CN118103537A - 无取向性电磁钢板、铁芯和电动机铁芯、以及铁芯和电动机铁芯的制造方法 - Google Patents

无取向性电磁钢板、铁芯和电动机铁芯、以及铁芯和电动机铁芯的制造方法 Download PDF

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Abstract

一种无取向性电磁钢板，具备母材钢板以及形成于母材钢板的表面的绝缘覆膜，母材钢板的化学组成如下：以质量％计，C：0.0030％以下、Si：3.2～6.5％、Mn：0.05～3.5％、P：0.005～0.10％、S：0.0030％以下、Al：1.0％以下、Ti：0.0030％以下、B：0.0010％以下、Mo：0.030％以下、V：0.0010％以下、Ca：0～0.0050％、Mg：0～0.0050％、REM：0～0.0050％、剩余部分：Fe及杂质，满足[S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005]，绝缘覆膜的化学组成满足[[M]－[C]+1/2×[O]＞0]。

Description

无取向性电磁钢板、铁芯和电动机铁芯、以及铁芯和电动机铁 芯的制造方法
技术领域
本发明涉及无取向性电磁钢板、铁芯和电动机铁芯、以及铁芯和电动机铁芯的制造方法。
背景技术
近年来，地球环境问题受到关注，对节能的对策的要求进一步提高。其中，强烈期望电气设备的高效率化。因此，在作为电动机或发电机等的铁芯材料而广泛使用的无取向性电磁钢板中，对磁特性的提高的要求也进一步增强。
在电动汽车和混合动力汽车用的驱动电动机以及空调的压缩机用电动机中，该倾向显著。因此，对这些各种电动机的电动机铁芯用的无取向性电磁钢板要求进一步的磁特性的提高、特别是低铁损化。
以往，以低铁损化为目的，进行Si含量的增加以及硫化物的减少(例如，参照专利文献1等)。Si含量的增加具有使固有电阻增加并使涡流损耗降低的效果。另外，通过减少硫化物，能够通过减少阻碍晶界的移动的析出物来促进粗粒化从而降低磁滞损耗。此外，也尝试了由用于除去冲裁应变的去应力退火带来的磁特性的改善。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-54085号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
但是，本发明人同时进行了高Si化、减少硫化物、以及实施去应力退火这三个磁特性改善对策，结果，铁损的改善量成为低于设想。
本发明为了解决这样的问题而完成，其目的在于稳定地得到低铁损的无取向性电磁钢板。
用于解决技术问题的技术手段
本发明的主旨在于以下的无取向性电磁钢板、铁芯和电动机铁芯、以及铁芯和电动机铁芯的制造方法。
(1)一种无取向性电磁钢板，具备母材钢板以及形成于所述母材钢板的表面的绝缘覆膜，
所述母材钢板的化学组成如下：以质量％计，
C：0.0030％以下、
Si：3.2～6.5％、
Mn：0.05～3.5％、
P：0.005～0.10％、
S：0.0030％以下、
Al：1.0％以下、
Ti：0.0030％以下、
B：0.0010％以下、
Mo：0.030％以下、
V：0.0010％以下、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.0050％、
剩余部分：Fe及杂质，
且满足以下(i)式，
S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005…(i)，
所述绝缘覆膜的化学组成满足以下(ii)式，
[M]－[C]+1/2×[O]＞0…(ii)，
其中，上述(i)式中的元素符号表示所述母材钢板中的各元素的含量(质量％)，上述(ii)式中的[M]指所述绝缘覆膜中含有的从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的合计原子浓度(at％)，[C]和[O]分别指所述绝缘覆膜中含有的C和O的原子浓度(at％)。
(2)如上述(1)所记载的无取向性电磁钢板，
所述母材钢板的化学组成以质量％计含有从
Sn：0.10％以下、
Sb：0.10％以下、
Ni：0.10％以下、
Cr：0.10％以下、以及
Cu：0.10％以下中选择的一种以上来替代Fe的一部分。
