TWI487795B

TWI487795B - Non - directional electromagnetic steel sheet for compressor motor and its manufacturing method

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Publication number: TWI487795B
Application number: TW101137578A
Authority: TW
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2015-06-11
Also published as: TW201414849A

Description

壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片及其製造方法

本發明係關於一種電磁鋼片及其製造方法，特別係關於一種壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片及其製造方法。

習知為降低壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之鐵損，一般會提高鋼材的合金添加量，以提高電阻率。然而，過高的合金添加量係會導致磁通密度顯著下降，且亦會增加鋼材強度，造成軋延困難及增加沖片模具損耗。此外，習知壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片均需塗膜，以於鋼片間建立絕緣阻抗及避免在應力消除退火過程中產生黏結。

如美國公告專利第US6007642號所揭示之「超低損馬達疊層片(SUPER LOW LOSS MOTOR LAMINATION SHEET)」，其係提高矽及鋁之含量，使鋼材無相變態發生，亦即在整個生產過程中，均於肥粒鐵域下完成，且熱軋後，必須進行熱軋退火，藉此，可有效降低馬達疊層片之鐵損。惟，上述方法因使用高含量矽及鋁，故鋼材強度過高，不易軋延。

另，如美國公告專利第US6231685號所揭示之「輥軋方向磁性優化之電磁鋼片(ELECTRICAL STEEL WITH IMPROVED MAGNETIC PROPERTIES IN THE ROLLING DIRECTION)」，其係使用亮面工輥進行調質軋延，以製得磁性改善及表面粗糙度低之電磁鋼片。然而，上述方法所製得之電磁鋼片於疊成鐵芯後，易在應力消除退火過程中產生黏結，故各鋼片表面皆需覆蓋塗膜，以避免黏結現象發生。惟，覆蓋塗膜必須使用塗料及加入塗膜烘烤程序，其會增加鋼片之製造成本及製程複雜度。

因此，有必要提供一創新且具進步性之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片及其製造方法，以解決上述問題。

本發明提供一種壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，該製造方法包括以下步驟：(a)提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.005重量%之碳、0.1至1.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至1.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.005重量%之硫、小於0.005重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質，且矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：1.65重量%<(3S+M+2A+4P)<4.3重量%；(b)加熱該鋼胚；(c)熱軋該鋼胚，以形成一鋼板；(d)冷軋該鋼板至一設定厚度；(e)對該鋼板進行一退火處理步驟；以及(f)調質軋延該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片。

本發明另提供一種壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片，其組成包括：小於0.005重量%之碳、0.1至1.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至1.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.005重量%之硫、小於0.005重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：1.65重量%<(3S+M+2A+4P)<4.3重量%。

本發明之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片因大幅減少合金添加量，故可降低合金使用成本，且易於軋延。

本發明之製造方法係省略熱軋後之退火步驟，且冷軋後所進行之退火溫度相對較低，故退火所需耗費之能源成本可大幅降低。

此外，本發明之製造方法係可於鋼片表面形成高粗糙度，而高粗糙度表面可在後續馬達鐵芯發藍處理過程中，幫助藍化層(即氧化鐵層)生成，而藍化層可用以防止黏結現象發生。換句話說，本發明之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片不需塗膜，因此，鋼片製造步驟可大幅簡化，並可節省塗料及塗膜烘烤成本。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

圖1顯示本發明壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法流程圖。請參閱圖1之步驟S11，提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.005重量%之碳、0.1至1.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至1.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.005重量%之硫、小於0.005重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質。在本實施例中，矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P必須滿足以下條件。

1.65重量%<(3S+M+2A+4P)<4.3重量% (1)

請參閱步驟S12，加熱該鋼胚。此步驟之加熱溫度為1200至1250℃，且較佳地，加熱時間為2至4小時。

請參閱步驟S13，熱軋該鋼胚，以形成一鋼板。在此步驟中，該鋼板的厚度係為2.5毫米。此外，為使熱軋組織呈現均勻粗大之晶粒結構，以獲得較佳之電磁特性，在本實施例中，其熱軋完軋溫度FT必須滿足以下條件：(V-80)<FT<(V-30) (2)其中V=860+(1.1S-1.25M+2.4A-2.46P-47.2W)×100，而W係為碳含量。

請參閱步驟S14，冷軋該鋼板至一設定厚度。在此步驟中，該設定厚度接近一最終厚度(即電磁鋼片所需厚度)。較佳地，在進行冷軋之前，先對該鋼板進行一酸洗程序。

請參閱步驟S15，對該鋼板進行一退火處理步驟。在本實施例中，該退火處理步驟係於650至850℃之溫度範圍下進行，且退火時間為15至90秒，以使其再結晶與晶粒成長。較佳地，晶粒尺寸應維持在7至40微米，此條件係設定為後續實例之條件(3)。

