高強度電磁鋼板及其制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明，通過使電磁鋼板由如下成分組成構成，并且滿足板厚：0.40mm以下、未再結晶的加工組織：10％～70％、拉伸強度(TS)：600MPa以上、鐵損W10/400：30W/kg以下，能夠得到適合作為高速旋轉電機的轉子材料的、穩(wěn)定地具有高強度且磁特性也優(yōu)異的高強度電磁鋼板，上述成分組成是以質量％計含有C：0.005％以下、Si：超過3.5％且4.5％以下、Mn：0.01％～0.10％、Al：0.005％以下、Ca：0.0010％～0.0050％、S：0.0030％以下、N：0.0030％以下，且滿足Ca/S：0.80以上，剩余部分為Fe和不可避免的雜質。
【專利說明】高強度電磁鋼板及其制造方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無方向性電磁鋼板，特別涉及一種適合用于以渦輪發(fā)電機、電動 汽車、混合動力汽車的驅動電機以及機床用電機等高速旋轉機器的轉子為典型例的被附加 大的應力的部件的、高強度且具有優(yōu)異的磁特性的高強度電磁鋼板及其制造方法。

【背景技術】
[0002] 近年來，由于電機的驅動系統(tǒng)的發(fā)展，驅動電源的頻率控制成為可能，可變速運轉 或進行商用頻率以上的高速旋轉的電機逐漸增加。在這樣的進行高速旋轉的電機中，作用 于轉子這樣的旋轉體的離心力與旋轉半徑成比例，與旋轉速度的平方成比例增大，因此尤 其是作為中?大型的高速電機的轉子材料，需要高強度材料。
[0003]另外，近年來，在混合動力汽車的驅動電機、壓縮機電機等中的使用越來越多的永 磁型DC變頻器控制電機中，在轉子外周部設置狹縫埋設磁鐵。因此，由于電機高速旋轉時 的離心力，應力集中在窄的橋部（轉子外周與狹縫間的部分等）。并且，因電機的加減速運 轉或振動而應力狀態(tài)發(fā)生變化，因此轉子所使用的芯材料需具有高強度和高疲勞強度。
[0004] 此外，在高速旋轉電機中，因高頻磁通量產(chǎn)生渦流，電機效率下降，并且產(chǎn)生發(fā)熱。 若該發(fā)熱量增多，則埋入轉子內(nèi)的磁鐵減磁，因此還要求高頻區(qū)的鐵損低。
[0005] 因此，作為轉子用材料，迫切期望一種磁特性優(yōu)異且高強度的電磁鋼板。
[0006] 其中，作為鋼板的強化方法，已知有固溶強化、析出強化、細晶強化和多相強化等， 但這些強化方法中的大部分會使磁特性劣化，因此一般而言兼得強度和磁特性極其困難。
[0007] 在這樣的狀況下，提出了幾種具有高強度的電磁鋼板。
[0008] 例如，專利文獻1中，提出了將Si含量提高至3. 5?7.0%，并且為了固溶強化而 添加Ti、W、Mo、Mn、Ni、Co和A1等元素以實現(xiàn)高強度化的方法。
[0009] 另外，專利文獻2中，提出了在上述強化法的基礎上，通過設計最終退火條件使結 晶粒徑為0. 01?5. 0mm而改善磁特性的方法。
[0010] 然而，將這些方法用于工廠生產(chǎn)時，在熱軋后的連續(xù)退火工序、其后的軋制工序等 中容易發(fā)生板斷裂等問題，存在成品率下降、不得不停止生產(chǎn)線等問題。
[0011] 對此，雖然將冷軋變?yōu)榘鍦貫閿?shù)百°〇的溫軋，則可減少板斷裂，但這樣則不僅需要 針對溫軋進行應對，而且因生產(chǎn)上的制約增大等而在工序管理上也會有較大問題。
[0012] 另外，專利文獻3中提出了對于Si含量為2.0?3. 5%的鋼，用Mn、Ni實現(xiàn)固溶 強化的方法，專利文獻4中提出了向Si含量為2.0?4.0%的鋼中添加Mn、Ni進行固溶強 化，并且利用Nb、Zr、Ti和V等的碳氮化合物而兼得高強度和磁特性的技術，專利文獻5中 提出了對于Si含量為2. 0%以上且低于4. 0%的鋼，利用基于Nb、Zr、Ti和V等的碳氮化合 物的析出效果和細?；Ч?，兼得高強度和磁特性的技術。
