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TWI753779B - 無方向性電磁鋼板用鋼板 - Google Patents

無方向性電磁鋼板用鋼板 Download PDF

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TWI753779B
TWI753779B TW110105847A TW110105847A TWI753779B TW I753779 B TWI753779 B TW I753779B TW 110105847 A TW110105847 A TW 110105847A TW 110105847 A TW110105847 A TW 110105847A TW I753779 B TWI753779 B TW I753779B
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市江毅
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日商日本製鐵股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其含有C：0.0040%以下、Si：1.9%以上且3.5%以下、Al：0.10%以上且3.0%以下、Mn：0.10%以上且2.0%以下、P：0.09%以下、S：0.005%以下、N：0.0040%以下及B：0.0060%以下，且剩餘部分由Fe及不純物所構成；在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%，並且，令板寬為W時，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率為50%以上。

Description

無方向性電磁鋼板用鋼板
本發明涉及無方向性電磁鋼板用鋼板。 本案係依據已於2020年2月20日於日本提申之特願2020-027002號主張優先權，並於此援引其內容。
近年來，在電器領域，尤其是在使用無方向性電磁鋼板作為其鐵芯材料之馬達、旋轉機、中小型變壓器及電子組件等之領域中，在全球性的以省電、節能及減少CO 2等為代表之保護地球環境之趨勢當中，高效率化及小型化之訴求日益增強。在所述社會環境下，針對無方向性電磁鋼板，其性能之提升亦理所當然為緊要課題。
為了提升馬達的特性，對於無方向性電磁鋼板會要求提升鐵損及磁通密度等磁特性。為了提升磁特性，當然會控制鋼成分，並還採行各種措施，即控制鋼板中結晶粒徑及結晶方位等的金屬組織、及控制析出物等。
例如，專利文獻1中揭示一種無方向性電磁鋼板，其以質量%計含有0.10%~0.30%之P，且磁通密度以B50計為1.70T以上。
另外，例如專利文獻2~4中揭示的技術，是藉由事先使P在冷軋延前之鋼板的晶界偏析，來控制冷軋延及再結晶退火後之結晶方位，以改善磁特性。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2002-371340號公報 專利文獻2：日本專利特開2012-036454號公報 專利文獻3：日本專利特開2005-200756號公報 專利文獻4：日本專利特開2016-211016號公報
然而，關於專利文獻1~4中記載之技術，其課題在於：韌性會因添加偏析元素而明顯劣化，並在酸洗步驟中過板時斷裂。亦即，無法兼顧提升無方向性電磁鋼板用鋼板的韌性與無方向性電磁鋼板之低鐵損及高磁通密度。
本發明係有鑑於上述課題而做成者，其目的在於提供一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其兼顧熱軋板韌性與冷軋延及退火後之磁特性。
用以解決課題之手段 本案發明人等針對在無方向性電磁鋼板中兼顧熱軋板韌性與冷軋延及退火後之磁特性的手法，反覆潛心研討。其結果得知，將熱軋板退火時之均熱溫度與時間控制在特定範圍內，並且使冷卻速度在寬度方向上變化，藉此可實現一種熱軋板韌性佳且磁特性佳之材料。亦即得知，將熱軋板退火後之熱軋卷料進行退火且在該熱軋卷料的運送中進行保溫，藉此可兼顧熱軋板韌性與冷軋延及退火後之磁特性。在本發明中，熱軋板韌性意指：在熱軋板退火步驟或保熱步驟後歷經冷卻步驟且在酸洗步驟前之無方向性電磁鋼板用鋼板的韌性。
