TWI406955B - Non - directional electrical steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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TWI406955B
TWI406955B TW099107257A TW99107257A TWI406955B TW I406955 B TWI406955 B TW I406955B TW 099107257 A TW099107257 A TW 099107257A TW 99107257 A TW99107257 A TW 99107257A TW I406955 B TWI406955 B TW I406955B
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Kiyokazu Ishizuka
Kazutoshi Takeda
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Description

無方向性電磁鋼板及其製造方法 發明領域
本發明係有關於一種適合於馬達之核心的無方向性電磁鋼板及其製造方法。
 發明背景
近年來，根據環境保護及省能等之觀點，對電動車之興趣逐漸地提高，又，電動車之驅動用馬達會要求高速旋轉及小型化，同時驅動頻率係構成800Hz左右。
於此種驅動用馬達之動作時，驅動頻率之數倍的高頻成分係與驅動頻率重疊，因此，為驅動用馬達之核心材料的無方向性電磁鋼板會要求可作成高速旋轉及小型化之機械特性，以及在400Hz至2kHz之高頻領域中的磁特性，特別是鐵損特性皆優異。
鐵損可大致區別為渦電流損失及磁滯損失，渦電流損失係與無方向性電磁鋼板之厚度的平方成正比，且與固有電阻成反比。故，以往為了減低渦電流損失，會嘗試削薄無方向性電磁鋼板之厚度，又，亦嘗試提高無方向性電磁鋼板中的Si量及/或Al量而提高固有電阻。在提高Si量及/或Al量時，亦可提高機械強度(轉子剛性)。
然而，藉由習知技術，並無法充分地減低在例如400Hz至2kHz之高頻領域中的鐵損。
先行技術文獻 專利文獻
[專利文獻1]　日本專利公開公報特開2007-247047號公報
[專利文獻2]　特開平07-258863號公報
[專利文獻3]　特開平11-323511號公報
[專利文獻4]　特開2005-240185號公報
本發明之目的係提供一種可充分地減低在高頻領域中的鐵損之無方向性電磁鋼板及其製造方法。
發明人係著眼於在400Hz至2kHz之高頻領域中，渦電流只流動至距離鋼板表面有50μm左右之深度，並銳意檢討使距離鋼板表面有50μm之深度領域的電阻增加之技術。
其結果，發明人發現，若於鋼板表面鍍覆電阻增加率大之Mn或V，且藉由退火使其擴散至鋼中，並於鋼板表面至預定深度形成Mn濃度或V濃度之梯度，則可減低高頻鐵損。
本發明係根據前述見識所完成，其要旨如下。
有關本發明之無方向性電磁鋼板係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn及V：總量為11%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成，又，板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)係滿足下述式。
0.1＜(XsMn，V -XcMn，V )/tMn，V ＜100
XsMn，V ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和
XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和
tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
依據本發明，由於適當地規定Mn及V之濃度，因此可充分地減低在例如400Hz至2kHz左右之高頻領域中的鐵損。
圖式簡單說明
第1A圖係顯示以900℃進行退火3小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第1B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第1C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第2圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 之關係圖。
第3圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 之關係圖。
第4圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 之關係圖。
