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CN107075640A - 无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法 - Google Patents

无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法 Download PDF

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CN107075640A
CN107075640A CN201580057710.0A CN201580057710A CN107075640A CN 107075640 A CN107075640 A CN 107075640A CN 201580057710 A CN201580057710 A CN 201580057710A CN 107075640 A CN107075640 A CN 107075640A
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electromagnetic steel
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non orientation
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大久保智幸
尾田善彦
中西匡
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
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Abstract

通过制成具有如下成分的钢(低Al钢)，即便通过高温的最终退火，也得到低铁损且高磁特性的无取向性电磁钢板，上述钢以质量％计含有C：0.005％以下、Si：1.0～4.5％、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S+Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下和Cu：0.02～0.30％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。

Description

无取向性电磁钢板和无取向性电磁钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及无取向性电磁钢板及其制造方法。
背景技术
无取向性电磁钢板是在电气设备的铁芯材料中使用的材料，电磁钢板的低铁损化对电气设备的高效率化有效。而且，Si、Al、Mn等比电阻大的元素的添加对铁损的减少有效，其中Al虽然比电阻的上升大，但是强度上升小，是适合兼得铁损减少和冲裁性改善的元素。
然而，添加Al的钢存在循环性差这样的课题。即，如果将添加Al的钢作为废料进行处理，则电炉的电极劣化，因此存在产品的循环性受损这样的课题。
因此，为了改善循环性，优选减少钢板中的Al，期望即使Al含量低也具有优异的磁特性的电磁钢板。
针对该问题，例如，专利文献1中，提出了通过在低Al钢中控制Cu硫化物而得到优异的磁特性的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－277760号公报
发明内容
当前，无取向性电磁钢板所要求的低铁损化的要求越来越严格。而且，为了应对该低铁损化的要求，期望在900℃以上的高温下的最终退火。这是由于如果在900℃以上的高温下进行最终退火，则钢板内的晶体粒径粗大化而阻碍畴壁移动的晶粒间界减少，铁损降低。
针对此点，专利文献1中提出的技术由于主要着眼于改善较低温度的最终退火、去应力退火中的粒子生长，所以在采用900℃以上的高温下的最终退火时，不能期望充分的磁特性的改善效果。
本发明的目的在于有利地解决上述的问题，提供即便意欲使低Al钢低铁损化而对其进行高温的最终退火的情况下，也能够实现低铁损化的磁特性优异的无取向性电磁钢板及其制造方法。
以下，对提出本发明的理由进行说明。
将以质量％计含有C：0.003％以下、Si：1.9％、Mn：0.5％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.02％以下、N：0.005％以下和O：0.005％以下作为基本元素，且以0.01～0.10％的范围含有Cu、以0.0001～0.005％的范围含有S、以0.0001～0.002％的范围含有Se的钢在实验室进行真空熔化而制作铸锭，对其进行热轧和冷轧，制成0.5mm厚，使100～700℃的升温速度为80℃/s，实施在970℃下保持10s的最终退火，制成产品板(无取向性电磁钢板)。
将得到的产品板的磁特性示于图1和2。应予说明，图中的％表示是质量％。
这里，如果钢板组织中存在微细的Cu硫化物、Cu硒化物，则在最终退火时等热处理时，产生钉扎效应。而且，如果产生钉扎效应，则会妨碍最终退火时的二次再结晶晶粒的粒生长，会妨碍改善钢板的铁损。
如图1、2所示，在Cu量低于0.02质量％的区域，未确认S和Se的含有的明确的影响。认为这是由于即便在钢中存在微细的Cu硫化物、Cu硒化物，在高温下实施最终退火时，微细的Cu硫化物、Cu硒化物也固溶而消失，因此没有钉扎效应的影响。
另一方面，在Cu量为0.02质量％以上的区域，通过减少S和Se的含量而确认大的铁损改善效果。
