无方向性电磁钢板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种无方向性电磁钢板，其特征在于，其含有C：0.005质量%以下、S：0.003质量%以下、N：0.003质量%以下、Si：2.0质量%以上且低于4.5质量%、Al：0.15质量%以上且低于2.5质量%及Cr：0.3质量%以上且低于5.0质量%，剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成，在表面侧具有厚度为0.01μm以上且0.5μm以下的含Cr氧化物的层，另外在将[Si]、[Al]、[Cr]分别规定为无方向性电磁钢板的Si含量、Al含量、Cr含量（质量%），将t规定为无方向性电磁钢板的板厚（mm）的情况下，满足10质量%≤2[Si]＋2[Al]＋[Cr]＜15质量%、（2[Al]＋[Cr]）/2[Si]－10t2≤0.35。
【专利说明】无方向性电磁钢板
【技术领域】
[0001]本发明涉及适合作为发动机铁心，特别是如电动汽车或混合动力汽车那样被高速旋转或高频驱动的发动机铁心的原材料的无方向性电磁钢板。
【背景技术】
[0002]近年来，电动汽车及混合动力汽车在广泛普及，这些汽车中所使用的驱动用发动机的高速旋转化在发展，同时利用变换器的高频驱动化在发展。为了进行高速旋转化、且高频驱动化，对于用作发动机铁心的无方向性电磁钢板一直要求降低高频铁损。
[0003]为了降低无方向性电磁钢板的高频铁损，在减小板厚的同时具备高合金化导致的高的固有电阻是有效的。可是，如果减小板厚，则钢铁厂生产率降低，发动机厂进行冲裁的成本及叠层的成本增加。而且，因薄型化而有铁心刚性下降，或固定叠层变得困难等问题。因此，根据所要求的铁损特性和成本的平衡选择制品的板厚。
[0004]在通过高合金化提高固有电阻时，一般采用S1、Al及Mn。可是，如果添加Si及Al，则有钢板硬度上升而钢板脆化、生产率劣化的问题，因此添加量具有上限。此外，在添加Mn的情况下，虽钢板的硬度的上升幅度小，但使固有电阻上升的效果与Si及Al相比为一半左右。而且，有时在热轧工序中引起热脆性的问题，因此添加量具有上限。[0005]所以，作为提高固有电阻的其它技术，例如专利文献I中公开了通过添加1.5%~20%的Cr来提高固有电阻的技术。添加Cr时的固有电阻的上升效果为与Mn相同的程度，但如果是20%以下的添加则钢板的硬度不那么提高，脆化的顾虑小。此外与Mn不同，热脆性的问题也少。
[0006]可是，认为电动汽车及混合动力汽车的驱动发动机不仅在高速行驶中使用，而且在起动时及爬坡时的低速高转矩行驶中也使用，此外在要求高效率的高频率行驶区域为它们中间的速度。因此，对于发动机铁心用的电磁钢板，不仅要求降低高频率时的铁损，而且还要求降低低频率时的铁损。
[0007]可是，
【发明者】们对上述的专利文献中公开的技术进行了详细研究，结果发现，在专利文献I的技术中，一定频率以上例如3000Hz时的铁损良好，但在例如800Hz等低频率时有伴随着Cr添加量的增加铁损劣化的问题。此外得知，铁损开始劣化的频率根据制品板厚而变化。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2001-26823号公报
[0011]专利文献2:日本特开2003-183788号公报
[0012]专利文献3:日本特开2002-317254号公报
[0013]专利文献4:日本特开2002-115035号公报
【发明内容】
[0014]发明要解决的问题
[0015]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种在宽幅的频率下铁损优良的无方向性电磁钢板。
[0016]用于解决问题的手段
[0017]因此，
【发明者】们为解决上述问题反复进行了锐意研究，结果得到了下述见识:通过使S1、Al及Cr的质量％的比与制品的板厚满足某一定的式子，可达到所希望的目的。即，本发明的要旨构成如下。 [0018](I)一种无方向性电磁钢板，其特征在于，其含有C:0.005质量％以下、S:0.003质量％以下、N:0.003质量％以下、S1:2.0质量％以上且低于4.5质量％、Al:0.15质量％以上且低于2.5质量％及Cr:0.3质量％以上且低于5.0质量％,剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成，在表面侧具有厚度为0.01 μ m以上且0.5 μ m以下的含Cr氧化物的层，而且满足以下的式I及式2。
[0019]10 质量 ％≤ 2[Si] + 2[A1] + [Cr] < 15 质量 ％ 式 I
[0020](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — IOt2 ≤ 0.35 式 2
[0021](其中，[Si]、[Al]、[Cr]分别为所述无方向性电磁钢板的Si含量、Al含量、Cr含量(质量％), t为所述无方向性电磁钢板的板厚(mm)。)
