TW201829803A - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

一種無方向性電磁鋼板，其化學組成以質量%計含有C：大於0%且在0.0050%以下、Si：3.0%~4.0%、Mn：1.2%~3.3%、P：大於0%且低於0.030%、S：大於0%且在0.0050%以下、sol.Al：大於0%且在0.0040%以下、N：大於0%且在0.0040%以下、La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上：合計為0.0005%~0.0200%、Ca：0.0005%~0.0100%、Ti：0.0005%~0.0100%、Sn：0%~0.10%、Sb：0%~0.10%、Mg：0%~0.0100%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成，並且Si-0.5×Mn：2.0%以上，Si+0.5×Mn：3.8%以上。

Description

無方向性電磁鋼板
發明領域 本發明是關於無方向性電磁鋼板。 本案是依據已於2017年1月16日於日本提申之日本特願2017-005212號主張優先權，並於此援引其內容。
發明背景 近來，地球環境問題持續受到注目，對於省能源之對策的要求也愈發提高。其中，對於電氣設備的高效率化，在近年不斷地被強烈要求。因此，就作為馬達或發電機或者是變壓器等之鐵心材料而受到廣泛使用的無方向性電磁鋼板，對於提升磁特性之要求也更加增強。近年，在高效率化有所進展之電動汽車及動力混合車用的馬達和發電機、以及壓縮機用馬達中，該傾向十分顯著。
為了提升無方向性電磁鋼板的磁特性，藉由在鋼中添加合金元素來提高鋼板之電阻，以減低渦電流損耗是很有效的。因此，例如以下專利文獻1及專利文獻2所揭示，會進行添加Si、Al及Mn這一類具有使電阻上升之效果的元素，來謀求改善磁特性(降低鐵損、增加磁通密度等)。
先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：國際專利公開第2016/027565號 專利文獻2：日本專利特開2016-130360號公報 專利文獻3：國際專利公開第2016/136095號
發明概要 發明欲解決之課題 在考慮以相同含量(質量%)添加合金元素時，若摒除對冷軋延性之不良影響較大的P，Si會使電阻容易上升而是對減低鐵損很有效的元素。因此，上述專利文獻1中揭示將Si含量設為6質量%以下，上述專利文獻2中揭示將Si含量設為5.0質量%以下，專利文獻3中則揭示將Si含量設為8.0質量%以下。 此外，專利文獻1及專利文獻2中亦揭示將Al含量設為0.0050%以下，並以Si與Mn使電阻上升，以減低鐵損。
然而，發明人等研討後的結果，在專利文獻1~專利文獻3所示之鋼板中，如W10/400 之高頻鐵損的減低並不充分。就其理由而言，認為高合金化對高頻鐵損之減低來說是不可或缺的，但專利文獻1~專利文獻3中並未針對高頻鐵損進行研討，且未考慮到減低高頻鐵損所需之合金量的下限值以及Si、Al及Mn之適當添加量之分配，因此如W10/400 之高頻鐵損的減低並不充分。
本發明是有鑑於上述問題而作成。本發明之目的在於提供一種冷軋延性良好且磁特性，尤其是高頻鐵損優異之無方向性電磁鋼板。
用以解決課題之手段 為了解決上述課題，本發明人等進行了精闢研討。其結果，獲得了以下知識見解：藉由(i)將Al含量設為預定值以下，(ii)同時含有Si及有助於提升電阻且對冷軋延性之不良影響較少的Mn，以及(iii)更含有La、Ce、Pr及Nd中1種或2種以上及Ti，而可確保良好之冷軋延性並防止粒成長性降低，以提升磁特性，乃至完成了本發明。 依據上述知識見解而完成之本發明的要旨如下。
(1)本發明之一態樣之無方向性電磁鋼板，其化學組成以質量%計含有C：大於0%且在0.0050%以下、Si：3.0%~4.0%、Mn：1.2%~3.3%、P：大於0%且低於0.030%、S：大於0%且在0.0050%以下、sol.Al：大於0%且在0.0040%以下、N：大於0%且在0.0040%以下、La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上：合計為0.0005%~0.0200%、Ca：0.0005%~0.0100%、Ti：0.0005%~0.0100%、Sn：0%~0.10%、Sb：0%~0.10%、Mg：0%~0.0100%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成，並且Si-0.5×Mn：2.0%以上，Si+0.5×Mn：3.8%以上。