一般而言，Cu的含量高时，Cu硫化物、Cu硒化物的生成量增大，因此即便实施高温退火，也难以使Cu硫化物、Cu硒化物完全固溶，微细的Cu硫化物、Cu硒化物残留在钢板中。认为如果这样的微细的Cu硫化物、Cu硒化物残留，则产生钉扎效应，妨碍二次再结晶晶粒的有效的粒生长，因此钢板的铁损劣化。因此，认为在这种情况下，通过减少S和Se的含量，使钢中不存在微细的Cu硫化物、Cu硒化物，减少钉轧力，其结果，铁损得到改善。特别是，在S+Se量为0.0010质量％以下的情况下，其改善效果显著。
另外，在Cu为0.02质量％以上的区域，减少S和Se时，确认磁通密度(B50)的提高。该理由尚不明确，但推断是由于通过减少S和Se，使晶界内的S和Se减少，Cu可能偏析的部位增加，促进Cu的晶界偏析，由此改善了钢板的再结晶集合组织。
本发明人等对以上的见解进一步进行了研究，从而完成了本发明。
即，本发明的主旨构成如下。
1.一种无取向性电磁钢板，以质量％计含有C：0.005％以下、Si：1.0～4.5％、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S+Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下和Cu：0.02～0.30％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.根据上述1所述的无取向性电磁钢板，其中，上述钢板以质量％计进一步含有合计0.01～0.20％的选自Sn、Sb中的1种或2种。
3.根据上述1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，上述钢板以质量％计进一步含有合计0.0001～0.01％的选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。
4.一种无取向性电磁钢板的制造方法，由如下一系列的工序构成，上述工序是对钢坯进行热轧，接下来，对经过热轧的热轧板实施或者不实施热轧板退火，通过1次的冷轧或夹着中间退火的2次以上的冷轧而制成目标的板厚，接下来，进行最终退火，上述钢坯以质量％计含有C：0.005％以下、Si：1.0～4.5％、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S+Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下和Cu：0.02～0.30％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
使上述最终退火的升温过程中的在100～700℃的温度区域的升温速度为40℃/s以上，且使最终退火温度为900～1100℃的范围。
5.根据上述3所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，上述钢坯以质量％计进一步含有合计0.01～0.20％的选自Sn、Sb中的1种或2种。
6.根据上述4或5所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，上述钢坯以质量％计进一步含有合计0.0001～0.01％的选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。
根据本发明，可得到即便对降低了Al的体系采用高温退火也可得到优异的磁特性的无取向性电磁钢板。
附图说明
图1是表示S和Se的含量与产品板的磁特性(铁损)的关系的图。
图2是表示S和Se的含量与产品板的磁特性(磁通密度)的关系的图。
具体实施方式
以下，对本发明进行具体说明。
首先，对本发明的钢成分的限定理由进行说明。
应予说明，以下，与钢成分有关的“％”表示在没有特殊说明的情况下是指质量％。
C：0.005％以下
C作为碳化物析出使铁损劣化，因此需要尽量减少。从抑制钢板的磁时效的观点考虑，C含量设为0.005％以下。下限的含量没有特别规定，从抑制脱碳成本的观点考虑，C含量优选为0.0001％以上。
Si：1.0～4.5％
Si是提高钢的比电阻的元素，含量越高，则铁损越少。为了得到充分的铁损减少效果，需要含有1.0％以上的Si。另一方面，如果Si含量超过4.5％，则磁通密度的降低、硬度的上升成为问题。因此，Si含量设为1.0～4.5％。从铁损、磁通密度、冲裁性的平衡考虑，Si含量的更优选的范围为1.5～3.0％。
Mn：0.02～2.0％
Mn是抑制钢的热脆性的元素，也是提高钢的比电阻的元素。为了得到该效果，需要添加0.02％以上。另一方面，如果Mn含量超过2.0％，则碳化物析出，反而铁损变差。因此，Mn含量为0.02～2.0％。更优选的范围为0.15～0.8％。
Sol.Al：0.001％以下
Sol.Al(酸可溶性Al)形成微细的AlN而成为铁损劣化的原因，因此需为0.001％以下。更优选为0.0005％以下。应予说明，下限值没有特别规定，工业上Sol.Al量优选为0.00001％左右。
P：0.2％以下
P是使钢的硬度增加的元素，可用于调整产品的硬度。然而，如果添加超过0.2％的P，则钢脆化，在冷轧中容易产生裂纹。由此，P量限制在0.2％以下。更优选为0.1％以下。应予说明，下限值没有特别规定，工业上P量优选为0.0001％左右。
S+Se：0.0010％以下
S和Se是形成微细的硫化物、硒化物而使铁损劣化的元素。本发明中，由于含有Cu，所以其影响特别大，为了减少铁损，必须将S+Se减少至0.0010％以下。更优选为0.0005％以下。另外，通过将S和Se控制在该范围，能够高效率地得到因含有Cu而产生的磁通密度提高效果。
应予说明，S和Se优选分别减少至0.0005％以下、0.0001％以下。另外，S+Se量的下限值没有特别规定，工业上为0.00001％左右。
N：0.005％以下
N形成微细氮化物而成为铁损劣化的原因，因此需为0.005％以下。更优选为0.003％以下。应予说明，下限值没有特别规定，工业上，N量为0.0001％左右。
