專利名稱：具有高磁導(dǎo)率的非取向電磁鋼片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種非取向電磁鋼片及其制造方法，該電磁鋼片具有高的磁導(dǎo)率和優(yōu)良的電性能，可用作電氣設(shè)備的鐵芯材料。
世界范圍內(nèi)，人們通過節(jié)約電能及其它能量、限制氟里昂的使用以及其它方法來保護全球環(huán)境。在這種背景之下，提高電氣設(shè)備，特別是在旋轉(zhuǎn)機械、小型變壓器和其它部件(使用非取向電磁鋼片作為磁性鐵芯材料)的效率是一種迅速蔓延的趨勢，這也要求非取向電磁鋼片作出性能上的改善，即需要具有高磁導(dǎo)率的非取向電磁鋼片。
按照慣例，為降低非取向電磁鋼片的鐵損，一般依靠提高其Si或Al或類似元素的含量，這種方法的原理在于提高鐵芯的電阻能降低渦流損耗，但這種方法會不可避免地降低鐵芯的磁導(dǎo)率，為解決這個問題，采用粗化熱軋片晶粒直徑的方法以同時提高其磁導(dǎo)率和鐵損性能。
另一方面，非取向電磁鋼片中存在相變，因而一種常規(guī)的作法是在α區(qū)上限附近終止熱軋，從而保證冷軋前所需的晶粒直徑，進而提高電磁鋼片的磁導(dǎo)率。正是基于這一點，日本未審專利公開No．56(1981)-38420提出一種粗化熱軋結(jié)晶組織的方法，即在或低于Ar3與Ar1之間的中間溫度完成熱軋，并在680℃或更高溫度進行卷繞。然而，只靠控制熱軋條件，非取向電磁鋼片磁導(dǎo)率的提高是有限的。
作為通過改善原生再結(jié)晶組織來提高非取向電磁鋼片磁導(dǎo)率的方法，日本未審專利公開No．55(1980)-158252提出添加Sn，No．62(1987)-180014提出加Sn和Cu，No．59(1984)-100217提出加Sb來改善非取向電磁鋼片的晶體組織，從而使其具有優(yōu)良的電性能。然而，加入Sn、Cu或Sb之類的晶體組織控制元素，其成本的增加不小，所以很難以低成本來生產(chǎn)這樣的非取向電磁鋼片。
在生產(chǎn)過程中使用的方法，例如日本未審專利公開No．57(1982)-35626提出的對最終退火過程的改進方法雖然能降低鐵損，但在提高磁導(dǎo)率方面作用不大。
本發(fā)明人對如何克服上述現(xiàn)有技術(shù)方法的局限性進行了深入的分析和研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用低合金成分系統(tǒng)，有效地控制熱軋，并將鋼片的電阻率控制在一確定范圍內(nèi)，就可以生產(chǎn)出磁導(dǎo)率和鐵損性能均優(yōu)良的非取向電磁鋼片。
本發(fā)明的目的之一是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供具有高磁導(dǎo)率的非取向電磁鋼片及其制造方法。
本發(fā)明要點如下(1)一種高磁導(dǎo)率非取向電磁鋼片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，磁導(dǎo)率μ15／60不低于1500(高斯／Oe)。(2)一種用以制造非取向電磁鋼片的熱軋片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼片具有αγ相變，其電阻為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，熱軋片橫截面再結(jié)晶組織的晶粒直徑為5μm～50μm，熱軋片橫截面上加工組織所占的面積比率不超過80％。(3)一種用以制造非取向電磁鋼片的熱軋片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼片具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，晶粒直徑50μm～500μm。(4)一種高磁導(dǎo)率非取向電磁鋼片的制造方法，該方法包括對于含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并具有αγ相變，電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm的電磁鋼片，將其進行熱軋，最終軋制時熱軋終止溫度不低于850℃，不高于1050℃，也不高于(Ar3+Ar1)／2。
