TWI276693B - Nonoriented magnetic steel sheet, member for rotary machine and rotary machine - Google Patents

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TWI276693B
TWI276693B TW92121498A TW92121498A TWI276693B TW I276693 B TWI276693 B TW I276693B TW 92121498 A TW92121498 A TW 92121498A TW 92121498 A TW92121498 A TW 92121498A TW I276693 B TWI276693 B TW I276693B
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Tadashi Nakanishii
Toshito Takamiya
Kawano Masaki
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Jfe Steel Corp
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Description

1276693 ⑴ 玖、發明說明 【發明所屬技術領域】 本發明係關於組裝旋轉機所用之無方向性電磁鋼板。 本發明亦關於利用上述無方向性電磁鋼板所組裝之旋 轉機用構件以及旋轉機。 【先前技術】 欲減少旋轉機之能源浪費時，將旋轉機之鐵芯，即轉 子（Rotos)及定子（Stator)之磁通密度予以提高，同時 謀圖該等鐵芯之低鐵損化相當有效。以減低鐵損之手段， 一般乃利用提高Si、A1、Μη等之含量而增加鐵芯材料之 電阻的手段。又，該等手段之外，已知悉如日本之特開昭 5 8 — 1 5 1 4 5 3號公報所揭露的添加Β之方法、及特開平 3 - 2 8 1 7 5 8號公報所揭露的添加Ni之方法等。又，尙有 藉將電磁鋼板之組合結構、例如促進具{100}〈 UVW〉方 位之晶粒優先生長以提升磁性之方法，在特開昭 58 - 181822號公報等已有提案。即藉使用由該等手段所 製造之無方向性電磁鋼板，乃能製造高磁通密度且低鐵損 之鐵芯。 惟，旋轉機之鐵芯所使用之無方向性電磁鋼板是由鋼 板製造業者施加最終精製退火（最終退火）以製品板出貨 後’再由需要者組裝爲旋轉機之轉子及定子。在該組裝工 程，自鋼板衝切轉子用鐵芯板或定子用鐵芯板後，依需再 被施加應變退火。 -5- 1276693 .(?) 亦有藉改善該應變退火時之再結晶粒生長性， 更優異低鐵損之技術的提案。例如，在特公昭5 8 -號公報及特開平8 — 269532號公報等，揭露有將鋼 Sol.Al量分別減低爲0.0010%以下、0.003%以下 制微細A1N之析出，以改善應變退火時之晶粒生 而得到低鐵損之技術。又特開平3 - 2 4 2 2 9號公報 將Sol ·Α1量減低爲0.001%以下，藉將N、v之含 制於所定値以下，而同樣改善應變退火時之晶粒生 以獲得低鐵損之技術。特開平7 - 707 1 9號公報則 將Sol.Al量減低爲8ppm以下，更將Ti+Al之量 2 Oppm以下等，以改善應變退火時之晶粒生長性的 復在特開昭6 3 - 1 9 5 2 1 7號公報或特開平7 -號公報，又揭露有藉低A1化，再加控制S i、A1、 複合氧化物所成的夾雜物組成以防止該夾雜物之延 乃能改善應變退火時之晶粒生長性，而獲得低鐵損 然，雖以該等技術，應變退火之鐵損改善量 定，例如將最終精製退火後（出貨時）6W / kg左 板經過應變退火或許能改善爲低於5 W / kg左右， 終精製退火後（出貨時）預先減低爲約5W / kg左 板經過應變退火欲改善呈低於4.4W / kg左右卻 難。 只是’在製造旋轉機用鐵芯時，爲維持材料之 率’一般，則藉衝壓機自同一鋼板衝切轉子用鐵芯 子用鐵芯板。且，將該等轉子用鐵芯板與定子用鐵 以獲得 -55210 板中之 ，藉抑 長性， 亦揭露 量積抑 長性， 揭露有 控制於 方法。 150248 Μη之 性化， 〇 亦非充 右之鋼 惟將最 右之鋼 十分艱 高成品 板與定 芯板分 -6 - (3) 1276693 別予以層疊，而進行組裝轉子及定子。 其中’轉子是旋轉構件，由於隨著高速旋轉易遭受高 應力’故被要求需具高強度。尤其近年，爲提高旋轉機 (馬達）之效率，稀土類磁鐵埋設方式之轉子相當發展， 轉子之旋轉速度顯著地變高。因此，對於構成轉子之電磁 鋼板’其磁通密度及強度、例如上降伏點（γρ )被要求 比習知更高。另，定子爲了旋轉機之小型化及節能化，具 有高磁通密度且低鐵損至爲重要。 如此’雖是同一馬達所使用之電磁鋼板，組裝轉子使 用之鋼板（以下稱爲「轉子材料」）與組裝定子使用之鋼 板（以下稱爲「定子材料」）被要求的特性卻相異，而欲 使兩種特性並存頗爲困難。因爲習知提案之技術，雖個別 能符合作爲轉子材料或作爲定子材料之特性，惟並非被形 成皆能符合雙方特性者。 【發明內容】 本發明之目的乃在提供一種自同一鋼板同時採取轉子 材料及定子材料，以獲得轉子材料能達成高磁通密度及高 強度、定子材料能達成高磁通密度及低鐵損之高磁通密度 無方向性電磁鋼板，更提供一種利用上述無方向性電磁鋼 板之旋轉機用構件以及旋轉機。 本發明是； 1·以質量比含有Si: 0.1%〜1.2%及Μη: 0.005〜 0.30%，並被限制 C: 0.0050% 以下（包含 〇) ，Sol.Al: ，(4) 1276693 0.0004%以下（包含〇) ，N: 0.0030% (包含〇)，且以 殘部（其餘）含有Fe及不可避免的不純物，而鋼板中分 散之阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物（deforMable non -Metallic inclusion with grain growth inhibition)的個數 密度（nuMber of inclusion per unit area)爲 1000 個 / cm2以下（包含0 )之旋轉機用高磁通密度無方向性電磁 鋼板。 