TWI746297B - 無方向性電磁鋼板及其製造方法、以及熱軋鋼板 - Google Patents

Abstract

一種無方向性電磁鋼板，其化學組成以質量%計含有：C：0.0050%以下、Si：0.10~1.50%、Mn：0.10~1.50%、sol.Al：0.0050%以下、N：0.0030%以下、S：0.0040%以下、及O：0.0050~0.0200%，且含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素：合計0.0005~0.0200%，剩餘部分：Fe及不純物；適切氧化物之個數密度N為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²，並且，含La等的氧化物之個數密度n滿足n/N≧0.01。

Description

無方向性電磁鋼板及其製造方法、以及熱軋鋼板

技術領域 本發明是有關於一種無方向性電磁鋼板及其製造方法、以及可作為該無方向性電磁鋼板素材的熱軋鋼板。

背景技術 近年來，隨著世界上對於電器節能化要求漸增，對於作為旋轉機械之鐵芯材料來使用的無方向性電磁鋼板而言，也要求著具有更高性能之特性。具體來說，以電氣製品的馬達中被稱為高效率機種者而言，一直是使用一種增加Si及Al含量來提高比電阻(specific resistance)且增大結晶粒徑的高級素材。另一方面，對於通用機種的馬達雖也開始要求提升性能，但成本限制嚴峻，因此事實上其材質難以替換成如高效率機種這般的高級素材。

通用機種所要求的鋼板是一種如下的素材：Si含量為1.5%以下，並且，透過馬達鐵芯衝孔(punching)加工後所施行之弛力退火時讓結晶粒成長，來大幅改善鐵損。為了在弛力退火時促進結晶粒成長，有效的是降低鋼中不可避免混入的析出物量，或是讓此種析出物變得無害。

例如，專利文獻1揭示一種磁特性優異的電氣鐵板之製造方法，其特徵在於：對鋼胚進行熱輥軋而獲得熱軋板，前述鋼胚是C：≦0.065%、Si：≦2.0%、Al：≦0.10%、O：≦0.020%、B/N：0.50~2.50，且剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；以1次的冷輥軋或者以包含中間退火之2次以上的冷輥軋，而將前述熱軋板作成最終尺寸；再進一步施行退火。

專利文獻2揭示一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於含有：C：0.015%以下、Si：0.1~1.0%、sol.Al：0.001~0.005%、Mn：1.5%以下、S：0.008%以下、N：0.0050%以下、T.O：0.02%以下；鋼中，相對於SiO ₂、MnO、Al ₂O ₃這3種夾雜物之總重量，MnO之重量比例為15%以下；並且其磁性退火後的平均結晶粒徑可為50μm以上且低鐵損。

專利文獻3揭示一種磁特性優異的無方向性電磁鋼板，其特徵在於以重量%計：C：0.01%以下、Si：0.1%以上2.0%以下、Mn：0.1%以上1.5%以下、及因應鋼之脫氧方式而含有Al：0.1%以下或Zr：0.05%以下，剩餘部分由鐵及不可避免的不純物元素所構成；鋼中氧化物直徑0.5μm以上且5μm以下尺寸者是每1cm ²有1000個以上且50000個以下。

專利文獻4揭示一種無方向性電磁鋼板，其以質量%計包含：C：0.0050%以下、Si：0.05~3.5%、Mn：3.0%以下、Al：3.0%以下、S：0.008%以下、P：0.15%以下、N：0.0050%以下、Cu：0.2%以下；且滿足：(Cu硫化物的S)/(鋼中S)≦0.2，或者，(Cu硫化物的S)/(Mn硫化物的S)≦0.2；此外，鋼板中直徑0.03~0.20μm且含Cu的硫化物其個數密度為0.5個/μm ³以下。

專利文獻5揭示一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於以質量%計含有：Si：1.5%以下、Mn：0.4%以上1.5%以下、Sol.Al：0.01%以上且0.04%以下、Ti：0.0015%以下、N：0.0030%以下、S：0.0010%以上且0.0040%以下、B以B/N計：0.5以上且1.5以下，剩餘部分由Fe及不可避免的不純物所構成；含Mn硫化物中以個數比例計，有10%以上是以B析出物而複合析出；MnS、Cu ₂S及其複合硫化物合計分布密度為3.0×10 ⁵個/mm ²以下；直徑小於0.1μm之Ti析出物其分布密度為1.0×10 ³個/mm ²以下。

先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開昭54-163720號公報 專利文獻2：日本特開昭63-195217號公報 專利文獻3：日本特開平3-104844號公報 專利文獻4：日本特開2004-2954號公報 專利文獻5：國際公開第2005/100627號

發明概要 發明所欲解決之課題 惟，在更進一步要求改善磁特性之狀況下，上述習知作法就變得難以製造出磁特性充分且穩定提升的無方向性電磁鋼板。

本發明便是有鑑於此種問題而完成者，課題在於提供一種無方向性電磁鋼板及其製造方法，其在弛力退火中的粒成長性良好、弛力退火後鐵損低且弛力退火後磁通量密度高；還有提供一種熱軋鋼板，其可使用作為該無方向性電磁鋼板的素材。

