磁特性优异的无方向性电磁钢板的制作方法

本发明涉及主要用于混合动力汽车、电动汽车的驱动用马达或发电机用马达等的铁芯的、具有优异的磁特性的高磁通密度无方向性电磁钢板。

背景技术：

近年来，由于对节能需求日益增加，所以已经开始使用高效率感应马达。对于该高效率感应马达，为了提高效率，增加铁芯的层叠厚度、或者提高绕组的填充率，对用于铁芯的电磁钢板正在进行从现有的低等级材料向铁损更低的高等级材料的变更。

另外，对于用于上述感应马达的铁芯材料而言，为了具有低铁损，还要降低激磁有效电流来降低铜损，而要求在设计磁通密度下的激磁有效电流较低。为了降低激磁电流而提高芯材的磁通密度是有效的。

另外，对于近年来迅速普及的混合动力汽车、电动汽车所使用的驱动用马达、发电机用马达，由于必须设置在车辆内的有限空间，并且为了降低车辆重量，而强烈期望小型化。因此，上述驱动用马达、发电机用马达通过进行驱动电源的基于频率控制的可变速运转、在工业频率以上进行高速旋转而实现马达的小型化，但要求即使小型化也能够充分发挥性能这样高输出化、高转矩化及高频率下的高效率化。因此，对于这样的马达的铁芯所使用的电磁钢板，强烈要求磁通密度高、铁损低。

作为提高磁通密度的电磁钢板，例如，专利文献1中公开了在Si为4质量％以下的钢中添加0.1～5质量％的Co的无方向性电磁钢板。另外，专利文献2中提出了将P的含量设为0.07～0.20质量％、Si的含量设为0.17～3.0质量％，以冷却速度慢的箱式退火进行热轧板退火，在最终退火时控制集合组织从而实现高磁通密度化的技术。另外，专利文献3中提出了将Al的含量设为0.017质量％以下来实现高磁通密度化的方法。另外，专利文献4中提出了作为除上述以外的元素，添加Sb、Sn进行高磁通密度化的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2000-129410号公报

专利文献2:日本专利第3870893号公报

专利文献3:日本专利第4126479号公报

专利文献4:日本专利第2500033号公报

技术实现要素：

然而，由于Co是非常昂贵的元素，所以专利文献1中公开的技术用于一般的马达时，存在成本显著增加的问题。另外，对于专利文献2中公开的技术，将该方法用于实际生产时，在轧制工序等经常发生断裂等操作故障，存在不得已使生产率降低、合格率降低的问题。另外，如果热轧板退火为箱式退火，则与连续退火相比，还存在制造成本增加的问题。另外，专利文献3中公开的技术中，如果室温下进行1次冷轧，则无法稳定得到充分的磁通密度提高效果。该问题通过采用隔着中间退火的2次以上的冷轧、板温为200℃左右的温轧，能够实现一定程度的改善。但是，隔着中间退火的2次以上的冷轧存在制造成本上升等问题，另外温轧存在需要与其对应的设备、工序管理而制约性大等问题。另外，专利文献4中公开的技术由于在热轧后需要实施轻冷轧，因此存在制造成本上升的问题。

根据这样的背景，期望在不会导致成本显著提高的情况下，开发出磁通密度高且铁损低的电磁钢板。

本发明是鉴于现有技术的上述问题点而开发的，其目的在于廉价且稳定地提供高磁通密度且低铁损的无方向性电磁钢板。

发明人等为了解决上述课题，着眼于材料的成分组成进行深入研究。其结果发现，通过在降低Al且添加了P的钢中进一步添加适量的Ti，能够稳定地得到高磁通密度且低铁损的无方向性电磁钢板，从而开发出本发明。

即，本发明是无方向性电磁钢板，其特征在于，含有：C：0.01质量％以下、Si：1.3～5.0质量％、Mn：0.001～3质量％、sol.Al：0.004质量％以下、P：0.03～0.20质量％、S：0.005质量％以下、N：0.005质量％以下、Ti：超过0.0020质量％且为0.1质量％以下，剩余部分为Fe和不可避免的杂质。

本发明的无方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：0.001～0.1质量％和Sb：0.001～0.1质量％中的1种或2种。

另外，本发明的无方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：0.001～0.02质量％和Mg：0.001～0.02质量％中的1种或2种。