[0022](2)根据上述(I)所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其还满足以下的式3。
[0023](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — 5t2 ≤ 0.35 式 3
[0024](3)根据上述(I)所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其进一步含有Mn:0.2质量％以上且1.5质量％以下。
[0025]发明效果
[0026]根据本发明，能够提供在更宽幅的频率下铁损优良的无方向性电磁钢板。
【具体实施方式】
[0027]以下，对本发明进行详细说明。首先，对本发明中的成分组成范围的限定理由进行说明。
[0028]Si对于通过增加钢板的固有电阻、降低涡流损耗来降低高频铁损是有效的元素，将Si含量规定为2质量％以上且低于4.5质量％。低于2质量％时不能使固有电阻充分增加，不能充分得到降低铁损的效果。另一方面，Si使钢板的饱和磁通密度降低，因此如果超过4.5质量％则饱和磁通密度显著下降，无方向性电磁钢板的材料特性的指标之一即B50(励磁磁化力为5000A/m时的磁通密度)的下降显著。
[0029]Al与Si同样对于增加钢板的固有电阻、降低高频铁损是有效的元素，将Al含量规定为0.3质量％以上且低于2.5质量％。低于0.3质量％时不能充分增加固有电阻，不能充分得到降低铁损的效果。另一方面，Al使钢板的饱和磁通密度降低，因此如果超过2.5质量％则饱和磁通密度显著下降，B50的下降显著。
[0030]Cr尽管与S1、Al相比效果份额(日语原文为“効果代”)低，但对于增加钢板的固有电阻、降低高频铁损是有效的元素,将Cr含量规定为0.3质量％以上且低于5质量％。低于0.3质量％时不能充分增加固有电阻，不能充分得到降低铁损的效果。另一方面Cr使钢板的饱和磁通密度降低，因此如果超过5质量％则饱和磁通密度显著下降，B50的下降显著。[0031]此外，在3丨、41及0的质量％的关系中，要满足10质量％≤2[5丨]+2[Al] +[Cr] < 15质量%的条件。这里，[Si]、[Al]、[Cr]分别为无方向性电磁钢板的Si含量、Al含量、Cr含量(质量％)。在2 [Si] + 2 [Al] + [Cr]低于10质量％时，3000Hz的铁损过于增大。另一方面，如果超过15质量％，则钢板的饱和磁通密度显著下降，B50的下降显著。再有，将Si及Al相对于Cr的比重规定为2倍是基于采用Cr时效果份额小。
[0032]S1、Al、Cr的质量％的比:(2[A1] + [Cr])/2 [Si]相对于制品的板厚和目标频率要满足以下说明的一定的式子。本
【发明者】们进行了反复实验，结果得知:即使增加Si含量，磁滞损耗也不那么劣化，但如果增加Al及Cr的含量，则磁滞损耗急剧劣化。其结果是，发现:即使是同等的固有电阻及板厚，也就是说即使是同等的涡流损耗，如果(2[A1] + [Cr])/2[Si]的比率增大则铁损劣化，即磁滞损耗劣化。
[0033]此外，进一步的实验结 果表明，即使在磁滞损耗的比率增加的低频率的区域或高频率的区域，如果板厚减小，涡流损耗降低，则该倾向更显著。认为涡流损耗与频率的2次方和板厚的2次方成比例，磁滞损耗与频率的I次方成比例但不依赖于板厚。因此，基于实验数据导出以下的式子。
[0034](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — IOt2 ( 0.35
[0035]这里，t为制品即无方向性电磁钢板的板厚(mm)。
[0036]此外，为了在更低频率的区域(例如400Hz)使铁损良好，优选再满足以下的式子的条件。
[0037](2 [Al] + [Cr] ) /2 [Si] — 5t2 ( 0.35
[0038]C、S、N对于本发明的无方向性电磁钢板为杂质元素，越少越优选。
[0039]C是在钢板中作为碳化物析出，使晶粒的生长性或铁损劣化的元素。所以，将C含量规定为0.005质量％以下。如果超过0.005质量％则晶粒的生长性劣化，铁损劣化。为了进一步抑制磁陈化，优选规定为0.003质量％以下。下限没有特别的限定，但在通常的制造方法中使其在0.001质量％以下是困难的。
[0040]S是在钢板中作为硫化物析出，使晶粒的生长性及铁损劣化的元素。所以，将S含量规定为0.003质量％以下。如果超过0.003质量％，则晶粒的生长性劣化，铁损劣化。下限没有特别的限定，但在通常的制造方法中使其在0.0005质量％以下是困难的。
[0041]将N含量规定为0.003质量％以下。如果超过0.003质量％，则产生称为泡疤(blister)的泡状的表面缺陷。下限没有特别的限定，但在通常的制造方法中使其在0.001质量％以下是困难的。
[0042]此外，也可以根据目的含有其它元素。
[0043]在含有Mn时，优选将Mn含量规定为1.5质量％以下。Mn尽管效果份额小，也使钢板的固有电阻增加，但如果超过1.5质量％则有脆化的可能性。下限没有特别的限定，但从抑制硫化物的微细析出的观点出发，更优选为0.2质量％以上。