(2)上述(1)記載之無方向性電磁鋼板中，前述化學組成亦可含有選自於Sn：0.005%~0.10%、Sb：0.005%~0.10%之1種或2種。
(3)上述(1)或(2)記載之無方向性電磁鋼板中，前述化學組成亦可含有Mg：0.0005%~0.0100%。
發明效果 根據本發明之上述態樣，便可獲得具有良好冷軋延性及優異磁特性的無方向性電磁鋼板。
發明實施形態 以下一邊參照圖式一邊就本發明的適當之實施的一形態詳細說明。在本說明書及圖式中，針對實質上具有相同之機能構成的構成要素，附加相同符號以省略重複說明。
(關於無方向性電磁鋼板) 無方向性電磁鋼板中，如先前所說明地，為了減低高頻鐵損，一般來說是使鋼中含有合金元素來提高鋼板之電阻，以減低渦電流損耗。此處，當考慮到要含有相同含量(質量%)之合金元素時，由於Si會使電阻容易上升，因此是對減低鐵損很有效的元素。然而，本發明人等經過研討的結果，辨明了當Si含量大於4.0質量%時，無方向性電磁鋼板之冷軋延性會明顯降低。
另外，Al也與Si相同，是顯示電阻之上升效果的合金元素。但是，本發明人等經過研討的結果，辨明了Al也與Si相同地會招致冷軋延性的降低。並且，一旦Al含量變多，磁滯損失會劣化而有磁特性降低的傾向。因此，要使Al作為合金元素大量含有於無方向性電磁鋼板是很困難的。無方向性電磁鋼板中，為了抑制磁滯損失劣化所造成之磁特性的降低，宜減少Al含量。另一方面，本發明人等進行精闢研討後的結果，亦辨明了已減低Al含量之鋼材中，粒成長性會降低而磁特性降低。
本發明人等針對即便在減低了Al含量的情況下，仍能抑制粒成長性之降低，並可同時提升冷軋延性及磁特性的方法進行了精闢研討。其結果，辨明了同時含有Si及對冷軋延性之不良影響較少的Mn之外，更複合含有La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上以及Ti是很有效的。
以下，參照圖1，並詳細說明本發明之一實施形態之無方向性電磁鋼板(本實施形態之無方向性電磁鋼板)。
圖1是示意顯示本實施形態之無方向性電磁鋼板之構造的圖。如圖1所示意顯示，本實施形態之無方向性電磁鋼板10具有預定之化學組成的基鐵11。本實施形態之無方向性電磁鋼板可僅由基鐵11構成，但較佳是在基鐵11之表面上更具有絕緣被膜13。
以下，首先詳細說明本實施形態之無方向性電磁鋼板10的基鐵11。
＜關於基鐵之化學組成＞ 本實施形態之無方向電磁鋼板10之基鐵11以質量%計含有C：大於0%且在0.0050%以下、Si：3.0%~4.0%、Mn：1.2%~3.3%、P：大於0%且低於0.030%、S：大於0%且在0.0050%以下、sol.Al：大於0%且在0.0040%以下、N：大於0%且在0.0040%以下、La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上：合計為0.0005%~0.0200%、Ca：0.0005%~0.0100%、Ti：0.0005%~0.0100%、Sn：0%~0.10%、Sb：0%~0.10%及Mg：0%~0.0100%，且剩餘部分由Fe及不純物所構成，並且在使用Si含量及Mn含量來計算以「Si+0.5×Mn」所示之值時為3.8%以上，且在使用Si含量及Mn含量來計算以「Si-0.5×Mn」所示之值時為2.0%以上。
並且，本實施形態之無方向性電磁鋼板10之基鐵11宜含有選自於Sn：0.005%~0.10%、Sb：0.005%~0.10%中之至少1種。
並且，本實施形態之無方向性電磁鋼板10之基鐵11宜含有Mg：0.0005%~0.0100%。
以下，詳細說明本實施形態之基鐵11的化學組成被規定成如上述的理由。以下，只要無特別說明，化學組成之「%」表示「質量%」。
[C：大於0%且在0.0050%以下]C(碳)是無法避免而含有的元素，且是會引起鐵損劣化(鐵損之增加)的元素。當C含量大於0.0050%時，在無方向性電磁鋼板中會產生鐵損劣化，而無法獲得良好之磁特性。因此，本實施形態之無方向性電磁鋼板要將C含量設為0.0050%以下。且C含量宜在0.0040%以下，較佳是在0.0030%以下。 雖然C含量愈少愈好，但C為無法避免而含有的元素，而將其下限設為大於0%。並且，若欲使C含量減低為較0.0005%更低，則成本會大幅上升。因此，C含量亦可設為0.0005%以上。
