TWI623629B - 無方向性電磁鋼板及無方向性電磁鋼板的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種於反相器激磁下亦鐵損優異、可較佳地用作馬達的鐵芯的無方向性電磁鋼板。本發明的無方向性電磁鋼板具有特定的成分組成，平均結晶粒徑r為40 μm～120 μm，結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的合計面積相對於鋼板的剖面積之面積率R為2%以上，且所述平均結晶粒徑r（μm）及所述面積率R（%）滿足下述（1）式的條件。 R＞-2.4×r＋200…（1）

Description

無方向性電磁鋼板及無方向性電磁鋼板的製造方法
本發明是有關於一種無方向性電磁鋼板(non-oriented electrical steel sheet)，該無方向性電磁鋼板於用作馬達(motor)的鐵芯時，由因反相器(inverter)的開關(switching)所產生的高次諧波所引起的鐵損的增加極小。另外，本發明是有關於一種具有所述特性的無方向性電磁鋼板的製造方法。
電磁鋼板為自先前以來被廣泛地用作馬達或變壓器等的鐵芯材料的材料。近年來就環境問題或成本降低(cost down)的觀點而言，於各種領域中趨向(close-up)節能化，而強烈要求電磁鋼板的低鐵損化。
於馬達的領域中，先前藉由正弦波交流來使馬達驅動，但為了實現高效率化，藉由使用反相器的脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)控制來驅動馬達逐漸普及。然而，於使用反相器的PWM控制中，得知由反相器的開關所引起的高次諧波重疊，故鐵芯中的能量消耗增加。由此，對於馬達用的無方向性電磁鋼板而言，正在進行考慮到反相器激磁下的磁氣特性的材料開發。
例如於專利文獻1中揭示：藉由將無方向性電磁鋼板的 板厚控制為0.3mm~0.6mm，將表面粗糙度Ra控制為0.6μm以下，將比電阻控制為40μΩ．cm~75μΩ．cm，將結晶粒徑控制為40μm~120μm，而改善用作反相器控制壓縮機馬達時的效率。
另外，於專利文獻2中揭示有一種含有1.5質量%~20質量%的Cr及2.5質量%~10質量%的Si、且板厚為0.01mm~0.5mm的無方向性電磁鋼板。根據專利文獻2中揭示的技術，藉由添加Cr，可防止因存在大量的Si所致的脆化，可製造適於高頻激磁的用途的無方向性電磁鋼板。
於專利文獻3中揭示有一種含有既定量的Mo的無方向性電磁鋼板，於專利文獻4中揭示有一種含有既定量的W的無方向性電磁鋼板。根據專利文獻3、專利文獻4所揭示的技術，藉由添加適當量的Mo或W，即便於Cr存在的情形時，亦可抑制由Cr化合物的析出所引起的鐵損的降低。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平10-025554號公報
專利文獻2：日本專利特開2001-279403號公報
專利文獻3：日本專利特開2002-294417號公報
專利文獻4：日本專利第4860783號公報
然而，專利文獻1中揭示的技術中，為了提高比電阻而大量 添加Si等元素，結果有鋼板脆化的問題。另外，為了進一步的低鐵損化而必須使板厚變薄，但若使板厚變薄，則有製造中途的破裂或馬達鐵芯加工時的破損的風險提高的問題。
另外，專利文獻2中揭示的技術中，雖可抑制由Si所致的脆化，但有由Cr化合物析出導致鐵損增加的問題。
專利文獻3、專利文獻4中記載的技術中，藉由添加Mo或W可抑制Cr化合物的析出，但有合金成本提高的問題。
進而，除了上文所述的方面以外，專利文獻1~專利文獻4中揭示般的現有技術有以下問題：由使用反相器時的高次諧波所致的磁氣特性劣化大，視激磁條件不同而馬達的效率明顯降低。
本發明是鑒於所述情況而成，其目的在於提供一種於反相器激磁下亦鐵損優異、可較佳地用作馬達的鐵芯的無方向性電磁鋼板。另外，本發明的目的在於提供一種具有所述特性的無方向性電磁鋼板的製造方法。
發明者等為了解決所述課題而進行了潛心研究，結果獲得了以下見解，即，藉由適當地控制無方向性電磁鋼板的結晶粒徑，可降低反相器激磁下的鐵損。以下對為了獲得所述見解而進行的實驗的一例加以說明。
將具有如下成分組成的熔鋼於實驗室中熔解，進行熔鑄而獲得鋼原材料，所述成分組成以質量%計而含有 0.0013%的C、3.0%的Si、1.4%的Mn、1.5%的可溶性Al(Sol.Al)、0.2%的P、0.0006%的Ti、0.001%的S、及0.0006%的As，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質。對所述鋼原材料依序實施以下的(1)~(5)的處理，製作無方向性電磁鋼板。
