TW201326419A - 極薄電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

依質量%計設定為：C：0.007%以下、Si：4~10%及Mn：0.005~1.0%，其餘則由Fe及不可避免的雜質組成，且藉由將板厚設定為0.01mm以上且0.10mm以下、將截面粗糙度Pa設定為1.0μm以下，便可獲得即便對板厚0.10mm以下的電磁鋼板施行滲矽處理而使鋼中Si量增加時，仍不會導致磁特性劣化，且亦能迴避填滿率劣化的鐵損特性。

Description

極薄電磁鋼板
本發明係關於諸如電抗器等所使用的較佳極薄電磁鋼板。
一般，已知電磁鋼板的鐵損若激磁頻率提高，便會出現急遽上升。但是，現況下，諸如變壓器、電抗器的驅動頻率，為求鐵心小型化與高效率化而高頻化。
因而，因電磁鋼板的鐵損增大，而導致發熱構成問題的情況已有增加。
在減輕電磁鋼板的鐵損時，已知增加Si含有量而提高比電阻的方法係屬有效。然而，若鋼板中的Si量超過3.5質量%，便會導致加工性明顯劣化，因而屬於習知電磁鋼板製造方法之利用軋延的方法頗難製造此種高Si鋼板。
因而，為獲得高Si鋼板已有開發出各種方法。
例如專利文獻1有揭示：藉由在1023~1200℃高溫下，將含SiCl4的環境氣體吹抵於鋼板，而獲得較高Si含有量之電磁鋼板的方法。
再者，專利文獻2有揭示：利用熱軋製造Si含有量4.5~7質量%的加工性差之高Si鋼板。
此處，為減輕鐵損，減少板厚便屬有效。上述方法中，因為利用熱軋的方法對板厚減少而言係有極限，因而利用SiCl4的方法便工業化，將其稱「滲矽處理」(siliconizing treatment)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特公平5-49745號公報
專利文獻2：日本專利特公平6-57853號公報
然而，當將板厚較薄的鋼板利用滲矽處理而使增加鋼中的Si量時，得知會有磁特性劣化的情況。
再者，鋼板大多係積層使用，亦得知此情況會有填滿率大幅降低的情況。
本發明係有鑑於上述現狀而開發，目的在於提供：即便對板厚0.10mm(100μm)以下的電磁鋼板施行滲矽處理，而使鋼中Si量增加的情況，仍不會有磁特性劣化、且亦能迴避填滿率降低之鐵損特性優異的極薄電磁鋼板。
以下，針對為達本發明成功的實驗進行說明。
<實驗1>
對依質量%計含有：C：0.0045%、Si：3.40%及Mn：0.10%的鋼胚，施行熱軋而形成板厚：2.0mm的熱軋板。接著，經利用酸洗去除銹皮之後，利用冷軋修整至板厚：0.05mm的最終板厚。然後，依1000℃起至1200℃的各種溫度、及100 秒起至1400秒的各種時間，於(10%SiCl4+90%N2)環境中施行滲矽處理。上述滲矽處理係依不管何種條件，Si量均能在板厚方向均勻成6.5質量%的方式，事先利用計算進行檢討後才實施。所以，所獲得樣品的Si量全部均成為略6.5質量%的一定值。
針對該等樣品的磁特性，依照JIS C 2550所記載方法進行測定。
圖1所示係滲矽時間與鐵損W5/1k(磁通密度：0.5T、頻率：1000Hz時的鐵損)間之關係。
由此項結果得知，藉由將滲矽時間設為長達一定時間以上，便可減輕鐵損。
再者，鋼板的填滿率係依JIS C 2550所記載方法進行測定。
結果，得知處理時間(滲矽時間)越長則填滿率越高，屬越佳。
填滿率會對鋼板的表面粗糙度造成大幅影響，因而針對各個樣品的表面粗糙度進行調查。表面粗糙度係依照JIS B 0633 '01所規定的方法進行測定。測定裝置的觸針前端半徑設為2μm。所獲得結果依照與鐵損特性間之關係圖示於圖2。
