TWI457443B - Manufacturing method of non - directional electromagnetic steel sheet - Google Patents

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Description

無方向性電磁鋼板之製造方法 發明領域
本發明係有關於一種適合於電氣機器的無方向性電磁鋼板之製造方法。
 發明背景
近年來，無方向性電磁鋼板在其被使用作為鐵芯材料之旋轉機、中小型變壓器、電氣零件等的領域，在以世界性節省電力及能源和削減CO2 為代表之地球環境保全的變遷當中，對高效率化及小型化之要求係越來越強烈。在此種社會環境下，當然，提升無方向性電磁鋼板的性能係緊要的課題。
又，依照用途，無方向性電磁鋼板有被要求良好的輥軋方向磁特性之情形。例如在旋轉機的鐵芯之中，尤其是被使用作為分割鐵芯之無方向性電磁鋼板、及被使用作為中小型變壓器的鐵芯之無方向性電磁鋼板，係被要求提升輥軋方向的磁特性。在該等鐵芯，磁束係主要在直行的二方向流動。而且，該等二方向之中，影響磁束流動較大的一方向係多半被安置在無方向性電磁鋼板的輥軋方向。
而且，先前，有提案揭示以提升無方向性電磁鋼板的磁特性作為目的之各種技術。
例如，以減低鐵損作為目的，有提案揭示一種提高Si及Al的含量之技術。例如專利文獻1記載一種無方向性電磁鋼板，其係在將Si含量抑制為比較低之同時，提高Al含量而成。亦有提案揭示一種技術，其不僅是提高Si及/或Al等的含量，而且亦減低C、S及N等的含量。亦有提案揭示一種技術，其係藉由添加Ca(專利文獻2)、添加REM(專利文獻3)等利用化學性處置之不純物的無害化等來減低鐵損。又，在專利文獻4係記載一種有關於在完工退火條件改良之技術。
例如，亦有提案揭示有關於提升磁束密度之技術。例如在專利文獻5係記載一種有關於在熱軋退火的條件及冷軋的條件設法之技術。又，在專利文獻6係記載一種有關於在添加Sn及Cu等的合金元素之技術。
但是，先前的技術係難以充分地提升無方向性電磁鋼板的輥軋方向之磁特性。又，以減低鐵損作為目的而提高Si及Al之技術，飽和磁束密度會低落掉。特別是因為相較於Si，Al較容易使飽和磁束密度低落，專利文獻1所記載之技術，飽和磁束密度係變為非常低。此種飽和磁束密度變低之技術，無論如何係與電機機器的小型化不相稱的。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開平7-228953號公報
專利文獻2：日本專利特開平3-126845號公報
專利文獻3：日本專利特開2006-124809號公報
專利文獻4：日本專利特開昭61-231120號公報
專利文獻5：日本專利特開2004-197217號公報
專利文獻6：日本專利特開平5-140648號公報
專利文獻7：日本專利特開昭52-129612號公報
專利文獻8：日本專利特開昭53-66816號公報
專利文獻9：日本專利特開2001-172718號公報
本發明係將提供一種能夠提升輥軋方向的磁特性之無方向性電磁鋼板之製造方法設作目的。
本發明者等係針對無方向性電磁鋼板，藉由使各成分的含量、冷軋前的處理、冷軋的次數、冷軋的壓下率等條件變化且從提升輥軋方向的磁特性之觀點而不斷地重複專心研討。
該結果，詳細係後述，追究查明了藉由使Si、Al、及Mn等的含量、熱軋的完工溫度、冷軋次數、第二次冷軋的壓下率等適當化，能夠得到顯著地提升輥軋方向的磁特性之效果。而且，想出了無方向性電磁鋼板之製造方法。
(1)　一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具備以下步驟：將鋼材熱軋而形成鋼帶之步驟，該鋼帶以質量%計含有：Si:0.1%以上且4.0%以下、Al:0.1%以上且3.0%以下及Mn:0.1%以上且2.0%以下，C含量為0.003%以下，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物元素所構成；其次，進行前述鋼帶的第1冷軋之步驟；其次，進行前述鋼帶的中間退火之步驟；其次，進行前述鋼帶的第2冷軋之步驟；及其次，對前述鋼帶施行完工退火之步驟；且使前述熱軋的完工溫度為900℃以下，在前述熱軋之後，不進行退火而開始前述第1冷軋，而且使前述第2冷軋的壓下率為40%以上且85%以下。