第5圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 之關係圖。
第6A圖係顯示以900℃進行退火3小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第6B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第6C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第7圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 之關係圖。
第8圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 之關係圖。
第9圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 之關係圖。
第10圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 之關係圖。
 用以實施發明之形態 (第1實施形態)
有關本發明之第1實施形態之無方向性電磁鋼板係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：10%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成，又，板厚方向之Mn濃度(質量%)係滿足下述式(1)或下述式(2)。
0.1＜(XsMn -XcMn )/tMn ＜100　…(1)
0.1＜(XsMn ’ -XcMn )/tMn ＜100　…(2)
XsMn ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)
XsMn ’ ：於鋼板表面附近之最大Mn濃度(質量%)
XcMn ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)
tMn ：Mn濃度(質量%)構成與XcMn 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
在製造有關第1實施形態之無方向性電磁鋼板時，係對預定成分組成之母鋼板之表面施行Mn鍍覆而形成Mn鍍覆膜，然後，施行退火而使Mn擴散至鋼中。於該退火時，亦產生母鋼板之再結晶。施行Mn鍍覆之母鋼板係例如使用業已將施行過退火之熱軋鋼板(退火熱軋鋼板)進行冷壓延至預定厚度(例如製品板厚)之冷軋鋼板，此時，藉由Mn鍍覆而取得Mn鍍覆冷軋鋼板，然後，進行Mn鍍覆冷軋鋼板之退火。又，母鋼板亦可使用退火熱軋鋼板，此時，藉由Mn鍍覆而取得Mn鍍覆熱軋鋼板，然後，進行Mn鍍覆熱軋鋼板之冷壓延而取得Mn鍍覆冷軋鋼板，又，進行Mn鍍覆冷軋鋼板之退火。
在此，說明規定第1實施形態之成分組成之理由，另，%係指質量%。
C會使應變消除退火後之鐵損惡化。為了使該作用不會顯現，於母鋼板中的C含量係作成0.005%以下。
對於增加電阻並減低鐵損，Si係有效之元素。若Si之含量小於2%，則無法取得該作用，另一方面，若Si之含量大於4%，則冷壓延性會明顯地惡化，因此，於母鋼板中的Si含量係作成2%至4%。
與Si相同，為了增加電阻，Mn係有效之元素。又，Mn會與鋼中的S反應而生成MnS，並使S無害化。為了取得該等作用，於母鋼板中的Mn含量宜為0.1%以上，另一方面，若於母鋼板中的Mn含量大於1%，則會阻礙在退火中的晶粒成長，因此，於母鋼板中的Mn含量係作成1%以下。
又，於無方向性電磁鋼板中的Mn含量會因Mn鍍覆膜之形成而高於母鋼板中的Mn含量。又，若於無方向性電磁鋼板中的Mn含量大於10%，則飽和磁束密度會降低，且磁特性會降低，因此，於無方向性電磁鋼板中的Mn含量宜作成10%以下。
與Si相同，對於增加電阻並減低鐵損，Al係有效之元素。為了取得該作用，於母鋼板中的Al含量宜為0.1%以上，且更為理想的是0.5%以上，另一方面，若Al之含量大於3%，則鋼(熔鋼)之鑄造性會惡化，因此，於母鋼板中的Al含量係作成3%以下。
與Si相同，對於增加電阻並減低鐵損，V係有效之元素，然而，若V之含量大於1%，則退火熱軋鋼板之冷壓延容易變得困難，因此，於母鋼板中的V含量宜作成1%以下。又，於無方向性電磁鋼板中的Mn及V之總含量宜作成11%以下。
P係提高抗張力之效果明顯之元素，然而，於第1實施形態中未必要含有，若P之含量大於0.3%，則脆化劇烈，且於工業規模上的熱軋、冷軋等之處理會變得困難，因此，於母鋼板中的P含量宜作成0.3%以下，且更為理想的是作成0.2%以下，更加理想的是作成0.15%以下。
S之含量宜盡可能地降低。即，於母鋼板中的S含量宜為0.04%以下，且更為理想的是0.02%以下，更加理想的是0.01%以下。
Cu係於不會對磁特性帶來不良影響之範圍具有提高強度之效果，因此，於母鋼板中亦可含有5%以下之Cu。
