TW201825692A - 回收性優良的無方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

一種不僅回收性優良而且應力消除退火後的鐵損特性亦優良的無方向性電磁鋼板，其具有如下的成分組成：含有C：0.0050質量%以下、Si：1.0質量%～5.0質量%、Mn：0.03質量%～3.0質量%、P：0.2質量%以下、S：0.005質量%以下、Al：0.05質量%以下、N：0.0050質量%以下、O：0.010質量%以下、Ti：0.0030質量%以下、Nb：0.0030質量%以下、B：0.0005質量%～0.0050質量%，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。

Description

回收性優良的無方向性電磁鋼板
本發明是有關於一種無方向性電磁鋼板，具體而言是有關於一種回收性優良的無方向性電磁鋼板。
近年來，以保護地球環境為目的，要求推進回收或省能源化，於電氣設備的領域中亦期望回收率提高或高效率化。因此，對於作為電氣設備的鐵心材料而廣泛使用的無方向性電磁鋼板，強烈期望開發不僅回收性優良而且鐵損低的材料。
作為提高無方向性電磁鋼板的回收性的技術，例如於專利文獻1中提出有如下技術：藉由於含有Si：0.7質量%～1.5質量%及Mn：0.1質量%～0.3質量%的無方向性電磁鋼板中，將Al減少至小於0.0005質量%的極微量，從而不僅提高磁特性（magnetic characteristic）而且亦提高回收性的技術。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2004-277760號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，所述專利文獻1中揭示的技術於素材鋼板中的Si或Mn的含量低的情況下有效，但若Si或Mn的含量變高，則存在短時間的應力消除退火（stress relief annealing）中難以充分降低鐵損的品質方面的問題，或並不容易將Al減少、管理至小於0.0005質量%的製造方面的問題。
因此，本發明的目的在於提供一種不僅回收性優良而且應力消除退火後的鐵損特性亦優良的無方向性電磁鋼板。 [解決課題之手段]
發明者們為解決所述課題而著眼於低Al的素材鋼板中所含的微量成分，對該些對應力消除退火後的鐵損特性帶來的影響反覆進行努力研究。其結果為發現：藉由適量添加B，不僅可改善應力消除退火後的鐵損特性，而且Al的含量亦可容許至較專利文獻1的Al：0.0005質量%高的0.05質量%；進而，於與所述B一併複合添加Ca及/或REM的情況下，可進一步改善應力消除退火後的鐵損特性，從而開發出本發明。
基於所述見解的本發明是一種無方向性電磁鋼板，其具有如下的成分組成：含有C：0.0050質量%以下、Si：1.0質量%～5.0質量%、Mn：0.03質量%～3.0質量%、P：0.2質量%以下、S：0.005質量%以下、Al：0.05質量%以下、N：0.0050質量%以下、O：0.010質量%以下、Ti：0.0030質量%以下、Nb：0.0030質量%以下、B：0.0005質量%～0.0050質量%，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。
本發明的所述無方向性電磁鋼板的特徵在於：除了含有所述成分組成以外，更含有選自Ca：0.0010質量%～0.010質量%及REM：0.0010質量%～0.040質量%中的一種或兩種。
另外，本發明的所述無方向性電磁鋼板的特徵在於：除了含有所述成分組成以外，更含有合計為0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種。
另外，本發明的所述無方向性電磁鋼板的特徵在於：除了含有所述成分組成以外，更含有Mg：0.0002質量%～0.0050質量%。
