專利名稱：鐵損優(yōu)異的非取向電工鋼板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非取向電工鋼板(nonoriented electrical steelsheet)，其在退火后鐵損優(yōu)異。本發(fā)明的鋼用作電氣機(jī)器和裝置部件。例如，本發(fā)明的鋼用作電動(dòng)機(jī)的磁芯材料，以提供高效率和低能耗。
背景技術(shù)：
當(dāng)非取向電工鋼板用作鐵芯材料如電動(dòng)機(jī)時(shí)，一些終端用戶沖切/沖壓鋼板，以制備具有特定形狀的鋼板。當(dāng)結(jié)晶粒度較小時(shí)，沖壓的精度較高。例如，結(jié)晶粒度小于40μm優(yōu)選用于此目的。另一方面，關(guān)于最終產(chǎn)物的磁性，特別是鐵損，較大結(jié)晶粒度如超過(guò)100μm優(yōu)選用于低鐵損。為滿足這些相反的需求，具有較小結(jié)晶粒度的鋼板產(chǎn)品被輸送給使用者。然后，在沖壓鋼板后，使用者進(jìn)行退火，稱作應(yīng)力消除退火，以進(jìn)行晶粒生長(zhǎng)。近來(lái)，對(duì)低鐵損鋼材料的需求增長(zhǎng)，使用者正在努力縮短應(yīng)力消除退火時(shí)間，以提高產(chǎn)率。這導(dǎo)致對(duì)具有良好晶粒生長(zhǎng)的無(wú)方向性鋼板需求的增長(zhǎng)。
抑制晶粒生長(zhǎng)的一個(gè)主要因素是在鋼中微細(xì)分散的夾雜物和沉淀。當(dāng)夾雜物個(gè)數(shù)較大且?jiàn)A雜物大小較小時(shí)，晶粒生長(zhǎng)更受到抑制。如Zener所揭示的，如果比值r/f(其中″r″代表夾雜物的等效體積球半徑，″f″代表夾雜物在鋼中的體積占有率)較小，那么晶粒生長(zhǎng)受到抑制。因此，為提高晶粒生長(zhǎng)速度，比值r/f應(yīng)較大。即，重要的是不僅降低夾雜物數(shù)量而且要增大夾雜物大小。
抑制非取向電工鋼板中晶粒生長(zhǎng)的夾雜物例如是氧化物如二氧化硅或氧化鋁，硫化物如硫化錳或硫化銅，和氮化物如氮化鋁或氮化鈦。下文中，術(shù)語(yǔ)″夾雜物″指鋼中的非金屬夾雜物或沉淀，如上述氧化物、硫化物和氮化物。在這些夾雜物中，硫化物經(jīng)常是抑制晶粒生長(zhǎng)的主要因素，因?yàn)樵趬貉雍蟮耐嘶鹄鋮s過(guò)程中硫化物成為分散的沉淀。這容易形成大量微細(xì)尺寸的硫化物。其中，在含有Cu的電鋼板中發(fā)現(xiàn)的硫化銅，如CuS或Cu2S，在約1000-1100℃的溫度下沉淀，比其它硫化物如硫化錳低，后者在約1100-1200℃下沉淀。因此，硫化銅抑制晶粒生長(zhǎng)超過(guò)其它硫化物，因?yàn)榱蚧~在壓延后的退火過(guò)程中的低溫下溶解和再沉淀，這些形成更細(xì)的硫化銅。
高純度熔融鋼提供沒(méi)有硫化物危害作用的鋼板。通過(guò)熔融精煉從熔融鋼完全脫硫是用于抑制硫化物形成的一個(gè)例子。然而，它不總是有效率或效果的，因?yàn)樵黾泳珶掃^(guò)程導(dǎo)致更高成本或耐火材料的熔損導(dǎo)致熔融鋼污染。另一種使硫化物無(wú)害的方法是將各種元素加到鋼中。關(guān)于硫化物，已知的是加入包括稀土金屬元素(下文稱作REM)等的特定元素使S固定的方法，如公開(kāi)的專利申請(qǐng)S51-62115或H03-215627(JP S51-62115 A或JP H03-215627 A)所示。這種方法利用了REM的強(qiáng)力脫硫效果，其中根據(jù)鋼中所含的S量，加入適量REM來(lái)抑制硫化物特別是硫化錳的形成。
關(guān)于REM抑制硫化物形成的效果，下面將進(jìn)一步說(shuō)明?！錜EM″是包括鈧(原子序數(shù)21)、釔(原子序數(shù)39)和從鑭(原子序數(shù)57)到镥(原子序數(shù)71)的15種元素共17種元素的總稱。在常規(guī)方法中，在精煉過(guò)程中或在鑄造前的熔融鋼階段加入REM。在無(wú)方向性電鋼中的REM可以形成REM氧硫化物和/或REM硫化物，因?yàn)殇撝袥](méi)有足夠的氧來(lái)形成REM氧化物。這是因?yàn)闊o(wú)方向性電鋼含有脫氧元素(氧清除劑)如Si和/或Al，這使得鋼中的氧比其它碳鋼少。因此，當(dāng)將足夠的REM加到電鋼中時(shí)，鋼中的S通過(guò)形成REM氧硫化物和/或REM硫化物而與REM固定，這樣幾乎沒(méi)有其它硫化物。
然而，根據(jù)基于化學(xué)組成的計(jì)算，用于固定鋼中的S的REM所需量按質(zhì)量％計(jì)是S量的4-8倍或更大。因此，加入足夠量的REM來(lái)固定鋼中的S增大了成本。一方面，不足量加入不能完全固定鋼中的S，這樣會(huì)形成REM硫化物之外的硫化物。