請參閱步驟S16，調質軋延該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片。此步驟之條件係為以表面粗糙度高於2.5微米之一粗面工輥及小於12%之調質軋延率對該鋼板進行調質軋延，以使所形成之鋼片表面具有高於0.7微米之粗糙度，此條件係設定為後續實例之條件(4)。

此外，為使鋼板硬度HR30T(洛式硬度30T)可穩定在60至75之間，並達到0.35至0.7毫米之最終厚度，在本實施例中，調質軋延率R必須滿足以下條件：(X-0.25)≦R≦(X+0.25) (5)其中X=-2.86+0.53G-0.0041G² ，而G係為步驟S15退火後該鋼板之晶粒尺寸，較佳地，G係為7至40微米。

另外，在步驟S16之後，可對該電磁鋼片進行一應力消除退火步驟，以使該電磁鋼片之晶粒尺寸大幅成長至70微米以上，並形成均勻晶粒組織。藉此，可使鐵損值大幅改善，並獲得良好之磁通密度。

此外，本發明之製造方法係可於鋼片表面形成0.7微米以上之高粗糙度，而高粗糙度表面可在後續馬達鐵芯發藍處理過程中，幫助藍化層(即氧化鐵層)生成，而藍化層可用以防止黏結現象發生。換句話說，本發明之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片不需塗膜，因此，鋼片製造步驟可大幅簡化，並可節省塗料及塗膜烘烤成本。

依據本發明之製造方法所製得之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片的組成包括：小於0.005重量%之碳；0.1至1.5重量%之矽；0.1至1.5重量%之錳；0.1至1.0重量%之鋁；0.005至0.1重量%之磷；0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種；小於0.005重量%之硫；小於0.005重量%之氮；及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足上述之條件(1)。

茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。

發明例及比較例： 發明例及比較例之鋼料成份如表1所列，單位為重量%。如表1所列，發明例及比較例採用A、B、C及D等4種不同鋼料組成，其中矽含量S分別為0.44、0.65、1.02及1.42重量%；錳含量M分別為0.55、1.0、0.55及0.45重量%；鋁含量A分別為0.11、0.55、0.1及0.12重量%；及磷含量P分別為0.065、0.032、0.016及0.017重量%。而未列示於表1之碳、硫及氮含量均約為0.003重量%，銻含量均約為0.08重量%，其餘為實質的鐵與不可避免的雜質。

鋼材經造塊或連鑄後產出之鋼胚，係先於1220℃之爐中加熱2小時；接著，依表2之熱軋條件將該鋼胚熱軋成厚度為2.5毫米之鋼板，其中盤捲溫度CT均為700℃；鋼板經過酸洗後，冷軋至接近0.5毫米之板厚；之後，將鋼板置於650至850℃之退火爐中，均熱30秒，退火後之鋼材晶粒尺寸如表2所列；最後，依據表2所列之調質工輥粗糙度及調質軋延率對冷軋退火後之鋼材進行調質軋延，在本實施例中，實施之調質軋延率與冷軋退火後晶粒尺寸之關係需滿足上述之條件(5)。表3.則列示發明例及比較例之實施條件。

經過調質軋延後之鋼片，分別進行硬度HR30T及表面粗糙度之量測，其量測結果如表4所列。

表4之結果證實發明例之鋼片硬度HR30T確可穩定在60至75之間，且鋼片表面粗糙度皆高於0.7微米。

之後，將試片置於750℃進行應力消除退火2小時，所得試片則進行晶粒尺寸、鐵損值(W15/50)及磁通密度(B50)之量測，其中W15/50表示激磁頻率為50 Hz，並激磁到1.5特斯拉(Tesla)時之鐵損值；B50表示激磁頻率為50 Hz，磁場強度達5000 A/m時所得之磁通密度。另一方面，對調質軋延後鋼片進行藍化處理，其係剪取適當大小之鋼片，並疊片鉚合後，經過750℃與2小時的應力消除退火，降溫至400℃，通入氧化性氣氛，並至少維持30分鐘，隨後分析鋼片表面之黏結狀況，並以輝光放電縱深成分分佈分析儀量測氧化鐵層厚度。上述各項分析及量測結果，如表5所列。