另外，本发明的无方向性电磁钢板的特征在于，板厚为0.1～0.3mm。

根据本发明，能够廉价且稳定地提供铁损特性优异的高磁通密度无方向性电磁钢板，因此可以适于用作高效率感应马达、要求高转矩的混合动力汽车和电动汽车的驱动马达、要求高发电效率的高效率发电机的铁芯材料。

附图说明

图1是表示P的含量对最终退火后的磁通密度B₅₀的影响的图。

图2是表示Ti的含量对最终退火后的磁通密度B₅₀的影响的图。

具体实施方式

对成为开发本发明的契机的实验进行说明。

＜实验1＞

首先，为了调查P对磁通密度的影响，在具有C：0.002质量％、Si：3.1质量％、Mn：0.2质量％、Al：0.001质量％、N：0.002质量％以及S：0.002质量％的成分组成的Al减量钢，和具有C：0.002质量％、Si：2.7质量％、Mn：0.2质量％、Al：0.30质量％、N：0.002质量％及S：0.002质量％的成分组成的Al添加钢中，使P的添加量在0.01～0.16质量％的范围变化，在实验室将如上得到的钢熔解，制得钢锭，然后加热至1100℃的温度后，进行热轧，制得板厚1.6mm的热轧板。接着，对上述热轧板实施980℃×30秒的热轧板退火后进行酸洗，冷轧而制得板厚0.20mm的冷轧板，其后，实施1000℃×10秒的最终退火，制得冷轧退火板。

从如此得到的冷轧退火板以长度方向为轧制方向(L方向)和与轧制方向成直角方向(C方向)的方式从各个方向取得宽度30mm×长度280mm的试验片，用JIS C2550中记载的25cm爱普斯坦法测定磁通密度B₅₀，将其结果以与P的含量的关系的形式示于图1。由图1可知，Al添加钢即使增加P的含量，也看不出磁通密度的提高，但是Al减量钢通过增加P的含量而提高了磁通密度。

如上所述，关于Al减量钢随着P含量的增加而磁通密度提高的理由，现在尚不明确，但可以认为因为不含有Al，所以Al与P之间的某些相互作用消失而促进P在晶界的偏析，该P的偏析影响再结晶而改善集合组织。

＜实验2＞

接下来，为了调查添加P的钢的制造稳定性，装料10次含有C：0.002质量％、Si：3.1质量％、Mn：0.2质量％、P：0.06质量％、Al：0.001质量％、N：0.002质量％和S：0.002质量％的Al减量钢并出钢，进行热轧而制得板厚1.6mm的热轧板。接着，对这些热轧板实施980℃×30秒的热轧板退火，酸洗，进行冷轧而制得板厚0.20mm的冷轧板，之后实施1000℃×10秒的最终退火而制得冷轧退火板。

对如上得到的冷轧退火板，与上述同样地测定磁通密度B₅₀后，可知测定结果有很大偏差。因此，用扫描式电子显微镜(SEM)观察磁通密度低的钢板的截面，结果看到在晶界有大量微细氮化物析出。

根据该结果，认为磁通密度产生偏差的原因在于微细的氮化物。即，对于通常的Al添加钢，AlN粗大地析出，即使在高温下也不会完全固溶，稳定地保持析出状态。但是，在Al减量钢中因为Al少，所以微细的氮化物(AlN)增加，在微细的AlN析出物与基底铁的界面P发生偏析，而在晶界偏析的P的有效量减少，无法充分获得磁通密度的提高效果，认为这是一个原因。对于Al减量钢，由于Al含量低，所以Al含量的微小变动也使Al含量的相对偏差量变大，并且微细的AlN析出物在退火时解离而固溶，退火温度的变动也对AlN析出物的状态有影响，因而认为磁通密度产生偏差。

＜实验3＞

因此，发明人等为了实现微细的氮化物的粗大化，对Ti的添加效果进行调查。

将具有C：0.001质量％、Si：3.2质量％、Mn：0.2质量％、P：0.06质量％、Al：0.001质量％、N：0.002质量％和S：0.001质量％的成分组成、且使Ti添加量在0.0014～0.0050质量％的范围变化的钢在实验室熔解而制得钢锭后，加热至1100℃，之后热轧，制得板厚1.6mm的热轧板。