用以解決課題之手段 本發明是為了解決上述課題而完成者，其要旨在於下述無方向性電磁鋼板及其製造方法、以及熱軋鋼板。

(1)一種無方向性電磁鋼板，其化學組成以質量%計含有： C：0.0050%以下、 Si：0.10~1.50%、 Mn：0.10~1.50%、 sol.Al：0.0050%以下、 N：0.0030%以下、 S：0.0040%以下、及 O：0.0050~0.0200%，且 含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素：合計0.0005~0.0200%， 剩餘部分：Fe及不純物； 以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物，其個數密度N為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²；並且 前述氧化物中，包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的前述元素以質量%計合計1.0%以上的氧化物，其個數密度n滿足下述(i)式： n/N≧0.01・・・(i)。

(2)上述(1)之無方向性電磁鋼板，其中，前述化學組成含有下述來取代前述Fe之一部分：以質量%計，Sn：0.50%以下。

(3)上述(1)或(2)之無方向性電磁鋼板，其中前述氧化物彼此的平均間隔為30~300μm。

(4)上述(1)至(3)中任一項之無方向性電磁鋼板，其平均結晶粒徑為30μm以下，並且，其以750℃下保持2小時之條件施行弛力退火後的平均結晶粒徑為50μm以上。

(5)一種無方向性電磁鋼板的製造方法，是製造上述(1)至(4)中任一項之無方向性電磁鋼板的方法，其具備以下步驟： 精煉步驟：製造鋼液； 連續鑄造步驟：連續鑄造前述鋼液而製造出具有請求項1或請求項2之化學組成的鋼胚； 熱軋步驟：加熱所獲得之前述鋼胚後施行熱輥軋而作成熱軋鋼板； 酸洗步驟：對前述熱軋鋼板施行酸洗； 冷軋步驟：對酸洗後的前述熱軋鋼板施行冷輥軋而作成冷軋鋼板；及 完工退火步驟：對前述冷軋鋼板施行完工退火； 在前述精煉步驟中， 添加合金前的前述鋼液之氧量設為以質量%計0.010~0.050%， 接著，將添加至前述鋼液的Si添加量M1與前述鋼胚中的Si含量M2調整成滿足下述(ii)式； 在前述連續鑄造步驟中，使用下述噴嘴，該噴嘴其會接觸到前述鋼液的內壁一部分或全部是由下述材料所構成，該材料以質量%計含有：合計3~60%之包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的氧化物； 0.90≦M2/M1≦1.10・・・(ii)。

(6)上述(5)之無方向性電磁鋼板的製造方法，其中，在前述精煉步驟中，自添加完合金後至開始前述連續鑄造步驟為止之時間設為30~180分之範圍內； 在前述熱軋步驟中，於前述鋼胚溫度為1050℃以上且小於1150℃之範圍內保持15~240分後，隨即對前述鋼胚施行熱輥軋。

(7)上述(5)或(6)之無方向性電磁鋼板的製造方法，其中，在前述完工退火步驟中，前述冷軋鋼板溫度設為800℃以上且小於850℃。

(8)一種熱軋鋼板，可作為上述(1)至(4)中任一項之無方向性電磁鋼板的素材，該熱軋鋼板之化學組成以質量%計含有： C：0.0050%以下、 Si：0.10~1.50%、 Mn：0.10~1.50%、 sol.Al：0.0050%以下、 N：0.0030%以下、 S：0.0040%以下、及 O：0.0050~0.0200%，且 含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素：合計0.0005~0.0200%， 剩餘部分：Fe及不純物； 以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物，其個數密度N為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²；並且 前述氧化物中，包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的前述元素以質量%計合計1.0%以上的氧化物，其個數密度n滿足下述(i)式： n/N≧0.01・・・(i)。

(9)上述(8)之熱軋鋼板，其中，前述化學組成含有下述來取代前述Fe之一部分：以質量%計，Sn：0.50%以下。

(10)上述(8)或(9)之熱軋鋼板，其中，前述氧化物彼此的平均間隔為30~300μm。

發明效果 依照本發明，便能以低成本穩定提供一種在弛力退火中的粒成長性良好且磁特性優異的無方向性電磁鋼板。

本發明的實施形態 用以實施發明之形態 使用無方向性電磁鋼板作為馬達鐵芯等機械零件之材料時，首先會施行衝孔加工等機械加工，接著以例如750℃保持2小時之條件下施行弛力退火。於弛力退火時，必須促進鋼板的結晶粒成長以減少鋼板的鐵損。因此，無方向性電磁鋼板必須具備在弛力退火時促進結晶粒成長這樣的特徴。

就抑制弛力退火時結晶粒成長的其中一個因素來說可舉例如：具有釘扎效果之MnS等夾雜物。一直以來認為，降低會使夾雜物生成的元素S的量，可有效促進弛力退火時結晶粒成長。惟，S是不可避免會混入鋼材中的元素，將其除去的步驟會使製造成本增加。又，已知可試著藉由熱輥軋條件來控制MnS的析出狀態，但尚無法說藉此就能夠充分改善特性。

於是本案發明人等發現，在無方向性電磁鋼板材料的鑄片之製造階段中，若讓氧化物微細析出，就能改善弛力退火後鋼板的鐵損。這被認為是因為：具有釘扎效果的MnS會在微細化的氧化物表面上析出，從而變得無害。本案發明人等還瞭解到，氧化物之中，包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物(以下亦稱「適切氧化物」)在使夾雜物變得無害上尤其具有顯著效果，透過使其個數密度變得最佳適切，就能改善鋼板的鐵損。