Nb不僅是作成固有Nb，且於鋼板中Nb主要會析出碳氮化物，並延遲鋼板之再結晶。又，藉由微細之Nb析出物，於不會對磁特性帶來不良影響之範圍亦具有提高強度之效果，因此，於母鋼板中亦可含有1%以下之Nb。
與C相同，N會使磁特性劣化，因此，於母鋼板中的N含量宜作成0.02%以下。
此外，於習知技術中的高強度電磁鋼板中利用來高強度化之大部分元素係不僅是添加成本被視為問題，且由於對磁特性會帶來不少不良影響，因此未必要特意含有。在特意含有時，根據再結晶延遲效果、高強度化效果、成本上升與磁特性劣化之兼顧，會使用例如Ti、B、Ni及/或Cr，此時，該等之含量宜作成Ti：1%以下、B：0.01%以下、Ni：5%以下、Cr：15%以下。
又，其他微量元素係除了因礦石及/或殘屑等中不可避免之含量外，即使因公知之各種目的而添加，第1實施形態之效果亦不會有任何損害。又，亦包括量至少形成微細之碳化物、硫化物、氮化物及/或氧化物等之析出物並顯示絕對不少的再結晶延遲效果之元素，該等之微細析出物對磁特性之不良影響亦大，又，在含有Cu或Nb時，由於可藉由該等而取得充分之再結晶延遲效果，因此亦未必要特意含有該等元素。該等微量元素之不可避免之含量通常各元素皆為0.005%以下，然而，亦可因各種目的而含有0.01%以上，此時，亦根據成本及磁特性之兼顧，Mo、W、Sn、Sb、Mg、Ca、Ce及Co之含量宜作成合計為0.5%以下。
另，於無方向性電磁鋼板中的該等元素之含量係除了Mn以外，會隨著Mn鍍覆膜之形成而稍微低於母鋼板中的含量，然而，由於Mn鍍覆膜之厚度係明顯地小於母鋼板之厚度，因此，於無方向性電磁鋼板中的Mn以外之元素含量可視為與母鋼板中的含量同等。另一方面，如前所述，於無方向性電磁鋼板中的Mn含量係作成10%以下。又，在形成於無方向性電磁鋼板中的Mn含量構成10%以下之厚度的Mn鍍覆膜時，幾乎不會有Mn自Mn鍍覆膜擴散至母鋼板之中心之情形，因此，無方向性電磁鋼板之板厚中心之Mn含量可視為與母鋼板中的含量同等。
故，母鋼板可使用例如以下冷軋鋼板，即：含有C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：1%以下(較為理想的是0.1%以上)及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。又，亦可使用更含有1%以下之V的冷軋鋼板。
母鋼板(冷軋鋼板)之厚度並無特殊之限制，可考慮作成最後製品的無方向性電磁鋼板之厚度及壓延步驟中的壓下率而適當地決定。作成最後製品的無方向性電磁鋼板之厚度亦無特殊之限制，然而，若由高頻鐵損之減低觀點來看，則宜為0.1mm至0.3mm。
對母鋼板施行Mn鍍覆之方法並不限於特定方法，若由可輕易地調整鍍覆厚度(Mn鍍覆膜之厚度)之觀點來看，則宜為來自水溶液或非水溶劑之電鍍、熔鹽電解、熔融鍍覆、物理氣相沈積(PVD：physical vapor deposition)及化學氣相沈積(CVD：chemical vapor deposition)等之氣相鍍覆等。
Mn鍍覆膜之厚度並無特殊之限制，然而，宜作成可充分地確保擴散至母鋼板中的Mn量之程度，舉例言之，宜作成1μm至10μm。
對母鋼板施行Mn鍍覆後，施行退火而使Mn擴散至母鋼板中，並形成滿足前述式(1)或式(2)之Mn濃度梯度(該方面係如後述)。退火條件(溫度及時間等)只要是Mn可擴散至母鋼板中而取得前述Mn濃度梯度，則無特殊之限制。若將批式退火作為前提，則宜作成「1000℃以下、1小時以上」，亦可將連續退火作為前提而設定退火條件。
其次，說明於第1實施形態中規定式(1)及式(2)之理由。
第1A至1C圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與無方向性電磁鋼板之厚度方向之Mn濃度分布之關係。在取得該關係時，會製作冷軋鋼板(母鋼板)，其含有C：0.002%、Si：3.0%、Mn：0.3%及Al：0.6%，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。其次，藉由蒸鍍法，於該冷軋鋼板之表面形成厚度為2μm、5μm或10μm之Mn鍍覆膜。又，進行退火而取得無方向性電磁鋼板。冷軋鋼板之厚度係作成0.3mm。
第1A圖係顯示以900℃進行退火3小時(hr)之情形，第1B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形，第1C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形。第1A至1C圖中的(x)係顯示Mn鍍覆膜之厚度為5μm時的Mn濃度分布，(y)係顯示Mn鍍覆膜之厚度為2μm時的Mn濃度分布，(w)係顯示Mn鍍覆膜之厚度為10μm時的Mn濃度分布。又，(z)係顯示未形成Mn鍍覆膜而進行退火時的Mn濃度分布。
如第1A至1C圖所示，於業已形成Mn鍍覆膜之無方向性電磁鋼板中，Mn濃度(質量%)係自表面之Mn濃度(質量%)或表面附近之最大Mn濃度(質量%)朝鋼板中心部大致呈直線地減少。