(1)軋成板厚2.0mm的熱軋；(2)包含以下的(2-1)及(2-2)的熱軋板退火(hot band annealing)，(2-1)均熱溫度為1000℃且均熱時間為200sec的第一均熱處理、(2-2)均熱溫度為1150℃且均熱時間為3sec的第二均熱處理；(3)酸洗；(4)軋成板厚0.35mm的冷軋；及(5)最終退火(final annealing)。
所述最終退火是於600℃~1100℃的各種溫度下進行，藉此製作具有多種平均結晶粒徑的多個無方向性電磁鋼板。另 外，所述最終退火時的加熱是於加熱速度為10℃/sec的條件A與加熱速度為200℃/sec的條件B此兩條件下進行。以下，將於條件A下所得的無方向性電磁鋼板稱為群組(group)A，將於條件B下所得的無方向性電磁鋼板稱為群組B。所述最終退火時的環境是設定為H2：N2=2：8、露點-20℃(PH2O/PH2=0.006)。
使用所得的各無方向性電磁鋼板(最終退火板)，按以下順序製作磁氣特性評價用的環試片。首先，藉由線切割(wire cut)將所述無方向性電磁鋼板加工成外徑110mm、內徑90mm的環狀。將經切割的所述無方向性電磁鋼板積層20片，進而實施120圈(turn)的一次繞線與100圈的二次繞線，由此製成環試片。
繼而，於正弦波激磁下與反相器激磁下的兩個條件下評價所述環試片的磁氣特性。激磁條件是設定為最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4。
將正弦波激磁下的磁氣特性示於圖1中，將反相器激磁下的磁氣特性示於圖2中。另外，將鐵損增加率Winc與平均結晶粒徑的關係示於圖3中。此處，所謂鐵損增加率，是以相對於正弦波激磁下的鐵損之比率來表示反相器激磁下的鐵損與正弦波激磁下的鐵損之差，其詳細定義將於下文中描述。
如由圖1~圖3所得知般，正弦波激磁下，群組A、群組B的無方向性電磁鋼板均隨著結晶粒徑的增加而鐵損減少。另一方面，反相器激磁下，鐵損較正弦波激磁下之時大。另外，於平均結晶粒徑小的區域內，與正弦波激磁下的結果同樣地，隨著 結晶粒徑的增加而鐵損減少，但於平均結晶粒徑為特定值以上的區域內，鐵損隨著平均結晶粒徑的增加而增加。而且，群組B的無方向性電磁鋼板於正弦波激磁下具有與群組A的無方向性電磁鋼板相同程度的鐵損，但於反相器激磁下顯示出較群組A的無方向性電磁鋼板小的鐵損。
另外，群組B的無方向性電磁鋼板的平均結晶粒徑顯示出較於相同退火溫度下獲得的群組A的無方向性電磁鋼板小的傾向。進而研究結晶粒徑的分佈，結果得知，於群組B的無方向性電磁鋼板中，粗大的結晶粒與微細粒混合存在，例如於平均結晶粒徑為100μm左右的情形時，粒徑為60μm以下的結晶粒亦大量存在。
群組B的無方向性電磁鋼板的反相器激磁下的鐵損低於群組A的無方向性電磁鋼板的詳細機制當前並不明確。然而，進一步調查結晶粒徑的分佈與反相器激磁下的鐵損之關係，結果得知，若結晶粒徑成為板厚的1/6以下的微細粒大量存在，則反相器激磁下的一次電流的最大值變小，鐵損改善。由此達成了如下想法：藉由將結晶粒徑控制於適當的範圍內，可降低反相器激磁下的鐵損。
本發明是基於所述見解而成，其主旨構成如下。
1.一種無方向性電磁鋼板，具有如下成分組成：以質量%計而含有0.005%以下的C、 4.5%以下的Si、0.02%~2.0%的Mn、2.0%以下的Sol.Al、0.2%以下的P、0.007%以下的Ti、0.005%以下的S、以及合計為0.0005%~0.005%的選自As及Pb中的一種或兩種，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質；並且平均結晶粒徑r為40μm~120μm，結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的合計面積相對於鋼板的剖面積之面積率R為2%以上，且所述平均結晶粒徑r(μm)及所述面積率R(%)滿足下述(1)式的條件：記R>-2.4×r+200…(1)。
2.如所述1所記載的無方向性電磁鋼板，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.01%~0.2%的Sn及0.01%~0.2%的Sb中的一種或兩種。
3.如所述1或2所記載的無方向性電磁鋼板，其中所述 成分組成以質量%計而更含有選自0.0005%~0.005%的REM、0.0005%~0.005%的Mg、及0.0005%~0.005%的Ca中的一種或兩種以上。
4.如所述1至3中任一項所記載的無方向性電磁鋼板，其板厚為0.35mm以下。
5.如所述1至4中任一項所記載的無方向性電磁鋼板，其中利用對磁路剖面積70mm2的環試片實施一次捲繞數120圈、二次捲繞數100圈的繞線而成的環試片，藉由使用反相器的PWM控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定鐵損Winv，且藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定鐵損Wsin，根據所測定的鐵損Winv與鐵損Wsin所計算出的鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin為100%以下。
