TWI722636B - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

本發明無方向性電磁鋼板之母材具有滿足式[Si+0.5×Mn≧4.3]之預定化學組成，並且前述母材之平均結晶粒徑大於40μm且在120μm以下。

Description

無方向性電磁鋼板
本發明關於一種無方向性電磁鋼板。 本案係依據已於2018年11月2日於日本提申之日本特願2018-206969號主張優先權，並於此援引其內容。
發明背景 近年來，地球環境問題備受矚目，對節省能源之對策的要求也愈發提高。在對節省能源之對策的要求當中，亦強烈要求電氣設備的高效率化。因此，就作為馬達或發電機等的鐵芯材料而被廣泛使用的無方向性電磁鋼板，對於提升磁特性的要求亦更加增強。就電動汽車及動力混合車用的驅動馬達、以及空調的壓縮機用馬達，該傾向十分顯著。
如上述之各種馬達的馬達鐵芯係由固定子、即定子及旋轉子、即轉子所構成。構成馬達鐵芯的定子及轉子所要求的特性互不相同。對於定子係要求優異磁特性(低鐵損及高磁通密度)，尤其會要求低鐵損，相對於此，對於轉子則要求優異機械特性(高強度)。
由於就定子及轉子所要求的特性不同，故藉由分別製造定子用無方向性電磁鋼板與轉子用無方向性電磁鋼板，便能實現所欲特性。然而，準備2種無方向性電磁鋼板會引起產率降低。於是，為了實現轉子所要求之高強度，並且即便不進行弛力退火仍實現定子所要求之低鐵損，迄今已持續研討了強度優異且磁特性亦優異之無方向性電磁鋼板。
在例如專利文獻1~3中，實行了為了實現優異磁特性與高強度之嘗試。
先前技術文獻 專利文獻 專利文獻1：日本特開2004-300535號公報 專利文獻2：日本特開2007-186791號公報 專利文獻3：日本特開2012-140676號公報
發明概要 發明欲解決之課題 但是，為了實現近年來電動汽車或動力混合車的馬達所要求的節能特性，以如專利文獻1~3中揭示之技術而言，作為定子胚材之低鐵損化並不充分。
本發明係為了解決如上述之問題而作成者，其目的在於提供一種具有高強度及優異磁特性之無方向性電磁鋼板。
用以解決課題之手段 本發明係以下述無方向性電磁鋼板為其主旨。
(1)本發明一態樣之無方向性電磁鋼板，其母材的化學組成以質量%計為： C：0.0050%以下、 Si：3.5~5.0%、 Mn：大於0.2%且小於2.0%、 P：0.030%以下、 S：0.0050%以下、 sol.Al：0.0030%以下、 N：0.0030%以下、 Ti：小於0.0050%、 Nb：小於0.0050%、 Zr：小於0.0050%、 V：小於0.0050%、 Cu：小於0.200%、 Ni：小於0.500%、 Sn：0~0.100%、 Sb：0~0.100%及 剩餘部分：Fe及不純物，且 滿足下述(i)式；並且 前述母材之平均結晶粒徑大於40μm且在120μm以下。 Si+0.5×Mn≧4.3   ・・・(i) 惟，上述式中之元素符號為各元素之含量(質量%)。 (2)如上述(1)之無方向性電磁鋼板，其軋延方向之彈性模數可在175000MPa以上。 (3)如上述(1)或(2)之無方向性電磁鋼板，其拉伸強度可在600MPa以上。 (4)如上述(1)~(3)中任一項之無方向性電磁鋼板，其中前述化學組成亦可含有選自於以下之1種或2種元素： 以質量%計， Sn：0.005~0.100%及 Sb：0.005~0.100%。 (5)如上述(1)~(4)中任一項之無方向性電磁鋼板，其可於前述母材的表面具有絕緣被膜。 發明效果
根據本發明上述態樣，可獲得一種具有高強度及優異磁特性之無方向性電磁鋼板。
用以實施發明之形態 本發明人等為解決上述課題而進行了精闢研討，結果得到以下知識見解。
Si、Mn及Al係具有以下效果的元素：使鋼之電阻上升而使渦電流損耗減低的效果。並且，該等元素亦為有助於鋼的高強度化的元素。
在Si、Mn及Al之中，又以Si為最可有效地助益電阻上升的元素，並且亦為最可有效地助益強度上升的元素。Al亦與Si同樣具有可有效使電阻上升的效果。然而，若同時大量含有Al與Si，便會產生使鋼的韌性降低而使冷軋延時等的加工性劣化的問題。相對於此，雖然相較於Si及Al，Mn的使電阻上升的效果較低，但有不易產生加工性的劣化的優點。
基於以上，在本實施形態中係藉由極力減低sol.Al含量並且將Si及Mn的含量調整到適當範圍內，以達成高強度化及提升磁特性，並確保加工性。