圖1是曲線圖，表明鋼中的硫化銅的數(shù)密度對(duì)結(jié)晶粒度和磁性的影響。
圖2是曲線圖，表明(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2和等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的個(gè)數(shù)百分比對(duì)結(jié)晶粒度和磁性的影響。
圖3是曲線圖，表明REM含量和Cu含量對(duì)磁性的影響。
圖4是照片，表明等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的例子。
圖5是照片，表明等效體積球半徑為100nm或更小和(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅的例子。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種非取向電工鋼板，通過(guò)控制含有Cu的鋼板中存在的硫化物尤其是硫化銅的大小、數(shù)密度和形狀，在沒(méi)有使用大量REM的情況下，其具有優(yōu)異的晶粒生長(zhǎng)。
本發(fā)明的要點(diǎn)如下。
項(xiàng)1.一種非取向電工鋼板，其中等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度小于1×1010[夾雜物/mm3]。
項(xiàng)2.如項(xiàng)1所述的非取向電工鋼板，其中(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅在等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅中占30％或更少。應(yīng)注意到，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)1的硫化銅定義作″棒型″，比值為2剛好用作本發(fā)明的實(shí)際和簡(jiǎn)單指標(biāo)。因此，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比為超過(guò)1～小于2的硫化銅也在本發(fā)明的主題內(nèi)。
項(xiàng)3.如項(xiàng)1所述的非取向電工鋼板，按質(zhì)量％計(jì)其還包括C0.01％或更少，Si0.1％或更多和7.0％或更少，Al0.005％或更多和3.0％或更少，Mn0.1％或更多和2.0％或更少，S0.0005％或更多和0.005％或更少，Cu0.5％或更少，稀土元素(REM)0.0005％或更多和0.03％或更少，和余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中滿足以下式(1)，[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)其中[REM]代表REM質(zhì)量％，[Cu]代表Cu質(zhì)量％。
項(xiàng)4.如項(xiàng)2所述的非取向電工鋼板，按質(zhì)量％計(jì)其還包括C0.01％或更少，Si0.1％或更多和7.0％或更少，Al0.005％或更多和3.0％或更少，Mn0.1％或更多和2.0％或更少，S0.0005％或更多和0.005％或更少，Cu0.5％或更少，REM0.0005％或更多和0.03％或更少，和余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中如果0.0005≤[REM]＜0.003，那么滿足以下式(1)，以及如果0.003≤[REM]≤0.03，那么滿足以下式(1)和(2)[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)，([REM]-0.003)0.1×[Cu]2≤1.25×10-4(2)，其中[REM]代表REM質(zhì)量％，[Cu]代表Cu質(zhì)量％。
本發(fā)明在未使用大量REM情況下，可以將抑制非取向電工鋼板中晶粒生長(zhǎng)的細(xì)硫化銅的尺寸、數(shù)密度和形狀控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。這使得結(jié)晶粒度充分增加，以降低鐵損。本發(fā)明也使得在沖壓后可更容易地進(jìn)行應(yīng)力消除退火，這樣滿足了鋼板使用者的需求，并節(jié)省能量。
具體實(shí)施方案如上所述，與在約1100-1200℃下沉淀的其它硫化物如硫化錳相比，硫化銅如CuS或Cu2S在約1000-1100℃的低溫下沉淀。因此，硫化銅在退火過(guò)程中在比其它硫化物更低的溫度下溶解和再沉淀。微細(xì)沉淀抑制晶粒生長(zhǎng)。因此，硫化銅對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制有更大影響。為減小硫化銅的影響，重要的是盡可能降低鋼中的硫化銅的數(shù)密度。
