TWI820774B - 高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，該製造方法包含以下步驟：提供一鋼胚，其中該鋼胚的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比，且該鋼胚中柱狀晶比例低於20%；將該鋼胚進行一再加熱程序，其中該再加熱程序的加熱溫度為1100℃以下，在進行該再加熱程序後，對該鋼胚進行一熱軋程序及一冷軋程序以形成一鋼板；及將該鋼板進行一退火程序，以形成一低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片。
Description
本發明係關於低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，特別是關於一種經絕緣塗膜塗覆後的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法。
現有技術中，針對電磁鋼片的製造，主要有兩種方法。一種是利用連續薄板連續鑄造的方式，生產厚度1至10毫米厚度的鋼胚，再透過適當的熱軋溫度與裁減量控制來優化最終產品的性質。另一種製造方式是利用在連續鑄造時採用液芯壓下的方式將鋼胚的厚度降至65毫米，再經由後續熱軋製程將鋼胚軋成厚度為2.2毫米熱軋鋼板。以上方法均是藉由降低鋼胚厚度以達到優化最終產品的性質的方法。
然而，由於熱軋鋼板的顯微組織與集合組織對冷軋後再結晶與集合組織的演化影響甚鉅，因此近年來有針對相變而控制熱軋來優化組織結構的相關技術。對於矽含量更高的電磁鋼，肥粒鐵已經不會在高溫變態成沃斯田鐵，現有曾有人提出利用低溫澆鑄以及控制脫膜速度，藉以控制鋼胚中柱狀晶含量，進而改善電磁鋼片表面品質。已知控制鋼胚中柱狀晶含量的現有技術均著重於表面品質改善，其手段之一是透過合金設計改變，添加大量的錳，使沃斯田鐵相變態得以發生，但是並未針對高矽電磁鋼片的磁性進行優化的相關研究。
故，現有的高矽非方向性電磁鋼片缺乏提供具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法。因此有必要提中一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，其係針對矽含量高於2重量百分比（wt%）且低於6重量百分比（wt%），及碳含量低於0.005重量百分比（wt%）的電磁鋼，將鋼胚中柱狀晶比例降至20%以下，進而優化電磁鋼片的磁性。
本發明之次要目的在於提供一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，其係搭配熱軋溫度的控制，進而進一步優化磁性。
本發明之次要目的在於提供一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片及其製造方法，其係透過高溫（加熱溫度為1000℃至1100℃之間）與低溫（加熱溫度為900℃至1000℃之間）的再加熱程序來進一步優化磁性。
為達上述之目的，本發明提供一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，包含以下步驟：提供一鋼胚，其中該鋼胚的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比，且該鋼胚中柱狀晶比例低於20%；將該鋼胚進行一再加熱程序，其中該再加熱程序的加熱溫度為1100℃以下，在進行該再加熱程序後，對該鋼胚進行一熱軋程序及一冷軋程序以形成一鋼板；及將該鋼板進行一退火程序，以形成一低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片。
在本發明之一實施例中，其中該再加熱程序包含一第一再加熱程序及一第二再加熱程序，該第一再加熱程序的加熱溫度為1000℃至1100℃之間，及該第二再加熱程序的加熱溫度為900℃至1000℃之間。
在本發明之一實施例中，其中該鋼胚中等軸晶比例高於60％。
在本發明之一實施例中，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值（W15/50）低於3.4瓦/千克。
在本發明之一實施例中，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的磁通密度（B15）高於1.4 特斯拉。
在本發明之一實施例中，其中該退火程序為經過均溫溫度為850℃以上的連續退火，退火時間為20至300秒。
在本發明之一實施例中，其中該鋼胚還包含低於0.1重量百分比的磷、低於0.1重量百分比的銻、低於0.1重量百分比的錫及低於0.1重量百分比的銅，且磷、銻、錫、銅元素的總含量低於0.3重量百分比。
本發明還提供一種通過如上所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法所製造的低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片，其中該高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值（W15/50）低於3.4瓦/千克及磁通密度（B15）高於1.4特斯拉。