下面詳細說明本發(fā)明。
本發(fā)明人為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，同時得到低的鐵損和高的磁通密度，進行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對于具有相變的非取向電磁鋼片，當對成分含0．1％≤Si≤1．0％，0．4％≤Al≤1．0％和0．1％≤Mn≤0．8％的鋼進行成分設(shè)計以使其具有αγ相變，通過在特條件下對該鋼進行可控?zé)彳?，形成特殊的熱軋組織，并以此熱軋片為原材料，可以生產(chǎn)出磁導(dǎo)率和鐵損性能均優(yōu)良的非取向電磁鋼片。
用以提高非取向電磁鋼片磁導(dǎo)率的常規(guī)方法是在冷軋前粗化晶體組織。在導(dǎo)致本發(fā)明的研究中，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過在冷軋前進行熱軋片退火來粗化晶體組織確實能夠進一步提高磁導(dǎo)率，但進一步又發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明后，即使不進行熱軋片退火，也能得到與經(jīng)過熱軋片退火后材料磁導(dǎo)率相當?shù)姆侨∠螂姶配撈?br> 首先解釋一下鋼的成分。硅(Si)的加入是為了提高鋼片的電阻率，從而降低渦流損耗，改進鐵損性能。Si的加入量必須不低于0．1％，因為低于0．1％，電阻率的提高不夠，但Si的含量也不能超過1．0％，因為超過1．0％，磁導(dǎo)率會下降。
錳(Mn)同Si一樣，也能通過提高鋼片的電阻率來降低渦流損耗。為達到這種效果，Mn的含量不能低于0．1％，但Mn的含量也不能超過0．8％，因為超過0．8％，會引起磁導(dǎo)率的下降。
鋁(Al)同Si一樣，也能通過提高鋼片的電阻率來降低渦流損耗。如果尤其需要降低鐵損，Al的優(yōu)選加入量不能低于0．4％；而為提高磁導(dǎo)率和電阻率，Al的優(yōu)選加入量應(yīng)不低于0．6％。Al的含量也不能超過1．0％，因為超過1．0％，會引起磁導(dǎo)率的下降。
鋼材的電阻率不能低于10×10-8Ωm，因為電阻率低于10×10-8Ωm，鐵損性能會下降；但鋼片的電阻率也不能高于32×10-8Ωm，因為電阻率高于32×10-8Ωm，會引起磁導(dǎo)率的下降。
為提高電磁鋼片的機械性能、磁性能或防銹性能或者為了其它方面的目的，可在鋼中加入P、B、Ni、Sn、Cu和Sb中的一種或多種。這些元素的加入并不會降低本發(fā)明的效果。
碳(C)含量必須控制在不超過0．004％，當C含量超過0．004％時，由于電磁鋼片在使用過程中的磁退化，會降低其鐵損性能，另外，C同雜質(zhì)元素反應(yīng)生成的碳化物在最終退火處理時會阻止晶粒的長大，也會降低鐵損性能。因此，C含量需控制在不超過0．004％。
硫(S)和氮(N)在熱軋工序的片坯加熱時會部分地再溶入固溶體中，這會在熱軋時形成MnS之類的硫化物和AlN之類的氮化物，由于這些化合物在再結(jié)晶退火時會阻止晶粒的長大，因此S和N的含量均優(yōu)選限制在不超過0．003％。
磷(P)可增加電磁鋼片的沖壓性能，因而可加至0．1％，而且只要P含量不超過0．2％，對電磁鋼片的磁性能就不會有任何問題。
下面說明本發(fā)明的工藝條件。
因本發(fā)明的鋼材具有αγ相變，當熱軋時的熱軋終止溫度高于(Ar3+Ar1)／2時，它們的熱軋變形抗力易波動，這樣有可能無法得到厚度精確的熱軋鋼片，因此熱軋終止溫度不能超過(Ar3+Ar1)／2，又由于當熱軋終止溫度高于1050℃時，在650℃或更低溫度下難以進行卷繞，所以熱軋終止溫度的上限定為1050℃，也定為(Ar3+Ar1)／2。當熱軋終止溫度低于850℃時，因熱軋變形抗力的增加，難以進行軋制，因此熱軋終止溫度的下限定為850℃。
具有上述成分的片坯由轉(zhuǎn)爐精煉和連鑄或鑄錠粗軋制成，片坯由常用的方法進行加熱，加熱后的片坯熱軋至規(guī)定的厚度。
