素。又，無方向性電磁鋼板的剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；且當將Ti、V、Zr、Nb、C含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。
<C：0.002%以上且0.01%以下>
C會與Ti、V、Zr及Nb形成微細的析出物。而該微細的析出物可有助於鋼的強度提升。當C含量低於0.002%，則無法獲得充足量的析出物來提升強度。當C含量超過0.01%，則易析出粗大的析出物。而粗大的析出物難對強度提升有益。又，若析出粗大的析出物，則鐵損易劣化。因此，設C含量為0.002%以上且0.01%以下。又，C含量以0.006%以上為佳，且宜為0.008%以下。
<Si：2.0%以上且4.0%以下>
Si可提升鋼的比電阻而降低鐵損。當Si含量低於2.0%，則無法充分獲得該效果。當Si含量超過4.0%，則鋼會脆化，而難以軋延。因此，設Si含量為2.0%以上且4.0%以下。又，Si含量宜為3.5%以下。
<Mn：0.05%以上且0.5%以下>
Mn與Si一樣，可提升鋼的比電阻而降低鐵損。又，Mn會使硫化物粗大化並使其無害化。當Mn含量低於0.05%，則無法充分獲得該效果。當Mn含量超過0.5%，則磁束度會 降低，或易於冷軋時發生破裂。又，成本的提升亦會顯著。因此，設Mn含量為0.05%以上且0.5%以下。又，Mn含量宜為0.1%以上，且以0.3%以下為佳。
<Al：0.01%以上且3.0%以下>
Al與Si一樣，可提升鋼的比電阻而降低鐵損。又，Al可作為脫氧材發揮作用。當Al含量低於0.01%，則無法充分獲得該效果。當Al含量超過3.0%，則鋼會脆化，而難以軋延。因此，設Al含量為0.01%以上且3.0%以下。又，Al含量宜為0.3%以上，且以2.0%以下為佳。
<Ti、V、Zr、Nb>
Ti、V、Zr及Nb會與C及/或N形成微細的析出物。而該析出物可有助於鋼的強度提升。當參數Q的值低於0.9%，則因相對於Ti、V、Zr及Nb，C係過剩的，而於完工退火後C以固溶狀態存於鋼板內的傾向會變強。當C以固溶狀態存在時，易發生磁時效。當參數Q的值超過1.1%，則因相對於Ti、V、Zr及Nb，C為不足，而難以獲得微細的析出物，故無法得到所要的強度。因此，設參數Q的值為0.9以上且1.1以下。又，參數Q的值含量以0.95以上為佳，且宜為1.05以下。
本實施形態的無方向性電磁鋼板進而亦可含有由N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種。
<N：0.001%以上且0.004%以下>
N與C同樣地，會與Ti、V、Zr及Nb形成微細的析出物。 而該微細的析出物可有助於鋼的強度提升。當N含量低於0.001%，則無法獲得充足量的析出物來提升強度。因此，設N含量為0.001%以上。當N含量超過0.004%，則易析出粗大的析出物。因此，設N含量為0.004%以下。
<Cu：0.5%以上且1.5%以下>
本發明人等發現，若使鋼中含有Cu，則易析出微細之含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中至少一種析出物。而該微細的析出物可有助於鋼的強度提升。當Cu含量低於0.5%，則無法充分獲得該效果。因此，設Cu含量為0.5%以上。又，Cu含量又以0.8%以上為佳。當Cu含量超過1.5%，則鋼易脆化。因此，設Cu含量為1.5%以下。又，Cu含量又以1.2%以下為佳。
當鋼中含有Cu時會析出上述微細的析出物的理由雖然並不明確，但本發明者推定其原因為於基質內產生Cu局部濃度分布，而成為碳化物的析出點。因此，當於使上述析出物析出時，沒析出Cu亦可。另一方面，Cu的析出物可有助於無方向性電磁鋼板的強度提升。因此，即使析出Cu亦可。
<Sn：0.05%以上且0.5%以下>
本發明人等發現，若使鋼中含有Sn，則易析出微細之含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中至少一種析出物。而該微細的析出物可有助於鋼的強度提升。當Sn含量低於0.05%，則無法充分獲得該效果。因此，Sn含量宜為0.05%以上。又，Sn含量又以0.08%以上為佳。當Sn含量超 過0.5%，則鋼易脆化。因此，設Sn含量為0.5%以下。又，Sn含量又以0.2%以下為佳。
<其他成分>
亦可含有0.5%且5%以下之Ni、0.005以上且0.1%以下之P。Ni及P可有助於鋼板的固溶硬化等。
接著，就無方向性電磁鋼板的金屬組織作說明。
如同上述，本實施形態的無方向性電磁鋼板的金屬組織的母相(Matrix：基質)係肥粒鐵相，且金屬組織不含未再結晶組織。雖然未再結晶組織可提升強度，但另一方面卻會顯著地使鐵損劣化。又，當構成肥粒鐵相的肥粒鐵粒的平均粒徑少於30μm，磁滯損失會變高。而當肥粒鐵粒的平均粒徑超過200μm，細粒硬化的效果就會顯著地降低。因此，設肥粒鐵粒的平均粒徑為30μm以上且200μm以下。又，肥粒鐵粒的平均粒徑以50μm以上為佳，以80μm以上更佳。且肥粒鐵粒的平均粒徑以100μm以下為佳。
