TW201710524A - 磁特性優異之無方向性電磁鋼板之製造方法 - Google Patents

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Abstract

在由將含有C:0.01mass%以下,Si:6mass%以下,Mn:0.05~3mass%、P:0.2mass%以下,Al:2mass%以下,N:0.005mass%以下,S:0.01mass%以下,Ga:0.0005mass%以下的扁鋼胚熱壓延,不實施熱延板退火,或者在實施熱延板退火或自退火之後,進行酸洗,1次或隔著中間退火而進行2次以上的冷壓延,完工退火,被覆絕緣被膜這一連串的步驟所構成的無方向性電磁鋼板之製造方法中,藉由在上述完工退火的加熱過程中,將500~800℃之間的平均昇溫速度定在50℃/s以上,即使省略熱延板退火,也能夠得到具有優異磁特性的無方向性電磁鋼板。

Description

磁特性優異之無方向性電磁鋼板之製造方法
本發明關於一種無方向性電磁鋼板之製造方法,具體而言,關於一種磁特性優異的無方向性電磁鋼板之製造方法。
無方向性電磁鋼板是被廣泛使用作為旋轉器等的鐵心材料的一種軟磁性材料。近年來,在省能量化的潮流之中,電器用品的效率提升或小型、輕量化等的要求提高,提升鐵心材料的磁特性變得日益重要。
無方向性電磁鋼板,通常可藉由將含有矽的鋼材(扁鋼胚)熱壓延,因應必要熱延板退火,冷壓延,完工退火來製造。為了實現優異的磁特性,在完工退火後的階段必須得到磁特性合適的集合組織,因此認為必須進行熱延板退火。
但是,增加熱延板退火的步驟不僅製造天數變長,還會有導致製造成本上昇的問題。尤其最近隨著電磁鋼板的需求增加,生產性提升或製造成本降低開始受到重視,省略熱延板退火的技術正在蓬勃發展。
關於省略熱延板退火的技術,例如專利文獻1揭示了一種藉由將S量減少至0.0015mass%以下以提升結晶顆粒的成長性,並且添加Sb及Sn來抑制表層的氮化,進一步在熱壓延時進行高溫纏繞,以使對磁束密度造成影響的熱延板結晶粒徑粗大化,謀求磁特性的提升的技術。
另外,專利文獻2揭示了關於藉由控制合金成分元素、使熱壓延條件最適化,並利用鋼的相變化來控制熱延組織,即使不進行熱延板退火,也能夠降低鐵損,提升磁束密度的無方向性電磁鋼板之製造方法的技術。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2000-273549號公報
[專利文獻2]日本特表2008-524449號公報
然而,專利文獻1揭示的技術必須將S量減少至極微量,因此製造成本(脫硫成本)上昇。另外,在專利文獻2的技術中,鋼成分或熱壓延條件限制多,會有難以實際製造的問題。
本發明鑑於先前技術所具有的上述問題點而完成,其目的在於提案一種即使省略熱延板退火,也具有優異磁特性的無方向性電磁鋼板的低價製造方法。
發明人等為了解決上述課題,著眼於鋼材中無法避免含有的雜質對磁特性造成的影響,反覆鑽研檢討。結果發現,藉由使無法避免的雜質尤其是Ga減少至極微量,或進一步藉由使Al減少至極微量,即使在省略熱延板退火的情況,也能夠大幅改進磁束密度或鐵損,而開發出本發明。
亦即,本發明為一種無方向性電磁鋼板之製造方法,其係由將扁鋼胚熱壓延,不實施熱延板退火,或者在實施熱延板退火或自退火之後,進行酸洗、1次或隔著中間退火而進行2次以上的冷壓延、完工退火、被覆絕緣被膜這一連串的步驟所構成的無方向性電磁鋼板之製造方法,其中該扁鋼胚具有含有C:0.01mass%以下,Si:6mass%以下,Mn:0.05~3mass%、P:0.2mass%以下,Al:2mass%以下,N:0.005mass%以下,S:0.01mass%以下,Ga:0.0005mass%以下,且剩餘部分由Fe及無法避免的雜質所構成的成分組成,其特徵為:在上述完工退火的加熱過程中,將500~800℃之間的平均昇溫速度定在50℃/s以上。
本發明之無方向性電磁鋼板之製造方法,其特徵為:上述扁鋼胚的成分組成中的Al含量為0.005mass%以下。
另外,本發明之無方向性電磁鋼板之製造方 法所使用的上述扁鋼胚,其特徵為:除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Sn:0.01~0.2mass%及Sb:0.01~0.2mass%的1種或2種。