在此，阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物則是指：假設 延性非金屬夾雜物之鋼板平均再結晶粒徑（再結晶粒之平 均粒徑）爲D時，長度爲3xD〜9xD的夾雜物。又，在 此，鋼板係指經過最終精製退火之製品板的狀態、即未被 應變退火之狀態的鋼板，當然，平均再結晶粒徑及延性非 金屬夾雜物之長度，還處在製品板狀態之値。又，延性非 金屬夾雜物雖是指藉軋製較易延伸（或在製品板等時延 伸）之較粗大非金屬夾雜物，惟在鋼板延伸者殆爲非金屬 夾雜物，故以後僅稱作延性夾雜物。 又，上述無方向性電磁鋼板之組成’實質上由si、 Μη、Sol.Al、N、殘部Fe及不可避免的不純物所構成較 佳。 2.更含有以質量％換算時，Sb : 〇·〇〇5%〜0·10% 及Sn: 0.005%〜0.2%中所選擇之1種或兩種的與上述1 之發明有關的旋轉機用高磁通密度無方向性電磁鋼板。 3·更含有以質量％換算時，P:〇.001%〜〇·2%及 Ni: 0.001%〜0.2%中所選擇之1種或兩種的與上述1或 (5) 1276693 2之發明有關的旋轉機用高磁通密度無方向性電磁鋼板。 4. 更含有以質量％換算時，REM : 0·000 1 %〜0.10% 及Ca: 0.0001%〜0.01%中所選擇之1種或雨種的與上述 1〜3之任一發明有關的旋轉機用高磁通密度無方向性電 磁鋼板。 5. 上述不可避免的不純物中 Ti、Nb及V以質量％ 換算時，分別被限制於Ti : 0.0020 %以下（包含〇 )， Nb : 0.0050 %以下（包含 0)，及 V : 0.0060 %以下（包 含〇)之與上述1〜4之任一發明有關的旋轉機用高磁通 密度無方向性電磁鋼板。 6·上述不可避免的不純物中S及Ο以質量％換算 時，分別被限制於S : 0.0050 %以下（包含0)，及〇 : 0.0100%以下（包含0)之與上述1〜5之任一發明有關的 旋轉機用高磁通密度無方向性電磁鋼板。 7·上述再結晶粒之平均粒徑D爲6/iM〜25//M的 與上述1〜6之任一發明有關的旋轉機用高磁通密度無方 向性電磁鋼板。 8 ·至少由冷軋及其後之最終精製退火所製造的鋼 板，而上述最終精製退火之溫度爲 700 °C〜800 °C的與上 述1〜7之任一發明有關的旋轉機用高磁通密度無方向性 電磁鋼板。即’將無方向性電磁鋼板用扁鋼胚經過常規處 理形成具有最終板厚之冷軋鋼板後，在7 〇 〇艺〜8 〇 〇艺施 加最終精製退火者。 9·與上述1〜8之任一發明有關的無方向性電磁鋼 -9- .(6) 1276693 板’係在750 °C藉兩小時之應變退火，而平均再結 生長兩倍以上（即應變退火結晶粒徑生長比爲2以 特徵的旋轉機用高磁通密度無方向性電磁鋼板。 1 〇 ·對與上述1〜9之任一發明有關的旋轉機 通密度無方向性電磁鋼板（製品板）施加應變退火 旋轉機用高磁通密度無方向性電磁鋼板（應變退火 11. 上述應變退火之溫度爲 700 °C〜800 t的 1 〇之發明有關的旋轉機用高磁通密度無方向性 板。 即，與上述1〜9之各發明有關的無方向性 板’亦能被設成··將無方向性電磁鋼板用扁鋼胚經 處理形成具有最終板厚之冷軋鋼板後，在70(rc 〃 施加最終精製退火，復在7 0 0 t〜8 0 0 °C予以施加 火，使其平均再結晶粒徑生長爲最終精製退火後粒 倍以上者較佳。 12. 將上述1〜9之任一發明有關的旋轉機用 密度無方向性電磁鋼板最好是經過衝切後，再予以 成之旋轉機用轉子構件。 13·將上述1〜9之任一發明有關的旋轉機用 密度無方向性電磁鋼板最好是經過衝切予以層疊後 以施加應變退火所成之旋轉機用定子構件。 1 4.具有以同一旋轉機用高磁通密度無方向性 板爲原料的上述1 2之發明有關的轉子構件與上述 明有關的定子構件之旋轉機。 晶粒徑 上）爲 用高磁 所成之 板）。 與上述 電磁鋼 電磁鋼 過常規 -8 00 °C 應變退 徑之兩 高磁通 層疊所 高磁通 ，再予 電磁鋼 13之發 -10- .(7) 1276693 即，上述1〜9之各發明有關的無方向性電磁鋼板， 係可經過衝切後再予以層疊而形成高強度旋轉機轉子構 件。又，亦可經過衝切以及經層疊再施加應變退火而形成 低鐵損旋轉機定子構件。且，亦可使用自同一旋轉機用高 磁通密度無方向性電磁鋼板所得轉子構件與定子構件，以 獲得高性能之旋轉機。
【實施方式】 本發明人首先著眼於以下各點。 (1 )無方向性電磁鋼板之飽和磁通密度係由原料之 鐵含量（質量％ )而定，鐵以外之元素、例如Si或Μη等 含量高時，就無法避免飽和磁通密度之下降。 (2 )磁通密度及強度由鋼板之結晶粒徑所支配。 (3)如上述需要者依需進行應變退火，致由於該退 火可能發生結晶粒徑之增大及鐵損之減低。
經考慮上述結果，本發明人等乃發覺組合下述各方 法。 (1 )藉採用Si含量及Μη含量低之無方向性電磁鋼 板，以確保高磁通密度； (2 )最終精製退火後之製品板較細粒而高強度， 且’能確保應變退火時之結晶粒的高生長性； (3 )在轉子材料不予進行應變退火以確保強度，在 定子材料施加應變退火藉晶粒生長以達成低鐵損； 藉上述之組合，能將結晶粒徑在上述轉子及定子之製 -11 - 1276693 .(8) 造過程加以適當化，對轉子及定子分別賦予所需之特性。 本發明人等更加探求在定子組裝過程所進行之應變退 火工程中支配結晶粒徑生長的主要原因，而發覺組合下述 各方法。 (1 )將A1之上限値以相當嚴厲的工業水準加以限 制，以抑制A1N等之微細析出物； (2)將鋼板中分散之延性夾雜物的個數密度與被最 終精製退火之鋼板的平均結晶粒徑予以發生關係限制於所 定値以下，即發覺特定之尺寸範圍的延性夾雜物支配性地 影響應變退火時之晶粒生長性，可達成更緻密且有效的延 性夾雜物控制； 而獲得藉上述組合，在需要者之定子組裝過程所進行 應變退火工程（例如在700 °C兩個小時左右）能使結晶粒 徑顯著地生長的卓見，以達成本發明。 以下，就本發明電磁鋼板之較適宜化學組成（質量 % )加以詳述。