基於上述知識見解而做成之本發明，其主旨如下。 [1]一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其特徵在於： 以質量%計含有： C：0.0040%以下、 Si：1.9%以上且3.5%以下、 Al：0.10%以上且3.0%以下、 Mn：0.10%以上且2.0%以下、 P：0.09%以下、 S：0.005%以下、 N：0.0040%以下及 B：0.0060%以下，且 剩餘部分由Fe及不純物所構成； 在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%；並且， 令板寬為W時，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率為50%以上。 [2]如[1]之無方向性電磁鋼板用鋼板，其更含有以下之1種或2種以上元素： 以質量%計， Sn：0.01%以上且0.50%以下、 Sb：0.01%以上且0.50%以下及 Cu：0.01%以上且0.50%以下。 [3]如請求項1或2之無方向性電磁鋼板用鋼板，其更含有以下之1種或2種以上元素： 以質量%計， 選自REM之1種或2種以上：0.00050%以上且0.040%以下、 Ca：0.00050%以上且0.040%以下及 Mg：0.00050%以上且0.040%以下。
發明效果 根據本發明，可提供一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其兼顧熱軋板韌性與冷軋延及退火後之磁特性。
用以實施發明之形態 以下，詳細說明本發明之較佳實施形態。惟，本發明不僅限於在本實施形態中揭示之構成，可在不脫離本發明主旨的範圍內進行各種變更。在以下說明中，有時會例示具體的數值或材料，然而只要能獲得本發明效果，亦可應用其他數值或材料。又，以下實施形態的各構成要素可相互組合。
＜無方向性電磁鋼板用鋼板＞ [化學成分] 首先，說明本實施形態之無方向性電磁鋼板用鋼板(以下，亦將無方向性電磁鋼板用鋼板簡稱為鋼板)之化學成分。又，以下若無特別指明，則「%」之標記表示「質量%」。另外，下述之數值限定範圍，其下限值及上限值係包含於該範圍中。顯示為「大於」或「小於」的數值，該值不包含在數值範圍內。
(C：0.0040%以下) C會使最後製品即無方向性電磁鋼板的鐵損增加，還會成為磁老化的原因。本實施形態之鋼板的C含量為0.0040%以下。C含量宜為0.0030%以下，較佳為0.0020%以下。C含量之下限包含0%，但在生產技術上難以使C含量達0%，在實際應用上0.0001%為實質下限。
(Si：1.9%以上且3.5%以下) Si會使無方向性電磁鋼板的電阻增加而減少渦電流損耗，因而具有減低鐵損的效果。Si還會使降伏比增加，因而亦具有提升沖裁成鐵芯之沖裁加工精度的效果。只要鋼板的Si含量為1.9%以上，便可獲得上述效果。鋼板的Si含量宜為2.0%以上，較佳為2.1%以上。另一方面，Si含量若過多，無方向性電磁鋼板的磁通密度便會降低，並且在無方向性電磁鋼板之製造步驟本身中，也會因降伏比增加導致冷軋等之作業性降低，成本亦會變高，故Si含量為3.5%以下。鋼板的Si含量宜為3.0%以下，較佳為2.5%以下。
(Al：0.10%以上且3.0%以下) Al係與Si同樣會使無方向性電磁鋼板的電阻增加而減少渦電流損耗，因而具有減低鐵損的作用，但相較於Si，其降伏強度上升較小。只要Al含量為0.10%以上，便會減低鐵損且降伏強度會上升，降伏比增大而提升沖裁成鐵芯之沖裁加工性。鋼板的Al含量宜為0.20%以上。另一方面，鋼板的Al含量若過多，飽和磁通密度會降低而招致磁通密度降低。並且，鋼板的Al含量若過多，降伏比會減少，無方向性電磁鋼板之沖裁精度便會降低。因此，鋼板的Al含量為3.0%以下。鋼板的Al含量宜為2.5%以下。又，Al含量可為0.1%以上，亦可為0.2%以上。
(Mn：0.10%以上且2.0%以下) Mn具有以下效果：使電阻增加而減少渦電流損耗的同時，改善一次再結晶集合組織，使有望提升軋延方向磁特性的{110}＜001＞結晶方位發達。並且，Mn還會抑制對晶粒成長有害之MnS等微細硫化物的析出。為了上述目的，鋼板的Mn含量為0.10%以上。且鋼板的Mn含量宜為0.20%以上。另一方面，Mn含量若過多，退火時的晶粒成長性本身會降低，且鐵損增加。因此，鋼板的Mn含量為2.0%以下。鋼板的Mn含量宜為1.5%以下。又，Mn含量可為0.1%以上，亦可為0.2%以上。
(P：0.09%以下) P具有提高無方向性電磁鋼板之沖裁精度的效果，但P含量若增加便會變得非常脆弱。在Si≧2%之鋼板中，該傾向很明顯。因此，鋼板的P含量為0.09%以下。鋼板的P含量宜為0.05%以下。又，P含量之下限無特別限定，然而從減低P導致磁通密度劣化的觀點來看，宜設為0.005%以上。
(S：0.005%以下) S會以MnS等硫化物形式微細析出，而阻礙完工退火時的再結晶及晶粒成長。因此，鋼板的S含量為0.005%以下。鋼板的S含量宜為0.004%以下。又，S含量之下限無特別限定，然而從脫硫導致成本增加的觀點來看，宜設為0.0005%以上。
