TW202018102A - 無方向性電磁鋼板及其製造方法以及電動機芯及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

對以質量%計，含有C：0.005%以下、Si：2.8%～6.5%、Mn：0.05%～2.0%、Al：3.0%以下、P：0.20%以下、S：0.005%以下、N：0.005%以下、Ti：0.003%以下、V：0.005%以下、Nb：0.005%以下，且滿足Si-2Al-Mn≧0的鋼坯進行熱軋、熱軋板退火、冷軋、最終退火時，藉由使冷軋條件、最終退火條件適當，可獲得400 Hz、1.0 T下的平均磁應變λp-1 為4.5×10-6 以下、鋼板軋製方向剖面中再結晶粒的面積率為40%～95%、平均粒徑為10 μm～40 μm的強度及鐵損優異的無方向性電磁鋼板，並且使用該鋼板製造電動機芯。

Description

無方向性電磁鋼板及其製造方法以及電動機芯及其製造方法
本發明是有關於一種作為汽車用電動機的鐵芯材料而使用的無方向性電磁鋼板及其製造方法、以及使用所述無方向性電磁鋼板的電動機芯及其製造方法。
隨著近年來全世界對電氣設備的節能化要求的提高，對旋轉機的鐵芯所使用的無方向性電磁鋼板亦開始要求更優異的磁特性。另外，最近，對於混合動力車輛（hybrid electric vehicle，HEV）或電動汽車（electric vehicle，EV）的驅動電動機等的小型化･高輸出化的需求強烈，為了達成本要求，而使電動機的轉速上升來應對。
電動機芯分為定子芯（stator core）與轉子芯（rotor core），但HEV驅動電動機由於外徑大而對轉子芯作用有大的離心力，或根據構造不同而存在被稱為轉子芯橋接部的非常狹窄的部分（1 mm～2 mm），因此，轉子芯中所使用的無方向性電磁鋼板要求較先前更高的強度。另一方面，關於定子芯中所使用的無方向性電磁鋼板，為了電動機的小型化･高輸出化，理想為高磁通密度･低鐵損。即，作為電動機芯所使用的鋼板的特性，理想的是用於轉子芯時為高強度，用於定子芯時為高磁通密度･低鐵損。
如此，即便為同一電動機芯所使用的電磁鋼板，對轉子芯與定子芯所要求的特性亦大為不同。但是，於電動機芯的製造中，為了提高材料良率，理想的是藉由衝壓加工，自同一原材料鋼板同時選取轉子芯材與定子芯材，其後將各個鋼板積層而組裝成轉子芯或定子芯。
作為製造如上所述強度高且鐵損低的無方向性電磁鋼板的技術，例如於專利文獻1中揭示有如下技術：對最終退火後的鋼板進行3%以上且小於10%的表面平整軋製（skin pass rolling）來製造高強度的無方向性電磁鋼板，藉由衝壓加工而自該鋼板選取轉子芯材與定子芯材，組裝轉子芯及定子芯後，僅對定子芯實施應力消除退火，藉此自同一原材料製造高強度的轉子芯及低鐵損的定子芯。該技術中，為了促進應力消除退火中的晶粒成長，將鋼中所含的雜質元素（Ti、S、N、V、Nb、Zr及As）降低至極低的水準，進而添加Ni。 [現有技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2008-50686號公報
[發明所欲解決之課題] 然而，所述專利文獻1揭示的技術中，為了實現高強度及促進應力消除退火中的晶粒成長而於最終退火後實施表面平整軋製，因此存在製造成本變高的問題。進而，於以相當程度添加原料成本高的Ni的情況下，存在成本更高的問題。
本發明是鑒於所述現有技術存在的問題點而提出者，其目的在於提供一種可較佳地用作汽車用電動機的鐵芯材料的高強度且低鐵損的無方向性電磁鋼板及使用該鋼板的電動機芯，並且提出該等的廉價的製造方法。 [解決課題之手段]
為解決所述課題並實現所述目的而開發的本發明的第一方面提供一種無方向性電磁鋼板，具有如下成分組成，即，含有C：0.005質量%以下、Si：2.8質量%～6.5質量%、Mn：0.05質量%～2質量%、Al：3.0質量%以下、P：0.20質量%以下、S：0.005質量%以下、N：0.005質量%以下、Ti：0.003質量%以下、V：0.005質量%以下及Nb：0.005質量%以下，且Si、Mn及Al滿足Si-2Al-Mn≧0，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，所述無方向性電磁鋼板的特徵在於：頻率400 Hz、磁通密度1.0 T下的軋製方向的磁應變λp-p （L）與相對於軋製方向成直角方向的磁應變λp-p （C）的平均值為4.5×10-6 以下，進而，鋼板軋製方向剖面中再結晶粒的面積率為40%～95%，且平均粒徑為10 μm～40 μm。
