TWI547568B - Non - directional electrical steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

無方向性電磁鋼板及其製造方法
本發明是有關於一種主要被用作電子機器的鐵心材料的無方向性電磁鋼板，特別是有關於一種排除了再資源化的抑制因素的回收利用性（recycle）優異的無方向性電磁鋼板及其製造方法。
近年來，對地球資源的枯竭或廢棄物增加的擔憂加劇，在各種領域中積極進行將資源回收利用的探索。在鐵鋼業中，將各種鐵廢料（iron scrap），例如汽車、洗衣機、空調等作為製鐵原料的一部分而加以利用，預料今後鐵廢料的量會進一步增加。製鐵時廢料（scrap）量的增加會使回收利用性變得良好，但另一方面，先前廢料中含有有害的Cu等，因而存在鐵鋼製品的品質劣化的問題。
而且，從地球資源的觀點而言，對節能的關注亦高漲。在馬達的領域，例如對於家用空調中使用的馬達而言，要求耗電少且能量損失小的馬達。因而，對用作馬達的鐵心材料的無方向性電磁鋼板要求高性能的特性，為了降低馬達的鐵損而要求鐵損低的無方向性電磁鋼板，或為了降低馬達的銅損而要求磁通密度高的無方向性電磁鋼板。 進而，最近，將鐵心材衝壓時產生的廢料有效用於鑄物的原料的用戶正不斷增加。從確保廢料的鑄造性的觀點而言，需要將鋼板的Al含量降低至小於0.05%。這是因為，當Al含量為0.05%以上時，鑄物中容易產生氣孔（blow hole）。
關於降低了Al含量的無方向性電磁鋼板，專利文獻1中記載了若將Al含量設為0.017%以下，較佳設為0.005%以下，則因織構（texture）的改善而磁通密度提高。另一方面，亦記載了於此種極低Al材中，鐵損劣化而磁性變得不穩定。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]專利第4126479號公報
[發明所欲解決之課題]
如所述般，在期待將無方向性電磁鋼板作為鐵廢料而再利用且降低了Al含量的情況下，磁性變得不穩定為回收利用無方向性電磁鋼板時的課題。本發明解決該問題而提供一種回收利用性優異的無方向性電磁鋼板及其製造方法。 [解決課題之手段]
且說，發明者等人為了解決所述課題，對回收利用性優異的無方向性電磁鋼板進行了積極研究後發現，在如後述般的極低Al材中，在混入了起因於廢料材的利用等的Cu的情況下，磁性會出現大幅不均。進而發現，在此種極低Al材中混入了Cu的鋼中，添加Ca對於抑制磁性的不均極為有效，從而導出本發明。本發明立足於所述發現。
即，本發明的主旨構成為如下。 1. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於： 以質量%計含有： C：0.0050%以下， Si：1.0%以上且4.0%以下， Mn：0.10%以上且3.0%以下， Sol.Al：小於0.0050%， P：超過0.01%且0.20%以下， S：0.0050%以下， N：0.0050%以下， Cu：0.02%以上且小於0.10%及 Ca：0.0005%以上且0.0100%以下， 剩餘部分具有Fe及不可避免的雜質的成分組成。
2. 如所述1所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於：所述成分組成進而含有合計為0.01質量%以上且0.1質量%以下的選自Sn及Sb中的一種或兩種。
3. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，對鋼坯實施熱軋，對所獲得的熱軋板不進行退火而進行酸洗，然後實施冷軋，繼而實施最終退火，所述鋼坯以質量%計含有： C：0.0050%以下， Si：1.0%以上且4.0%以下， Mn：0.10%以上且3.0%以下， Sol.Al：小於0.0050%， P：超過0.01%且0.20%以下， S：0.0050%以下， N：0.0050%以下， Cu：0.02%以上且小於0.10%及 Ca：0.0005%以上且0.0100%以下， 剩餘部分具有Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述無方向性電磁鋼板的製造方法的特徵在於： 在所述熱軋的精軋後，將所述熱軋板以650℃以上的溫度捲繞成螺旋狀。
4. 如所述3所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於：所述成分組成進而含有合計為0.01質量%以上且0.1質量%以下的選自Sn及Sb中的一種或兩種。 [發明的效果]