(3)如上述(1)或(2)所记载的无取向性电磁钢板，
所述母材钢板的板厚小于0.30mm，所述绝缘覆膜的膜厚为1.0μm以下。
(4)如上述(1)至(3)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板，
用于以下用途：在冲裁成规定的形状并层叠后，在750～900℃的温度范围内实施去应力退火。
(5)如上述(1)至(4)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，在对层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板的母材钢板中的C浓度进行测定时，从退火前的所述无取向性电磁钢板的母材钢板中的C浓度起的增加量即C浓度增加量为1ppm以下。
(6)如上述(1)至(5)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，使用层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板测定的铁损W10/400小于11.5W/kg。
(7)如上述(1)至(6)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜中包含的碳化物的量以碳含量换算计为10mg/m2以上。
(8)一种铁芯，包括如上述(1)至(7)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板。
(9)一种铁芯的制造方法，具有将如上述(1)至(7)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板层叠的工序。
(10)一种电动机铁芯，是多个无取向性电磁钢板层叠而成的、包括转子铁芯和定子铁芯的电动机铁芯，
所述无取向性电磁钢板具备母材钢板以及形成于所述母材钢板的表面的绝缘覆膜，
所述母材钢板的化学组成如下：以质量％计，
C：0.0030％以下、
Si：3.2～6.5％、
Mn：0.05～3.5％、
P：0.005～0.10％、
S：0.0030％以下、
Al：1.0％以下、
Ti：0.0030％以下、
B：0.0010％以下、
Mo：0.030％以下、
V：0.0010％以下、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.0050％、
剩余部分：Fe及杂质，
且满足以下(i)式，
S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005…(i)，
构成所述转子铁芯的所述无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜的化学组成满足以下(ii)式，
[M]－[C]+1/2×[O]＞0…(ii)，
构成所述定子铁芯的所述无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜中包含的碳化物的量以碳含量换算计为10mg/m2以上，
其中，上述(i)式中的元素符号表示所述母材钢板中的各元素的含量(质量％)，上述(ii)式中的[M]指所述绝缘覆膜中含有的从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的合计原子浓度(at％)，[C]和[O]分别指所述绝缘覆膜中含有的C和O的原子浓度(at％)。
(11)一种电动机铁芯的制造方法，将如上述(1)至(7)的任意一项所记载的无取向性电磁钢板冲裁成规定的形状并层叠后，在750～900℃的温度范围内实施去应力退火。
发明效果
根据本发明，能够稳定地得到低铁损的无取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示C浓度增加量与铁损(磁滞损耗)的关系的图。
具体实施方式
本发明人们为了解决上述技术问题进行研究，结果得到以下见解。
首先，针对在同时进行高Si化、减少硫化物以及实施去应力退火这三个磁性改善对策的情况下铁损没有如所设想那样改善的原因进行了调查。