另外，本發明的所述無方向性電磁鋼板的特徵在於：Mn的含量（質量%）相對於Si的含量（質量%）的比即[Mn]/[Si]為0.20以上。 [發明的效果]
依據本發明，可提供一種不僅回收性優良而且應力消除退火後的鐵損特性亦優良的無方向性電磁鋼板，因此能夠同時達成回收率提高與省能源化。
首先，對成為開發出本發明的契機的實驗進行說明。 將成分組成中Si及Mn的含量較高，含有C：0.002質量%、Si：2.5質量%、Mn：1.02質量%、P：0.02質量%、Al：0.001質量%、S：0.0021質量%、N：0.0028質量%、O：0.0045質量%、Ti：0.0012質量%及Nb：0.0005質量%，進而含有B：0.0001質量%～0.0059質量%、REM：0.001質量%以下或0.015質量%，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質的鋼於實驗室中熔解而鑄造成鋼塊，進行熱軋而形成板厚為2.0 mm的熱軋板，對該熱軋板實施980℃×30 sec的熱軋板退火並進行酸洗，進行冷軋而形成板厚為0.30 mm的冷軋板，然後對該冷軋板實施均熱溫度為1000℃、均熱時間為10 sec的最後退火。
自以所述方式獲得的最後退火後的鋼板，沿壓延方向（L方向）及壓延方向的直角方向（C方向），選取280 mm×30 mm的愛普斯坦（Epstein）試驗片，進行愛普斯坦試驗來測定磁特性（鐵損W15/50 ）。 繼而，對進行了所述磁測定的愛普斯坦試驗片，進而實施模擬用戶的應力消除退火的熱處理（升溫速度：300℃/hr、均熱溫度：750℃、均熱時間：0 hr、冷卻速度：100℃/hr）後，再次測定磁特性（鐵損W15/50 ）。
圖1中示出最後退火後（應力消除退火前）的鐵損W15/50 與B及REM含量的關係。另外，圖2中示出應力消除退火後的鐵損W15/50 與B及REM含量的關係。根據圖1可知：藉由適量添加B，雖然最後退火後（應力消除退火前）的鐵損些許增加，但可減少應力消除退火後的鐵損；另外，於除了B以外亦複合添加REM的情況下，不僅可減少最後退火後（應力消除退火前）的鐵損，而且可進一步減少應力消除退火後的鐵損。
已知，若對沖孔加工後的電磁鋼板實施應力消除退火，則加工應力等得到釋放，因而鐵損一般會減少。但是已確認到：於含有較多Si及Mn的鋼板中，當不含B時，於應力消除退火前後鐵損幾乎沒有變化；於適量添加B的鋼板中，藉由應力消除退火而鐵損減少；於複合添加REM的鋼板中，鐵損進一步減少，可改善鐵損特性。
關於獲得此種結果的原因，發明者們考慮如下。 於Si及Mn的含量高且不含B的鋼板中，應力消除退火時析出Si-Mn氮化物，阻礙磁壁的移動，因而鐵損增加。因此，由應力消除退火中的加工應力的釋放所帶來的鐵損減少效果被由Si-Mn氮化物所致的鐵損增加抵消，無法獲得由應力消除退火所帶來的鐵損改善效果。 另一方面，於適量添加B的鋼板中，微細析出的B氮化物（主要為氮化硼（boron nitride，BN））作為抑制劑（inhibitor）發揮作用，阻礙最後退火中的晶粒成長（grain growth），因而最後退火後（應力消除退火前）的鐵損些許增加。但是，藉由B氮化物的生成而鋼中的N被消耗，因而抑制應力消除退火時的Si-Mn氮化物的析出，因而促進應力消除退火中的晶粒成長，應力消除退火後的鐵損減少。 進而，於除了B以外亦複合添加REM的鋼板中，觀察到於較粗大的REM中介物（硫氧化物）上析出有BN。據此，複合添加B與REM的鋼板中，BN的微細分散析出得到抑制，亦促進最後退火中的結晶粒成長，因此最後退火後（應力消除退火前）的鐵損亦可改善至與無B添加材同等的程度。進而，應力消除退火中，Si-Mn氮化物的生成得到抑制，因而由應力消除退火所帶來的鐵損減少量進一步變大。即，藉由適量複合添加B與REM，可大大改善最後退火後及應力消除退火後的鐵損。 此外，依據發明者們的調查，Ca亦確認到所述REM的效果。 本發明是基於所述新穎的見解而開發出。