[Si：3.0%~4.0%] Si(矽)是可使鋼之電阻上升而減低渦電流損耗，以改善高頻鐵損的元素。並且，由於Si之固熔強化能力大，因此對無方向性電磁鋼板之高強度化也是很有效的元素。對於無方向性電磁鋼板，由抑制馬達在高速旋轉時的變形及抑制疲勞破壞等觀點來看，高強度化是必要的。為了充分發揮上述效果，必須將Si含量設為3.0%以上。且Si含量宜為3.1%以上，較佳為3.2%以上。 另一方面，當Si含量大於4.0%時，加工性明顯劣化，而變得難以實施冷軋延，或鋼板在冷軋延途中斷裂(亦即，冷軋延性降低)。因此，要將Si含量設為4.0%以下。且Si含量宜在3.9%以下，較佳是在3.8%以下。
[Mn：1.2%~3.3%] Mn(錳)是可使電阻上升以減低渦電流損耗，而用以改善高頻鐵損的有效元素。並且，雖然Mn之固熔強化能力比Si小，但其並不會使加工性劣化，是可有助於高強度化的元素。為了充分發揮上述效果，必須將Mn含量設為1.2%以上。且Mn含量宜在1.3%以上，較佳為1.4%以上，更佳為1.5%以上。 另一方面，當Mn含量大於3.3%時，磁通密度會明顯降低。因此，要將Mn含量設為3.3%以下。且Mn含量宜在3.2%以下，較佳為3.1%以下，更佳為3.0%以下。
[P：大於0%且低於0.030%] 在Si及Mn含量多之高合金鋼中，P(磷)是使加工性明顯劣化而致使冷軋延困難的元素。因此，要將P含量設為低於0.030%。且P含量宜在0.020%以下，較佳為0.010%以下。 雖然P含量愈少愈好，但P為無法避免而含有的元素，而將其下限設為大於0%。若欲使P含量低於0.001%，便會招致成本大幅上升。因此，宜將下限設為0.001%以上。較佳為0.002%以上。
[S：大於0%且在0.0050%以下] S(硫黃)是無法避免而含有的元素。且，S是會形成MnS之微細析出物因此使鐵損增加，而使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化的元素。因此，S含量必須設為0.0050%以下。且S含量宜在0.0040%以下，較佳是在0.0035%以下。 雖然S含量愈少愈好，但S為無法避免而含有的元素，而將其下限設為大於0%。若欲使S含量減低為較0.0001%更低，則會招致成本大幅上升。因此，S含量宜設為0.0001%以上。
[sol.Al：大於0%且在0.0040%以下] Al(鋁)是一旦固熔於鋼中，便會使無方向性電磁鋼板之電阻上升因而減低渦電流損耗，而改善高頻鐵損的元素。然而，本實施形態之無方向性電磁鋼板中，比起Al，更要積極含有不會使加工性劣化而可使電阻上升之元素即Mn。因此，不需積極含有Al。又，若sol.Al(酸可溶Al)含量大於0.0040%，便會在鋼中析出微細氮化物而阻礙在熱軋板退火或完工退火中之結晶粒成長，使得磁特性劣化。因此，將sol.Al含量設為0.0040%以下。且sol.Al含量宜在0.0030%以下，較佳是在0.0020%以下。 另一方面，Al為無法避免而含有的元素，而將其下限設為大於0%。並且，若欲使sol.Al含量減低為較0.0001%更低，則會招致成本大幅上升。因此，sol.Al含量亦可設為0.0001%以上。
[N：大於0%且在0.0040%以下] N(氮)是無法避免而含有的元素。並且，N是會在鋼中形成微細氮化物，使得鐵損增加，而使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化的元素。因此，N含量必須設為0.0040%以下。且N含量宜在0.0030%以下，較佳是在0.0020%以下。 另一方面，N為無法避免而含有的元素，而將其下限設為大於0%。並且，雖然N含量愈少愈好，但若欲使N含量減低為較0.0001%更低，則會招致成本大幅上升。因此，N含量亦可設為0.0001%以上。較佳為0.0003%以上。
[Ti：0.0005%~0.0100%] Ti(鈦)無法避免地含有於上述Mn及Si之原料中。Ti是會與基鐵中之C、N及O等結合而形成TiN、TiC及Ti氧化物等微小析出物，阻礙退火中之結晶粒成長而使磁特性劣化的元素。因此，以往，為了極力減少基鐵中之Ti含量，是採行利用已被高純度化之Mn或Si之原料。然而，本發明人等進行研討的結果，辨明了藉由與Ti同時複合含有以下說明之La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上，便可不阻礙退火中之結晶粒成長而可保持晶粒成長性。其原因雖尚不明確，但認為是已生成之TiN、TiC及Ti氧化物等微小析出物與La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上之化合物合體而粗大化，故成為不阻礙結晶粒成長的更大析出物所致。亦即，認為是粗大析出物生成因此造成阻礙晶粒成長的微小析出物減少，而抑制晶粒成長性之降低。 此外，以往為了極力減少基鐵中之Ti含量，而不斷謀求原料之高純度化，但藉由含有La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上便可避免Ti之不良影響，因此變得無須謀求原料之過度高純度化。其結果，能夠以更低的成本製造更高性能之無方向性電磁鋼板。