如該圖所示，得知截面粗糙度Pa越小則鐵損越低，屬越佳。
此處，所謂「截面粗糙度Pa」係指JIS B 0601 '01所規定 的輪廓曲線(截面曲線)算術平均高度。
隨表面粗糙度的增加而導致鐵損的理由，可認為一般表面的凹凸會妨礙磁壁移動的緣故。此處，為調查是否僅會對表層構成影響進行調查，便利用雷射式形狀測定機，針對鋼板截面的形狀進行詳細調查。
結果，得知表面的凹凸係與背面的凹凸幾乎一致。即，表面粗糙度較大的樣品可謂不僅表面會有凹凸，就連板亦會形成細微波痕。此現象可認為經滲矽處理且板厚較薄鋼板的特有現象。
經調查本實驗所獲得樣品的表面粗糙度，其中部分的結果係如圖3(a)~(d)所示。另外，圖3所示係表面粗糙度係分別測定截面粗糙度Pa與算術平均粗糙度Ra，並合併標示該等值與鐵損W5/1k值。
若著眼於截面粗糙度Pa與鐵損W5/1k間之關係，圖3的情況亦係與圖2的情況同樣，Pa與W5/1k間具有良好相關性，隨Pa變小則W5/1k會變低。相對於此，算術平均粗糙度Ra與鐵損W5/1k間之關係，由圖3(a)、(c)的比較便可得知，圖3(c)中係Ra：0.61μm，相對的圖3(a)中的Ra則為0.58μm的較小值，圖3(a)的W5/1k之7.8W/kg，呈較高於圖3(c)的W5/1k：5.3W/kg值。
所以，當板厚較薄的鋼板且有出現波痕時，標記表面性狀的參數並非一般的算術平均粗糙度Ra，可認為經考慮截面 曲線的截面粗糙度Pa較為恰當。
如圖1所示，針對若滲矽時間拉長，截面粗糙度Pa便會變小(即波痕變小)的理由，雖未必明朗，但發明者等認為如下述。
使用四氯化矽的滲矽處理，判斷會產生下述反應：SiCl4+5Fe → Fe3Si+2FeCl2
即，Fe其中一部分會被Si所取代，而形成氯化物氣體並被排放出於系統外。此時，利用體積較小的Si取代而進行反應的鋼板表面，判斷會引發體積收縮。該體積收縮的總體量係若最終的滲矽量相同便會相同，但每單位時間的變化係退火越短時間則越大。若該每單位時間的變化呈急遽，判斷便成為板發生波痕的要因。
但，本發明中屬於重要事項，鋼板的波痕係使磁性劣化的原因，並非退火時間的長短。即，認為即便縮短退火時間，若鋼板沒有波痕則磁性便不會劣化。
此處，就消除波痕、縮小截面粗糙度Pa的手法，可認為例如：在滲矽處理時，為使鋼板能不會曲撓地進行鋼板通過，而減輕所賦予線張力的方法；滲矽處理係採間歇性實施的方法；以及在滲矽處理時，使鋼板沿支撐輥等方法。
但是，當工業性生產電磁鋼板時，若如拉長至如本實驗所施行的退火時間，便會阻礙生產性，因而非屬較佳。
此處，就上述手法中，經採用降低線張力的方法，結果新 得知雖會有算術平均粗糙度Ra降低的傾向，但截面粗糙度Pa卻未必會降低。此現象推測可能係因線張力降低，而導致板寬方向的拉伸力亦降低，因而波痕無法獲改善的緣故所致。
另外，雖在後述實施例有例示，當實用上較難採取拉長退火時間的情況，最好採取包括線張力減少在內，將為施行滲矽處理的環境間歇性適用於鋼板等複數手段。
再者，當工業性製造電磁鋼板時，受在滲矽處理時所賦予的線張力影響，鋼板的波痕幾乎平行於軋延方向產生。所以，當線狀測定截面粗糙度Pa時，軋延方向與直角方向均必需測定。本說明書的該項測定係測定軋延方向與直角方向。
依如上述，本發明者等就對板厚較薄的電磁鋼板，針對當利用SiCl4施行滲矽處理而使鋼中的Si量增加時，所顧忌的磁特性劣化與填滿率降低原因，藉由取而代之規定截面粗糙度Pa，而成功迴避此項問題。