此外，為了高強度化及提升磁特性，控制結晶粒徑亦很重要。從高強度化的觀點來看，鋼中的晶粒宜為細粒。
另外，以用來作為電動汽車及動力混合車用的驅動馬達、以及空調的壓縮機用馬達的鐵芯材料之無方向性電磁鋼板的磁特性而言，必須改善鐵損、尤其係在高頻區的鐵損。鐵損主要係由磁滯損失與渦電流損耗所構成。在此，為了減低磁滯損失係以使晶粒粗大化為佳，而為了減低渦電流損耗則以使晶粒微細化為佳。亦即，兩者之間存在抵換關係。
於是，本發明人等進一步反覆研討，結果發現有用以達成高強度化及減低高頻鐵損之較佳粒徑範圍。
另外，本發明人等發現：藉由使軋延方向之彈性模數在175000MPa以上，提高無方向性電磁鋼板的剛性，便可提高馬達鐵芯的沖裁作業性。並且，本發明人等還發現：藉由使母材的Si含量變高，並且在低溫下進行熱軋板退火且在預定溫度區進行完工退火，便能實現上述要件。
本發明係根據上述知識見解而作成者。以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。惟，本發明並不僅限於本實施形態中揭示之構成，而可在不脫離本發明主旨的範圍內進行各種變更。
1.整體構成 本實施形態無方向性電磁鋼板具有高強度且具有優異磁特性，故適於定子及轉子兩者。並且，本實施形態無方向性電磁鋼板宜於以下說明之母材的表面具備有絕緣被膜。
2.母材之化學組成 就本實施形態無方向性電磁鋼板之母材的化學組成，限定各元素的理由係如下所述。另，以下說明中有關含量之「%」意指「質量%」。在夾著「~」而記載之數值限定範圍中，下限值及上限值包含在該範圍內。
C：0.0050%以下 C(碳)係會引起無方向性電磁鋼板的鐵損劣化的元素。C含量若大於0.0050%，無方向性電磁鋼板的鐵損便會劣化，而無法獲得良好磁特性。因此，C含量設為0.0050%以下。C含量在0.0040%以下為佳，在0.0035%以下較佳，在0.0030%以下則更佳。又，由於C有助於無方向性電磁鋼板的高強度化，當欲獲得該效果時，C含量宜為0.0005%以上，較佳係在0.0010%以上。
Si：3.5~5.0% Si(矽)係一種會使鋼之電阻上升而減低渦電流損耗，從而改善無方向性電磁鋼板的高頻鐵損的元素。另外，Si的固溶強化能力大，故對於無方向性電磁鋼板的高強度化亦為有效元素。為了獲得該等效果，Si含量設為3.5%以上。Si含量在3.7%以上為佳，在3.9%以上較佳，大於4.0%則更佳。另一方面，Si含量若過多，加工性會明顯劣化而變得難以實施冷軋延。因此，Si含量設為5.0%以下。Si含量在4.8%以下為佳，在4.5%以下較佳。
Mn：大於0.2%且小於2.0% Mn(錳)係一種會使鋼之電阻上升而減低渦電流損耗，從而有效改善無方向性電磁鋼板的高頻鐵損的元素。另外，Mn含量過低時，會在鋼中析出微細的硫化物(MnS)，故在完工退火時有時晶粒不會充分成長。因此，Mn含量設為大於0.2%。Mn含量在0.4%以上為佳，在0.6%以上較佳，在0.7%以上則更佳。另一方面，Mn含量若過多，無方向性電磁鋼板的磁通密度的降低會變得顯著。因此，Mn含量設為小於2.0%。Mn含量在1.8%以下為佳，在1.7%以下較佳，在1.6%以下則更佳。
在本實施形態中，係藉由適當控制Si及Mn的含量來確保鋼的電阻。因此，除了Si及Mn的含量各在上述範圍內之外，還必須滿足下述(i)式。下述(i)左邊的值在4.4以上為佳，在4.5以上較佳，在4.6以上則更佳。
Si+0.5×Mn≧4.3   ・・・(i) 惟，上述式中之元素符號為各元素之含量(質量%)。
P：0.030%以下 P(磷)係作為不純物而含有於鋼中，其含量若過多，無方向性電磁鋼板的韌性便會明顯劣化，而難以實施冷軋延。因此，P含量設為0.030%以下。P含量在0.025%以下為佳，在0.020%以下較佳。P含量雖宜為0%，但極度減低P含量有時會引起製造成本增加，故P含量亦可設為0.003%以上。
S：0.0050%以下 S(硫)係以下元素：因形成MnS的微細析出物而使鐵損增加，從而使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。因此，S含量設為0.0050%以下。S含量在0.0040%以下為佳，在0.0035%以下較佳。又，極度減低S含量有時會引起製造成本增加，因此S含量在0.0003%以上為佳，在0.0005%以上較佳，在0.0008%以上則更佳。