本發明的所述無方向性電磁鋼板較佳為除所述成分組成以外，進而含有下述A群組～D群組中的至少一群組的成分。 ･A群組：合計為0.0020質量%～0.10質量%的選自Mo及W中的一種或兩種 ･B群組：0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種 ･C群組：合計為0.001質量%～0.010質量%的選自Ca及Mg中的一種或兩種 ･D群組：合計為0.01質量%～1.0質量%的選自Cu及Ni、Cr中的一種或兩種以上。
另外，本發明的所述無方向性電磁鋼板較佳為降伏應力為500 MPa以上，板厚t（mm）與鐵損W10/400 （W/kg）滿足下述（1）式的關係： W10/400 ≦9+62×t            ･･･（1）。
另外，本發明的第二方面提出一種無方向性電磁鋼板的製造方法，包括對鋼坯進行熱軋而製成熱軋板，實施熱軋板退火後，藉由一次或隔著中間退火的兩次以上的冷軋而製成最終板厚的冷軋板，對所述冷軋板實施最終退火的一系列步驟，所述鋼坯具有如下成分組成，即，含有C：0.005質量%以下、Si：2.8質量%～6.5質量%、Mn：0.05質量%～2.0質量%、Al：3.0質量%以下、P：0.20質量%以下、S：0.005質量%以下、N：0.005質量%以下、Ti：0.003質量%以下、V：0.005質量%以下及Nb：0.005質量%以下，且Si、Mn及Al滿足Si-2Al-Mn≧0，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，所述無方向性電磁鋼板的製造方法的特徵在於：將最終冷軋的平均軋製速度設為100 m/min～900 m/min，將最終道次時的摩擦係數設為0.01～0.10，將總壓下率Rt （%）與最終道次的壓下率Rs （%）的比（Rs /Rt ）設為0.15～0.45，且將最後退火的均熱溫度設為700℃～820℃的範圍。
本發明的無方向性電磁鋼板的製造方法中使用的所述鋼坯較佳為除所述成分組成以外，進而含有下述A群組～D群組中的至少一群組的成分。 ･A群組：合計為0.0020質量%～0.10質量%的選自Mo及W中的一種或兩種 ･B群組：0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種 ･C群組：合計為0.001質量%～0.010質量%的選自Ca及Mg中的一種或兩種 ･D群組：合計為0.01質量%～1.0質量%的選自Cu及Ni、Cr中的一種或兩種以上。
另外，本發明的第三方面提供一種電動機芯，包含積層如所述任一項所記載的無方向性電磁鋼板而成的定子芯與轉子芯，所述電動機芯的特徵在於：轉子芯的平均結晶粒徑為10 μm～40 μm，定子芯的平均結晶粒徑為80 μm以上。
進而，本發明的第四方面提出一種電動機芯的製造方法，其是製造所述電動機芯的方法，其特徵在於：對積層平均結晶粒徑為10 μm～40 μm的無方向性電磁鋼板而成的定子芯，實施應力消除退火而使平均結晶粒徑為80 μm以上。 [發明的效果]
根據本發明，可自同一無方向性電磁鋼板製造要求高強度的轉子芯、及要求低鐵損的定子芯，因此能夠穩定且廉價地提供汽車用電動機的鐵芯用材料。
首先，對開發出本發明的實驗的一例進行說明。 ＜實驗1＞ 為了調查磁應變對高頻區域的鐵損W10/400 產生的影響，對具有表1所示的成分組成的A～H的鋼坯進行熱軋而製成板厚2.0 mm的熱軋板，對該熱軋板實施960℃×30秒的熱軋板退火，進行酸洗後，藉由一次的冷軋而製成最終板厚為0.30 mm（總壓下率Rt ：85%）的冷軋板，之後，於20 vol%H2 -80 vol%N2 的非氧化性環境下，實施750℃×10秒的最終退火，製成無方向性電磁鋼板。 此處，製成所述最終板厚的冷軋是使用5台的串列軋製機進行，此時的條件設為：各台的平均軋製速度為600 m/min，最終台的摩擦係數為0.03，最終台的壓下率Rs 為25%（Rs /Rt =0.29）。