由表5之結果可知，表面粗糙度小於0.7微米之比較例A-4及C-3皆發生黏結現象，其黏結發生主因在於所形成之氧化鐵層(藍化層)厚度太薄，僅約0.1微米，故無法抑制黏結現象發生。反觀，表面粗糙度大於0.7微米之發明例A-1、A-3、B-1及C-1則未發生黏結現象，因其具有較厚之氧化鐵層(≧0.24微米)，故可有效抑制黏結現象發生。

圖2顯示本發明發明例A-1之熱軋組織金相圖。圖3顯示本發明比較例A-5之熱軋組織金相圖。圖4顯示本發明比較例C-3之熱軋組織金相圖。比較圖2、圖3及圖4可知，發明例A-1因採用本發明所提出之熱軋條件，因此，可獲得晶粒均勻組織。

圖5顯示本發明發明例A-1之應力消除退火後組織金相圖。圖6顯示本發明比較例A-2之應力消除退火後組織金相圖。圖7顯示本發明發明例A-3之應力消除退火後組織金相圖。圖8顯示本發明比較例C-2之應力消除退火後組織金相圖。比較圖5、圖6、圖7及圖8可知，符合條件(1)至(5)之發明例A-1及A-3，於應力消除退火後皆可獲得晶粒均勻組織，且依據表5之結果，發明例A-1及A-3之應力消除退火後晶粒尺寸皆在70微米以上，因此，鐵損值明顯改善，並可獲得良好之磁通密度。

圖9顯示本發明發明例A-1之氧化鐵層厚度分析圖。圖10顯示本發明比較例A-4之氧化鐵層厚度分析圖。本發明以輝光放電縱深成分分佈分析儀量測氧化鐵層厚度，比較圖9及圖10可知，發明例A-1之氧化鐵層厚度約為比較例A-4之氧化鐵層厚度的兩倍，因此，鋼片不需塗膜，即可防止黏結現象發生。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

(無元件符號說明)

圖1顯示本發明壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法流程圖；圖2顯示本發明發明例A-1之熱軋組織金相圖；圖3顯示本發明比較例A-5之熱軋組織金相圖；圖4顯示本發明比較例C-3之熱軋組織金相圖；圖5顯示本發明發明例A-1之應力消除退火後組織金相圖；圖6顯示本發明比較例A-2之應力消除退火後組織金相圖；圖7顯示本發明發明例A-3之應力消除退火後組織金相圖；圖8顯示本發明比較例C-2之應力消除退火後組織金相圖；圖9顯示本發明發明例A-1之氧化鐵層厚度分析圖；及圖10顯示本發明比較例A-4之氧化鐵層厚度分析圖。

Claims

一種壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，包括以下步驟：(a)提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.005重量%之碳、0.1至1.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至1.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.005重量%之硫、小於0.005重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質，且矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：1.65重量%<(3S+M+2A+4P)<4.3重量%；(b)加熱該鋼胚；(c)熱軋該鋼胚，以形成一鋼板；(d)冷軋該鋼板至一設定厚度；(e)對該鋼板進行一退火處理步驟；以及(f)調質軋延該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(b)之加熱溫度為1200至1250℃。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(b)之加熱時間為2至4小時。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(c)之熱軋完軋溫度FT滿足以下條件：(V-80)<FT<(V-30)其中V=860+(1.1S-1.25M+2.4A-2.46P-47.2W)×100，而W 係為碳含量。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中在步驟(d)之前，另包括對該鋼板進行一酸洗程序。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(d)之該設定厚度接近步驟(f)之該最終厚度。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(e)之該退火處理步驟係於650至850℃之溫度範圍下進行。
如請求項7所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(e)之退火時間為15至90秒。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(f)係以表面粗糙度高於2.5微米之一粗面工輥對該鋼板進行調質軋延。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(f)之調質軋延率R滿足以下條件：(X-0.25)≦R≦(X+0.25)其中X=-2.86+0.53G-0.0041G² ，而G係為步驟(e)退火後該鋼板之晶粒尺寸。
如請求項10所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中該調質軋延率R小於12%。
如請求項10所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中G為7至40微米。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中步驟(f)之該最終厚度為0.35至0.7毫米。
如請求項1所述之壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片之製造方法，其中在步驟(f)之後，另包括對該電磁鋼片進行一應力消除退火步驟。
一種壓縮機馬達用無方向性電磁鋼片，其組成包括：小於0.005重量%之碳；0.1至1.5重量%之矽；0.1至1.5重量%之錳；0.1至1.0重量%之鋁；0.005至0.1重量%之磷；0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種；小於0.005重量%之硫；小於0.005重量%之氮；及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：1.65重量%<(3S+M+2A+4P)<4.3重量%。