(N：0.0040%以下) N會因在熱軋板退火或完工退火時生成之AlN等氮化物的微細析出，而降低在熱軋板表面側生成之內部氧化層的被覆率，而且還會阻礙完工退火時等的再結晶及晶粒成長。因此，鋼板的N含量為0.0040%以下。鋼板的N含量宜為0.0030%以下。又，N含量之下限無特別限定，然而從為了使N減低之成本增加的觀點來看，宜設為0.0005%以上。
(B：0.0060%以下) B會因BN等氮化物的微細析出，而阻礙完工退火時的再結晶及晶粒成長。因此，鋼板的B含量為0.0060%以下。鋼板的B含量宜為0.0040%以下。又，B含量之下限無特別限定，然而從為了使B減低之成本增加的觀點來看，宜設為0.0001%以上。
本實施形態之鋼板宜更含有以下之1種或2種以上元素：以質量%計，Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下。以下，說明各元素之含量。又，Sn、Sb及Cu在鋼板中不一定需要，故其含量之下限值為0%。另，即便該等元素作為不純物被含有，也不會損及上述效果。
Sn、Sb及Cu具有以下效果：改善母材鋼板之一次再結晶集合組織，使該集合組織針對有望提升軋延方向磁特性的{110}＜001＞集合組織更發達，並抑制無助於磁特性的{111}＜112＞集合組織等。另一方面，即便Sn含量、Sb含量或Cu含量增加，上述效果仍會飽和，有時反而會使鋼板之韌性降低。因此，母材鋼板宜含有以下之1種或2種以上元素：Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下。
本實施形態之鋼板宜更含有以下之1種或2種以上元素：以質量%計，選自REM之1種或2種以上：0.00050%以上且0.040%以下、Ca：0.00050%以上且0.040%以下及Mg：0.00050%以上且0.040%以下。選自REM之1種或2種以上、Ca及Mg，只要其等之1種或2種以上的含量為0.00050%以上，便可更促進晶粒成長。選自REM之1種或2種以上、Ca及Mg，其等之1種或2種以上的含量宜為0.0010%以上，較佳為0.0050%以上。另一方面，選自REM之1種或2種以上、Ca及Mg，只要其等之1種或2種以上的含量為0.0400%以下，便可更抑制無方向性電磁鋼板之磁特性降低。選自REM之1種或2種以上、Ca及Mg，其等之1種或2種以上的含量宜為0.0300%以下，較佳為0.0200%以下。又，REM、Ca及Mg在鋼板中不一定需要，故其含量之下限值為0%。另外，REM為Rare Earth Metal的簡稱，係指屬於Sc、Y及鑭系列的元素。為鑭系元素時，在工業上係以稀土金屬合金的形態來添加。
上述鋼成分藉由鋼的一般分析方法來測定即可。例如，鋼成分可利用ICP-AES(感應耦合電漿原子發射光譜法；Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)來測定。又，C及S採用燃燒-紅外線吸收法，N採用非活性氣體熔解-熱導法，O採用非活性氣體熔解-非分散式紅外線吸收法來測定即可。
[金屬組織] 接著，參照圖1來說明本實施形態鋼板之金屬組織。圖1之(A)為用以說明本實施形態鋼板之金屬組織的示意圖。圖1之(B)為用以說明比較材料之金屬組織的示意圖。圖1之(A)所示之鋼板與圖1之(B)所示之鋼板具有相同化學組成，然而圖1之(A)所示之鋼板與圖1之(B)所示之鋼板的製造條件不同。 圖1中，WS係指熱軋鋼板之一個寬度方向端部，C係指熱軋鋼板之寬度方向中央部，DS係指熱軋鋼板之另一個寬度方向端部。另外，RD係指軋延方向，ND係指軋延面法線方向(板厚方向)。
關於本實施形態鋼板之金屬組織，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%；並且，令板寬為W時，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率為50%以上。在此，W為800mm以上。故而，從板寬方向之端部起算1/4W的位置，會較從板寬方向之兩端部往板寬中央方向10mm的位置更位於板寬中央側。在此所謂板厚方向截面，係指平行於鋼板之板厚方向與長邊方向(或軋延方向)的截面。
本實施形態之鋼板如圖1之(A)所示，其表背面(ND方向端部)發生再結晶而可確認到晶粒，板厚方向中央可確認到沿軋延方向延伸且在板厚方向上呈層狀之加工組織。另一方面，如圖1之(B)所示以往鋼板之情況下，在板厚方向中央並未確認到沿軋延方向呈層狀之加工組織。如此一來，再結晶組織係指長寬比在2.5以下之組織，加工組織係指長寬比大於2.5之組織。又，長寬比可使用掃描型電子顯微鏡(SEM；Scanning Electron Microscope)，測定長軸長度及短軸長度來算出。