本實施形態中，於肥粒鐵粒內係存在有含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物。該析出物越小，且該析出物個數密度越高，則越可獲得高強度。並且，以磁性觀點來看析出物的大小係很重要的。例如，析出物的直徑比磁壁的厚度小時，可防止因磁壁移動的釘扎而造成之磁滯損失的劣化(增加)。當析出物的平均粒徑超過0.2μm，則無法充分獲得該等效果。因此，設析出物的平均粒徑為0.2μm以下。而該平均粒徑宜為0.1μm以下，又以0.05μm以下為佳，以0.01μm以下更佳。
此外，雖然純鐵的磁壁理論上的厚度從交換能量及異方向性能量來預測為0.1μm左右，但實際磁壁的厚度係會因所形成磁壁的方位而變化。又，如同無方向性電磁鋼板，當含有Fe以外的元素時，磁壁的厚度亦會因其種類及量等受到影響。而以該觀點可推測析出物的平均粒徑以0.2μm以下係妥當的。
當析出物的平均粒徑少於0.002μm(2nm)時，機械強度的提升效果會飽和。而且，在低於0.002μm的範圍內控制析出物的平均粒徑係困難的。因此，設析出物的平均粒徑為0.002μm以上。
又，析出物的個數密度越高，越可得到高強度；而當肥粒鐵粒內之析出物的個數密度低於1個/μm3，則難以會得所欲之強度。因此，設析出物的個數密度為1個/μm3以上。該個數密度宜為100個/μm3以上，又以1000個/μm3以上為佳，以10000個/μm3以上更佳，更以100000個/μm3以上為佳。
接著，就無方向性電磁鋼板的製造方法作說明。以本實施形態之無方向性電磁鋼板的第1製造方法，如同上述，對預定組成的扁胚進行熱軋可得熱軋鋼板。接著，對熱軋鋼板進行冷軋而得冷軋鋼板。然後，在均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為2℃/sec以上且60℃/sec以下之條件下對冷軋鋼板進行完工退火。又，以第2製造方法，對預定組成的扁胚進行熱軋可得熱軋鋼板。接著，對 熱軋鋼板進行冷軋而得冷軋鋼板。然後，在第1均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述第1均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec以上之條件下對冷軋鋼板進行冷軋板退火。再來，於冷軋板退火後，在第2均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間10分鐘以上且10小時以下、且從前述第2均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下對冷軋鋼板進行完工退火。
首先，就第1製造方法作說明。
若熱軋之扁胚加熱溫度低於1050℃，則難以進行熱軋。若扁胚加熱溫度超過1200℃，因硫化物等會先熔解，而於熱軋之冷卻步驟中析出微細的硫化物，故會變得易阻礙完工退火(冷軋後的退火)中之肥粒鐵粒的成長。因此，扁胚加熱溫度宜為1050℃以上且1200℃以下。
以熱軋來說，例如係進行粗軋延及完工軋延。完工軋延的結束溫度(完工溫度)宜為750℃以上且950℃以下。其係因可得高生產性。
熱軋鋼板的厚度並無特別限制。但，要將熱軋鋼板的厚度製成低於1.6mm以下係很不容易的，並且亦會牽扯到生產性的降低。另一方面，若熱軋鋼板的厚度為2.7mm，則必然會產生在其之後的冷軋中軋縮率過剩地提高之情況。而在冷軋中軋縮率過剩地高的情況下，無方向性電磁鋼板的集合組織會劣化而有磁性(磁束密度、鐵損)劣化的之情形。因此，熱軋鋼板宜為1.6mm以上且2.7mm以 下。
冷軋可只進行1次，亦可於中間退火之間進行2次以上。冷軋中最後的軋縮率宜為60%以下且90%以下。其係因可使完工退火的無方向性電磁鋼板的金屬組織更加良好，而可獲得高磁束密度及低鐵損之故。又，進行中間退火時，其溫度宜為900℃以上且1100℃以下。其係因可使金屬組織更加良好。最後軋縮率以65%以上為佳，且以82%以下更佳。
以完工退火來說，均熱步驟中係先使冷軋鋼板中所含之包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶，並在其之後的冷軋步驟中，析出微細之包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物。當均熱溫度低於950℃，係難以使肥粒鐵粒充分地成長，並且難以充分地使包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶。若均熱溫度高於1100℃，則能量的消耗量會變大、或易傷到爐輥等之附帶設備。因此，設均熱溫度為950℃以上且1100℃以下。又，若均熱時間少於20秒，係難以使肥粒鐵粒充分地成長，並且難以充分地使包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶。因此，設均熱時間為20秒以上。若均熱時間超過2分鐘，則生產性會顯著地降低。因此，均熱時間宜為低於2分鐘。