發明人更測定該等無方向性電磁鋼板之鐵損特性。
第2圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 (W/kg)之關係。第2圖中的鐵損W10/400 之值係L方向(壓延方向)中的鐵損W10/400 (L)之值與C方向(與壓延方向垂直之方向)中的鐵損W10/400 (C)之值的平均值(L+C)。由第2圖中可知，藉由適當地選擇Mn鍍覆膜之厚度及退火時間，可減低鐵損W10/400 (W/kg)。
第3圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 (W/kg)之關係，第4圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 (W/kg)之關係，第5圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 (W/kg)之關係。由第3至5圖中可知，在業已於冷軋鋼板形成Mn鍍覆膜後以900℃施行10小時之退火時，相較於未施行Mn鍍覆者，可提升高頻鐵損特性。
依此，一般認為提升在高頻領域中的鐵損特性之理由係由於如第1圖所示，於距離鋼板表面有50μm之深度領域中的Mn濃度會藉由利用退火之Mn之擴散而上升，並提升在該領域中的鐵損特性之故。
發明人更調查退火後之Mn濃度(質量%)分布與高頻鐵損之相關關係。
其結果發現，為了減低高頻鐵損，板厚方向之Mn濃度(質量%)滿足下述式(1)是重要的。
0.1＜(XsMn -XcMn )/tMn ＜100　…(1)
XsMn ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)
XcMn ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)
tMn ：Mn濃度(質量%)構成與XcMn 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
若(XsMn -XcMn )/tMn 之值為0.1以下，則Mn會均一地擴散、分布至鋼板中的大致全領域，且於鋼板表層部之鐵損不會減低，因此，(XsMn -XcMn )/tMn 之值係作成大於0.1，且較為理想的是(XsMn -XcMn )/tMn 之值大於0.5。
若(XsMn -XcMn )/tMn 之值為100以上，則Mn濃度之梯度會在狹窄範圍變得陡峭，且勵磁時之上升特性會明顯地劣化，因此，(XsMn -XcMn )/tMn 之值係作成小於100。
另，tMn 並無特殊之限制，只要是包含有發生高頻誘發之渦電流的表層部(距離表面有50μm之深度領域)者即可。
在前述式(1)中使用於鋼板表面之Mn濃度(XsMn )，然而，在實際地算出Mn濃度分布時，有時會使用於鋼板表面附近之最大Mn濃度(XsMn ’ )。故，亦可使用下述式(2)以取代前述式(1)，此時，所謂鋼板表面附近係指以下範圍，即：於電磁鋼板中，將位於絕緣覆膜下之基底鐵之最上層部作為起點，並將距離其有5μm之靠近鋼板中心部之地點作為終點者。
0.1＜(XsMn ’ -XcMn )/tMn ＜100　…(2)
XsMn ’ ：於鋼板表面附近之最大Mn濃度(質量%)
於第1實施形態中，可依需要分別使用前述式(1)及式(2)。
(第2實施形態)
有關本發明之第2實施形態之無方向性電磁鋼板係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：1%以下、V：10%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成，又，板厚方向之V濃度(質量%)係滿足下述式(3)或下述式(4)。
0.1＜(XsV -XcV )/tV ＜100　…(3)
0.1＜(XsV ’ -XcV )/tV ＜100　…(4)
XsV ：於鋼板表面之V濃度(質量%)
XsV ’ ：於鋼板表面附近之最大V濃度(質量%)
XcV ：於鋼板中心之V濃度(質量%)
tV ：V濃度(質量%)構成與XcV 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
在製造有關第2實施形態之無方向性電磁鋼板時，係對預定成分組成之母鋼板之表面施行V鍍覆而形成V鍍覆膜，然後，施行退火而使V擴散至鋼中。於該退火時，亦產生母鋼板之再結晶。施行V鍍覆之母鋼板係例如與第1實施形態相同，使用冷軋鋼板，此時，藉由V鍍覆而取得V鍍覆冷軋鋼板，然後，進行V鍍覆冷軋鋼板之退火。又，母鋼板亦可使用退火熱軋鋼板，此時，藉由V鍍覆而取得V鍍覆熱軋鋼板，然後，進行V鍍覆熱軋鋼板之冷壓延而取得V鍍覆冷軋鋼板，又，進行V鍍覆冷軋鋼板之退火。
在此，說明規定第2實施形態之成分組成之理由，另，%係指質量%。
於母鋼板中的C、Si、Al、Mn及V等之含量係與第1實施形態相同。
