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TWI796955B - 無方向性電磁鋼板及其製造方法 - Google Patents

無方向性電磁鋼板及其製造方法 Download PDF

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TWI796955B TW111105658A TW111105658A TWI796955B TW I796955 B TWI796955 B TW I796955B TW 111105658 A TW111105658 A TW 111105658A TW 111105658 A TW111105658 A TW 111105658A TW I796955 B TWI796955 B TW I796955B
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Abstract

關於本案的無方向性電磁鋼板，其母材之化學組成以質量%計：C：0~0.0050%、Si：3.8~4.9%、Mn：0.05~1.20%、sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下、P：0~0.030%、S：0~0.0030%、N：0~0.0030%、Ti：0%以上且小於0.0050%、Nb：0%以上且小於0.0050%、Zr：0%以上且小於0.0050%、V：0%以上且小於0.0050%、Cu：0%以上且小於0.200%、Ni：0%以上且小於0.500%、Sn：0~0.100%、Sb：0~0.100%、及剩餘部分：Fe及不純物；且 滿足[4.3≦Si+sоl.Al+0.5×Mn≦5.0]、[B 50(0°)-B 50(45°)≦0.16]及[(B 50(0°)+2×B 50(45°)+B 50(90°))/4≧1.57]；並且 其抗拉強度為580MPa以上。

Description

無方向性電磁鋼板及其製造方法
發明領域 本發明是有關於一種無方向性電磁鋼板及其製造方法。 本案基於2021年2月17日於日本申請之特願2021-023510號而主張優先權，在此援引其內容。
發明背景 近年來，地球環境問題備受矚目，對於節能對策之要求更加增長。對於節能對策之要求中，強烈要求電器高效率化。因此，就廣泛使用作為馬達或發電機等鐵心材料的無方向性電磁鋼板而言，對於提升磁特性之要求亦更加強烈。在用於電動汽車及混合動力(hybrid)汽車的驅動馬達、及用於空調之壓縮機的馬達中，該傾向很顯著。
上述各種馬達的馬達鐵芯是由靜定子即定子(stator)、及轉動子即轉子(rotor)所構成。對於構成馬達鐵芯的定子及轉子所要求的特性彼此不同。對於定子要求優異的磁特性(低鐵損及高磁通量密度)，尤其是低鐵損；對於轉子則要求優異的機械特性(高強度)。
由於定子與轉子所要求的特性不同，透過區分成：用於定子的無方向性電磁鋼板、與用於轉子的無方向性電磁鋼板，藉此能實現所欲特性。惟，準備2種無方向性電磁鋼板會導致產率降低。於是，一直以來都在探討一種強度優異且磁特性亦優異的無方向性電磁鋼板，以期能實現轉子所要求的高強度，同時，即使不施行弛力退火也能實現定子所要求的低鐵損。
例如，在專利文獻1及2中，試圖實現高強度與優異磁特性。
[先行技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]國際公開第2019/017426號 [專利文獻2]國際公開第2020/091039號 [專利文獻3]日本國特開2013-91837號公報 [專利文獻4]日本國特開2002-14691號公報 [專利文獻5]日本國特開2001-295003號公報
發明概要 發明所欲解決之課題 惟，為了實現兼具高強度與低鐵損的無方向性電磁鋼板，就必須如專利文獻1及2所開示這般大量含有合金元素，因而會出現韌性降低而冷輥軋時容易發生斷裂之問題。又，在專利文獻1中，若作為定子而需要充分的低鐵損時，就還進一步需要弛力退火。
本發明是為了解決此種問題而完成者，目的在於穩定提供一種具有高強度及優異磁特性的無方向性電磁鋼板。
用以解決課題之手段 本發明之要點為下述無方向性電磁鋼板及其製造方法。
(1)本發明一實施形態之無方向性電磁鋼板，其母材之化學組成以質量%計： C：0~0.0050%、 Si：3.8~4.9%、 Mn：0.05~1.20%、 sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下、 P：0~0.030%、 S：0~0.0030%、 N：0~0.0030%、 Ti：0%以上且小於0.0050%、 Nb：0%以上且小於0.0050%、 Zr：0%以上且小於0.0050%、 V：0%以上且小於0.0050%、 Cu：0%以上且小於0.200%、 Ni：0%以上且小於0.500%、 Sn：0~0.100%、 Sb：0~0.100%、及 剩餘部分：Fe及不純物； 其滿足下述(i)~(iii)式；並且 其抗拉強度為580MPa以上； 4.3≦Si+sоl.Al+0.5×Mn≦5.0・・・(i) 其中，上述(i)式中的元素符號為各元素的含量(質量%)； B 50(0°)-B 50(45°)≦0.16・・・(ii) (B 50(0°)+2×B 50(45°)+B 50(90°))/4≧1.57・・・(iii) 其中，上述(ii)式與(iii)式中的B 50(0°)為輥軋方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)；B 50(45°)為輥軋方向起算45°方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)；B 50(90°)為輥軋方向起算90°方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)。