(2)　如(1)之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述鋼材以質量%計含有Sn：0.02%以上且0.40%以下、Cu：0.1%以上且1.0%以下之1種或2種。
(3)　如(1)或(2)之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述鋼材以質量%計含有P：0.15%以下。
(4)　如(1)至(3)中任一項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述鋼材以質量%計含有Cr：0.2%以上且10.0%以下。
依照本發明，特別是因為將從熱軋至冷軋之步驟的條件適當地規定，能夠提升輥軋方向的磁特性。
 用以實施發明之形態
以下，詳細地說明本發明的實施形態。本實施形態係將預定組成的鋼材(胚)進行熱軋而形成鋼帶，其次，其間隔著中間退火而對該鋼帶進行2次冷軋。隨後，對鋼帶施行完工退火。又，熱軋時，係使完工溫度、亦即完工輥軋的溫度為900℃以下且第1次冷軋係在熱軋之後不進行退火而開始。亦即，在維持熱軋結束時的鋼帶金屬組織狀態下開始第1次冷軋。而且使第2次冷軋之壓下率為40%以上且85%以下。
其次，針對本實施形態所使用之鋼材的組成進行說明。以下，含量的單位亦即「%」係意味著「質量%」。本實施形態係例如使用含有Si：0.1%以上且4.0%以下、Al：0.1%以上且3.0%以下及Mn：0.1%以上且2.0%以下，C含量為0.003%以下，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物元素所構成之鋼。在該鋼，亦可含有Sn：0.02%以上且0.40%以下、Cu：0.1%以上且1.0%以下之1種或2種，亦可含有P：0.15%以下，而且亦可含有Cr：0.2%以上且10.0%以下。此種鋼係能夠使用轉爐或電爐等熔製而成之鋼，藉由連續鑄造或造塊後進行分塊輥軋來製造。
Si係藉由使無方向性電磁鋼板的電阻增大而減少渦電流損，具有減低鐵損的作用。又，Si係藉由增大降伏比，亦具有使鐵芯的形狀在加工時等的沖切加工性提升之作用。Si含量小於0.1%時，該等的作用變為不充分。另一方面，Si含量大於4.0%時，無方向性電磁鋼板的磁束密度低落。又，因為硬度過度變高，致使沖切加工性低落、或冷軋等之作業性低落。而且，亦與成本上升有關聯。因此，Si含量係0.1%以上且4.0%以下。又，為了得到更良好的磁特性，Si含量係以2.0%以上為佳。
Al係與Si同樣地，藉由使無方向性電磁鋼板的電阻增大而減少渦電流損，具有減低鐵損的作用。又，Al係亦具有提高磁束密度B50對飽和磁束密度Bs的比率(B50/Bs)，來提升磁束密度之作用。Al含量小於0.1%時，該等的作用係變為不充分。另一方面，Al含量大於3.0%時，飽和磁束密度本身降低且磁束密度降低。又，相較於Si，Al係不容易造成硬度上升，但是Al含量大於3.0時，降伏比減少而沖切加工性低落。因此，Al含量係0.1%以上且3.0%以下。又，為了確保高飽和磁束密度等，Al含量係以2.5%以下為佳。在此，所謂磁束密度B50係在頻率為50Hz、最大磁力化為5000A/m的條件下之磁束密度。
Mn係藉由使無方向性電磁鋼板的電阻增大而減少渦電流損，具有減低鐵損之作用。又，Mn亦具有改善一次再結晶的集合組織而使對於提升輥軋方向的磁特性較佳的{110}<001>結晶方位發達之作用。而且，Mn會抑制阻礙結晶粒成長之微細的硫化物(例如MnS等)的析出。Mn含量小於0.1%時，該等作用變為不充分。另一方面，Mn含量大於2.0%時，中間退火時結晶粒難以成長且鐵損增大。因而，Mn含量係0.1%以上且2.0%以下。又，為了將鐵損抑制為較低，Mn含量係以小於1.0%為佳。