6.一種無方向性電磁鋼板的製造方法，包括：準備具有如下成分組成的鋼板坯，即，以質量%計而含有0.005%以下的C、4.5%以下的Si
0.02%~2.0%的Mn、2.0%以下的Sol.Al、0.2%以下的P、0.007%以下的Ti、 0.005%以下的S、以及合計為0.0005%~0.005%的選自As及Pb中的一種或兩種，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質；對所述鋼板坯進行熱軋而製成熱軋板；對所述熱軋板實施熱軋板退火，該熱軋板退火包含於均熱溫度800℃~1100℃且均熱時間5min以下的條件下進行的第一均熱處理、及於均熱溫度1150℃~1200℃且均熱時間5sec以下的條件下進行的第二均熱處理；藉由一次冷軋或隔著中間退火的兩次以上的冷軋，將所述經熱軋板退火的熱軋板製成具有最終板厚的鋼板；對所述冷軋後的鋼板實施最終退火；並且所述最終退火中的400℃~740℃下的加熱速度為30℃/sec~300℃/sec。
7.如所述6所記載的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.01%~0.2%的Sn及0.01%~0.2%的Sb中的一種或兩種。
8.如所述6或7所記載的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.0005%~0.005%的REM、0.0005%~0.005%的Mg、及 0.0005%~0.005%的Ca中的一種或兩種以上。
根據本發明，可獲得一種於反相器激磁下亦鐵損優異、可較佳地用作馬達的鐵芯的無方向性電磁鋼板。
圖1為表示正弦波激磁下的鐵損與平均結晶粒徑之關係的圖。
圖2為表示反相器激磁下的鐵損與平均結晶粒徑之關係的圖。
圖3為表示鐵損增加率Winc與平均結晶粒徑之關係的圖。
圖4為表示於反相器激磁下鐵損變良好的面積率R與平均結晶粒徑r的範圍的圖。
[成分組成]
本發明中，重要的是無方向性電磁鋼板及用於製造該無方向性電磁鋼板的鋼板坯具有所述成分組成。因此，首先對成分組成的限定理由加以說明。再者，與成分有關的「%」表示只要無特別說明，則是指「質量%」。
C：0.005%以下
若C含量超過0.005%，則因磁時效而鐵損降低。因此，將C含量設為0.005%以下。C含量更佳為設為0.0020%以下，更佳為 設為0.0015%以下。另一方面，C含量的下限並無特別限定，但過度降低會導致精煉成本的增大，故較佳為設為0.0005%以上。
Si：4.5%以下
Si為具有使鋼的電阻率增加、降低鐵損的效果的元素。於反相器激磁下，渦流損失(eddy current loss)的比率較正弦波激磁下之時變得更大，故認為有效的是相較於正弦波激磁下使用的材料而提高電阻率。然而，若Si含量超過4.5%，則板變脆而於冷軋時容易破裂。因此，將Si含量設為4.5%以下。再者，Si含量較佳為設為4.0%以下，更佳為設為3.7%以下。另一方面，Si含量的下限並無特別限定，但就提高Si的添加效果的觀點而言，較佳為將Si含量設為2.5%以上，更佳為設為3.0%以上。
Mn：0.02%~2.0%
Mn為具有藉由與S結合而降低鋼的熱脆性的效果的元素。
另外，藉由增加Mn含量，可使MnS等析出物粗大化，改善粒成長性。進而，Mn亦具有使電阻率增加而降低鐵損的效果。為了獲得所述效果，將Mn含量設為0.02%以上。Mn含量較佳為設為0.05%以上，更佳為設為0.10%以上，進而佳為設為0.30%以上。另一方面，即便添加超過2.0%的Mn，亦無法預見更高的效果提昇，此外導致成本上漲，故將Mn含量設為2.0%以下。Mn含量較佳為設為1.8%以下，更佳為設為1.6%以下，進而佳為設為1.4%以下。
Sol.Al：2.0%以下
Al為具有藉由以AlN的形式析出而抑制附近的粒成長、殘留微細結晶粒的效果的元素。進而，Al亦具有使電阻率增加而降低鐵損的效果。然而，即便添加超過2.0%，亦無法預見更高的效果提昇。因此，將Al含量設為2.0%以下。再者，Al含量較佳為設為1.5%以下，更佳為設為1.2%以下。另一方面，Al含量的下限並無特別限定，就使電阻率增加的觀點而言，較佳為設為0.0010%以上，更佳為設為0.01%以上，進而佳為設為0.10%以上。
P：0.2%以下
P為具有於熱軋板退火時發生晶界偏析，改善最終退火板的織構的效果的元素。然而，即便添加超過0.2%，亦無法預見更高的效果提昇，此外板變脆而於冷軋時容易破裂。因此，將P含量設為0.2%以下。再者，P含量較佳為設為0.1%以下，更佳為設為0.010%以下。另一方面，P含量的下限並無特別限定，就提高P的添加效果的觀點而言，較佳為將P含量設為0.001%以上，更佳為設為0.004%以上。