惟，本案發明人等進一步反覆研究，結果瞭解到，僅是透過上述這般控制適切氧化物之個數密度，並無法穩定獲得使MnS變得無害之效果，且會使弛力退火時結晶粒成長受到一定比例的抑制。

於是，針對穩定使MnS變得無害之方法進行檢討後想到，透過有效利用選自La、Ce、Zr、Mg及Ca之1種以上來固定S。但是，若單純添加此等元素，會生成含此等元素的粗大夾雜物，而無法充分獲得使S變得無害之效果。

本案發明人等針對La等元素嘗試各種添加方法，結果發現，連續鑄造時所使用之噴嘴其內壁使用包含此等元素之氧化物，並利用噴嘴的熔損來將此等元素添加至鋼液中，此時，La等並不會單獨形成夾雜物，而是會含有於上述適切氧化物中而微細分散。藉此，就能獲得穩定使MnS變得無害之效果。另外，並不需要讓適切氧化物全部都含有La等，只要其中一部分含有即可充分發揮效果。

本發明便是基於上述見解所完成者。以下說明本發明各個要件。

1.化學組成 針對本發明一實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板的化學組成進行說明。各元素之限定理由如下所述。另外，以下說明中有關含量的「%」乃意指「質量%」。

C：0.0050%以下 C會因磁老化而使鐵損劣化。因此，C含量設為0.0050%以下。C含量宜為0.0030%以下或0.0020%以下。另外，本實施形態的無方向性電磁鋼板並不以C為必要，故C含量下限值為0%。惟，若考量以不純物而混入的C其除去成本，例如亦可將C含量下限值設為0.0001%、0.0002%或0.0005%。

Si：0.10~1.50% Si是一種能有效增加電阻的元素。此外，還是形成上述適切氧化物所必須之元素。惟，含有Si大於1.50%之量時，會導致無方向性電磁鋼板硬度提高、磁通量密度下降及製造成本增加等。因此，Si含量設為0.10~1.50%。Si含量宜為0.20%以上、0.40%以上或0.80%以上。又，Si含量宜為1.40%以下、1.20%以下或1.00%以下。

Mn：0.10~1.50% Mn不僅會形成硫化物，還是一種能有效增加無方向性電磁鋼板電阻的元素。也還具有防止熱裂紋之效果。但是，Mn含量過量時，變態溫度會降得太多，而在弛力退火中無法使結晶粒徑變大。因此，Mn含量設為0.10~1.50%以下。Mn含量宜為0.20%以上、0.40%以上或0.80%以上。又，Mn含量宜為1.40%以下、1.20%以下或1.00%以下。

sol.Al：0.0050%以下 Al通常是用於鋼脫氧的元素。惟，在本發明是利用Si來脫氧，故Al在本實施形態的無方向性電磁鋼板並非必要。又，過量含有Al時，會變得無法形成含Si之適切氧化物。據此，sol.Al含量設為0.0050%以下。sol.Al含量宜為0.0045%以下或0.0040%以下。但是，若考量以不純物而混入之Al其除去成本，sol.Al含量下限值亦可設為例如0.0001%、0.0002%或0.0005%。

N：0.0030%以下 N會生成氮化物而是一種恐會阻礙結晶粒成長的元素。據此，N含量宜盡可能降低。惟，以不純物而混入鋼中的N，其含量若想為零，在工業上來說是有困難的。在本發明中，就無害的容許量而言，是將N含量設為0.0030%以下。又，N含量下限值亦可設為0.0001%、0.0002%或0.0005%。

S：0.0040%以下 S會生成硫化物而是一種恐會阻礙結晶粒成長的元素。據此，S含量宜盡可能降低。惟，以不純物而混入鋼中的S其含量若想為零，在工業上來說是有困難的。在本發明中，企圖使S析出於氧化物表面來使S變得無害。但是，S含量大於0.0040%時，硫化物析出量本身增加，難以使S變得無害，而阻礙結晶粒成長。因此，S含量設為0.0040%以下。又，S含量下限值亦可設為0.0001%、0.0002%或0.0005%。

O：0.0050~0.0200% O是形成氧化物所必須的元素。O含量過少時，便無法確保必要的氧化物量。另一方面，O含量大於0.0200%時，不僅其效果達飽和，適切氧化物之個數密度還會過量，進而致使這些適切氧化物凝集。因此，O含量設為0.0050~0.0200%。O含量宜為0.0055%以上、0.0060%以上或0.0080%以上。又，O含量宜為0.0180%以下、0.0150%以下或0.0100%以下。

選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上：合計0.0005~0.0200% 藉由讓O、Si為主體之氧化物中含有La、Ce、Zr、Mg及Ca，能獲得更有效且穩定使硫化物變得無害之效果。另一方面，若過量增加此等元素含量，鋼中氧量會減少，此外還會生成粗大的單體氧化物，導致無法獲得上述效果。因此，選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之一種以上元素其含量合計設為0.0005~0.0200%。此等元素之合計含量宜為0.0008%以上、0.0010%以上或0.0020%以上，且宜為0.0150%以下、0.0100%以下、0.0080%以下、0.0070%以下或0.0060%以下。另外，La、Ce、Zr、Mg及Ca之作用效果在本實施形態的無方向性電磁鋼板中實質相同，故此等之含量是以合計含量來規定。

