TWI504752B

TWI504752B - Non - directional electromagnetic steel sheet with tissue - optimized and its manufacturing method

Info

Publication number: TWI504752B
Application number: TW101137577A
Authority: TW
Original assignee: China Steel Corp
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2015-10-21
Also published as: TW201414852A

Description

集合組織優化之無方向性電磁鋼片及其製造方法

本發明係關於一種電磁鋼片及其製造方法，特別係關於一種集合組織優化之無方向性電磁鋼片及其製造方法。

電磁鋼片的鐵損包含渦流損與磁滯損，前者與電阻率及合金含量相關，後者則與晶粒尺寸及集合組織相關。

習知為降低電磁鋼片渦流損，一般會添加高量合金，主要為矽合金，以提高電阻率。然而，添加高量矽合金係會導致鋼材之熱傳導特性劣化，使得鋼帶於最終退火過程中，易因冷卻速率控制不當，而導致殘留應力的形成，進而造成磁滯損上昇。

另外，習知電磁鋼片<001>方向為最易磁化方向，因其鋼材磁化所需耗損能量最少，故當鋼材具有顯著Goss-{110}<001>、Cube-{100}<001>或近似組成之集合組織時，往往可具備低鐵損及高磁通密度的特性。

如我國公告專利第I342339號所揭示之「於鐵或鐵基合金板之表面、形成位向{100}質地之方法，及其製造無取向電工鋼板之方法、以及無取向電工鋼板」，其係利用去錳脫碳過程中γ→α相變態，形成高含量之{100}質地，以藉此降低無取向電工鋼板之鐵損及提高其磁通密度。然而，上述方法必須添加價格昂貴之高量錳及鎳合金，導致生產成本大幅提高。此外，上述方法亦需嚴格控制退火氣氛，故鋼捲需於真空環境下進行脫錳作業或需塗覆二氧化矽粉末，以致該方法難以在高效率工業化產線上實施。

因此，有必要提供一創新且具進步性之集合組織優化之無方向性電磁鋼片及其製造方法，以解決上述問題。

本發明提供一種集合組織優化之無方向性電磁鋼片之製造方法，該製造方法包括以下步驟：(a)提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.01重量%之碳、0.1至3.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至2.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.01重量%之硫、小於0.01重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質，且矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：(3S+M+2A+2P)<13.0重量%；(b)加熱該鋼胚；(c)熱軋該鋼胚，以形成一鋼板；(d)對該鋼板進行一退火處理步驟；(e)冷軋該鋼板至一中間厚度；(f)依序重複步驟(d)及(e)，直到冷軋該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片；以及(g)對該電磁鋼片進行一最終退火步驟。

本發明另提供一種集合組織優化之無方向性電磁鋼片，其組成包括：小於0.01重量%之碳；0.1至3.5重量%之矽；0.1至1.5重量%之錳；0.1至2.0重量%之鋁；0.005至0.1重量%之磷；0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種；小於0.01重量%之硫；小於0.01重量%之氮；及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：(3S+M+2A+ 2P)<13.0重量%。

本發明之製造方法可顯著提升無方向性電磁鋼片之Goss-{110}<001>集合組織強度，且不會抑制晶粒成長，故所製得之無方向性電磁鋼片呈現低鐵損及高磁通密度之雙重特性。此外，本發明之集合組織優化之無方向性電磁鋼片可應用於高效率馬達、變頻馬達、電動車驅動馬達、伺服馬達、高速主軸馬達及高效率變壓器鐵心之製造。

上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本發明的技術手段，而可依照說明書的內容予以實施，並且為了讓本發明所述目的、特徵和優點能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實施例，並配合附圖，詳細說明如下。

圖1顯示本發明集合組織優化之無方向性電磁鋼片之製造方法流程圖。請參閱圖1之步驟S11，提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.01重量%之碳、0.1至3.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至2.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.01重量%之硫、小於0.01重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質。在本實施例中，矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P必須滿足以下條件。

(3S+M+2A+2P)<13.0重量% (1)

請參閱步驟S12，加熱該鋼胚。此步驟之加熱溫度為1200至1250℃，且較佳地，加熱時間為2至4小時。

請參閱步驟S13，熱軋該鋼胚，以形成一鋼板。在此步驟中，該鋼板的厚度係為1.5至3.5毫米。

請參閱步驟S14，對該鋼板進行一退火處理步驟。在本實施例中，該退火處理步驟係於700至1100℃之溫度範圍下進行，且退火時間為2分鐘至30小時。較佳地，在進行該退火處理步驟之前，先對該鋼板進行一酸洗程序。

請參閱步驟S15，冷軋該鋼板至一中間厚度。在此步驟中，冷軋率需為30至80%。

請參閱步驟S16，依序重複步驟S14及S15，直到冷軋該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片。在本實施例中，必須依序重複步驟(d)及(e)至少2次，而此製程條件係設定為條件(2)。較佳地，步驟重複次數應為2至3次，以避免次數過多而耗時又耗能，此外，該最終厚度係為0.1至0.5毫米。

請參閱步驟S17，對該電磁鋼片進行一最終退火步驟。在本實施例中，該最終退火步驟係於900至1100℃之溫度範圍下進行，且退火時間為30秒至10分鐘，以使最終晶粒尺寸大於80微米。

本發明之製造方法可顯著提升無方向性電磁鋼片之Goss-{110}<001>集合組織強度，且不會抑制晶粒成長，故所製得之無方向性電磁鋼片呈現低鐵損及高磁通密度之雙重特性。

