無方向性電磁鋼板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，其含有C：0.005質量%以下、S：0.003質量%以下、N：0.003質量%以下、Si：2.0質量%以上且低于4.5質量%、Al：0.15質量%以上且低于2.5質量%及Cr：0.3質量%以上且低于5.0質量%，剩余部分由Fe及不可避免的雜質組成，在表面?zhèn)染哂泻穸葹?.01μm以上且0.5μm以下的含Cr氧化物的層，另外在將[Si]、[Al]、[Cr]分別規(guī)定為無方向性電磁鋼板的Si含量、Al含量、Cr含量（質量%），將t規(guī)定為無方向性電磁鋼板的板厚（mm）的情況下，滿足10質量%≤2[Si]＋2[Al]＋[Cr]＜15質量%、（2[Al]＋[Cr]）/2[Si]－10t2≤0.35。
【專利說明】無方向性電磁鋼板
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及適合作為發(fā)動機鐵心，特別是如電動汽車或混合動力汽車那樣被高速旋轉或高頻驅動的發(fā)動機鐵心的原材料的無方向性電磁鋼板。
【背景技術】
[0002]近年來，電動汽車及混合動力汽車在廣泛普及，這些汽車中所使用的驅動用發(fā)動機的高速旋轉化在發(fā)展，同時利用變換器的高頻驅動化在發(fā)展。為了進行高速旋轉化、且高頻驅動化，對于用作發(fā)動機鐵心的無方向性電磁鋼板一直要求降低高頻鐵損。
[0003]為了降低無方向性電磁鋼板的高頻鐵損，在減小板厚的同時具備高合金化導致的高的固有電阻是有效的?？墒牵绻麥p小板厚，則鋼鐵廠生產(chǎn)率降低，發(fā)動機廠進行沖裁的成本及疊層的成本增加。而且，因薄型化而有鐵心剛性下降，或固定疊層變得困難等問題。因此，根據(jù)所要求的鐵損特性和成本的平衡選擇制品的板厚。
[0004]在通過高合金化提高固有電阻時，一般采用S1、Al及Mn?？墒?，如果添加Si及Al，則有鋼板硬度上升而鋼板脆化、生產(chǎn)率劣化的問題，因此添加量具有上限。此外，在添加Mn的情況下，雖鋼板的硬度的上升幅度小，但使固有電阻上升的效果與Si及Al相比為一半左右。而且，有時在熱軋工序中引起熱脆性的問題，因此添加量具有上限。[0005]所以，作為提高固有電阻的其它技術，例如專利文獻I中公開了通過添加1.5%~20%的Cr來提高固有電阻的技術。添加Cr時的固有電阻的上升效果為與Mn相同的程度，但如果是20%以下的添加則鋼板的硬度不那么提高，脆化的顧慮小。此外與Mn不同，熱脆性的問題也少。
[0006]可是，認為電動汽車及混合動力汽車的驅動發(fā)動機不僅在高速行駛中使用，而且在起動時及爬坡時的低速高轉矩行駛中也使用，此外在要求高效率的高頻率行駛區(qū)域為它們中間的速度。因此，對于發(fā)動機鐵心用的電磁鋼板，不僅要求降低高頻率時的鐵損，而且還要求降低低頻率時的鐵損。
[0007]可是，
【發(fā)明者】們對上述的專利文獻中公開的技術進行了詳細研究，結果發(fā)現(xiàn)，在專利文獻I的技術中，一定頻率以上例如3000Hz時的鐵損良好，但在例如800Hz等低頻率時有伴隨著Cr添加量的增加鐵損劣化的問題。此外得知，鐵損開始劣化的頻率根據(jù)制品板厚而變化。
[0008]現(xiàn)有技術文獻
[0009]專利文獻
[0010]專利文獻1:日本特開2001-26823號公報
[0011]專利文獻2:日本特開2003-183788號公報
[0012]專利文獻3:日本特開2002-317254號公報
[0013]專利文獻4:日本特開2002-115035號公報

【發(fā)明內容】
[0014]發(fā)明要解決的問題
[0015]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于提供一種在寬幅的頻率下鐵損優(yōu)良的無方向性電磁鋼板。
[0016]用于解決問題的手段
[0017]因此，