Ti：0.007%以下
Ti具有使恢復、再結晶延遲而使{111}方位粒增加的作用，為使磁通密度降低的有害元素。若Ti含量超過0.007%，則不良影響變明顯，故將Ti含量設為0.007%以下。Ti含量較佳為設為0.005%以下。另一方面，Ti含量的下限並無特別限定，但過度的降低會導致原料成本的增大，故較佳為設為0.0001%以上，更佳為設為0.0003%以上，進而佳為設為0.0005%以上。
S：0.005%以下
若S含量超過0.005%，則MnS等析出物增加，粒成長性降低。因此，將S含量設為0.005%以下。再者，S含量較佳為設為0.003%以下。另一方面，S含量的下限並無特別限定，但設為小於0.0001%的情況下會導致製造成本的過度上昇，故S含量較佳為設為0.0001%以上，更佳為設為0.0005%以上，進而佳為設為0.0010%以上。
選自As及Pb中的一種或兩種：合計0.0005%~0.005%
藉由添加以合計含量計為0.0005%以上的As及Pb的至少一者，可將所析出的As及Pb或該些元素的化合物作為核而使AlN等析出物成長，適當控制結晶粒徑分佈。因此，將As及Pb的合計含量設為0.0005%以上。As及Pb的合計含量較佳為設為0.0010%以上。另一方面，若As及Pb的合計含量超過0.005%則效果飽和，另外，板變脆而於冷軋中容易破裂。因此，將As及Pb的合計含量設為0.005%以下。As及Pb的合計含量較佳為設為0.003%以下，更佳為設為0.002%以下。
本發明的一實施形態的無方向性電磁鋼板及鋼板坯的成分組成除了以上的成分以外，包含剩餘部分的Fe及不可避免的雜質。
另外，於其他實施形態中，所述成分組成可更含有選自0.01%~0.2%的Sn及0.01%~0.2%的Sb中的一種或兩種。
Sn：0.01%~0.2%
Sb：0.01%~0.2%
Sn及Sb為具有減少再結晶織構的{111}結晶粒，使磁通密度增大的效果的元素。於添加Sn及Sb的情形時，為了獲得所述效果，將Sn及Sb的含量分別設為0.01%以上。Sn及Sb的含量較佳為分別設為0.02%以上。另一方面，即便過剩添加亦效果飽和，故於添加Sn及Sb的情形時，將Sn及Sb的含量分別設為0.2%以下。Sn及Sb的含量較佳為分別設為0.1%以下。
另外，於其他實施形態中，所述成分組成可更含有選自0.0005%~0.005%的REM、0.0005%~0.005%的Mg及0.0005%~0.005%的Ca中的一種或兩種以上。
REM：0.0005%~0.005%
Mg：0.0005%~0.005%
Ca：0.0005%~0.005%
REM(稀土金屬)、Mg及Ca為具有使硫化物粗大化，改善粒成長性的效果的元素。於添加REM、Mg及Ca的情形時，為了獲得所述效果，將REM、Mg及Ca的含量分別設為0.0005%以上。REM、Mg及Ca的含量較佳為分別設為0.0010%以上。另一方面，若過剰添加，粒成長性反而變差，故於添加REM、Mg及Ca的情形時，將REM、Mg及Ca的含量分別設為0.005%以下。REM、Mg及Ca的含量較佳為分別設為0.003%以下。
[結晶粒徑]
進而，本發明中，重要的是將平均結晶粒徑r設為40μm以 上且120μm以下，將結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的面積率R(以下有時簡稱為「面積率R」)設為2%以上，並且所述平均結晶粒徑r(μm)及所述面積率R(%)滿足下述(1)式的條件。藉此，可降低於使用反相器的PWM控制下經激磁的情形時的鐵損。以下，對其限定理由加以說明。
R>-2.4×r+200…(1)
．平均結晶粒徑r：40μm~120μm
如圖1、圖2所示，藉由將平均結晶粒徑設為40μm~120μm，於正弦波激磁下與反相器激磁下均可降低鐵損。為了進一步降低鐵損，較佳為將平均結晶粒徑r設為60μm以上。另外，為了進一步降低鐵損，較佳為將平均結晶粒徑r設為100μm以下。再者，此處平均結晶粒徑r是設定為於在板寬方向中心位置、與軋壓方向平行而於板厚方向上將無方向性電磁鋼板切斷的剖面中測定的平均結晶粒徑。所述平均結晶粒徑r可利用實施例中記載的方法來測定。再者，馬達鐵芯中使用的無方向性電磁鋼板的平均結晶粒徑是設定為於自該鐵芯的一部分所切出的試片的剖面中，進行與所述相同的測定而獲得的平均結晶粒徑的值。
．面積率R：2%以上，且R>-2.4×r+200
若結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的合計面積於鋼板的剖面積中所佔之面積率R低，則隨著反相器激磁下的一次電流的增 大而鐵損增大。因此，將所述面積率R設為2%以上，且設為R>-2.4×r+200。再者，就進一步降低反相器激磁下的鐵損的觀點而言，更佳為所述面積率R(%)及平均結晶粒徑r(μm)滿足下述(2)式的關係，進而佳為同時滿足下述(3)及(4)的關係。