Sn：0.50%以下 在本發明中，Sn非必須。惟，Sn具有抑制弛力退火中鋼板表面氮化及氧化之作用，此外其也是有效提升磁通量密度之元素。從以上來看，亦可含有適量的Sn。惟，就算含有大於0.50%的Sn，除效果達飽和之外製造成本亦會增加。因此，若要含有，此時將Sn含量設為0.50%以下。Sn含量宜為0.45%以下、0.40%以下或0.30%以下。另外，若想獲得上述效果，Sn含量宜設為0.01%以上、0.02%以上、0.03%或0.05%。

本實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板之化學組成中，剩餘部分為Fe及不純物。所謂不純物意指：工業上製造鋼材時，因為礦石或廢料等原料、或者製造步驟種種因素所混入之成分，且是在對本實施形態無方向性電磁鋼板無不良影響之範圍下所容許者。

2.氧化物 針對本實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板所含有之氧化物進行說明。本實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板含有：以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之適切氧化物。該適切氧化物之個數密度N為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²。適切氧化物之個數密度由於是在無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板剖面進行測定，故以每單位面積之個數來加以規定。

如上所述，阻礙無方向性電磁鋼板結晶粒成長的MnS等硫化物會因氧化物而變得無害。其機制推定如下。無方向性電磁鋼板材料的鋼胚在鑄造時，會先生成氧化物，接著才析出MnS。此時，MnS會於氧化物表面析出。若預定粒徑的氧化物在鋼液大量生成，則MnS的析出處其數量會增多，藉此MnS就會變得無害。

能有效使MnS微細分散的氧化物，其化學組成以質量%計：包含20~60%之O及20~60%之Si。可認為：化學組成在該範圍外的氧化物，其表面上會有難以析出MnS之傾向。據此，本實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板，其氧化物之中，規定了具有上述化學組成之氧化物的個數密度。

又，從促進結晶粒成長觀點來看，具有上述化學組成之氧化物中，有效的是直徑為1.0~5.0μm者。直徑小於1.0μm的氧化物，其自身會阻礙結晶粒成長而不適宜。又，直徑大於5.0μm的氧化物量增加時，氧化物之個數密度會減少。據此，本實施形態的無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板中，是規定了直徑為1.0~5.0μm之氧化物的個數密度。

滿足上述要件之適切氧化物，其個數密度N為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²。適切氧化物之個數密度N小於3.0×10 ³個/cm ²時，MnS析出點之數量會不足，而無法達成使MnS變得無害。另一方面，適切氧化物之個數密度N大於10×10 ³個/cm ²時，則難以均勻分散。換言之，適切氧化物之個數密度若過量，會導致此等適切氧化物凝集，而無法獲得MnS微細分散之效果。適切氧化物之個數密度N宜為3.5×10 ³個/cm ²以上、4.0×10 ³個/cm ²以上或5.0×10 ³個/cm ²以上。

另外，關於化學組成及粒徑不滿足上述要件的氧化物(例如：直徑小於1.0μm的氧化物及直徑大於5.0μm的氧化物)，其個數密度宜盡可能降低。惟，具有上述化學組成之無方向性電磁鋼板及熱軋鋼板中，適切氧化物之個數密度N控制在3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²時，氧化物供給來源的元素會生成適切氧化物而被消耗。此時，勢必會抑制例如直徑小於1.0μm的氧化物及直徑大於5.0μm的氧化物這種不滿足上述要件的氧化物之生成。據此，不滿足上述要件之氧化物的個數密度無須規定。

進一步地，就本實施形態的無方向線電磁鋼板而言，適切氧化物中，包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的元素以質量%計合計1.0%以上的氧化物，其個數密度n滿足下述(i)式： n/N≧0.01・・・(i)。

La、Ce、Zr、Mg及Ca(以下亦稱「La等」)不僅會生成氧化物也會生成硫化物，但由此等元素單質所生成之夾雜物會粗大至直徑5μm以上。對此，以O及Si為主成分之氧化物如上所述，能以直徑1.0~5.0μm這般較微細且分散之狀態來存在。在本案中，讓O及Si為主體之氧化物中複合含有La等，藉此能以La等的氧化物或硫化物所無法達成之高密度來使此等元素分散。然後可認為，La等會抓取不純物元素的S，並在氧化物上生成硫化物，而能有效且穩定使S變得無害。

要能獲上述效果，是在適切氧化物中La等的濃度合計1.0質量%以上之情況。又，含La等的適切氧化物(以下亦稱「含La等的氧化物」)其個數密度n為適切氧化物之個數密度N的1%以上。換言之，n/N之值達0.01以上。適切氧化物中La等的濃度合計亦可為5.0質量%以上、10.0質量%以上或20.0質量%以上。

另外，適切氧化物之個數密度N是透過以下的次序來測定。無方向性電磁鋼板或熱軋鋼板所含氧化物以掃描型電子顯微鏡(SEM)來觀察。觀察倍率設為1000倍。觀察視野面積設為25mm ²，觀察處數設為4處(換言之，觀察視野總面積為100mm ²)。在此，透過SEM所附屬的能量分散型X射線分析裝置(EDS)來測定各氧化物之化學組成，並判別各氧化物是否為以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si者。