本實施形態之無方向性電磁鋼板中含有La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上，藉此即使有Ti從原料混入仍可確保結晶粒成長性。因此，無須謀求原料之過度高純度化。考慮到由成本的觀點來看會使用含有Ti之Mn及Si的原料，而將Ti含量設為0.0005%以上。然而，當Ti含量超過0.0100%時，即使已含有容許之最大量的La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上，要防止Ti所造成之不良影響仍會很困難。因此，Ti含量要設為0.0005%以上且在0.0100%以下。為了更確實地展現複合含有La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上所帶來之晶粒成長性的改善效果，並謀求低成本化，Ti含量宜為0.0015%以上且在0.0080%以下，更宜為0.0025%以上且在0.0060%以下。
[La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上：合計為0.0005%~0.0200%] La、Ce、Pr及Nd是藉由與S結合而形成粗大硫化物、硫酸化物或該等兩者來抑制微細MnS的析出，以促進退火時之結晶粒成長的元素。而且，La、Ce、Pr及Nd是可使起因於Ti而生成之TiN、TiC及Ti氧化物等微小析出物複合析出為La、Ce、Pr及Nd之硫化物或硫酸化物又或該等兩者而改善結晶粒成長性，以提升磁特性的元素。為了獲得上述效果，La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上的含量合計必須在0.0005%以上。另一方面，當La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上的含量合計超過0.0200%時，除了如上述之微小析出物的粗大化效果會飽和之外，在經濟上也較為不利，故不理想。因此，La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上的含量要設為合計在0.0200%以下。且La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上的含量宜為合計在0.0010%以上且在0.0150%以下，更佳為合計在0.0020%以上且在0.0100%以下。
[Ca：0.0005%~0.0100%] Ca(鈣)是藉由與S結合而形成粗大化合物來抑制微細MnS的析出，以促進退火時之結晶粒成長的元素。而且，其為藉由與La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上的複合含有，而能有效避免連續鑄造時之因氧化物所致的噴嘴閉塞之元素。為了獲得上述效果，Ca含量必須為0.0005%以上。在0.0010%以上更佳。 另一方面，當Ca含量超過0.0100%時，如上述之節晶粒成長性的改善效果及抑制噴嘴閉塞之效果會飽和，而在經濟上較為不利。因此，Ca含量要設為0.0100%以下。且Ca含量宜在0.0080%以下，更佳是在0.0060%以下。
[Sn：0%~0.10%] [Sb：0%~0.10%] Sn(錫)及Sb(銻)會偏析於表面而抑制退火中之氧化及氮化，故在確保低鐵損上是有用的元素。因此，為了獲得上述效果，本實施形態之無方向性電磁鋼板亦可於基鐵中含有Sn或Sb之至少任一者。為了充分發揮上述效果，宜將Sn或Sb含量分別設為0.005%以上。且較佳為0.010%以上。 另一方面，當Sn或Sb含量分別超過0.10%時，會有基鐵之延展性降低而冷軋延變得困難的可能性。因此，Sn或Sb含量，在含有時仍分別設為0.10%以下為佳。更佳為分別在0.05%以下。 且因Sn、Sb為任意元素，並不一定必須含有，故下限為0%。