-2.4×r+280>R>-2.4×r+210…(2)
-2.4×r+260>R>-2.4×r+230…(3)
80≧R≧40…(4)
[板厚]
板厚：0.35mm以下
本發明中，無方向性電磁鋼板的板厚並無特別限定，可設定為任意的厚度。然而，藉由將板厚設為0.35mm以下，可減少渦流損失。於反相器激磁下，尤其因高次諧波的影響而渦流損失的比率變大，故由使鋼板變薄所得的鐵損降低效果變高。因此，較佳為將無方向性電磁鋼板的板厚設為0.35mm以下。再者，所述板厚更佳為設為0.30mm以下。另一方面，若板厚過薄，則磁滯損失(hysteresis loss)的增加量較渦流損失的減少量而變得更大，鐵損反而增加。因此，無方向性電磁鋼板的板厚較佳為設為0.05mm以上，更佳為設為0.15mm以上。
[磁氣特性]
藉由如上所述般控制成分組成及結晶粒徑，可獲得反相器激 磁下的磁氣特性優異的無方向性電磁鋼板。本發明的無方向性電磁鋼板的磁氣特性並無特別限定，較佳為於將正弦波激磁下的鐵損設為Wsin、將反相器激磁下的鐵損設為Winv時，以100(Winv-Wsin)/Wsin所定義的鐵損增加率Winc(%)為100%以下。若Winc大，則即便為於正弦波激磁下成為優異鐵損的材料，於用作由反相器控制的馬達的鐵芯時的損失亦變大。所述Winc更佳為90%以下。
再者，此處，所述Wsin及Winv分別是設為如下定義。
．Wsin：藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定的鐵損。
．Winv：藉由使用反相器的PWM控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定的鐵損。
另外，反相器激磁下的磁氣特性與正弦波激磁下的磁氣特性不同，受到用於測定的試片的磁路剖面積及繞線的圈數的大幅影響。因此，所述Wsin及Winv是設定為使用將磁路剖面積設為70mm2、一次繞線設為120圈、二次繞線設為100圈的試片所測定的值。另外，於利用反相器的PWM控制中，調變率及載體頻率影響高次諧波成分的振幅或頻率而鐵損增減，故Winv的測定是將反相器的控制條件設為調變率0.4、載體頻率1kHz而進行。
繼而，對本發明的一實施形態的無方向性電磁鋼板的製造方法加以說明。本發明中，對具有所述成分組成的鋼板坯實施 熱軋、熱軋板退火、冷軋及最終退火的各處理，藉此可製造無方向性電磁鋼板。
[鋼板坯]
供於熱軋的鋼板坯只要具有所述成分組成，則可使用任意者。所述鋼板坯例如可由經調整為所述成分組成的熔鋼藉由通常的造塊-分塊法或連續鑄造法而製造。另外，亦可利用直接鑄造法來製造厚度為100mm以下的薄鑄片。C、Al、B及Se為於製鋼製程中容易混入的元素，故需要嚴格管理。
[熱軋]
繼而，對所得的板坯進行熱軋而獲得熱軋板。所述板坯可於加熱後供於熱軋，亦可於鑄造後不進行加熱而直接供於熱軋。
[熱軋板退火]
所述熱軋之後，對所得的熱軋板實施熱軋板退火。本發明中，所述熱軋板退火中的均熱(soaking)是以第一均熱處理及第二均熱處理的兩階段來進行。以下，對第一均熱處理及第二均熱處理的條件的限定理由加以說明。
(第一均熱處理)
T1：800℃~1100℃
若所述第一均熱處理中的均熱溫度T1小於800℃，則於熱軋時所形成的條帶織構(band texture)殘留，故容易產生條狀缺陷(ridging)。因此，將T1設為800℃以上。T1較佳為設為850℃以上，更佳為設為900℃以上。另一方面，若T1超過1100℃則退火 成本變高。因此，T1較佳為設為1100℃以下，更佳為設為1050℃以下。
t1：5min以下
若第一均熱處理中的均熱時間t1過長，則生產性降低，故將t1設為5min以下。t1較佳為設為2min以下，更佳為設為60sec以下，進而佳為設為30sec以下，最佳為設為20sec以下。另一方面，t1的下限並無特別限定，就充分獲得第一均熱處理的效果的觀點而言，較佳為將t1設為5sec以上。
(第二均熱處理)
T2：1150℃~1200℃
若第二均熱處理中的均熱溫度T2為1150℃以上，則可使鋼中的析出物暫且固熔，於冷卻時微細析出。因此，將T2設為1150℃以上。另一方面，若T2超過1200℃，則退火成本變高。因此，將T2設為1200℃以下。
t2：5sec以下
為了使微細析出物不均勻地分佈，必須縮短第二均熱處理中的均熱時間t2。因此，將t2設為5sec以下。另一方面，t1的下限並無特別限定，就充分獲得第二均熱處理的效果的觀點而言，較佳為將t2設為1sec以上，更佳為設為2sec以上。藉由如此般進行第二均熱處理，與As或Pb的微量添加互起作用，微細析出物的分佈變得更不均勻，結果有使最終退火後的結晶粒徑不均勻的效果。
所述熱軋板退火並無特別限定，可利用任意的方法來進行。具體而言，藉由將熱軋板加熱至均熱溫度T1，於所述T1下保持均熱時間t1的時間，繼而將該熱軋板加熱至均熱溫度T2，於所述T2下保持均熱時間t2的時間，可進行所述熱軋板退火。再者，使用批次退火爐的退火的生產性低，故較佳為使用連續退火爐來進行所述熱軋板退火。第二均熱處理後的冷卻速度只要不影響磁氣特性，則並無特別限定，例如能以1℃/sec~100℃/sec的冷卻速度冷卻。