O：0.005％以下
O使氧化物增加而成为铁损劣化的原因，因此需为0.005％以下。更优选为0.003％以下。应予说明，下限值没有特别规定，工业上，O量为0.0001％左右。
Cu：0.02～0.30％
Cu是杂质元素(tramp elements)的一种，是随着铁的循环而含量增加的元素。本发明中，积极地活用该Cu。Cu生成微细的硫化物、硒化物而成为铁损劣化的原因，但相反也有改善再结晶集合组织而改善铁损的效果。为了得到减少铁损的效果，需要含有0.02％以上的Cu。另一方面，如果含有超过0.30％的Cu，则成为表面瑕疵的原因。因此，Cu含量为0.02～0.30％。更优选的范围为0.05～0.10％。
合计0.01～0.20％的选自Sn、Sb中的1种或2种
Sn、Sb具有改善再结晶集合组织而提高钢的磁通密度的效果。
但是，选自Sn、Sb中的1种或2种低于0.01％时，添加效果弱。另一方面，如果超过0.20％，则添加效果饱和。因此，从Sn、Sb中选择的1种或2种优选以合计0.01～0.20％的范围添加。
合计0.0001～0.01％的选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上
Ca、REM和Mg是形成稳定的硫化物、硒化物的元素，通过添加到本发明的钢中，能够得到更优异的铁损特性。
但是，选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上低于0.0001％时，添加效果弱。另一方面，如果超过0.01％，则铁损反而增加。因此，从Ca、REM和Mg中选择的1种或2种以上优选以合计0.0001～0.01％的范围添加。
本发明中，微细的Cu硫化物、Cu硒化物越少越好。即，直径为10～200nm的Cu硫化物、Cu硒化物的个数密度合计优选为10个/μm2以下。
本发明中的微细的Cu硫化物、Cu硒化物的个数密度可以通过对试样的板厚中心层进行电解，用TEM(透射电子显微镜)观察其复型(replica)，通过EDX(能量色散型X射线光谱法)对析出物进行分析来测定。本发明中，复型制作过程的电解工序中使用的总电荷因将Fe变成Fe2+而被消耗，且电解工序中得到的全部残渣(析出物)被复型捕捉，计算上述析出物的个数密度。
应予说明，关于直径200nm以上的析出物，由于对磁特性没有造成大的影响，所以可以不测定。另外，关于直径10nm以下的析出物，难以利用EDX分析，此外，在本发明的范围中个数少而对磁特性的影响小，因此可以不测定。
接下来，对基于本发明的制造方法进行叙述。应予说明，以下规定以外的无取向性电磁钢板的制造条件等可以采用公知的无取向性电磁钢板的制造方法。
可以利用通常的铸锭－开坯法、连续铸造法由调整成上述的优选成分组成的钢液制造板坯，可以用直接铸造法制造100mm以下的厚度的薄铸片。接下来，用通常的方法将板坯加热而供于热轧，制成热轧板，但也可以在铸造后，不加热而立即供于热轧。热轧后，对热轧板实施在700～900℃的温度区域保持10min～10h或者在900～1100℃的温度区域保持1s～5min的热处理(热轧板退火)，由此能够得到更高的磁特性。应予说明，本发明中，从减少成本的观点考虑，可以省略该热处理。
其后，对上述热轧板实施酸洗后，实施1次或者夹着中间退火的2次以上的冷轧而加工成最终板厚，接下来实施最终退火而制成钢板。从改善铁损的观点考虑，最终退火在900℃以上的高温下实施。这是由于如果在900℃以上实施最终退火，则晶体粒径粗大化而阻碍畴壁移动的晶粒间界减少，对减少铁损有利。另一方面，如果退火温度超过1100℃，则产生结瘤(pickup)等问题。因此，最终退火温度设为900～1100℃的范围。
另外，本发明中，通过使最终退火的升温过程中的100～700℃的温度区域的升温速度为40℃/s以上，能够得到优异的铁损减少效果。
可得到该铁损减少效果的理由尚不明确，但考虑如下。
即，认为如果最终退火的升温过程中的上述温度区域的升温速度低，则钢中的{111}取向的晶粒的再结晶优先进行，因此对本发明中想要的磁特性有利的{100}和{110}取向的晶体减少。该趋势特别是在钢中的{111}取向的晶粒变强的条件下，例如不进行热轧板退火的情况、冷轧压下率高的情况下显著。应予说明，在100～700℃的温度区域的升温速度优选为100℃/s以上。
另一方面，上述升温速度的上限没有特别规定，但是从抑制对IH、通电加热等的加热设备的投资的观点考虑，优选为500℃/s以下。
最终退火之后，根据需要对上述钢板实施绝缘涂布而制成作为产品板的无取向性电磁钢板。本发明中，绝缘涂布可以采用公知的方法，可以根据目的区分使用无机涂布、有机涂布、无机－有机混合涂布等。
实施例
在1120℃将含有表1所示的成分的钢坯加热20分钟后，进行热轧而制成热轧板之后，对该热轧板进行或者不进行热轧板退火，进行冷轧，加工成板厚：0.35mm的冷轧板。对得到的冷轧板在H2(vol％):N2(vol％)＝20:80、露点：-40℃的气氛中，进行温度：950℃、保持时间：10s的最终退火之后，实施绝缘涂布处理而制成产品板。
应予说明，热轧板退火条件和最终退火的升温过程中的在100～700℃的温度区域的升温速度在表1中记载。另外，从得到的产品板采集280mm×30mm的试件，按照JIS C2550-1：2011中规定的爱泼斯坦试验法(Epstein test method)进行磁测定。
将磁测定的测定结果一并记入表1。
此外，用已叙述的方法测定Cu硫化物和Cu硒化物的直径，将其个数密度记载在表1中。应予说明，表中，Cu硫化物的个数密度是直径10～200nm的Cu硫化物的每1μm2的个数密度，Cu硒化物的个数密度是直径10～200nm的Cu硒化物的每1μm2的个数密度。
表1
如表1所见，满足本发明的要件的产品板均可得到即便对减少了Al的体系采用高温退火也具有优异的磁特性的无取向性电磁钢板。