本發明係以上述發現為基礎而完成。
即，本發明主旨構成係如下述：1.一種極薄電磁鋼板，係依質量%計，含有：C：0.007%以下、Si：4~10%及Mn：0.005~1.0%， 其餘則由Fe及不可避免的雜質組成所構成的電磁鋼板，滿足：板厚為0.01mm以上且0.10mm以下，且截面粗糙度Pa為1.0μm以下。
2.如上述1所記載的極薄電磁鋼板，其中，依質量%計，更進一步含有從：Ni：0.010~1.50%、Cr：0.01~0.50%、Cu：0.01~0.50%、P：0.005~0.50%、Sn：0.005~0.50%、Sb：0.005~0.50%、Bi：0.005~0.50%、Mo：0.005~0.100%及Al：0.02~6.0%之中選擇之至少一種。
根據本發明，能有效地迴避習知當對板厚較薄的電磁鋼板，利用使用SiCl4的滲矽處理使鋼中的Si量增加時，所顧忌的磁特性劣化與填滿率降低，俾能安定地獲得磁特性優異的極薄電磁鋼板。
以下，針對本發明進行具體說明。
首先，針對本發明中，將鋼板的成分組成限定為上述範圍的理由進行說明。另外，以下表示成分組成的「%」，在無特別聲明的前提下，係指「質量%」。
C：0.007%以下
C會因磁性衰減(magnetic aging)而導致磁特性劣化，因而最好盡量減少。然而，頗難完全去除C，為達成此必需耗費 頗大的製造成本。因而，C量設定為0.007%以下。另外，若在此範圍內，即便有殘存但磁特性仍不會有問題。
Si：4~10%
最終製品板中，Si係為提高鋼的電阻率、改善鐵損的必要元素。以滲矽處理為前提的本發明，Si量必需達4%以上。另一方面，若超過10%，因為飽和磁通密度會明顯下降，因而Si量限定於4~10%範圍。
Mn：0.005~1.0%
Mn係熱軋時能有效當作加工性的改善成分。然而，若含有量未滿0.005%，則加工性的改善效果較小，另一方面，若超過1.0%，則飽和磁通密度會降低，導致磁特性劣化，所以Mn量限定於0.005~1.0%範圍。
以上，針對基本成分進行說明，但本發明除此之外，視需要尚可適當含有從Ni：0.010~1.50%、Cr：0.01~0.50%、Cu：0.01~0.50%、P：0.005~0.50%、Sn：0.005~0.50%、Sb：0.005~0.50%、Bi：0.005~0.50%、Mo：0.005~0.100%及Al：0.02~6.0%之中選擇至少一種。
即，為提升磁特性可添加Ni。然而，若含有量未滿0.010%，則磁特性的提升量較小，另一方面，若超過1.50%，則飽和磁通密度會降低，導致磁特性劣化，因而Ni量設定為0.010~1.50%。
再者，在減輕鐵損之目的下，可單獨或複合含有Cr： 0.01~0.50%、Cu：0.01~0.50%、P：0.005~0.50%及Al：0.02~6.0%。
再者，在提升磁通密度之目的下，可單獨或複合含有Sn：0.005~0.50%、Sb：0.005~0.50%、Bi：0.005~0.50%及Mo：0.005~0.100%。當各自的添加量較少於下限量時，便不會有磁特性的提升效果，反之，若超過上限量，則飽和磁通密度會降低，導致磁特性劣化。
其次，針對本發明中，限定電磁鋼板之板厚及截面粗糙度Pa的理由進行說明。
板厚：0.01mm以上且0.10mm以下
本發明中設為問題之因鋼板表面粗糙度而造成的磁特性劣化，係當板厚較薄時會明顯發生，因而本發明中，將對象的電磁鋼板板厚限定於0.10mm以下。然而，若板厚小於0.01mm，便較難使鋼板通過滲矽處理設備，因而板厚設定為0.01mm以上。