於無方向性電磁鋼板中的V含量會因V鍍覆膜之形成而高於母鋼板中的V含量。又，若於無方向性電磁鋼板中的V含量大於10%，則飽和磁束密度會降低，且磁特性會降低，因此，於無方向性電磁鋼板中的V含量宜作成10%以下。又，於無方向性電磁鋼板中的Mn及V之總含量宜作成11%以下。
另，於無方向性電磁鋼板中的該等元素之含量係除了V以外，會隨著V鍍覆膜之形成而稍微低於母鋼板中的含量，然而，由於V鍍覆膜之厚度係明顯地小於母鋼板之厚度，因此，於無方向性電磁鋼板中的V以外之元素含量可視為與母鋼板中的含量同等。另一方面，如前所述，於無方向性電磁鋼板中的V含量係作成10%以下。又，在形成於無方向性電磁鋼板中的V含量構成10%以下之厚度的V鍍覆膜時，幾乎不會有V自V鍍覆膜擴散至母鋼板之中心之情形，因此，無方向性電磁鋼板之板厚中心之V含量可視為與母鋼板中的含量同等。
又，與第1實施形態相同，亦可含有其他元素，例如Sn、Sb、B等。又，不可避免之雜質係可含有P、S、N、O等。
故，母鋼板可使用例如以下冷軋鋼板，即：含有C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：1%以下(較為理想的是0.1%以上)及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。又，亦可使用更含有1%以下之V的冷軋鋼板。
對母鋼板施行V鍍覆之方法並不限於特定方法，可採用與第1實施形態相同之方法。
V鍍覆膜之厚度並無特殊之限制，然而，宜作成可充分地確保擴散至母鋼板中的V量之程度，舉例言之，宜作成1μm至10μm。
對母鋼板施行V鍍覆後，施行退火而使V擴散至母鋼板中，並形成滿足前述式(3)或式(4)之V濃度梯度(該方面係如後述)。退火條件(溫度及時間等)只要是V可擴散至母鋼板中而取得前述V濃度梯度，則無特殊之限制。若將批式退火作為前提，則與第1實施形態相同，宜作成「1000℃以下、1小時以上」，亦可將連續退火作為前提而設定退火條件。
其次，說明於第2實施形態中規定式(3)及式(4)之理由。
第6A至6C圖係顯示V鍍覆膜之厚度與無方向性電磁鋼板之厚度方向之V濃度分布之關係。在取得該關係時，會製作冷軋鋼板(母鋼板)，其含有C：0.002%、Si：3.0%、Mn：0.3%、Al：0.6%及V：0.01%，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。其次，藉由蒸鍍法，於該冷軋鋼板之表面形成厚度為1μm或5μm之V鍍覆膜。又，進行退火而取得無方向性電磁鋼板。冷軋鋼板之厚度係作成0.3mm。
第6A圖係顯示以900℃進行退火3小時之情形，第6B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形，第6C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形。第6A至6C圖中的(x)係顯示V鍍覆膜之厚度為5μm時的V濃度分布，(y)係顯示V鍍覆膜之厚度為1μm時的V濃度分布。
如第6A至6C圖所示，V濃度(質量%)係自表面之V濃度(質量%)或表面附近之最大V濃度(質量%)朝鋼板中心部大致呈直線地減少。
發明人更測定該等無方向性電磁鋼板之鐵損特性。
第7圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 (W/kg)之關係。第7圖中的鐵損W10/400 之值係L方向(壓延方向)中的鐵損W10/400 (L)之值與C方向(與壓延方向垂直之方向)中的鐵損W10/400 (C)之值的平均值(L+C)。由第7圖中可知，藉由適當地選擇V鍍覆膜之厚度及退火時間，可減低鐵損W10/400 (W/kg)。
第8圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 (W/kg)之關係，第9圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 (W/kg)之關係，第10圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 (W/kg)之關係。由第8至10圖中可知，在業已於冷軋鋼板形成V鍍覆膜後以900℃施行10小時之退火時，相較於未施行V鍍覆者，可提升高頻鐵損特性。
依此，一般認為提升在高頻領域中的鐵損特性之理由係由於如第6圖所示，於距離鋼板表面有50μm之深度領域中的V濃度會藉由利用退火之V之擴散而上升，並提升在該領域中的鐵損特性之故。
發明人更調查退火後之V濃度(質量%)分布與高頻鐵損之相關關係。
其結果發現，為了減低高頻鐵損，板厚方向之V濃度(質量%)滿足下述式(3)是重要的。
0.1＜(XsV -XcV )/tV ＜100　…(3)
XsV ：於鋼板表面之V濃度(質量%)
XcV ：於鋼板中心之V濃度(質量%)
tV ：V濃度(質量%)構成與XcV 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