C係具有提高鐵損的作用之同時，亦成為磁氣時效的原因。又，在常溫冷軋中的鋼帶含有C時，對於提升輥軋方向的磁特性較佳的{110}<001>結晶方位的發達有受到抑制之情形。而且，該等現象係以C含量大於0.003%的情況為顯著。因此，C含量係0.003%以下。
Sn係具有改善一次再結晶的集合組織而使對於提升輥軋方向的磁特性較佳的{110}<001>結晶方位發達，且抑制對於提升磁特性之不佳的{111}<112>結晶方位等之作用。又，Sn亦具有抑制中間退火時鋼帶表面的氧化及氮化，而且亦具有將結晶粒的成長造粒化之作用。Sn含量小於0.02%時，該等作用變為不充分。另一方面，Sn含量大於0.40%時，該等的作用係飽和，不如說是中間退火時的結晶粒成長係受到抑制。因而，Sn含量係以0.02%以上且0.4%以下為佳。
Cu係與Sn同樣地，具有一次再結晶的集合組織而使對於提升輥軋方向的磁特性較佳的{110}<001>結晶方位發達之作用。Cu含量小於0.1%時，該作用係變為不充分。另一方面，Cu含量大於1.0%時，會引起熱脆化，且熱軋之作業性低落。因而，Cu含量係以0.1%以上且1.0%以下為佳。
P係具有使降伏比上升，來改善沖切加工性之作用。但是，P含量大於0.15%時，硬度過度上升且引起脆化。該結果，在無方向性電磁鋼板製造過程之作業性降低，或需要者亦即無方向性電磁鋼板的使用者之作業性降低。因此，P含量係以0.15%以下為佳。
Cr係藉由使無方向性電磁鋼板的電阻增大而減低渦電流損，具有減低高頻鐵損等的鐵損之作用。減低高頻鐵損係適合於旋轉機的高速旋轉化。而且，藉由旋轉機的高速旋轉化，能夠因應旋轉機的小型化及高效率化的要求。又，Cr亦具有抑制應力感受性之作用。藉由抑制應力感受性，能夠減輕伴隨沖切加工性等的加工時之特性變動及伴隨高速旋轉時的應力變動之特性變動。Cr含量小於0.2%時，該等作用變為不充分。另一方面，Cr含量大於10.0%時，磁束密度低落、或成本上升。因此，Cr含量係以0.2%以上且10.0%以下為佳。
鋼係除了上述成分以外，係例如Fe及不可避免的不純物。又，將Si含量(%)、Al含量(%)、Mn含量(%)各自以[Si]、[Al]及[Mn]表示時，依照「[Si]+[Al]+[Mn]/2」所得到的值係以4.5%以下為佳。這是為了確保冷軋等的加工作業性。
其次，針對將熱軋及冷軋等的條件達到上述規定之實驗進行說明。
本發明者等係首先製造含有表1所表示的成分且剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所構成之鋼胚(steel slab)。其次，進行鋼胚的熱軋而製造鋼帶(熱軋板)且進行冷軋2次。此時，熱軋之後，不進行熱軋板退火而開始前述第1次冷軋，且在2次冷軋之間，於1000℃進行中間退火1分鐘。冷軋後的鋼帶(冷軋板)之厚度為0.35mm。將熱軋的完工溫度、熱軋板的厚度、第1次冷軋後的鋼帶厚度及第2次冷軋的壓下率顯示在表2。第2次冷軋後係於950℃進行完工退火30秒。從表2可以清楚明白，第1次冷軋之壓下率係31.4%~36.%。而且，從完工退火後的鋼帶採取試料，來測定磁束密度B50及鐵損W15/50作為其磁特性。在此，鐵損W15/50係在頻率為50Hz、最大磁束密度為1.5T的條件下之鐵損。將該等結果亦顯示在表2。
從表2，得知在不施行熱軋板退火的條件，藉由適當地組合熱軋的完工溫度及第2次冷軋之壓下率，能夠顯著地提升無方向性電磁鋼板的輥軋方向之磁特性。亦即，使熱軋的完工溫度為900℃以下且使第2次冷軋之壓下率為40%以上且85%以下時，能夠得到非常良好的輥軋方向之磁特性。
條件No.1係使第2次冷軋之壓下率為小於40%之36.4%。又，條件No.5係使第2次冷軋之壓下率為大於85%之87.0%。因此，相較於條件No.2及條件No.4，條件No.1及條件No.5之輥軋方向的磁特性係較差。
又，條件No.3係雖然使第2次冷軋之壓下率為65.0%，但是係使熱軋的完工溫度為大於950℃之957℃。因此，相較於條件No.2及條件No.4，輥軋方向的磁特性係較差。