又，包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物的熔解溫度會受到Ti、V、Zr、Nb、C及N的含量影響。因此，宜因應Ti、V、Zr、Nb、C及N的含量調整完工退火的溫度。亦即，藉由適宜地調整完工退火的溫度，可獲得更高的機械強度 (拉伸強度)。
於完工退火的冷軋步驟中，如同上述，會析出微細之包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物。若從均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度低於2℃/sec，則易析出粗大的析出物，而無法獲得充分的強度。而該平均冷卻速度若高於60℃/sec，則無法充分地析出包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物，而無法獲得充分的強度。因此，設從均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為2℃/sec以上且60℃/sec以下。
又，亦可於進行冷軋前進行熱軋鋼板的退火，亦即熱軋板退火。藉由適切地進行熱軋板退火，可使無方向性電磁鋼板的集合組織更適宜，而可獲得更佳優異的磁束密度。當熱軋板退火的均熱溫度低於850℃及均熱時間少於30秒時，係難以使集合組織更加適宜。而若均熱溫度超過1100℃及均熱時間超過5分鐘時，則能量的消耗量會變大、或易傷到爐輥等之附帶設備，且成本會顯著地上升。因此，熱軋板退火的均熱溫度宜為850℃以上且1100℃以下，而均熱時間宜為30秒以上且5分鐘以下。
依所述之方法可製造本實施形態之無方向性電磁鋼板。而且，依所述方式所製造出的無方向性電磁鋼板係備有上述的金屬組織，且可獲得高強度及低鐵損。亦即，於完工退火的均熱步驟中，會產生再結晶而生成上述的肥粒鐵相，且於其之後的冷卻步驟中會生成上述的析出物。又，亦可於完工退火後因應需求形成絕緣皮膜。
接著，對第2製造方法作說明。
第2製造方法係以與第1製造方法同樣條件下進行熱軋及冷軋。此外，於第1製造方法中將扁胚加熱溫度設為1200℃以下係如同上述，若扁胚加熱溫度超過1200℃，於完工退火中肥粒鐵粒的成長會易受到阻礙之故，而於第1製造方法中將扁胚加熱溫度設為1200℃以下係若扁胚加熱溫度超過1200℃，於冷軋板退火中肥粒鐵粒的成長會易受到阻礙之故。又，亦可以與第1製造方法同樣條件下進行熱軋板退火。
冷軋板退火係先使冷軋鋼板中所含之包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶。當均熱溫度低於950℃，係難以使肥粒鐵粒充分地成長，並且難以充分地使包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶。若均熱溫度高於1100℃，則能量的消耗量會變大、或易傷到爐輥等之附帶設備。因此，設均熱溫度為950℃以上且1100℃以下。又，若均熱時間少於20秒，係難以使肥粒鐵粒充分地成長，並且難以充分地使包含Ti、V、Zr及/或Nb的析出物固溶。而若均熱時間超過2分鐘，則生產性會顯著地降低。因此，均熱時間宜低於2分鐘。
冷軋板退火的冷卻步驟係盡量不析出已固溶之Ti、V、Zr及/或Nb，而維持其固溶狀態。若從均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度低於20℃/sec，則易吸出多量的Ti、V、Zr及/或Nb。因此，設從均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec以上。而該平均冷卻速度宜為60℃/sec以上，又以100℃/sec以上為佳。
完工退火係使用固溶於冷軋板退火之冷軋鋼板中之Ti、V、Zr及/或Nb，來析出微細之含有Ti、V、Zr及/或Nb之析出物。當均熱溫度低於400℃時、及均熱時間少於10分鐘時，能量的消耗量會變大、或易傷到爐輥等之附帶設備，而造成成本顯著地上升。進而，會析出粗大的析出物，而無法獲得充足的強度。因此，設均熱溫度為400℃以上且800℃以下，且設均熱時間為10分鐘以上且10小時以下。又，均熱溫度以500℃以上為佳。若從均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度少於0.0001℃/sec，係易析出粗大的析出物，而無法獲得充足的強度。而該平均冷卻速度若超過0.1℃/sec，則無法使含有Ti、V、Zr及/或Nb之析出物充分地析出，而無法獲得充分的強度。因此，設從均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下。