(2)如上述(1)所記載的無方向性電磁鋼板，其中，前述化學組成以質量%計亦可含有選自Sn：0.005~0.100%、及Sb：0.005~0.100%之1種或2種。
(3)如上述(1)或(2)所記載的無方向性電磁鋼板，其亦可於前述母材之表面具有絕緣披膜。
(4)本發明其他實施形態之無方向性電磁鋼板的製造方法，是製造如上述(1)至(3)中任1項所記載的無方向性電磁鋼板的方法，且對鋼塊依序施行下列步驟： 熱輥軋步驟， 將板厚軋縮至1.0mm以下的一次冷輥軋步驟， 均熱溫度為800~1050℃且均熱時間為1~300sec的中間退火步驟， 軋縮率為65%以上且小於85%的二次冷輥軋步驟，及 退火溫度為850~1050℃的精加工退火步驟；其中， 該鋼塊具有下述化學組成： 以質量%計， C：0~0.0050%、 Si：3.8~4.9%、 Mn：0.05~1.20%、 sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下、 P：0~0.030%、 S：0~0.0030%、 N：0~0.0030%、 Ti：0%以上且小於0.0050%、 Nb：0%以上且小於0.0050%、 Zr：0%以上且小於0.0050%、 V：0%以上且小於0.0050%、 Cu：0%以上且小於0.200%、 Ni：0%以上且小於0.500%、 Sn：0~0.100%、 Sb：0~0.100%、及 剩餘部分：Fe及不純物，且 滿足下述(i)式： 4.3≦Si+sоl.Al+0.5×Mn≦5.0・・・(i) 其中，上述(i)式中的元素符號為各元素的含量(質量%)。
發明效果 依據本發明之上述實施形態，便可穩定獲得一種具有高強度及優異磁特性的無方向性電磁鋼板。
本發明的實施形態 用以實施發明之形態 本案發明人等為了解決上述課題而精心探討，結果獲得以下見解。
Si、Mn及sоl.Al是具有提高鋼之電阻並減低渦流損失之效果的元素。又，此等元素也是有助於使鋼高強度化之元素。
Si、Mn及sоl.Al之中，Si是最有效幫助提高電阻及強度之元素。sоl.Al則是僅次於Si而具有提高電阻及強度之效果。另一方面，相較於Si及sоl.Al而言，Mn提高電阻及強度之效果略低。
基於這些緣由，在本實施形態中，是透過將Si、sоl.Al及Mn的含量調整至適切範圍內，來達成提升高強度化及磁特性。
接著，檢討大量含有上述Si、sоl.Al及Mn之鋼板其冷輥軋時之韌性改善。 以往，為了實現鋼之高強度而使鋼中大量含有Si、sоl.Al及Mn等合金元素時，韌性就會降低，結果就會出現冷輥軋時容易發生斷裂之問題。於是，本案發明人等針對大量含有合金元素之鋼板(高合金鋼)其冷輥軋時之韌性改善，進行精心探討，結果發現，透過省略熱軋板退火，藉此即使是高合金鋼也能抑制冷軋時之斷裂。具體而言掌握到，不施予退火之熱軋板在酸洗後進行一次冷輥軋直至板厚為1mm以下，之後施行中間退火，再進一步施行二次冷輥軋，藉此即使是高合金鋼也能確保二度冷輥軋時之韌性。
關於二次冷軋法，至今以來也持續有檢討。例如，在專利文獻3~5中，嘗試實現優異磁特性與高強度。
惟，就專利文獻3所揭示的手段來說，雖然高斯方位(Goss Orientation){110}＜001＞顯著發達，且輥軋方向之磁通量密度B 50良好，但B 50之異向性過度增高。一旦將B 50之異向性高的電磁鋼板使用於馬達鐵心，就會有馬達順暢旋轉受到阻礙之問題。就專利文獻4所揭示的手段來說，由於Si、Mn及Al的含量低，因而無法滿足高強度化之觀點。就專利文獻5所揭示的手段來說，雖可降低B 50之異向性，但由於就必須使最終冷輥軋之軋縮率高達85%以上，因此，最終冷軋開始時之板厚就必須增厚而韌性會不足，且Si含量若變高則輥軋時會有斷裂之危險性。
於是本案發明人等進一步反覆檢討後，結果發現，為了實現一種無方向性電磁鋼板，其冷輥軋時之韌性優異，並具有高強度與良好的磁特性，進一步連B 50之異向性也低，重要的是適切控制sоl.Al含量、二次冷輥軋開始時之板厚及二次冷輥軋之軋縮率。
本發明是基於上述見解所完成者。以下，詳細說明本發明適宜的實施形態。惟，本發明並不僅限於本實施形態所揭示之構成，在不脫離本發明意旨之範圍下可作各種變更。
1.全體構成 本實施形態之無方向性電磁鋼板由於具有高強度且具有優異磁特性，故適合定子及轉子兩者。本實施形態之無方向性電磁鋼板在製造中，由於冷輥軋時之韌性優異而能抑制輥軋時之斷裂，故能穩定製造。又，關於本實施形態之無方向性電磁鋼板，宜在以下所說明之母材(矽鋼板)表面上具備絕緣披膜。
2.母材的化學組成 本實施形態之無方向性電磁鋼板其母材的化學組成中，各元素之限定理由如下所述。另外，以下說明中，含量有關的「%」意指「質量%」。包夾「~」所記載之數值限定範圍中，下限值及上限值被包含於其範圍內。