一般而言，鋼板的再結晶率若小，則最後製品即無方向性電磁鋼板的鐵損會變大，磁通密度降低。本實施形態之鋼板在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%；從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向至10mm之各位置為止的部分，為再結晶率更小而會成為鐵損增大之原因的部分。然而，使用本實施形態之鋼板來製造無方向性電磁鋼板時，該部分在最後會被切除，該部分以外之殘留部分則成為最後製品即無方向性電磁鋼板。因此，即便從本實施形態鋼板之板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向至10mm之各位置為止的部分的再結晶率小於50%，該部分仍不會使無方向性電磁鋼板之磁特性降低。另一方面，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率若為50%以上，韌性便會降低，無法承受後續步驟之酸洗步驟中藉由校平器等進行彎曲處理所賦予的應力，而會發生斷裂等，變得無法穩定過板。在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率宜為45%以下，較佳為40%以下。
另一方面，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率若為50%以上，則在製品板中使磁特性劣化之結晶方位{111}強度便會減少。其結果，會減低鐵損且獲得高磁通密度。在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率宜為55%以上，較佳為60%以上。
本發明之再結晶率，係指排除加工組織後之部分相對於鋼板之板厚方向截面面積的面積。再結晶率可使用光學顯微鏡觀察冷軋前(酸洗前)之鋼板截面來算出。具體而言，在從冷軋延前之鋼板的板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，使用硝太蝕劑研磨前述各位置之板厚方向截面，並使用光學顯微鏡取得研磨後之截面照片。在組織照片上以200µm間距沿板厚方向及軋延方向劃出複數條直線，針對板厚方向之直線與軋延方向之直線的交點，將位於再結晶相之該交點相對於該交點之總數的比率設為再結晶率。
如以上所述，根據本發明鋼板，可提供一種無方向性電磁鋼板，其兼顧提升熱軋板韌性、低鐵損及高磁通密度。本發明可在不使低鐵損及高磁通密度之無方向性電磁鋼板斷裂下穩定生產並加以提供，該無方向性電磁鋼板作為電器鐵芯材料、尤其是作為旋轉機、中小型變壓器及電子組件等之鐵芯材料十分理想。因此，在使用無方向性電磁鋼板作為其鐵芯材料之該等電器之領域中，可充分回應緊要之大量生產化，其工業價值極高。
＜無方向性電磁鋼板用鋼板之製造方法＞ 接著，說明本實施形態之無方向性電磁鋼板用鋼板之製造方法(以下，亦將無方向性電磁鋼板用鋼板之製造方法簡稱為鋼板之製造方法)。本實施形態之鋼板之製造方法具有以下步驟：將具有上述化學組成之扁胚進行熱軋延之熱軋延步驟、將熱軋延步驟後之鋼板進行退火之熱軋板退火步驟及冷卻步驟，或者是具有保熱步驟來取代熱軋板退火步驟。在本實施形態之鋼板之製造方法中，為了使鋼板形成上述金屬組織，冷卻步驟尤其重要。以下，分別說明本實施形態之鋼板之製造方法具有熱軋退火步驟及冷卻步驟之情況(第1製造方法)，以及本實施形態之鋼板之製造方法具有保熱步驟及冷卻步驟之情況(第2製造方法)。
又，以上述第1製造方法來製造本實施形態之鋼板時，無方向性電磁鋼板之製造方法具有以下步驟：將具有上述化學組成之扁胚進行熱軋延之熱軋延步驟、將熱軋延步驟後之鋼板進行退火之熱軋板退火步驟、冷卻步驟、酸洗步驟、冷軋延步驟、完工退火步驟及絕緣被膜形成步驟。另外，以上述第2製造方法來製造本實施形態之鋼板時，無方向性電磁鋼板之製造方法具有以下步驟：將具有上述化學組成之扁胚進行熱軋延之熱軋延步驟、保熱步驟、冷卻步驟、酸洗步驟、冷軋延步驟、完工退火步驟及絕緣被膜形成步驟。
再者，在本實施形態中，無方向性電磁鋼板用鋼板係指在熱軋板退火步驟或保熱步驟後，歷經冷卻步驟且在酸洗步驟前之鋼板。又，本發明之無方向性電磁鋼板用鋼板例如藉由以下說明之第1製造方法製得時，亦可稱為「無方向性電磁鋼板所用之熱軋板退火板」。並且，藉由以下說明之第2製造方法製得時，亦可稱為「無方向性電磁鋼板所用之熱軋板」。