[0044]除此以外，为了提高磁特性等目的也可以含有众所周知的添加元素。作为此例子，也可以0.20质量％以下含有Sn、Cu、N1、Sb中的至少I种。
[0045]接着，对具有以上特征的无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。
[0046]首先，对由与以上说明的制品的成分相同的成分组成的钢水进行铸造，制作板坯，在将制作的板坯再加热后进行热轧，得到热轧板。再有，在制作板坯时也可以通过用急冷凝固法制作薄板坯，或直接铸造薄钢板来得到热轧板。
[0047]接着，对得到的热轧板进行通常的酸洗处理，然后进行冷轧，得到冷轧板。再有，也可以以提高磁特性为目的在进行酸洗处理前实施热轧板退火。热轧板退火可以是连续退火也可以是间歇退火，按可得到适合提高磁特性的晶体粒径的温度及时间进行。
[0048]冷轧通常以可逆式或串列式进行，但采用森吉米尔轧机等可逆式轧机可得到高的磁通密度，因此是优选的。此外，如果Si及Al过多则钢板脆化，因此从脆性断裂对策方面考虑也可以规定为中温轧制。然后，通过冷轧轧制到制品的板厚。从降低高频铁损的观点出发优选将其厚度规定为0.1mm~0.35mm。此外，在冷轧中，也可以夹着一次以上的中间退火。
[0049]在通过冷轧达到制品板厚后，实施成品退火。在成品退火时，为了通过再结晶使晶粒生长，充分的温度是必要的，通常在800°C~1100°C下实施。通过该成品退火，可在钢板表面形成Cr氧化层。
[0050]Cr氧化物具有薄而非常致密的结构，认为如果形成在钢板表面上则可防止其后的氧的侵入，可抑制Si及Al的内部氧化。钢板中的Si及Al容易被氧化，因此如果因高温下氧向钢板中扩散而产生内部氧化，则因妨碍磁畴壁移动而使磁滞损耗劣化。另外，如果产生内部氧化，则因存在非磁性的氧化层而使能够通过磁通的实效的截面积减少，从而提高磁通密度，也使涡流损耗劣化。此外，在高频时通过表皮效应磁通集中在钢板表层附近，因此上述影响变得更显著。
[0051]考虑到以上问题，使形成于钢板表面的Cr氧化层的厚度为0.01 μ m以上且0.5 μ m以下。在Cr氧化层的厚度低于0.01 μ m时，通过防止氧侵入来抑制Si及Al的内部氧化的效果不充分。此外，如果Cr氧化层的厚度超过0.5 μ m，则开始出现对磁特性的不良影响。为使Cr氧化层的厚度在0.01 μ m以上且0.5 μ m以下，在冷轧后的成品退火中，使其退火整体处于低氧势，同时在升温时也使其处于低氧势。例如，使升温时的300°C~500°C在P./Ph2 ^ 10 。
[0052]在成品退火后，通常涂布以绝缘为目的的皮膜，并进行烧结。皮膜只要是绝缘性的，全有机、全无机、有机质和无机质的混合中的任一种都不妨碍本发明的效果，因此没有特别的限定。
[0053]实施例
[0054]接着，对本
【发明者】们所做的实验进行说明。这些实验中的条件等是为确认本发明的可实施性及效果而采用的例子，本发明并不限定于这些例子。
[0055](实施例1)
[0056]首先，准备含有C:0.002质量％、S:0.002质量％、N:0.002质量％及Mn:0.3质量％、S1、Al、Cr为下表1所示的组成的热轧板，进行酸洗，通过冷轧得到厚0.25mm的冷轧板。接着，按表1所示的条件控制氧势，在1000°C实施成品退火，得到无方向性电磁钢板。
[0057]表1
[0058]
【权利要求】
1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于，其含有C:0.005质量％以下、S:0.003质量％以下、N:0.003质量％以下、S1:2.0质量％以上且低于4.5质量％、Al:0.15质量％以上且低于2.5质量％及Cr:0.3质量％以上且低于5.0质量％,剩余部分由Fe及不可避免的杂质组成，在表面侧具有厚度为0.01 μ m以上且0.5 μ m以下的含Cr氧化物的层，而且满足以下的式I及式2，
10 质量 ％ ( 2 [Si] + 2 [Al] + [Cr] < 15 质量 ％ 式 I
(2[Al] + [Cr] ) /2[Si] -1Ot2 ^ 0.35 式 2 其中，[Si]、[Al]、[Cr]分别为所述无方向性电磁钢板的Si含量、Al含量、Cr含量，所述含量的单位是质量％，t为所述无方向性电磁钢板的板厚，t的单位是mm。
2. 根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其还满足以下的式3，
(2[Al] + [Cr] ) /2[Si] - 5t2 ^ 0.35 式 3。
3.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于，其进一步含有Mn:0.2质量％以上且1.5质量％以下。
【文档编号】C22C38/00GK103582713SQ201280004863
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年5月31日 优先权日:2012年5月31日
【发明者】胁坂岳显 申请人:新日铁住金株式会社