其後，自所述最終退火後的鋼板選取寬30 mm×長280 mm的L方向樣品及C方向樣品，使用雷射位移計來測定最終退火後的鋼板的磁應變λp-p （頻率400 Hz、磁通密度1.0 T）。 另外，使用所述磁應變測定後的樣品，依據日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）C2550-1：2011，利用愛普斯坦（Epstein）試驗來測定鐵損W10/400 。 另外，自所述磁應變測定後的L方向樣品，選取JIS5號拉伸試驗片，按照JIS Z2241：2011進行拉伸試驗，測定降伏應力（上降伏點）。 進而，自所述樣品選取L方向：15 mm×C方向：10 mm的試樣，對鋼板的軋製方向剖面（與板寬方向垂直的剖面）進行研磨、蝕刻，利用光學顯微鏡進行觀察，求出再結晶率（再結晶粒的面積率），並且求出再結晶粒的平均粒徑。再結晶粒的平均粒徑設為：對鋼板剖面（板厚×1000 μm）的區域進行3個視野拍攝，藉由圖像處理等求出再結晶粒的各個面積，根據將該些平均所得的面積計算出的當量圓直徑。
將所述測定的結果一併記載於表1中。由該結果可知，本實驗的最終退火後的鋼板均具有再結晶率為75%且再結晶粒的平均粒徑為20 μm的殘存有未再結晶組織的微組織，降伏應力亦可獲得500 MPa以上，另外，於Si-2Al-Mn的值為0以下的鋼板中，磁應變λp-p 及鐵損W10/400 均顯示出大的值。
[表1]
Figure 108136965-A0304-0001
另外，圖1中示出了最終退火後的磁應變λp-p （L方向及C方向的值的平均值）與鐵損W10/400 的關係。由該圖可知，最終退火後的磁應變λp-p 與鐵損W10/400 相關，若磁應變λp-p 變小，則鐵損W10/400 有降低的傾向，進而，若磁應變λp-p 為4.5×10-6 以下，則可獲得鐵損W10/400 為27.6 W/kg以下的優異的鐵損特性。認為其理由在於，若磁應變增大則磁彈性能增大，磁滯損耗大幅增加。
＜實驗2＞ 其次，基於所述結果，為了實現進一步的鐵損降低及高強度化，進行了下述實驗。 對鋼坯進行熱軋而製成板厚1.9 mm的熱軋板，對該熱軋板實施940℃×30秒的熱軋板退火，進行酸洗後，藉由一次的冷軋而製成最終板厚為0.25 mm（總壓下率Rt =87%）的冷軋板，之後，對該冷軋板於20 vol%H2 -80 vol%N2 的非氧化性環境下，實施790℃×10秒的最終退火，製成無方向性電磁鋼板，所述鋼坯具有如下成分組成，即，含有C：0.0027質量%、Si：3.61質量%、Mn：0.31質量%、P：0.01質量%、S：0.0018質量%、Al：1.2質量%、N：0.0017質量%、O：0.0023質量%、Ti：0.0013質量%、Nb：0.0007質量%及V：0.0008質量%，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。 其後，自該最終退火板的板寬中央部（線圈內每100 m）選取寬30 mm×長280 mm的L方向樣品及C方向樣品，依據JIS C2550-1：2011測定最終退火後的鋼板的鐵損W10/400 。 另外，自所述鐵損測定後的L方向樣品，選取JIS5號拉伸試驗片，按照JIS Z2241：2011進行拉伸試驗，測定降伏應力YS（上降伏點）。
結果表明，鐵損、降伏應力均產生了大的偏差。對該偏差的原因進行調查的結果認為冷軋時的條件（軋製速度、摩擦係數、壓下率分配）有影響的可能性。
因此，為了調查冷軋條件對最終退火後的磁應變及降伏應力產生的影響，以具有與所述的鋼坯相同的成分組成的熱軋板退火後的熱軋板為原材料，使用5台串列軋製機，如表2所示般使平均軋製速度、最終道次的摩擦係數及最終道次的壓下率Rs 相對於總壓下率Rt 的比（Rs /Rt ）發生各種變化而進行最終冷軋，製成最終板厚為0.25 mm的冷軋板後，對該冷軋板於20 vol%H2 -80 vol%N2 的非氧化性環境下，實施790℃×10秒的最終退火，製成無方向性電磁鋼板。再者，最終冷軋的最終道次的摩擦係數的調整是藉由軋製油的變更來進行。
繼而，自所述最終退火後的鋼板（線圈）的與各軋製條件相當的位置選取樣品，以與所述＜實驗1＞相同的方式測定磁應變λp-p 、鐵損W10/400 及降伏應力，並且測定於軋製方向剖面觀察到的再結晶粒的面積率（再結晶率）及平均結晶粒徑。