另外,本發明之無方向性電磁鋼板之製造方法所使用的上述扁鋼胚,其特徵為:除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Ca:0.0005~0.03mass%、REM:0.0005~0.03mass%及Mg:0.0005~0.03mass%之中的1種或2種以上。
另外,本發明之上述無方向性電磁鋼板,其特徵為:除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Ni:0.01~2.0mass%、Co:0.01~2.0mass%、Cu:0.03~5.0mass%及Cr:0.05~5.0mass%之中的1種或2種以上。
依據本發明,即使省略熱延板退火,也能夠製造出磁特性優異的無方向性電磁鋼板,因此能夠以低價且短的交貨期限來提供磁特性優異的無方向性電磁鋼板。
圖1表示Ga含量對磁束密度B50造成的影響的圖形。
圖2表示Al含量對磁束密度B50造成的影響的圖形。
圖3表示完工退火時的平均昇溫速度對磁束密度B50造成的影響的圖形。
首先說明成為本發明開發契機的實驗。
<實驗1>
發明人等為了開發出即使省略熱延板退火,磁特性也優異的無方向性電磁鋼板,而調查無法避免的雜質Ga的含量對於磁束密度造成的影響。
以含有C:0.0025mass%、Si:3.0mass%、Mn:0.25mass%、P:0.01mass%、N:0.002mass%、S:0.002mass%,以0.2mass%及0.002mass%這兩種等級含有Al的成分系統作為基材,並將其中的Ga在極微量~0.002mass%的範圍作各種改變,以實驗室方法使所添加的鋼熔解,鑄造成鋼塊,進行熱壓延而製成板厚3.0mm的熱延板,然後實施相當於纏繞溫度為750℃的熱處理。接下來,不實施熱延板退火,將上述熱延板酸洗、冷壓延,而製成板厚0.50mm的冷延板,然後在20vol%H2-80vol%N2的氣體環境下實施1000℃×10sec的完工退火。此外,完工退火時在500~800℃之間的平均昇溫速度是定為70℃/s。
以25cm愛波斯坦裝置測定如上述方式所得到的完工退火後的鋼板的磁束密度B50,將其結果表示於圖 1。
由此結果可知,在Ga含量為0.0005mass%以下時,磁束密度B50急劇提升,並且上述Ga降低所產生的磁束密度提升效果,Al含量為0.002mass%時的效果大於Al含量為0.2mass%時的效果。
<實驗2>
於是,發明人等調查Al含量對磁束密度造成的影響而進行實驗。
以含有C:0.0025mass%、Si:3.0mass%、Mn:0.25mass%、P:0.01mass%、N:0.002mass%、S:0.002mass%,進一步使Ga降低至0.0002mass%的成分系統作為基材,並將其中的Al在極微量~0.01mass%的範圍作各種改變,以實驗室方法使所添加的鋼熔解,與上述<實驗1>同樣地,以25cm愛波斯坦裝置測定完工退火後的鋼板的磁束密度B50
圖2是以Al含量與磁束密度B50的關係來表示上述測定結果的圖。由此圖可知,Al含量在0.005mass%以下時,磁束密度提升。
由上述實驗的結果可知,藉由將Ga含量降低至0.0005mass%以下,進一步將Al含量定在0.005mass%以下,並且使Ga含量降低至0.0005mass%以下,可顯著提升磁束密度。
藉由降低Ga或Al含量可大幅提升磁束密度 的理由,在目前的時間點還不能完全明白,推測是因為藉由減少Ga,降低了材料的再結晶溫度,熱壓延過程中再結晶行為發生變化,而改善了熱延板的集合組織。尤其在Al為0.005mass%以下時,磁束密度大幅提升的理由,被認為是因為藉由降低Ga、Al,粒界的移動性發生變化,而促進了對於磁特性有利的結晶方位的成長。
<實驗3>
接下來,發明人等調查完工退火時的昇溫速度對磁束密度造成的影響而進行實驗。
將含有C:0.0025mass%、Si:3.0mass%、Mn:0.25mass%、P:0.01mass%、N:0.002mass%、S:0.002mass%、Al:0.002mass%,進一步以0.0001mass%及0.001mass%這兩種等級含有Ga的鋼以實驗室方法熔解,與上述<實驗1>同樣地,以25cm愛波斯坦裝置測定完工退火後鋼板的磁束密度B50。此時,完工退火時,在500℃至800℃的平均昇溫速度是在20~300℃/s的範圍作各種改變。
