CN102482742A - 无方向性电磁钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明的无方向性电磁钢板含有Si：2.8质量％以上且4.0质量％以下、Al：0.2质量％以上且3.0质量％以下及P：0.02质量％以上且0.2质量％以下。无方向性电磁钢板按以总量计为0.5质量％以上的量还含有选自Ni：4.0质量％以下及Mn：2.0质量％以下中的至少1种。C含量为0.05质量％以下，N含量为0.01质量％以下。平均晶体粒径为15μm以下，<111>晶体取向轴密度为6以上。

Description

无方向性电磁钢板
技术领域
本发明涉及适合于高速旋转机的转子的无方向性电磁钢板。
背景技术
无方向性电磁钢板例如用于旋转机的转子等。一般而言，作用于转子的离心力与旋转半径成比例，且与旋转速度的平方成比例。为此，对高速旋转机的转子作用非常大的应力。因而优选转子用的无方向性电磁钢板的抗拉强度高。也就是说，优选转子用的无方向性电磁钢板具备高张力。这样，转子用的无方向性电磁钢板要求高的抗拉强度(高张力)。
另一方面，不局限于旋转机的转子，在用于铁芯的无方向性电磁钢板的情况下，铁损低是重要的。特别是在高速旋转机的转子用的无方向性电磁钢板的情况下，高频铁损低是重要的。这样，转子用的无方向性电磁钢板也要求低的高频铁损。也就是说，还要求在高频下使用旋转机时的效率要高。
但是，高张力及低高频铁损在物理上具有相反的关系，要使它们兼顾是非常困难的。
虽提出了谋求它们的兼顾的技术，但至今为止也没有能够容易地进行制造的技术。例如，提出了得到Si含量高的热轧钢板，然后进行各种温度控制的技术，但由于Si含量高，从而冷轧非常困难。此外，为了能进行冷轧，进行了各种温度控制，但由于该温度控制非常特殊，因此所需的时间、劳动力及成本增大。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭60-238421号公报
专利文献2：日本特开昭61-9520号公报
专利文献3：日本特开昭62-256917号公报
专利文献4：日本特开平2-8346号公报
专利文献5：日本特开2003-342698号公报
专利文献6：日本特开2002-220644号公报
专利文献7：日本特开平3-223445号公报
发明内容
发明要解决的课题
本发明的目的在于提供一种能够容易地制造的、能够得到高的抗拉强度及低的高频铁损的无方向性电磁钢板。
用于解决课题的方法
本发明者们从在无方向性电磁钢板中通过固溶强化、析出强化、加工强化、细粒化强化、利用相变组织的强化等将铁损抑制在低水平同时得到良好的机械特性的观点出发，进行了深入研究。
其结果是，发现了通过将Si、Mn及Ni等的含量规定在适当的范围内，并将平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度规定在适当的范围内，能够得到高的屈服强度，并能将高频铁损抑制在低水平，详细情况在后面叙述。然后，想到了以下的无方向性电磁钢板。
本发明的无方向性电磁钢板的特征在于：含有Si：2.8质量％以上且4.0质量％以下、Al：0.2质量％以上且3.0质量％以下及P：0.02质量％以上且0.2质量％以下，进而按照以总量计为0.5质量％以上的量还含有选自Ni：4.0质量％以下及Mn：2.0质量％以下中的至少1种，C含量为0.05质量％以下，N含量为0.01质量％以下，剩余部分包含Fe及不可避免的杂质，平均晶体粒径为15μm，<111>晶体取向轴密度为6以上。
发明效果
根据本发明，由于平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度适当，因而能够得到高的屈服强度及低的高频铁损。此外，由于Si等的含量适当，因而使得制造过程中的处理变得容易，还能够避免追加基于脆化等的复杂处理。
附图说明
图1是表示无方向性电磁钢板的轴密度的图。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。首先，对本发明的无方向性电磁钢板的成分进行说明。
C及N被用于形成Nb等的碳氮化物。碳氮化物具有通过析出强化及晶粒的细粒化强化来提高无方向性电磁钢板的张力的作用。如果C含量低于0.003质量％，或N含量低于0.001质量％，则该作用容易变得不充分。另一方面，如果C含量超过0.05质量％，或N含量超过0.01质量％，则因磁时效等引起铁损特性显著降低。因此，将C含量规定为0.05质量％以下，将N含量规定为0.01质量％以下。此外，C含量优选为0.003质量％以上，N含量优选为0.001质量％以上。