[0013] 然而，這些方法中，存在大量添加Ni等高價的元素或因鑄痂等缺陷的增加導致成 品率下降而成本變高這樣的問題。另外，這些公開技術中，由于是利用碳氮化合物的析出效 果，所以還存在磁特性的劣化大這樣的問題。
[0014] 另一方面，專利文獻6中公開了對于Si :4.0?7.0%的組成，利用由與Si含量的 關系規(guī)定的特定溫度對冷軋后的鋼板進行熱處理，從而使結晶組織的再結晶率成為95%以 下，使剩余部分實質上為軋制組織，以實現(xiàn)鋼板強度的強化的技術。
[0015]根據(jù)上述的技術，例如在700°C下進行熱處理時，需要添加約5. 9%以上的Si，認 為由此可得到80kgf/mm2以上的高抗拉強度的、具有所希望的伸長率并且兼具優(yōu)異的磁特 性的實用的軟磁性材料。
[0016] 另外，專利文獻7中公開了在含有Si :0. 2?4.0%、以鐵素體相為主相的電磁鋼 板中添加Ti、Nb和Ni等，在鋼材內(nèi)部生成直徑：0. 050 y m以下的金屬間化合物，以實現(xiàn)鋼 板強度的強化的方法。該方法中，認為能夠在不損害冷軋性等的情況下可制造具有60kgf/ mm 2以上的抗拉強度和耐磨損性且磁通密度、鐵損優(yōu)異的無方向性電磁鋼板。
[0017] 此外，專利文獻8、9和10中提出了使未再結晶組織殘留在鋼板中的高強度電磁鋼 板。根據(jù)這些方法，能夠維持熱軋后的制造性且較容易得到高強度。
[0018] 然而，這些材料均有在軋制直角方向的鋼板強度不均容易變大這樣的問題點。
[0019] 因此，專利文獻11中，進一步提出了使用如下的板坯制造高強度無方向性電磁 鋼板的方法，該板坯含有Si:超過3. 5%且5. 0%以下、A1 :0. 5%以下、P :0. 20%以下、S: 0.002%?0.005%以及N:0. 010%以下，且調整組成使Mn在與S含量（質量％)的關系中 滿足（5.94父1〇-5)八5%)彡]\111%彡（4.47\1〇- 4)八5%)的關系的范圍。
[0020] 然而，上述的技術中，仍不能說鋼板強度的不均已成為實際使用上所希望的值，依 然需求一種低鐵損且高強度、并且強度的不均小的電磁鋼板。
[0021] 現(xiàn)有技術文獻
[0022] 專利文獻
[0023] 專利文獻1:日本特開昭60 - 238421號公報
[0024] 專利文獻2:日本特開昭62 - 112723號公報
[0025] 專利文獻3:日本特開平2 - 22442號公報
[0026] 專利文獻4:日本特開平2 - 8346號公報
[0027] 專利文獻5:日本特開平6 - 330255號公報
[0028] 專利文獻6:日本特開平4一337050號公報
[0029] 專利文獻7:日本特開2005 - 264315號公報
[0030] 專利文獻8:日本特開2005 - 113185號公報
[0031] 專利文獻9:日本特開2006 - 169611號公報
[0032] 專利文獻10:日本特開2007 - 186790號公報
[0033] 專利文獻11 :日本特開2010 - 90474號公報
[0034] 專利文獻12:日本特開2001 - 271147號公報
[0035] 專利文獻13:日本特開平11 一 293426號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0036] 本發(fā)明是鑒于上述實際情況進行研發(fā)的，其目的在于提出一種適合作為高速旋轉 電機的轉子材料的、穩(wěn)定地具有高強度且磁特性也優(yōu)異的電磁鋼板和其有利的制造方法。
[0037] 于是，本發(fā)明人等為了解決上述的課題，對利用了未再結晶恢復組織的高強度電 磁鋼板的機械強度進行了縝密的研宄，努力探索了發(fā)生機械強度不均的原因。
