磁特性优异的无取向性电磁钢板的制作方法

本发明涉及一种无取向性电磁钢板，具体而言，涉及磁特性优异的无取向性电磁钢板。

背景技术：

无取向性电磁钢板是作为旋转器等的铁芯材料而广泛使用的软磁性材料的一种。近年来，在节能的潮流中，对提高电气设备的效率及小型和轻量化等的要求提高，对于铁芯材料的磁特性的提高变得愈发重要。

无取向性电磁钢板通常通过对含有硅的钢材(扁钢坯)进行热轧，并根据需要进行热轧板退火、冷轧、最终退火而制造。为了实现优异的磁特性，认为在最终退火后的阶段需要得到对磁特性优选的织构，为此热轧板退火是必需的。

但是，追加热轧板退火的工序不仅会延长制造天数，而且还存在导致制造成本升高的问题。特别是，最近，伴随着对于电磁钢板的需求的增加，开始重视生产率的提高及制造成本的降低，正在积极地进行省略热轧板退火的技术的开发。

作为省略热轧板退火的技术，例如，专利文献1中公开了下述技术，其通过将S量降低至0.0015质量％以下而提高晶粒生长性，并添加Sb和Sn而抑制表层的氮化，进而在热轧时进行高温卷取，由此可以使对磁通密度产生影响的热轧板的结晶粒径粗大化，实现磁特性的提高。

另外，在专利文献2中公开了一种关于无取向性电磁钢板的制造方法的技术，其通过控制合金成分元素，将热轧条件最佳化，使用钢的相变来控制热轧织构，由此即便不进行热轧板退火也可以降低铁损，提高磁通密度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-273549号公报

专利文献2：日本特表2008-524449号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

但是，专利文献1中公开的技术需要将S量降低至极微量，因而制造成本(脱硫成本)升高。另外，在专利文献2的技术中，钢成分或热轧条件的限制多，具有实际上难以制造的问题。

本发明是鉴于现有技术所存在的上述问题而进行的，其目的在于廉价地提供即便省略热轧板退火也具有优异的磁特性的无取向性电磁钢板。

用于解决课题的方案

发明人为了解决上述课题，着眼于钢材中不可避免地包含的杂质对磁特性所产生的影响，进行了反复深入的研究。结果发现，在不可避免的杂质中，特别是通过将Ga降低至极微量，或者进一步将Al降低至极微量，从而即便在省略了热轧板退火的情况下也能够大幅提高磁通密度及铁损，由此完成了本发明。

即，本发明涉及一种无取向性电磁钢板，其具有下述成分组成，该成分组成含有C：0.01质量％以下、Si：6质量％以下、Mn：0.05质量％～3质量％、P：0.2质量％以下、Al：2质量％以下、N：0.005质量％以下、S：0.01质量％以下和Ga：0.0005质量％以下，余部由Fe和不可避免的杂质构成。

本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，Al的含量为0.005质量％以下。

另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，除了上述成分组成以外，进一步含有选自Sn：0.01质量％～0.2质量％和Sb：0.01质量％～0.2质量％中的1种或2种。

另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，除了上述成分组成以外，进一步含有选自Ca：0.0005质量％～0.03质量％、REM：0.0005质量％～0.03质量％和Mg：0.0005质量％～0.03质量％中的1种或2种以上。

另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，除了上述成分组成以外，进一步含有选自Ni：0.01质量％～2.0质量％、Co：0.01质量％～2.0质量％、Cu：0.03质量％～5.0质量％和Cr：0.05质量％～5.0质量％中的1种或2种以上。

发明的效果

根据本发明，可以制造一种即便省略热轧板退火、磁特性也优异的无取向性电磁钢板，因而能够廉价且缴纳期短地提供磁特性优异的无取向性电磁钢板。

附图说明

图1是示出Ga含量对磁通密度B₅₀所产生的影响的曲线图。

图2是示出Al含量对磁通密度B₅₀所产生的影响的曲线图。

具体实施方式

首先，对作为开发本发明的契机的实验进行说明。

<实验1>

发明人为了开发出即便省略热轧板退火、磁特性也优异的无取向性电磁钢板，对作为不可避免的杂质的Ga的含量对磁通密度所产生的影响进行了调查。

以含有C：0.0025质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.25质量％、P：0.01质量％、N：0.002质量％、S：0.002质量％并以0.2质量％和0.002质量％的2个水准含有Al的成分体系为基础，并且在痕量～0.002质量％的范围对Ga进行各种变化而添加至其中，将所得到的钢在实验室熔解、铸造而制成钢块，并进而热轧而制成板厚为3.0mm的热轧板后，实施卷取温度与750℃相当的热处理。接着，不对上述热轧板实施热轧板退火而进行酸洗、冷轧，制成板厚为0.50mm的冷轧板后，在20体积％H₂-80体积％N₂气氛下实施1000℃×10秒的最终退火。