然後，氧化物剖面積的等效圓直徑視為氧化物的直徑，並使用穿透式電子顯微鏡(TEM)拍攝電子顯微鏡照片，透過該照片的影像解析來判別各氧化物的等效圓直徑是否為1.0~5.0μm。由此等之結果，將以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物視為適切氧化物，並辨別出各電子顯微鏡照片中適切氧化物的位置。然後，全部的電子顯微鏡照片所含適切氧化物之個數除以全部的電子顯微鏡照片視野面積總和，來算出適切氧化物之個數密度。另外，有時雖會觀察到複數個氧化物凝集，此時，個別測定等效圓直徑，將直徑為1.0~5.0μm者分別判斷為適切氧化物，並計算其全部的個數。

又，含La等的氧化物之個數密度n相對於適切氧化物之個數密度N的比例(n/N)，是依以下次序來求得。使用TEM所附屬的能量分散型X射線分析裝置(EDS)來測定各適切氧化物之化學組成，並判別各適切氧化物是否為含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素合計1.0質量%以上者。若為適切氧化物且含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素合計1.0質量%以上者，則將其視為含La等的氧化物，並辨別出各電子顯微鏡照片中含La等的氧化物的位置。然後，將全部的電子顯微鏡照片所含之含La等的氧化物之個數除以全部的適切氧化物之個數，來算出含La等的氧化物佔適切氧化物個數之比例(n/N)。

又，為了不讓適切氧化物凝集而使其均勻分散，適切氧化物彼此的平均間隔宜設為30~300μm。適切氧化物彼此的平均間隔設為30μm以上，藉此可抑制適切氧化物凝集分布，而能更確實發揮使MnS變得無害之效果。又，在適切氧化物凝集部中，能抑制無方向性電磁鋼板機械特性及電磁特性惡化。據此，適切氧化物彼此的平均間隔宜為30μm以上。

同理，適切氧化物彼此的平均間隔若為300μm以下，就是適切氧化物適度分散之狀態，因而能充分確保MnS析出點。因此，適切氧化物彼此的平均間隔宜為300μm以下。適切氧化物彼此的平均間隔更宜為35μm以上、40μm以上或50μm以上。又，適切氧化物彼此的平均間隔更宜為280μm以下、250μm以下或220μm以下。

適切氧化物的平均間隔是透過以下來求得：透過上述次序而辨別出各電子顯微鏡照片中適切氧化物粒徑及位置資訊，以此為基礎來測定適切氧化物彼此距離並算出其平均值，從而求得。另外，觀察到複數個氧化物凝集時，適切氧化物彼此相靠，故有時距離為0。惟，在本發明中，在此情況下，距離0並不用在平均值之算出上。換言之，即使氧化物之個數密度相同，在出現部分凝集之情況下，平均間隔就會變大。

3.結晶粒徑 本實施形態無方向性電磁鋼板的結晶粒徑並無特別規定。如上所述，無方向性電磁鋼板由於是在經過機械加工及弛力退火後才使用，結晶粒徑會因應弛力退火條件而變化。若考量上述實際使用狀況，只要在弛力退火中的粒成長性良好，就不須在無方向性電磁鋼板階段規定結晶粒徑。惟，平均結晶粒徑若設為30μm以下，衝孔加工性會變提升。因此，平均結晶粒徑亦可規定在30μm以下。就使平均結晶粒徑為30μm以下之手段而言，可適宜使用已知技術。

一般而言，無方向性電磁鋼板在出貨後會供應至機械加工及弛力退火。該弛力退火後的平均結晶粒徑為50μm以上時，會極為提升鐵損特性。本實施形態的無方向性電磁鋼板由於已適宜控制化學組成及氧化物之狀態，故以750℃下保持2小時之條件施行弛力退火後的平均結晶粒徑會是50μm以上。另外，就實際製品而言，弛力退火條件並不限於上述條件，考量設備限制及促進結晶粒成長這兩者，亦可適宜變更退火溫度及時間。

無方向性電磁鋼板的平均結晶粒徑可透過以下方法來求得。研磨及蝕刻無方向性電磁鋼板L剖面(平行於輥軋方向之剖面)，並以光學顯微鏡進行觀察。觀察倍率設為100倍，觀察視野面積設為0.5mm ²，觀察處數設為3處。對於該等光學顯微鏡照片，透過應用JIS G 0551：2013「鋼-結晶粒度之顯微鏡試驗方法」，來求出無方向性電磁鋼板的平均結晶粒徑。

4.製造方法 本實施形態無方向性電磁鋼板的製造方法具備：精煉步驟、連續鑄造步驟、熱軋步驟、酸洗步驟、冷軋步驟及完工退火步驟。此等之中，精煉步驟及連續鑄造步驟對於控制氧化物尤為重要。

(a)精煉步驟 在精煉步驟中製造鋼液。本步驟是透過添加合金元素至鋼液來調製鋼胚成分。該預定合金添加至鋼液完成後，經過後述連續鑄造步驟，至鋼液凝固為止之過程中，氧化物生成量會緩緩增加。此外，也會產生浮上而被抓取至爐渣中的氧化物。因此，為了將適切氧化物之個數密度設為3.0×10 ³~10×10 ³個/cm ²，首先要將添加合金前之鋼液的氧量調整至以質量%計0.010~0.050%。氧量不足時，所生成的氧化物個數密度會不足。另一方面，氧量過量時，氧化物個數密度會增加過量且氧化物會凝集。