[0038] 其結果，發(fā)現(xiàn)鋼板中的未再結晶恢復組織和夾雜物的存在形態(tài)對機械強度的不均 造成很大影響，并且明確了用于在良好的制造性下得到兼得低鐵損和穩(wěn)定的高強度的電磁 鋼板的鋼組成和鋼組織的控制條件，從而完成了本發(fā)明。
[0039] 本發(fā)明是基于上述的發(fā)現(xiàn)而進行的。
[0040] 即，本發(fā)明的要素構成如下。
[0041] 1. -種電磁鋼板，其特征在于，由如下的成分組成構成：以質量％計含有C: 0.005%以下、51:超過3.5%且4.5%以下、]?11 :0.01%?0.10%、八1:0.005%以下、〇&: 0? 0010%?0? 0050%、S :0? 0030% 以下、N :0? 0030% 以下，且滿足 Ca/S :0? 80 以上，剩余部 分為Fe和不可避免的雜質，并且，板厚：0. 40mm以下，未再結晶的加工組織：10 %?70%， 拉伸強度（TS) :600MPa以上，鐵損W1Q/4(l(l:30W/kg以下。
[0042] 2.根據(jù)上述1所述的電磁鋼板，其特征在于，上述高強度電磁鋼板以質量％計 進一步含有選自Sb:0? 005 % ?0? 2%、Sn:0? 005 % ?0? 2%、P:0? 01 % ?0? 2%、Mo: 0? 005%?0? 10%、B:0? 0002%?0? 002%、Cr:0? 05%?0? 5% 中的 1 種或者 2 種以上。
[0043] 3.-種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，是由上述1或者2所述的成分組成構成 的板坯進行板坯加熱后，進行熱軋，之后卷取，接著進行熱軋板退火、酸洗后，實施冷軋或者 溫軋制成板厚：〇. 40mm以下，之后實施最終退火的一系列的工序構成的無方向性電磁鋼板 的制造方法，其中，
[0044] 將上述板坯加熱時的溫度設為1050°C?1150°C，將上述熱軋的最終熱軋結束后 的溫度設為800 °C?900 °C，將上述卷取溫度設為500 °C?650 °C，將上述熱軋板退火的溫度 設為900°C?1000°C，并且在氫：10vol%以上、露點：一 20°C以下的氣氛中，在超過650°C 且低于800°C的溫度范圍內(nèi)實施上述最終退火。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明，能夠在良好的制造性下得到高強度且低鐵損的電磁鋼板。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046] 圖1是表示Al、Mn的添加量與拉伸強度的不均的關系的圖。
[0047] 圖2是表示熱軋條件對拉伸強度的不均的影響的圖。
[0048] 圖3是表示最終退火條件對鐵損的影響的圖。
[0049] 圖4是表示Al、Mn的添加量與鐵損的關系的圖。
[0050] 圖5是表示Al、Mn的添加量與拉伸強度的不均的關系的圖。
[0051] 圖6是表示板坯加熱溫度和熱軋板退火溫度對鐵損和拉伸強度的不均造成的影 響的圖。
[0052] 圖7是表不制品板的板厚和最終退火溫度對拉伸強度和鐵損造成的影響的圖。

【具體實施方式】
[0053] 以下，對本發(fā)明進行具體說明。應予說明，以下所示的表示鋼板成分的％，在沒有 特殊說明的情況下意味著質量％。
[0054] 如上所述，作為得到高強度無方向性電磁鋼板的方式，考慮利用Nb、Zr、Ti和V等 的碳氮化合物的情況下，由于碳氮化合物等的析出物妨礙磁化鋼板時的疇壁位移，所以認 為對低鐵損的實現(xiàn)從本質上不利。