sol.Al：0.0030%以下 Al(鋁)一般來說係具有以下效果的元素：藉由使鋼之電阻上升而減低渦電流損耗，從而改善無方向性電磁鋼板的高頻鐵損。並且，其係會藉由固溶強化而有助於無方向性電磁鋼板的高強度化的元素。然而，在如本實施形態之Si含量高的鋼板中，含有0.1%以上的sol.Al會使鋼板製造過程中的加工性劣化。此外，就含有小於0.1%的sol.Al而言，亦會在鋼中微細析出如AlN之類的氮化物，而阻礙完工退火中的晶粒成長，使得無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。
在本實施形態中，係藉由調整Si及Mn的含量來確保鋼的充分的電阻。因此，sol.Al含量宜極力減低，而設為0.0030%以下。sol.Al含量在0.0025%以下為佳，在0.0020%以下較佳。又，極度減低sol.Al含量有時會引起製造成本增加，因此sol.Al含量在0.0001%以上為佳，在0.0003%以上較佳。又，在本實施形態中，sol.Al含量係指sol.Al(酸溶性Al)的含量。
N：0.0030%以下 N(氮)係一種無法避免地會混入鋼中之元素，且係一種會形成氮化物而使鐵損增加，從而使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化的元素。因此，N含量設為0.0030%以下。N含量在0.0025%以下為佳，在0.0020%以下較佳。又，極度減低N含量有時會引起製造成本增加，因此N含量在0.0005%以上為佳。
Ti：小於0.0050% Ti(鈦)係一種無法避免地會混入鋼中之元素，其會與碳或氮鍵結而形成析出物(碳化物、氮化物)。當形成有碳化物或氮化物時，該等析出物本身會使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。並且還會阻礙完工退火中的晶粒成長，使得無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。因此，Ti含量設為小於0.0050%。Ti含量在0.0040%以下為佳，在0.0030%以下較佳，在0.0020%以下則更佳。又，極度減低Ti含量有時會引起製造成本增加，因此Ti含量在0.0005%以上為佳。
Nb：小於0.0050% Nb(鈮)係一種會與碳或氮鍵結而形成析出物(碳化物)，藉此而有助於高強度化的元素，但該等析出物本身會使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。因此，Nb含量設為小於0.0050%。Nb含量在0.0040%以下為佳，在0.0030%以下較佳，在0.0020%以下則更佳。並且，Nb含量在測定極限以下更為理想，具體而言小於0.0001%更為理想。由於Nb含量越低越好，故Nb含量亦可設為0%。
Zr：小於0.0050% Zr(鋯)係一種會與碳或氮鍵結而形成析出物(碳化物、氮化物)，藉此而有助於高強度化的元素，但該等析出物本身會使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。因此，Zr含量設為小於0.0050%。Zr含量在0.0040%以下為佳，在0.0030%以下較佳，在0.0020%以下則更佳。並且，Zr含量在測定極限以下更為理想，具體而言在0.0001%以下更為理想。由於Zr含量越低越好，故Zr含量亦可設為0%。
V：小於0.0050% V(釩)係一種會與碳或氮鍵結而形成析出物(碳化物、氮化物)，藉此而有助於高強度化的元素，但該等析出物本身會使無方向性電磁鋼板的磁特性劣化。因此，V含量設為小於0.0050%。V含量在0.0040%以下為佳，在0.0030%以下較佳，在0.0020%以下則更佳。V含量在測定極限以下更為理想，具體而言在0.0001%以下更為理想。由於V含量越低越好，故V含量亦可設為0%。
Cu：小於0.200% Cu(銅)係無法避免地會混入鋼中的元素。若刻意含有Cu，無方向性電磁鋼板的製造成本便會增加。因此，在本實施形態中，不須積極含有Cu，係不純物的程度即可。Cu含量設為在製造步驟中無法避免地會混入之最大值，即設為小於0.200%。Cu含量在0.150%以下為佳，在0.100%以下較佳。又，Cu含量的下限值並無特別限定，然極度減低Cu含量有時會引起製造成本增加。因此，Cu含量在0.001%以上為佳，在0.003%以上較佳，在0.005%以上則更佳。