[第1製造方法] (熱軋延步驟) 在熱軋延步驟中，將含有上述化學成分之扁胚進行熱軋延，做成熱軋鋼板。扁胚之加熱溫度為1080℃以上且1200℃以下。只要扁胚之加熱溫度在1200℃以下，便會抑制硫化物等的固溶或微細析出，且會抑制鐵損的增大。扁胚之加熱溫度上限宜為1180℃。另一方面，只要扁胚之加熱溫度在1080℃以上，便可獲得較高的熱加工性。扁胚之加熱溫度下限宜為1100℃。
精加工溫度為850℃以上且1000℃以下。精加工溫度若低於850℃，熱加工性會降低，且板寬方向之板厚精度降低。精加工溫度之下限宜為860℃。另一方面，精加工溫度若高於1000℃，熱軋延後之鋼板的再結晶率會變高，且韌性降低。精加工溫度之上限宜為990℃。
(熱軋板退火步驟) 在熱軋板退火步驟中，會對熱軋延步驟後之鋼板進行退火，並捲取退火後之鋼板來做成卷料。退火溫度為900℃以上且950℃以下，退火時間為30秒以上且100秒以下。退火溫度若低於900℃，便無法產生充分的再結晶，當使用未充分再結晶之鋼板製造出電磁鋼板時，{111}方位之晶粒會發達而磁特性降低。退火溫度之下限宜為910℃。另一方面，退火溫度若高於950℃，再結晶率會增大，而無法充分獲得在後續步驟之冷卻步驟中控制組織的效果。退火溫度之上限宜為940℃。
退火氣體環境並無特別限制，只要為一般熱軋板退火會實施的氣體環境即可。退火氣體環境例如為非活性氣體環境或氧化性氣體環境即可，具體上為氮氣環境、氬氣環境、真空氣體環境、大氣環境、氧氣環境等。
(冷卻步驟) 在冷卻步驟中，以0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下之冷卻速度，將熱軋板退火後之卷料進行冷卻。詳細而言，在高溫下捲取熱軋板而形成卷料，朝該卷料的側面(熱軋板退火後之鋼板的側面積層而成之面)以例如鼓風機吹送15~20℃左右之空氣，從側面冷卻該卷料。
在冷卻步驟中，係按以下方式進行冷卻：使從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度變得較從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度更大之方式。從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度，宜為0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下的冷卻速度。從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度為0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下的冷卻速度時，從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度，較佳為冷卻速度小於0.5℃/分鐘，0.4℃/分鐘以下更佳。在本實施形態之冷卻步驟中，如上所述，係在高溫下捲取熱軋板而形成卷料，並對該卷料的側面利用鼓風機送出空氣來實施冷卻。因此，從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度會變得較從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度更大。不透過鼓風機吹送等的操作來控制冷卻速度時，會難以實現本案之冷卻速度條件。
又，有關上述板寬方向之各位置的冷卻速度，係測定板寬方向之各位置的表面溫度。利用鼓風機對卷料的側面吹送空氣的時間，設為冷卻步驟中之冷卻時間。
為了降低再結晶率，冷卻速度越快越好；不過，若冷卻速度大於2.0℃/分鐘，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會降低，且使用該鋼板製出之無方向性電磁鋼板之磁特性會降低。冷卻速度之上限宜為1.8℃/分鐘。另一方面，冷卻速度若小於0.5℃/分鐘，在冷卻中P、Sn等元素會在晶界偏析，導致韌性劣化。冷卻速度之下限宜為0.6℃/分鐘。
冷卻步驟亦可例如在下述過程中實施：在無方向性電磁鋼板之製造方法中，鋼板進行冷軋延前會將卷料運送到酸洗步驟所使用之酸洗裝置，並於運送至該酸洗裝置的過程中實施。此時，卷料宜在其軸方向大致呈水平的狀態下被運送。藉由卷料係在其軸方向大致呈水平的狀態下被運送，在卷料邊緣兩端，冷卻速度會幾乎相同，而可獲得幾乎相同的金屬組織。
根據第1製造方法，卷料係從其側面進行冷卻，因此卷料之端部的冷卻速度會較寬度方向之中央部更大，於卷料之端部所賦予的熱量變小。其結果，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會小於50%。另一方面，卷料中央部之冷卻速度小，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會達50%以上。至此，第1製造方法說明完畢。