接著，對本發明的無方向性電磁鋼板（製品板）的成分組成進行說明。 C：0.0050質量%以下 C為形成碳化物而引起磁老化（magnetic aging），使製品板的鐵損特性劣化的有害元素，因此將上限限制為0.0050質量%。較佳為0.0030質量%以下。此外，C越低越佳，下限值並無特別規定。
Si：1.0質量%～5.0質量% Si為具有提高鋼的固有電阻，減少鐵損的效果的元素。Si為非磁性元素，因而亦存在若大量添加則磁通密度降低的問題，但大多情況下，藉由鐵損減少效果而馬達效率提高，因此本發明中積極添加Si。另外，本發明是抑制應力消除退火中的氮化矽析出對晶粒成長性的阻礙的技術，但若Si小於1.0質量%則所述不良影響並不顯著，顯現不出本發明的效果。另一方面，若Si添加量超過5.0質量%，則變得難以進行壓延。因此，本發明中將Si的範圍設為1.0質量%～5.0質量%的範圍。較佳為1.5質量%～4.0質量%，尤佳為2.0質量%～3.5質量%的範圍。
Mn：0.03質量%～3.0質量% Mn除了具有與S結合來防止由S所致的熱脆性的效果以外，亦具有提高鋼的比電阻而減少鐵損的效果。特別是Mn為固溶強化量小於Si的元素，因而與Si相比，可提高比電阻而不損及鋼的沖孔性，因此本發明中積極添加。為了獲得所述效果，必須添加0.03質量%以上。另一方面，若超過3.0質量%，則Mn碳化物的析出量增加而阻礙晶粒成長，鐵損反而增加，因而將Mn的範圍設為0.03質量%～3.0質量%的範圍。較佳為0.3質量%～2.0質量%的範圍。
[Mn]/[Si]：0.20以上 此外，所述Si及Mn為形成氮化物的元素，特別是於將Si與Mn複合添加的情況下，促進應力消除退火中的Si-Mn氮化物的形成，特別是當Mn的含量（質量%）相對於Si的含量（質量%）的比即[Mn]/[Si]為0.20以上時，更容易生成Si-Mn氮化物，阻礙晶粒成長性，因而無法獲得由應力消除退火所帶來的鐵損減少效果。即，當[Mn]/[Si]為0.20以上時，本發明的效果變得顯著。因此，本發明的技術較佳為應用於[Mn]/[Si]為0.20以上的無方向性電磁鋼板。更佳為0.30以上。
P：0.2質量%以下 P的固溶強化能力高，因此可出於調整鋼的強度（硬度）的目的而適宜添加。為了獲得所述效果，較佳為添加0.04質量%以上。但是，若超過0.2質量%，則鋼脆化而變得難以壓延，因而P的上限設為0.2質量%。較佳為0.10質量%以下。
Al：0.05質量%以下 Al為降低回收性的有害元素，較佳為極力減少。特別是若超過0.05質量%，則變得難以回收。另外，若將Al設為0.005質量%以下，則微細氮化鋁（Aluminum nitride，AlN）減少，促進結晶粒成長，因而對於製品板的鐵損減少而言有利。但是，本發明中將N固定為B氮化物（主要為BN），因而即便將Al添加至0.05質量%，亦難以生成微細AlN，對晶粒成長性帶來的不良影響小。因此，本發明中將Al的上限設為0.05質量%。較佳為0.02質量%以下。
N：0.0050質量%以下 N為與Si或Mn形成氮化物而阻礙晶粒成長性，使鐵損增加的有害元素。若超過0.0050質量%，則所述不良影響變得顯著，因而將N的上限設為0.0050質量%。較佳為0.003質量%以下。
S：0.005質量%以下 S為形成硫化物而阻礙晶粒成長，使鐵損增加的元素。特別是若超過0.005質量%，則所述不良影響變得顯著，因而將上限設為0.005質量%。較佳為0.003質量%以下。
O：0.010質量%以下 O為形成氧化物而阻礙晶粒成長，使鐵損增加的元素。特別是若超過0.010質量%，則所述不良影響變得顯著，因而將上限設為0.010質量%。較佳為0.005質量%以下。
Ti：0.0030質量%以下，Nb：0.0030質量%以下 Ti及Nb為與鋼中的C結合而使再結晶聚集組織劣化，使製品板的磁通密度降低的元素。若均超過0.0030質量%，則所述不良影響變得顯著，因而將上限分別設為0.0030質量%。較佳為分別為0.0015質量%以下。
