TWI817398B - 電磁鋼片與其製作方法 - Google Patents
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Abstract
本發明有關於一種電磁鋼片與其製作方法。此製作方法係藉由熱軋製程與熱軋退火製程，以使所形成之熱軋退火鋼板具有高比例之特定集合組織，而有效製得具有高磁通與低鐵損之電磁鋼片。其中，於進行熱軋製程後，熱軋退火製程係以特定速率升溫至退火溫度，而可提升集合組織之含量。
Description
本發明係有關一種電磁鋼片，特別是提供一種具有高磁通與低鐵損，且具有良好強度表現之電磁鋼片和其製作方法。
基於石化燃料所面臨之耗盡困境，電動載具係蓬勃發展。其中，電動載具裝載之驅動馬達所需的電磁鋼片須具備低鐵損、高磁通與高強度之特性。然而，於一般之冶金製程中，為了降低鐵損與強度之提升，磁通值將隨之降低。舉例而言，一般係藉由添加矽與鋁等合金元素來降低鐵損且增加強度，但磁通值係降低的。
進一步而言，一般增加磁通值之方法可包含冷軋採取溫軋延製程與二次軋延配合二次退火製程。其中，冷軋採取溫軋延製程係在較高之溫度(如200℃至500℃)進行冷軋，並調整合金元素(如碳與氮)之含量，以於軋延時，藉由合金元素和差排之交互作用，而優化產品之集合組織，因此可提升磁通值。然而，此方法之合金元素的含量不易控制，且其易於加熱過程中轉變為碳化物或氮化物，而降低鐵損。二次軋延配合二次退火製程係於熱軋製程後，藉由進行多個退火製程和冷軋製程的組合，以調整集合組織，並於最後進行最終退火製程，而可優化產品之集合組織。然而，此方法之流程成本係大幅提高。
有鑑於此，亟須提供一種電磁鋼片與其製作方法，以解決習知電磁鋼片與其製作方法無法兼具高磁通、低鐵損和高強度的缺陷。
因此，本發明之一態樣是在提供一種電磁鋼片的製作方法，其藉由調整熱軋退火製程之升溫速率，而可使退火處理後之熱軋退火鋼板具有特定之集合組織，進而提升後續所製得之電磁鋼片的電磁性質。
本發明之另一態樣是在提供一種電磁鋼片，其係藉由前述之製作方法所製成。
根據本發明之一態樣，提出一種電磁鋼片的製作方法。此製作方法係先提供鋼胚，並對鋼胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋼板。其中，鋼胚包含0.001重量百分比至0.1重量百分比之碳、2重量百分比至4重量百分比之矽、0.1重量百分比至3重量百分比之鋁、0.1重量百分比至2重量百分比之錳、不大於0.1重量百分比之磷、不大於0.01重量百分比之硫與平衡量之鐵，且此鋼胚不包含鎳與/或氮。熱軋製程之完軋溫度為800℃至1000℃。然後，對熱軋鋼板進行熱軋退火製程，以形成熱軋退火鋼板。其中，熱軋退火製程之升溫速率係不大於15℃/s，且熱軋退火製程之退火溫度係900℃至1100℃。接著，對熱軋退火鋼板進行冷軋製程，以形成冷軋鋼片。於進行冷軋製程後，對冷軋鋼片進行最終退火製程，即可製得電磁鋼片。
依據本發明之一些實施例，於進行前述之熱軋製程前，鋼胚係加熱至1000℃至1200℃。
依據本發明之一些實施例，於進行前述之熱軋製程後，此製作方法可選擇性地對熱軋鋼板進行盤捲製程，其中盤捲製程之溫度為500℃至750℃。
依據本發明之一些實施例，前述熱軋退火製程之持溫時間為30秒至240秒。
依據本發明之一些實施例，前述之熱軋退火鋼板具有Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞之集合組織。
依據本發明之一些實施例，前述最終退火製程之退火溫度為750℃至1100℃。
依據本發明之一些實施例，前述最終退火製程之持溫時間為30秒至120秒。
依據本發明之一些實施例，於進行前述之最終退火製程後，以2℃/s至30℃/s之速率降溫至室溫，而形成電磁鋼片。
根據本發明之另一態樣，提出一種電磁鋼片，其係藉由前述之製作方法所製成，且此電磁鋼片具有Cube{001}＜100＞及/或Goss{110}＜100＞之集合組織。
應用本發明電磁鋼片與其製作方法，其藉由調整熱軋退火製程之升溫速率，而使熱軋退火處理後之鋼板可具有高含量之Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞等特定集合組織，進而於所製得之電磁鋼片中形成Cube及/或Goss等特定集合組織，故可增進電磁鋼片之磁通，並降低其鐵損。另外，藉由最終退火製程之特定退火溫度，鋼片中之晶粒可穩定成長，且不易形成不利於磁性的集合組織，故可提升電磁鋼片之電磁性質與機械強度。因此，本發明之製作方法可藉由簡便地調控製程參數，即可有效使電磁鋼片兼具良好之電磁性質與強度，故不須大幅調整電磁鋼片之製作流程，而仍可具有良好之生產效率。