[冷軋]
繼而，對經退火的熱軋板進行冷軋，獲得最終板厚的冷軋鋼板。所述經退火的熱軋板較佳為於冷軋之前預先進行酸洗。另外，所述冷軋可僅進行一次，亦可隔著中間退火而進行兩次以上。所述中間退火可於任意的條件下進行，例如較佳為使用連續退火爐於均熱溫度800℃~1200℃、均熱時間5min以下的條件下進行。
所述冷軋的條件並無特別限定，可於任意的條件下進行。然而，就促進變形帶的形成、使{001}<250>織構發達的觀點而言，較佳為將至少一個道次的軋壓出側材料溫度設為100℃~300℃。若將軋壓出側材料溫度設為100℃以上，則可抑制{111}方位的發達。另外，若將軋壓出側材料溫度設為300℃以下，則可抑制織構的無規化。再者，所述軋壓出側材料溫度可利用放射溫度計或接觸式溫度計來測定。
另外，所述冷軋的壓下率並無特別限定，可設為任意的 值。然而，就提高磁氣特性的觀點而言，較佳為將最終冷軋的壓下率設為80%以上。若最終冷軋的壓下率為80%以上，則可提高織構的尖銳性，進一步改善磁氣特性。另一方面，壓下率的上限並無特別限定，但若超過98%則軋壓成本明顯增加，故較佳為設為98%以下。再者，壓下率更佳為設為85%~95%。再者，此處所謂「最終冷軋」，於僅進行一次冷軋的情形時是指該一次冷軋，於進行兩次以上的冷軋的情形時，是指該些冷軋中最後的冷軋。
所述最終板厚並無特別限定，只要設為與所述無方向性電磁鋼板的板厚相同即可。再者，就提高壓下率的觀點而言，較佳為將最終板厚設為0.35mm以下，更佳為設為0.30mm以下。
[最終退火]
最終冷軋之後，進行最終退火。所述最終退火中的均熱溫度並無特別限定，只要以成為目標結晶粒徑的方式調節即可。所述均熱溫度例如可設為700℃~1100℃。另外，所述最終退火中的均熱時間並無特別限定，只要以進行再結晶的方式進行適當的時間即可。所述均熱時間例如可設為5sec以上。另一方面，若均熱時間過長，則效果飽和並且生產性降低，故均熱時間較佳為設為120sec以下。
加熱速度：30℃/sec~300℃/sec
於所述最終退火中，將400℃~740℃下的加熱速度設為30℃/sec~300℃/sec。藉由將所述加熱速度設為30℃/sec~300℃/sec，可將結晶粒的粒徑設為適當的分佈。若所述加熱速度小於 30℃/sec，則結晶粒徑的分佈變尖銳，有利於反相器激磁下的鐵損的大小的結晶粒的個數急劇減少。另一方面，若所述加熱速度大於300℃/sec，則殘留一定量的微細結晶粒的效果飽和，此外於板形狀中產生收縮。另外，需要龐大的電力故導致成本增加。所述加熱速度較佳為設為50℃/sec以上。另外，所述加熱速度較佳為設為200℃/sec以下。再者，所述加熱速度是指400℃~740℃下的平均加熱速度。另外，於均熱溫度小於740℃的情形時，將400℃~均熱溫度的平均加熱速度視為所述加熱速度。
所述最終退火後，視需要實施絕緣塗佈，製成製品板。所述絕緣塗佈並無特別限定，可根據目的而使用無機塗佈、有機塗佈、無機-有機混合塗佈等任意塗佈。
[實施例]
(實施例1)
將具有表1所示的成分組成的鋼於實驗室中熔解，進行熔鑄而獲得鋼原材料(板坯)。對所述鋼原材料依序實施以下的(1)~(5)的處理，製作無方向性電磁鋼板。
(1)軋成板厚2.0mm的熱軋；(2)熱軋板退火；(3)酸洗；(4)冷軋；及(5)均熱溫度為850℃~1100℃且均熱時間為10s的最終退火。
所述(2)熱軋板退火中，進行包含以下的(2-1)及(2-2)的二階段均熱處理。
(2-1)均熱溫度為T1(℃)且均熱時間為t1(sec)的第一均熱處理、 (2-2)均熱溫度為T2(℃)且均熱時間為t2(sec)的第二均熱處理。
將各步驟中的處理條件示於表2中。再者，為了進行比較，於若干例中不進行第二均熱處理。於不進行第二均熱處理的情形時，於進行第一均熱處理後，加以冷卻。
所述冷軋中的最終板厚是設為0.175mm、0.25mm或0.70mm。另外，於所述最終退火中，利用感應加熱裝置進行直至740℃的加熱，以室溫~400℃下的加熱速度成為20℃/sec、400℃~740℃的加熱速度成為20℃/sec~200℃/sec的方式控制輸出。740℃以上的加熱是利用電爐來進行，直至均熱溫度的平均加熱速度是設為10℃/sec。將各無方向性電磁鋼板的最終退火條件示於表2中。再者，最終退火的環境是設為H2：N2=2：8、露點-20℃(PH2O/PH2=0.006)。
利用以下方法對如上所述般獲得的各無方向性電磁鋼板(最終退火板)評價結晶粒徑及磁氣特性。
[平均結晶粒徑r]
對所得的各無方向性電磁鋼板測定平均結晶粒徑r。所述測定是於在板寬方向中心位置、與軋壓方向平行而於板厚方向上將 無方向性電磁鋼板切斷的剖面中進行。將切斷面研磨、蝕刻後，利用光學顯微鏡進行觀察，利用線段法測量1000個以上的結晶粒的粒徑，求出平均結晶粒徑r。將所得的值示於表2中。