[表2]
Figure 108136965-A0304-0002
將所述測定的結果一併記載於表2中。由該結果可知，平均軋製速度越慢、最終道次的摩擦係數越低、以及最終道次的壓下率比越低，則再結晶粒的面積率越低，再結晶粒的平均粒徑越小，降伏應力越上升。另一方面可知，若平均軋製速度過慢、最終道次的摩擦係數過低、或者最終道次的壓下率過低，則磁應變急劇增大，鐵損亦大幅上升。 由所述結果可證明，關於所述線圈內的鐵損特性及強度特性的偏差的原因，線圈內的最終冷軋條件的變動有很大影響。
再者，關於冷軋條件對磁應變特性及最終退火後的再結晶粒的面積率或平均結晶粒徑產生影響的機制，目前尚不十分明確，但認為藉由冷軋條件的變動，導入的應變量或變形機構發生變化，之後的最終退火時的再結晶行為或晶粒成長行為發生變化，藉此最終退火後的再結晶率或再結晶織構發生變化，對磁應變特性或強度特性產生影響。 本發明是對所述新穎的發現進一步反覆研究而開發出的發明。
其次，對本發明的無方向性電磁鋼板的特性進行說明。 降伏應力：500 MPa以上 一般而言，轉子芯是將最終退火後的鋼板藉由衝壓加工等加工為芯形狀後進行積層，並藉由焊接或鉚接等夾持（固定）而成，不會實施應力消除退火。但是，如上所述，對轉子芯作用有大的離心力。因此，轉子芯所使用的鋼板理想為，如上所述於最終退火後的狀態下為高強度。另外，一般而言，降伏應力越高，鋼板的疲勞強度（疲勞限度）越高。因此，本發明將最終退火後的鋼板的較佳降伏應力規定為500 MPa以上。更佳為520 MPa以上。此處，所述降伏應力為依據JIS Z 2241：2011對JIS5號拉伸試驗片進行拉伸試驗時的上降伏點。
再結晶粒的面積率：40%～95%、再結晶粒的平均粒徑：10 μm～40 μm 本發明的無方向性電磁鋼板理想為，如上所述最終退火後的降伏應力為500 MPa以上。為了確保所述強度，本發明的無方向性電磁鋼板需要於最終退火後，再結晶粒的面積率（再結晶率）處於40%～95%的範圍內，且再結晶粒的平均粒徑處於10 μm～40 μm的範圍內。若再結晶粒的面積率小於40%、再結晶粒的平均粒徑小於10 μm，則如上所述，再結晶不充分，磁應變增大，鐵損亦大幅上升。另一方面，若再結晶粒的面積率超過95%、再結晶粒的平均粒徑超過40 μm，則反而再結晶過度進行，無法確保降伏應力為500 MPa以上。較佳為再結晶粒的面積率為50%～90%、再結晶粒的平均粒徑為15 μm～30 μm的範圍。
鐵損W10/400 ：9+62t（W/kg）以下（t：板厚（mm）） 電動機的轉子芯由於不僅存在強度問題，亦存在發熱問題，因此理想為低鐵損。因此，本發明中，配合HEV驅動電動機的驅動･控制條件，使用鐵損W10/400 （頻率：400 Hz，磁通密度B=1.0 T）（W/kg）作為鐵損特性的指標，規定為在與製品板厚（最終冷軋板厚）t（mm）的關係中，鐵損W10/400 滿足下述（1）式： W10/400 ≦9+62×t           ･･･（1）。 其原因在於，鐵損值依存於板厚，以及於鐵損值不滿足所述（1）式的情況下，電機機芯的發熱變大，電動機效率顯著降低。
磁應變λp-p ：4.5×10-6 以下 如圖1所示，最終退火後的鋼板的鐵損W10/400 與磁應變λp-p 有很強的相關性，藉由降低最終退火後的磁應變λp-p ，最終退火後的鐵損W10/400 亦可成為低值。因此，本發明中，將最終退火後的磁應變λp-p 限制為圖1中鐵損W10/400 滿足（1）式的4.5×10-6 以下。較佳為4.0×10-6 以下。再者，所述磁應λp-p 的值是於頻率：400 Hz、磁通密度B=1.0 T下測定的軋製方向（L）及與軋製方向成直角方向（C）的磁應變λp-p 的平均值。
其次，對本發明的無方向性電磁鋼板的製造中使用的鋼原材料（鋼坯）及製品板的成分組成進行說明。 C：0.0050質量%以下 製品板中所含的C為形成碳化物而引起磁老化（magnetic aging），並使鐵損特性劣化的有害元素。因此，原材料中所含的C的上限限制為0.0050質量%以下。較佳為0.0040質量%以下。再者，C的下限並無特別規定，就抑制精煉步驟中的脫碳成本的觀點而言，較佳為設為0.0001質量%左右。