下面舉例說(shuō)明測(cè)量硫化銅的數(shù)密度的方法。首先，研磨試樣板至適宜厚度，形成鏡面。在蝕刻試樣板(后面說(shuō)明)之后，得到復(fù)制品(replica)，使用場(chǎng)發(fā)射型透射電子顯微鏡觀察轉(zhuǎn)移到復(fù)制品上的硫化銅?？梢灾苽浔∧ご鎻?fù)制品用于觀察。通過(guò)測(cè)量預(yù)定觀察面積中的所有夾雜物，來(lái)評(píng)價(jià)硫化銅的半徑和數(shù)密度。通過(guò)EDX和衍射圖案分析測(cè)定硫化銅的組成。由于可以穩(wěn)定存在的硫化銅的最小半徑為約5nm，因此應(yīng)該選擇能夠觀察尺寸的方法。硫化銅可以通過(guò)蝕刻提取。蝕刻的一個(gè)例子是Kurosawa等人的方法(KUROSAWA，F(xiàn)umio；TAGUCHI，Isamu和MATSUMOTO，Ryutarou，J.Japan Inst.Metals，43(1979)，p.1068)，其中樣品在非水溶劑中進(jìn)行電解蝕刻，僅溶解鋼，留下未溶解的硫化銅。
使用上述方法仔細(xì)研究之后，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，如果等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度小于1×1010[夾雜物/mm3]，那么得到具有良好晶粒生長(zhǎng)和良好鐵損的非取向電工鋼板。此外，如果在等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅總個(gè)數(shù)中，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅個(gè)數(shù)是30％或更少，那么可以實(shí)現(xiàn)更好晶粒生長(zhǎng)和更好鐵損。
下面使用圖1-圖5進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
圖1是曲線圖，表明樣品中的硫化銅的數(shù)密度對(duì)結(jié)晶粒度和磁性的影響。橫軸代表在鋼中的等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度。左和右縱軸分別代表鐵損和應(yīng)力消除退火后的結(jié)晶粒度。左縱軸的符號(hào)″Δ″指示的虛線表明鐵損與數(shù)密度的相關(guān)性?！錡15/50″的值用作鐵損。鐵損越低越好。右縱軸的符號(hào)″▲″指示的線表明結(jié)晶粒度與數(shù)密度的相關(guān)性。結(jié)晶粒度越大越好。
圖2是曲線圖，表明在等效體積球半徑為100nm或更小的硫化物中(長(zhǎng)軸)/(短軸)比為2或更大的硫化銅的百分比對(duì)結(jié)晶粒度和鐵損的影響。橫軸代表硫化銅的百分比，左縱軸代表對(duì)于用符號(hào)″□″指示的虛線的以W15/50計(jì)的鐵損，右縱軸代表對(duì)于用符號(hào)″■″指示的線的結(jié)晶粒度。鐵損越低和結(jié)晶粒度越大越好。
圖3是曲線圖，表明非取向電工鋼板中REM含量和Cu含量對(duì)通過(guò)鐵損評(píng)價(jià)的鋼板磁性的影響。符號(hào)◎代表鐵損2.75或更小的優(yōu)異性能鋼板。符號(hào)○代表鐵損超過(guò)2.75和不大于2.80的鋼板。符號(hào)◇代表鐵損超過(guò)2.80和不大于2.85的鋼板。符號(hào)×代表鐵損超過(guò)2.85的鋼板。符號(hào)●代表優(yōu)異鐵損的鋼板，即2.75或更小，但是在產(chǎn)品鋼板的表面上部分地出現(xiàn)鱗片缺陷。
圖4和圖5表明鋼中等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的例子。圖4表明(長(zhǎng)軸)/(短軸)比小于2的硫化銅例子。圖5表明(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅例子。
制備非取向電工鋼板的樣品，其按質(zhì)量％計(jì)含有Si 2.2％，Al0.28％，S 0.002％，Cu 0.005-0.2％，REM 0.0008-0.012％和余量鐵和不可避免的雜質(zhì)。然后，研究樣品中所含的硫化銅的大小、形狀和數(shù)密度，樣品的結(jié)晶粒度和磁性。在例如RH過(guò)程的階段將REM加到熔融鋼中，例如材料類型是如合金包括REM、混合稀土和鐵-硅-REM合金，具有各種形狀(如丸狀，塊狀和/或線狀)。盡管在17個(gè)REM元素中Ce是有用的并是優(yōu)選元素，但是根據(jù)特點(diǎn)也可以使用其它元素。