接著，將Si添加至鋼液。在此，添加至鋼液的Si添加量M1(質量%)與之後連續鑄造步驟最終所獲得之鋼胚中的Si含量M2(質量%)，這兩者定為滿足下述(ii)式。在此所謂添加至鋼液的Si添加量M1是：添加至鋼液之Si總質量除以鋼液總質量之值(%)。所謂鋼胚的Si含量M2是：鋼胚化學組成中的Si含量，並且實質等同於由該鋼胚而得之熱軋鋼板及無方向性電磁鋼板的Si含量。 0.90≦M2/M1≦1.10・・・(ii)

當鋼胚的Si含量M2相對添加至鋼液的Si添加量M1過少，而小於M1之0.90倍時，Si多以SiO ₂形式被抓取至爐渣而被排出鋼液外，而過度進行Si脫氧。因此，並無法將鋼胚之氧化物個數密度定在適宜範圍內。另一方面，當鋼胚的Si含量M2相對添加至鋼液的Si添加量M1過多，而大於M1之1.10倍時，則不會進行Si脫氧，而會發生氧化物個數增加過量及氧化物凝集等。

另外，如上所述，鋼液中的Si含量M2，會實質等同於最終獲得之熱軋鋼板及無方向性電磁鋼板的Si含量之值。據此，鋼液中的Si含量M2設為0.10~1.50%。

又，考量粗大氧化物從鋼液浮上所需時間，自添加完合金後至開始連續鑄造步驟為止之時間宜設為30分以上。又，自添加完合金後至開始連續鑄造步驟為止之時間若過久，則微細氧化物便不會殘存於鋼液中，因此從確保此點之觀點來看，自添加完合金後至鑄造為止之時間宜設為180分以下。在該時間之範圍內調整添加合金前之O量及Si添加量，藉此就能獲得上述規定之適切平均間隔。

(b)連續鑄造步驟 精煉步驟所製造出的鋼液在連續鑄造步驟中進行連續鑄造，而製造出具有上述化學組成的鋼胚。本步驟對於讓一部分的適切氧化物含有La等是重要步驟。La等若以投入稀土金屬合金(mischmetall)等手段來添加時，此等元素與鋼液之間會發生激烈的反應，導致鋼中氧量顯著減少及爐渣內不純物元素混入鋼液中等。此外，就連所生成的氧化物也會長成直徑大於5μm這般非常粗大。

於是，就本實施形態的製造方法來說，在連續鑄造步驟中，使用下述噴嘴，該噴嘴其會接觸到鋼液之內壁一部分或全部是使用下述材料所構成，該材料以質量%計含有合計3~60%之含La等的氧化物。透過會接觸到鋼液之噴嘴內壁的熔損來將La等供應至鋼中。透過此作法來使鋼液含有La等時，並不會影響到鋼中的氧及爐渣，而能達成後續生成之Si主體氧化物與此等元素之複合化，而能有效使硫化物變得無害。

(c)熱軋步驟 在熱軋步驟中，對於連續鑄造步驟而得之鋼胚進行加熱後，再施行熱輥軋而作成熱軋鋼板。透過本步驟，可製造出本發明之一實施形態的熱軋鋼板。另外，熱軋步驟之後的步驟並不會對化學組成及氧化物狀態帶來實質影響。因此，如上所述，熱軋鋼板之化學組成及氧化物狀態是與本實施形態的無方向性電磁鋼板共通。

透過將熱輥軋前之鋼胚加熱溫度設為小於1150℃，能讓適切氧化物均勻分散，從而能將適切氧化物彼此的平均間隔調整在適切範圍。因此，鋼胚加熱溫度宜設為小於1150℃。又，從確保輥軋性之觀點來看，熱輥軋前之鋼胚加熱溫度下限宜設為1050℃。更宜在1050℃以上且小於1150℃的溫度範圍保持15~240分後，隨即對鋼胚施行熱輥軋。

另外，熱軋步驟中的軋縮率雖無特別限制，不過宜設為90%以上。又，所得之熱軋鋼板厚度亦無特別限制，不過宜為1.0~4.0mm，更宜為2.0~3.0mm。

(d)酸洗步驟 在酸洗步驟中，對於熱軋步驟所得之熱軋鋼板施行酸洗。酸洗條件並無特別限定，設為無方向性電磁鋼板之製造條件中通常範圍內即可。

(e)冷軋步驟 在冷軋步驟中，對於酸洗後的熱軋鋼板施行冷輥軋而作成冷軋鋼板。冷輥軋條件並無特別限定，設為無方向性電磁鋼板之製造條件中通常範圍內即可。例如，冷軋步驟中的軋縮率宜設為50~95%，更宜設為75~85%。

(f)完工退火步驟 在完工退火步驟中，對於冷軋步驟所獲得之冷軋鋼板施行完工退火。在完工退火步驟中，最高到達溫度(冷軋鋼板溫度)達850℃以上時，結晶粒徑會變得過大，在弛力退火前施行衝孔加工時可能會產生不良。為了避免此事，最高到達溫度宜設為小於850℃。又，最高到達溫度小於800℃時，則再結晶會變得不足而衝孔加工時可能會產生不良。為了避免此事，最高到達溫度宜設為800℃以上。又，為了避免結晶粒徑變得過大及弛力退火前施行衝孔加工時產生不良，冷軋鋼板溫度達800℃以上之時間宜設為15秒以下。