Claims (6)

1.一种无取向性电磁钢板，以质量％计含有C：0.005％以下、Si：1.0～4.5％、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S+Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下和Cu：0.02～0.30％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。
2.根据权利要求1所述的无取向性电磁钢板，其中，所述钢板以质量％计进一步含有合计0.01～0.20％的选自Sn、Sb中的1种或2种。
3.根据权利要求1或2所述的无取向性电磁钢板，其中，所述钢板以质量％计进一步含有合计0.0001～0.01％的选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。
4.一种无取向性电磁钢板的制造方法，由如下一系列的工序构成，所述工序是对钢坯进行热轧，接下来，对经过热轧的热轧板实施或不实施热轧板退火，通过1次的冷轧或夹着中间退火的2次以上的冷轧而制成目标的板厚，接下来，进行最终退火，
所述钢坯以质量％计含有C：0.005％以下、Si：1.0～4.5％、Mn：0.02～2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S+Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下和Cu：0.02～0.30％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
其中，使所述最终退火的升温过程中的在100～700℃的温度区域的升温速度为40℃/s以上，且使最终退火温度为900～1100℃的范围。
5.根据权利要求4所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，所述钢坯以质量％计进一步含有合计0.01～0.20％的选自Sn、Sb中的1种或2种。
6.根据权利要求4或5所述的无取向性电磁钢板的制造方法，其中，所述钢坯以质量％计进一步含有合计0.0001～0.01％的选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。
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