根據本發明，可穩定地提供十分有助於地球規模下的環境及資源的保護、且回收利用性優異的無方向性電磁鋼板。
基於實驗結果對本發明進行詳細說明。 另外，關於成分的「%」及「ppm」的表達只要不作特別說明，則是指「質量%」及「質量ppm」。而且，就磁性而言，是在輥軋方向（L）及輥軋直角方向（C）上切出愛波斯坦（Epstein）試驗片，並利用日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS） C2550中記載的愛波斯坦法進行測定，且以B50 （磁化力5000 A/m時的磁通密度）及W15/50 （磁通密度1.5 T、頻率50 Hz下勵磁時的鐵損）進行評價。
首先，關於無方向性電磁鋼板，為了確認設為極低Al對磁性的影響，而進行以下的實驗。 首先，將作為極低Al材、且設為含有C：0.002%、Si：1.6%、Mn：0.5%、P：0.04%、Al：0.0005%以下、N：0.002%及S：0.002%的鋼組成的鋼出鋼8爐（charge），並藉由熱軋形成板厚2.8 mm。繼而，對該熱軋板進行酸洗後冷軋至板厚0.5 mm，在20%H2 -80%N2 氣體環境中進行1000℃×10 s的最終退火。然後，對所獲得的材料的磁性，針對每一爐製作試驗片並進行調查後，可知爐間磁性出現大幅不均。而且，進行成分分析後，結果，磁性劣化的材料中的Cu為0.02%以上，比其他材料高，因此，推測Cu微細析出等導致磁性劣化。 此處，因廢料源中例如使用洗衣機或空調等電器，故導線的Cu不可避免地包含於廢料中。因此，近年來，認為因作為製鐵原料的廢料的使用比率高，故磁性劣化的材料中混入有源自廢料的Cu。
因此，對涉及磁性的Cu的影響進行了調查。首先，使作為極低Al材的含有C：0.002%、Si：1.6%、Mn：0.5%、P：0.04%、Al：0.0005%以下、N：0.002%及S：0.002%的鋼，與作為比較的Al添加材的含有C：0.002%、Si：1.3%、Mn：0.5%、P：0.04%、Al：0.3%、N：0.002%及S：0.002%的鋼，分別在Cu：0.005%～0.04%的範圍內變化而進行熔製（均未添加Ca）。然後，藉由熱軋形成板厚2.8 mm。繼而，對該熱軋板進行酸洗而冷軋至板厚0.5 mm，在20%H2 -80%N2 氣體環境中進行1000℃×10 s的最終退火。將對該些最終退火板的磁性進行調查所得的結果表示於圖1（a）、圖1（b）（極低Al+Ca未添加）及圖2（a）、圖2（b）（Al添加+Ca未添加）。另外，圖1（a）、圖1（b）及圖2（a）、圖2（b）中，（a）表示鐵損及（b）表示磁通密度的測定結果。 圖2（a）、圖2（b）所示的Al添加材中，Cu增加引起的磁性的劣化相對較小。另一方面可知，圖1（a）、圖1（b）所示的極低Al材中，若Cu增加則磁性大幅不均，相同的Cu量中最為劣化時的磁性非常差。然而，在Cu為0.01%左右的材料中，極低Al材的磁性比Al添加材良好。如此，極低Al材中雖具有為優異特性的電位（potential），但存在Cu增加引起的磁性的劣化量或不均大的問題。
該原因雖未必明確，但認為是由以下引起。即，認為在極低Al材中，並無使氮化物粗大化的元素，因而氮化物變得微細，該微細的氮化物與Cu的硫化物之間存在某些相互作用，從而特性不均。實際上，極低Al材中，只要充分降低Cu便可獲得良好的特性。因此，極低Al材中，降低Cu成為使磁性穩定化的一個手段。然而，為此需要減少鐵廢料的使用比率，從而有悖於對環境及資源的保護的近年的趨勢。
因此，為了使Cu無害化而研究利用Ca。 使作為極低Al材（Ca添加）的含有C：0.002%、Si：1.6%、Mn：0.5%、P：0.04%、Al：0.0005%以下、N：0.002%、S：0.002%、Ca：0.003%的鋼，與作為用於比較的Al添加材（Ca添加）的含有C：0.002%、Si：1.3%、Mn：0.5%、P：0.04%、Al：0.3%、N：0.002%、S：0.002%及Ca：0.003%的鋼，在Cu：0.005～0.04%的範圍內變化而進行熔製。然後，藉由熱軋而形成板厚2.8 mm。繼而，對該熱軋板進行酸洗並冷軋至板厚0.5 mm，在20%H2 -80%N2 氣體環境中進行1000℃×10 s的最終退火。將對該些最終退火板的磁性進行調查所得的結果表示於圖3（a）、圖3（b）（極低Al+Ca添加）及圖4（a）、圖4（b）（Al添加+Ca添加）。 如圖3（a）、圖3（b）及圖4（a）、圖4（b）所示可知，藉由Ca的添加而抑制Cu增加所引起的磁性的劣化或不均。該效果在圖3（a）、圖3（b）所示的極低Al材中極為顯著，極低Al材不依存於Cu量而獲得比Al添加材更好的磁性。 基於以上的發現，可提供藉由特別限制Al、Cu及Ca的量，即便為極低Al材亦可確實地保證良好的磁性的、回收利用性優異的無方向性電磁鋼板。