在本發明之一實施例中，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比。
在本發明之一實施例中，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片中柱狀晶比例低於20%或等軸晶比例高於60％。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參照圖1所示，本發明第一實施例之具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，包含以下步驟：提供一鋼胚，其中該鋼胚的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比，且該鋼胚中柱狀晶比例低於20%；將該鋼胚進行一再加熱程序，其中該再加熱程序的加熱溫度為1100℃以下，在進行該再加熱程序後，對該鋼胚進行一熱軋程序及一冷軋程序以形成一鋼板；及將該鋼板進行一退火程序，以形成一低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片。
可選地，該再加熱程序可以為一第一再加熱程序及一第二再加熱程序兩道再加熱程序，該第一再加熱程序的加熱溫度為1000℃至1100℃之間，及該第二再加熱程序的加熱溫度為900℃至1000℃之間。較佳地，將該鋼胚先進行高溫（即，1000℃至1100℃之間）再加熱程序後，再進行低溫（即，900℃至1000℃）再加熱程序。將該鋼胚進行該再加熱程序後，可選地將該鋼胚熱軋至2.3毫米。本發明第一實施例熱軋後的鋼胚其顯微組織由厚度低於500 微米的軋延肥粒鐵晶粒與部分再結晶晶粒組成。
接著，例如，將前述熱軋後的鋼板經過退火與酸洗製程，再將其經過78%厚度裁減率的該冷軋程序冷軋至0.5毫米厚的鋼板。
經過冷軋後的鋼板，可以經過例如，均溫溫度為850℃以上連續退火，退火時間為20至300秒的退火程序對該鋼板進行退火。
可選地，在該退火程序後，將退火後的鋼板經絕緣塗膜塗覆後成為最終成品。
相較於現有技術，高矽電磁鋼由於不會生成沃斯田鐵，在連續鑄造時，鋼胚中會生成粗大的柱狀晶粒。鋼胚中心則視凝固條件，生成不定量的等軸狀晶粒。現有的連續鑄造的鋼胚中柱狀晶粒長度可長達數十厘米，具有很強的＜100＞//ND集合組織，而等軸晶粒的粒徑則僅數厘米，且並無特定集合組織。上述的鋼胚晶粒在熱軋過程中，於高溫下累積應變，其顯微組織與集合組織的演化，對於熱軋板和冷軋後再結晶的電磁鋼片的顯微組織與集合組織，造成顯著的影響。
本發明為碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比，且該鋼胚中柱狀晶比例低於20%組成的鋼材，當鋼胚為等軸晶含量較高的狀態下，歷經熱軋、盤捲、熱軋退火與冷軋，佐以適當的冷軋後連續退火製程，相較於鋼胚為柱狀晶較高的狀態，歷經相同的熱軋、盤捲、熱軋退火、冷軋與冷軋後連續退火製程之後，本發明製造方法具備較低鐵損值與較高磁通密度的特性。
如圖2所示，其示出本發明實施例與比較例在相同厚度下熱軋後的顯微組織比較。圖2中上部部分的兩個圖為使用現有連續鑄造技術的比較例的顯微組織，下部部分的兩個圖為使用本發明實施例的連續鑄造技術的顯微組織，分別在經由本申請實施例的高溫（即，1000℃至1100℃之間）及低溫（即，900℃至1000℃）再加熱程序再加熱與軋延後，熱軋鋼板的橫截面由EBSD分析所得到的全厚度顯微組織，其結果顯示比較例的鋼胚經過軋延之後，晶粒內鮮有再結晶晶粒存在，且軋延晶粒中的低角度晶界的密度甚低，而本申請實施例鋼胚的軋延組織中則已經有相當比例的再結晶，且軋延組織中的低角度晶界的密度相當高。
本申請的鋼材成分中矽含量高於2重量百分比（wt%）且低於6重量百分比（wt%），錳含量低於1.0重量百分比（wt%）與碳含量低於0.005重量百分比（wt%），能確保鋼材在高溫時不會進行沃斯田鐵相變態，因此鋼胚晶粒無法藉由相變態細化形成由粗大柱狀晶粒組成的鑄造組織。連續鑄造的鋼胚中，柱狀晶粒與等軸狀晶粒的比例，可以由鑄造時的冷卻條件與模流狀態控制。本發明闡明鋼胚中柱狀晶粒無法於高溫應變中累積應變能，會嚴重抑制熱軋過程的再結晶反應，形成粗大且應變儲存能低的長條狀熱軋晶粒。這些長條狀的晶粒嚴重抑制冷軋退火後的再結晶反應速率，進而導致磁性的惡化。因此，根據本發明的製造方法，可以將鋼胚中柱狀晶比例控制低於20%，進而改善磁性。
如圖3所示，其為本發明實施例與比較例的鋼材磁性的比較。比較例與本發明的實施例在經過相同後續製程後（即，熱軋、盤捲、熱軋退火與冷軋，佐以適當的冷軋後連續退火製程），所得到的厚度0.5毫米電磁鋼片的鐵損值與磁通密度，並與中鋼產品比較。其中比較例1和2為現有技術的連續鑄造鋼胚分別在高溫與低溫再加熱的結果，本發明實施例1和2為使用本發明製造方法形成的鋼胚分別在高溫與低溫再加熱的結果。結果顯示本發明實施例的鋼胚所製成的電磁鋼片，其鐵損值均較比較例的鋼胚製成的電磁鋼片低。此外，本發明實施例的鋼胚所製成的電磁鋼片也擁有較高的磁通密度。