B：0.0005質量%～0.0050質量% B形成穩定的氮化物，抑制應力消除退火中的Si-Mn氮化物的生成，因此具有減少應力消除退火後的鐵損的效果，因而於本發明中為重要的元素。若小於0.0005質量%，則所述效果小，另一方面，若超過0.0050質量%，則阻礙晶粒成長，因而鐵損反而變差。因此，將B設為0.0005質量%～0.0050質量%的範圍。就減少應力消除退火後的鐵損的觀點而言，B的下限值較佳為0.0010質量%以上，更佳為0.0020質量%以上。 此外，如上文所述，B氮化物具有容易在Ca或REM的氧化物上析出的傾向，因而為了提高B的所述鐵損減少效果，有利的是與Ca或REM複合添加。
本發明的無方向性電磁鋼板除了所述基本成分以外，可以如下範圍而更含有Ca、REM、Sn及Sb。 Ca：0.0010質量%～0.010質量%，REM：0.0010質量%～0.040質量% Ca及REM均具有藉由與B複合添加而抑制由B所致的鐵損增加的效果。為了獲得所述效果，均較佳為添加0.0010質量%以上。但是，若添加Ca超過0.010質量%、REM超過0.040質量%，則鐵損改善效果飽和，且中介物阻礙磁壁移動，因而鐵損反而增加。因此，於添加Ca及REM的情況下，較佳為設為Ca：0.0010質量%～0.010質量%、REM：0.0010質量%～0.040質量%的範圍。更佳為Ca：0.0020質量%～0.0050質量%、REM：0.0040質量%～0.020質量%的範圍。
Sn及Sb：合計為0.005質量%～0.20質量% Sn及Sb具有改善再結晶聚集組織，改善磁通密度或鐵損的效果。為了獲得所述效果，必須添加合計0.005質量%以上。另一方面，即便添加超過0.20質量%，所述效果亦飽和。因此，於添加Sn及Sb的情況下，較佳為以合計為0.005質量%～0.20質量%的範圍來添加。更佳為合計為0.01質量%～0.10質量%的範圍。
Mg：0.0002質量%～0.0050質量% Mg具有藉由於高溫下亦形成穩定的硫化物來抑制微細硫化物的生成，促進晶粒成長，從而改善鐵損的效果。為了獲得所述效果，必須添加0.0002質量%以上。另一方面，若添加超過0.0050質量%，則鐵損反而變差。因此，於添加Mg的情況下，較佳為以0.0002質量%～0.0050質量%的範圍來添加。更佳為0.0004質量%～0.0020質量%的範圍。
本發明的無方向性電磁鋼板中，所述成分以外的剩餘部分為Fe及不可避免的雜質。
接著，對本發明的無方向性電磁鋼板的製造方法進行說明。 本發明的無方向性電磁鋼板可如下製造：於利用轉爐或電爐、真空脫氣裝置等的通常公知的精煉製程中，熔製具有適合本發明的所述成分組成的鋼，以連續鑄造法或者造塊-分塊壓延法製成鋼坯，利用通常公知的方法對該鋼坯進行熱軋而形成熱軋板，視需要進行熱軋板退火後，藉由1次或者夾有中間退火的2次以上的冷軋而製成最終板厚的冷軋板，實施最後退火。
此處，所述熱軋板退火雖然製造成本增加，但對於改善磁特性而言有效，因此較佳為實施。 另外，冷軋後的最後退火的溫度理想的是根據目標磁特性或機械特性進行調整，特別是就促進晶粒成長、減少鐵損的觀點而言，較佳為設為900℃以上。更佳為950℃～1050℃的範圍。另外，最後退火的退火環境較佳為設為還原性環境、例如PH2O /PH2 為0.1以下的氫氮混合環境，更佳為設為PH2O /PH2 為0.01以下的氫氮混合環境。
關於最後退火後的鋼板，為了確保之後積層時的絕緣性、及/或為了改善沖孔性，較佳為於表面覆蓋絕緣被膜。為了確保良好的沖孔性，所述絕緣被膜較佳為設為含有樹脂的有機被膜。另外，於重視熔接性的情況下，較佳為設為半有機或無機被膜。