其次，對本發明中將鋼成分限定為所述組成範圍的理由進行說明。 C：0.0050%以下 因C會使鐵損劣化，故越少越佳。若C超過0.0050%則鐵損增加變得特別顯著，因而C限定為0.0050%以下。因C較佳為越少越佳，故下限無需作特別限定，但工業規模的生產中降低至小於0.0003%要耗費非常大的成本，因而較佳為將下限設為0.0003%。
Si：1.0%以上且4.0%以下 因Si具有提高電阻並降低鐵損的效果，故將下限設為1.0%。另一方面，若超過4.0%則會導致輥軋性的降低，因而Si量限制為4.0%以下。較佳為1.5%～3.3%。
Al：小於0.0050% 就用戶方的有效利用廢料的觀點而言，為了確保廢料原料的鑄造性，推薦Al小於0.05%，但本發明中，為了藉由進一步降低Al而改善織構並提高磁通密度，需要設為小於0.0050%。因此，Al設為小於0.0050%。較佳為0.0020%以下。
P：超過0.01%且0.20%以下 P為對於藉由微量的添加而提高硬度有用的元素。根據用戶的不同而最佳硬度不同，因而適宜在超過0.01%的範圍內含有P。另一方面，P的過剩的添加會導致輥軋性的降低，因而將P量限制為0.20%以下。較佳為0.03%～0.10%的範圍。
N：0.0050%以下 N與所述C同樣地會使磁性劣化，因而限制為0.0050%以下。因N較佳為越少越佳，故下限無需作特別限定。
S：0.0050%以下 S形成析出物或夾雜物而使製品的磁性劣化，因而宜為越少越佳。因會使磁性劣化，故限制為0.0050%以下。因S越少越佳，故下限無需作特別限定。
Mn：0.10%以上且3.0%以下 Mn與Si同樣地為有效增加電阻並降低鐵損的元素。而且，為了防止熱脆性需要為0.10%以上。另一方面，若超過3.0%，則會因飽和磁通密度的降低而使得磁通密度降低，因此上限設為3.0%。較佳為0.20%～1.0%的範圍。
Ca：0.0005%以上且0.0100%以下 本發明中，因是Cu量高且Al量極低的材料，故為了使磁性穩定化，而添加Ca。當Ca小於0.0005%時，該效果不充分，另一方面，若超過0.0100%，則Ca氧化物增加反而鐵損劣化，因而設為0.0005%以上且0.0100%以下。較佳為0.001%以上且0.005%以下。
Cu：0.02%以上且小於0.1% 本發明中，為了推進資源的回收利用，期望儘可能提高製鐵原料的廢料比率。若提高該廢料比率，則無方向性電磁鋼板的素材中含有0.02%以上的Cu。這是因為，廢料源中例如使用洗衣機或空調等電器，因而導線的Cu不可避免地包含於廢料中。然而，若Cu為0.1%以上，則即便添加Ca亦難以避免特性的劣化，因而上限設為小於0.1%。
除所述基本成分外，可視需要添加合計為0.01%以上且0.1%以下的選自Sn及Sb中的一種或兩種。 Sn、Sb：合計為0.01%以上且0.1%以下 Sn及Sb均具有改善織構並提高磁性的效果。為了獲得該效果，可單獨添加或複合添加Sb及Sn。任一情況下，均較佳為添加合計為0.01%以上。另一方面，若過剩添加則鋼會脆化，鋼板製造中的板斷裂或結疤增加，因而在單獨添加或複合添加Sn及Sb的任一情況下，均較佳為合計為0.1%以下。更佳為0.02%～0.08%的範圍。
除以上成分外的剩餘部分為鐵及不可避免的雜質，作為不可避免的雜質，有V≦0.004%、Nb≦0.004%、B≦0.0005%、Ni≦0.05%、Cr≦0.05%、Ti≦0.002%等。
接下來，對依據本發明的製造方法進行敍述。 本發明的無方向性電磁鋼板的製造中，在省略熱軋板退火的情況下需要限制熱軋後的螺旋捲繞溫度，除此以外，可使用一般的無方向性電磁鋼板中應用的步驟及設備來實施。 例如，將轉爐或電爐等中熔製為規定成分組成的鋼，利用除氣設備進行二次熔煉、鑄造後，進行熱軋。雖可進行熱軋後的熱軋板退火，但並非必須進行。自充分產生再結晶的觀點而言，實施熱軋板退火時的退火溫度較佳為800℃以上，自製造成本的觀點而言，較佳為1200℃以下。另外，自抑制製造成本的觀點而言，省略熱軋板退火更為有利。然後，可經由酸洗、冷軋、最終退火及絕緣被膜形成等步驟而製造。
此處，尤其在省略熱軋板退火的情況下，熱軋後的螺旋捲繞溫度需要設為650℃以上。若冷軋前的鋼板未能充分再結晶，則會發生起筋（ridging）或磁性劣化，因而需要在省略熱軋板退火的情況下將捲繞溫度設為650℃以上而促進再結晶化。較佳為670℃以上。 另外，在進行熱軋板退火的情況下，捲繞溫度亦可不設為650℃以上。