若(XsV -XcV )/tV 之值為0.1以下，則V會均一地擴散、分布至鋼板中的大致全領域，且於鋼板表層部之鐵損不會減低，因此，(XsV -XcV )/tV 之值係作成大於0.1，且較為理想的是(XsV -XcV )/tV 之值大於0.5。
若(XsV -XcV )/tV 之值為100以上，則V濃度之梯度會在狹窄範圍變得陡峭，且勵磁時之上升特性會明顯地劣化，因此，(XsV -XcV )/tV 之值係作成小於100。
另，tV 並無特殊之限制，只要是包含有發生高頻誘發之渦電流的表層部(距離表面有50μm之深度領域)者即可。
在前述式(3)中使用於鋼板表面之V濃度(XsV )，然而，在實際地算出V濃度分布時，有時會使用於鋼板表面附近之最大V濃度(XsV ’ )。故，亦可使用下述式(4)以取代前述式(3)，此時，所謂鋼板表面附近係指以下範圍，即：於電磁鋼板中，將位於絕緣覆膜下之基底鐵之最上層部作為起點，並將距離其有5μm之靠近鋼板中心部之地點作為終點者。
0.1<(XsV ’ -XcV )/tV <100…(4)
XsV ’ ：於鋼板表面附近之最大V濃度(質量%)
於第2實施形態中，可依需要分別使用前述式(3)及式(4)。
另，亦可組合第1實施形態與第2實施形態。舉例言之，亦可在業已形成Mn鍍覆膜及V鍍覆膜兩者後，進行退火而滿足式(1)至式(4)，又，亦可在業已形成Mn及V之混合鍍覆膜後，進行退火而滿足式(1)至式(4)。即，於藉由該等方法所製造的無方向電磁鋼板中，會滿足下述式(5)或式(6)。
0.1<(XsMn，V -XcMn，V )/tMn，V <100…(5)
0.1<(XsMn，V ’ -XcMn，V )/tMn，V <100…(6)
XsMn，V ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和
XsMn，V ’ ：於鋼板表面附近之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和之最大值
XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和
tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)
其次，說明發明人實際所進行的各種實驗。於該等實驗中的條件等係為了確認本發明之可實施性及效果所採用的例子，本發明並不限於該等例子。只要是未脫離本發明之要旨並達成本發明之目的，則本發明可採用各種條件。
(第1實驗)
首先，製作熱軋鋼板，且該熱軋鋼板係以質量%計含有：C：0.002%、Si：3.0%、Mn：0.2%及Al：0.6%，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。熱軋鋼板之厚度係作成1.6mm。其次，以1050℃對熱軋鋼板施行1分鐘之退火而取得退火熱軋鋼板，然後，進行退火熱軋鋼板之冷壓延，並取得厚度為0.25mm之冷軋鋼板(母鋼板)。接著，於冷軋鋼板之兩表面形成各種厚度(參照表1)之Mn鍍覆膜，並取得4種試料。又，亦製作未形成Mn鍍覆膜之試料。然後，以900℃對各試料進行6小時之退火，並取得無方向性電磁鋼板。在藉由該退火而形成Mn鍍覆膜之試料中，會產生Mn自Mn鍍覆膜朝母鋼板之擴散及母鋼板之再結晶，在未形成Mn鍍覆膜之試料中，會產生母鋼板之再結晶。
又，使用單板磁測定裝置來測定各試料之磁特性(鐵損W10/800 )。又，使用電子探針微量分析器(EPMA：electron probe micro analyzer)，並藉由與壓延方向(L方向)呈正交之鋼板截面之線分析，測定板厚方向之Mn濃度。表1係顯示其結果。表1中的濃度梯度係(XsMn -XcMn )/tMn 之值。在此，XcMn 係表示鋼板中心之Mn濃度(即，熱軋鋼板之Mn含量)。
如表1所示，於比較例No.1中，由於濃度梯度為0.1以下，因此在800Hz中的鐵損會提高。又，於比較例No.5中，由於濃度梯度為100以上，因此在800Hz中的鐵損會提高。另一方面，於實施例No.2、實施例No.3及實施例No.4中，由於濃度梯度滿足式(1)，因此可取得良好之鐵損。由此可知，若Mn之濃度梯度滿足式(1)，則可減低高頻鐵損。
(第2實驗)
首先，製作熱軋鋼板，且該熱軋鋼板係以質量%計含有：C：0.002%、Si：3.1%、Mn：0.3%、Al：0.8%及V：0.005%，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成。熱軋鋼板之厚度係作成2.0mm。其次，以1000℃對熱軋鋼板施行1分鐘之退火而取得退火熱軋鋼板，然後，進行退火熱軋鋼板之冷壓延，並取得厚度為0.30mm之冷軋鋼板(母鋼板)。接著，於冷軋鋼板之兩表面形成各種厚度(參照表2)之Mn鍍覆膜，並取得3種試料。又，亦製作未形成V鍍覆膜之試料。然後，以900℃對各試料進行5小時之退火，並取得無方向性電磁鋼板。在藉由該退火而形成V鍍覆膜之試料中，會產生V自V鍍覆膜朝母鋼板之擴散及母鋼板之再結晶，在未形成V鍍覆膜之試料中，會產生母鋼板之再結晶。