依據本發明之製造方法所製得之集合組織優化之無方向性電磁鋼片的組成包括：小於0.01重量%之碳；0.1至3.5重量%之矽；0.1至1.5重量%之錳；0.1至2.0重量%之鋁；0.005至0.1重量%之磷；0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種；小於0.01重量%之硫；小於0.01重量%之氮；及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足上述之條件(1)。本發明之集合組織優化之無方向性電磁鋼片可應用於高效率馬達、變頻馬達、電動車驅動馬達、伺服馬達、高速主軸馬達及高效率變壓器鐵心之製造。

茲以下列實例予以詳細說明本發明，唯並不意謂本發明僅侷限於此等實例所揭示之內容。

發明例及比較例：

發明例及比較例之鋼料成份如表1所列，單位為重量%。如表1所列，發明例及比較例採用A、B、C、D及E等5種不同鋼料組成，其中矽含量S分別為3.5、3.0、2.0、0.8及2.5重量%；錳含量M分別為0.55、1.20、0.45、0.75及0.42重量%；鋁含量A分別為1.50、1.85、0.85、0.30及1.60重量%；及磷含量P分別為0.025、0.060、0.023、0.055及0.015重量%。而未列示於表1之碳、硫及氮含量均約為0.004重量%，銻含量均約為0.08重量%，其餘為實質的鐵與不可避免的雜質。此外，依據條件(1)計算結果，A鋼料及B鋼料係不符條件(1)。

鋼材經造塊或連鑄後產出之鋼胚，係先於1220℃之爐中加熱2小時；接著，熱軋成厚度約為2毫米之鋼板；鋼板經過酸洗後，分別實施1次或1次以上之退火及冷軋，直到最終板厚，以形成電磁鋼片；之後，將電磁鋼片置於1000℃之退火爐中，加熱90秒，以使鋼片最終晶粒尺寸約大於95微米。其詳細之製程條件如表2所列。

值得注意的是，鋼料成份不符條件(1)之比較例A-1、B-1及B-2，皆於第1次冷軋時發生斷裂，故無法實施後續多次退火與冷軋製程。

產出之電磁鋼片則進行鐵損值(W15/50)及磁通密度(B50)之量測，其中W15/50表示激磁頻率為50 Hz，並激磁到1.5特斯拉(Tesla)時之鐵損值；B50表示激磁頻率為50 Hz，磁場強度達5000 A/m時所得之磁通密度。W15/50及B50之量測結果如表3所列。

圖2顯示本發明比較例D-1之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖。圖3顯示本發明發明例D-3之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖。圖4顯示本發明比較例E-2之 Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖。圖5顯示本發明發明例E-5之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖。分別比較圖2與圖3及圖4與圖5可知，發明例D-3及E-5之Goss-{110}<001>集合組織強度約可提高達5倍。此外，由表3之量測結果亦可知，本發明各發明例之鐵損皆有顯著下降，而各發明例之磁通密度亦有顯著提升。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，並非限制本發明，因此習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

圖1顯示本發明集合組織優化之無方向性電磁鋼片之製造方法流程圖；圖2顯示本發明比較例D-1之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖；圖3顯示本發明發明例D-3之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖；圖4顯示本發明比較例E-2之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖；及圖5顯示本發明發明例E-5之Goss-{110}<001>集合組織強度分佈圖。

Claims

一種集合組織優化之無方向性電磁鋼片之製造方法，包括以下步驟：(a)提供一鋼胚，該鋼胚之組成包括小於0.01重量%之碳、0.1至3.5重量%之矽、0.1至1.5重量%之錳、0.1至2.0重量%之鋁、0.005至0.1重量%之磷、0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種、小於0.01重量%之硫、小於0.01重量%之氮及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質，且矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：(3S+M+2A+2P)<13.0重量%；(b)加熱該鋼胚；(c)熱軋該鋼胚，以形成一鋼板；(d)對該鋼板進行一退火處理步驟；(e)冷軋該鋼板至一中間厚度；(f)依序重複步驟(d)及(e)，直到冷軋該鋼板至一最終厚度而形成一電磁鋼片；以及(g)對該電磁鋼片進行一最終退火步驟。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(b)之加熱溫度為1200至1250℃。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(b)之加熱時間為2至4小時。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(c)之該鋼板的厚度係為1.5至3.5毫米。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(d)之該退火處理步驟係於700至1100℃之溫度範圍下進行。
如請求項5所述之製造方法，其中步驟(d)之退火時間為2分鐘至30小時。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(e)之冷軋率為30至80%。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(f)係依序重複步驟(d)及(e)至少2次。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(f)之該最終厚度為0.1至0.5毫米。
如請求項1所述之製造方法，其中步驟(g)之該最終退火步驟係於900至1100℃之溫度範圍下進行。
如請求項10所述之製造方法，其中步驟(g)之退火時間為30秒至10分鐘。
一種集合組織優化之無方向性電磁鋼片，其組成包括：小於0.01重量%之碳；0.1至3.5重量%之矽；0.1至1.5重量%之錳；0.1至2.0重量%之鋁；0.005至0.1重量%之磷；0.005至0.1重量%之銻及錫所構成之群組中的至少其中一種；小於0.01重量%之硫；小於0.01重量%之氮；及其餘為實質的鐵與不可避免的雜質；其中矽含量S、錳含量M、鋁含量A及磷含量P滿足以下條件：(3S+M+2A+2P)<13.0重量%。