C：0~0.0050% C(碳)是會引起無方向性電磁鋼板之鐵損劣化的元素。C含量大於0.0050%時，無方向性電磁鋼板之鐵損會劣化，無法獲得良好的磁特性。據此，C含量設為0.0050%以下。C含量宜為0.0040%以下，較宜為0.0035%以下，更宜為0.0030%以下。C含量亦可為0%。不過，在實際使用的鋼板中，要想使C含量為0%在製造上有困難，故C含量亦可大於0%。另外，C有助於無方向性電磁鋼板之高強度化，基於此點，若想獲得此效果，C含量宜為0.0005%以上，較宜為0.0010%以上。
Si：3.8~4.9% Si(矽)會提高鋼的電阻並減低渦流損失，是一種會改善無方向性電磁鋼板之高頻鐵損的元素。又，Si由於固溶強化能力高，故亦是一種對無方向性電磁鋼板之高強度化很有效的元素。為了獲得此等效果，Si含量設為3.8%以上。Si含量宜為3.9%以上，較宜大於4.0%，更宜為4.1%以上。另一方面，Si含量過量時，加工性會顯著劣化，而變得難以實施冷輥軋。據此，Si含量設為4.9%以下。Si含量宜為4.8%以下，較宜為4.7%以下。
Mn：0.05~1.20% Mn(錳)會提高鋼的電阻並減低渦流損失，是一種能有效改善無方向性電磁鋼板之高頻鐵損的元素。又，Mn含量過低時，除了提高電阻效果低之外，在鋼中還會析出微細硫化物(MnS)，因而在精加工退火時會有晶粒未充分成長之情況。因此，Mn含量設為0.05%以上。Mn含量宜為0.20%以上，較宜為0.23%以上，更宜為0.40%以上。另一方面，Mn含量過量時，無方向性電磁鋼板之磁通量密度就會顯著降低。據此，Mn含量設為1.20%以下。Mn含量宜為1.10%以下，較宜為1.00%以下。
sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下 sоl.Al(鋁)會提高鋼的電阻因而減低渦流損失，是一種具有改善無方向性電磁鋼板之高頻鐵損效果的元素。又，sоl.Al雖不如Si，不過其是一種透過固溶強化而有助於無方向性電磁鋼板之高強度化的元素。為了獲得此等效果，sоl.Al含量設為大於0.02%。sоl.Al含量宜為0.05%以上、0.10%以上、或0.15%以上，較宜為0.20%以上。另一方面，sоl.Al含量過量時，無方向性電磁鋼板之磁通量密度之異向性就會變大。據此，sоl.Al含量設為0.50%以下。sоl.Al含量宜為0.45%以下，較宜為0.40%以下，更宜為0.35%以下。 另外，在本實施形態中所謂sol.Al意指：酸可溶性Al，其表示以固溶狀態存在於鋼中的固溶Al。
在本實施形態中，是透過適切控制Si、sol.Al及Mn的含量來確保鋼的電阻。又，從確保強度之觀點來看，也有必要適切控制Si、sol.Al及Mn的含量。另一方面，從確保磁通量密度及韌性之觀點來看，Si、sol.Al及Mn合計含量之上限也有必要。因此，Si、sol.Al及Mn的含量分別為上述範圍內之外，還必須滿足下述(i)式。從確保鋼的電阻及強度之觀點來看，下述(i)式之中間的值宜為 4.4以上，較宜為4.5以上。另一方面，從確保鋼之磁通量密度及韌性的觀點來看，下述(i)式之中間的值宜為4.9以下，較宜為4.8以下。
4.3≦Si+sol.Al+0.5×Mn≦5.0・・・(i) 其中，上述式中的元素符號為各元素的含量(質量%)。
P：0~0.030% P(磷)是以不純物形式含於鋼中，其含量過量時，無方向性電磁鋼板之韌性會顯著降低。據此，P含量設為0.030%以下。P含量宜為0.025%以下，較宜為0.020%以下。P含量亦可為0%。另外，極度減低P含量，有時會導致製造成本增加，故P含量宜為0.003%以上，較宜為0.005%以上。
S：0~0.0030% S(硫)會形成MnS的微細析出物而使鐵損增加，是會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化的元素。據此，S含量設為0.0030%以下。S含量宜為0.0020%以下，較宜為0.0018%以下，更宜為0.0015%以下。S含量亦可為0%。另外，極度減低S含量，有時會導致製造成本增加，故S含量宜為0.0001%以上，較宜為0.0003%以上，更宜為0.0005%以上。
N：0~0.0030% N(氮)是不可避免混入鋼中的元素，其會形成氮化物而使鐵損增加，是會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化的元素。據此，N含量設為0.0030%以下。N含量宜為0.0025%以下，較宜為0.0020%以下。N含量亦可為0%。另外，極度減低N含量，有時會導致製造成本增加，故N含量宜0.0005%以上。
Ti：0%以上且小於0.0050% Ti(鈦)是不可避免混入鋼中的元素，且其可與碳或氮結合而形成析出物(碳化物、氮化物)。形成有碳化物或氮化物時，此等析出物本身會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化。進一步地，碳化物或氮化物會阻礙精加工退火中的結晶粒成長，使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化。據此，Ti含量設為小於0.0050%。Ti含量宜為0.0040%以下，較宜為0.0030%以下，更宜為0.0020%以下。Ti含量亦可為0%。另外，極度減低Ti含量，有時會導致製造成本增加，故Ti含量宜為0.0005%以上。