如圖4所示的等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅占樣品中所含的硫化銅的主要部分。這些微細(xì)硫化銅抑制晶粒生長(zhǎng)。如圖1所示，測(cè)量具有等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的不同數(shù)密度的樣品表明在硫化銅數(shù)密度為1×1010[夾雜物/mm3]時(shí)存在臨界點(diǎn)。如果硫化銅的數(shù)密度為1×1010[夾雜物/mm3]或更小，可以從其獲得良好晶粒生長(zhǎng)和良好鐵損。對(duì)數(shù)密度為1×1010[夾雜物/mm3]或更小的樣品進(jìn)一步分析可以清楚得知，在晶粒生長(zhǎng)和鐵損變化中，磁性優(yōu)異的樣品其(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅的個(gè)數(shù)百分比為30％或更小，如圖2所示。
圖4顯示等效體積球半徑為100nm或更小和(長(zhǎng)軸)/(短軸)比不超過(guò)2的硫化銅的例子。圖5顯示等效體積球半徑為100nm或更小和(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅的例子。如果夾雜物的形狀是″棒型″，即，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)1，夾雜物對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制效果變強(qiáng)，因而不優(yōu)選。抑制效果增強(qiáng)的原因看起來(lái)是棒型銅夾雜物使得難于通過(guò)晶界，并增強(qiáng)了對(duì)晶界遷移的止住效果(pinning effect)。這增強(qiáng)了對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制效果。(長(zhǎng)軸)/(短軸)的比為2剛好用作本發(fā)明的實(shí)際和簡(jiǎn)單指標(biāo)。因此，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比為超過(guò)1～小于2的硫化銅也在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
參照?qǐng)D3，說(shuō)明得到上述優(yōu)選的數(shù)密度和形狀的硫化銅的鋼成分的優(yōu)選條件。通常已知的是，為了抑制在非取向電工鋼板中形成硫化物，在加入REM的情況下，應(yīng)該降低能夠與S結(jié)合形成硫化物的元素的含量。例如，應(yīng)該降低錳含量以防止形成硫化錳，應(yīng)該降低銅含量以防止形成硫化銅。然而，本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，在將REM加到鋼中的情況下，在有限范圍的Cu含量?jī)?nèi)，較大含量的Cu可以降低硫化銅對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制效果。即，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)組合添加的REM量和鋼中的Cu含量可以改進(jìn)晶粒生長(zhǎng)。
當(dāng)將REM加到鋼中時(shí)，形成REM硫化物和/或REM氧硫化物。REM消耗鋼中的S，使得REM附近區(qū)域缺少S。因此，在REM附近沒(méi)有形成硫化銅，僅在富S區(qū)域形成硫化銅。在這種情況下，即使鋼中的Cu含量增加，幾乎也沒(méi)有形成新的硫化銅，因?yàn)闆](méi)有S，并且Cu量增加僅對(duì)已存在的硫化銅生長(zhǎng)起作用。換句話說(shuō)，硫化銅個(gè)數(shù)沒(méi)有增加，但是硫化銅大小增加。硫化銅分布即S在鋼中的分布與REM在鋼中的量相關(guān)，硫化銅大小與Cu在鋼中的量相關(guān)。有鑒于此，本發(fā)明者認(rèn)為，REM含量和Cu含量的濃度積與增加硫化銅大小而不增加硫化銅個(gè)數(shù)的效果有關(guān)。
發(fā)現(xiàn)如果0.0005≤[REM]≤0.03，[Cu]≤0.5，其中[REM]代表按質(zhì)量％計(jì)的REM含量，[Cu]代表按質(zhì)量％計(jì)的Cu含量；并且[REM]和[Cu]滿足下式(1)，那么硫化銅個(gè)數(shù)沒(méi)有增加，但是硫化銅大小增加。這樣降低了硫化銅的晶粒生長(zhǎng)抑制效果，促進(jìn)了晶粒生長(zhǎng)和鐵損降低。