结果，可知在将多个无取向性电磁钢板层叠后，若在高温下实施去应力退火，则绝缘覆膜中的有机树脂热分解且一部分作为气体排出，而剩余的碳会游离、残留。并且，发现该残留的碳侵入到钢板中与钢中的Si、Mn、Cr等反应，在晶界作为SiC、MnC、CrC(化学键比有多种，因此省略)等碳化物而析出。这样的反应容易通过在层叠有多个电磁钢板的状态下进行加热而产生。由于这些碳化物妨碍磁畴壁移动，因此成为使磁滞损耗增加且铁损劣化的主要因素。
SiC等碳化物的析出在钢中的Si含量低的情况下不发生。另外，在作为析出物未被消耗而残留的、所谓的游离S的量多的情况下，能够抑制绝缘覆膜中的碳侵入到钢板。即，在高Si化、减少硫化物以及实施去应力退火这三个条件齐全的情况下，由碳化物的析出导致的铁损的劣化会明显化。
因此，本发明人对抑制因碳化物的析出而导致的铁损的劣化的方法进行进一步研究，结果发现，通过在绝缘覆膜中含有从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素，在绝缘覆膜中游离、残留的碳与这些元素反应而形成碳化物，被无害化。
本发明基于上述见解而完成。以下，详细说明本发明的各要件。
1.整体构成
本发明的一实施方式的无取向性电磁钢板具备母材钢板以及形成于母材钢板的表面的绝缘覆膜。以下，说明母材钢板和绝缘覆膜的化学组成。
2.母材钢板的化学组成
各元素的限定理由如以下所述。此外，在以下说明中，关于含量的“％”是指“质量％”。
C：0.0030％以下
C有助于钢板的高强度化，但是引起铁损劣化的元素。若C含量超过0.0030％，则在无取向性电磁钢板中产生铁损劣化，不能得到良好的磁特性。因此，C含量设为0.0030％以下。C含量优选为0.0027％以下、更优选为0.0025％以下。此外，由于C含量的过度的降低会导致制造成本的上升，因此优选设为0.0001％以上、更优选设为0.0005％以上。
Si：3.2～6.5％
Si是使钢的电阻上升而改善铁损的元素。另外，由于Si的固溶强化能力大，因此是对钢板的高强度化也有效的元素。另一方面，若Si含量过剩，则加工性显著劣化，有可能难以实施冷轧。因此，Si含量设为3.2～6.5％。Si含量优选为3.3％以上，优选为6.0％以下、5.5％以下、5.0％以下或4.5％以下。
Mn：0.05～3.5％
Mn是使钢的电阻上升而改善铁损的元素。另外，在Mn含量过低的情况下，电阻的上升效果小，且析出微细的硫化物(MnS)，因此最终退火时的晶粒生长性有可能劣化。另一方面，若Mn含量过剩，则磁通密度有可能降低。因此，Mn含量设为0.05～3.5％。Mn优选为0.10％以上或0.20％以上，优选为3.0％以下、小于3.0％、2.8％以下或2.5％以下。
P：0.005～0.10％
P作为杂质包含在钢中，若其含量过剩，则钢板的延展性有可能显著降低。另一方面，P是固溶强化能力高的元素，因此是在钢板的高强度化中有效的元素。另外，通过P与C竞争而发生晶界偏析也具有抑制去应力退火后的碳化物形成的效果。因此，P含量设为0.005～0.10％。P含量优选为0.050％以下。
S：0.0030％以下
S是通过形成MnS的微细析出物而使铁损增加，使钢板的磁特性劣化的元素。因此，S含量设为0.0030％以下。S含量优选为0.0015％以下。S含量不需要设置下限，但若想要使S过度降低，则会导致制钢成本的大幅增加。因此，S含量优选为0.0005％以上。
Al：1.0％以下
Al是使钢的电阻上升而改善铁损的元素。但是，若Al含量过剩，则磁通密度有可能降低。因此，Al含量设为1.0％以下。Al含量优选为0.80％以下。在想要得到上述效果的情况下，Al含量优选为0.0005％以上，更优选为超过0.0010％、超过0.010％或为0.10％以上。此外，在本说明书中，Al含量是指sol.Al(酸可溶Al)的含量。
Ti：0.0030％以下
B：0.0010％以下
Mo：0.030％以下
V：0.0010％以下
Ti、B、Mo以及V是不可避免地混入的元素，可与碳或氮结合而形成析出物(碳化物、氮化物)。在形成碳化物或氮化物的情况下，这些析出物本身有可能使磁特性劣化。进而，有可能阻碍最终退火中的晶粒的生长，使磁特性劣化。因此，Ti含量设为0.0030％以下、B含量设为0.0010％以下、Mo含量设为0.030％以下、V含量设为0.0010％以下。