Si具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而使涡流损失降低，从而降低高频铁损等铁损的作用。此外，Si还具有通过固溶强化而提高无方向性电磁钢板的张力的作用。如果Si含量低于2.8质量％，则这些作用变得不充分。另一方面，如果Si含量超过4.0质量％，则引起磁通密度降低、脆化、冷轧等处理的困难化、及材料成本的上升。因此，将Si含量规定为2.8质量％以上且4.0质量％以下。
Al与Si同样，具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而使涡流损失降低，从而降低高频铁损等铁损的作用。如果Al含量低于0.2质量％，则这些作用变得不充分。另一方面，如果Al含量超过3.0质量％，则引起磁通密度降低、脆化、冷轧等处理的困难化、及材料成本的上升。因此，将Al含量规定为0.2质量％以上且3.0质量％以下。此外，Al含量优选为2.0质量％以下，更优选为1.5质量％以下，进一步优选为1.0质量％以下。
Ni及Mn有助于提高无方向性电磁钢板的张力。也就是说，Ni具有通过固溶强化而提高张力的作用，Mn具有通过固溶强化及细粒化强化而提高张力的作用。此外，Ni还具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而使涡流损失降低，从而降低高频铁损等铁损的作用。进而，Ni还有助于伴随着无方向性电磁钢板的饱和磁矩的增大的磁通密度的提高。Mn具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大而使涡流损失降低，从而降低高频铁损等铁损的作用。如果Ni含量及Mn含量的总量低于0.5质量％，则这些作用变得不充分，不能得到足够的抗拉强度。另一方面，如果Ni含量超过4.0质量％，则产生起因于饱和磁矩的降低的磁通密度的降低。此外，如果Mn含量超过2.0质量％，则磁通密度降低，材料成本上升。因此，规定4.0质量％以下的Ni及/或2.0质量％以下的Mn按以总量计为0.5质量％以上的量含有。
P具有大幅度提高无方向性电磁钢板的张力的作用。因此，为进一步提高张力也可以含有。如果P含量低于0.02质量％，则该作用变得不充分。另一方面，如果P含量超过0.2质量％，则因制造过程中P向晶界偏析而使热轧钢板脆化，有时其后的冷轧变得非常困难。因此，将P含量规定为0.02质量％以上且0.2质量％以下。
Nb具有通过与C及N反应而生成Nb碳氮化物，通过析出强化及细粒化强化来提高无方向性电磁钢板的张力的作用。作为在无方向性电磁钢板中形成碳氮化物的金属元素，除Nb以外，还可列举出Zr、V、Ti及Mo。其中，Nb碳氮化物的析出强化显著。此外，Nb还具有在冷轧及最终退火等时抑制晶粒生长，降低高频铁损的作用。因此，也可以含有Nb。但是，如果Nb含量过高，则再结晶温度上升，或无方向性电磁钢板容易脆化。因此，在将Nb含量规定为[Nb]质量％、将C含量规定为[C]质量％、将N含量规定为[N]质量％时，用[Nb]/8([C]+[N])表示的值RNb优选为1以下。此外，为了得到上述作用，优选RNb为0.1以上。
作为无方向性电磁钢板的上述成分以外的成分，例如为Fe及不可避免的杂质。另外，为了避免伴随着高张力化的晶界的脆化，也可以含有B。在此种情况下，B含量优选为0.001质量％以上。另一方面，如果B含量超过0.007质量％，则引起磁通密度的降低及热轧时的脆化等。因此，B含量优选为0.007质量％以下。
进而，为了进一步提高各种磁特性，也可以含有Cu：0.02％以上且1.0％以下、Sn：0.02％以上且0.5％以下、Sb：0.02％以上且0.5％以下、Cr：0.02％以上且3.0％以下、及/或稀土类金属(REM：rare earth metal)：0.001％以上且0.01％以下。也就是说，也可以含有选自这些多种元素中的1种以上的元素。
而且，根据包含这些成分的无方向性电磁钢板，能够得到高的屈服强度及低的高频铁损。此外，如以下所示，只要该无方向性电磁钢板的平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度在适当的范围内，就能够得到更高的张力，能够抑制高频铁损。