[Mg：0%~0.0100%] Mg(鎂)會與S結合而形成粗大化合物。一旦形成有Mg與S之粗大化合物，微細之MnS之析出便會受到抑制，而促進退火時之結晶粒成長，故對確保低鐵損是有利的。因此，為了獲得上述效果，本實施形態之無方向性電磁鋼板亦可含有Mg。且為了充分發揮效果，Mg含量宜設為0.0005%以上。另一方面，當Mg含量超過0.0100%時，結晶粒成長性之改善效果會飽和而在經濟上較為不利，故不佳。因此，Mg含量宜設為0.0100%以下。當在基鐵中含有Mg時，Mg含量較佳是在0.0050%以下。 且因Mg為任意元素，並不一定必須含有，故下限為0%。
本實施形態之無方向性電磁鋼板以含有上述元素且剩餘部分由Fe及不純物所構成為基本。然而，本實施形態之無方向性電磁鋼板中，亦可更含有上述元素以外的Ni(鎳)、Cr(鉻)、Cu(銅)及Mo(鉬)等元素。且即使分別含有0.50%以下之該等元素，也不會損害本實施形態之無方向性電磁鋼板的效果。
又，除上述元素之外，亦可更含有Pb(鉛)、Bi(鉍)、V(釩)、As(砷)及B(硼)等元素。且即使分別含有0.0050%以下之該等元素，也不會損害本實施形態之無方向性電磁鋼板的效果。
本實施形態之無方向性電磁鋼板，在如上述地控制各元素含量之外，還必須進行控制以使Si含量及Mn含量滿足預定之關係性。
[Si+0.5×Mn：3.8%以上] 要減低(改善)鐵損，尤其是要減低(改善)本實施形態之無方向性電磁鋼板設為目的之如W10/400 的高頻鐵損時，進行高合金化而增加鋼板之電阻是很有效的。具體而言，藉由含有Si、Mn以使Si+0.5×Mn成為3.8%以上，便可更加減低高頻鐵損。因此，要將Si+0.5×Mn設為3.8%以上。且Si+0.5×Mn宜為3.9%以上，較佳為4.0%以上，更佳為4.4%以上。 Si+0.5×Mn之實質上限是由Si及Mn含量之上限而計算出的值。
[Si-0.5×Mn：2.0%以上] 本實施形態之無方向性電磁鋼板中，已含有之La、Ce、Pr、Nd及Ca會將S固定為硫化物或氧硫化物。此時，鋼板表面的氧化及氮化會被促進，而有磁特性降低之虞。 然而，藉由令Si-0.5×Mn≧2.0，便可抑制磁特性之降低。其理由雖不明確，但認為應是藉由令Si-0.5×Mn≧2.0，在完工退火之加熱時，會變得容易在鋼板表面產生細密之SiO2 的薄氧化層，而抑制在完工退火之均熱過程中的氧化及氮化所致。
又，Si是促進肥粒鐵相形成之元素(所謂之肥粒鐵成形元素)。另一方面，Mn是促進沃斯田鐵相形成之元素(所謂之沃斯田鐵成形元素)。因此，無方向性電磁鋼板之金屬組織會依Si及Mn各自的含量不同而變化，且無方向性電磁鋼板會成為具有變態點之成分系、或不具變態點之成分系。本實施形態之無方向性電磁鋼板中會要求將基鐵之平均結晶粒徑適度增大，而作成為不具有變態點之成分系是用以增大結晶粒徑之有效手段。因此，Si及Mn各自的含量宜滿足預定之關係性，以成為不具有變態點之成分系。
根據本發明人等之研討，認為Mn所帶來之促進沃斯田鐵相形成之能力(換言之，即消除促進肥粒鐵相形成之能力的效果)是Si所帶來之促進肥粒鐵相形成之能力的0.5倍左右。因此，本實施形態中促進肥粒鐵相形成之能力的等量，以Si含量為基準而可顯示為「Si-0.5×Mn」。
當Si-0.5×Mn之值低於2.0%時，無方向性電磁鋼板便會成為具有變態點之成分系。其結果，在製造途中之高溫處理時鋼板之金屬組織會變成非肥粒鐵單相，而有無方向性電磁鋼板之磁特性降低的疑慮。因此，Si-0.5×Mn之值要設為2.0%以上。且宜在2.1%以上。 另一方面，Si-0.5×Mn之上限值並無特別規定，但由本實施形態之無方向性電磁鋼板的Si含量及Mn含量的範圍來看，Si-0.5×Mn之值不可能超過3.4%。因此，Si-0.5×Mn之上限值實際上會是3.4%。
以上，詳細說明了本實施形態之無方向性電磁鋼板之基鐵的化學組成。
要於事後測定無方向性電磁鋼板之基鐵的化學組成時，可利用公知之各種測定法。只要利用例如火花放電發光(spark discharge emission)分析法、ICP發光分析法，且適當地在欲精確測定C及S時利用燃燒-紅外吸收法，在欲精確測定O及N時利用惰性氣體熔解-紅外吸收法/熱傳導率法等即可。
＜關於基鐵的板厚＞ 為了減低渦電流損耗以減低高頻鐵損，本實施形態之無方向性電磁鋼板10之基鐵11的板厚(圖1中之厚度t)宜設為0.40mm以下。另一方面，當基鐵11之板厚t小於0.10mm時，由於板厚較薄，因此會有退火生產線之通板變得困難的可能性。故，無方向性電磁鋼板10之基鐵11的板厚t宜設為0.10mm以上且在0.40mm以下。無方向性電磁鋼板10之基鐵11的板厚t更宜設為0.15mm以上且在0.35mm以下。
以上，詳細說明了本實施形態之無方向性電磁鋼板10之基鐵11。
＜關於絕緣被膜＞ 接著，針對本實施形態之無方向性電磁鋼板10宜具有之絕緣被膜13，簡單地進行說明。