又，使用單板磁測定裝置來測定各試料之磁特性(鐵損W10/800 )。又，使用EPMA，並藉由與壓延方向(L方向)呈正交之鋼板截面之線分析，測定板厚方向之V濃度。表2係顯示其結果。表2中的濃度梯度係(XsV -XcV )/tV 之值。在此，XcV 係表示鋼板中心之V濃度(即，熱軋鋼板之V含量)。
如表2所示，於比較例No.11中，由於濃度梯度為0.1以下，因此在800Hz中的鐵損會提高。又，於比較例No.14中，由於濃度梯度為100以上，因此在800Hz中的鐵損會提高。另一方面，於實施例No.12及實施例No.13中，由於濃度梯度滿足式(3)，因此，可取得良好之鐵損。由此可知，若V之濃度梯度滿足式(3)，則可減低高頻鐵損。
產業之可利用性
本發明可利用在例如電磁鋼板製造產業及電磁鋼板利用產業。有關本發明之無方向性電磁鋼板可使用作為例如在高頻領域中驅動的馬達及變壓器之核心(鐵芯)之材料。
第1A圖係顯示以900℃進行退火3小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第1B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第1C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形的Mn鍍覆膜之厚度與Mn濃度分布之關係圖。
第2圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 之關係圖。
第3圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 之關係圖。
第4圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 之關係圖。
第5圖係顯示Mn鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 之關係圖。
第6A圖係顯示以900℃進行退火3小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第6B圖係顯示以900℃進行退火10小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第6C圖係顯示以900℃進行退火30小時之情形的V鍍覆膜之厚度與V濃度分布之關係圖。
第7圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/400 之關係圖。
第8圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/800 之關係圖。
第9圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1200 之關係圖。
第10圖係顯示V鍍覆膜之厚度與鐵損W10/1700 之關係圖。

Claims (10)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn及V：總量為11%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成，又，板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)係滿足下述式：0.1＜(XsMn，V -XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
  2. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn及V：總量為11%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成，又，板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)係滿足下述式：0.1＜(XsMn，V ’-XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ’：於鋼板表面附近之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和之最大值XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
  3. 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：選自於由P：0.3%以下、S：0.04%以下、N：0.02%以下、Cu：5%以下、Nb：1%以下、Ti：1%以下、B：0.01%以下、Ni：5%以下及Cr：15%以下所構成群組中之至少1種，且更含有合計為0.5%以下之選自於由Mo、W、Sn、Sb、Mg、Ca、Ce及Co所構成群組中之至少1種。