Si : 0· 1 〜1.2% 欲將鋼板之電阻增大並減低鐵損，至少需要含有〇 · 1 % Si。惟，si含量如超過1.2%時，磁通密度即降低， 硬度亦上升，更劣化加工性。因此，將Si含量定於0· 1〜 1.2%之範圍。 Μη : 0.005 〜0.30% Μη是爲獲得良好之熱軋時的加工性所需之成份，因 此需要含有0.005 %以上。然，如超過0.30%時，磁通密 -12- 1276693 (?) 度即會下降。於是將Μη含量設定於0.005〜0.30% C: 0.0050%以下（包含〇) C爲抑制磁性時效劣化需要盡量壓低。又，在 採用之極低A 1化的條件下欲使組合結構之改善效 發揮就需要減低爲0 · 〇 〇 5 〇 %以下。惟，此種C之 並非一定需要在起始材料之鋼液或扁鋼胚的階段 可。即，只要在鋼板製造過程之最終精製退火結束 則可。代表性之脫碳手段爲脫碳退火。又，在製造 丫了脫fe時’起始材料之C含量在0.0050%〜0.1% 較宜。
Sol.A1: 0.0004% 以下（包含 〇) 爲獲得優異的晶粒生長性與磁性，鋼板之A1 要減至0.0004%以下。Ai含量如超過0.0004%時 中乃析出A1N，經過最終精製退火之製品板的磁通 降低。又，應變退火時之再結晶粒生長性亦降低， 到本發明之能顯著減低鐵損量的優越效果。 N: 0.0030%以下（包含〇) N除了與A1結合構成氮化物（A1N )析出原因 與Ti等結合形成各種氮化物，成爲促成經過最終 火之製品磁通密度減低的原因。又，阻礙應變退火 結晶粒生長，而成爲阻礙鐵損値充分下降之原因。 含量需求減低爲0.003 0%以下。較佳爲0.0025 %以 本發明之無方向性電磁鋼板，除了以上之基 外，對應目的的鋼板特性亦可添加Sb、Sn、P、Ni、 本發明 果充分 減低， 達成不 前達成 過程進 範圍內 含量需 ，鋼板 密度即 無法得 外，亦 精製退 時之再 因此N 下。 本組成 REM、 •13- (10) 1276693
Ca之至少任一種。該等之較佳含量容後再述。上述以 外，如含有Cr : 5%以下，Cu : 5%以下之至少任一種， 关寸獲取本發明之效果亦不成爲障礙。 又’以其他不可避免的不純物較代表性者有Ti、Nb、 v、s、〇’就該等之較適當範圍容後述之。且，亦被容許 Cu : 0.2 % 以下，Cr : 0.08 % 以下，Zr : 0.005 % 以下， As: 0.01% 以下，Mo: 0.005% 以下，W : 0.005% 以下等 之不可避免的不純物。 本發明之無方向性電磁鋼板，雖具有以上之基本組 成’惟僅是組成之控制並無法達成本發明之目的。經過最 終精製退火之鋼板內所分散非金屬夾雜物中，將鋼板（被 最終精製退火之製品板）之平均再結晶粒徑假設爲D 時，長度爲3 X D〜9 X D之延性夾雜物（延性非金屬夾 雜物）的個數密度需要爲1000個/ cm2以下（包含〇)。 以後即將該長度爲3 X D〜9 X D之延性非金屬夾雜物定 義爲阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物。 在此，平均再結晶粒徑係測定鋼板0.5 cm2面積中所 存在的結晶粒個數，且依據其算出每一結晶粒之平均面 積，再算出相同該平均面積之圓的直徑，而採用該直徑。 此種平均再結晶粒徑藉觀察鋼板之垂直於板幅方向所裁切 的剖面（所謂L剖面）可加以測定。 延性夾雜物則是沿軋製方向延長之棒狀夾雜物、及沿 軋製方向連續排列的夾雜物之謂。又，處在1 0 // Μ以內 距離之2以上夾雜物沿軋製方向以± 5 °以內之方向排列 -14 - .(11) 1276693 時，將該等夾雜物當作連繫著’以一個延性夾雜物視之。 又，夾雜物除了上述延性夾雜物外尙有孤立之圓形夾 雜物。此並非延性夾雜物，不算是延性夾雜物。且’將夾 雜物長徑爲短徑兩倍以下者當作圓形、超過兩倍者當作延 性夾雜物予以分類。 代表性延性夾雜物，有si〇2、A12〇3、MnO、CaO或該 等若干所成之複合氧化物（但有時由於組成變爲非延 性）。 延性夾雜物之長度是指底鐵（母相結構）與夾雜物界 面之任意兩點間所劃線段的最大値、即延性夾雜物之兩端 間的距離（將此作爲長徑）。所定長度之延性夾雜物的存 在個數測定，係以其次步驟加以進行。 硏磨鋼板之垂直於板幅方向的剖面，以光學顯微鏡觀 察硏磨原樣（不進行腐蝕處理）之面，將與底鐵部分色彩 不同之小領域認定爲延性夾雜物。針對一個試樣將觀察視 野設定爲5mm2，就上述認定之夾雜物中可認爲所定長度 延性夾雜物形態者測算其個數，自其個數換算每1 cm2之 之個數而作爲個數密度。 以下，顯示爲調查對於延性夾雜物之晶粒生長性的影 響所進行之實驗及其結果。 (實驗1 ) 以 C ·· 0.002 %，Si : 0.7 %，Μη : 〇·2 %，Sol.A1 ·· 0.0004%以下，S: 0.002%，殘部（其餘）之不可避免的 -15- (12) 1276693 不純物爲基本成分，而製造針對該基本成分N在〇.〇〇10 〜0.0060%之範圍變動的扁鋼胚。 將所得扁鋼胚加熱至ll〇〇°C經熱軋爲2.3mm厚後， 予以酸洗，再經冷軋精加工呈〇.35mm之最終板厚，復又 施加8 0 0 °C、1 5秒鐘之最終精製退火（再結晶退火）而製 成最終精製退火板（製品板）。又，延性夾雜物之存在量 (個數密度）、及形態（長度）之調整，乃藉例如： 變更含氧量與含A1量以控制氧化物之量及組成； 變更扁鋼胚之厚度等，而變更熱軋時之輥壓程序以控 制夾雜物之延伸量； 等進行之。 且，就所得製品進行測定平均結晶粒徑同時，進行觀 察夾雜物，測定延性夾雜物之長度及個數密度。並對上述 製品，在M (Ar)氣氛施加750 °C、兩小時之退火（以下 簡稱爲「應變退火」），與最終精製退火板同樣進行測定 平均結晶粒徑。