依所述之方法可製造本實施形態之無方向性電磁鋼板。而且，依所述方式所製造出的無方向性電磁鋼板係備有上述的金屬組織，且可獲得高強度及低鐵損。亦即，於冷軋板退火中，會產生再結晶而生成上述的肥粒鐵相，且於其之後的完工退火步驟中會生成上述的析出物。又，亦可於完工退火時因應需求形成絕緣皮膜。
又，亦可於冷軋板退火中之冷卻起直接進行完工退火。即，可於冷軋板退火中之至700℃為止的冷卻後，不冷卻至低於400℃，而於400℃以上且800℃以下之範圍下開始完工退火。
如此一來，不論於第1製造方法及第2製造方法，即係在冷軋後之退火時，使肥粒鐵粒充分成長後再使析出物析出。因此，可事前避免因析出物而阻礙結晶粒成長。又，亦可析出比磁壁厚度更小的析出物。因此，可抑制因磁壁移動的釘扎而造成之磁滯損失的劣化。
接著，就使用本實施形態之無方向性電磁鋼板所構成之馬達鐵心用積層體作說明。圖1係顯示使用本實施形態之無方向性電磁鋼板所構成之馬達鐵心用積層體之示意圖。
於圖1所示之馬達鐵心用積層體2中含有複數本實施形態之無方向性電磁鋼板1。該馬達鐵心用積層體2，例如可藉由以衝孔等之方法將複數無方向性電磁鋼板1製成所欲之形狀，並積層、填隙等之方法來固定而獲得。因含有無方向性電磁鋼板1，故馬達鐵心用積層體2的鐵損低，且機械強度高。
馬達鐵心用積層體2亦可於如上述般之固定結束後完成。又，亦可於上述固定後，在均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間2分鐘以上且10小時以下、且從前述均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下進行退火，並於所述之退火結束後完成。藉由進行所述之退火，因析出物的析出而可使強度更加提升。
當該退火的均熱溫度低於400℃時，及均熱時間少於2分鐘時，係難以充分地使析出物析出。當均熱溫度超 過800℃時，及均熱時間超過10小時時，則能量的消耗量會變大、或易傷到爐輥等之附帶設備，且成本會顯著地上升。進而，亦有因析出粗大的析出物，而難以使強度充分地上升之情況。因此，宜將均熱溫度設為400℃以上且800℃以下，而均熱時間宜設為2分鐘以上且10小時以下。若從均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度低於0.0001℃/sec時，易析出粗大的碳化物。而若該平均冷卻速度超過0.1℃/sec時，則難以使析出物充分地析出。因此，宜將從均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度設為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下。
實施例
接著，就本發明者所進行的實驗做說明。該等實驗中的條件等係用以確認本發明的實施可能性及效果而採用之例，本發明並不限於該等例。
(實驗例1)
首先，將表1所示之各種組成的鋼以真空溶解來熔製。接著，對所得的扁胚進行熱軋而得到熱軋鋼板。熱軋鋼板(熱軋板)的厚度為2.0mm。然後，對熱軋鋼板進行酸洗．且對熱軋鋼板進行冷軋而獲得冷軋鋼板。冷軋鋼板(冷軋板)的厚度係0.35mm。接著，對冷軋鋼板進行完工退火。完工退火係令均熱溫度為1000℃、均熱時間為30秒、且令從均熱溫度(1000℃)起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec。依上述而製得各種無方向性電磁鋼板。之後，就各無方向性電磁鋼板進行金屬組織的觀察。金屬組織的觀察， 例如係進行粒徑測定(JIS G 0552)及析出物的觀察。又，自各無方向性電磁鋼板切出JIS5號試驗片，並測定其機械特性。進而，自各無方向性電磁鋼板切出55mm×55mm的試驗片，以單板磁性試驗法(JIS C 2556)測定其磁性。磁性特性係測定於頻率數為400Hz、最大磁束密度為1.0T之條件下的鐵損(W10/400)。又，為了可看到磁性時效的影響，亦於200℃且1天的時效處理後測定鐵損(W10/400)。亦即，就各無方向性電磁鋼板，於時效處理前後測定鐵損(W10/400)。並將該等結果示於表2。
表1
如同表2所示，在本發明範圍內之條件No.C1~No.C19中，可獲得550MPa以上的拉伸強度及30W/kg以下的鐵損(W10/400)。另一方面，脫離本發明範圍之條件No.D1~No.D8係難以兼具拉伸強度及鐵損。
(實驗例2)
首先，對表1所示之鋼No.A11之扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板。並將熱軋鋼板的厚度製成2.0mm。之後，於表3所示之條件下對一部份(條件No.E7)的熱軋鋼板進行退火(熱軋板退火)。接著，對熱軋鋼板進行酸洗，且對熱軋鋼板進行冷軋而獲得冷軋。並將冷軋鋼板的厚度製成0.35mm。接著，於表3所示之條件下對冷軋鋼板進行完工退火。之後，就各無方向性電磁鋼板進行同於實驗例1之評價。亦將該結果示於表3。
表3