【發(fā)明者】們?yōu)榻鉀Q上述問題反復進行了銳意研究，結果得到了下述見識:通過使S1、Al及Cr的質量％的比與制品的板厚滿足某一定的式子，可達到所希望的目的。即，本發(fā)明的要旨構成如下。 [0018](I)一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，其含有C:0.005質量％以下、S:0.003質量％以下、N:0.003質量％以下、S1:2.0質量％以上且低于4.5質量％、Al:0.15質量％以上且低于2.5質量％及Cr:0.3質量％以上且低于5.0質量％,剩余部分由Fe及不可避免的雜質組成，在表面?zhèn)染哂泻穸葹?.01 μ m以上且0.5 μ m以下的含Cr氧化物的層，而且滿足以下的式I及式2。
[0019]10 質量 ％≤ 2[Si] + 2[A1] + [Cr] < 15 質量 ％ 式 I
[0020](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — IOt2 ≤ 0.35 式 2
[0021](其中，[Si]、[Al]、[Cr]分別為所述無方向性電磁鋼板的Si含量、Al含量、Cr含量(質量％), t為所述無方向性電磁鋼板的板厚(mm)。)
[0022](2)根據(jù)上述(I)所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其還滿足以下的式3。
[0023](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — 5t2 ≤ 0.35 式 3
[0024](3)根據(jù)上述(I)所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其進一步含有Mn:0.2質量％以上且1.5質量％以下。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供在更寬幅的頻率下鐵損優(yōu)良的無方向性電磁鋼板。
【具體實施方式】
[0027]以下，對本發(fā)明進行詳細說明。首先，對本發(fā)明中的成分組成范圍的限定理由進行說明。
[0028]Si對于通過增加鋼板的固有電阻、降低渦流損耗來降低高頻鐵損是有效的元素，將Si含量規(guī)定為2質量％以上且低于4.5質量％。低于2質量％時不能使固有電阻充分增加，不能充分得到降低鐵損的效果。另一方面，Si使鋼板的飽和磁通密度降低，因此如果超過4.5質量％則飽和磁通密度顯著下降，無方向性電磁鋼板的材料特性的指標之一即B50(勵磁磁化力為5000A/m時的磁通密度)的下降顯著。
[0029]Al與Si同樣對于增加鋼板的固有電阻、降低高頻鐵損是有效的元素，將Al含量規(guī)定為0.3質量％以上且低于2.5質量％。低于0.3質量％時不能充分增加固有電阻，不能充分得到降低鐵損的效果。另一方面，Al使鋼板的飽和磁通密度降低，因此如果超過2.5質量％則飽和磁通密度顯著下降，B50的下降顯著。
[0030]Cr盡管與S1、Al相比效果份額(日語原文為“効果代”)低，但對于增加鋼板的固有電阻、降低高頻鐵損是有效的元素,將Cr含量規(guī)定為0.3質量％以上且低于5質量％。低于0.3質量％時不能充分增加固有電阻，不能充分得到降低鐵損的效果。另一方面Cr使鋼板的飽和磁通密度降低，因此如果超過5質量％則飽和磁通密度顯著下降，B50的下降顯著。[0031]此外，在3丨、41及0的質量％的關系中，要滿足10質量％≤2[5丨]+2[Al] +[Cr] < 15質量%的條件。這里，[Si]、[Al]、[Cr]分別為無方向性電磁鋼板的Si含量、Al含量、Cr含量(質量％)。在2 [Si] + 2 [Al] + [Cr]低于10質量％時，3000Hz的鐵損過于增大。另一方面，如果超過15質量％，則鋼板的飽和磁通密度顯著下降，B50的下降顯著。再有，將Si及Al相對于Cr的比重規(guī)定為2倍是基于采用Cr時效果份額小。