又，上述退火條件是相當於需要者之應變 退火的條件。 圖1爲對於如此所得最終精製退火後之鋼板平均結晶 粒徑的應變退火後之鋼板平均結晶粒徑的比（以下簡稱爲 「應變退火結晶粒生長比」或「晶粒生長比」）與N含 量之關係顯示圖表。在此，對應將最終精製退火後之平均 結晶粒徑設爲D時，長度爲3 X D〜9 X D之夾雜物（稱 謂阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物）的個數密度，而使用 不同之標記。 -16- (13) 1276693 自圖1可知，N含量爲30ppm (質量ppm)以下，且 阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物之個數密度如1 0〇〇 _ / cm2以下時，應變退火結晶粒生長比即爲2以上。惟，阻 礙晶粒生長延性非金屬夾雜物雖是1 000個/ cm2以下，N 含量如超過0.0030 %時，或阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜 物之個數密度超過1 000個/ cm2時，應變退火結晶粒生 長比就變爲未滿2。 (實驗2 ) 同樣結果亦能由其次實驗2得到確認。即，製造具有 表一所示組成、殘部鐵及不可避免的夾雜物所成厚度 2 5 0mm之3條扁鋼胚，藉機械加工自該等扁鋼胚分別衝 切厚度25mm、50mm、l〇〇mm及200mm之試樣。之後， 將該等試樣加熱爲1 070 °C，在熱軋設成2.5mm厚後，經 酸洗復由冷軋精加工呈最終板厚0.5mm。接著，將連續退 火型之最終精製退火（再結晶退火）的條件調整於7 0 0〜 8 0 0 C軔圍’製成平均再結晶粒徑（在實驗例、實施例僅 稱爲平均結晶粒徑）爲1 2 // m或1 4 μ m之製品板。 對所得製品板在Ar氣氛中施加7 5 (TC、兩小時之應 變退火。將該等製品板（最終精製退火板）及應變退火板 之垂直於板幅方向的剖面以光學顯微鏡加以觀察，而測定 其平均結晶粒徑。又，對製品板進行測定阻礙晶粒生長延 性非金屬夾雜物之個數密度。在表二顯示其結果，如同表 所示，製品板之阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物的個數密 -17- (14) 1276693 度爲1 0 00個/ cm2以下之試樣，其應變退火結晶粒生長 比較大。 表1 鋼編號 化學組成（mass%) C Si Μη Sol.Al N 0 Ti Nb V 1 0.0027 0.50 0.27 0.0003 0.0015 0.0090 0.0003 0.002 0.0010 2 0.0021 0.50 0.23 0.0003 0.0019 0.0085 0.0004 0.002 0.0010 3 0.0026 0.60 0.22 0.0001 0.0018 0.0070 0.0003 0.001 0.0010 -18- (15) 1276693 表2 鋼編號 鋼胚扁厚 度(mm) 平均結晶粒徑 應變退火 結晶粒生 長比 阻礙晶粒生長延性 非金屬夾雜物個數 密度(個/cm2) 備考 應變退火前 (//m) 應變退火後 (卿） 1 25 12 50 4.2 0.3 發明例 50 34 2.8 61 發明例 100 22 1.8 1012 比較例 200 17 1.4 3581 比較例 2 25 46 3.8 0.7 發明例 50 36 3.0 65 發明例 100 26 2.2 811 發明例 200 19 1.6 2778 比較例 3 25 47 3.9 0.3 發明例 50 43 3.6 19 發明例 100 26 2.2 286 發明例 200 22 1.8 1024 比較例 1 25 14 50 3.7 0.3 發明例 50 32 2.4 42 發明例 100 26 2.0 828 發明例 200 16 1.2 3731 比較例 2 25 44 3.1 0.5 發明例 50 34 2.4 35 發明例 100 28 2.0 657 發明例 200 22 1.6 2824 比較例 3 25 50 3.6 0.1 發明例 50 43 3.1 11 發明例 100 31 2.2 220 發明例 200 23 1.6 1038 比較例 -19- (16) 1276693 藉上述予以限制組成，並適當地限制阻礙晶粒生長延 性非金屬夾雜物的個數密度，則能將應變退火後之鋼板 (被組裝爲定子之鐵芯材料）的平均結晶粒徑促成上述最 終精製退火後之粒徑的兩倍以上。藉此，定子之鐵損可大 大地減低。 另’轉子藉以被最終精製退火之狀態予以使用，其結 晶粒徑相對地變呈較小狀態，可維持高強度、特別是高上 降伏點（以下略稱爲YP )。 且’藉使用上述轉子及定子，乃能有效率地組裝高速 旋轉用之高性能旋轉機。 對轉子要求之強度水準，由於隨著旋轉機之特性相 異，因此鋼板強度之支配因素的平均結晶粒徑之大小，對 應被要求轉子之強度水準加以設計即可。惟，如是一般性 旋轉機，鋼板之最終精製退火的平均結晶粒徑以6〜2 5 //m爲佳。此時，鋼板之強度爲YP 200〜400Mpa左右、 維氏硬度Hv爲100〜170左右。 又，雖非欲賦予本發明之權利範圍的解釋有所影響， 然，由於阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物之個數密度而應 變退火結晶粒生長比被支配之理由可如下予以推想。 首先，推想與結晶粒徑相同程度之長度的夾雜物，最 會阻礙晶粒生長性。因爲延性夾雜物係橫越一個或兩個以 上之結晶粒界存在，阻礙其結晶粒之生長性的機率較高所 致。 惟，電磁鋼板中所存在非金屬夾雜物之總量如一定 -20- (17) 1276693 時，由於其鋼中所佔體積分率可視爲略一定，根據齊納 (Zener )之式所示，比起結晶粒徑極端長之夾雜物阻礙 晶粒生長性的可能性較低。 換言之，延性夾雜物阻礙晶粒生長性的程度，隨著夾 雜物之長度而異，依據本發明人等之認知，延性夾雜物之 長度爲最終精製退火板之平均結晶粒徑的3〜9倍時，即 阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物時，呈最大。因此，由於 該範圍長之延性夾雜物、即「阻礙晶粒生長延性非金屬夾 雜物」之個數密度，致「應變退火結晶粒生長比」遭受影 又，所謂齊納之式則是表示抑制劑之晶粒生長抑制力 I的下式。 1= (3/4) x(Vxaxp /r〇) 其中，V爲母相之摩爾體積，cj爲晶界能，p爲析出 物之體積分率，r〇爲析出物之平均粒半徑。