[第2製造方法] 接著，說明第2製造方法。第2製造方法包含以下步驟：將具有上述化學組成之扁胚進行熱軋延之熱軋延步驟、及保熱步驟。第2製造方法中之熱軋延步驟係與第1製造方法中之熱軋延步驟相同，故在此省略說明。以下，詳細說明保熱步驟。
(保熱步驟) 保熱步驟係維持住熱軋延步驟後高溫狀態的鋼板之熱的步驟。在保熱步驟中，係利用該熱來控制金屬組織。在保熱步驟中，具體而言係在捲取熱軋鋼板而形成之卷料上覆蓋用以維持該卷料之熱的保熱罩，將卷料保熱。又，捲取熱軋延步驟後之鋼板來做成卷料之捲取方法，係與第1製造方法之熱軋板退火步驟中之捲取方法相同，故在此省略說明。
保熱時之卷料溫度、亦即保熱溫度為600℃以上且850℃以下。保熱溫度若高於850℃，卷料側面的再結晶率會增大。保熱溫度之上限宜為840℃。另一方面，保熱溫度若低於600℃，卷料在寬度方向(板寬方向)之中央部的再結晶不充分，會導致鐵損增大且磁通密度降低。保熱溫度之下限宜為650℃以上，較佳為700℃以上。又，將在捲料上覆蓋上述罩蓋起至卸除為止的時間設為保熱步驟中之保熱時間。保熱時間宜為1分鐘~2小時。
又，保熱溫度較高時，亦可不蓋上上述罩蓋而實施保熱步驟。在此情況下，保熱步驟係指從捲取熱軋鋼板形成卷料後的時間點起至卷料溫度開始下降的時間點為止。所謂形成卷料後的時間點，係從一條熱軋鋼板捲好一卷卷料後的時間點。另外，所謂卷料溫度開始下降的時間點係卷料之冷卻速度改變的時間點，換言之，係冷卻速度曲線上之反曲點。視保熱溫度之不同，從捲好卷料後的時間點起算預定時間，有時卷料之溫度變化極小，若經過預定時間，卷料溫度會開始急速下降。
製造鋼板所使用之扁胚含有選自於由Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下所構成群組中之1種或2種以上時，該等元素有助於低鐵損、高磁通密度化，因而可使保熱溫度降低，故可更提升鋼板之韌性。因此，含有選自於由Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下所構成群組中之1種或2種以上時，藉由將保熱步驟之溫度設為850℃以下，可更高度地兼顧適當之韌性、低鐵損化及高磁通密度化。
當然，在扁胚含有選自於由Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下所構成群組中之1種或2種以上時，若將熱軋延步驟中之加熱溫度或精加工溫度提高，再結晶率亦會變高，磁特性會提升，但有時韌性會降低。此時，例如可控制捲取溫度來調整再結晶率。
又，藉由扁胚含有選自於由Sn：0.01%以上且0.50%以下、Sb：0.01%以上且0.50%以下及Cu：0.01%以上且0.50%以下所構成群組中之1種或2種以上來進行低鐵損、高磁通密度化，關於此作法之機制雖尚不明確，但可認為其理由在於該等元素會抑制對磁特性造成不良影響之{111}方位晶粒之成長。
從再結晶的觀點來看，卷料溫度保持在上述溫度之時間、亦即保熱時間宜為1分鐘以上。保熱時間之下限較佳為15分鐘。另一方面，保熱時間若大於2小時，卷料的側面附近之再結晶率會增大，在製造無方向性電磁鋼板之中，變得容易在酸洗步驟或冷軋延步驟中發生斷裂。因此，保熱時間宜為2小時以下。保熱時間較佳為1.5小時以下。
保熱氣體環境無特別限制，在一般熱軋板退火會實施的氣體環境下進行即可。保熱氣體環境例如只要為非活性氣體環境或氧化性氣體環境即可，具體而言為氮氣環境、氬氣環境、真空氣體環境、大氣環境、氧氣環境等。
藉由歷經如上所述之保熱步驟，元素便會在晶界偏析，而有下述效果：冷軋延及退火後從晶界出現之{111}方位晶粒之再結晶會被抑制。因此，相較於藉由具有退火步驟之第1製造方法製出之無方向性電磁鋼板，藉由具有保熱步驟之第2製造方法製出之無方向性電磁鋼板的磁特性較佳。
(冷卻步驟) 在冷卻步驟中，係以0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下之冷卻速度，將歷經保熱步驟後之卷料進行冷卻。詳細而言，卷料歷經保熱步驟後，朝該卷料的側面(保熱步驟後之鋼板的側面積層而成之面)以例如鼓風機吹送15~20℃左右之空氣，從側面冷卻該卷料。