以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。
請參照圖1，其係繪示依照本發明之一些實施例之電磁鋼片的製作方法之流程圖。方法100係先提供鋼胚，並對此鋼胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋼板，如操作110所示。此鋼胚包含0.001重量百分比至0.1重量百分比之碳、2重量百分比至4重量百分比之矽、0.1重量百分比至3重量百分比之鋁、0.1重量百分比至2重量百分比之錳、不大於0.1重量百分比之磷、不大於0.01重量百分比之硫與平衡量之鐵，其中此鋼胚不包含鎳與/或氮。若鋼胚包含鎳，所形成之電磁鋼片具有較高之製備成本。若包含氮，其將與鋼材內部的雜質元素形成氮化物，而阻礙磁域壁的移動，進而提升電磁鋼片的鐵損，無法滿足應用需求。本發明之鋼胚可藉由具有通常知識者所熟知之製程(如煉鋼與連鑄等)與設備來製備，故在此不另贅述。
熱軋製程之完軋溫度為800℃至1000℃。若熱軋製程之完軋溫度不為前述之溫度時，所形成之熱軋鋼板於進行後述之熱軋退火製程時，鋼板中之晶粒將無法成長為適當之集合組織(如Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞(λ-fiber)之集合組織)，而難以滿足應用之需求。在一些實施例中，熱軋製程之裁減率可為80%至98%。當熱軋製程之裁減率為前述之範圍時，於高溫所施加之軋延應力有助於使鋼板中之晶粒成核，而可於接續之熱軋退火製程中，成長為前述之特定集合組織。較佳地，熱軋製程之裁減率可為90%至95%。
在一些實施例中，於進行熱軋製程前，鋼胚可先加熱至1000℃至1200℃，以降低鋼胚於熱軋時之阻抗，並有助於藉由熱軋製程所施加之應力來形成晶核。在一些實施例中，於進行熱軋製程後，方法100可選擇性地對熱軋鋼板進行盤捲製程。其中，盤捲製程之溫度可為500℃至750℃，以助於使熱軋鋼板中之晶核結構於後述之熱軋退火製程中形成為Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞(λ-fiber)之特定集合組織。在一些實施例中，盤捲製程之溫度較佳可為600℃至700℃。
於進行操作110後，對熱軋鋼板進行熱軋退火製程，以形成熱軋退火鋼板，如操作120所示。於進行熱軋退火製程時，熱軋鋼板係以不大於15℃/s之速率升溫至900℃至1100℃之退火溫度，以使熱軋鋼板中之晶核可成長為Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞之特定集合組織。若熱軋退火製程之升溫速率大於15℃/s，過快之升溫速率將導致鋼板中之晶核無法成長為前述之特定集合組織(如Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞)，而無法滿足應用之需求。在一些實施例中，熱軋退火製程之升溫速率可為1℃/s至15℃/s。較佳地，熱軋退火製程之升溫速率可為1℃/s至5℃/s。當退火溫度大於1100℃時，過高之溫度雖有助於鋼板中之晶核成長，惟其所形成之晶粒過於粗大，進而降低所製得之電磁鋼片的電磁性質，且易形成前述特定集合組織以外之其他集合組織。當退火溫度小於900℃時，過低之溫度將無法使鋼板中之晶核進一步成長為特定之集合組織，故所製得之電磁鋼片無法滿足應用之需求。在一些實施例中，退火溫度較佳可為900℃至1050℃。熱軋退火製程藉由特定之升溫速率與退火溫度，所形成之熱軋退火鋼板具有Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞之集合組織，而可有效提升所製得之電磁鋼片的電磁性質與強度。
於進行熱軋退火製程後，對熱軋鋼板進行冷軋製程，以形成冷軋鋼片，如操作130所示。於進行冷軋製程時，軋延裝置係對鋼板施加應力，以使其變薄，而滿足應用之尺寸要求。由於冷軋製程係於低溫(如20℃至200℃)下進行，故所施加之應力不易使鋼板中之集合組織持續成長改變。冷軋製程之裁減率與軋延道次沒有特別之限制，其僅須使所形成之冷軋鋼片的尺寸滿足應用需求即可。在一些實施例中，冷軋製程可將2.0 mm至2.5 mm之熱軋退火鋼板軋延為0.20 mm至0.50 mm的冷軋鋼片。