如上述，藉將無方向性電磁鋼板之 Si、Mn、C、 Sol ·Α1及Ν的含量分別予以控制，且將阻礙晶粒生長延性 非金屬夾雜物之個數密度抑制於1 000個/ cm2以下，係 能增大應變退火結晶粒生長比，而製成適合旋轉機用之高 磁通密度無方向性電磁鋼板。復又，藉對於鋼板組成限制 Ti、Nb及V之含量，或添加Sb、Sn，乃能更加提升其效 果。此情，由以下之實驗可確認之。 (實驗3 ) -21 - (18) 1276693
製造表三所示組成、殘部鐵及不可避免的不純物所成 之鋼塊，將該等鋼塊加熱至1070 °C後’經熱軋爲2.5mm 厚，予以酸洗，再經冷軋呈0 · 5 m m之最終板厚。復又施 加8 00 °C、10秒鐘之最終精製退火（再結晶退火）而製成 製品板後，再施加7 5 0 °C、兩小時之應變退火予以製成應 變退火板。且自所得製品板及應變退火板沿平行於軋製方 向及垂直於軋製方向各衝切同數之試樣，依據JIS C 2550 進行測定磁通密度及鐵損。將測定結果拼示於表三。 又’各製品板之平均結晶粒徑爲10〜20// m。又，各 製品板之阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物之個數密度爲 1000個/ cm2以下。
-22- (19)1276693 鐵損(W/kg) 應變退 火後 5 00 LO l〇 CO CM 七 CM 00 CO 卜 CO CD CO 卜 CO 卜 CO 應變退 火前 卜 CD CNJ CD CO CO in CsJ in T— to CM IT) CO iri CNJ ud CN lO CNJ in % 05 E s 1 I I I I I 0.01 I 0.03 ! 0.08 I 1 I I I I I I 0.01 0.02 I 0.19 > 0.0010 0.0020 0.0065 0.0020 0.0020 0.0050 0.0010 0.0010 0.0020 0.0020 0.0010 0.002 0.006 0.001 0.004 0.002 0.003 0.001 0.002 0.001 0.002 | 0.001 ! 0.0024 | 0.0006 o χ- Ο ό [ ! 0.0009 0.0015 0.0004 0.0006 0.0005 0.0004 0.0004 0.0003 〇 0.0065 0.0060 0.0065 0.0070 0.0060 0.0055 0.0055 0.0055 0.0060 0.0065 0.0065 2 0.0017 0.0022 0.0021 0.0015 0.0020 0.0017 0.0015 0.0022 0.0013 ! 0.0015 0.0024 Sol.AI 0.0001 i 0.0002 I 0.0001 0.0002 0.0001 0.0001 0.0002 0.0001 0.0001 I 0.0002 0.0001 C 0.15 i 0.17 0.16 0.17 0.18 0.17 0.15 0.17 0.17 0.19 0.15 CO I 0.90 0.90 [ 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 0.90 Ο 0.0018 0,0017 i 0.0025 0.0019 0.0023 0.0021 0.0018 0.0018 0.0022 0.0024 0.0017 疆 匿 τ— CM CO 寸 in (D 00 〇> -23- 1276693 表4 鋼編號 化學組成（mass% ) 扁鋼胚 厚度 (mm) C Si Μη Sol.Al N Sb.Sn 21 0.0032 0.75 0.25 0.0003 0.0025 —— 200 22 0.0031 0.80 0.25 0.0004 0.0024 一 200 23 0.0031 0.55 0.26 0.0002 0.0021 一 200 24 0.0032 0.75 0.25 0.0002 0.0017 — 280 25 0.0037 0.80 0.27 0.0003 0.0021 — 280 26 0.0028 0.55 0.25 0.0004 0.0022 一 280 27 0.0031 0.55 0.26 0.004 0.0021 Sb:0.007 200 28 0.0030 0.55 0.24 0.0004 0.0022 Sb:0.007 280 29 0.0029 0.55 0.25 0.0004 0.0020 Sn:0.008 200 30 0.0029 0.55 0.24 0.0004 0.0019 Sn:0.008 280