經由以上步驟所製造出的無方向性電磁鋼板，其厚度雖無特別限制，不過宜為0.1~1.0mm，更宜為0.2~0.7mm。

以下，以實施例更具體說明本發明，不過本發明並不受限於此等實施例。

實施例 以各種條件進行精煉步驟及連續鑄造步驟來製造鋼胚，對於所獲得之鋼胚依序施行熱軋步驟、酸洗步驟、冷軋步驟及完工退火步驟，藉此製作出無方向性電磁鋼板。無方向性電磁鋼板之化學組成列示於表1，此等之製造條件則列示於表2。另外，針對各鋼板，是以相同條件製造5次。又，在全部的鋼板中，完工退火步驟中鋼板溫度達800℃以上之時間為15秒以下。

除了試驗No.24之外，鋼中La、Ce、Zr、Mg，Ca含量是僅以連續步驟中噴嘴材質熔解來調整。另一方面，至於試驗No.24則是在精煉步驟透過將合金元素添加至鋼液中來調整成分。

[表1]

[表2]

針對所獲得之無方向性電磁鋼板，透過以下方法來測定：適切氧化物之個數密度N、含La等的氧化物之個數密度n相對於適切氧化物之個數密度N的比例(n/N)、適切氧化物的平均間隔、及平均結晶粒徑。然後，從5片鋼板獲得測定值後平均，並作為各個測定結果。

無方向性電磁鋼板所含氧化物透過SEM以1000倍之觀察倍率來觀察。觀察視野面積設為25mm ²，觀察處數設為4處(換言之，觀察視野總面積為100mm ²)。在此，透過SEM所附屬的EDS來測定各氧化物之化學組成，並判別各氧化物是否為以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si者。

然後，氧化物剖面積的等效圓直徑視為氧化物的直徑，並使用TEM拍攝電子顯微鏡照片，透過該照片的影像解析來判別各氧化物的等效圓直徑是否為1.0~5.0μm。由此等之結果，將以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物，視為適切氧化物，並辨別出各電子顯微鏡照片中適切氧化物的位置。然後，將全部的電子顯微鏡照片所含適切氧化物之個數除以全部的電子顯微鏡照片視野面積總和，來算出適切氧化物之個數密度。

又，使用TEM所附屬的EDS來測定各適切氧化物之化學組成，並判別各適切氧化物是否為含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的元素合計1.0質量%以上者。若為適切氧化物且含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素合計1.0質量%以上者，視為含La等的氧化物，並辨別出各電子顯微鏡照片中含La等的氧化物的位置。然後，將全部的電子顯微鏡照片所含之含La等的氧化物之個數除以適切氧化物之個數，來算出含La等的氧化物佔適切氧化物個數之比例(n/N)。

適切氧化物的平均間隔是透過以下來求得：透過上述次序而辨別出各電子顯微鏡照片中適切氧化物粒徑及位置資訊，以此為基礎來測定適切氧化物彼此距離並算出其平均值，從而求得。

此外，研磨及蝕刻無方向性電磁鋼板L剖面，並以光學顯微鏡進行觀察。觀察倍率設為100倍，觀察視野面積設為0.5mm ²，觀察處數設為3處。對於此等光學顯微鏡照片，透過應用JIS G 0551：2013「鋼-結晶粒度之顯微鏡試驗方法」，求出無方向性電磁鋼板的平均結晶粒徑。

接著，對於所獲得之無方向性電磁鋼板，在750℃保持2小時來實施弛力退火。針對弛力退火後的無方向性電磁鋼板，實施以下特性評價。

(A)弛力退火後的鐵損 依據JIS C 2552：2014「無方向性電磁鋼帶」來測定上述弛力退火後鋼板的鐵損(W15/50)。弛力退火後鋼板之W15/50為5.0W/kg以下的無方向性電磁鋼板，判斷為弛力退火後的鐵損特性優異者。

(B)弛力退火後的磁通量密度 依據JIS C 2552：2014「無方向性電磁鋼帶」來測定上述弛力退火後鋼板的磁通量密度(B ₅₀)。弛力退火後鋼板的B ₅₀為1.70T以上的無方向性電磁鋼板，判斷為弛力退火後的磁通量密度優異者。

(C)在弛力退火中的粒成長性 使用與上述無方向性電磁鋼板之平均結晶粒徑相同的測定方法，來測定上述弛力退火後鋼板的平均結晶粒徑。弛力退火後平均結晶粒徑為50μm以上的無方向性電磁鋼板，判斷為在弛力退火中的粒成長性良好。

(D)衝孔加工性 使用弛力退火前且完工退火後的無方向性電磁鋼板來評價衝孔加工性。具體來說，以板厚7%以上且12%以下的餘隙，對鋼板衝孔。測定衝孔部的毛邊高度。關於毛邊高度為30μm以下之樣品，衝孔加工性判定為「良好」(記號A)。關於毛邊高度為大於30μm且100μm以下之樣品，衝孔加工性判定為「可」(記號B)。關於毛邊高度為大於100μm之樣品，衝孔加工性判定為「不良」(記號C)。

上述評價結果列示於表3。

[表3]