接著，對冷軋鋼片進行最終退火製程，以製得本發明之電磁鋼片，如操作140與操作150所示。在一些實施例中，最終退火製程之退火溫度可為750℃至1100℃，而持溫時間可為30秒至120秒。當最終退火製程以前述之退火溫度和持溫時間進行時，持續施加之熱能有助於使鋼片中之晶粒穩定成長，而具有適當之晶粒尺寸，且有助於使所製得之電磁鋼片具有可有效提升磁通並降低鐵損之Cube{001}＜100＞及/或Goss{110}＜100＞等特定集合組織。較佳地，最終退火製程之退火溫度可為850℃至1050℃，而最終退火製程之持溫時間可為50秒至80秒。
在一些實施例中，於進行最終退火製程後，所形成之電磁鋼片可以2℃/s至30℃/s之速率冷卻至室溫。其中，當電磁鋼片係以此速率冷卻時，此冷卻速率可有效釋放鋼片中之殘留應力，進而降低電磁鋼片之鐵損值。較佳地，最終退火製程所形成之電磁鋼片可以3℃/s至10℃/s之速率冷卻至室溫。
在一些應用例中，本發明藉由使熱軋退火鋼板具有高比例(如不小於30%)之Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞的集合組織，而可製得具有Cube及/或Goss等集合組織的電磁鋼片。在此些應用例中，本發明之電磁鋼片可具有不小於1.68 Tesla之磁通值與不大於20 W/Kg之鐵損值。
以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。
製備電磁鋼片
實施例1
實施例1之電磁鋼片的製備係先對鋼胚進行熱軋製程，以形成熱軋鋼板，其中鋼胚包含0.008重量百分比之碳、3.2重量百分比之矽、0.6重量百分比之鋁、0.2重量百分比之錳、0.05重量百分比之磷和0.005重量百分比之硫。於進行熱軋製程前，鋼胚係加熱至1100℃。於進行熱軋製程後，熱軋鋼板之完軋溫度為900℃，且進一步盤捲熱軋鋼板，其中盤捲溫度為650℃。然後，對熱軋鋼板進行熱軋退火製程，以形成熱軋退火鋼板，其中熱軋退火製程之退火溫度為950℃，而其升溫速率為5℃/s。於熱軋退火200秒後，以10℃/s之速率降溫至25℃，而接續進行冷軋製程，以形成冷軋鋼片。實施例1所形成之熱軋退火鋼板係以光學顯微鏡觀察，並以X光繞射儀(XRD)量測其結晶方位分布函數(Orientation Distribution Function；ODF)圖(φ2=0度)，其結果分別如圖2A與圖3A所示。分別如圖2A與圖3A所示，熱軋退火鋼板之晶粒尺寸約為150 μm，而熱軋退火鋼板具有高含量(約不小於40%)之Rotated cube{001}＜110＞的集合組織(如圖3A所指示之區域)。
於進行冷軋製程時，熱軋退火鋼板係以91.3%之裁減率由2.3 mm軋延至0.2 mm。接著，對冷軋鋼片進行最終退火製程，即可製得實施例1之電磁鋼片。於進行最終退火製程時，退火溫度為800℃至1000℃，且以具有通常知識者所熟知之方法與儀器來量測最終退火製程之各退火溫度所製得的電磁鋼片之磁通(B50)值和鐵損(W10/400)值，其結果分別如圖4A與圖4B之數據標號「●」所示。
實施例2
實施例2係使用與實施例1之電磁鋼片相同之製備流程，不同之處在於實施例2之鋼胚包含0.007重量百分比之碳、2.9重量百分比之矽、0.9重量百分比之鋁、0.3重量百分比之錳、0.04重量百分比之磷和0.004重量百分比之硫。於進行熱軋製程前，鋼胚係先加熱至1120℃，而熱軋鋼板之完軋溫度為880℃，並以680℃之溫度盤捲。所形成之熱軋鋼板係以15℃/s之速率升溫至1050℃。以進行60秒之熱軋退火製程，並以15℃/s之速率降溫至25℃，而接續進行冷軋製程，以形成冷軋鋼片。實施例2之熱軋退火鋼板的晶粒尺寸約為155 μm。接著，進行相同於實施例1之冷軋製程與最終退火製程，即可製得實施例2之電磁鋼片，且各退火溫度所製得的電磁鋼片之磁通(B50)值和鐵損(W10/400)值，其結果分別如圖4A與圖4B之數據標號「■」所示。
比較例
比較例係使用與實施例1之電磁鋼片相同之製備流程，不同之處在於比較例之鋼胚包含0.008重量百分比之碳、3.0重量百分比之矽、0.8重量百分比之鋁、0.2重量百分比之錳、0.05重量百分比之磷和0.005重量百分比之硫。於進行熱軋製程前，鋼胚係先加熱至1100℃，而熱軋鋼板之完軋溫度為900℃，並以650℃之溫度盤捲。所形成之熱軋鋼板係以25℃/s之速率升溫至1000℃。以進行120秒之熱軋退火製程，並以10℃/s之速率降溫至25℃，而接續進行冷軋製程，以形成冷軋鋼片。比較例之熱軋退火鋼板的晶粒尺寸約為160 μm(如圖2B所示)，且比較例之熱軋退火鋼板的ODF圖(如圖3B所示，φ2=0度)顯示其不具有Rotated cube{001}＜110＞的集合組織，而於不同之φ2下，Rotated cube之含量較少。接著，進行相同於實施例1之冷軋製程與最終退火製程，即可製得比較例之電磁鋼片，且各退火溫度所製得的電磁鋼片之磁通(B50)值和鐵損(W10/400)值，其結果分別如圖4A與圖4B之數據標號「○」所示。