×[Cu]3≥7.5×10-11(1)如圖3中數(shù)據(jù)所示(其中符號(hào)◎代表鐵損2.75或更小的優(yōu)異性能鋼板；符號(hào)○代表鐵損超過(guò)2.75和不大于2.80的鋼板；符號(hào)◇代表鐵損超過(guò)2.80和不大于2.85的鋼板；符號(hào)×代表鐵損超過(guò)2.85的鋼板；符號(hào)●代表優(yōu)異鐵損的鋼板，即2.75或更小，但因?yàn)槠渌蜃鳛楫a(chǎn)品不能允許)，發(fā)現(xiàn)在REM含量或Cu含量過(guò)低時(shí)，因此[REM]×[Cu]3的值沒(méi)到達(dá)到7.5×10-11，即不滿足式(1)，那么不能獲得良好磁性。相反，在[REM]×[Cu]3的值達(dá)到7.5×10-11或更大時(shí)，即滿足式(1)，那么可以獲得良好磁性。
當(dāng)鋼中的REM含量極低時(shí)，REM對(duì)S的固定極不充分。因此，在鋼中形成大量等效體積球半徑為100nm或更小的微細(xì)硫化銅。這抑制了晶粒生長(zhǎng)，并使磁性變差。為了得到良好磁性，如圖3所示，優(yōu)選REM含量為0.0005％或更多。然而，如果REM含量超過(guò)0.03％，形成過(guò)量REM氧硫化物和/或REM硫化物，這抑制了晶粒生長(zhǎng)，并使磁性變差。關(guān)于Cu含量范圍，從控制鋼的強(qiáng)度和結(jié)晶質(zhì)地的有效量來(lái)看，0.001％或更多是優(yōu)選的。當(dāng)Cu含量超過(guò)0.5％時(shí)，可能出現(xiàn)鱗片缺陷。綜上所述，從[REM]和[Cu]組合的角度來(lái)看，[REM]優(yōu)選0.03％或更小，[Cu]優(yōu)選0.5％或更小。
如上所述，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，通過(guò)保持鋼中的REM含量和Cu含量在圖3所示的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在圖3中細(xì)線包圍的區(qū)域內(nèi)，通過(guò)控制硫化銅的數(shù)密度和大小，可以得到良好磁性。還發(fā)現(xiàn)在圖3粗線包圍的L-形區(qū)域內(nèi)得到更優(yōu)選的條件，即僅有符號(hào)◎存在的區(qū)域，其中Cu含量和REM含量在適當(dāng)范圍內(nèi)，硫化銅的數(shù)密度也在適當(dāng)范圍內(nèi)，硫化銅沒(méi)有發(fā)展形成棒狀硫化銅，并可以得到良好晶粒生長(zhǎng)和磁性。
硫化銅的形狀變化成棒型硫化銅的基本機(jī)理與其中硫化銅大小增加而硫化銅個(gè)數(shù)沒(méi)有增加的現(xiàn)象的機(jī)理相似。即，當(dāng)由于REM固定S的原因使鋼中的S分布不均勻時(shí)，如果存在過(guò)量Cu，那么不會(huì)增加硫化銅個(gè)數(shù)而是增加已存在的硫化銅的生長(zhǎng)，這使得優(yōu)先在形成伸長(zhǎng)形狀硫化銅的方向生長(zhǎng)。因此，控制硫化銅形狀的效果被認(rèn)為與引起鋼中的S分布不均勻的REM量以及REM含量和Cu含量的濃度積相關(guān)。
在0.003≤[REM]≤0.03的情況下，在鋼中存在相對(duì)大量的REM。因此，在鋼中REM對(duì)S的固定效果擴(kuò)大，這使得鋼中的S分布不均勻，這樣硫化銅的生長(zhǎng)限制在優(yōu)先方向。在這種情況下，如果根據(jù)REM含量的值將Cu含量控制在適當(dāng)范圍內(nèi)，那么可以保持棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比為30％或更小，這樣提供良好晶粒生長(zhǎng)和良好磁性。
在0.0005≤[REM]＜0.003的情況下，在鋼中存在相對(duì)少量的REM。因此，在鋼中REM對(duì)S的固定效果不能擴(kuò)大。換句話說(shuō)，在很寬區(qū)域內(nèi)鋼中的S分布均勻(沒(méi)有不均勻)。這種不均勻程度不足以限制硫化銅在優(yōu)先方向生長(zhǎng)。這樣可以保持棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比為30％或更小，以提供良好晶粒生長(zhǎng)和良好磁性。