如此，在不施行熱軋板退火的條件，藉由使熱軋的完工溫度為900℃以下且使第2次冷軋之壓下率為40%以上且85%以下，能夠得到非常良好的輥軋方向之磁特性。認為其理由係如以下。使熱軋的完工溫度為900℃以下且不施行熱軋板退火而開始第1次冷軋，係與在維持完工輥軋結束時的鋼帶之金屬組織的狀態下開始第1次冷軋同義。因此，能夠將含有{110}<001>結晶方位之末再結晶的輥軋組織的比率維持較高。而且，在將輥軋組織的比率維持較高的狀態下經過中間退火而以第2次冷軋為40%以上且85%以下的壓下率進行時，在伴隨其後的完工退火之再結晶時，{110}<001>結晶方位的結晶粒係成長。如此，{110}<001>結晶方位的結晶粒係有助於提升輥軋方向的磁特性。又，為了確實地將未再結晶的輥軋組織的比率維持較高，以使完工溫度為860℃以下為佳。
又，藉由使熱軋的完工溫度為900℃以下且不施行熱軋板退火而開始第1次冷軋，而且使第2次冷軋之壓下率為40%以上且85%以下所得到之效果，係以Si含量較佳是2.0%以上的情況為顯著。這是因為Si含量為2.0%以上時，會促進未再結晶的輥軋組織的存在，而且一旦再結晶開始時，結晶粒的成長活性化能量會增大，而顯著地促進{110}<001>結晶方位的結晶粒成長。
又，關於無方向性電磁鋼板的各結晶方位的楊格模數，相較於{111}<112>結晶方位等的結晶方位之楊格模數，{110}<001>結晶方位的楊格模數係比較小。而且，依照本實施形態所製造之無方向性電磁鋼板的集合組織，{110}<001>結晶方位係顯著地發達。因此，依照本實施形態所製造之無方向性電磁鋼板的楊格模數係比較低。楊格模數低時，即便從無方向性電磁鋼板製造鐵芯時的收縮配合等被施加壓縮應變，伴隨其而產生的壓縮應力係較低。因此，依照本實施形態，亦能夠減低伴隨著壓縮應力之磁特性的劣化。亦即，依照本實施形態，係不僅是提升輥軋方向的磁特性，而且藉由減低楊格模數，亦能夠得到在被施加壓縮應變時減少磁特性劣化之效果。
又，第2次冷軋之壓下率小於40%時，不規則的結晶方位會增加。又，第2次冷軋之壓下率大於85%時，不是{110}<001>結晶方位，而是{111}<112>結晶方位會增加。因此，該等情況時，輥軋方向的磁特性係不會充分地提升。
而且，使用此種方法所製造之無方向性電磁鋼板，係以作為各種電氣機器的鐵芯為佳。特別是旋轉機的鐵芯之中，以作為分割鐵芯的材料為佳，又，作為中小型變壓器的鐵芯之材料亦佳。因此，在使用無方向性電磁鋼板作為鐵芯的材料之旋轉機、中小型變壓器及電氣零件等領域，能夠實現高效率及小型化。
[實施例]
其次，針對本發明者等所進行之實驗進行說明。在該等實驗之條件等係為了確認本發明的實施可能性及效果之採用例子，本發明係不被該等例子限定。
(實施例1)
首先，製造含有表3所表示的成分且剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所構成之鋼胚。隨後，進行鋼胚的熱軋而製造鋼帶(熱軋板)，並且進行冷軋2次，此時，熱軋之後，不進行熱軋板退火而開始第1次冷軋，且在2次冷軋之間，於950℃進行中間退火2分鐘。冷軋後的鋼帶(冷軋板)之厚度為0.35mm。將熱軋的完工溫度、熱軋板的厚度、第1次冷軋後的鋼帶厚度及第2次冷軋的壓下率顯示在表4。第2次冷軋後係於970℃進行完工退火40秒。從表4可以清楚明白，第1次冷軋後的壓下率係40%左右。而且，從完工退火後的鋼帶採取試料，來測定磁束密度B50及鐵損W10/400作為其磁特性。在此，鐵損W10/400係在頻率為400Hz、最大磁束密度為1.0T的條件下之鐵損。將該等結果亦顯示在表4。
條件No.12係使第2次冷軋之壓下率為小於40%之30%。又，條件No.15係使第2次冷軋之壓下率為大於85%之86.5%。因此，相較於條件No.11、條件No.13及條件No.14，條件No.12及條件No.15係輥軋方向的磁特性為較差。