Ti含量优选为0.0020％以下、B含量优选为0.0008％以下、Mo含量优选为0.020％以下、V含量优选为0.0008％以下。此外，这些元素的含量不需要设置下限，也可以为0％，但是极度的降低有可能会导致制造成本的增加。因此，Ti含量优选为0.0005％以上、B含量优选为0.0001％以上、Mo含量优选为0.005％以上、V含量优选为0.0001％以上。
Ca：0～0.0050％
Mg：0～0.0050％
REM：0～0.0050％
由于Ca、Mg及REM是形成硫化物而将S固定，有助于铁损降低的元素，因此以满足以下(i)式的方式含有从这些中选择的一种以上。但是，若过剩含有则经济性有可能恶化，因此设为Ca：0.0050％以下、Mg：0.0050％以下、以及REM：0.0050％以下。
S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005…(i)
其中，上述(i)式中的元素符号表示母材钢板中的各元素的含量(质量％)。
Sn：0.10％以下
Sb：0.10％以下
Ni：0.10％以下
Cr：0.10％以下
Cu：0.10％以下
Sn、Sb、Ni、Cr以及Cu是不可避免地混入的元素。但是，这些元素也是提高磁特性的元素，因此也可以有意地含有。
但是，由于若过剩地含有则经济性有可能恶化，因此在有意地含有的情况下，任意一种元素的含量均设为0.10％以下，优选设为0.05％以下。此外，在想要得到磁特性的提高效果的情况下，优选含有从Sn：0.01％以上、Sb：0.01％以上、Ni：0.01％以上、Cr：0.01％以上以及Cu：0.01％以上中选择的一种以上。
在本发明的母材钢板的化学组成中，剩余部分为Fe及杂质。在此，“杂质”是在工业上制造钢时由于矿石、废料等原料、制造工序的各种原因而混入的成分，是指在对本发明不造成不良影响的范围内允许的杂质。
3.绝缘覆膜的化学组成
在本发明的无取向性电磁钢板中，关于绝缘覆膜的种类没有特别限制，但优选为磷酸系、二氧化硅系、Zr系等无机化合物与有机树脂的复合覆膜。以往，主要采用以重铬酸盐为主要原料的铬酸盐系绝缘覆膜，但是6价铬由于毒性强，因此从制造时的作业环境保护的方面出发，优选不含有铬。
另外，关于有机树脂的种类没有限制，例如，可以采用从丙烯酸树脂、苯乙烯树脂、丙烯酸－苯乙烯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、酚醛树脂以及聚氨酯树脂中选择的一种以上。
如上所述，为了将在绝缘覆膜中将游离、残留的碳作为碳化物进行固定并无害化，在本发明中，在绝缘覆膜中含有从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素。更具体而言，绝缘覆膜的化学组成需要满足以下(ii)式。
[M]－[C]+1/2×[O]＞0…(ii)
其中，上述(ii)式中的[M]指从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的合计原子浓度(at％)，[C]和[O]分别指所述绝缘覆膜中含有的C和O的原子浓度(at％)。
此外，在上述元素中，Zn的碳化物形成能力较低。另外，Mn虽然比Zn优异，但与其他元素相比碳化物形成能力低。因此，绝缘覆膜优选在满足上述(ii)式的范围内含有除Zn以外的从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V以及Mo中选择的一种以上的元素，优选在满足上述(ii)式的范围内含有除Zn和Mn以外的从Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V以及Mo中选择的一种以上的元素。
在本发明中，绝缘覆膜中的[M]、[C]以及[O]通过以下步骤测定。首先，对绝缘覆膜包含磷酸系、二氧化硅系等无机化合物且通过碱处理能够溶解的情况进行说明。首先，以包括绝缘覆膜的无取向性电磁钢板整体进行重量测定和化学组成分析。在本实施方式中，化学组成通过ICP-MS进行[M]的分析。关于[C]，依据JIS G 1211-3:2018，通过使试样燃烧并进行红外吸光度测定来进行分析(以下，也称为“燃烧—红外线吸收法”。)。关于[O]，通过用红外线检测器对将试样在He气氛中的石墨坩埚内熔融而产生的二氧化碳进行分析来定量化。接着，对于通过碱处理除去了绝缘覆膜的母材，同样地进行重量测定和化学组成分析。然后，根据绝缘覆膜除去前后的差计算绝缘覆膜中的[M]、[C]以及[O]。