Nb：0%以上且小於0.0050% Nb(鈮)會與碳或氮結合形成析出物(碳化物、氮化物)，因而是有助於高強度化的元素，不過，此等析出物本身會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化。據此，Nb含量設為小於0.0050%。Nb含量宜為0.0040%以下，較宜為0.0030%以下，更宜為0.0020%以下。又，Nb含量更宜為測定臨界以下，具體而言，更宜小於0.0001%。Nb含量越低越好，故Nb含量亦可設為0%。
Zr：0%以上且小於0.0050% Zr(鋯)會與碳或氮結合形成析出物(碳化物、氮化物)，因而是有助於高強度化的元素，不過，此等析出物本身會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化。據此，Zr含量設為小於0.0050%。Zr含量宜為0.0040%以下，較宜為0.0030%以下，更宜為0.0020%以下。又，Zr含量更宜為測定臨界以下，具體而言，更宜為0.0001%以下。Zr含量越低越好，故Zr含量亦可設為0%。
V：0%以上且小於0.0050% V(釩)會與碳或氮結合形成析出物(碳化物、氮化物)，因而是有助於高強度化的元素，不過，此等析出物本身會使無方向性電磁鋼板之磁特性劣化。據此，V含量設為小於0.0050%。V含量宜為0.0040%以下，較宜為0.0030%以下，更宜為0.0020%以下。V含量更宜為測定臨界以下，具體而言，更宜為0.0001%以下。V含量越低越好，故V含量亦可設為0%。
Cu：0%以上且小於0.200% Cu(銅)是不可避免混入鋼中的元素。刻意含有Cu時，會增加無方向性電磁鋼板之製造成本。據此，在本實施形態中，無須積極含有Cu，以不純物程度來含有即可。Cu含量是設為：製造步驟中允許不可避免混入的最大值，即小於0.200%。Cu含量宜為0.150%以下，較宜為0.100%以下。Cu含量亦可為0%。另外，Cu含量之下限值雖未特別限定，不過，極度減低Cu含量，有時會導致製造成本增加。因此，Cu含量宜為0.001%以上，較宜為0.003%以上，更宜為0.005%以上。
Ni：0%以上且小於0.500% Ni(鎳)是不可避免混入鋼中的元素。但是，Ni也是一種會提升無方向性電磁鋼板之強度的元素，故亦可刻意含有。不過，Ni由於價位高，故Ni含量設為小於0.500%。Ni含量宜為0.400%以下，較宜為0.300%以下。Ni含量亦可為0%。另外，Ni含量之下限值雖未特別限定，不過，極度減低Ni含量，有時會導致製造成本增加。因此，Ni含量宜為0.001%以上，較宜為0.003%以上，更宜為0.005%以上。
Sn：0~0.100% Sb：0~0.100% Sn(錫)及Sb(銻)會在母材表面偏析而抑制退火中的氧化及氮化，因而對無方向性電磁鋼板而言，是一種有助於確保低鐵損的有利元素。又，Sn及Sb會在結晶晶界偏析而改善集合組織，其亦具有提高無方向性電磁鋼板之磁通量密度的效果。因此，視需要亦可含有Sn及Sb之至少一者。惟，此等元素的含量過量時，鋼之韌性有時會降低而變得難以冷輥軋。據此，Sn及Sb的含量分別設為0.100%以下。Sn及Sb的含量分別宜為0.060%以下。Sn及Sb的含量分別亦可為0%。另外，若想確實獲得上述效果，Sn及Sb之至少一者的含量宜設為0.005%以上，較宜設為0.010%以上。
本實施形態之無方向性電磁鋼板在其母材(矽鋼板)的化學組成中，剩餘部分為Fe及不純物。在此所謂「不純物」，是工業上製鋼時因為礦石、廢料等原料、製造步驟的各種原因所混入的成分，意指在不對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來不良影響之範圍下所允許的成分。
另外，就不純物元素來說，關於Cr及Mo的含量在本實施形態並不特別規定。在本實施形態之無方向性電磁鋼板中，即使分別以0.5%以下之範圍來含有此等元素，也不特別會對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來影響。又，即使分別以0.002%以下之範圍來含有Ca及Mg，也不特別會對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來影響。即使以0.004%以下之範圍來含有稀土族元素(REM)，也不特別會對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來影響。另外，在本實施形態所中所謂REM是指：由Sc、Y及鑭系元素所構成之合計17種元素；上述REM的含量則指此等元素的合計含量。
O雖亦為不純物元素，不過即使以0.05%以下之範圍來含有，也不會對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來影響。O由於有時也會在退火步驟混入鋼中，故在鋼胚階段(亦即，澆桶取樣分析值)的含量中，即使以0.01%以下之範圍來含有，也不特別會對本實施形態無方向性電磁鋼板之特性帶來影響。
又，上述元素之外，可含有Pb、Bi、As、B、Se等元素作為不純物，且若各自含量在0.0050%以下之範圍，則不會損及本實施形態無方向性電磁鋼板之特性。