这里，对平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度的适当的范围进行说明。本发明者们通过以下实验发现了适当的范围。首先，对含有C：0.029质量％、Si：3.17质量％、Al：0.69质量％、Ni：2.55质量％、P：0.03质量％、N：0.002质量％及Nb：0.037质量％的板坯进行热轧，得到热轧钢板。该热轧钢板的值RNb为0.15。接着，按表1所示的压下率对热轧钢板进行冷轧，得到厚度为0.35mm的冷轧钢板。然后，按表1所示的条件对冷轧钢板实施连续最终退火，得到无方向性电磁钢板。
表1
Figure BDA0000140123950000051
然后，对无方向性电磁钢板的平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度进行测定。进而，从无方向性电磁钢板上切下爱波斯坦试样及拉伸试验片，采用这些试验片测定磁特性及机械特性。其结果示于表2。以下的表中的“W15/50”表示铁损W15/50，“B50”表示磁通密度B50，“W10/1000”表示铁损W10/1000。此外，“YP”表示屈服强度，“TS”表示抗拉强度，“EL”表示延伸率。
表2
Figure BDA0000140123950000061
如表2所示，在试样No.5中，得到了高的屈服强度及抗拉强度，此外，高频铁损W10/1000低。另一方面，在试样No.1～No.4中，如果与试样No.5相比较，则屈服强度及抗拉强度低，高频铁损W10/1000高。此外，在试样No.1及No.2中，屈服强度及抗拉强度特别低。因此，将平均晶体粒径规定为15μm以下，如图1所示，将<111>晶体取向轴密度规定为6以上。平均晶体粒径特别优选为13μm以下，更优选为11μm以下。此外，<111>晶体取向轴密度特别优选为9以上，更优选为10以上。另外，<001>晶体取向等其它晶体取向的轴密度没有特别的限定，但优选<001>晶体取向轴密度高。
另外，本发明的无方向性电磁钢板例如能够按如下所述进行制造。首先，将具有上述组成的板坯熔炼，对该板坯实施加热及热轧，得到热轧钢板。接着，对该热轧钢板实施冷轧，得到冷轧钢板。然后，进行最终退火。另外，为了避免伴随着晶粒生长的强度下降及脆化，优选不对热轧钢板进行退火，也优选不进行冷轧的中间退火。如果采用具有上述组成的热轧钢板，即使不对热轧钢板进行退火和中间退火，也能够得到提高张力及降低高频铁损的效果。此外，通过省略对热轧钢板的退火，还能够提高弯曲加工性。也就是说，由于本发明的无方向性电磁钢板具有上述组成，从而能够通过比较简易的处理实现张力的提高及高频铁损的降低。
而且，平均晶体粒径例如能够根据最终退火的条件进行调整。为了使平均晶体粒径为15μm以下，优选在750℃以下、25秒钟以下的条件下进行最终退火，或在740℃以下、30秒钟以下的条件下进行最终退火，更优选在740℃以下、25秒钟以下的条件下进行最终退火。这些范围是从上述实验中得出的。此外，如上所述，优选不对热轧钢板进行退火，也优选不进行冷轧的中间退火。这是因为如果进行这些退火，则难以使平均晶体粒径为15μm以下。
此外，<111>晶体取向轴密度例如能够根据冷轧时的压下率进行调整。为了使<111>晶体取向轴密度为6以上，优选将压下率规定为85％以上，更优选规定为88％以上，进一步优选规定为90％以上。这些范围也是从上述实验中得出的。此外，<111>晶体取向轴密度例如也能够根据热轧时的精轧温度及热轧后的冷却的条件等进行调整。也就是说，在作为热轧进行粗轧及其后的精轧的情况下，能够根据精轧时的热轧钢板的温度调整<111>晶体取向轴密度。此外，在热轧后卷取热轧钢板的情况下，通过调整此时的热轧钢板的温度(卷取温度)，能够调整<111>晶体取向轴密度。精轧温度越低，热轧钢板中的不发生再结晶的部分的面积比率越高。因此，精轧温度越低，越能够得到与冷轧的压下率高时同样的效果。因此，优选降低精轧温度，更优选规定为850℃以下。此外，卷取温度越低，热轧钢板中的不发生再结晶的部分的面积比率越高。因此，还优选降低卷取温度，特别优选规定为650℃以下。
实施例
(第1实验)
首先，对含有表3所示的成分、剩余部分由Fe及不可避免的杂质形成的板坯进行热轧，得到热轧钢板。接着，按表4所示的压下率对热轧钢板进行冷轧，得到厚度为0.20mm的冷轧钢板。然后，按表4所示的条件对冷轧钢板实施连续最终退火，得到无方向性电磁钢板。
表3
Figure BDA0000140123950000081
表4
Figure BDA0000140123950000082