接下来，对绝缘覆膜包含Zr系等无机化合物且不能通过碱处理溶解的情况进行说明。首先，以包含全部绝缘覆膜的方式，通过机械研磨仅将表层部剥离。此时，作为研磨剂使用氧化铝。之后，使用盐酸仅将附着于绝缘覆膜的母材完全除去。然后，通过上述方法对分离后的绝缘覆膜进行化学组成分析，求出绝缘覆膜中的[M]、[C]以及[O]。
4.厚度
在本实施方式的无取向性电磁钢板中，关于母材钢板的板厚和绝缘覆膜的膜厚，不需要特别设置限制。但是，在母材钢板的板厚为0.30mm以上、或绝缘覆膜的膜厚超过1.0μm的情况下，由有机树脂的热分解产生的碳，容易作为二氧化碳从钢板彼此的层叠间排放，因此难以产生碳的游离、残留。
即，本发明中的效果在母材钢板和绝缘覆膜薄的情况下，容易显著地显现。因此，母材钢板的板厚优选为小于0.30mm，绝缘覆膜的膜厚优选为1.0μm以下。
5.铁芯和电动机铁芯
本发明的一实施方式的铁芯是包括上述无取向性电磁钢板的铁芯。上述铁芯通过层叠多张无取向性电磁钢板而得到。层叠的多张无取向性电磁钢板中的一部分或全部是上述无取向性电磁钢板即可。
另外，本发明的一实施方式的电动机铁芯包括转子铁芯和定子铁芯。在此，对转子铁芯要求强度。因此，转子铁芯通过将上述无取向性电磁钢板冲裁成规定的形状并层叠多张而得到。即，本实施方式的转子铁芯未实施去应力退火。因此，构成转子铁芯的无取向性电磁钢板中的绝缘覆膜的化学组成满足上述(ii)式。
另一方面，对定子铁芯要求更优异的磁特性。因此，定子铁芯通过将上述的无取向性电磁钢板冲裁成规定的形状并层叠多张之后，实施去应力退火而得到。如上所述，在层叠多张无取向性电磁钢板后实施去应力退火时，绝缘覆膜中的有机树脂会热分解，一部分碳游离、残留。在本发明中，通过在绝缘覆膜中含有从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素，将在绝缘覆膜中游离、残留的碳作为碳化物进行固定。
因此，本实施方式的电动机铁芯在去应力退火后的绝缘覆膜中，即，在构成定子铁芯的无取向性电磁钢板中的绝缘覆膜中，以碳含量换算计，包含10mg/m2以上的碳化物。换言之，绝缘覆膜中的碳化物的量以碳含量换算计为10mg/m2以上是指，因绝缘覆膜中的有机树脂热分解而游离的碳形成与作为绝缘覆膜的构成元素从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的碳化物，能够抑制侵入到母材钢板中。绝缘覆膜中的碳化物的量可以为13mg/m2以上、进一步可以为15mg/m2以上。此外，上述碳化物是包含从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的碳化物。
绝缘覆膜中的以碳含量换算计的碳化物的量是指形成于单位面积的母材钢板表面的绝缘覆膜中包含的碳化物中的碳的量。在本实施方式中，绝缘覆膜中的碳化物的量通过以下步骤测定。首先，对绝缘覆膜包含磷酸系、二氧化硅系等无机化合物且通过碱处理能够溶解的情况进行说明。首先，通过碱处理仅将绝缘覆膜溶解。此时，碳化物不溶解而成为残渣残留在碱溶液中。因此，在过滤残渣并使其干燥后，通过燃烧—热红外线吸收法测定碳量。然后，通过将该重量除以溶解的母材钢板的形成有绝缘覆膜的表面的面积，求出绝缘覆膜中的以碳含量换算计的碳化物的量。
接下来，对绝缘覆膜包含Zr系等无机化合物且不能通过碱处理溶解的情况进行说明。首先，以包含全部绝缘覆膜的方式，通过机械研磨仅将表层部剥离。此时，作为研磨剂使用氧化铝。之后，使用盐酸将附着于绝缘覆膜的母材完全除去。对除去母材后的残渣进行过滤并使其干燥后，通过燃烧—热红外线吸收法测定碳量。然后，通过将该碳量除以溶解的母材钢板的形成有绝缘覆膜的表面的面积，求出绝缘覆膜中的碳的量。此外，在去应力退火后的绝缘覆膜中，认为作为树脂的碳没有残留，因此测定出的碳量全部来自碳化物。
6.C浓度增加量与铁损的关系
如上所述，若绝缘覆膜中的有机树脂通过高温下的去应力退火而热分解，游离、残留的碳侵入母材钢板而作为SiC、MnC、CrC等析出，则导致铁损的劣化。即，去应力退火后的母材钢板中的C浓度增加量越大，铁损的劣化越大。因此，在本发明中，作为铁损的改善程度的指标，使用C浓度增加量。