对于如上所述得到的最终退火后的钢板的磁通密度B₅₀，利用25cm爱泼斯坦装置进行测定，将其结果示于图1。

由该结果可知，Ga的含量为0.0005质量％以下时，磁通密度B₅₀急剧地提高；并且，关于上述Ga降低引起的磁通密度提高效果，与Al的含量为0.2质量％相比，在为0.002质量％时效果更大。

<实验2>

因此，发明人进行了调查Al含量对磁通密度所产生的影响的实验。

以含有C：0.0025质量％、Si：3.0质量％、Mn：0.25质量％、P：0.01质量％、N：0.002质量％、S：0.002质量％并进一步将Ga降低至0.0002质量％的成分体系为基础，并且在痕量～0.01质量％的范围对Al进行各种变化而添加至其中，将所得到的钢在实验室熔解，与上述的<实验1>同样地利用25cm爱泼斯坦装置测定了最终退火后的钢板的磁通密度B₅₀。

图2中，对于上述测定结果，以Al含量与磁通密度B₅₀的关系的方式示出。由该图可知，Al的含量为0.005质量％以下时，磁通密度提高。

由上述实验的结果可知，通过将Ga的含量降低至0.0005质量％以下，进而通过使Al的含量为0.005质量％以下、并且将Ga的含量降低至0.0005质量％以下，从而能够显著地提高磁通密度。

关于通过降低Ga、Al的含量而使磁通密度大幅提高的理由，目前尚未充分明确，但推测是因为：通过降低Ga，原料的重结晶温度降低，由此热轧中的重结晶行为发生变化，热轧板的织构得到改善。特别是，关于Al为0.005质量％以下时磁通密度大幅提高的理由，认为是因为：通过降低Ga、Al，从而晶界的迁移率发生变化，对磁特性有利的晶体取向的生长得到促进。

本发明是基于上述的新见解而完成的。

接着，对本发明的无取向性电磁钢板应当具有的成分组成进行说明。

C：0.01质量％以下

C会引起制品板中的磁时效，因而限制为0.01质量％以下。优选为0.005质量％以下。

Si：6质量％以下

Si是提高钢的电阻率、对铁损降低有效的元素，因而优选含有1质量％以上。但是，若添加超过6质量％的Si，则会显著地脆化，难以进行冷轧，因而上限为6质量％。优选为1质量％～4质量％、更优选为1.5质量％～3质量％的范围。

Mn：0.05质量％～3质量％

Mn是对防止热轧时的热脆性有效的元素，因而需要含有0.05质量％以上的Mn。但是，若超过3质量％，则冷轧性降低、或者会导致磁通密度的降低，因此上限为3质量％。优选为0.05质量％～1.5质量％、更优选为0.2质量％～1.3质量％的范围。

P：0.2质量％以下

P的固溶强化能力优异，因而是对硬度调整、冲切加工性的改善有效的元素，因而可以添加P。但是，若超过0.2质量％，则脆化显著，因而上限为0.2质量％。优选为0.15质量％以下、更优选为0.1质量％以下。

S：0.01质量％以下

S是可生成MnS等硫化物、使铁损增加的有害元素，因而将上限限制为0.01质量％。优选为0.005质量％以下、更优选为0.003质量％以下。

Al：2质量％以下

Al是对提高钢的电阻率、降低涡流损耗有效的元素，因而可以添加Al。但是，若超过2.0质量％，则冷轧性降低，因而上限为2.0质量％。

然而，为了进一步享受Ga降低所引起的磁特性的提高效果，优选降低至0.005质量％以下、更优选为0.001质量％以下。

N：0.005质量％以下

N是可生成氮化物、使铁损增加的有害元素，因而使上限为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。

Ga：0.0005质量％以下

Ga即便微量也会对热轧板织构产生很大的不良影响，是本发明中最重要的元素。为了抑制上述不良影响，需要使Ga为0.0005质量％以下。优选为0.0001质量％以下。

对于本发明的无取向性电磁钢板来说，为了改善磁特性，除了上述成分以外，可以进一步在Sb：0.01质量％～0.2质量％、Sn：0.01质量％～0.2质量％的范围含有选自Sn和Sb中的1种或2种。

Sb和Sn均可改善制品板的织构，因此是对磁通密度的提高有效的元素。上述效果在添加0.01质量％以上时获得。但是，若超过0.2质量％，则上述效果饱和。由此，在添加上述元素的情况下，优选分别为0.01质量％～0.2质量％的范围。更优选为Sb：0.02质量％～0.15质量％、Sn：0.02质量％～0.15质量％的范围。

对于本发明的无取向性电磁钢板来说，除了上述成分以外，可以进一步在Ca：0.0005质量％～0.03质量％、REM：0.0005质量％～0.03质量％、Mg：0.0005质量％～0.03质量％的范围含有选自Ca、REM和Mg中的1种或2种以上。