熱軋片橫截面上再結(jié)晶組織的平均晶粒直徑應(yīng)為5μm～50μm，而且熱軋片橫截面沿軋制方向斷面上加工組織所占的面積比率必須不大于80％。如果熱軋片的晶粒直徑小于5μm時，則不能達到本發(fā)明高磁導(dǎo)率的目的，因此熱軋片再結(jié)晶晶粒的晶粒直徑不能小于5μm。而如果晶粒直徑超過50μm，則在共存有加工組織條件下不能得到高的磁導(dǎo)率，所以晶粒直徑上限定為50μm。
本發(fā)明中，熱軋片橫截面沿軋制方向斷面上加工組織所占的面積比率必須不大于80％。
采用這種熱軋片，可以通過簡單的冷軋和退火得到μ15／60不低于1500高斯／奧斯特的高磁導(dǎo)率。
如果加工組織的面積比率超過80％，軋制后會發(fā)生皺紋狀變形而降低電磁鋼片的表面狀態(tài)，因此，該面積比率定為不超過80％。就本發(fā)明所限定成分的熱軋片來說，如果保留一些加工組織，則很容易得到高的磁導(dǎo)率。
本發(fā)明中所說的“加工組織”指的是具有高密度位錯、浸蝕后呈暗色和軋制后拉長的晶粒的組織。本發(fā)明中所說的“再結(jié)晶組織”指由等軸晶體組成的組織。
熱軋片在冷軋前可通過熱軋片退火來粗化晶體組織。此時熱軋片晶粒直徑必須為50μm～500μm，如果熱軋片退火后熱軋晶體組織的晶粒直徑小于50μm，則熱軋片退火沒有起到任何作用，所以需要將晶粒直徑處理到不小于50μm。而如果熱軋片退火后熱軋晶體組織的晶粒直徑大于500μm，冷軋后鋼片的表面狀態(tài)會變差，所以晶粒直徑的上限定為不超過500μm。
為防止相變后造成的晶粒細化，熱軋片退火優(yōu)選在不超過Ac1的溫度下進行。
本發(fā)明所說的“磁導(dǎo)率μ15／60”指的是在激勵磁通密度為1．5特斯拉，頻率為60Hz時所測得的磁導(dǎo)率，磁通密度單位為高斯，激勵磁場強度單位為奧斯特，用磁通密度除以激勵磁場強度即為磁導(dǎo)率μ15／60。
下面說明本發(fā)明的具體實例。例1用表1所列成分的片坯來生產(chǎn)非取向電磁鋼片，每種片坯均采用常規(guī)方法加熱并熱軋成2．5mm厚，熱軋片接著冷軋至0．5mm厚的最終厚度并在連續(xù)退火爐中進行730℃、30秒的退火處理。從退火片上取愛潑斯坦(鐵損)試樣并進行電性能測試，表1列出了本發(fā)明試樣和對比試樣的成分和磁導(dǎo)率測量值。
可以看出通過使用成分在本發(fā)明限定范圍內(nèi)的鋼，可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率和優(yōu)良電性能的非取向電磁鋼片。表1
例2用表2所列成分的片坯來生產(chǎn)非取向電磁鋼片，每種片坯均采用常規(guī)方法加熱并熱軋成2．5mm厚。
熱軋片接著酸洗并冷軋至0．5mm厚的最終厚度，接著冷軋片在連續(xù)退火爐中進行730℃、30秒的退火處理。從退火片上取愛潑斯坦(鐵損)試樣，在750℃進行2小時的用戶級退火，并接著進行電性能測試。
表3列出了本發(fā)明試樣和對比試樣熱軋片的退火溫度和電性能測量值。對比試樣有皺紋缺陷，由于表面狀況惡化，不適合使用。表2
表3
可以看出通過使用具有至少預(yù)定含量加工組織的熱軋片，可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率的電磁鋼片。例3用表2所列成分的片坯來生產(chǎn)非取向電磁鋼片，每種片坯均采用常規(guī)方法加熱并熱軋成2．5mm厚。
熱軋片接著酸洗并用光亮軋制冷軋成0．5mm的最終厚度，接著冷軋片在連續(xù)退火爐中進行730℃、30秒的退火處理。從退火片上取愛潑斯坦(鐵損)試樣，進行750℃、2小時的用戶級退火，并接著進行電性能測試。
表4列出了本發(fā)明試樣和對比試樣熱軋片的退火溫度和電性能測量值。對比試樣的磁導(dǎo)率高但有皺紋缺陷，由于表面狀況惡化，不適合使用。
表4