圖3是以完工退火時的平均昇溫速度與磁束密度B50的關係來表示上述測定結果的圖。由此圖可知,將Ga定在0.001mass%的鋼板磁束密度B50大致一定而與昇溫速度無關,將Ga降低至0.0001mass%的鋼板,在昇溫速度為50℃/s以上時,磁束密度B50提升。由上述實驗結果可知,藉由將Ga含量定在0.0005mass%以下,Al含 量定在0.005mass%以下,並且將完工退火時的平均昇溫速度定在50℃/s以上,可進一步提升磁束密度。藉由降低Ga並且提高昇溫速度能夠大幅提升磁束密度的理由,在目前的時間點還不能完全明白,被認為是因為藉由急速加熱而受到促進的{110}晶粒、{100}晶粒的再結晶,會藉由Ga的降低而進一步受到促進,增加了易磁化軸方位晶粒。
本發明是基於上述新見解而開發。
接下來說明製造本發明之無方向性電磁鋼板所使用的扁鋼胚應具有的成分組成。
C:0.01mass%以下
C會導致製品板的磁時效,因此限制在0.01mass%以下。宜為0.005mass%以下,較佳為0.003mass%以下。
Si:6mass%以下
Si是有效提高鋼的固有電阻、降低鐵損的元素,因此宜含有1mass%以上。但是,若添加超過6mass%,則顯著脆化,難以進行冷壓延,因此上限設定為6mass%。宜為1~4mass%,較佳為1.5~3mass%的範圍。
Mn:0.05~3mass%
Mn是有效防止熱壓延時的紅脆性的元素,因此必須含有0.05mass%以上。但是,若超過3mass%,則冷壓延性降低,或導致磁束密度降低,因此上限是定在3mass% 。宜為0.05~1.5mass%,較佳為0.2~1.3mass%的範圍。
P:0.2mass%以下
P的固溶強化能力優異,因此是有效調整硬度,改善衝孔加工性的元素,因此可添加。但是,若超過0.2mass%,則脆化顯著,因此上限是定在0.2mass%。宜為0.15mass%以下,較佳為0.1mass%以下。
S:0.01mass%以下
S是產生MnS等的硫化物、增加鐵損的有害元素,因此將上限限制在0.01mass%。宜為0.005mass%以下,較佳為0.003mass%以下。
Al:2mass%以下
Al是有效提高鋼的比電阻、降低渦電流損失的元素,因此可添加。但是,若超過2.0mass%,則冷壓延性降低,因此上限是定在2.0mass%。
但是,為了享有更多Ga降低所產生的磁特性提升效果,降低至0.005mass%以下是有效的,較佳為0.001mass%以下。
N:0.005mass%以下
N是產生氮化物並且增加鐵損的有害元素,因此將上限定在0.005mass%。宜為0.003mass%以下。
Ga:0.0005mass%以下
Ga即使微量也會對熱延板集合組織造成嚴重的不良影響,是在本發明中最重要的元素。為了抑制上述不良影響,必須定在0.0005mass%以下。宜為0.0003mass%以下,較佳為0.0001mass%以下。
本發明之無方向性電磁鋼板之製造所使用的扁鋼胚,為了改善磁特性,除了含有上述成分之外,還可進一步在Sb:0.01~0.2mass%、Sn:0.01~0.2mass%的範圍含有選自Sn及Sb之中的1種或2種。
Sb及Sn任一者皆能夠改善製品板的集合組織,因此為有效提升磁束密度的元素。上述效果可藉由添加0.01mass%以上而得到。但是若超過0.2mass%,則上述效果飽和。所以,在添加上述元素的情況下,宜分別定在0.01~0.2mass%的範圍。較佳為Sb:0.02~0.15mass%、Sn:0.02~0.15mass%的範圍。
本發明之無方向性電磁鋼板之製造所使用的扁鋼胚,除了含有上述成分之外,還可進一步在Ca:0.0005~0.03mass%、REM:0.0005~0.03mass%及Mg:0.0005~0.03mass%的範圍含有選自Ca、REM及Mg之中的1種或2種以上。