C浓度增加量例如能够通过以下方法求出。首先，将5张100mm×100mm的无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％(露点小于30℃)的气氛中，实施在800℃下保持2小时的退火。之后，取出所层叠的5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张，测定母材钢板中的C浓度。然后，将自退火前的母材钢板中的C浓度的增加量作为C浓度增加量。
在此，关于母材钢板中的C浓度，在无取向性电磁钢板的表背两面中分别通过机械研磨除去绝缘覆膜。在此，为了将绝缘覆膜完全除去，在除去绝缘覆膜而看到母材部分后，进一步沿厚度方向除去10μm。并且，之后，对剩余的母材钢板使用燃烧—热红外线吸收法进行C浓度的测定。
此外，去应力退火后的母材钢板中的C浓度增加量与铁损的关系通过本发明人们所进行的预备实验进行了确认。结果如下所示。
在后述的表1所示的试验No.1的无取向性电磁钢板中，调整绝缘覆膜的化学组成，准备了具有各种[M]－[C]+1/2×[O]的值的无取向性电磁钢板。对于所得到的无取向性电磁钢板，通过上述方法测定C浓度增加值。
进而，对于相同的无取向性电磁钢板，即，层叠并进行退火后取出的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板，实施JIS C 2550-1:2011规定的爱泼斯坦试验。然后，将通过±1.0T间的直流测定得到的铁损视为1Hz下的磁滞损耗Wh10/1，将400Hz下的磁滞损耗Wh10/400作为它的400倍进行计算。
图1是表示C浓度增加量与铁损(磁滞损耗)的关系的图。如图1所示，在C浓度增加量与铁损之间确认到良好的相关关系，C浓度增加量越低，铁损越良好。由此，可知作为铁损的改善程度的指标，C浓度增加量是有用的。
7.无取向性电磁钢板的制造方法
制造本实施方式的无取向性电磁钢板的方法没有特别限制。例如，将具有上述化学组成的板坯加热后实施热轧，根据需要进行热轧板退火，并实施酸洗、冷轧，之后实施最终退火，由此得到母材钢板。此外，根据需要，也可以在最终退火后实施表皮光轧。
热轧板退火、冷轧、最终退火的条件没有特别限制，但热轧板退火优选在900～1100℃的温度范围内进行。关于冷轧，从轧制性的观点出发，也可以在轧制前加热至80～300℃后进行轧制。关于最终退火，优选在700～1050℃的温度范围内进行，更优选在900℃以下的温度范围内进行。
另外，表皮光轧的压下率优选设为1～10％。通过将压下率设为1％以上，能够充分得到应变诱发晶粒生长所需的应变。另一方面，通过将压下率设为10％以下，能够维持每个晶体取向的应变量的不均匀。
接下来，在所得到的母材钢板的表面形成绝缘覆膜。在此，绝缘覆膜的形成工序没有特别限定，只要使用具有上述化学组成的绝缘覆膜处理液进行处理液的涂布及干燥即可。但是，从抑制碳侵入到母材钢板中的观点出发，处理液的干燥、烧结的升温速度的控制是重要的。
具体而言，处理液的干燥、烧结的升温速度优选设为40℃/s以上，更优选设为50℃/s以上。若加热速度慢，则覆膜表面平坦化，从而阻碍去应力退火时的二氧化碳气体等的排出，碳向钢中的侵入量进一步增加，另外相反地，若加热速度快，则形成微小的凹凸，从而容易避免碳的不良影响。
进而，关于烧结温度，优选设为270℃以上350℃以下的范围。烧结温度小于270℃时，则覆膜表面平坦化，从而阻碍去应力退火时的二氧化碳气体等的排出，碳向钢中的侵入量进一步增加，另外相反地，若烧结温度高，则形成微小的凹凸，从而容易避免碳的不良影响。另一方面，在烧结温度过高的情况下，覆膜中的树脂在本阶段就开始燃烧，冲裁性劣化。烧结温度更优选设为300℃以上350℃以下。
此外，在形成绝缘覆膜的母材钢板的表面，在涂布处理液之前，也可以实施利用碱等的脱脂处理、或利用盐酸、硫酸、磷酸等的酸洗处理等任意的前处理，也可以不实施这些前处理而保持最终退火后的状态。
8.铁芯和电动机铁芯的制造方法
本发明的一实施方式的铁芯的制造方法具有层叠上述无取向性电磁钢板的工序。此时，将多张无取向性电磁钢板层叠。层叠的多张无取向性电磁钢板中的一部分或全部是上述无取向性电磁钢板即可。
另外，对于上述无取向性电磁钢板，在冲裁成规定的形状并层叠后，实施去应力退火，由此得到电动机铁芯。此外，如上所述，由于转子铁芯优选不实施去应力退火，因此在此所说的电动机铁芯优选是定子铁芯。