本實施形態之無方向性電磁鋼板其母材的化學組成使用ICP發光分析法或火花(spark)放電發光分析法來進行測定即可。又，C及S使用燃燒-紅外線吸收法、N使用非活性氣體燃燒-熱傳導率法、O使用非活性氣體熔解-非分散型紅外線吸收法來進行測定即可。 另外，若是測定對象鋼板具有絕緣披膜等，此時將此等除去後才測定化學組成。
3.磁特性 在本實施形態之無方向性電磁鋼板中，所謂磁特性優異是指：全周平均的鐵損W 10/400低，全周平均的磁通量密度B 50高，並且B 50之異向性低。另外，鐵損W 10/400是指：最大磁通量密度為1.0T且周波數400Hz的條件下所產生的鐵損；磁通量密度B 50則指5000A/m之磁場中的磁通量密度。
所謂全周平均的特性是指：輥軋方向之特性、輥軋方向起算45°方向之特性、及輥軋方向起算90°方向之特性的平均值，且如下所述。另外，所謂輥軋方向起算90°方向是指：在板面內且垂直於輥軋方向之方向(即，相對輥軋方向及板厚方向呈垂直之方向)。 全周平均W 10/400＝(W 10/400(0°)+2×W 10/400(45°)+W 10/400(90°))/4 全周平均B 50＝(B 50(0°)+2×B 50(45°)+B 50(90°))/4
又，關於B 50之異向性，在本說明書中是以ΔB 50來表示，且如下所述。 ΔB 50＝B 50(0°)-B 50(45°)
具體而言，所謂鐵損優異，當無方向性電磁鋼板之板厚大於0.30mm且在0.35mm以下時是指全周平均W 10/400為16.0W/kg以下者；當大於0.25mm且在0.30mm以下時是指全周平均W 10/400為15.0W/kg以下者；當大於0.20mm且在0.25mm以下時是指全周平均W 10/400為13.0W/kg以下者；當0.20mm以下時是指全周平均W 10/400為12.0W/kg以下者；以及，板厚無關且ΔB 50為0.16T以下、全周平均B 50為1.57T以上者。在此，於本實施形態中，上述磁特性(鐵損W 10/400及磁通量密度B 50)是使用各方向之磁性測定試驗片並透過JIS C 2550-1(2011)規定之愛普斯坦試驗(Epstein test)來進行測定。
4.機械特性 在本實施形態之無方向性電磁鋼板中，所謂具有高強度是指：輥軋方向之抗拉(最大)強度為580MPa以上。本實施形態之無方向性電磁鋼板其抗拉強度為580MPa以上。抗拉強度宜為590MPa以上。在此，抗拉強度是透過施行依據JIS Z 2241(2011)之抗拉試驗來進行測定。
根據本實施形態之無方向性電磁鋼板，便能兼具高強度與優異磁特性(尤其是B 50之異向性(ΔB 50)降低)。此乃習知僅透過高合金化所無法達成者。在本實施形態中，對強度有益的合金元素其合計含量予以適切化(式(i))，此外還透過控制後述製造方法(尤其是二次冷輥軋步驟及精加工退火步驟)之條件，藉此達成一種兼具高強度與優異磁特性的無方向性電磁鋼板。
因此，本實施形態之無方向性電磁鋼板可適合使用作為電動汽車及混合動力汽車等的驅動馬達及發電機、還有空調及大型空調機等的壓縮機馬達等等旋轉機械的鐵心材料。
5.絕緣披膜 在本實施形態之無方向性電磁鋼板中，在母材之表面宜具有絕緣披膜。無方向性電磁鋼板由於是在將鐵芯胚料穿孔後積層才使用，故透過在母材之表面設置絕緣披膜，藉此可減低板間之渦電流，就能減低作為鐵芯時的渦流損失。
在本實施形態中，對於絕緣披膜之種類並未特別限定，可使用習知作為無方向性電磁鋼板之絕緣披膜所採用的絕緣披膜。就此種絕緣披膜而言，可舉例如複合絕緣披膜，其以無機物為主體並進一步含有有機物。
在此所謂複合絕緣披膜是例如下述的絕緣披膜：以鉻酸金屬鹽、磷酸金屬鹽等金屬鹽或者膠體二氧化矽、Zr化合物、Ti化合物等無機物之至少任一者為主體，並分散有微細有機樹脂之粒子。尤其近來就減少製造時之環境負荷的需求逐漸高漲，從此觀點來看，宜使用下述絕緣披膜，其使用磷酸金屬鹽、Zr或Ti之偶合劑作為起始物質；或者使用下述絕緣披膜，其使用磷酸金屬鹽、Zr或Ti之偶合劑的碳酸鹽或銨鹽作為起始物質。
絕緣披膜之附著量並不特別限定，不過宜設為例如每單面200~1500mg/m 2左右，較宜設為每單面300~1200mg/m 2。以達到上述範圍內之附著量的方式來形成絕緣披膜，藉此就能保持優異的均一性。另外，在事後測定絕緣披膜之附著量的情況下，可利用已知的各種測定法，可適宜利用例如：測定浸漬氫氧化鈉水溶液前後之質量差的方法、或者應用校準曲線(calibration curve)法的X射線法等。
以上，說明了本實施形態之無方向性電磁鋼板，關於本實施形態無方向性電磁鋼板之平均結晶粒徑並不特別限定。不過，一旦不使結晶粒粗大化而使平均結晶粒徑變得過小時，則鐵損恐會惡化。另一方面，一旦結晶粒過度粗大化而使平均結晶粒徑變得過大時，不僅強度會降低，有時渦流損失還會惡化。因此，無方向性電磁鋼板之平均結晶粒徑宜設為50μm~120μm。平均結晶粒徑設為60μm以上，更可設為70μm以上。又，平均結晶粒徑亦可設為100μm以下。 關於平均結晶粒徑，例如可在平行於輥軋方向及板厚方向之剖面中，以JIS G0551(2020)之截距法進行測定。
又，本實施形態之無方向性電磁鋼板其板厚並不特別限定。通常板厚越薄則鐵損雖會變低，但製造成本會提高。依據此點，板厚若為0.10mm以上，則鐵損可壓得更低，並且可抑制成本提高。又，板厚若為0.35mm以下，則可維持低的鐵損。因此，本實施形態之無方向性電磁鋼板適宜的板厚為0.10~0.35mm。較宜為0.15~0.30mm。