Ca、REM及Mg任一者皆能夠固定S,抑制硫化物的微細析出,因此為有效降低鐵損的元素。為了得到此效果,必須分別添加0.0005mass%以上。但是,即使添加超 過0.03mass%,則上述效果也已達飽和。所以,在添加Ca、REM及Mg的情況下,分別宜定在0.0005~0.03mass%的範圍。較佳分別為0.001~0.01mass%的範圍。
另外,本發明之無方向性電磁鋼板,除了含有上述成分之外,還可進一步在Ni:0.01~2.0mass%、Co:0.01~2.0mass%、Cu:0.03~5.0mass%及Cr:0.05~5.0mass%的範圍含有選自Ni、Co、Cu及Cr之中的1種或2種以上。Ni、Co、Cu及Cr任一者皆能夠增加鋼的比電阻,因此為有效降低鐵損的元素。為了得到此效果,Ni、Co分別宜添加0.01mass%以上,Cu宜添加0.03mass%以上,Cr宜添加0.05mass%以上。但是,若Ni、Co添加超過2.0mass%,另外,若Cu、Cr添加超過5.0mass%,則合金成本上昇。所以,在添加Ni、Co的情況,分別宜在0.01~2.0mass%的範圍添加,在添加Cu的情況,宜在0.03~5.0mass%的範圍添加,在添加Cr的情況,宜在0.05~5.0mass%的範圍添加。較佳為Ni:0.03~1.5mass%、Co:0.03~1.5mass%、Cu:0.05~3.0mass%及Cr:0.1~3.0mass%的範圍。
本發明之無方向性電磁鋼板之製造所使用的扁鋼胚中,上述成分以外的剩餘部分為Fe及無法避免的雜質。但是,只要在不阻礙本發明效果的範圍內,並不排除含有其他成分。
接下來敘述本發明之無方向性電磁鋼板之製 造方法。
本發明之無方向性電磁鋼板,只要其製造所使用的鋼材採用Ga及Al含量在上述範圍內的材料,則可使用周知的無方向性電磁鋼板之製造方法來製造,例如可藉由以轉爐或電爐等來熔製鋼,進一步以真空脫氣設備等進行二次精煉的精煉程序,將調整成上述成分組成的鋼以造塊-分塊壓延法或連續鑄造法製成鋼材(扁鋼胚),然後進行熱壓延、酸洗、冷壓延、完工退火,塗佈絕緣被膜、烘烤的方法來製造。
此外,本發明之無方向性電磁鋼板之製造方法,即使省略熱壓延後的熱延板退火,也能夠得到優異的磁特性,然而,亦可實施熱延板退火,此情況下的均熱溫度宜定在900~1200℃的範圍。在均熱溫度未滿900℃的情況,無法充分得到熱延板退火的效果,因此無法得到進一步提升磁特性的效果。另一方面,若超過1200℃,則熱延板的粒徑過度粗大化,會有冷壓延時破碎或斷裂的顧慮,此外,成本方面也改變得不利。
另一方面,在省略熱延板退火的情況,亦可提高熱壓延後的鋼捲纏繞溫度,使其自退火。此情況下的鋼捲纏繞溫度,從使冷壓延前的鋼板亦即熱延板充分再結晶的觀點看來,宜定在650℃以上。較佳為670℃以上。
另外,由熱延板製成製品板厚(最終板厚)的冷延板所進行的冷壓延,可進行1次,或隔著中間退火而進行2次以上,尤其,將製作成最終板厚的最終冷壓延設定 為在板溫200℃左右的溫度下進行的溫壓延,提升磁束密度的效果大,因此只要設備上或生產限制上、成本方面沒有問題,則宜採用。
對於製作成最終板厚的冷延板實施的完工退火,宜為在900~1150℃的溫度下均熱5~60秒鐘的連續退火。在均熱溫度未滿900℃的情況,再結晶不會充分進行,而無法得到良好的磁特性。另一方面是因為若超過1150℃,則結晶顆粒粗大化,尤其在高頻區域的鐵損會增加。較佳的均熱溫度是在950~1100℃的範圍。
此處,在本發明中重要的事項,是在上述完工退火的加熱過程中,必須將在500℃至800℃之間的平均昇溫速度定在50℃/s以上進行急速加熱。這是因為藉由急速加熱而受到促進的{110}晶粒、{100}晶粒的再結晶,會藉由Ga的降低而進一步受到促進,可得到增加易磁化軸方位晶粒的效果。宜為100℃/s以上,較佳為150℃/s以上。
此外,急速加熱的方法並無特別限制,可使用例如直接通電加熱法或感應加熱法等。
上述完工退火後的鋼板,為了提高層間電阻,降低鐵損,接下來宜在鋼板表面被覆絕緣被膜。尤其在欲確保良好的衝孔性的情況,希望適用含有樹脂的半有機絕緣被膜。
被覆絕緣被膜的無方向性電磁鋼板,使用者可在進一步實施弛力退火之後使用,亦可不實施弛力退火 而直接使用。另外,使用者在實施衝孔加工之後,亦可實施弛力退火。此外,上述弛力退火一般是在750℃×2hr左右的條件下進行。
[實施例1]