可選地，該鋼胚中等軸晶比例可以為高於60％。
較佳地，在本發明之一實施例中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值（W15/50）低於3.4瓦/千克。
較佳地，在本發明之一實施例中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的磁通密度（B15）高於1.4 特斯拉。
可選地，在本發明之一實施例中，其中該鋼胚還包含低於0.1重量百分比的磷、低於0.1重量百分比的銻、低於0.1重量百分比的錫及低於0.1重量百分比的銅，且磷、銻、錫、銅元素的總含量低於0.3重量百分比，以改善集合組織。
另外，本發明還提供一種通過如上所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法所製造的低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片，其中高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值（W15/50）低於3.4瓦/千克及磁通密度（B15）高於1.4特斯拉。
可選地，該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比。
可選地，該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片中柱狀晶比例低於20%或等軸晶比例高於60％。
S11-S13:步驟
圖1：本發明實施例之具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法的流程示意圖。
圖2：本發明實施例與比較例在相同厚度下熱軋後的顯微組織比較。
圖3：本發明實施例與比較例的鋼材磁性的比較。
S11-S13:步驟
Claims (10)
- 一種具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，包含以下步驟：提供一鋼胚，其中該鋼胚的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比，且該鋼胚中柱狀晶比例低於20%；將該鋼胚進行一再加熱程序，其中該再加熱程序的加熱溫度為1100℃以下，在進行該再加熱程序後，對該鋼胚進行一熱軋程序及一冷軋程序以形成一鋼板；及將該鋼板進行一退火程序，以形成一低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該再加熱程序包含一第一再加熱程序及一第二再加熱程序，該第一再加熱程序的加熱溫度為1000℃至1100℃之間，及該第二再加熱程序的加熱溫度為900℃至1000℃之間。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該鋼胚中等軸晶比例高於60%。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值(W15/50)低於3.4瓦/千克。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的磁通密度(B15)高於1.4特斯拉。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該退火程序為經過均溫溫度為850℃以上的連續退火，退火時間為20至300秒。
- 如請求項1所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法，其中該鋼胚還包含低於0.1重量百分比的磷、低於0.1重量百分比的銻、低於0.1重量百分比的錫及低於0.1重量百分比的銅，且磷、銻、錫、銅元素的總含量低於0.3重量百分比。
- 一種通過如請求項1至7之任一項所述的具有低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的製造方法所製造的低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片，其中該高矽非方向性電磁鋼片經絕緣塗膜塗覆後的鐵損值(W15/50)低於3.4瓦/千克及磁通密度(B15)高於1.4特斯拉。
- 如請求項8所述的低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片的碳含量低於0.005重量百分比、矽含量高於2.0重量百分比且低於6.0重量百分比、錳含量低於1.0重量百分比及鋁含量高於0.1重量百分比。
- 如請求項8所述的低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片，其中該低鐵損值、高磁通密度的高矽非方向性電磁鋼片中柱狀晶比例低於20%或等軸晶比例高於60%。
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