截面粗糙度Pa：1.0μm以下
如前述，本發明中設為對象的極薄電磁鋼板之磁特性，係與截面粗糙度Pa具有強烈相關，藉由將Pa降低至1.0μm以下，便可獲得優異的磁特性。所以，鋼板的表面粗糙度係依截面粗糙度Pa規範限定於1.0μm以下。較佳係0.4μm以下、更佳係0.3μm以下。
其次，針對本發明鋼板的較佳製造方法進行敘述。
本發明中，可利用一般的電磁鋼板之製造方法。即，將使用經調整為既定成分的溶鋼所製得的鋼胚，施行熱軋，且視需要施行熱軋板退火後，施行1次、或夾雜著中間退火之2次以上的冷軋而形成最終板厚，接著經對所獲得冷延鋼板視需要施行退火後，再施行滲矽處理，然後再賦予塗佈的方法。
本發明，上述步驟中係以使用SiCl4的滲矽處理為必需。又，經冷軋後，就從獲得高磁通密度特性的觀點，最好對更進一步施行一次再結晶退火、二次再結晶退火，並經去除表面硬質被膜的鋼板施行滲矽處理。此情況，在去除硬質被膜後，再度施行軋延形成既定板厚後，施行滲矽處理，亦可保持高磁通密度。
以下，針對製造步驟進行具體說明。
具有上述成分的溶鋼可利用通常的造塊法或連續鑄造法形成鋼胚。又，亦可利用直接鑄造法製造100mm以下厚度的薄鑄片。鋼胚係依照通常方法施行加熱並熱軋，但亦可在鑄造後未施行加熱而是直接提供進行熱軋。薄鑄片的情況，亦可施行熱軋，亦可省略熱軋而直接進入後續步驟。熱軋前的鋼胚加熱溫度係就從成本層面觀之，最好設為1250℃以下的低溫，當利用二次再結晶的情況，較佳係加熱至1400℃左右。
接著，視需要施行熱軋板退火。為獲得良好的磁性，熱軋板退火溫度最好設為800℃以上且1150℃以下。若熱軋板退 火溫度未滿800℃，便會殘留熱軋中的帶狀組織，較難實現整粒的一次再結晶組織，導致磁特性劣化。另一方面，若熱軋板退火溫度超過1150℃，會導致熱軋板退火後的粒徑過於粗大化，因而對實現整粒的一次再結晶組織而言極為不利。
經上述熱軋板退火後，施行1次或夾雜著中間退火的2次以上的冷軋，接著視需要施行退火後再施行滲矽處理。使冷軋溫度上升至100~300℃、以及在冷軋途中依1次或複數次施行100~300℃範圍的老化處理，對磁特性提升而言係屬有效。
滲矽處理最好依1200℃左右的高溫實施，但如前述，當有發生鋼板波痕時，即便降低溫度亦無妨。又，減少波痕、降低截面粗糙度Pa的手段，係除延長退火時間之外，尚可例如間歇性滲矽處理、使用支撐輥、降低線張力等，相關該等手段在本發明中並無限定。
但是，本發明所施行的實驗，明確得知降低Pa非屬容易，因而判斷必需在至少控制環境、間歇性施行滲矽處理情況下，進行線張力降低。
另外，所謂「間歇性施行滲矽處理」係指在滲矽處理中，交錯重複著施行滲矽的環境、與未施行滲矽的環境。具體而言，若連續生產線的滲矽，可例如圖4(a)所示，在鋼板2的鋼板通過方向上設置複數個吹出滲矽原料氣體的噴嘴1，且 在該等噴嘴間設置阻斷由噴嘴1所噴出原料氣體的一對遮蔽板3，在該等遮蔽板配對之間不會施行滲矽的方法。
再者，若滲矽處理的時間短時間化，便會獲得板厚表層與中心層的Si量不同之鋼板，高頻激磁時的磁特性良好，因而屬較佳。此情況，成分組成亦是依總板厚的平均考量。經滲矽處理後，為確保鋼板的絕緣性便賦予絕緣塗佈，此對積層使用的情況係屬有效。
[實施例1]