[面積率R]
利用與所述平均結晶粒徑r的測定相同的方法進行鋼板的剖面觀察，求出結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的合計面積相對於鋼板的剖面積之面積率R。將所得的值示於表2中。
[磁氣特性]
使用所得的各無方向性電磁鋼板按以下順序製作磁氣特性評價用的環試片。首先，藉由線切割將所述無方向性電磁鋼板加工成外徑110mm、內徑90mm的環狀。將經切割的所述無方向性電磁鋼板以積層厚度成為7.0mm的方式積層，進而實施120圈的一次繞線及100圈的二次繞線，由此製成環試片(磁路剖面積70mm2)。
繼而，於正弦波激磁下與反相器激磁下的兩個條件下對所述環試片的磁氣特性進行評價。將藉由所述測定所得的以下的值示於表2中。
．Wsin：藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定的鐵損
．Winv：藉由使用反相器的PWM控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定的鐵損
．鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin
如由表2所示的結果得知般，滿足本發明的條件的無方向性電磁鋼板於反相器激磁下鐵損優異。相對於此，不滿足本發明的條件的比較例的無方向性電磁鋼板的鐵損增加率Winc超過100%，於反相器激磁下鐵損差。
(實施例2)
將具有表3所示的成分組成的鋼於實驗室中熔解，進行熔鑄而獲得鋼原材料。對所述鋼原材料依序實施以下的(1)~(5)的處理，製作無方向性電磁鋼板。
(1)軋成板厚1.8mm的熱軋；(2)熱軋板退火；(3)酸洗；(4)軋成最終板厚0.35mm的冷軋；及(5)均熱溫度為900℃~1000℃且均熱時間為10s的最終退火。
所述(2)熱軋板退火中，進行包含以下的(2-1)及(2-2)的二階段均熱處理： (2-1)均熱溫度為1000℃且均熱時間為10s的第一均熱處理、 (2-2)均熱溫度為1150℃且均熱時間為3s的第二均熱處理。
於所述最終退火中，利用感應加熱裝置來進行直至740℃的加熱，以室溫~400℃下的加熱速度成為20℃/sec、400℃~740℃的加熱速度成為30℃/sec~300℃/sec的方式控制輸出。其他 條件設定為與實施例1相同。利用與實施例1相同的方法對所得的各無方向性電磁鋼板評價結晶粒徑及磁氣特性。將各無方向性電磁鋼板的最終退火條件及評價結果示於表4中。
如由表4所示的結果得知般，滿足本發明的條件的無方向性電磁鋼板於反相器激磁下鐵損優異。相對於此，不滿足本發明的條件的比較例的無方向性電磁鋼板的鐵損增加率Winc超過100%，反相器激磁下的鐵損差。
圖4是橫軸取平均結晶粒徑r、縱軸取面積率R而對所述實施例1及實施例2中鋼的成分組成滿足本申請案發明的條件的所有無方向性電磁鋼板的結果進行繪圖所得。再者，圖4中，根據表5所示的評價基準將各發明例及比較例中的反相器激磁下的鐵損：Winv分類，使用與相應分類對應的記號進行繪圖。如亦由該圖所得知般，藉由將R及r控制於適當的範圍內，可獲得反相器激磁下的鐵損優異的無方向性電磁鋼板。

Claims (12)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，具有如下成分組成：以質量%計而含有0.005%以下的C、4.5%以下的Si、0.02%~2.0%的Mn、2.0%以下的可溶性Al、0.2%以下的P、0.007%以下的Ti、0.005%以下的S、以及合計為0.0005%~0.005%的選自As及Pb中的一種或兩種，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質；平均結晶粒徑r為40μm~120μm，結晶粒徑為板厚的1/6以下的結晶粒的合計面積相對於鋼板的剖面積之面積率R為2%以上，且所述平均結晶粒徑r(μm)及所述面積率R(%)滿足下述(1)式的條件；R>-2.4×r+200…(1)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的無方向性電磁鋼板，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.01%~0.2%的Sn及0.01%~0.2%的Sb中的一種或兩種。
  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，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.0005%~0.005%的稀土金屬、0.0005%~0.005%的Mg、及0.0005%~0.005%的Ca中的一種或兩種以上。