Si：2.8質量%～6.5質量% Si具有提高鋼的比電阻，降低鐵損的效果，另外，具有藉由固溶強化而提高鋼的強度的效果，因此含有2.8質量%以上。另一方面，若超過6.5質量%，則變得難以軋製，因此上限設為6.5質量%左右。較佳為3.0質量%～6.0質量%的範圍。
Mn：0.05質量%～2.0質量% Mn與Si同樣為對於提高鋼的比電阻及強度有用的元素，另外，亦為形成硫化物而抑制熱脆性的元素，因此含有0.05質量%以上。另一方面，超過2.0質量%的添加會引起板坯裂紋等，使煉鋼步驟中的操作性惡化，因此上限設為2.0質量%。較佳為0.1質量%～1.5質量%的範圍。
P：0.20質量%以下 P為用於鋼的強度（硬度）調整的有用元素。但是，若超過0.20質量%，則鋼脆化而變得難以軋製，因此上限設為0.20質量%。再者，下限並無特別規定，就抑制精煉步驟中的脫P成本的觀點而言，較佳為設為0.001質量%左右。較佳為0.01質量%～0.1質量%的範圍。
Al：3.0質量%以下 Al與Si同樣為具有提高鋼的比電阻、降低鐵損的效果的有用元素。但是，若超過3.0質量%，則變得難以軋製，因此Al的上限設為3.0質量%左右。較佳為2.0質量%以下。 再者，於Al的含量超過0.01質量%且小於0.10質量%的範圍內，微細的氮化鋁（Aluminum nitride，AlN）析出，鐵損增加，因此Al較佳為設為0.01質量%以下或0.10質量%以上的範圍。特別是若減少Al，則織構得到改善，磁通密度提高，因此於重視磁通密度的情況下，較佳為設為Al：0.01質量%以下。更佳為0.003質量%以下。
S、N、Nb及V：0.005質量%以下 S、N、Nb及V為形成微細析出物，阻礙應力消除退火時的晶粒成長而對鐵損特性產生不良影響的元素，特別是若超過0.005質量%，則其不良影響變得顯著，因此將上限分別限制為0.005質量%。較佳為分別為0.003質量%以下。
Ti：0.003質量%以下 Ti同樣為形成微細析出物，阻礙應力消除退火時的晶粒成長而對鐵損特性產生不良影響的元素，特別是若超過0.003質量%，則其不良影響變得顯著，因此將上限限制為0.003質量%。較佳為0.002質量%以下。
Si-2Al-Mn≧0 本發明的無方向性電磁鋼板需要除了所述成分滿足所述規定的範圍的組成以外，亦以Si、Al及Mn的含量（質量%）滿足下述（2）式的方式含有： Si-2Al-Mn≧0         ･･･（2）。 其原因在於，若偏離所述（2）式，即，（2）式的左邊小於0，則頻率：400 Hz、磁通密度B=1.0 T下的最終退火後的磁滯損耗變大，磁應變λp-p 亦變大。再者，（2）式的左邊的值較佳為0.2質量%以上。
再者，本發明的無方向性電磁鋼板可除了所述成分以外，亦含有以下的成分。 Mo及W：合計為0.0020質量%～0.10質量% Mo及W均為對抑制鋼板的表面缺陷（起皮）的產生有效的元素。特別是本發明的無方向性電磁鋼板為高合金鋼，表面易被氧化，因此擔心由表面裂紋引起的起皮的產生，但藉由添加作為提高高溫強度的元素的Mo或W，可抑制所述裂紋。若Mo及W的合計含量低於0.0020質量%，則所述效果不充分，另一方面，即便添加超過0.10質量%，所述效果亦飽和，只會使合金成本上升。由此，於添加Mo或W的情況下，較佳為設為Mo及W的合計為0.0020質量%～0.10質量%的範圍。更佳為Mo及W的合計為0.0050質量%～0.050質量%的範圍。
Sn及Sb：分別為0.005質量%～0.20質量% Sn及Sb具有改善再結晶織構，改善磁通密度、鐵損特性的效果。為了獲得所述效果，需要添加0.005質量%以上。但是，即便添加超過0.20質量%，所述效果亦飽和。由此，於添加Sn、Sb的情況下，較佳為分別設為0.005質量%～0.20質量%的範圍。更佳為分別為0.01質量%～0.1質量%的範圍。
Ca及Mg：合計為0.001質量%～0.010質量% Ca及Mg均形成穩定的硫化物或硒化物，具有改善應力消除退火時的晶粒成長性的效果。為了獲得所述效果，需要添加合計為0.001質量%以上的Ca及Mg，另一方面，若添加超過0.010質量%，則反而會使鐵損上升。由此，於添加Ca或Mg的情況下，較佳為設為合計為0.001質量%～0.010質量%的範圍。更佳為Ca及Mg的合計為0.003質量%～0.008質量%的範圍。