去应力退火的条件没有特别限制，但从改善磁特性的观点出发，优选在高温下进行去应力退火，具体而言，优选将退火温度设为750～900℃的高温范围。退火时间也没有限制，例如，优选设为0.5～5.0h。此外，退火时间是电动机铁芯成为750℃以上的时间，小于750℃的升温时间、冷却时间可以适当设定。
如上所述，在高温下进行去应力退火的情况下，由碳化物的析出导致的铁损的劣化容易明显化，但在本发明中，通过使绝缘覆膜的化学组成适当化能够抑制该问题。换言之，本实施方式的无取向性电磁钢板能够适合用于在冲裁成规定的形状并层叠后，在750～900℃的温度范围内实施去应力退火的用途。
以下，通过实施例对本发明进行更具体的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
实施例
将具有规定的化学组成的板坯加热至1150℃后，以精轧温度800℃、精轧板厚2.2mm实施热轧，在700℃下卷取而制成热轧钢板。对得到的热轧钢板实施950℃×40s的热轧板退火，通过酸洗除去表面的氧化皮。进而，通过冷轧将上述钢板制成板厚0.25mm的冷轧钢板。
之后，在900℃×20秒的条件下进行最终退火，制成母材钢板。将所得到的母材钢板的化学组成示于表1。另外，母材钢板的厚度均为0.25mm。
[表1]
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接下来，在母材钢板的表面上涂布由表2所示的成分构成的绝缘覆膜处理液后，在大气中、在表2所示的温度下进行烧结从而形成绝缘覆膜，制成无取向性电磁钢板。将绝缘覆膜的化学组成和膜厚一并示于表2。
[表2]
之后，将得到的无取向性电磁钢板冲裁成规定形状并层叠5张之后，在N2：100％(露点-30℃)的气氛中，进行在800℃下保持2小时的去应力退火。然后，取出层叠的5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张，针对该无取向性电磁钢板，通过JIS C 2550-1:2011规定的爱泼斯坦试验测定铁损W10/400(W/kg)。此外，铁损W10/400是指在最大磁通密度为1.0T且频率400Hz的条件下产生的总铁损。在本实施例中，在铁损W10/400小于11.5W/kg的情况下判断为低铁损。
接着，针对上述层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板，测定母材钢板中的C浓度，通过与退火前的母材钢板中的C浓度进行比较，求出C浓度增加量。将其结果一并示于表2。
如表2所示，在满足(ii)式的本发明例的试验No.1～3、5～7、9、10、12、16～18、20、21以及23中，C浓度增加量为1ppm以下，成为铁损也优异的结果。另一方面，关于比较例的试验No.4、8、13～15以及19，由于不满足(ii)式，因此C浓度增加量变大，成为铁损劣化的结果。此外，关于试验No.11，尽管不满足(ii)式，但绝缘覆膜的膜厚超过1.0μm，因此C浓度增加量未变大。另外，关于试验No.22，由于不满足(i)式，因此尽管满足(ii)式且C浓度增加量为1ppm以下，但成为铁损劣化的结果。
进而，关于试验No.24，由于烧结条件不适当，因此C浓度增加量变大，成为铁损劣化的结果。然后，关于试验No.25，烧结条件不适当，也不满足(ii)式，因此C浓度增加量变大，成为铁损劣化的结果。
工业可利用性
如上所述，根据本发明，能够稳定地得到低铁损的无取向性电磁钢板。

Claims (11)

1.一种无取向性电磁钢板，具备母材钢板以及形成于所述母材钢板的表面的绝缘覆膜，
所述母材钢板的化学组成如下：以质量％计，
C：0.0030％以下、
Si：3.2～6.5％、
Mn：0.05～3.5％、
P：0.005～0.10％、
S：0.0030％以下、
Al：1.0％以下、
Ti：0.0030％以下、
B：0.0010％以下、
Mo：0.030％以下、
V：0.0010％以下、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.0050％、
剩余部分：Fe及杂质，
且满足以下(i)式，
S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005…(i)，
所述绝缘覆膜的化学组成满足以下(ii)式，