綜上所述，本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)了以下條件使得硫化銅個(gè)數(shù)沒(méi)有增加，硫化銅大小增加，棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比為30％或更小，硫化銅對(duì)晶粒生長(zhǎng)的抑制效果低，極大地改進(jìn)了晶粒生長(zhǎng)和鐵損；如果0.0005≤[REM]＜0.003，那么[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)，或者如果0.003≤[REM]≤0.03，那么[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)，和([REM]-0.003)0.1×[Cu]2≤1.25×10-4(2)圖3中符號(hào)◇所代表的例子比常規(guī)產(chǎn)品具有更好的產(chǎn)品性能。如圖3粗線包圍的區(qū)域內(nèi)的符號(hào)◎所示，當(dāng)[REM]和[Cu]具有更優(yōu)選的值并且硫化銅的數(shù)密度和棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比具有適當(dāng)值時(shí)，產(chǎn)品性能可能更好。因此，發(fā)現(xiàn)如果選擇鋼中的REM含量和Cu含量使其在圖3粗線包圍的區(qū)域內(nèi)，那么可以得到更好的磁性。
還第一次發(fā)現(xiàn)，僅通過(guò)降低鋼中的S含量不能預(yù)期到上述效果，但當(dāng)將REM加到鋼中以用REM固定S并進(jìn)一步將Cu含量調(diào)節(jié)到適當(dāng)值時(shí)，可以預(yù)期到上述效果。作為REM元素，可以組合使用一種或多種元素以發(fā)揮效果，只要它們?cè)诒景l(fā)明范圍內(nèi)。
下面說(shuō)明在本發(fā)明中限制REM和Cu之外的成分的原因。
C由于C沉淀而引起磁時(shí)效。因此，鋼板中的C含量?jī)?yōu)選0.01質(zhì)量％或更小。下限包括0％，但實(shí)際中下限可以是1-5ppm。
Si用于降低鐵損。如果Si含量小于0.1質(zhì)量％，那么鐵損變差。使鋼含有超過(guò)7.0質(zhì)量％的Si在工業(yè)上很難并昂貴。因此，Si含量的下限優(yōu)選0.1質(zhì)量％，上限優(yōu)選7.0質(zhì)量％。
Al用于降低鐵損，與Si相似。如果Al含量小于0.005質(zhì)量％，那么鐵損變差。如果Al含量超過(guò)3質(zhì)量％，成本急劇增加。
為增加鋼板厚度和提高沖壓性能，Mn含量?jī)?yōu)選0.1質(zhì)量％或更多。出于經(jīng)濟(jì)原因，Mn含量上限優(yōu)選2.0質(zhì)量％。
S作為硫化銅和/或硫化錳，惡化晶粒生長(zhǎng)和鐵損。在本發(fā)明中，盡管用REM固定S，但從實(shí)際觀點(diǎn)來(lái)看，S含量上限優(yōu)選0.005質(zhì)量％或更小。下限優(yōu)選0.0005％以抑制脫硫成本的增加。
下面說(shuō)明本發(fā)明產(chǎn)品的制造條件。當(dāng)在制鋼階段使用轉(zhuǎn)化爐或二次精煉爐進(jìn)行精煉時(shí)，優(yōu)選的是保持爐渣氧化度，即(FeO+MnO)與爐渣的質(zhì)量比，為3.0％或更小。如果爐渣的氧化度超過(guò)3.0％，那么使用從爐渣供應(yīng)的氧，氧化熔融鋼中的REM被不必要地氧化而僅形成氧化物。這樣導(dǎo)致沒(méi)有形成REM硫化物和/或REM氧硫化物，即，鋼中的S固定不充分。還優(yōu)選的是從周圍環(huán)境中盡可能除去氧化源，例如通過(guò)檢查耐火爐襯。優(yōu)選的是REM加入步驟和鑄造步驟之間為10分鐘或更長(zhǎng)，從而為在REM加入時(shí)通過(guò)從周圍氣氛氧化而不可避免地形成的REM氧化物浮到表面上提供足夠時(shí)間。上述實(shí)踐可以制備具有預(yù)定化學(xué)組成的鋼。按此方式制備具有預(yù)定化學(xué)組成的熔融鋼之后，使用連續(xù)鑄造或鑄錠法將熔融鋼鑄造成鑄片等。熱壓延鑄造的鋼，在需要時(shí)退火，并冷壓延一次或超過(guò)兩次，中間退火，從而具有預(yù)定產(chǎn)品厚度。最后，進(jìn)行完工退火，并涂布絕緣涂層。
制備按質(zhì)量％計(jì)具有組成C 0.002％，Si 2.2％，Al 0.28％，Mn 0.2％，S 0.002％，并且Cu和REM為表1所示的各種含量的鋼，通過(guò)熔融和精煉，連續(xù)鑄造，熱壓延，熱延板退火，冷壓延形成0.50mm厚的鋼板，在850℃下完工退火30秒，最后涂布絕緣涂層，制得鋼產(chǎn)品。對(duì)于REM，在RH階段加入含有約95％La和Ce的REM合金。鋼板的結(jié)晶粒度為30μm～33μm。在750℃下應(yīng)力消除退火1.5小時(shí)后(比常規(guī)退火短)，測(cè)量并分析結(jié)晶粒度、磁性和夾雜物。使用25cmEpstein測(cè)試法測(cè)量磁性。使用上述方法測(cè)量夾雜物。在通過(guò)硝酸化乙醇腐蝕液(nital)-蝕刻鋼板的鏡面研磨的截面出現(xiàn)晶粒之后，以平均結(jié)晶粒度測(cè)量結(jié)晶粒度。結(jié)果示于表1和圖1、圖2和圖3中。