[0032]S1、Al、Cr的質量％的比:(2[A1] + [Cr])/2 [Si]相對于制品的板厚和目標頻率要滿足以下說明的一定的式子。本
【發(fā)明者】們進行了反復實驗，結果得知:即使增加Si含量，磁滯損耗也不那么劣化，但如果增加Al及Cr的含量，則磁滯損耗急劇劣化。其結果是，發(fā)現(xiàn):即使是同等的固有電阻及板厚，也就是說即使是同等的渦流損耗，如果(2[A1] + [Cr])/2[Si]的比率增大則鐵損劣化，即磁滯損耗劣化。
[0033]此外，進一步的實驗結 果表明，即使在磁滯損耗的比率增加的低頻率的區(qū)域或高頻率的區(qū)域，如果板厚減小，渦流損耗降低，則該傾向更顯著。認為渦流損耗與頻率的2次方和板厚的2次方成比例，磁滯損耗與頻率的I次方成比例但不依賴于板厚。因此，基于實驗數(shù)據(jù)導出以下的式子。
[0034](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — IOt2 ( 0.35
[0035]這里，t為制品即無方向性電磁鋼板的板厚(mm)。
[0036]此外，為了在更低頻率的區(qū)域(例如400Hz)使鐵損良好，優(yōu)選再滿足以下的式子的條件。
[0037](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — 5t2 ( 0.35
[0038]C、S、N對于本發(fā)明的無方向性電磁鋼板為雜質元素，越少越優(yōu)選。
[0039]C是在鋼板中作為碳化物析出，使晶粒的生長性或鐵損劣化的元素。所以，將C含量規(guī)定為0.005質量％以下。如果超過0.005質量％則晶粒的生長性劣化，鐵損劣化。為了進一步抑制磁陳化，優(yōu)選規(guī)定為0.003質量％以下。下限沒有特別的限定，但在通常的制造方法中使其在0.001質量％以下是困難的。
[0040]S是在鋼板中作為硫化物析出，使晶粒的生長性及鐵損劣化的元素。所以，將S含量規(guī)定為0.003質量％以下。如果超過0.003質量％，則晶粒的生長性劣化，鐵損劣化。下限沒有特別的限定，但在通常的制造方法中使其在0.0005質量％以下是困難的。
[0041]將N含量規(guī)定為0.003質量％以下。如果超過0.003質量％，則產(chǎn)生稱為泡疤(blister)的泡狀的表面缺陷。下限沒有特別的限定，但在通常的制造方法中使其在0.001質量％以下是困難的。
[0042]此外，也可以根據(jù)目的含有其它元素。
[0043]在含有Mn時，優(yōu)選將Mn含量規(guī)定為1.5質量％以下。Mn盡管效果份額小，也使鋼板的固有電阻增加，但如果超過1.5質量％則有脆化的可能性。下限沒有特別的限定，但從抑制硫化物的微細析出的觀點出發(fā)，更優(yōu)選為0.2質量％以上。
[0044]除此以外，為了提高磁特性等目的也可以含有眾所周知的添加元素。作為此例子，也可以0.20質量％以下含有Sn、Cu、N1、Sb中的至少I種。
[0045]接著，對具有以上特征的無方向性電磁鋼板的制造方法進行說明。
[0046]首先，對由與以上說明的制品的成分相同的成分組成的鋼水進行鑄造，制作板坯，在將制作的板坯再加熱后進行熱軋，得到熱軋板。再有，在制作板坯時也可以通過用急冷凝固法制作薄板坯，或直接鑄造薄鋼板來得到熱軋板。
[0047]接著，對得到的熱軋板進行通常的酸洗處理，然后進行冷軋，得到冷軋板。再有，也可以以提高磁特性為目的在進行酸洗處理前實施熱軋板退火。熱軋板退火可以是連續(xù)退火也可以是間歇退火，按可得到適合提高磁特性的晶體粒徑的溫度及時間進行。
[0048]冷軋通常以可逆式或串列式進行，但采用森吉米爾軋機等可逆式軋機可得到高的磁通密度，因此是優(yōu)選的。此外，如果Si及Al過多則鋼板脆化，因此從脆性斷裂對策方面考慮也可以規(guī)定為中溫軋制。然后，通過冷軋軋制到制品的板厚。從降低高頻鐵損的觀點出發(fā)優(yōu)選將其厚度規(guī)定為0.1mm~0.35mm。此外，在冷軋中，也可以夾著一次以上的中間退火。