將所得結果顯示於表五。如表四及表五所示，具有依 照本發明之成分組成及阻礙晶粒生長延性非金屬夾雜物個 數密度者，其應變退火結晶粒生長比較大，於是應變退火 後之鐵損値特別低。且與製品（最終精製退火之狀態）之 上降伏點（YP )及維氏硬度（Hv )較高相輔，亦呈適合 同時衝切而製造旋轉機之轉子及定子。當然，磁通密度亦 充分地高。又，在特別添加 Sb或 Sn之發明例（27、 29 )，應變退火所帶來之磁性改善格外地顯著。 -31 - (28)1276693 備考 1 1_ 發明例 發明例 發明例 比較例 比較例 比較例 發明例 比較例 發明例 比較例 應變退火 結晶粒生 長比 00 CO CO 々 in c\i 00 r— σ> τ— CD t— 00 七 CD T- o iri T— 應變退火後特性 Β5〇(Τ) i平均結晶粒徑(//m) CD CD ID S CO CN σ> 00 m 00 § s W15/50 (W/kg) q 寸 CO 寸 CO LO in IT) CD CO LO CO CNJ iri 齒 _ 一 11¾ 嫛 S 好]擊1 踅瑟奧 ni 讫 -蘧 m 750 583 955 1525 1072 1998 923 2004 830 1818 製品特性(應變退火前） 維氏硬度 一 （Hv) 113 「 110 115 118 115 114 118 118 G> v x— 120 安1 298 294 300 295 298 309 309 310 315 311 |平均結晶粒徑 1 (β m) CM CO 〇g t— CNI CM OJ t— CVJ CNJ B5〇(T) 1 1.75 1.76 1.76 1.73 1.72 1.72 1.75 1.75 1.76 1.74 W15/50 (W/kg) CNI LO iri 卜 iri 00 l〇 o CD CM CD 寸 iri t— CD 寸 LO o CD 鋼編 號 CN CM CO C\J to CM CD CN c\i 00 C\J σ> οι -32- (29) 1276693 (實施例2) 製造具有表六之成分組成，其餘由殘部鐵及不可避免 的不純物所成厚度210mm之連續鑄造扁鋼胚。此時，藉 製鋼程序之爐渣組成適當化與熱軋條件之適當化而將阻礙 晶粒生長延性非金屬夾雜物量控制於1 000個/ cm2以 下。 將所得扁鋼胚與實施例1之情形同樣處理以形成製 品，並與實施例1之情形同樣進行試驗。惟，鋼編號5 8 之最終精製退火在680°C、鋼編號之最終精製退火在850 °C分別進行。 將所得結果顯示於表七。如表七所示，具有依照本發 明之成分組成、平均結晶粒徑者均具有優異的應變退火結 晶粒生長比及強度·磁性，藉此成爲適合可同時衝切製造 旋轉機之轉子及定子。 又’可知特別將最終精製退火溫度控制於 700 °C〜 8〇〇°C，或將製品板之平均再結晶粒徑控制於6〜25 // Μ， 對於應變退火前之高強度與應變退火後之低鐵損的兩者兼 顧的效果頗爲有利。 -33- (30) 1276693 表6 鋼編 號 化學組成(mass% ) C Si Mil Sol.Al N S 0 Ti Nb V 其他元素 31 0.0039 0.75 0.38 0.0003 0.0027 0.0045 0.0085 0.0004 0.002 0.0020 32 0.0034 0.80 0.25 0.0002 0.0023 0.0030 0.0070 0.0003 0.001 0.0020 33 0.0030 0.55 0.20 0.0001 0.0017 0.0025 0.0080 0.0003 0.004 0.0025 34 0.0022 0.30 0.25 0.0001 0.0022 0.0035 0.0080 0.0004 0.003 0.0035 35 0.0045 1.05 0.27 0.0003 0.0015 0.0030 0.0060 0.0005 0.002 0.0025 36 0.0028 0.90 0.25 0.0004 0.0021 0.0040 0.0090 0.0008 0.003 0.0030 37 0.0025 0.35 0.19 0.0003 0.0014 0.0020 0.0060 0.0005 0.004 0.0035 38 0.0023 0.95 0.25 0.0002 0.0018 0.0015 0.0050 0.0004 0.002 0.0030 39 0.0040 1.10 0.27 0.0002 0.0023 0.0013 0.0040 0.0003 0.002 0.0040 40 0.0027 1.10 0.28 0.0001 0.0024 0.0022 0.0070 0.0005 0.004 0.0020 Sb:0.008 41 0.0020 1.15 0.25 0.0002 0.0021 0.0035 0.0050 0.0004 0.002 0.0040 Sb:0.061 42 0.0025 0.95 0.26 0.0001 0.0016 0.0040 0.0045 0.0004 0.002 0.0010 Sn:0.010 43 0.0036 0.95 0.20 0.0002 0.0025 0.0035 0.0070 0.0004 0.003 0.0040 Sn:0.150 44 0.0025 0.60 0.19 0.0001 0.0022 0.0025 0.0075 0.0003 0.003 0.0050 Sb:0.052, Sn:0.048, P:0.080? Ni:0.050 45 0.0026 0.30 0.11 0.0002 0.0017 0.0022 0.0060 0.0003 0.003 0.0015 P:0.018 46 0.0038 0.28 0.09 0.0001 0.0029 0.0023 0.0040 0.0004 0.005 0.0015 Ni:0.22 47 0.0043 0.55 0.25 0.0002 0.0029 0.0020 0.0035 0.0003 0.002 0.0010 P:0.040, Ni:0.151 48 0.0038 0.75 0.40 0.0003 0.0028 0.0045 0.0080 0.0004 0.002 0.0020 49 0.0033 0.80 0.24 0.0005 0.0023 0.0030 0.0065 0.0004 0.001 0.0020 50 0.0031 0.55 0.18 0.0001 0.0035 0.0025 0.0080 0.0003 0.004 0.0020 51 0.0045 1.05 