表1樣品No.1-6是實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)品性能的一組，其中鋼的組成在本發(fā)明的適當(dāng)范圍內(nèi)，數(shù)密度、棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比和式(1)和(2)均被滿足。使用上述方法測(cè)量數(shù)密度，結(jié)果表明等效體積球半徑為100nm或更小的微細(xì)硫化銅的數(shù)密度為0.4-0.9×1010[夾雜物/mm3]，不超過(guò)1.0×1010[夾雜物/mm3]。(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅個(gè)數(shù)的百分比是7-27％，不超過(guò)30％。作為硫化銅之外的硫化物，觀察到大小為0.2-3.5μm的REM氧硫化物和REM硫化物。因此，很明顯通過(guò)在鋼中用REM固定S抑制了微細(xì)硫化銅的形成。通過(guò)形成REM氧硫化物和/或REM硫化物，導(dǎo)致良好晶粒生長(zhǎng)。應(yīng)力消除退火后的結(jié)晶粒度大到65-68μm，表明良好晶粒生長(zhǎng)。鐵損W15/50代表的磁性是2.65-2.71[W/kg]，這是優(yōu)選的低值。這些值相應(yīng)于符號(hào)◎的數(shù)據(jù)。
在樣品No.7-9中，等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度不超過(guò)1.0×1010[夾雜物/mm3]。然而，(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅個(gè)數(shù)的百分比超過(guò)30％，使得應(yīng)力消除退火后的結(jié)晶粒度相對(duì)較小，如56-58μm。鐵損相對(duì)較大，如2.81-2.82[W/kg]。圖3的符號(hào)◇的數(shù)據(jù)相應(yīng)于這些樣品。
在樣品No.10中，等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度不超過(guò)1.0×1010[夾雜物/mm3]。棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比不超過(guò)30％。然而，Cu含量小到不能滿足式(1)，這導(dǎo)致相對(duì)較大的鐵損2.79[W/kg]，和相對(duì)較小的結(jié)晶粒度58μm。在圖3橫軸右底部的符號(hào)○的數(shù)據(jù)相應(yīng)于該樣品。
在作為比較樣品的4個(gè)樣品(樣品No.11-14)中，等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度超過(guò)1.0×1010[夾雜物/mm3]，相應(yīng)于圖1虛線右側(cè)區(qū)域中的數(shù)據(jù)。應(yīng)力消除退火后的結(jié)晶粒度小到(38μm)，鐵損超過(guò)3.0[W/kg]。圖3中的符號(hào)×的數(shù)據(jù)相應(yīng)于這些樣品。
樣品No.15滿足本發(fā)明的數(shù)密度和棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比要求。然而，REM含量過(guò)高，這導(dǎo)致相對(duì)較大的鐵損2.76[W/kg]，應(yīng)力消除退火的結(jié)晶粒度相對(duì)較小(60μm)。作為產(chǎn)品中硫化銅之外的硫化物，發(fā)現(xiàn)大小0.2μm-3.5μm的REM氧硫化物和REM硫化物在壓延方向伸長(zhǎng)，顯然REM氧硫化物和REM硫化物抑制板厚方向的晶粒生長(zhǎng)。圖3中的L-形狀區(qū)域右側(cè)(不在橫軸上)的符號(hào)○的數(shù)據(jù)相應(yīng)于該樣品。
在樣品No.16中，本發(fā)明的數(shù)密度、棒型硫化銅的個(gè)數(shù)百分比和式(1)和(2)的要求均被滿足。在該樣品中，在鋼板產(chǎn)物的表面(在邊緣附近)上出現(xiàn)鱗片缺陷，因?yàn)镃u含量略超過(guò)0.5％。然而，由于鱗片缺陷的位置，即在邊緣附近，不是用于沖壓制造最終產(chǎn)品的一部分，因此不會(huì)引發(fā)諸如降低產(chǎn)率等問(wèn)題。鐵損是2.72[W/kg]，結(jié)晶粒度是63μm，與符號(hào)◎的數(shù)據(jù)在同一水平。圖3的中上部符號(hào)●的數(shù)據(jù)相應(yīng)于該樣品。