6.製造方法 本實施形態之無方向性電磁鋼板就製造方法而言並不特別限制，不過，可透過下述方法來製造：對於具有上述化學組成之鋼塊，例如依以下所示條件依序實施：熱輥軋步驟、酸洗步驟、一次冷輥軋步驟、中間退火步驟、二次冷輥軋步驟、及精加工退火步驟。又，若要於母材(矽鋼板)之表面形成絕緣披膜時，則是在上述精加工退火步驟之後施行絕緣披膜形成步驟。以下，詳細說明各步驟。
＜熱輥軋步驟＞ 將具有上述化學組成之鋼塊(鋼胚)予以加熱，並對於加熱後的鋼塊施行熱輥軋而獲得熱軋鋼板。在此，供應至熱輥軋時之鋼塊加熱溫度雖不特別規定，不過宜設為例如1050~1250℃。又，熱輥軋後之熱軋鋼板的板厚亦不特別規定，不過考量熱輥軋及其後步驟之效率，宜設為例如1.5~3.0mm左右。
＜酸洗步驟＞ 熱輥軋步驟後不施行熱軋板退火就施行酸洗。一般而言，熱輥軋步驟後多半會在施予熱軋板退火後才實施酸洗。惟，就本實施形態這種富含合金元素之鋼而言，若施予熱軋板退火則韌性會劣化，有時會導致冷軋時斷裂等。因此，在本實施形態中是省略熱軋板退火。具體而言，對於上述熱軋板不經退火就實施酸洗，除去母材表面所生成之鏽皮層。在此，酸洗所使用的酸濃度、酸洗所使用的促進劑濃度、酸洗液溫度等酸洗條件並不特別限定，可採用已知酸洗條件。
＜一次冷輥軋步驟＞ 酸洗後，將板厚軋縮至1.0mm以下。軋縮後的板厚若大於1.0mm，則在二次冷輥軋時斷裂的危險性高。軋縮後之板厚較宜為0.9mm以下，更宜為0.8mm以下。
＜中間退火步驟＞ 一次冷輥軋之後，基於提升無方向性電磁鋼板之磁特性之目的，實施中間退火。關於中間退火的熱處理條件，是對於一次冷輥軋板在800~1050℃保持1~300sec之間來進行退火。中間退火的均熱溫度過低時，全周平均的磁通量密度B 50恐會降低。因此，中間退火的均熱溫度設為800℃以上，宜為850℃以上，較宜為900℃以上。另一方面，中間退火的均熱溫度若過高，則在二次冷輥軋時恐會斷裂。因此，中間退火的均熱溫度設為1050℃以下，宜設為1040℃以下，較宜設為1030℃以下。又，中間退火的均熱時間若過短，則全周平均的磁通量密度B 50恐會降低。因此，中間退火的均熱時間設為1sec以上，宜設為5sec以上，較宜設為10sec以上。另一方面，中間退火的均熱時間若過長，則製造成本恐會增加。據此，中間退火的均熱時間設為300sec以下，宜設為200sec以下，較宜設為100sec以下。另外，在中間退火前，由於會附著有一次冷輥軋時的輥軋油，故宜施行脫脂處理。
＜二次冷輥軋步驟＞ 在上述中間退火之後，實施二次冷輥軋。在二次冷輥軋中，是以65%以上且小於85%之軋縮率進行輥軋，以使母材之最終板厚達0.10~0.35mm。二次冷輥軋的軋縮率若過低，則磁通量密度B 50之異向性(ΔB 50)恐會增高。又，二次冷輥軋的軋縮率若過度降低，則有時鐵損也會劣化。因此，二次冷輥軋的軋縮率宜為67%以上。另一方面，二次冷輥軋的軋縮率若過高，則輥軋開始時之板厚變厚而恐會斷裂。因此，二次冷輥軋的軋縮率宜為83%以下。另外，若中間退火是在氧化性氣體環境下進行時，則宜在除去鏽皮之後才進行二次冷輥軋。
＜精加工退火步驟＞ 在上述二次冷輥軋之後，施行精加工退火。就本實施形態之無方向性電磁鋼板的製造方法而言，在精加工退火中宜使用連續退火爐。
在此，關於精加工退火條件，是將均熱溫度(退火溫度)設為850~1050℃。又，就精加工退火步驟之其他條件而言，宜將均熱時間設為1~300sec，並設為：H 2比例為5~100體積%之H 2及N 2的混合氣體環境(亦即，H 2+N 2＝100體積%)，並且氣體環境之露點設為30℃以下。
均熱溫度小於850℃時，結晶粒徑會變小而無方向性電磁鋼板之鐵損會劣化，因而不佳。均熱溫度大於1050℃時，就無方向性電磁鋼板而言強度變得不足且會導致製造成本增加，因而不佳。均熱溫度較宜為875~1025℃，更宜為900~1000℃。均熱時間小於1sec時，無法使結晶粒充分粗大化。均熱時間大於300sec時，會導致製造成本增加。氣體環境中H 2比例較宜為10~90體積%。從提高磁通量密度之觀點來看，氣體環境之露點越低越好。氣體環境之露點較宜為10℃以下，更宜為0℃以下，再更宜為-10℃以下。
＜絕緣披膜形成步驟＞ 在上述精加工退火之後，視需要而實施絕緣披膜形成步驟。在此，關於絕緣披膜之形成方法並不特別限定，可使用下述所示這種習知用以形成絕緣披膜的處理液，並透過習知方法進行處理液之塗佈及乾燥即可。就習知絕緣披膜而言，可舉例如複合絕緣披膜，其以無機物為主體並進一步含有有機物。
所謂複合絕緣披膜是例如以下的絕緣披膜：以鉻酸金屬鹽、磷酸金屬鹽等金屬鹽或者膠體二氧化矽、Zr化合物、Ti化合物等無機物之至少任一者為主體，並分散有微細有機樹脂之粒子。尤其近年來就減少製造時之環境負荷的需求逐漸高漲，從此觀點來看，宜使用下述絕緣披膜，其使用磷酸金屬鹽、Zr或Ti之偶合劑作為起始物質；或者使用下述絕緣披膜，其使用磷酸金屬鹽、Zr或Ti之偶合劑的碳酸鹽或銨鹽作為起始物質。
關於用以形成絕緣披膜之母材表面，在塗佈處理液之前，亦可施予透過鹼進行的脫脂處理、或是透過鹽酸、硫酸、磷酸等進行的酸洗處理等等任意的前處理。亦可不施予此等前處理就進行精加工退火，之後直接在母材表面塗佈處理液。