  4. 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，其板厚為0.35mm以下。
  5. 如申請專利範圍第3項所述的無方向性電磁鋼板，其板厚為0.35mm以下。
  6. 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，其中利用對磁路剖面積70mm2的環試片實施一次捲繞數120圈、二次捲繞數100圈的繞線而成的環試片，藉由使用反相器的脈寬調變控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定鐵損Winv，且藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定鐵損Wsin，根據所測定的鐵損Winv與鐵損Wsin所計算的鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin為100%以下。
  7. 如申請專利範圍第3項所述的無方向性電磁鋼板，其中利用對磁路剖面積70mm2的環試片實施一次捲繞數120圈、二次捲繞數100圈的繞線而成的環試片，藉由使用反相器的脈寬調變控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定鐵損Winv，且藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定鐵損Wsin，根據所測定的鐵損Winv與鐵損Wsin所計算的鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin為100%以下。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的無方向性電磁鋼板，其中利用對磁路剖面積70mm2的環試片實施一次捲繞數120圈、二次捲繞數100圈的繞線而成的環試片，藉由使用反相器的脈寬調變控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定鐵損Winv，且藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定鐵損Wsin，根據所測定的鐵損Winv與鐵損Wsin所計算的鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin為100%以下。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的無方向性電磁鋼板，其中利用對磁路剖面積70mm2的環試片實施一次捲繞數120圈、二次捲繞數100圈的繞線而成的環試片，藉由使用反相器的脈寬調變控制進行最大磁通密度1.5T、基本頻率50Hz、載體頻率1kHz、調變率0.4的激磁而測定鐵損Winv，且藉由最大磁通密度1.5T、頻率50Hz的正弦波交流進行激磁而測定鐵損Wsin，根據所測定的鐵損Winv與鐵損Wsin所計算的鐵損增加率Winc(%)=100(Winv-Wsin)/Wsin為100%以下。
  10. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，包括：準備具有如下成分組成的鋼板坯，即，以質量%計而含有0.005%以下的C、4.5%以下的Si、0.02%~2.0%的Mn、2.0%以下的可溶性Al、0.2%以下的P、0.007%以下的Ti、0.005%以下的S、以及合計為0.0005%~0.005%的選自As及Pb中的一種或兩種，且剩餘部分包含Fe及不可避免的雜質；對所述鋼板坯進行熱軋而製成熱軋板；對所述熱軋板實施熱軋板退火，其中所述熱軋板退火包含於均熱溫度800℃~1100℃且均熱時間5min以下的條件下進行第一均熱處理、及於均熱溫度1150℃~1200℃且均熱時間5sec以下的條件下進行的第二均熱處理；藉由一次冷軋或隔著中間退火的兩次以上的冷軋將經熱軋板退火的所述熱軋板製成具有最終板厚的鋼板；對所述冷軋後的鋼板實施最終退火；並且所述最終退火中的400℃~740℃下的加熱速度為30℃/sec~300℃/sec。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.01%~0.2%的Sn及0.01%~0.2%的Sb中的一種或兩種。
  12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其中所述成分組成以質量%計而更含有選自0.0005%~0.005%的稀土金屬、0.0005%~0.005%的Mg、及0.0005%~0.005%的Ca中的一種或兩種以上。
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