Ca、REM和Mg均可固定S，抑制硫化物的微细析出，因而是对铁损降低有效的元素。为了得到该效果，需要分别添加0.0005质量％以上。但是，在添加超过0.03质量％时，上述效果也达到饱和。由此，在添加Ca、REM和Mg的情况下，优选分别为0.0005质量％～0.03质量％的范围。更优选分别为0.001质量％～0.01质量％的范围。

另外，对于本发明的无取向性电磁钢板来说，除了上述成分以外，可以进一步在Ni：0.01质量％～2.0质量％、Co：0.01质量％～2.0质量％、Cu：0.03质量％～5.0质量％、Cr：0.05质量％～5.0质量％的范围含有Ni、Co、Cu和Cr中的1种或2种以上。

Ni、Co、Cu和Cr均可增加钢的电阻率，因此是对铁损降低有效的元素。为了得到该效果，优选Ni、Co分别添加0.01质量％以上，Cu添加0.03质量％以上，Cr添加0.05质量％以上。但是，在Ni、Co添加超过2.0质量％、另外Cu、Cr添加超过5.0质量％时，合金成本升高。由此，在添加Ni、Co的情况下，为0.01质量％～2.0质量％的范围，在添加Cu的情况下，为0.03质量％～5.0质量％的范围，在添加Cr的情况下，为0.05质量％～5.0质量％的范围。更优选为Ni：0.03质量％～1.5质量％、Co：0.03质量％～1.5质量％、Cu：0.05质量％～3.0质量％和Cr：0.1质量％～3.0质量％的范围。

对于本发明的无取向性电磁钢板来说，除了上述成分以外的余部为Fe和不可避免的杂质。但是，只要是在不损害本发明的效果的范围内，也不拒绝含有其它成分。

接着，对本发明的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。

对于本发明的无取向性电磁钢板，只要使用Ga和Al的含量在上述范围内的钢材作为其制造中所用的钢材，则可以使用公知的无取向性电磁钢板的制造方法来进行制造，例如可以采用以下的方法进行制造：利用转炉或电炉等对钢进行熔炼，进而通过用真空脱气设备等进行二次精炼的精炼工艺调整为上述成分组成，对于调整后的钢，利用铸锭-开坯法或连续铸造法制成钢材(扁钢坯)后，进行热轧、酸洗、冷轧、最终退火，并涂布/烧结绝缘覆膜。

需要说明的是，本发明的无取向性电磁钢板的制造方法即便省略热轧后的热轧板退火也可以得到优异的磁特性，但也可以实施热轧板退火，此时的均热温度也优选为900℃～1200℃的范围。这是因为，均热温度小于900℃时，无法充分得到热轧板退火的效果，因而无法得到进一步提高磁特性的效果。另一方面，若超过1200℃，则热轧板的粒径变得过于粗大，在冷轧时有可能引起破裂或断裂，而且在成本方面也不利。

另外，从热轧板制成制品板厚(最终板厚)的冷轧板的冷轧可以为1次或夹着中间退火的2次以上。特别是对于制成最终板厚的最终冷轧而言，板温升温至200℃左右的温度进行的温轧对磁通密度的提高效果显著，因此只要在设备上、生成制约上、成本上没有问题，则优选为温轧。

优选的是，对制成最终板厚的冷轧板所实施的最终退火为以900℃～1150℃的温度进行5秒～60秒的均热的连续退火。这是因为，均热温度小于900℃时，无法充分进行重结晶，无法得到良好的磁特性。另一方面，超过1150℃时，晶粒粗大化，特别是在高频区域的铁损增加。

对于上述最终退火后的钢板，之后为了提高层间电阻、降低铁损，优选在钢板表面覆盖形成绝缘覆膜。特别是，在希望确保良好的冲切性的情况下，优选应用含有树脂的半有机绝缘覆膜。

对于覆盖形成了绝缘覆膜的无取向性电磁钢板来说，使用者可以在进一步实施去应力退火后使用，也可以不实施去应力退火而直接使用。另外，也可以在使用者实施了冲切加工后实施去应力退火。需要说明的是，上述去应力退火通常以750℃×2小时左右的条件进行。

实施例

在转炉-真空脱气处理的精炼工艺中，对具有表1所示的成分组成的No.1～31的钢进行熔炼，利用连续铸造法制成扁钢坯后，将该扁钢坯于1140℃加热1小时，之后通过使热轧结束温度为900℃的热轧制成板厚为3.0mm的热轧板，并在750℃的温度下卷取成卷状。接下来，不实施热轧板退火而对上述卷进行酸洗，之后通过1次冷轧制成板厚为0.5mm的冷轧板，实施均热条件为1000℃×10sec的最终退火，制成无取向性电磁钢板。

从如上所述得到的钢板采集30mm×280mm的爱泼斯坦试验片，利用25cm爱泼斯坦装置测定铁损W_15/50和磁通密度B₅₀，将其结果一并记于表1中。

由表1可知，通过将钢材的成分组成控制为本发明的范围，即便省略热轧板退火也可以得到磁特性优异的无取向性电磁钢板。

【表1】