[0049]在通過冷軋達到制品板厚后，實施成品退火。在成品退火時，為了通過再結晶使晶粒生長，充分的溫度是必要的，通常在800°C~1100°C下實施。通過該成品退火，可在鋼板表面形成Cr氧化層。
[0050]Cr氧化物具有薄而非常致密的結構，認為如果形成在鋼板表面上則可防止其后的氧的侵入，可抑制Si及Al的內部氧化。鋼板中的Si及Al容易被氧化，因此如果因高溫下氧向鋼板中擴散而產(chǎn)生內部氧化，則因妨礙磁疇壁移動而使磁滯損耗劣化。另外，如果產(chǎn)生內部氧化，則因存在非磁性的氧化層而使能夠通過磁通的實效的截面積減少，從而提高磁通密度，也使渦流損耗劣化。此外，在高頻時通過表皮效應磁通集中在鋼板表層附近，因此上述影響變得更顯著。
[0051]考慮到以上問題，使形成于鋼板表面的Cr氧化層的厚度為0.01 μ m以上且0.5 μ m以下。在Cr氧化層的厚度低于0.01 μ m時，通過防止氧侵入來抑制Si及Al的內部氧化的效果不充分。此外，如果Cr氧化層的厚度超過0.5 μ m，則開始出現(xiàn)對磁特性的不良影響。為使Cr氧化層的厚度在0.01 μ m以上且0.5 μ m以下，在冷軋后的成品退火中，使其退火整體處于低氧勢，同時在升溫時也使其處于低氧勢。例如，使升溫時的300°C~500°C在P./Ph2 ^ 10 。
[0052]在成品退火后，通常涂布以絕緣為目的的皮膜，并進行燒結。皮膜只要是絕緣性的，全有機、全無機、有機質和無機質的混合中的任一種都不妨礙本發(fā)明的效果，因此沒有特別的限定。
[0053]實施例
[0054]接著，對本
【發(fā)明者】們所做的實驗進行說明。這些實驗中的條件等是為確認本發(fā)明的可實施性及效果而采用的例子，本發(fā)明并不限定于這些例子。
[0055](實施例1)
[0056]首先，準備含有C:0.002質量％、S:0.002質量％、N:0.002質量％及Mn:0.3質量％、S1、Al、Cr為下表1所示的組成的熱軋板，進行酸洗，通過冷軋得到厚0.25mm的冷軋板。接著，按表1所示的條件控制氧勢，在1000°C實施成品退火，得到無方向性電磁鋼板。
[0057]表1
[0058]
【權利要求】
1.一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，其含有C:0.005質量％以下、S:0.003質量％以下、N:0.003質量％以下、S1:2.0質量％以上且低于4.5質量％、Al:0.15質量％以上且低于2.5質量％及Cr:0.3質量％以上且低于5.0質量％,剩余部分由Fe及不可避免的雜質組成，在表面?zhèn)染哂泻穸葹?.01 μ m以上且0.5 μ m以下的含Cr氧化物的層，而且滿足以下的式I及式2，
10 質量 ％ ( 2 [Si] + 2 [Al] + [Cr] < 15 質量 ％ 式 I
(2[Al] + [Cr] ) /2[Si] -1Ot2 ^ 0.35 式 2 其中，[Si]、[Al]、[Cr]分別為所述無方向性電磁鋼板的Si含量、Al含量、Cr含量，所述含量的單位是質量％，t為所述無方向性電磁鋼板的板厚，t的單位是mm。
2. 根據(jù)權利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其還滿足以下的式3，
(2[Al] + [Cr] ) /2[Si] - 5t2 ^ 0.35 式 3。
3.根據(jù)權利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其進一步含有Mn:0.2質量％以上且1.5質量％以下。
【文檔編號】C22C38/00GK103582713SQ201280004863
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年5月31日 優(yōu)先權日:2012年5月31日
【發(fā)明者】脅坂岳顯 申請人:新日鐵住金株式會社