0.28 0.0003 0.0016 0.0060 0.0065 0.0004 0.002 0.0020 52 0.0029 0.90 0.24 0.0004 0.0022 0.0045 0.0110 0.0009 0.003 0.0030 53 0.0025 0.35 0.21 0.0003 0.0013 0.0019 0.0065 0.0024 0.004 0.0040 54 0.0022 0.95 0.26 0.0002 0.0019 0.0015 0.0050 0.0004 0.006 0.0030 55 0.0040 1.10 0.27 0.0002 0.0022 0.0015 0.0045 0.0004 0.002 0.0060 56 0.0045 1.00 0.24 0.0003 0.0018 0.0060 0.0050 0.0004 0.002 0.0020 REM:0.01 57 0.0040 1.05 0.26 0.0003 0.0017 0.0060 0.0040 0.0004 0.002 0.0020 Ca:0.001 58 0.0040 1.10 0.28 0.0010 0.0080 0.0065 0.0110 0.0004 0.003 0.0060 59 0.0040 1.00 0.23 0.0001 0.0017 0.0015 0.0040 0.0003 0.002 0.0020 60 0.0014 0.60 0.22 0.0001 0.0014 0.0015 0.0038 0.0002 0.001 0.0020 Sn:0.015 P:0.07 61 0.0026 0.55 0.23 0.0002 0.0015 0.0017 0.0038 0.0002 0.001 0.0020 Sb:0.01? Ni:0.10 62 0.0038 0.55 0.20 0.0001 0.0020 0.0015 0.0045 0.0003 0.001 0.0030 Sb:0.007， Sn:0.006， Ca:0.001? REM:0.005 63 0.0037 0.65 0.25 0.0001 0.0011 0.0018 0.0050 0.0002 0.001 0.0020 Sn:0.030, Ca:0.002 64 0.0022 0.60 0.21 0.0001 0.0018 0.0018 0.0043 0.0003 0.000 0.0010 Sb:0.035, REM:0.02 65 0.0025 0.12 0.24 0.0002 0.013 0.0016 0.0051 0.0002 0.001 0.0020 Sb:0.0075 Sn:0.010 66 0.0010 0.60 0.22 0.0001 0.0021 0.0013 0.0041 0.0002 0.001 0.0020 Sn:0.015 67 0.0012 0.60 0.19 0.0001 0.0010 0.0019 0.0036 0.0002 0.000 0.0010 Sn:0.020 -34- (31) 1276693 表7 鋼編 號 製品特性(應變退火前） 應變退火後特性 應變退 火結晶 粒生長 比 備考 W15/5O (W/kg) B5〇(T) 平均結晶 粒徑 (β m) 降伏點 (MPa) 維氏硬度 (Hv) W15/50 (W/kg) 平均結 晶粒徑 {β m) 31 53. 1.75 14 292 107 4.1 61 4.5 發明例 32 5.4 1.76 15 294 104 4.3 56 3.8 發明例 33 5.6 1.76 14 300 106 4.1 61 4.3 發明例 34 5.9 1.76 14 295 107 4.7 53 3.8 發明例 35 5.2 1.74 14 298 103 4.1 48 3.5 發明例 36 5.3 1.75 14 302 104 3.8 55 3.8 發明例 37 5.7 1.76 15 292 103 4.8 48 3.2 發明例 38 5.6 1.74 14 301 107 3.9 48 3.5 發明例 39 5.2 1.75 13 294 102 3.8 55 4.1 發明例 40 5.1 1.74 14 298 107 3.6 58 4.1 發明例 41 5.1 1.74 13 293 105 3.9 54 4.0 發明例 42 5.2 1.75 14 297 108 3.7 59 4.2 發明例 43 5.3 1.75 15 295 104 3.9 59 3.9 發明例 44 5.5 1.76 15 328 127 3.9 59 3.9 發明例 45 5.8 1.76 16 311 123 4.6 50 3.2 發明例 46 5.8 1.76 14 305 116 4.5 52 3.6 發明例 47 5.9 1.75 13 331 133 4.5 56 4.4 發明例 48 6.5 1.72 10 303 108 5.9 20 1.9 比較例 49 6.8 1.71 10 313 110 6.1 19 1.9 比較例 50 6.9 1.71 10 307 110 6.1 15 1.4 比較例 51 5.8 1.73 11 311 113 4.8 28 2.5 發明例 52 5.8 1.73 12 307 114 4.8 30 2.5 發明例 53 6.2 1.74 13 305 111 5.1 33 2.5 發明例 54 6.0 1·74 13 308 115 4.9 30 2.3 發明例 55 5.9 1.73 12 311 109 4.8 25 2.1 發明例 56 5.3 1.73 14 297 103 4.2 45 3.2 發明例 57 5.4 1.73 13 295 100 4.5 46 3.5 發明例 58 8.7 1.76 5 341 132 6.2 14 2.8 發明例 59 4.9 1.73 30 272 95 4.4 50 1.7 發明例 60 5.4 1.75 14 330 131 3.7 63 4.5 發明例 61 5.5 1.74 14 315 120 3.9 59 4.2 發明例 62 5.2 1.74 15 295 106 3.7 65 4.3 發明例 63 5.2 1.76 14 304 109 3.8 60 4.3 發明例 64 5.3 1.75 14 305 107 3.9 58 4.1 發明例 65 5.6 1.75 15 301 105 4.0 61 4.1 發明例 66 5.2 1.74 14 297 108 3.7 60 4.3 發明例 67 5.2 1.74 14 298 108 3.6 61 4.4 發明例 -35- (32) 1276693 如上述’藉本發明係能提供一種極適合製造旋轉機用 轉子及定子之無方向性電磁鋼板。 