[0055] 因此，作為不利用碳氮化合物等的析出物而使鋼板高強度化的手段，本發(fā)明人等 著眼于利用未再結晶恢復組織。然而，現(xiàn)有方法中，利用未再結晶組織時，存在如下傾向：鋼 板中的未再結晶組織的存在形態(tài)的不均對機械強度的不均造成很大影響。認為這是由于最 終退火時，對于鋼組織而言，在再結晶進行的中途階段退火結束，因此鋼板的初始粒徑、析 出物的量和形態(tài)以及冷軋時的位錯導入的程度等各條件的微小差別對再結晶的進行程度 有很大影響。
[0056] 因此，認為只要能夠使上述各條件設為微觀上也沒有不均，盡量均勻，則得到的未 再結晶組織的形態(tài)會變穩(wěn)定。因此，首先對材料成分進行了研宄。
[0057] 在通常的無方向性電磁鋼板中，為了減少鐵損，大多情況下在Si的基礎上添加 Al、Mn等元素。特別是A1，因與Si同樣其電阻率增大效果大，因此積極添加。另外，Mn也 有提高電阻率的效果，并且對改善熱脆性有效，因此通常添加0. 15?0. 20%左右。
[0058] 然而，本發(fā)明人等認為對于得到本發(fā)明中作為目標的高強度，Si更有利，因此首先 對主要使用Si、輔助使用A1的成分體系進行了研宄。
[0059] 將由表1所示的成分組成構成的鋼坯，在1100°C加熱后，熱軋至2. 0mm厚的熱軋 板，對其在950°C的溫度下實施熱軋板退火。接著，酸洗后，冷軋至板厚：0.35mm，之后在 750 °C的溫度下進行最終退火。
[0060] 從這樣得到的鋼板沿軋制方向（L)和軋制直角方向（C)切取愛潑斯坦試驗片，測 定磁特性。磁特性用L+C特性（L+C的平均值）來評價。另外，沿軋制直角方向采集JIS 5 號拉伸試驗片各10片進行了拉伸試驗。
[0061] 將得到的結果示于表2。應予說明，拉伸強度的不均（以下，也稱為強度的不均或 者簡稱為不均）用標準偏差〇來評價，表2中用2 〇表示。
[0062] 表 1
[0063]

【權利要求】
1. 一種電磁鋼板，其特征在于，由如下成分組成構成：以質量％計含有C :0. 005%以 下、Si :超過 3. 5%且 4. 5% 以下、Mn :0· 01%?0· 10%、Al :0· 005% 以下、Ca :0· 0010%? 0. 0050%、S :0. 0030%以下、N :0. 0030%以下，且滿足Ca/S :0. 80以上，剩余部分為Fe和不 可避免的雜質， 并且，板厚：0.40mm以下，未再結晶的加工組織：10%?70%，拉伸強度（TS) :600MPa 以上，鐵損W1Q/4QQ:30W/kg以下。
2. 根據(jù)權利要求1所述的電磁鋼板，其特征在于，所述高強度電磁鋼板以質量％ 計進一步含有選自313:0.005%?0.2%、511 :0.005%?0.2%、？：0.01%?0.2%、]\1〇: 0· 005%?0· 10%、B :0· 0002%?0· 002%、Cr :0· 05%?0· 5% 中的 1 種或者 2 種以上。
3. -種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，是由對由權利要求1或2所述的成分組成構 成的板坯進行板坯加熱后，進行熱軋，之后卷取，接著進行熱軋板退火、酸洗后，實施冷軋或 者溫軋而制成板厚：〇. 40mm以下，之后實施最終退火的一系列的工序構成的無方向性電磁 鋼板的制造方法，其中， 將所述板坯加熱時的溫度設為1050°C?1150°C，將所述熱軋的最終熱軋結束后的溫 度設為800°C?900°C，將所述卷取溫度設為500°C?650°C，將所述熱軋板退火的溫度設為 900°C?1000°C，并且，在氫：10vol%以上、露點：一 20°C以下的氣氛中，在超過650°C且低 于800°C的溫度范圍實施所述最終退火。
【文檔編號】C22C38/00GK104520458SQ201280075133
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權日:2012年8月8日
【發(fā)明者】戶田廣朗, 中西匡, 河野雅昭, 尾田善彥 申請人:杰富意鋼鐵株式會社