Cu、Ni及Cr：合計為0.01質量%～1.0質量% Cu、Ni及Cr具有使鋼的比電阻上升、降低鐵損、且使鋼的強度上升的效果。為了獲得所述效果，需要添加合計為0.01質量%以上的Cu、Ni及Cr，但添加1.0質量%以上會導致成本的上升。由此，所述元素的添加較佳為設為合計為0.01質量%～1.0質量%的範圍。更佳為0.1質量%～0.5質量%的範圍。進而佳為0.1質量%以上且小於0.5質量%。
其次，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的製造方法包括如下的一系列步驟：製造具有以上所述的成分組成的鋼原材料（板坯），對該板坯進行熱軋而製成熱軋板，實施熱軋板退火後，藉由一次或隔著中間退火的兩次以上的冷軋而製成最終板厚的冷軋板，實施最終退火。以下進行具體說明。
首先，本發明的無方向性電磁鋼板的製造中使用的鋼坯，可藉由使用轉爐或電爐、真空除氣裝置等的通常公知的精煉製程，對具有所述適合於本發明的成分組成的鋼進行熔製，並藉由常法的連續鑄造法或鑄塊-分塊軋製法而進行製造。再者，亦可藉由直接鑄造法而製造100 mm以下的厚度的薄鑄片。
繼而，所述鋼坯藉由通常公知的方法進行熱軋而製成熱軋板。再者，所述鋼坯通常於加熱爐中再加熱至規定溫度後供於熱軋，但亦可在鑄造後，不進行再加熱而直接供於熱軋。另外，於薄鑄片的情況下，可進行熱軋，亦可省略熱軋而直接進入至以後的步驟。
繼熱軋之後的熱軋板退火較佳為均熱溫度設為800℃～1100℃的範圍。若小於800℃，則熱軋板退火的效果小，無法獲得充分的磁特性改善效果，另一方面，若超過1100℃，則晶粒粗大化，有可能助長冷軋時的脆性破壞（板斷裂），或者於製造成本上不利。另外，就確保生產性的觀點而言，均熱時間較佳為設為3分鐘以下。更佳為均熱溫度為850℃～1000℃，均熱時間為1分鐘以下。
所述熱軋板退火後的熱軋板之後進行酸洗，藉由一次或隔著中間退火的兩次以上的冷軋而製成最終板厚的冷軋板。此時，如上所述，就使最終退火後的鐵損與強度並存的觀點而言，重要的是將製成最終板厚的最終冷軋中的平均軋製速度、最終道次的摩擦係數及最終道次的壓下率相對於總壓下率的比（Rs /Rt ）分別調整成以下所說明的規定範圍。再者，最終板厚（製品板厚）較佳為設為0.1 mm～0.35 mm的範圍。其原因在於，若小於0.1 mm，則生產性降低，另一方面，若超過0.35 mm，則鐵損降低效果小。
首先，最終冷軋的平均軋製速度需要設為100 m/min～900 m/min的範圍。原因如上所述，若最終冷軋的平均軋製速度小於100 m/min，則磁應變增大，鐵損亦大幅上升。另一方面，若超過900 m/min，則再結晶粒的結晶粒徑增大，強度降低。較佳的平均軋製速度為200 m/min～800 m/min的範圍。 此處，所謂所述平均軋製速度，於作為最終冷軋而使用森吉米爾軋製機（Sendzimir mill）以n道次進行的情況下，是指1道次～n道次的平均軋製速度，另外，於藉由n台的串列軋製機進行的情況下，是指1台～n台的平均軋製速度。
另外，最終冷軋的最終道次的摩擦係數需要設為0.01～0.10的範圍。原因如上所述，若最終道次的摩擦係數小於0.01，則磁應變增大，鐵損亦大幅上升。另一方面，若超過0.10，則再結晶粒的平均粒徑增大，強度降低。較佳的最終道次的摩擦係數為0.02～0.08的範圍。 再者，所述摩擦係數可根據板厚、張力、軋製負荷、變形阻力等藉由布朗特福德（Brand&Ford）式求出。另外，所述摩擦係數的調整可藉由軋製油的變更、軋製輥的粗糙度調整等來進行。
另外，最終冷軋中最終道次的壓下率Rs 相對於總壓下率Rt 的比（Rs /Rt ）需要控制為0.15～0.45的範圍。原因如上所述，若Rs /Rt 小於0.15，則磁應變增大，鐵損亦大幅上升。另一方面，若Rs /Rt 超過0.45，則再結晶粒的平均粒徑增大，強度降低。較佳的Rs /Rt 為0.20～0.40的範圍。