為了提升無方向性電磁鋼板之磁特性，減低鐵損是很重要的。鐵損是由渦電流損耗及磁滯損失所構成。藉由在基鐵11表面設置絕緣被膜13，便可抑制積層為鐵心之電磁鋼板間的傳導而減低鐵心之渦電流損耗，因此可使無方向性電磁鋼板10之實用磁特性更加提升。
此處，本實施形態之無方向性電磁鋼板10所具備之絕緣被膜13，只要是可用作無方向性電磁鋼板之絕緣被膜者就無特別限定，可使用公知之絕緣被膜。作為此種絕緣被膜，可舉例譬如以無機物為主體且更含有有機物之複合絕緣被膜。此處，所謂複合絕緣被膜是例如以鉻酸金屬鹽、磷酸金屬鹽或膠質氧化矽、Zr化合物、Ti化合物等無機物中至少任一者為主體，且有微細之有機樹脂粒子分散的絕緣被膜。尤其是，由近年需求逐漸高漲之減低製造時的環境負荷的觀點來看，宜使用使用有磷酸金屬鹽或者是Zr或Ti之耦合劑，或者將該等之碳酸鹽及銨鹽用作起始物質的絕緣被膜。
如上述之絕緣被膜13的附著量並無特別限定，但宜設為譬如每單面在0.1g/m2 以上且在2.0g/m2 以下左右，設為每單面在0.3g/m2 以上且在1.5g/m2 以下更佳。藉由以成為上述附著量的方式形成絕緣被膜13，便可保持優異之均一性。而要於事後測定絕緣被膜13之附著量時，可利用公知之各種測定法。絕緣被膜13之附著量可藉由例如將已形成絕緣被膜13之無方向性電磁鋼板10浸漬於熱鹼溶液中來僅除去絕緣被膜13，而由除去絕緣被膜13前後的質量差來算出。
＜無方向性電磁鋼板之磁特性的測定方法＞ 本實施形態之無方向性電磁鋼板10由於具有如上述之構造而顯示優異磁特性。此處，本實施形態之無方向性電磁鋼板10所示之各種磁特性，可依據JIS C2550所規定之愛普斯坦法(Epstein’s method)或JIS C2556所規定之單板磁特性測定法(Single Sheet Tester：SST)來進行測定。
以上，已參照圖1並詳細說明了本實施形態之無方向性電磁鋼板10。
(關於無方向性電磁鋼板之製造方法) 接著，參照圖2，簡單說明如以上說明之本實施形態之無方向性電磁鋼板10之較佳製造方法。 圖2是顯示本實施形態之無方向性電磁鋼板的製造方法的流程之一例的圖。
本實施形態之無方向性電磁鋼板10之製造方法中，對於具有如以上所說明之預定化學組成的鋼塊，依序實施熱軋延、熱軋板退火、酸洗、冷軋延及完工退火。並且，在要將絕緣被膜13形成於基鐵11表面時，會在上述完工退火後進行絕緣被膜的形成。以下，針對本實施形態之無方向性電磁鋼板10之製造方法中實施之各工序進行詳細說明。
＜熱軋延工序＞ 本實施形態之無方向性電磁鋼板之製造方法中，首先，加熱具有上述化學組成的鋼塊(胚料)，並對加熱後之鋼塊進行熱軋延，而製得熱軋鋼板(步驟S101)。關於供於熱軋延時之鋼塊的加熱溫度並無特別規定，但宜設為例如1050℃~1300℃。且鋼塊之加熱溫度更佳為1050℃~1250℃。 又，關於熱軋延後之熱軋鋼板的板厚並無特別規定，但考慮到基鐵之最終板厚，則宜設為例如1.6mm~3.5mm左右。熱軋延工序宜在鋼板之溫度尚為700℃~1000℃的範圍內時結束。熱軋延之結束溫度為750℃~950℃更佳。
＜熱軋板退火工序＞ 在上述熱軋延之後，實施熱軋板退火(對熱軋鋼板之退火)(步驟S103)。當連續退火時，宜對於熱軋鋼板實施包含例如以750℃~1200℃且10秒~10分鐘之均熱的退火。並且，當進行箱式退火(Box annealing)時，宜對於熱軋鋼板實施包含例如以650℃~950℃且30分鐘~24小時之均熱的退火。 與實施有熱軋板退火工序的情況相較之下，磁特性雖會稍微變差，但為了削減成本，亦可省略熱軋板退火工序。
＜酸洗工序＞ 在上述熱軋板退火工序之後，實施酸洗(步驟S105)。藉此，在熱軋板退火之際形成於鋼板表面之以氧化物為主體的鏽皮層會被除去。當熱軋板退火為箱式退火時，由脫鏽性的觀點來看，酸洗工序在熱軋板退火前實施較為理想。
＜冷軋延工序＞ 在上述酸洗工序之後(若熱軋板退火是以箱式退火實施，也會有變成是在熱軋板退火工序之後的情形)，對於熱軋鋼板實施冷軋延(步驟S107)。冷軋延中，以令基鐵之最終板厚成為0.10mm以上且在0.40mm以下的軋縮率來軋延已除去鏽皮之酸洗板較為理想。
＜完工退火工序＞ 在上述冷軋延工序之後，對於藉由冷軋延工序而製得之冷軋鋼板實施完工退火(步驟S109)。本實施形態之無方向性電磁鋼板之製造方法中，將完工退火之升溫過程設為急速加熱較為理想。藉由急速進行升溫過程之加熱，在基鐵11中便會形成有利於磁特性之再結晶集合組織。將完工退火之升溫過程設為急速加熱時，完工退火宜以連續退火來實施。