如同表3所示，在本發明範圍內之條件No.E1~No.E7中，可獲得550MPa以上的拉伸強度及30W/kg以下的鐵損(W10/400)。另一方面，脫離本發明範圍之條件No.F1~No.F5係難以兼具拉伸強度及鐵損。
(實驗例3)
首先，對表1所示之鋼No.A11、No.A17之扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板。並將熱軋鋼板的厚度製成2.0mm。之後，對熱軋鋼板進行酸洗，且對熱軋鋼板進行冷軋而獲得冷軋。並將冷軋鋼板的厚度製成0.35mm。接著，於表4所示之條件下對冷軋鋼板進行冷軋板退火及完工退火。依所述方法而製備了各個無方向性電磁鋼板。之後，就各無方向性電磁鋼板進行同於實驗例1之評價。亦將該結果示於表4。
表4
如同表4所示，在本發明範圍內之條件No.G1~No.G12中，可獲得550MPa以上的拉伸強度及30W/kg以下的鐵損(W10/400)。另一方面，脫離本發明範圍之條件No.H1~No.H10係難以兼具拉伸強度及鐵損。
(實驗例4)
首先，對表1所示之鋼No.A11及No.A17扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板。並將熱軋鋼板的厚度製成2.0mm。之後，對熱軋鋼板進行酸洗，且對熱軋鋼板進行冷軋而獲得冷軋。並將冷軋鋼板的厚度製成0.35mm。接著，於表5所示之條件下對冷軋鋼板進行冷軋板退火(僅條件No.17及No.14)及完工退火。接著，於完工退火後的冷軋鋼板的表面上形成絕緣皮膜。依所述方法而製備了各個無方向性電磁鋼板。
之後，從各無方向性電磁鋼板衝壓出30片軋延方向的尺寸為300mm、與軋延方向呈垂直方向的尺寸為60mm之鋼板。所述形狀及大小的鋼板亦有用於實際的馬達鐵心之情況。並且，將30片鋼板互相積層而獲得積層體。接著，於表5所示之條件下對各積層體的退火進行退火。然後，從各積層體衝壓出試驗用的鋼板，並就各鋼板進行同於實驗例1之評價。亦即，假想為用於馬達鐵心之積層體進行評價。在此係將脫離退火條件為上述較佳條件者作為比較例。
表5
如同表5所示，將退火條件、磁性特性、機械特性示於表4。從表4可知可同時獲得高強度及低鐵損。
此外，上述實施形態皆只是顯示實施本發明具體化之例，並非根據該等將本發明的技術範圍作限定解釋。即，本發明為只要不脫離其技術概念、或其主要特徵即可以各種形態來實施。
產業上之可利用性
本發明可用於例如電磁鋼板製造產業及馬達等之電磁鋼板產業。
1‧‧‧無方向性電磁鋼板
2‧‧‧馬達鐵心用積層體
圖1係顯示本發明實施形態之馬達鐵心用積層體的構造之圖。
1‧‧‧無方向性電磁鋼板
2‧‧‧馬達鐵心用積層體

Claims (20)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於：以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相；前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板，其以質量 %計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
  3. 如申請專利範圍第1項記載之無方向性電磁鋼板，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
  4. 如申請專利範圍第2項記載之無方向性電磁鋼板，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
  5. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有下述步驟：對扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板之步驟；進行前述熱軋鋼板之冷軋而獲得冷軋鋼板之步驟；及在均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為2℃/sec以上且60℃/sec以下之條件下，對前述冷軋鋼板進行完工退火之步驟；前述扁胚以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及 Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。
  6. 如申請專利範圍第5項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述扁胚以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
  7. 如申請專利範圍第5項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
  8. 如申請專利範圍第6項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