所述熱軋板時不作特別限制，較佳為1.5 mm～3.0 mm，進而較佳為1.7 mm～2.8 mm。這是因為，當小於1.5 mm時熱軋下的輥軋困難增加，另一方面，當超過3.0 mm時冷軋軋縮率增加而織構劣化。同樣地，冷軋板的厚度不作特別限制，較佳為0.20 mm～0.50 mm。這是因為，若小於0.20 mm，則生產性下降，另一方面，若超過0.50 mm則鐵損降低效果小。
所述冷軋亦可為板溫為200℃左右的溫軋。然後，所述最終退火的均熱溫度較佳設為700℃以上且1150℃以下。這是因為，若退火的均熱溫度小於700℃則存在再結晶無法充分進行而磁性大幅劣化的情況，除此之外，有無法充分發揮連續退火中的板形狀的矯正效果之虞。另一方面，若超過1150℃則有結晶粒極為粗大化，尤其高頻區域下的鐵損增加之虞。 實施例
將熔鐵在轉爐中吹練後進行除氣處理，藉此調整為表1所示的成分組成，然後使用連續鑄造機鑄造鋼坯，將鋼坯以1120℃加熱1小時後，進行直至板厚2.8 mm的熱軋。該熱軋中的精軋溫度為900℃，以680℃進行捲繞。然後，該熱軋後不實施熱軋板退火而進行酸洗，實施冷軋直至板厚：0.50 mm後，以980℃進行10秒的最終退火。
然而，就鋼種F與鋼種C2而言，將熱軋後的捲繞溫度設為550℃，進而對於鋼種C2在熱軋後藉由連續退火而實施均熱溫度1000℃、均熱時間30秒的熱軋板退火。另外，鋼種H在熱軋時產生裂紋，因而未實施熱軋以後的步驟。之後的冷軋中，鋼種M及鋼種G發生斷裂，鋼種F發生起筋，因而未實施冷軋以後的步驟。
進而，對所獲得的製品板的磁性進行調查。就磁性而言，是在輥軋方向（L）及輥軋直角方向（C）上切出愛波斯坦（Epstein）試驗片，並利用JIS C2550中記載的愛波斯坦法進行測定，且以B50 （磁化力：5000 A/m時的磁通密度）及W10/400 （磁通密度：1.0 T、頻率：400 Hz下勵磁時的鐵損）進行評價。 將所獲得的結果一併記述於表1中。
[表1]
如表1所示，在依據本發明製造的情況下，並無熱軋及冷軋中的斷裂且可獲得良好的磁性。
無
圖1（a）、圖1（b）是表示極低Al材中Cu對磁性造成的影響的曲線圖。 圖2（a）、圖2（b）是表示Al添加材中Cu對磁性造成的影響的曲線圖。 圖3（a）、圖3（b）是表示添加了Ca的極低Al材中Cu對磁性造成的影響的曲線圖。 圖4（a）、圖4（b）是表示添加了Ca的Al添加材中Cu對磁性造成的影響的曲線圖。

Claims (4)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於： 以質量%計含有： C：0.0050%以下， Si：1.0%以上且4.0%以下， Mn：0.10%以上且3.0%以下， Sol.Al：小於0.0050%， P：超過0.01%且0.20%以下， S：0.0050%以下， N：0.0050%以下， Cu：0.02%以上且小於0.10%及 Ca：0.0005%以上且0.0100%以下， 剩餘部分具有Fe及不可避免的雜質的成分組成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無方向性電磁鋼板，其中所述成分組成進而含有合計為0.01質量%以上且0.1質量%以下的選自Sn及Sb中的一種或兩種。
  3. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，對鋼坯實施熱軋，對所獲得的熱軋板不進行退火而進行酸洗，然後實施冷軋，繼而實施最終退火，所述鋼坯以質量%計含有： C：0.0050%以下， Si：1.0%以上且4.0%以下， Mn：0.10%以上且3.0%以下， Sol.Al：小於0.0050%， P：超過0.01%且0.20%以下， S：0.0050%以下， N：0.0050%以下， Cu：0.02%以上且小於0.10%及 Ca：0.0005%以上且0.0100%以下， 剩餘部分具有Fe及不可避免的雜質的成分組成，所述無方向性電磁鋼板的製造方法的特徵在於： 在所述熱軋的精軋後，將所述熱軋板以650℃以上的溫度捲繞成螺旋狀。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中所述成分組成進而含有合計為0.01質量%以上且0.1質量%以下的選自Sn及Sb中的一種或兩種。
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