具體而言，在升溫過程中，平均升溫速度宜設為1℃/秒~2000℃/秒。又，宜將升溫時之爐內氣體環境設為H2 比率為10體積%~100體積%的H2 及N2 混合氣體環境(亦即，H2 +N2 =100體積%)，且宜將氣體環境之露點設為30℃以下。平均升溫速度較佳為5℃/秒~1500℃/秒，氣體環境中之H2 比率較佳為15體積%~90體積%較佳，而氣體環境之露點較佳為20℃以下，在10℃以下更佳。上述平均加熱速度，在以氣體燃燒進行之加熱時可使用直接加熱或使用有輻射管之間接加熱，除此之外或可使用通電加熱或感應加熱等公知加熱方法來實現。
在升溫過程後之均熱過程中，將均熱溫度設為700℃~1100℃，將均熱時間設為1秒~300秒，將氣體環境設為H2 比率為10體積%~100體積%的H2 及N2 混合氣體環境(亦即，H2 +N2 =100體積%)，且將氣體環境之露點設為20℃以下較為理想。且均熱溫度較佳為750℃~1050℃，氣體環境中之H2 比率較佳為15體積%~90體積%，而氣體環境之露點較佳為10℃以下，在0℃以下更佳。
均熱過程後之冷卻過程中，宜令平均冷卻速度為1℃/秒~50℃/秒進行冷卻至200℃以下。平均冷卻速度為5℃/秒~30℃/秒更佳。
根據包含如上述之各工序的製造方法，便可製造出本實施形態之無方向性電磁鋼板10。
＜絕緣被膜形成工序＞ 在上述完工退火之後，視需要而實施絕緣被膜的形成工序(步驟S111)。關於絕緣被膜之形成工序並無特別限定，只要是使用如上述之公知絕緣被膜處理液，並以公知方法進行處理液之塗佈及乾燥即可。
欲形成絕緣被膜之基鐵表面，在塗佈處理液之前，可施行以鹼等而進行之脫脂處理、或以鹽酸、硫酸及磷酸等而進行之酸洗處理等任意之前處理，亦可不施行該等前處理而為完工退火後原本的表面。
以上，參照圖2詳細說明了本實施形態之無方向性電磁鋼板之製造方法。
實施例 以下，顯示實施例，並具體說明本發明之無方向性電磁鋼板。以下所示之實施例僅為本發明之無方向性電磁鋼板之一例，本發明之無方向性電磁鋼板並不受限於下述示例。
(實驗例1) 將含有以下表1所示之組成且剩餘部分由Fe及不純物所構成之鋼胚加熱至1150℃後，以熱軋延軋延為厚2.0mm。接著，利用連續退火式退火爐對熱軋鋼板進行均熱溫度為1000℃且均熱時間為40秒的熱軋板退火後，進行冷軋延而作成為厚0.25mm的冷軋鋼板。對於該冷軋鋼板，進行均熱溫度為1000℃且均熱時間為15秒的完工退火。之後，更將以磷酸金屬鹽為主體且含丙烯酸樹脂乳液之溶液塗佈及燒結於鋼板兩面，而形成複合絕緣被膜，藉此製得無方向性電磁鋼板。
上述完工退火是在升溫過程、均熱過程中之露點為-30℃，且H2 比率為30體積%的H2 及N2 混合氣體環境下實施。並且，將完工退火時之升溫過程中的平均升溫速度設為20℃/秒，並將冷卻過程中之平均冷卻速度設為20℃/秒。完工退火後冷卻至200℃以下。
表1中，所謂「Tr.」是表示刻意不含有該元素。且，底線是表示超出本發明範圍外。
然後，針對所製造之各個無方向性電磁鋼板，利用JIS C2550所規定之愛普斯坦法評價磁通密度B50 及鐵損W10/400 。並將所得之結果合併顯示於表1。
[表1]
由上述表1可知，La、Ce、Pr及Nd之合計含量與Ca含量較本發明範圍低而超出之試驗號碼1、Ti含量較本發明範圍高而超出之試驗號碼8以及La、Ce、Pr及Nd之合計含量較本發明範圍低而超出之試驗號碼11，其等之鐵損及磁通密度差。此外，Ca含量較本發明範圍低而超出之試驗號碼9，由於連續鑄造時發生噴嘴閉塞，因此放棄製造。另一方面，鋼板之化學組成在本發明範圍內的試驗號碼2、3、4、5、6、7及10，其等之鐵損及磁通密度皆優異。
(實驗例2) 將含有表2所示之組成且剩餘部分由Fe及不純物所構成之鋼胚加熱至1150℃後，以熱軋延軋延為厚2.0mm。接著，在均熱溫度為1000℃且均熱時間為40秒的條件下，利用連續退火式退火爐對熱軋鋼板進行熱軋板退火後，進行冷軋延而製得厚0.25mm的冷軋鋼板。然後，對於該冷軋鋼板，在均熱溫度為1000℃且均熱時間為15秒的條件下進行完工退火。之後，更將以磷酸金屬鹽為主體且含丙烯酸樹脂乳液之溶液塗佈及燒結於鋼板兩面，而形成複合絕緣被膜，藉此製得無方向性電磁鋼板。
此處，上述完工退火是在升溫過程及均熱過程中之氣體環境露點為-30℃，且H2 比率為20體積%的H2 及N2 混合氣體環境下實施。並且，將完工退火時之升溫過程中的平均升溫速度設為20℃/秒，並將冷卻過程中之平均冷卻速度設為20℃/秒。完工退火後冷卻至200℃以下。
表2中，所謂「Tr.」是表示刻意不含有該元素。且，底線是表示超出本發明範圍外。