在冷卻步驟中，係按以下方式進行冷卻：使從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度變得較從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度更大之方式。從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度，宜為0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下的冷卻速度。從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度為0.5℃/分鐘以上且2.0℃/分鐘以下的冷卻速度時，從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度，較佳為冷卻速度小於0.5℃/分鐘，0.4℃/分鐘以下更佳。在本實施形態之冷卻步驟中，如上所述，係在高溫下捲取熱軋板而形成卷料，並對該卷料的側面利用鼓風機吹送空氣來實施冷卻。因此，從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度會變得較從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度更大。
又，有關上述板寬方向之各位置的冷卻速度，係測定板寬方向之各位置的表面溫度。將利用鼓風機對卷料的側面吹送空氣的時間，設為冷卻步驟中之冷卻時間。
為了降低再結晶率，冷卻速度越快越好；不過，若冷卻速度大於2.0℃/分鐘，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會降低，且使用該鋼板製出之無方向性電磁鋼板之磁特性會降低。冷卻速度之上限宜為1.8℃/分鐘。另一方面，冷卻速度若小於0.5℃/分鐘，在冷卻中P、Sn等元素會在晶界偏析，導致韌性劣化。冷卻速度之下限宜為0.6℃/分鐘。
冷卻步驟亦可在例如下述過程中實施：在無方向性電磁鋼板之製造方法中，鋼板進行冷軋延前會將卷料運送到酸洗步驟所使用之酸洗裝置，並於運送至該酸洗裝置的過程中實施。此時，卷料宜在其軸方向大致呈水平的狀態下被運送。藉由卷料係在其軸方向大致呈水平的狀態下被運送，在卷料邊緣兩端，冷卻速度會幾乎相同，而可獲得幾乎相同的金屬組織。
再者，冷卻步驟較佳係在剛卸除上述罩蓋後即開始進行。或者，冷卻步驟較佳係在至卷料溫度開始下降的時間點為止之期間開始進行。
根據第2製造方法，由於卷料係以與第1製造方法同樣方式從其側面進行冷卻，因此卷料之端部的冷卻速度會較寬度方向之中央部更大，於卷料之端部所賦予的熱量變小。其結果，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會小於50%。另一方面，卷料中央部之冷卻速度小，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率會達50%以上。由於第2製造方法為可省略熱軋板退火步驟之製造方法，故為較第1製造方法更理想的鋼板之製造方法。至此，第2製造方法說明完畢。
又，在第1製造方法及第2製造方法之任一方法中，為了將結晶粒徑控制成可抑制鐵損增大的程度，皆可對熱軋延步驟後之鋼板實施高溫精加工處理。高溫精加工處理例如為使熱軋板再結晶的處理。
實施例 接著，說明本發明之實施例。本實施例中之條件係為了確認本發明之可實施性及效果而採用之一條件之例，本發明並不限於此例。只要能在不脫離本發明主旨下達成本發明之目的，則本發明可採用各種條件。
＜實施例1＞ 鑄造具有表1所示化學成分之鋼，且以表2、3所記載之條件進行熱軋，製作出板厚2.0mm且板寬1000mm之熱軋板。然後，在表2所記載之熱軋板退火溫度下進行1秒~100秒之熱處理(氣體環境：氮100%)(熱軋板退火步驟)或進行表3所示之保熱步驟，且以表2、3所示之冷卻速度進行冷卻而製造出鋼板。又，REM含量為選自於由Sc、Y及稀土族元素所構成群組中之1種或2種以上的合計量。
冷卻步驟係利用鼓風機來進行。關於冷卻速度，係針對從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向10mm之各位置的冷卻速度、及從板寬方向之兩端部各自往板寬中央方向1/4W之各位置的冷卻速度，分別測定表面溫度。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
[表3]
Figure 02_image005
針對以各條件製出之鋼板，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，測定板厚方向截面之組織的再結晶率，並且在從板寬方向之兩端部各自起算500mm的位置上，測定板厚方向截面之組織的再結晶率。再結晶率係利用以下方法算出。首先，使用氧化鋁來研磨上述各位置之板厚方向截面，且以硝太蝕劑進行蝕刻後，使用光學顯微鏡取得蝕刻後之截面照片。然後，在組織照片上以200µm間距沿板厚方向及軋延方向劃出複數條直線，針對板厚方向之直線與軋延方向之直線的交點，將位於再結晶相之該交點相對於該交點之總數的比率設為再結晶率。