以所述方式獲得的本發明的無方向性電磁鋼板具有不僅回收性優良而且應力消除退火後的鐵損特性亦優良的特性，因而可適宜用於在沖孔加工為轉子（rotor）及定子（stator）的核心形狀，並進行積層而形成馬達核心後，實施應力消除退火的用途中。此處，所述應力消除退火較佳為於惰性氣體環境中，於700℃～900℃×0.1 hr～10 hr的條件下進行。其原因在於：若退火溫度小於700℃及/或均熱時間小於0.1 hr，則晶粒成長不充分，無法充分獲得由應力消除退火所帶來的鐵損減少效果；另一方面，若退火溫度超過900℃，則無法防止絕緣被膜的黏著（sticking），變得難以確保鋼板間的絕緣性，導致鐵損增加。另外，原因在於，若均熱時間超過10 hr，則生產性降低，導致製造成本增加。更佳的條件為720℃～820℃×1 hr～3 hr。 [實施例]
熔製具有表1所示的各種成分組成的鋼而形成鋼坯後，將該鋼坯於1100℃下加熱30分鐘，進行將最後壓延結束溫度設為900℃的熱軋來形成板厚為2.3 mm的熱軋板，於捲繞溫度為580℃下捲繞為卷。繼而，對所述熱軋板進行酸洗來脫垢，進行冷軋而形成板厚為0.35 mm的冷軋板，然後對該冷軋板於H2 ：N2 =20：80（PH2O /PH2 =0.001）的環境中實施1000℃×10 sec的最後退火，並覆蓋絕緣被膜而形成無方向性電磁鋼板（製品板）。
[表1-1] *：SRA：應力消除退火
[表1-2] *：SRA：應力消除退火
自以所述方式獲得的製品板，沿壓延方向及壓延直角方向，選取280 mm×30 mm的愛普斯坦試驗片，進行愛普斯坦試驗來測定鐵損W15/50 與磁通密度B50 。 繼而，對所述鐵損測定後的愛普斯坦試驗片，實施模擬用戶的應力消除退火SRA的熱處理（升溫速度：300℃/hr、均熱溫度：750℃、均熱時間：0 hr、冷卻速度：100℃/hr）後，再次測定鐵損W15/50 與磁通密度B50 。
將所述測定的結果一併記於表1中。此外，應力消除退火後的磁通密度與最後退火後的磁通密度為相同程度，因而省略記載。由該表的結果可知，適合於本發明的成分組成的鋼板於Si、Mn含量較高時，應力消除退火後的鐵損特性亦優良。
無
圖1是表示添加B及REM對最後退火（finish annealing）後的鐵損帶來的效果的圖表。 圖2是表示添加B及REM對應力消除退火後的鐵損帶來的效果的圖表。

Claims (5)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其具有如下的成分組成：含有C：0.0050質量%以下、Si：1.0質量%～5.0質量%、Mn：0.03質量%～3.0質量%、P：0.2質量%以下、S：0.005質量%以下、Al：0.05質量%以下、N：0.0050質量%以下、O：0.010質量%以下、Ti：0.0030質量%以下、Nb：0.0030質量%以下、B：0.0005質量%～0.0050質量%，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無方向性電磁鋼板，其中除了含有所述成分組成以外，更含有選自Ca：0.0010質量%～0.010質量%及REM：0.0010質量%～0.040質量%中的一種或兩種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的無方向性電磁鋼板，其中除了含有所述成分組成以外，更含有合計為0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的無方向性電磁鋼板，其中除了含有所述成分組成以外，更含有Mg：0.0002質量%～0.0050質量%。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的無方向性電磁鋼板，其中Mn的含量（質量%）相對於Si的含量（質量%）的比[Mn]/[Si]為0.20以上。
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