如表3所示可知，滿足本發明規定的試驗No.1~8、22、23及25~27，其等穩定發揮出優異的磁特性。另一方面，化學組成不滿足本發明規定的試驗No.9~16，結果其等鐵損及磁特性之至少一者劣化。又，試驗No.17因為不含有La、Ce、Zr、Mg及Ca之任一者，而未形成含La等的氧化物。因此，鐵損平均值雖降低，但由於無法穩定使MnS變得無害，故鐵損最大值變高。

試驗No.18~21則因為製造條件不適切，其等適切氧化物之個數密度落於規定範圍外，結果導致鐵損劣化之結果。此外，試驗No.24由於並非有效利用噴嘴材質熔解而是在精煉步驟中添加Mg及Ce至鋼液中來調整成分，故其並未充分形成含La等的氧化物。結果，鐵損平均值雖降低，但由於無法穩定使MnS變得無害，故鐵損最大值變高。

產業利用性 依照本發明，能以低成本穩定提供一種在弛力退火中的粒成長性良好且磁特性優異的無方向性電磁鋼板。據此，本發明在產業上具有極高的可利用性。

(無)

Claims (11)

1. 一種無方向性電磁鋼板，其化學組成以質量%計含有：C：0.0050%以下、Si：0.10~1.50%、Mn：0.10~1.50%、sol.Al：0.0050%以下、N：0.0030%以下、S：0.0040%以下、及O：0.0050~0.0200%，且含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素：合計0.0005~0.0200%，剩餘部分：Fe及不純物；以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物，其個數密度N為3.0×10³~10×10³個/cm²；並且前述氧化物中，包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的前述元素以質量%計合計1.0%以上的氧化物，其個數密度n滿足下述(i)式：n/N≧0.01‧‧‧(i)。
2. 如請求項1之無方向性電磁鋼板，其中，前述化學組成含有下述來取代前述Fe之一部分：以質量%計，Sn：0.50%以下。
3. 如請求項1或請求項2之無方向性電磁鋼板，其中，前述氧化物彼此的平均間隔為30~300μm。
4. 如請求項1或請求項2之無方向性電磁鋼板，其平均結晶粒徑為30μm以下，並且，其以750℃下保持2小時之條件施行弛力退火後的平均結晶粒徑為50μm以上。
5. 如請求項3之無方向性電磁鋼板，其平均結晶粒徑為30μm以下，並且，其以750℃下保持2小時之條件施行弛力退火後的平均結晶粒徑為50μm以上。
6. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，是製造如請求項1至請求項5中任一項之無方向性電磁鋼板的方法，其具備以下步驟：精煉步驟：製造鋼液；連續鑄造步驟：連續鑄造前述鋼液而製造出具有如請求項1或請求項2之化學組成的鋼胚；熱軋步驟：加熱所獲得之前述鋼胚後施行熱輥軋而作成熱軋鋼板；酸洗步驟：對前述熱軋鋼板施行酸洗；冷軋步驟：對酸洗後的前述熱軋鋼板施行冷輥軋而作成冷軋鋼板；及完工退火步驟：對前述冷軋鋼板施行完工退火；在前述精煉步驟中，添加合金前的前述鋼液之氧量設為以質量%計0.010~0.050%，接著，將添加至前述鋼液的Si添加量M1與前述鋼胚中的Si含量M2調整成滿足下述(ii)式；在前述連續鑄造步驟中，使用下述噴嘴，該噴嘴會接觸到前述鋼液的內壁一部分或全部是由下述材料所構成，該材料以質量%計含有：合計3~60%之包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的氧化物；0.90≦M2/M1≦1.10‧‧‧(ii)。
7. 如請求項6之無方向性電磁鋼板的製造方法，其中，在前述精煉步驟中，自添加完合金後至開始前述連續鑄造步驟為止之時間設為30~180分之範圍內；在前述熱軋步驟中，於前述鋼胚溫度為1050℃以上且小於1150℃之範圍內 保持15~240分後，隨即對前述鋼胚施行熱輥軋。
8. 如請求項6或請求項7之無方向性電磁鋼板的製造方法，其中，在前述完工退火步驟中，前述冷軋鋼板溫度設為800℃以上且小於850℃。
9. 一種熱軋鋼板，可作為如請求項1至請求項5中任一項之無方向性電磁鋼板的素材，該熱軋鋼板之化學組成以質量%計含有：C：0.0050%以下、Si：0.10~1.50%、Mn：0.10~1.50%、sol.Al：0.0050%以下、N：0.0030%以下、S：0.0040%以下、及O：0.0050~0.0200%，且含有選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上元素：合計0.0005~0.0200%，剩餘部分：Fe及不純物；以質量%計包含20~60%之O及20~60%之Si且直徑為1.0~5.0μm之氧化物，其個數密度N為3.0×10³~10×10³個/cm²；並且前述氧化物中，包含選自La、Ce、Zr、Mg及Ca所構成群組之1種以上的前述元素以質量%計合計1.0%以上的氧化物，其個數密度n滿足下述(i)式：n/N≧0.01‧‧‧(i)。
10. 如請求項9之熱軋鋼板，其中，前述化學組成含有下述來取代前述Fe之一部分：以質量%計，Sn：0.50%以下。
11. 請求項9或請求項10之熱軋鋼板，其中，前述氧化物彼此的平均間隔為30~300μm。