利用連續鑄造製造含有：C：0.0031%、Si：3.05%及Mn：0.15%，其餘則由Fe及不可避免的雜質構成之鋼胚，經依1150℃施行鋼胚加熱後，利用熱軋而形成2.0mm厚的熱軋板。接著，依1000℃施行30秒的熱軋板退火後，利用冷軋修整為0.075mm板厚後，於(10%SiCl4+90%Ar)環境中，依1100℃施行600秒的滲矽處理。此時，在退火爐內，如圖4(a)所示，在鋼板2的雙面附近複數配置會噴射出原料氣體的噴嘴1，且在噴嘴間設置用以阻斷原料氣體的一對遮蔽板3，形成在噴射噴嘴1的附近進行利用原料氣體施行的滲矽處理，另一方面，在遮蔽板3之間並不會施行滲矽的間歇性滲矽處理。另外，針對其中一部分的樣品，如圖4(b)所示，未設置遮蔽板，利用複數配置的噴嘴1施行連續性滲矽處理。又，該等在施行滲矽處理時，將鋼板通過時的線張力如表1所示進行各種變更。
所獲得樣品的Si量係5.54%，板厚方向幾乎呈均分佈。
再者，依照JIS C 2550所記載方法測定樣品的磁特性及填滿率，且根據JIS B 0633 '01的規定測定截面粗糙度Pa。
所獲得結果合併記於表1。
由該表中得知，將降低線張力、且施行間歇性滲矽處理而將截面粗糙度Pa調整於本發明適當範圍內時，磁特性呈良好、且填滿率高。
[實施例2]
利用連續鑄造製造由表2所示各種成分組成的鋼胚，經依1200℃施行鋼胚加熱後，利用熱軋而形成2.7mm的熱軋板。接著，依900℃施行30秒的熱軋板退火後，利用冷軋修整為0.050mm板厚後，於(15%SiCl4+85% N2)環境中，依1200℃施行100秒的滲矽處理。此時，在退火爐內，如圖4(a)所示，在鋼板2的雙面附近複數配置會噴射出原料氣體的噴嘴1，且在噴嘴間設置用以阻斷原料氣體的一對遮蔽板3，形成在噴射噴嘴1的附近進行利用原料氣體施行的滲矽處理，另一方面，在遮蔽板3之間並不會施行滲矽的間歇性滲矽處理。 又，此時的鋼板通過時之線張力係設為1.0MPa，採取二項對策成為減少鋼板波痕的條件。
所獲得樣品的截面粗糙度Pa根據JIS B 0633 '01規定進行測定的結果為0.25~0.36μm，滿足本發明的適當範圍。又，根據JIS C 2550所記載方法測定樣品的磁特性，並分析最終的鋼中成分。
所獲得結果合併記於表2。
由該表中得知，滿足本發明成分範圍的發明例均可獲得優異的磁特性。
(產業上之可利用性)
本發明的板厚較薄、具有高Si含有量的電磁鋼板，特別係高頻鐵損優異。故，頗適於提供作為諸如：小型變壓器、馬達、電抗器等的鐵心材料。
1‧‧‧噴嘴
2‧‧‧鋼板
3‧‧‧遮蔽板
圖1係滲矽處理時間與鐵損W5/1k間之關係圖。
圖2係鋼板的截面粗糙度Pa與鐵損W5/1k間之關係圖。
圖3係依粗糙度測定所獲得截面曲線，與截面粗糙度Pa、算術平均粗糙度Ra及鐵損W5/1k一併標示的圖。
圖4係連續生產線中，依間歇性或連續性施行滲矽處理時，吹抵噴嘴與遮蔽板的配置狀態圖。

Claims (2)

  1. 一種極薄電磁鋼板，係依質量%計，含有：C：0.007%以下、Si：4~10%、及Mn：0.005~1.0%，其餘則由Fe及不可避免的雜質組成所構成的電磁鋼板，滿足：板厚為0.01mm以上且0.10mm以下，且截面粗糙度Pa為1.0μm以下。
  2. 如申請專利範圍第1項之極薄電磁鋼板，其中，依質量%計，更進一步含有從：Ni：0.010~1.50%、Cr：0.01~0.50%、Cu：0.01~0.50%、P：0.005~0.50%、Sn：0.005~0.50%、Sb：0.005~0.50%、Bi：0.005~0.50%、Mo：0.005~0.100%及Al：0.02~6.0%之中選擇之至少一種。
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