如圖4A與圖4B所示，實施例1與2所製得之電磁鋼片所製得之電磁鋼片均具有較高之磁通值與較低之磁損值，故其具有良好之電磁性質。其中，雖然比較例之晶粒尺寸相近於實施例1，惟比較例之熱軋退火鋼板缺乏Rotated cube{001}＜110＞的特定集合組織，故比較例之電磁鋼片具有較差之電磁性質。
據此，本發明之電磁鋼片可藉由調整熱軋退火製程之升溫速率，而可有效提升Rotated cube{001}＜110＞及/或ND//＜001＞等集合組織於熱軋退火鋼板中之含量，進而使所製得之電磁鋼片包含可有效提升磁通並降低鐵損之Cube及/或Goss等特定集合組織。其中，雖然熱軋退火鋼板係進一步進行冷軋製程與最終退火製程，惟本發明最終退火製程之特定退火溫度係用以使晶粒穩定成長，而提升所製得電磁鋼片之電磁性質與其強度，進而滿足應用需求。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100:方法
110,120,130,140,150:操作
為了對本發明之實施例及其優點有更完整之理解，現請參照以下之說明並配合相應之圖式。必須強調的是，各種特徵並非依比例描繪且僅係為了圖解目的。相關圖式內容說明如下。
圖1係繪示依照本發明之一些實施例之電磁鋼片的製作方法之流程圖。
圖2A與圖2B分別係顯示依照本發明之實施例1與比較例所形成之熱軋退火鋼片的光學顯微鏡照片。
圖3A與圖3B分別係顯示依照本發明之實施例1與比較例所形成之熱軋退火鋼片的結晶方位分布函數圖。
圖4A係繪示依照本發明之實施例1、實施例2與比較例之最終退火製程的各退火溫度所製得之電磁鋼片的磁通量。
圖4B係繪示依照本發明之實施例1、實施例2與比較例之最終退火製程的各退火溫度所製得之電磁鋼片的鐵損值。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:方法
110,120,130,140,150:操作
Claims (8)
- 一種電磁鋼片的製作方法，包含：提供一鋼胚，其中該鋼胚包含：0.001重量百分比至0.1重量百分比之碳；2重量百分比至4重量百分比之矽；0.1重量百分比至3重量百分比之鋁；0.1重量百分比至2重量百分比之錳；不大於0.1重量百分比之磷；不大於0.01重量百分比之硫；以及平衡量之鐵，且其中該鋼胚不包含鎳與氮；對該鋼胚進行一熱軋製程，以形成一熱軋鋼板，其中該熱軋製程之一完軋溫度為800℃至1000℃；對該熱軋鋼板進行一熱軋退火製程，以形成一熱軋退火鋼板，其中該熱軋退火製程之一升溫速率係不大於15℃/s，該熱軋退火製程之一退火溫度係900℃至1100℃，且該熱軋退火鋼板具有Rotated cube{001}<110>及/或ND//<001>之一集合組織；對該熱軋退火鋼板進行一冷軋製程，以形成一冷軋鋼片；以及對該冷軋鋼片進行一最終退火製程，以製得該電磁鋼片。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其 中於進行該熱軋製程前，該鋼胚係加熱至1000℃至1200℃。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其中於進行該熱軋製程後，該製作方法更包含：對該熱軋鋼板進行一盤捲製程，其中該盤捲製程之一溫度為500℃至750℃。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其中該熱軋退火製程之一持溫時間為30秒至240秒。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其中該最終退火製程之一退火溫度為750℃至1100℃。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其中該最終退火製程之一持溫時間為30秒至120秒。
- 如請求項1所述之電磁鋼片的製作方法，其中於進行該最終退火製程後，以2℃/s至30℃/s之一速率降溫至室溫，而形成該電磁鋼片。
- 一種電磁鋼片，藉由如請求項1至7中之任一項所述之製作方法所製得，其中該電磁鋼片包含Cube{001}<100>及/或Goss{110}<100>之一集合 組織。
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2022
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