又，相較於不含有Sn及Cu之條件No.11，含有Sn之條件No.13及含有Cu之條件No.14係輥軋方向的磁特性為良好。因此，得知藉由含有Sn及Cu，能夠更提升輥軋方向的磁特性。而且，從表4可以清楚明白，得知依照本發明，能夠製造在輥軋方向的磁特性優良之無方向性電磁鋼板。
(實施例2)
首先，製造含有表5所表示的成分且剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物所構成之鋼胚。隨後，進行鋼胚的熱軋而製造厚度為2.3nm鋼帶(熱軋板)，並且進行冷軋2次，此時，條件No.21、條件No.23、條件No.24係熱軋之後，不進行熱軋板退火而開始第1次冷軋，但是條件No.22係於950℃進行熱軋板退火2分鐘之後，進行第1次冷軋。又，在2次冷軋之間，於980℃進行中間退火1分鐘。將熱軋的完工溫度顯示在表6。使第1次冷軋後之鋼帶的厚度為0.8mm且使在第2次冷軋之壓下率為62.5%，並且使第2次冷軋後之鋼帶的厚度為0.30mm。第2次冷軋後係於950℃進行完工退火20秒。而且，從完工退火後的鋼帶採取試料，來測定磁束密度B50及鐵損W10/400作為其磁特性。將該等結果亦顯示在表6。
條件No.21及條件No.22係儘管無方向性電磁鋼板的組成係同樣，但是在條件No.21，係能夠得到顯著地較優良之輥軋方向的磁特性。這是因為相對於條件No.21係不進行熱軋板退火，條件No.22係進行了熱軋板退火之緣故。
又，相較於不含有Cr之條件No.21，在含有Cr之條件No.23及24，輥軋方向的鐵損係顯著地較低。由此得知藉由含有Cr，能夠更抑制輥軋方向的鐵損。而且，從表6可以清楚明白，得知依照本發明，能夠製造在輥軋方向的磁特性優良之無方向性電磁鋼板。
而且，上述實施形態係任一者均不過是顯示實施本發明之具體化的例子，本發明的技術範圍係不因為該等而被限定地解釋。亦即，本發明係只要不從其技術思想或其主要的特徵脫離，能夠以各式各樣的形式實施。
產業上之可利用性
本發明係例如能夠利用於電磁鋼板產業及利用電磁鋼板的產業。亦即，亦能夠利用在利用電磁鋼板之電氣機器的相關產業。而且，本發明係對該等產業的技術革新有貢獻。

Claims (3)

  1. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具備以下步驟：將鋼材熱軋而形成鋼帶之步驟，該鋼帶以質量%計含有：Si：0.1%以上且4.0%以下、Al：0.1%以上且3.0%以下，Mn：0.1%以上且2.0%以下，及Sn：0.02%以上且0.40%以下、Cu：0.1%以上且1.0%以下之1種或2種，C含量為0.003%以下，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物元素所構成；其次，進行前述鋼帶的第1冷軋之步驟；其次，進行前述鋼帶的中間退火之步驟；其次，進行前述鋼帶的第2冷軋之步驟；及其次，對前述鋼帶施行完工退火之步驟；且使前述熱軋的完工溫度為900℃以下，在前述熱軋之後，不進行退火而開始前述第1冷軋，而且使前述第2冷軋的壓下率為40%以上且85%以下。
  2. 一種無方向性電磁鋼板之製造方法，其特徵在於具備以下步驟：將鋼材熱軋而形成鋼帶之步驟，該鋼帶以質量%計含有： Si：0.1%以上且4.0%以下、Al：0.1%以上且3.0%以下，Mn：0.1%以上且2.0%以下，及Cr：0.2%以上且10.0%以下，C含量為0.003%以下，剩餘部分係由Fe及不可避免的不純物元素所構成；其次，進行前述鋼帶的第1冷軋之步驟；其次，進行前述鋼帶的中間退火之步驟；其次，進行前述鋼帶的第2冷軋之步驟；及其次，對前述鋼帶施行完工退火之步驟；且使前述熱軋的完工溫度為900℃以下，在前述熱軋之後，不進行退火而開始前述第1冷軋，而且使前述第2冷軋的壓下率為40%以上且85%以下。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之無方向性電磁鋼板之製造方法，其中前述鋼材以質量%計含有P：0.15%以下。
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