以轉爐-真空脫氣處理的精煉程序熔製出成分組成如表1所示的No.1~22的鋼,以連續鑄造法製成扁鋼胚之後,將該扁鋼胚在1140℃下加熱1hr,然後藉由熱延完工溫度設定在900℃的熱壓延,製成板厚3.0mm的熱延板,在750℃的溫度下纏繞成鋼捲。接下來,不實施熱延板退火,將上述鋼捲酸洗之後,冷壓延1次,而製成板厚0.5mm的冷延板,將均熱條件定為1000℃×10sec實施完工退火,而製成無方向性電磁鋼板。完工退火時的昇溫速度定為70℃/s。
由如上述方式得到的鋼板採取30mm×280mm的愛波斯坦測試片,以25cm愛波斯坦裝置測定鐵損W15/50及磁束密度B50,將其結果合併記載於表1中。
由表1可知,藉由將鋼材(扁鋼胚)的成分組成、及完工退火時的昇溫速度控制在本發明的範圍內,即使省略熱延板退火,也能夠得到磁特性優異的無方向性電磁鋼板。
[實施例2]
以轉爐-真空脫氣處理的精煉程序熔製出成分組成如表1所示的No.23~32的鋼,以連續鑄造法製成扁鋼胚之後,將該扁鋼胚在1140℃下加熱1hr,然後藉由熱延完工溫度設定在900℃的熱壓延,製成板厚3.0mm的熱延板,在750℃的溫度下纏繞成鋼捲。接下來,不實施熱延板退火,將上述鋼捲酸洗之後,冷壓延1次,而製成板厚0.5mm的冷延板,將均熱條件定為1000℃×10sec實施完工退火,而製成無方向性電磁鋼板。完工退火時,在500℃至800℃的平均昇溫速度是在20~300℃/s的範圍作各種改變。
由如上述方式得到的鋼板採取30mm×280mm的愛波斯坦測試片,以25cm愛波斯坦裝置測定鐵損W15/50及磁束密度B50,將其結果合併記載於表1中。
由表1及2可知,藉由將鋼材(扁鋼胚)的成分組成控制在本發明的範圍內,或將鋼材(扁鋼胚)的成分組成與完工退火時的昇溫速度控制在本發明的範圍內,即使省略熱延板退火,也能夠得到磁特性優異的無方向性電磁鋼板。

Claims (5)

  1. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法,其係由將扁鋼胚熱壓延,不實施熱延板退火,或者在實施熱延板退火或自退火之後,進行酸洗、1次或隔著中間退火而進行2次以上的冷壓延、完工退火、被覆絕緣被膜這一連串的步驟所構成的無方向性電磁鋼板之製造方法,其中該扁鋼胚具有含有C:0.01mass%以下,Si:6mass%以下,Mn:0.05~3mass%、P:0.2mass%以下,Al:2mass%以下,N:0.005mass%以下,S:0.01mass%以下,Ga:0.0005mass%以下,且剩餘部分由Fe及無法避免的雜質所構成的成分組成,其特徵為:在上述完工退火的加熱過程中,將500~800℃之間的平均昇溫速度定在50℃/s以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板之製造方法,其中上述扁鋼胚的成分組成中的Al含量為0.005mass%以下。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之無方向性電磁鋼板之製造方法,其中上述扁鋼胚除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Sn:0.01~0.2mass%及Sb:0.01~0.2mass%的1種或2種。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項之無方向性電磁鋼板之製造方法,其中上述扁鋼胚除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Ca:0.0005~0.03mass%、REM:0.0005~0.03mass%及Mg:0.0005~0.03mass%之 中的1種或2種以上。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項之無方向性電磁鋼板之製造方法,其中上述扁鋼胚除了含有上述成分組成之外,還進一步含有選自Ni:0.01~2.0mass%、Co:0.01~2.0mass%、Cu:0.03~5.0mass%及Cr:0.05~5.0mass%之中的1種或2種以上。
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