  4. 如申請專利範圍第2項之無方向性電磁鋼板，其以質量%計更含有：選自於由P：0.3%以下、S：0.04%以下、N：0.02%以下、Cu：5%以下、Nb：1%以下、Ti：1%以下、B：0.01%以下、Ni：5%以下及Cr：15%以下所構成群組中之至少1種，且更含有合計為0.5%以下之選自於由Mo、W、Sn、Sb、Mg、Ca、Ce及Co所構成群組中之至少1種。
  5. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有以下步驟：將熱軋鋼板進行退火而取得退火熱軋鋼板之步驟，且前述熱軋鋼板係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：1%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成；將前述退火熱軋鋼板進行冷壓延而取得冷軋鋼板之步驟；對前述冷軋鋼板之表面施行Mn鍍覆或V鍍覆中之至少一者而取得鍍覆冷軋鋼板之步驟；及接著將前述鍍覆冷軋鋼板進行退火之步驟。
  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，其係藉由前述鍍覆冷軋鋼板之退火，使前述無方向性電磁鋼板之板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)滿足下述式：0.1＜(XsMn，V -XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
  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，其係藉由前述Mn鍍覆冷軋鋼板之退火，使前述無方向性電磁鋼板之板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)滿足下述式：0.1＜(XsMn，V ’-XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ’：於鋼板表面附近之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和之最大值XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
  8. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具有以下步驟：將熱軋鋼板進行退火而取得退火熱軋鋼板之步驟，且前述熱軋鋼板係以質量%計含有：C：0.005%以下、Si：2%至4%、Mn：1%以下及Al：3%以下，而剩餘部分係由Fe及不可避免之雜質所構成；對前述退火熱軋鋼板之表面施行Mn鍍覆或V鍍覆中之至少一者而取得鍍覆熱軋鋼板之步驟；將前述鍍覆熱軋鋼板進行冷壓延而取得鍍覆冷軋鋼板之步驟；及接著將前述鍍覆冷軋鋼板進行退火之步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係藉由前述鍍覆冷軋鋼板之退火，使前述無方向性電磁鋼板之板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)滿足下述式：0.1＜(XsMn，V -XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ：於鋼板表面之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
  10. 如申請專利範圍第8項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其係藉由前述鍍覆冷軋鋼板之退火，使前述無方向性電磁鋼板之板厚方向之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)滿足下述式：0.1＜(XsMn，V ’-XcMn，V )/tMn，V ＜100XsMn，V ’：於鋼板表面附近之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和之最大值XcMn，V ：於鋼板中心之Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和tMn，V ：Mn濃度(質量%)及V濃度(質量%)之和構成與XcMn，V 相同之起自鋼板表面之深度(mm)。
TW099107257A 2009-03-13 2010-03-12 Non - directional electrical steel sheet and manufacturing method thereof TWI406955B (zh)

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