Ni：小於0.500% Ni(鎳)係無法避免地會混入鋼中的元素。但Ni亦為會使無方向性電磁鋼板的強度提升的元素，故亦可刻意含有。惟，Ni的價格昂貴，故Ni含量設為小於0.500%。Ni含量在0.400%以下為佳，在0.300%以下較佳。又，Ni含量的下限值並無特別限定，然極度減低Ni含量有時會引起製造成本增加。因此，Ni含量在0.001%以上為佳，在0.003%以上較佳，在0.005%以上則更佳。
Sn：0~0.100% Sb：0~0.100% Sn(錫)及Sb(銻)會於母材表面偏析而抑制退火中之氧化及氮化，故對於在無方向性電磁鋼板中確保低鐵損，其係有用的元素。並且，Sn及Sb還具有以下效果：於結晶晶界偏析而改善集合組織，從而提高無方向性電磁鋼板的磁通密度。因此，可視需要而含有Sn及Sb之至少一者。然而，該等元素的含量若過多，有時鋼的韌性就會降低而難以冷軋延。因此，Sn及Sb的含量各設為0.100%以下。Sn及Sb的含量各在0.060%以下為佳。又，欲確實獲得上述效果時，Sn及Sb之至少一者的含量宜設為0.005%以上，設為0.010%以上較佳。
本實施形態無方向性電磁鋼板之母材的化學組成中，剩餘部分為Fe及不純物。此處所謂的「不純物」係指在工業上製造鋼時，由礦石、廢料等原料或因製造步驟的種種因素而混入之成分，且係指在不會對本實施形態無方向性電磁鋼板的特性造成不良影響的範圍內所容許之物。
又，作為不純物元素，有關Cr及Mo的含量並不特別規定。在本實施形態無方向性電磁鋼板中，即便在各0.5%以下的範圍含有該等元素，也不會特別影響本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。並且，即便在各0.002%以下的範圍含有Ca及Mg，也不會特別影響本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。即便在0.004%以下的範圍含有稀土族元素(REM)，也不會特別影響本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。又，在本實施形態中，REM係指由Sc、Y及鑭系元素所構成之合計17種元素，上述REM含量則指該等元素之合計含量。
O亦為不純物元素，但即便在0.05%以下的範圍含有其，也不會影響本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。O有時亦會在退火步驟中混入鋼中，因此就扁胚階段(亦即，澆桶取樣分析值)的含量，即便在0.01%以下的範圍含有，也不會特別影響本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。
另外，除上述元素外，還可含有Pb、Bi、As、B及Se等元素作為不純物元素，而只要其等的含量在0.0050%以下的範圍，便不會損及本實施形態無方向性電磁鋼板的特性。
本實施形態無方向性電磁鋼板之母材的化學組成，只要使用ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)測定即可。又，sol.Al只要使用以酸將試樣加熱分解後的濾液，利用ICP-AES進行測定即可。另外，C及S係使用燃燒-紅外線吸收法，N則使用非活性氣體熔解-熱傳導率法測定即可。
3.結晶粒徑 從無方向性電磁鋼板的高強度化的觀點來看，鋼中的晶粒宜為細粒。除此之外，為了減低磁滯損失係以使晶粒粗大化為佳，而為了減低渦電流損耗則以使晶粒微細化為佳。
母材之平均結晶粒徑在40μm以下時，磁滯損失明顯惡化，而變得難以改善無方向性電磁鋼板的磁特性。另一方面，母材之平均結晶粒徑若大於120μm，不僅鋼的強度會降低，渦電流損耗的惡化也會變明顯，而變得難以改善無方向性電磁鋼板的磁特性。因此，母材之平均結晶粒徑設為大於40μm且在120μm以下。母材之平均結晶粒徑在45μm以上為佳，在50μm以上較佳，在55μm以上則更佳。並且，母材之平均結晶粒徑在110μm以下為佳，在100μm以下較佳。