比常規(guī)更短的應(yīng)力消除退火時(shí)間應(yīng)用于上述樣品。如果更長(zhǎng)應(yīng)力消除退火時(shí)間應(yīng)用到樣品上，那么樣品間的晶粒生長(zhǎng)和鐵損的差異將更大。
如上所述，適當(dāng)范圍內(nèi)的REM含量和Cu含量可以控制硫化銅的數(shù)密度、大小和形狀，從而在沒(méi)有改變應(yīng)力消除退火條件下提供具有更好晶粒生長(zhǎng)的非取向電工鋼板。還發(fā)現(xiàn)，比常規(guī)應(yīng)力消除退火條件更短時(shí)間的退火，即750℃下2小時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)足夠低的鐵損。
所有引述的專利、出版物、未決申請(qǐng)和臨時(shí)申請(qǐng)以參考的形式引入本申請(qǐng)中。
盡管描述了本發(fā)明，但顯然可以在許多方面可以對(duì)本發(fā)明做出變化。這種變化不被認(rèn)為是偏離本發(fā)明的精神和范圍，并且對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的修改也包括在所附權(quán)利要求內(nèi)。
表1

REM量評(píng)價(jià)如果0.0005＞[REM]，REM過(guò)少，如果0.0005≤[REM]≤0.03，范圍內(nèi)，如果0.03＜[REM]，REM過(guò)量式(1)的評(píng)價(jià)如果[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11，式(1)范圍內(nèi)式(2)的評(píng)價(jià)如果[REM]＜0.003，式(2)范圍內(nèi)，如果[REM]≥0.003，滿足([REM]-0.003)0.1×[Cu]2≤1.25×10-權(quán)利要求
1.一種非取向電工鋼板，其中等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅的數(shù)密度小于1×1010[夾雜物/mm3]。
2.如權(quán)利要求1所述的非取向電工鋼板，其中(長(zhǎng)軸)/(短軸)比超過(guò)2的硫化銅在等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅中占30％或更少。
3.如權(quán)利要求1所述的非取向電工鋼板，按質(zhì)量％計(jì)其還包括C0.01％或更少，Si0.1％或更多和7.0％或更少，Al0.005％或更多和3.0％或更少，Mn0.1％或更多和2.0％或更少，S0.0005％或更多和0.005％或更少，Cu0.5％或更少，稀土元素(REM)0.0005％或更多和0.03％或更少，和余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中滿足以下式(1)，[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)其中[REM]代表REM質(zhì)量％，[Cu]代表Cu質(zhì)量％。
4.如權(quán)利要求2所述的非取向電工鋼板，按質(zhì)量％計(jì)其還包括C0.01％或更少，Si0.1％或更多和7.0％或更少，Al0.005％或更多和3.0％或更少，Mn0.1％或更多和2.0％或更少，S0.0005％或更多和0.005％或更少，Cu0.5％或更少，REM0.0005％或更多和0.03％或更少，和余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中如果0.0005≤[REM]＜0.003，那么滿足以下式(1)，以及如果0.003≤[REM]≤0.03，那么滿足以下式(1)和(2)[REM]×[Cu]3≥7.5×10-11(1)，([REM]-0.003)0.1×[Cu]2≤1.25×10-4(2)，其中[REM]代表REM質(zhì)量％，[Cu]代表Cu質(zhì)量％。
全文摘要
一種鐵損優(yōu)異的非取向電工鋼板，其包括等效體積球半徑為100nm或更小的硫化銅，其中硫化銅的數(shù)密度小于1×10
文檔編號(hào)C21D8/12GK101023195SQ20058003131
公開(kāi)日2007年8月22日 申請(qǐng)日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者大橋渡, 宮崎雅文, 黑崎洋介, 久保田猛 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社