然後，針對所製造之各個無方向性電磁鋼板，利用JIS C2550所規定之愛普斯坦法評價磁通密度B50 及鐵損W10/400 。並將所得之結果合併顯示於表2。
[表2]
P含量較本發明範圍高而超出之試驗號碼14及Si含量較本發明範圍高而超出之試驗號碼23，由於在冷軋延時斷裂，而無法進行磁測定。鋼板之化學組成在本發明範圍內的試驗號碼12、13、15、16、18、19、20、24、25及26能夠進行冷軋延，且鐵損及磁通密度優異。另一方面，sol.Al含量較本發明範圍高而超出之試驗號碼17，相較於除sol.Al外幾乎為相同組成之在本發明範圍內之試驗號碼16，其鐵損較差。此外，Mn含量較本發明範圍高而超出之試驗號碼22，其鐵損及磁通密度差。又，Si-0.5×Mn較本發明範圍低而超出之試驗號碼21，其鐵損及磁通密度差。
(實驗例3) 將含有以下表3所示之組成且剩餘部分由Fe及不純物所構成之鋼胚加熱至1150℃後，以熱軋延軋延為厚2.0mm。接著，在均熱溫度為1000℃、均熱時間為40秒的條件下，利用連續退火式退火爐對熱軋鋼板進行熱軋板退火後，進行冷軋延而製得厚0.25mm的冷軋鋼板。然後，對於該冷軋鋼板，在均熱溫度為800℃且均熱時間為15秒的條件下進行完工退火。之後，將以磷酸金屬鹽為主體且含丙烯酸樹脂乳液之溶液塗佈及燒結於鋼板兩面，而形成複合絕緣被膜，藉此製得無方向性電磁鋼板。接著，對上述鋼板施行750℃×2hr之弛力退火。
此處，上述完工退火是在升溫過程及均熱過程中之氣體環境露點為-30℃，且H2 比率為20體積%的H2 及N2 混合氣體環境下實施。並且，將完工退火時之升溫過程中的平均升溫速度設為15℃/秒，並將冷卻過程中之平均冷卻速度設為15℃/秒。完工退火後冷卻至200℃以下。
表3中，所謂「Tr.」是表示刻意不含有該元素。且，底線是表示超出本發明範圍外。
然後，針對所製造之各個無方向性電磁鋼板，利用JIS C2550所規定之愛普斯坦法評價磁通密度B50 及鐵損W10/400 。並將所得之結果合併顯示於表3。
[表3]
實驗例3之各試驗號碼的無方向性電磁鋼板之磁特性，由於實施了弛力退火，相較於未進行弛力退火的情況，整體皆有提升，尤其是鋼板之化學組成在本發明範圍內的試驗號碼27、28、31及32，其等鐵損及磁通密度優異。另一方面，La、Ce、Pr及Nd之合計含量以及Ca含量較本發明範圍低而超出之試驗號碼29，相較於除La、Ce、Pr、Nd及Ca外幾乎為相同組成之試驗號碼27，其鐵損及磁通密度較差。又，Si+0.5×Mn較低而超出之試驗號碼30，其鐵損差。如以上可知在有進行弛力退火的情況下，本發明之無方向性電磁鋼板之磁特性亦會提升。
以上，已參照所附圖式詳細說明本發明的適當實施形態，惟本發明不受上述例限定。顯而易見地，只要是具有本發明所屬技術領域之通識人士，皆可在申請專利範圍中所記載之技術思想範疇內思及各種變更例或修正例，並知悉該等亦理當歸屬本發明之技術範圍。
產業上之可利用性 根據本發明，可獲得具有良好冷軋延性及優異磁特性的無方向性電磁鋼板，因此在產業上之可利用性高。
10‧‧‧無方向性電磁鋼板
11‧‧‧基鐵
13‧‧‧絕緣被膜
t‧‧‧厚度
圖1是示意顯示本發明一實施形態之無方向性電磁鋼板之構造的圖。 圖2是顯示該實施形態之無方向性電磁鋼板的製造方法的流程之一例的圖。

Claims (3)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於 其化學組成以質量%計含有： C：大於0%且在0.0050%以下、 Si：3.0%~4.0%、 Mn：1.2%~3.3%、 P：大於0%且低於0.030%、 S：大於0%且在0.0050%以下、 sol.Al：大於0%且在0.0040%以下、 N：大於0%且0.0040%以下、 La、Ce、Pr及Nd之1種或2種以上：合計為0.0005%~0.0200%、 Ca：0.0005%~0.0100%、 Ti：0.0005%~0.0100%、 Sn：0%~0.10%、 Sb：0%~0.10%、 Mg：0%~0.0100%， 且剩餘部分由Fe及不純物所構成， 並且Si-0.5×Mn：2.0%以上， Si+0.5×Mn：3.8%以上。
  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選自於 Sn：0.005%~0.10%、 Sb：0.005%~0.10%中1種或2種。
  3. 如請求項1或2之無方向性電磁鋼板，其中前述化學組成含有Mg：0.0005%~0.0100%。
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