在本實施形態中，母材之平均結晶粒徑係依據JIS G 0551(2013)「鋼-晶粒大小的顯微鏡試驗方法」求算。具體而言，首先從距離無方向性電磁鋼板的端部10mm以上的位置，以平行於軋延方向的板厚截面成為觀察面之方式採取試驗片。使用具有拍攝功能的光學顯微鏡，以倍率100倍拍攝觀察面，該觀察面係因利用腐蝕液所行蝕刻而可清楚地觀察到結晶晶界。使用所得觀察照片，藉由JIS G 0551(2013)中記載的切割法來測定所觀察到的晶粒的平均結晶粒徑。在切割法中，係使用以下2種補足晶粒數量進行評估：在板厚方向上等間隔地劃出5條以上在軋延方向上長度2mm的直線，合計10mm以上的直線所捕捉到的捕捉晶粒數量；及在軋延方向上等間隔地劃出5條以上直線，該等直線平行於與軋延方向的直線成正交之板厚方向，合計(板厚×5)mm以上的直線所補足的補足晶粒數量。
4.磁特性 在本實施形態無方向性電磁鋼板中，所謂磁特性優異係指鐵損W10/400 低且磁通密度B50 高。具體而言，所謂磁特性優異係指以下情況：無方向性電磁鋼板的板厚大於0.30mm且在0.35mm以下時，鐵損W10/400 在16.0W/kg以下且磁通密度B50 在1.60T以上；該板厚大於0.25mm且在0.30mm以下時，係15.0W/kg以下且磁通密度B50 在1.60T以上；該板厚大於0.20mm且在0.25mm以下時，係13.0W/kg以下且磁通密度B50 在1.60T以上；該板厚在0.20mm以下時，係在12.0W/kg以下且磁通密度B50在1.59T以上。在此，在本實施形態中，上述磁特性(鐵損W10/400 及磁通密度B50 )係依據JIS C 2550-1(2011)中規定的愛普斯坦試驗(Epstein test)進行測定。又，鐵損W10/400 係指在最大磁通密度為1.0T且頻率400Hz之條件下產生的鐵損，磁通密度B50 則指在5000A/m的磁場中之磁通密度。
5.機械特性 在本實施形態無方向性電磁鋼板中，所謂具有高強度係指(最大)拉伸強度在600MPa以上。本實施形態無方向性電磁鋼板之拉伸強度在600MPa以上。拉伸強度在610MPa以上為佳。另外，拉伸強度的上限並未特別限制，只要小於710MPa即可。在此，拉伸強度係藉由進行依據JIS Z 2241(2011)之拉伸試驗來測定。
6.絕緣被膜 在本實施形態無方向性電磁鋼板中，宜於母材的表面具有絕緣被膜。無方向性電磁鋼板係在沖裁出鐵芯毛胚後進行積層，然後才加以使用，因此，藉由於母材的表面設置絕緣被膜，可減低板間的渦電流，從而作為鐵芯可減低渦電流損耗。
在本實施形態中，絕緣被膜的種類並無特別限定，可使用被用作無方向性電磁鋼板的絕緣被膜之周知絕緣被膜。上述絕緣被膜可舉譬如以無機物為主體且更含有有機物的複合絕緣被膜。此處，所謂複合絕緣被膜係譬如以下絕緣被膜：以鉻酸金屬鹽、磷酸金屬鹽等金屬鹽、或是膠質氧化矽、Zr化合物、Ti化合物等無機物中之至少任一者為主體，且有微細有機樹脂粒子分散的絕緣被膜。尤其，從近年需求逐漸高漲之減低製造時的環境負荷之觀點看來，宜採用以下絕緣被膜：使用了磷酸金屬鹽、Zr或Ti之耦合劑作為起始物質的絕緣被膜，或使用了磷酸金屬鹽、Zr或Ti之耦合劑之碳酸鹽或銨鹽作為起始物質的絕緣被膜。
絕緣被膜的附著量並無特別限定，而以設為例如每單面為200~1500mg/m2 左右為佳，較佳係設為每單面為300~1200mg/m2 。藉由以成為上述範圍內的附著量之方式來形成絕緣被膜，便可維持優異均一性。又，於事後測定絕緣被膜的附著量時，可利用周知的各種測定法，只要適當利用譬如測定浸漬於氫氧化鈉水溶液之前與之後的質量差之方法、或使用有檢量線法之螢光X射線法等即可。
7.彈性模數規定 在本實施形態中，可將平行於軋延方向之彈性模數設為175000MPa以上。藉由將平行於軋延方向之彈性模數設為175000MPa以上，可提高無方向性電磁鋼板的剛性，而可提高馬達鐵芯的沖裁作業性。
關於設為如上述之彈性模數，於以下說明其技術思想。 在本實施形態中，係提高鋼成分中的Si含量以高強度化。若提高Si含量，加工性便會降低。因此，必須在低溫下進行熱軋板退火。而伴隨著該熱軋板退火的低溫化，最終製品的集合組織中(111)方位晶粒增加。其結果，最終製品之彈性模數就變高。 另外，在本實施形態中，為了使最終製品的結晶粒徑變得粗大，必須在高溫下進行完工退火。藉由使最終製品的結晶粒徑變得粗大，磁滯損失會減低，但另一方面，渦電流損耗會增大。惟，在本實施形態中，由於提高了化學組成中的Si含量而渦電流損耗減低，故可容許因結晶粒徑所致渦電流損耗的增大。同樣地，藉由使最終製品的結晶粒徑變得粗大，磁滯損失會減低，但另一方面，強度會降低。惟，在本實施形態中，由於提高了化學組成中的Si含量而強度提升，因此即便結晶粒徑粗大化仍可容許強度的降低。然而，若成為像是最終製品的結晶粒徑大於100μm的粗大晶粒，即便在熱軋板退火溫度低的情況下，(111)方位晶粒仍會減少而彈性模數降低。 上述之結果，可製造一種已取得機械特性、鐵損特性及彈性模數之平衡之無方向性電磁鋼板。