繼而，製成最終板厚的冷軋板實施最終退火，該條件較佳為將退火溫度（均熱溫度）設為700℃～820℃的連續退火。若均熱溫度小於700℃，則再結晶變得不充分，再結晶粒的面積率無法為40%以上，平均粒徑無法為10 μm以上，除了無法獲得良好的磁特性以外，亦無法充分獲得連續退火的形狀矯正效果。另一方面，若超過820℃，則反而再結晶過度進行，再結晶粒的面積率超過95%，或者結晶粒徑粗大化而超過40 μm，於最終退火後無法確保500 MPa以上的降伏應力。另外，均熱時間較佳為設為1秒～300秒。再者，就確保轉子芯所要求的最終退火後的強度的觀點而言，最終退火條件較佳為在能夠進行形狀矯正的範圍內盡可能地設為低溫･短時間，具體而言較佳為設為720℃～800℃×1秒～20秒的範圍。
所述最終退火後的鋼板之後為了確保積層時的絕緣性，較佳為於鋼板表面覆蓋絕緣被膜。為了確保良好的衝壓性，該絕緣被膜理想為選擇含有樹脂的有機被膜，另一方面，於重視熔接性的情況下，該絕緣被膜理想為選擇半有機或無機被膜。
再者，若將再結晶粒的面積率為95%以下、結晶粒徑為40 μm以下的材料用於電動機的定子芯，則存在鐵損增加、電動機效率下降的問題。但是，對於該問題而言，有效的是如下：例如混合動力汽車（HEV）的動力源中所使用的表面式永磁（surface permanent magnet，SPM）或內置式永磁（interior permanent magnet，IPM）等永久磁鐵型電動機的芯般，於轉子芯相對於電動機整體的鐵損而言的鐵損比率小、定子芯的鐵損具支配性的情況下，保持轉子芯的再結晶率或結晶粒小來確保強度，另一方面，對於定子芯，於組裝至芯後實施應力消除退火而增大結晶粒，從而降低鐵損。為了獲得所述鐵損降低效果，較佳為將應力消除退火後的再結晶粒的面積率設為100%、將平均粒徑設為80 μm以上。更佳的平均粒徑為90 μm以上，進而佳為100 μm以上。再者，所述應力消除退火可於一般的條件下，例如，均熱溫度為700℃～950℃、均熱時間為10分鐘～300分鐘的條件下進行。 [實施例]
對表3-1及表3-2所示的成分組成不同的A～BC的鋼坯，於1100℃下加熱30分鐘後，進行熱軋而製成板厚2.0 mm的熱軋板，對該熱軋板實施980℃×30秒的熱軋板退火後，使用4台的串列軋製機，於一次冷軋且表4-1及表4-2所示的條件下製成各種最終板厚的冷軋板，然後同樣實施以表4-1及表4-2所示的溫度進行10秒鐘均熱的最終退火，製造無方向性電磁鋼板（製品板）。 繼而，自所述製品板，自線圈寬度中央部選取寬：30 mm×長：280 mm的L方向樣品及C方向樣品，使用雷射位移計來測定L方向及C方向的平均磁應變λp-p 、以及利用愛普斯坦試驗來測定鐵損10/400 。另外，自所述磁應變及鐵損W測定後的L方向樣品，選取JIS5號拉伸試驗片，依據JIS Z2241：2011進行拉伸試驗，測定降伏應力（上降伏點）。進而，自所述L方向樣品，選取15 mm×10 mm的試樣，觀察軋製方向的剖面組織，測定最終退火後的再結晶粒的面積率（再結晶率）及再結晶粒的平均粒徑。
將所述測定的結果一併記載於表4-1及表4-2中。由該結果可知，使用具有適合於本發明的成分組成的原材料，在適合於本發明的條件下所製造的最終退火後的鋼板均具有500 MPa以上的降伏應力，且鐵損特性優異。
[表3-1]
Figure 108136965-A0304-0003
[表3-2]
Figure 108136965-A0304-0004
[表4-1]
Figure 108136965-A0304-0005
 *：由鋼E、鋼G、鋼L及鋼Q製造的鋼板於冷軋時產生板斷裂，故未記載。
[表4-2]
Figure 108136965-A0304-0006
 *：由鋼E、鋼G、鋼L及鋼Q製造的鋼板於冷軋時產生板斷裂，故未記載。
進而，對以上所得的No.6～No.11的鋼板，實施與定子芯的應力消除退火同樣的825℃×1小時（N2 環境中）的應力消除退火，利用愛普斯坦試驗來測定L+C方向的鐵損，並且測定於軋製方向剖面觀察到的平均結晶粒徑。將結果示於表5中。由該些可知，於本發明中高強度且低鐵損的材料可並存。
[表5]
Figure 108136965-A0304-0007
無
圖1是表示最終退火後的鋼板的磁應變λp-p 與鐵損W10/400 的關係的曲線圖。