  9. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有下述步驟：對扁胚進行熱軋而獲得熱軋鋼板之步驟；進行前述熱軋鋼板之冷軋而獲得冷軋鋼板之步驟； 在第1均熱溫度950℃以上且1100℃以下、均熱時間20秒以上、且從前述第1均熱溫度起至700℃為止的平均冷卻速度為20℃/sec以上之條件下，對前述冷軋鋼板進行冷軋板退火之步驟；及於前述冷軋板退火後，在第2均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間10分鐘以上且10小時以下、且從前述第2均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下，對前述冷軋鋼板進行完工退火之步驟；前述扁胚以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下。
  10. 如申請專利範圍第9項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述扁胚以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、 Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
  11. 如申請專利範圍第9項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
  12. 如申請專利範圍第10項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係於進行前述冷軋之步驟前，具有對前述熱軋鋼板進行熱軋板退火之步驟。
  13. 一種馬達鐵心用積層體，其特徵在於具有業已互相積層之複數的無方向性電磁鋼板；前述無方向性電磁鋼板以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相； 前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以下。
  14. 如申請專利範圍第13項之馬達鐵心用積層體，其中前述無方向性電磁鋼板以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
  15. 如申請專利範圍第13項之馬達鐵心用積層體，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
  16. 如申請專利範圍第14項之馬達鐵心用積層體，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
  17. 一種馬達鐵心用積層體之製造方法，其特徵在於具有下述步驟：互相積層複數的無方向性電磁鋼板而獲得積層體之步驟；及 在均熱溫度400℃以上且800℃以下、均熱時間2分鐘以上且10小時以下、且從前述均熱溫度起至300℃為止的平均冷卻速度為0.0001℃/sec以上且0.1℃/sec以下之條件下，對前述積層體進行退火之步驟；前述無方向性電磁鋼板以質量%計含有：C：0.002%以上且0.01%以下、Si：2.0%以上且4.0%以下、Mn：0.05%以上且0.5%以下、及Al：0.01%以上且3.0%以下；並且更含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素；且剩餘部分係由Fe及不可避免的雜質所構成；當將Ti、V、Zr、Nb、C之含量(質量%)分別以[Ti]、[V]、[Zr]、[Nb]、[C]表示時，以「Q=([Ti]/48+[V]/51+[Zr]/91+[Nb]/93)/([C]/12)」所表示的參數Q的值係0.9以上且1.1以下；金屬組織的母相係肥粒鐵相；前述金屬組織不含未再結晶組織；構成前述肥粒鐵相之肥粒鐵粒的平均粒徑係30μm以上且200μm以下；含有選自於由Ti、V、Zr及Nb所構成群組中之至少一種元素之析出物係以1個/μm3以上的密度存在於前述肥粒鐵粒內；前述析出物的平均粒徑係0.002μm以上且0.2μm以 下。
  18. 如申請專利範圍第17項之馬達鐵心用積層體之製造方法，其中前述無方向性電磁鋼板以質量%計更含有由：N：0.001%以上且0.004%以下、Cu：0.5%以上且1.5%以下、及Sn：0.05%以上且0.5%以下所構成群組中之至少一種元素。
  19. 如申請專利範圍第17項之馬達鐵心用積層體之製造方法，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
  20. 如申請專利範圍第18項之馬達鐵心用積層體之製造方法，其中前述析出物係選自於由碳化物、氮化物、及碳氮化物所構成群組中之至少一種物質。
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