[M]－[C]+1/2×[O]＞0…(ii)，
其中，所述(i)式中的元素符号表示所述母材钢板中的各元素的以质量％计的含量，所述(ii)式中的[M]指所述绝缘覆膜中含有的从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的单位为at％的合计原子浓度，[C]和[O]分别指所述绝缘覆膜中含有的C和O的单位为at％的原子浓度。
2.如权利要求1所述的无取向性电磁钢板，
所述母材钢板的化学组成以质量％计含有从
Sn：0.10％以下、
Sb：0.10％以下、
Ni：0.10％以下、
Cr：0.10％以下、以及
Cu：0.10％以下中选择的一种以上来替代Fe的一部分。
3.如权利要求1或权利要求2所述的无取向性电磁钢板，
所述母材钢板的板厚小于0.30mm，所述绝缘覆膜的膜厚为1.0μm以下。
4.如权利要求1至权利要求3的任意一项所述的无取向性电磁钢板，
用于以下用途：在冲裁成规定的形状并层叠后，在750～900℃的温度范围内实施去应力退火。
5.如权利要求1至权利要求4的任意一项所述的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，在对层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板的母材钢板中的C浓度进行测定时，从退火前的所述无取向性电磁钢板的母材钢板中的C浓度起的增加量即C浓度增加量为1ppm以下。
6.如权利要求1至权利要求5的任意一项所述的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，使用层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板测定的铁损W10/400小于11.5W/kg。
7.如权利要求1至权利要求6的任意一项所述的无取向性电磁钢板，
将5张所述无取向性电磁钢板层叠后，在N2：100％、露点-30℃的气氛中实施在800℃下保持2小时的退火后，层叠的所述5张无取向性电磁钢板中的层叠方向中央的1张无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜中包含的碳化物的量以碳含量换算计为10mg/m2以上。
8.一种铁芯，包括如权利要求1至权利要求7的任意一项所述的无取向性电磁钢板。
9.一种铁芯的制造方法，具有将如权利要求1至权利要求7的任意一项所述的无取向性电磁钢板层叠的工序。
10.一种电动机铁芯，是多个无取向性电磁钢板层叠而成的、包括转子铁芯和定子铁芯的电动机铁芯，
所述无取向性电磁钢板具备母材钢板以及形成于所述母材钢板的表面的绝缘覆膜，
所述母材钢板的化学组成如下：以质量％计，
C：0.0030％以下、
Si：3.2～6.5％、
Mn：0.05～3.5％、
P：0.005～0.10％、
S：0.0030％以下、
Al：1.0％以下、
Ti：0.0030％以下、
B：0.0010％以下、
Mo：0.030％以下、
V：0.0010％以下、
Ca：0～0.0050％、
Mg：0～0.0050％、
REM：0～0.0050％、
剩余部分：Fe及杂质，
且满足以下(i)式，
S－5/3×Mg－4/5×Ca－1/4×REM＜0.0005…(i)，
构成所述转子铁芯的所述无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜的化学组成满足以下(ii)式，
[M]－[C]+1/2×[O]＞0…(ii)，
构成所述定子铁芯的所述无取向性电磁钢板中的所述绝缘覆膜中包含的碳化物的量以碳含量换算计为10mg/m2以上，
其中，所述(i)式中的元素符号表示所述母材钢板中的各元素的以质量％计的含量，所述(ii)式中的[M]指所述绝缘覆膜中含有的从Mn、Ti、Zr、Hf、Ta、Nb、V、Mo以及Zn中选择的一种以上的元素的单位为at％的合计原子浓度，[C]和[O]分别指所述绝缘覆膜中含有的C和O的单位为at％的原子浓度。
11.一种电动机铁芯的制造方法，将如权利要求1至权利要求7的任意一项所述的无取向性电磁钢板冲裁成规定的形状并层叠后，在750～900℃的温度范围内实施去应力退火。
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