且’本發明有關之無方向性電磁鋼板，不僅如此，尙 具有優異之所謂再利用性的特徵。即，再利用習知含A1 量高之鐵芯材料鑄造馬達的旋轉軸時，鐵水表面乃進行氧 化致黏性增高。於是鐵水之鑄模內充塡性降低，有時無法 獲得健全之鑄件。是故，一般認爲含A1之廢鐵渣缺乏再 利用性’然本發明有關之無方向性電磁鋼板則爲低A1材 料，鑄造所需之再利用性極高。 產業上之可利用性 根據本發明之高磁通密度無方向性電磁鋼板，係能自 同一鋼板同時採取轉子材料及定子材料，且對轉子材料賦 予高磁通密度及高強度，對於定子材料賦予高磁通密度及 低鐵損。藉此，可大幅度地提升旋轉機用構件、進而旋轉 機之製造效率、輸出特性。況且，本發明有關之無方向性 電磁鋼板，亦優於鑄造時之再利用性，能改善再利用衝切 材料之廢鐵渣時的鑄造性。 【圖式簡單說明】 圖1爲將無方向性電磁鋼板之晶粒生長比、即應變退 火後之鋼板平均結晶粒徑對於最終精製退火後之鋼板平均 結晶粒徑的比與鋼板之N含量的關係，以阻礙晶粒生長 延性非金屬夾雜物之存在個數爲參數加以表示之圖表。 -36 -

Claims (1)

  1. 墳請委員明示，本案修正後是否變芟原實賢内象 第92 1 2 1 498號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國93年9月7日修正 I · 一種無方向性電磁鋼板，其特徵爲： 以質量百分率換算時，是包含： Si: 0.1% 〜1·2% ; Μη: 0.005% 〜〇·3% ; 並分別將C、Al、Ν限制爲： C· 0.0050% 以下（包含 〇); Sol· Α1: 0.0004% 以下（包含 〇); N: 0.0030% 以下（包含 〇); 其餘爲F e以及不可避免的雜質， 相對於再結晶粒的平均粒徑D之長度爲3 D〜9 D的夾 雜物的個數密度是1〇〇〇個/ cm2以下。 2.如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板，其 中更進一步含有從質量百分率爲〇 〇〇5%〜〇1〇%的Sb與 質量百分率爲0.005 %〜0.2%的Sn所形成之組合中所選 出的至少1種。 3 ·如申I靑專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板，其 中更進一步含有從質量百分率爲〇 〇〇丨％〜〇 2%的p與質 量百分率爲0.001%〜〇·2%的Ni所形成之組合中所選出 的至少1種。 4 ·如申請專利範圍第！項之無方向性電磁鋼板，其
    1276693 中更進一步含有從質量百分率爲〇·〇〇〇ι%〜0.10%的 與質量百分率爲0.00 01%〜0.01%的Ca所形成之組 所選出的至少1種。 5. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板 中上述不可避免的雜質中，Ti、Nb以及V的含量分 制在Ti是0.0020%以下（包含0) ; Nb是0.0050% (包含〇) ;V是0.0060%以下（包含0)。 6. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板 中上述不可避免的雜質中，S以及0的質量百分率分 制在 S是 0.0050%以下（包含0) ; Ο是0.0100% (包含〇 )。 7. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板 中上述再結晶粒的平均粒徑D是6 // m〜2 5 // m。 8. 如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板 中該鋼板是至少經過冷軋以及其後的最終精製退火過 製造的鋼板，上述最終精製退火的溫度是 700 °C -t。 9 ·如申請專利範圍第1項之無方向性電磁鋼板 中該鋼板是以7 5 0 °C經過兩個小時的應變退火，以使 結晶粒的平均粒徑成長到兩倍以上。 10. —種無方向性電磁鋼板，其特徵爲：是封於 請專利範圍第1至9項之任何一項所述的鋼板實施應 火而製成的。 11 ·如申請專利範圍第1 0項之無方向性電磁鋼 REM 合中 ，其 別限 以下 ，其 別限 以下 ，其 ，其 程所 ^ 800 ，其 得再 如申 變退 板， -2- 1276693 其中上述應變退火的溫度是700 °C〜800 °C。 ]2 · —種旋轉機用轉子構件，其特徵爲：該旋轉機用 轉子構件是將申請專利範圍第1項至第9項之任何一項所 述的無方向性電鋼板堆疊而成的。 1 3 . —種旋轉機用定子構件，其特徵爲：該旋轉機用
    定子構件是將申請專利範圍第1項至第9項之任何一項所 述的無方向性電磁鋼板堆疊之後，再實施應變退火而製成 的。 14. 一種旋轉機，其特徵爲： 該旋轉機具有申請專利範圍第1 2項所述的旋轉機用 轉子構件以及申請專利範圍第1 3項所述的旋轉機用定子 構件， 且該旋轉機用轉子構件與該旋轉機用定子構件都是以 同一種無方向性電磁鋼板作爲素材。
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