另外，利用以下方法評估所製出之鋼板的韌性。依據JIS Z 2242：2018進行沙丕衝擊試驗，來確認破裂面之延性破裂率。並且，當延性脆性轉變溫度(DBTT)為0℃以下時評估結果評為良好(A)，在0℃以上時評估結果評為不良(B)。
又，針對所製造之鋼板，浸泡於85℃之鹽酸(7.5質量%)中30秒來進行酸洗。然後，以冷軋延率75%進行冷軋延至厚0.3mm為止，且在1050℃下實施完工退火30秒。
從完工退火之鋼板分別採取55mm見方之試樣，依據JIS C 2556：2015以單板試驗器(Single Sheet Tester；SST)測定W 15/50(以50Hz將鋼板磁化至磁通密度達1.5T時之鐵損)。 關於鐵損W 15/50，將小於2.60W/kg之例判定為評估結果良好(A)，且將為2.60W/kg以上之例判定為評估結果不良(B)。 磁通密度係測定在賦予5000A/m之磁化力時的磁通密度值B50(T)。B50為1.60T以上之例判定為評估結果良好(A)，小於1.60之例則判定為評估結果不良(B)。 於圖4及表5列示再結晶率、韌性及磁通密度，且於圖2顯示沙丕試驗之結果。
[表4]
Figure 02_image007
[表5]
Figure 02_image009
如表4及表5所示，以下鋼板之熱軋板韌性良好，且冷軋延及退火後之磁特性良好；該鋼板為以質量%計含有：C：0.0040%以下、Si：1.9%以上且3.5%以下、Al：0.10%以上且3.0%以下、Mn：0.10%以上且2.0%以下、P：0.09%以下、S：0.005%以下、N：0.0040%以下及B：0.0060%以下，且剩餘部分由Fe及不純物所構成，在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%，並且，令板寬為W時，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率為50%以上者。又，D31~D34之鋼板雖然熱軋板韌性良好，且冷軋延及退火後之磁特性良好，但其一部分並未施行所欲之熱軋延。可認為其原因在於熱軋延步驟之條件並不理想。 又，從圖2亦可得知，本發明例在0℃下延性破裂率仍高，另一方面，比較例之延性破裂率開始變高的溫度係高於0℃。在本發明例中，熱軋板韌性良好。
產業上之可利用性 根據本發明，可提供一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其兼顧熱軋板韌性與冷軋延及退火後之磁特性，因此在產業上極為有用。
C:熱軋鋼板之寬度方向中央部 WS:熱軋鋼板之一個寬度方向端部 DS:熱軋鋼板之另一個寬度方向端部 ND:軋延面法線方向(板厚方向) RD:軋延方向
圖1中，(A)為用以說明本實施形態之無方向性電磁鋼板用鋼板之金屬組織的示意圖，(B)為用以說明比較材料之金屬組織的示意圖。 圖2為顯示實施例之沙丕試驗結果的圖表。
C:熱軋鋼板之寬度方向中央部 WS:熱軋鋼板之一個寬度方向端部 DS:熱軋鋼板之另一個寬度方向端部 ND:軋延面法線方向(板厚方向) RD:軋延方向

Claims (3)

  1. 一種無方向性電磁鋼板用鋼板，其特徵在於： 以質量%計含有： C：0.0040%以下、 Si：1.9%以上且3.5%以下、 Al：0.10%以上且3.0%以下、 Mn：0.10%以上且2.0%以下、 P：0.09%以下、 S：0.005%以下、 N：0.0040%以下及 B：0.0060%以下，且 剩餘部分由Fe及不純物所構成； 在從板寬方向之兩端部各自往板寬中央10mm之各位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率小於50%；並且， 令板寬為W時，在從板寬方向之兩端部各自起算1/4W的位置上，板厚方向截面之組織的再結晶率為50%以上。
  2. 如請求項1之無方向性電磁鋼板用鋼板，其更含有以下之1種或2種以上元素： 以質量%計， Sn：0.01%以上且0.50%以下、 Sb：0.01%以上且0.50%以下及 Cu：0.01%以上且0.50%以下。
  3. 如請求項1或2之無方向性電磁鋼板用鋼板，其更含有以下之1種或2種以上元素： 以質量%計， 選自REM之1種或2種以上：0.00050%以上且0.040%以下、 Ca：0.00050%以上且0.040%以下及 Mg：0.00050%以上且0.040%以下。
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