以下，說明彈性模數的測定方法。 依據JIS Z 2241(2011)，以長邊方向成為平行於無方向性電磁鋼板的軋延方向之方式，採取JIS5號拉伸試驗片。將應變計貼在試驗片的平行部的長邊方向中央且寬度方向的中央。使用上述試驗片並以JIS Z 2241(2011)為準據進行拉伸試驗，從彈性範圍內的應力-應變曲線之傾斜來求算彈性模數。基於測定精度的觀點，將應變計貼在試驗片的表背面兩面，而獲得二個應力-應變曲線，算出從各個應力-應變曲線得出的彈性模數的平均值，藉此獲得彈性模數。
8.製造方法 本實施形態無方向性電磁鋼板之製造方法並無特別限制，例如可藉由以下方式製造：對具有上述化學組成的鋼塊依序實施熱軋延步驟、熱軋板退火步驟、酸洗步驟、冷軋延步驟及完工退火步驟。另外，要於母材的表面形成絕緣被膜時，係在上述完工退火步驟後進行絕緣被膜形成步驟。以下，詳細說明各步驟。
＜熱軋延步驟＞ 加熱具有上述化學組成的鋼塊(扁胚)，並對加熱後之鋼塊進行熱軋延，製得熱軋鋼板。在此，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1050~1250℃。另，關於熱軋延後之熱軋鋼板的板厚亦無特別規定，考慮到母材之最終板厚則宜設為譬如1.5~3.0mm左右。
＜熱軋板退火步驟＞ 熱軋延之後，以使無方向性電磁鋼板的磁通密度上升作為目的，實施熱軋板退火。關於熱軋板退火之熱處理條件，在例如連續退火時，對於熱軋鋼板宜進行在700~1000℃下維持10~150秒之退火，較佳係設為在800~980℃下10~150秒。尤其，為了將彈性模數控制為較佳的值，較理想的係熱軋板退火的均熱溫度為800~970℃且均熱時間為10~150秒。並且，更理想的係熱軋板退火的均熱溫度在800℃以上且低於950℃、且均熱時間為10~150秒。
在箱式退火時，對於熱軋鋼板宜在600~900℃下維持30分鐘~24小時。較佳係在650~850℃下1小時~20小時的均熱。又，雖然與實施了熱軋板退火步驟的情況相較之下磁特性會較差，但為了削減成本，亦可省略上述熱軋板退火步驟。
＜酸洗步驟＞ 在上述熱軋板退火之後實施酸洗，除去已生成於母材的表面的氧化皮層。在此，酸洗所用之酸的濃度、酸洗所用之促進劑的濃度及酸洗液之溫度等酸洗條件並無特別限定，可設為周知之酸洗條件。又，熱軋板退火為箱式退火時，從去氧化皮性的觀點看來，酸洗步驟宜在熱軋板退火前實施。此時，無須於熱軋板退火後實施酸洗。
＜冷軋延步驟＞ 在上述酸洗後(以箱式退火實施熱軋板退火時，也會有變成在熱軋板退火步驟後的情況)，實施冷軋延。在冷軋延中，以使母材之最終板厚成為0.10~0.35mm的軋縮率來軋延經除去氧化皮層後之酸洗板。
＜完工退火步驟＞ 在上述冷軋延後實施完工退火。在本實施形態無方向性電磁鋼板之製造方法中，對於完工退火係使用連續退火爐。完工退火步驟係用以控制母材之平均結晶粒徑的重要步驟。
在此，完工退火條件較理想係：設均熱溫度為900~1030℃，設均熱時間為1~300秒，並設為H2 比率為10~100體積%之H2 及N2 的混合氣體環境(亦即，H2 +N2 =100體積%)，並且設氣體環境的露點為30℃以下。尤其，為了將彈性模數控制為較佳的值，較理想的係完工退火的均熱溫度為900~1000℃且均熱時間為1~300秒。
均熱溫度低於900℃時，結晶粒徑會變細小，無方向性電磁鋼板的鐵損便會劣化，故不佳。均熱溫度高於1030℃時，在無方向性電磁鋼板中強度不夠、鐵損劣化且彈性模數也降低，故不佳。均熱溫度較佳係900~1000℃，920~980℃則更佳。均熱時間若小於1秒，便無法充分將晶粒粗大化。而若均熱時間超過300秒，則會引起製造成本增加。氣體環境中的H2 比率較佳係15~90體積%。氣體環境的露點較佳係在10℃以下，在0℃以下更佳。
＜絕緣被膜形成步驟＞ 在上述完工退火後，視需要可實施絕緣被膜形成步驟。此處，形成絕緣被膜的方法並無特別限定，只要使用可形成下述所示周知絕緣被膜的處理液，並以周知方法進行處理液之塗佈及乾燥即可。周知絕緣被膜可舉譬如以無機物為主體且更含有有機物的複合絕緣被膜。所謂複合絕緣被膜係譬如以下絕緣被膜：以鉻酸金屬鹽、磷酸金屬鹽等金屬鹽、或是膠質氧化矽、Zr化合物、Ti化合物等無機物中之至少任一者為主體，且有微細有機樹脂粒子分散的絕緣被膜。尤其，從近年需求逐漸高漲之減低製造時的環境負荷之觀點看來，宜採用以下絕緣被膜：使用了磷酸金屬鹽、Zr或Ti之耦合劑作為起始物質的絕緣被膜，或使用了磷酸金屬鹽、Zr或Ti之耦合劑之碳酸鹽或銨鹽作為起始物質的絕緣被膜。