以下，透過實施例更具體說明本發明，不過，實施例中的條件僅是用以確認本發明之可實施性及效果所採用的例子，本發明並不受限於該條件例。只要不脫離本發明要點且達成本發明之目的，本發明可採用各種條件。 [實施例1]
將表1所示成分組成之鋼胚加熱至1150℃後，以精加工溫度850℃、精加工板厚2.0mm施予熱輥軋，並在650℃進行捲取而作成熱軋鋼板。對於所獲得之熱軋鋼板，不施行熱軋板退火，就透過酸洗除去表面的鏽皮，之後，施行一次冷輥軋至厚度達0.7mm。接著，將一次冷輥軋後之鋼板進行脫脂處理，之後，在970℃進行40sec的中間退火而獲得中間退火板。對於中間退火板施予二次冷輥軋至厚度達0.20mm，作成冷軋鋼板。進一步地，以H 2：15%、N 2：85%、露點-30℃之混合氣體環境，在1000℃進行20sec的精加工退火。之後，塗佈絕緣披膜，製造出無方向性電磁鋼板作為試驗材。
又，關於上述絕緣披膜，是以附著量達1000mg/m 2之方式塗佈絕緣披膜，所述絕緣披膜是由磷酸鋁及粒徑0.2μm之丙烯醯基-苯乙烯共聚物樹脂乳化液(emulsion)所構成，再於大氣中、350℃進行燒黏藉此形成。
[表1]
Figure 02_image001
[表2]
Figure 02_image003
針對所獲得的各試驗材，分別從輥軋方向、輥軋方向起算45°方向、及輥軋方向起算90°方向採取愛普斯坦試驗片，並透過根據JIS C 2550-1(2011)的愛普斯坦試驗來評價各方向的磁特性(鐵損W 10/400及磁通量密度B 50)。全周平均的鐵損W 10/400為12.0W/kg以下，全周平均的磁通量密度B 50為1.57T以上，並且ΔB 50為0.16T以者，磁特性優異而判定為合格。不滿足該條件者，磁特性差而判定為不合格。另外，之所以訂定該合格條件，是因為各試驗材之冷軋材其最終板厚為0.20mm以下之故。
進一步地，依據JIS Z 2241(2011)，以長度方向與鋼板之輥軋方向呈一致之方式，從各試驗材採取JIS5號抗拉試驗片。接著，使用上述試驗片，施行依據JIS Z 2241(2011)之抗拉試驗，測定抗拉強度。抗拉強度為580MPa以上者，具有高強度而判定為合格。抗拉強度小於580MPa者，強度差而判定為不合格。
上述愛普斯坦試驗及抗拉試驗之結果一併列示於表2。另外，表1及表2中的底線表示本發明之範圍外的組成。又，表1所示化學組成表中的“-”是指：就本實施形態規定之有效數字(至最小位數為止之數值)而言，其所對應之元素含量為0%。
吾人瞭解到：關於試驗No.2~4、6、7、9、12~14及16~18，其鋼板的化學組成滿足本發明之規定，其全周平均的鐵損低，全周平均的磁通量密度高，磁通量密度之異向性低，並且，具有580MPa以上之高抗拉強度。
相對於此，關於比較例的試驗No.1、5、8、10、11、15及19~23，其磁特性及抗拉強度之至少任一者差，或者韌性顯著劣化而變得難以製造。
具體而言，在試驗No.1中，由於Si含量低於規定範圍，結果抗拉強度差。又，在試驗No.8中，因為不滿足(i)式，結果抗拉強度差。
在試驗No.5中不滿足(i)式，在試驗No.15中P含量大於規定範圍，故韌性劣化而在冷輥軋時斷裂，無法實施抗拉強度及磁特性之測定。同樣地，在試驗No.20中不滿足Si含量與(i)式，在試驗No.22中Sn含量大於規定範圍，還有在試驗No.23中Sb含量大於規定範圍，故韌性劣化而在冷輥軋時斷裂，無法實施抗拉強度及磁特性之測定。
在試驗No.10中，由於sоl.Al含量大於規定範圍，結果磁通量密度之異向性差。在試驗編號11中，由於S含量大於規定範圍，結果鐵損差。在試驗No.19中，由於C含量大於規定範圍，結果鐵損差。在試驗No.21中，由於sоl.Al含量低於規定範圍，結果鐵損差。 [實施例2]
將表1之鋼種I的鋼胚加熱至1150℃後，以精加工溫度850℃、精加工板厚2.0mm施予熱輥軋，並在650℃進行捲取而作成熱軋鋼板。對於所獲得之熱軋鋼板，不施行熱軋板退火，就透過酸洗除去表面的鏽皮，之後，進行軋縮至達到表3所示板厚而獲得一次冷輥軋板。將各板厚的一次冷輥軋板進行脫脂處理，之後，在表3所示均熱溫度進行30sec的中間退火而獲得中間退火板。對於中間退火板施予二次冷輥軋至厚度達0.20mm，作成冷軋鋼板。進一步地，以H 2：15%、N 2：85%、表3所示露點之混合氣體環境，在表3所示均熱溫度進行20sec的精加工退火。之後，塗佈絕緣披膜，製造出無方向性電磁鋼板作為試驗材。另外，如試驗No.40所示，亦實施了下述比較例：均熱條件定為950℃×60秒進行熱軋板退火。
[表3]
Figure 02_image005
又，關於上述絕緣披膜，是以附著量達900mg/m 2之方式塗佈絕緣披膜，所述絕緣披膜是由磷酸鋁及粒徑0.2μm之丙烯醯基-苯乙烯共聚物樹脂乳化液所構成，再於大氣中、350℃進行燒黏藉此形成。
針對獲得的各試驗材，分別從輥軋方向、輥軋方向起算45°方向、及輥軋方向起算90°方向採取愛普斯坦試驗片，並透過根據JIS C 2550-1(2011)的愛普斯坦試驗來評價各方向的磁特性(鐵損W 10/400及磁通量密度B 50)。全周平均的鐵損W 10/400為12.0W/kg以下，全周平均的磁通量密度B 50為1.57T以上，並且ΔB 50為0.16T以下者，磁特性優異而判定為合格。不滿足該條件者，磁特性差而判定為不合格。另外，之所以訂定該合格條件，是因為各試驗材之板厚為0.20mm以下之故。