可以看出通過使用具有至少預(yù)定含量加工組織的熱軋片，可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率的電磁鋼片。例4用表5所列成分的片坯來生產(chǎn)非取向電磁鋼片，每種片坯均采用常規(guī)方法加熱并熱軋成2．3mm厚。熱軋片接著在不高于950℃的Ac1溫度進行退火，采用不同的退火時間以使冷軋前的晶粒直徑不同，熱軋片接著酸洗并用光亮軋制冷軋至0．5mm的最終厚度，冷軋片的一部分制成完全加工鋼片，另一部分制成半加工鋼片，完全加工鋼片通過在連續(xù)退火爐中對冷軋片進行730℃、30秒的退火處理，接著進行750℃、2小時的用戶級退火而制得；半加工鋼片是在連續(xù)退火爐中對冷軋片進行700℃、20秒的退火處理并通過表面光軋制成0．47mm厚的最終厚度而制得。從每種半加工鋼片上取愛潑斯坦(鐵損)試樣，進行750℃、2小時的用戶級退火，接著進行電性能測試。
表6和表7列出了本發(fā)明試樣和對比試樣的電性能測量值。對比試樣因軋制后表面狀況惡化，不適合使用。
表5
表6
表7
可以看出通過熱軋片退火得到適當?shù)木ЯＶ睆?，可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率的非取向電磁鋼片。例5用表5所列成分的片坯來生產(chǎn)非取向電磁鋼片，每種片坯均采用常規(guī)方法加熱并熱軋成2．3mm厚。熱軋片接著在不高于950℃的Ac1溫度進行退火，采用不同的退火時間以使冷軋前的晶粒直徑不同。
每種退火片接著進行酸洗并用毛面輥冷軋至0．5mm的最終厚度，然后冷軋片在連續(xù)退火爐中進行730℃、20秒的退火處理并通過表面光軋制成0．47mm的最終厚度。從每種鋼片上取愛潑斯坦(鐵損)試樣，進行750℃、2小時的用戶級退火，接著進行電性能測試。
表8列出了本發(fā)明試樣和對比試樣的熱軋片退火溫度和電性能測量值。對比試樣因軋制后表面狀況顯著惡化，不適合使用。表8
可以看出通過熱軋片退火得到適當?shù)木ЯＶ睆?，可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率的非取向電磁鋼片。
如上所述，采用本發(fā)明可以生產(chǎn)出具有高磁導(dǎo)率和優(yōu)良電性能的非取向電磁鋼片。
權(quán)利要求
1．一種高磁導(dǎo)率非取向電磁鋼片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，磁導(dǎo)率μ15／60不低于1500(高斯／Oe)。
2．一種用以制造非取向電磁鋼片的熱軋片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼片具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，熱軋片橫截面再結(jié)晶組織的晶粒直徑為5μm～50μm，熱軋片橫截面上加工組織所占的面積比率不超過80％。
3．一種用以制造非取向電磁鋼片的熱軋片，其鋼含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，該鋼片具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm，晶粒直徑50μm～500μm。
4．一種高磁導(dǎo)率非取向電磁鋼片的制造方法，該方法包括將含(wt％)如下成分0．1％≤Si≤1．0％0．1％≤Mn≤0．8％0．4％≤Al≤1．0％余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)，并且具有αγ相變，其電阻率為10×10-8Ωm～32×10-8Ωm的鋼，進行熱軋，最終熱軋時熱軋終止溫度不低于850℃，不高于1050℃，也不高于(Ar3+Ar1)／2。
全文摘要
一種高磁導(dǎo)率非取向電磁鋼片,其含(wt%)如下成分:0.1%≤Si≤1.0%,0.1%≤Mn≤0.8%,0.4%≤Al≤1.0%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。該鋼具有αγ相變,其電阻率為10×10
文檔編號H01F1/12GK1293261SQ0010811
公開日2001年5月2日 申請日期2000年4月28日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月13日
發(fā)明者川又龜太郎, 有田吉宏, 金尾真一, 半澤和文, 久保田猛, 村上健一 申請人:新日本制鐵株式會社