要形成絕緣被膜之母材的表面，可在塗佈處理液之前施行以鹼等進行之脫脂處理、或以鹽酸、硫酸及磷酸等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在完工退火後直接於母材的表面塗佈處理液。 實施例
以下，藉由實施例更具體地說明本發明，惟實施例中之條件僅為用以確認本發明之可實施性及效果而採用之例，本發明並不限於該條件例。只要能在不脫離本發明宗旨下達成本發明之目的，則本發明可以採用各種條件。
[實施例1] 將表1所示成分組成的扁胚加熱到1150℃後，按精加工溫度850℃且精加工板厚2.0mm施行熱軋延，並在650℃下進行捲取而製成熱軋鋼板。對於所得熱軋鋼板施行970℃×50秒的熱軋板退火，並藉由酸洗除去了表面的氧化皮。藉由冷軋延，將以上述方式獲得的酸洗板製成板厚0.25mm的冷軋鋼板。
並且，在H2 ：20%、N2 ：80%及露點0℃之混合氣體環境下，在退火溫度：900~1050℃及均熱時間：1~300秒的範圍內改變完工退火條件來進行退火，使成為如以下表2所示平均結晶粒徑。具體而言，要控制成使平均結晶粒徑變大時，係使完工退火溫度變得更高及/或使均熱時間變得更長。並且， 要控制成使平均結晶粒徑變小時，則設為與上述相反。然後，塗佈絕緣被膜，製出無方向性電磁鋼板並製成試驗材。
另外，上述絕緣被膜係藉由以成為預定附著量之方式塗佈絕緣被膜後，在大氣中以350℃燒附而形成，該絕緣被膜係由磷酸鋁及粒徑0.2μm之丙烯酸-苯乙烯共聚物樹脂乳液所構成。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
針對所得各試驗材，依據JIS G 0551(2013)「鋼-晶粒大小的顯微鏡試驗方法」計測出母材之平均結晶粒徑。並且，從各試驗材的軋延方向及寬度方向採取愛普斯坦試驗片，藉由依據JIS C 2550-1(2011)之愛普斯坦試驗評估了磁特性(鐵損W10/400 、磁通密度B50 )。將鐵損W10/400 在13.0W/kg以下且磁通密度B50 在1.60T以上的情況視為磁特性優異，而判定為合格。不滿足該條件時則視為磁特性差，而判定為不合格。又，設為該合格條件之原因為：各試驗材的板厚大於0.20mm且在0.25mm以下。
此外，依據JIS Z 2241(2011)，以長邊方向與鋼板的軋延方向一致之方式，從各試驗材採取JIS5號拉伸試驗片。然後，使用上述試驗片依據JIS Z 2241(2011)進行拉伸試驗，測定了拉伸強度。將拉伸強度在600MPa以上的情況視為具有高強度，而判定為合格。並且將拉伸強度小於600MPa的情況視為強度差，而判定為不合格。
將上述結果一併列示於表2。
已知在鋼板的化學組成及完工退火後的平均結晶粒徑滿足本發明規定之試驗編號3、5、6、9、10、14、15、17、18、22~24及26~28中，鐵損低、磁通密度高且具有600MPa以上的高拉伸強度。
相對於此，在屬比較例之試驗編號1、2、4、7、8、11~13、16、19~21及25中，磁特性及拉伸強度之至少任一者差，或者韌性明顯劣化而難以製造。
具體而言，在試驗編號1中因Si含量較規定範圍更低，而呈拉伸強度差的結果。另外，若比較化學組成滿足規定之試驗編號2~4，在試驗編號2中因平均結晶粒徑較規定範圍更小而鐵損差，在試驗編號4中則因平均結晶粒徑較規定範圍更大而呈拉伸強度差的結果。
另外，在試驗編號7中Si含量超出規定範圍，在試驗編號12中P含量超出規定範圍，以致韌性劣化而在冷軋延時斷裂，無法實施平均結晶粒徑、拉伸強度及磁特性之測定。在試驗編號8中因不滿足(i)式，而呈鐵損及拉伸強度差的結果。並且，在試驗編號11中因Mn含量超出規定範圍，而呈磁通密度差的結果。
在試驗編號13中因S含量超出規定範圍，而呈鐵損差的結果。若比較化學組成滿足規定之試驗編號16~19，在試驗編號16中因平均結晶粒徑較規定範圍更小而鐵損差，在試驗編號19中則因平均結晶粒徑較規定範圍更大而呈拉伸強度差的結果。
另外，在試驗編號20中因sol.Al含量超出規定範圍，因此，相較於除sol.Al以外，化學組成與平均結晶粒徑幾乎相同的試驗編號15，係呈磁特性差的結果。