然后，测定无方向性电磁钢板的平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度。另外，从无方向性电磁钢板上切下爱波斯坦试样及拉伸试验片。接着，采用爱波斯坦试样测定磁特性，采用拉伸试验片测定机械特性。其结果示于表5。
表5
Figure BDA0000140123950000091
如表5所示，在比较例No.12～No.14中，通过Ni及/或Mn的固溶强化，与比较例No.11相比较，屈服强度及抗拉强度高。此外，在比较例No.15中，由于<111>晶体取向轴密度在6以上，因此屈服强度及抗拉强度比比较例No.12～No.14高。
进而，在实施例No.16及No.17中，<111>晶体取向轴密度为6以上，平均晶体粒径为15μm以下，因此与比较例No.15相比屈服强度及抗拉强度非常高，高频铁损W10/1000非常低。这样，在实施例No.16及No.17中，得到了良好的磁特性及机械特性。
此外，从表4及表5可知，压下率越高，则<111>晶体取向轴密度变得越高，连续最终退火的温度越低、时间越短，则平均晶体粒径越小。
(第2实验)
首先，对含有表6所示的成分、剩余部分由Fe及不可避免的杂质形成的板坯进行热轧，得到热轧钢板。接着，按表7所示的压下率对热轧钢板进行冷轧，得到厚度为0.25mm的冷轧钢板。然后，按表7所示的条件对冷轧钢板实施连续最终退火，得到无方向性电磁钢板。
表6
Figure BDA0000140123950000101
表7
Figure BDA0000140123950000102
然后，测定无方向性电磁钢板的平均晶体粒径及<111>晶体取向轴密度。另外，从无方向性电磁钢板上切下爱波斯坦试样及拉伸试验片。接着，采用爱波斯坦试样测定磁特性，采用拉伸试验片测定机械特性。其结果示于表8。
表8
如表8所示，在比较例No.22中，通过Ni的固溶强化，与比较例No.21相比较，屈服强度及抗拉强度高。此外，在比较例No.23及比较例No.24中，通过微细析出的Nb碳氮化物的析出强化，屈服强度及抗拉强度比比较例No.22高。另外，在比较例No.22的无方向性电磁钢板中也含有Nb，但由于值RNb低于0.1，因此Nb碳氮化物几乎没有微细地析出。此外，在比较例No.24中，<111>晶体取向轴密度在6以上，因此屈服强度及抗拉强度比比较例No.23高。
另外，在实施例No.25及No.26中，值RNb为0.1以上，<111>晶体取向轴密度为6以上，平均晶体粒径为15μm以下，因此与比较例No.24相比，屈服强度及抗拉强度非常高，高频铁损W10/1000非常低。这样，在实施例No.25及No.26中，得到了良好的磁特性及机械特性。
此外，由表7及表8可知，压下率越高，则<111>晶体取向轴密度越高，连续最终退火的温度越低，则平均晶体粒径越减小。
产业上的利用可能性
本发明例如能够用于电磁钢板制造产业及电磁钢板利用产业中。

Claims (4)

1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于，含有Si：2.8质量％以上且4.0质量％以下、Al：0.2质量％以上且3.0质量％以下、及P：0.02质量％以上且0.2质量％以下；
进而，按以总量计为0.5质量％以上的量还含有选自Ni：4.0质量％以下及Mn：2.0质量％以下中的至少1种；
C含量为0.05质量％以下；
N含量为0.01质量％以下；
剩余部分包含Fe及不可避免的杂质；
平均晶体粒径为15μm；
<111>晶体取向轴密度为6以上。
2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，
C含量为0.003质量％以上；
N含量为0.001质量％以下；
进而还含有Nb，在将Nb含量设为[Nb]质量％、将C含量设为[C]质量％、将N含量设为[N]质量％时，用[Nb]/8([C]+[N])表示的值RNb为0.1以上且1以下。
3.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，含有B：0.001质量％以上且0.007质量％以下。
4.根据权利要求2所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，含有B：0.001质量％以上且0.007质量％以下。
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