進一步地，依據JIS Z 2241(2011)，以長度方向與鋼板之輥軋方向呈一致之方式，從各試驗材採取JIS5號抗拉試驗片。接著，使用上述試驗片，施行依據JIS Z 2241(2011)之抗拉試驗，測定抗拉強度。抗拉強度為580MPa以上者，具有高強度而判定為合格。抗拉強度小於580MPa者，強度差而判定為不合格。
上述愛普斯坦試驗及抗拉試驗之結果一併列示於表3。
吾人瞭解到：關於試驗No.25~27、30~32及36~38，其一次冷輥軋後的板厚、中間退火溫度及二次冷輥軋之軋縮率滿足本發明之規定，其全周平均的鐵損低，全周平均的磁通量密度高，磁通量密度之異向性低，並且，具有580MPa以上之高抗拉強度。
相對於此，關於比較例的試驗No.24、28、29、33~35及39~41，其磁特性差、抗拉強度差、或韌性顯著劣化而變得難以製造。
具體而言，在試驗No.24、41中，由於一次冷輥軋後之板厚比規定範圍還厚，故韌性劣化而在二次冷輥軋時斷裂，無法實施抗拉強度及磁特性之測定。在試驗No.33中，由於中間退火溫度高於規定範圍，故韌性劣化而在二次冷輥軋時斷裂，無法實施抗拉強度及磁特性之測定。又，在試驗No.40中，由於施行了熱軋板退火，故韌性劣化而在一次冷輥軋時斷裂，無法實施抗拉強度及磁特性之測定。
進一步地，在試驗No.28中，由於二次冷輥軋之軋縮率低於規定範圍，結果磁通量密度之異向性差。然後，在試驗No.29中，由於中間退火溫度低於規定範圍，結果全周平均的磁通量密度差。
又，在試驗No.34中，由於精加工退火溫度低於規定，結果全周平均的鐵損差。另一方面，在試驗No.35中，由於精加工退火溫度高於規定，故結果抗拉強度差。
在試驗No.39中，由於二次冷輥軋之軋縮率低於規定範圍，精加工退火溫度也低於規定範圍，結果鐵損差。
產業上之可利用性 如以上所述，依照本發明，便可獲得一種具有高強度及優異磁特性的無方向性電磁鋼板。
(無)

Claims (4)

  1. 一種無方向性電磁鋼板，其母材之化學組成以質量%計： C：0~0.0050%、 Si：3.8~4.9%、 Mn：0.05~1.20%、 sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下、 P：0~0.030%、 S：0~0.0030%、 N：0~0.0030%、 Ti：0%以上且小於0.0050%、 Nb：0%以上且小於0.0050%、 Zr：0%以上且小於0.0050%、 V：0%以上且小於0.0050%、 Cu：0%以上且小於0.200%、 Ni：0%以上且小於0.500%、 Sn：0~0.100%、 Sb：0~0.100%、及 剩餘部分：Fe及不純物； 其滿足下述(i)~(iii)式；並且 其抗拉強度為580MPa以上； 4.3≦Si+sоl.Al+0.5×Mn≦5.0・・・(i) 其中，上述(i)式中的元素符號為各元素的含量(質量%)； B 50(0°)-B 50(45°)≦0.16・・・(ii) (B 50(0°)+2×B 50(45°)+B 50(90°))/4≧1.57・・・(iii) 其中，上述(ii)式與(iii)式中的B 50(0°)為輥軋方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)；B 50(45°)為輥軋方向起算45°方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)；B 50(90°)為輥軋方向起算90°方向之磁化力5000A/m中的磁通量密度(T)。
  2. 如請求項1之無方向性電磁鋼板，其中，前述化學組成以質量%計含有選自Sn：0.005~0.100%、及Sb：0.005~0.100%之1種或2種。
  3. 如請求項1或請求項2之無方向性電磁鋼板，其於前述母材之表面具有絕緣披膜。
  4. 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，是製造如請求項1至請求項3中任1項之無方向性電磁鋼板的方法，且對鋼塊依序施行下列步驟： 熱輥軋步驟， 將板厚軋縮至1.0mm以下的一次冷輥軋步驟， 均熱溫度為800~1050℃且均熱時間為1~300sec的中間退火步驟， 軋縮率為65%以上且小於85%的二次冷輥軋步驟，及 退火溫度為850~1050℃的精加工退火步驟；其中， 該鋼塊具有下述化學組成： 以質量%計， C：0~0.0050%、 Si：3.8~4.9%、 Mn：0.05~1.20%、 sоl.Al：大於0.02%且0.50%以下、 P：0~0.030%、 S：0~0.0030%、 N：0~0.0030%、 Ti：0%以上且小於0.0050%、 Nb：0%以上且小於0.0050%、 Zr：0%以上且小於0.0050%、 V：0%以上且小於0.0050%、 Cu：0%以上且小於0.200%、 Ni：0%以上且小於0.500%、 Sn：0~0.100%、 Sb：0~0.100%、及 剩餘部分：Fe及不純物，且 滿足下述(i)式： 4.3≦Si+sоl.Al+0.5×Mn≦5.0・・・(i) 其中，上述(i)式中的元素符號為各元素的含量(質量%)。
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