Claims (7)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，具有如下成分組成，即，含有C：0.005質量%以下、Si：2.8質量%～6.5質量%、Mn：0.05質量%～2.0質量%、Al：3.0質量%以下、P：0.20質量%以下、S：0.005質量%以下、N：0.005質量%以下、Ti：0.003質量%以下、V：0.005質量%以下及Nb：0.005質量%以下，且Si、Mn及Al滿足Si-2Al-Mn≧0，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，所述無方向性電磁鋼板的特徵在於： 頻率400 Hz、磁通密度1.0 T下的軋製方向的磁應變λp-p （L）與相對於軋製方向成直角方向的磁應變λp-p （C）的平均值為4.5×10-6 以下，進而， 鋼板軋製方向剖面中再結晶粒的面積率為40%～95%，且平均粒徑為10 μm～40 μm。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無方向性電磁鋼板，其中除所述成分組成以外，進而含有下述A群組～D群組中的至少一群組的成分： ･A群組：合計為0.0020質量%～0.10質量%的選自Mo及W中的一種或兩種 ･B群組：0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種 ･C群組：合計為0.001質量%～0.010質量%的選自Ca及Mg中的一種或兩種 ･D群組：合計為0.01質量%～1.0質量%的選自Cu及Ni、Cr中的一種或兩種以上。
  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，其中降伏應力為500 MPa以上，板厚t（mm）與鐵損W10/400 （W/kg）滿足下述（1）式的關係， W10/400 ≦9+62×t            ･･･（1）。
  4. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，包括對鋼坯進行熱軋而製成熱軋板，實施熱軋板退火後，藉由一次或隔著中間退火的兩次以上的冷軋而製成最終板厚的冷軋板，對所述冷軋板實施最終退火的一系列步驟，所述鋼坯具有如下成分組成，即，含有C：0.005質量%以下、Si：2.8質量%～6.5質量%、Mn：0.05質量%～2.0質量%、Al：3.0質量%以下、P：0.20質量%以下、S：0.005質量%以下、N：0.005質量%以下、Ti：0.003質量%以下、V：0.005質量%以下及Nb：0.005質量%以下，且Si、Mn及Al滿足Si-2Al-Mn≧0，剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質，所述無方向性電磁鋼板的製造方法的特徵在於： 將最終冷軋的平均軋製速度設為100 m/min～900 m/min，將最終道次時的摩擦係數設為0.01～0.10，將總壓下率Rt （%）與最終道次的壓下率Rs （%）的比（Rs /Rt ）設為0.15～0.45，且 將最後退火的均熱溫度設為700℃～820℃的範圍。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中除所述成分組成以外，所述鋼坯進而含有下述A群組～D群組中的至少一群組的成分： ･A群組：合計為0.0020質量%～0.10質量%的選自Mo及W中的一種或兩種 ･B群組：0.005質量%～0.20質量%的選自Sn及Sb中的一種或兩種 ･C群組：合計為0.001質量%～0.010質量%的選自Ca及Mg中的一種或兩種 ･D群組：合計為0.01質量%～1.0質量%的選自Cu及Ni、Cr中的一種或兩種以上。
  6. 一種電動機芯，包含積層如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的無方向性電磁鋼板而成的定子芯與轉子芯，所述電動機芯的特徵在於： 轉子芯的平均結晶粒徑為10 μm～40 μm， 定子芯的平均結晶粒徑為80 μm以上。
  7. 一種電動機芯的製造方法，其為製造如申請專利範圍第6項所述的電動機芯的方法，其特徵在於： 對積層平均結晶粒徑為10 μm～40 μm的無方向性電磁鋼板而成的定子芯，實施應力消除退火而使平均結晶粒徑為80 μm以上。
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