並且，若比較化學組成滿足規定之試驗編號21~25，在試驗編號21中因平均結晶粒徑較規定範圍更小而鐵損差，在試驗編號25中則因平均結晶粒徑較規定範圍更大而呈拉伸強度差的結果。
[實施例2] 將表3所示成分組成的扁胚加熱到1150℃後，按精加工溫度850℃且精加工板厚2.0mm施行熱軋延，並在650℃下進行捲取而製成熱軋鋼板。對於所得熱軋鋼板施行在表4所示熱軋板退火溫度下均熱40秒之熱軋板退火，並藉由酸洗除去了表面的氧化皮。藉由冷軋延，將以上述方式獲得的酸洗板製成板厚0.25mm的冷軋鋼板。
並且，在H2 ：15%、N2 ：85%及露點-10℃之混合氣體環境下，施行在表4所示溫度下均熱15秒之完工退火，製成表4所示平均結晶粒徑的完工退火板。然後，塗佈絕緣被膜，製出無方向性電磁鋼板並製成試驗材。
另外，上述絕緣被膜係藉由以成為預定附著量之方式塗佈絕緣被膜後，在大氣中以350℃燒附而形成，該絕緣被膜係由磷酸鋁及粒徑0.2μm之丙烯酸-苯乙烯共聚物樹脂乳液所構成。
針對所得各試驗材，利用與實施例1同樣的方法來測定了母材之平均結晶粒徑、磁特性(鐵損W10/400 、磁通密度B50 )、拉伸強度及平行於軋延方向之彈性模數。平行於軋延方向之彈性模數，係於JIS5號拉伸試驗片的兩面貼附應變計，並利用與拉伸強度的測定同樣的方法進行拉伸試驗而測定。並且從彈性範圍內的應力-應變曲線之傾斜求算了彈性模數。又，係從貼附於試驗片的兩面之應變計獲得了二個應力-應變曲線，算出從各個應力-應變曲線得出的彈性模數的平均值，從而獲得了彈性模數。將平行於軋延方向之彈性模數在175000MPa以上判斷為彈性模數優異。 其他合格基準則設為與實施例1相同。將結果一併列示於表4。
[表3]
Figure 02_image005
[表4]
Figure 02_image007
已知在滿足本發明規定之鋼板的化學組成及完工退火後的平均結晶粒徑、且已適當調整了熱軋板退火的溫度與完工退火的溫度之試驗編號1、2及5中，鐵損及磁通密度優異，其等鐵損尤低且具有600MPa以上的高拉伸強度，並且平行於軋延方向之彈性模數成為175000MPa以上。
相對於此，在屬比較例之試驗編號4及6~9中，磁特性、拉伸強度及彈性模數中之任一者差。
關於化學組成及平均結晶粒徑滿足規定之試驗編號1~3，試驗編號3因熱軋板退火溫度高，而在本發明例中亦呈彈性模數差的結果。另外，若比較化學組成滿足規定之試驗編號4~6，在試驗編號4中因平均結晶粒徑較規定範圍更小而鐵損差，在試驗編號6中則係退火溫度過高，平均結晶粒徑變得較規定範圍更大，而呈拉伸強度及磁通密度、彈性模數差的結果。關於不滿足(i)式之試驗編號7~8，試驗編號7係鐵損差，試驗編號8係拉伸強度差，試驗編號9則係鐵損及拉伸強度差。
產業上之可利用性 如以上，根據本發明，可獲得一種具有高強度及優異磁特性之無方向性電磁鋼板。

Claims (5)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其母材的化學組成以質量%計為：C：0.0050%以下、Si：3.5~5.0%、Mn：大於0.2%且小於2.0%、P：0.030%以下、S：0.0050%以下、sol.Al：0.0030%以下、N：0.0030%以下、Ti：小於0.0050%、Nb：小於0.0050%、Zr：小於0.0050%、V：小於0.0050%、Cu：小於0.200%、Ni：小於0.500%、Sn：0~0.100%、Sb：0~0.100%、及剩餘部分：Fe及不純物，且滿足下述(i)式；且前述母材之平均結晶粒徑大於40μm且在120μm以下；並且平行於軋延方向之彈性模數在175000MPa以上；Si+0.5×Mn≧4.3‧‧‧(i)惟，上述式中之元素符號為各元素以質量%計之含量。
  2. 如請求項1之無方向性電磁鋼板，其拉伸強度在600MPa以上。
  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選自於以下之1種或2種元素：以質量%計，Sn：0.005~0.100%及Sb：0.005~0.100%。
  4. 如請求項1或2之無方向性電磁鋼板，其於前述母材的表面具有絕緣被膜。
  5. 如請求項3之無方向性電磁鋼板，其於前述母材的表面具有絕緣被膜。
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