接着，对上述热轧板实施1020℃×30秒的热轧板退火后进行酸洗，冷轧制得板厚0.20mm的冷轧板，其后，实施1000℃×10秒的最终退火，制得冷轧退火板。

从如上得到的冷轧退火板与上述实验同样地取得宽度30mm×长度280mm的试验片，用爱普斯坦法测定磁通密度B₅₀，将其结果以与Ti含量的关系的形式示于图2。由图2可知，如果Ti的添加量超过0.0020质量％，则磁通密度提高。

在此，关于由添加上述Ti而带来的磁特性(磁通密度)提高效果，考虑如下。

对于Al添加钢，N与大量的Al结合而主要以AlN的形式粗大地析出，另一方面，Ti主要以微细的TiC的形式析出。因此，从磁特性的观点考虑，在Al添加钢中，可以说Ti含量越少越优选。

另一方面，对于低Al钢(Al减量钢)，Ti以TiN形式析出。此时，Ti含量为少量时，TiN虽微细地析出，但如果添加规定量以上的Ti，则Al含量少，因此氮化物主要形成TiN而粗大地析出。其结果，认为抑制AlN在晶界微细析出，而促进P在晶界的析出，结果磁通密度提高。

本发明是基于上述见解而得到的。

接下来，对本发明的无方向性电磁钢板的成分组成的限定理由进行说明。

C：0.01质量％以下

C是使铁损劣化的有害元素，因而越少越优选。如果C超过0.01质量％，则铁损增加显著，因此C的上限设为0.01质量％。优选为0.005质量％以下。应予说明，对于下限，以为C越少越优选，所以没有特别限定。

Si：1.3～5.0质量％

Si通常作为钢的脱氧剂而添加，但在电磁钢板中，具有提高电阻而降低高频率下的铁损的效果，因此是重要的元素，为了得到这种效果，需要添加1.3质量％以上。但是，如果超过5.0质量％，则冷轧中发生龟裂，制造性降低，此外磁通密度也降低，因此其上限设为5.0质量％。优选为1.5～4.0质量％的范围。更优选为1.6～3.7质量％的范围。

Mn：0.001～3质量％

Mn具有改善钢的热加工性，防止表面缺陷的产生的作用。另外，没有像Si或Al那样的效果，但具有增加电阻而降低铁损的效果。因此，添加0.001质量％以上的Mn。另一方面，如果Mn含量增多，则磁通密度、饱和磁通密度降低，因此Mn含量的上限设为3质量％。优选为0.01～2质量％的范围。更优选为0.05～1质量％的范围。

Al：0.004质量％以下

Al有减少时改善最终退火板的集合组织、提高磁通密度的效果。另外，为了得到由添加P带来的磁通密度提高效果，必须减少Al。但是，如果Al超过0.004质量％，则得不到P的添加效果。因此，Al的上限设为0.004质量％。优选为0.003质量％以下。应予说明，对于下限，因为Al越少越优选，所以没有特别限定。

N：0.005质量％以下

N生成氮化物而使磁特性劣化，因此限制在0.005质量％以下。优选为0.003质量％以下。对于下限，因为越小越优选，所以没有特别限定。

P：0.03～0.20质量％

P是本发明的重要元素之一，如图1所示，在Al减量钢中具有在晶界偏析而提高磁通密度的效果。上述效果在添加0.03质量％以上时可获得。另一方面，如果P超过0.20质量％，则难以进行冷轧。因此，在本发明中，将P的添加量设为0.03～0.20质量％的范围。优选为0.05～0.15质量％的范围。

S：0.005质量％以下

S是形成析出物、夹杂物而使制品的磁特性劣化的元素，所以越少越优选。因此，为了不使磁特性劣化，将S的上限设为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。应予说明，对于下限，因为越小越优选，所以没有特别限定。

Ti：超过0.0020质量％且为0.1质量％以下

Ti与N结合而形成粗大的TiN，抑制Al成为AlN微细地析出，从而有提高磁通密度的效果。Ti为0.0020质量％以下时，得不到上述效果，另一方面，超过0.1质量％的添加产生称为起皮(ヘゲ)的表面缺陷，导致制造性、成品率降低。因此，Ti设为超过0.0020质量％且为0.1质量％以下的范围。优选为超过0.0020质量％且为0.05质量％以下的范围，更优选为0.0030～0.01质量％的范围。

本发明的无方向性电磁钢板除了上述必需成分以外，可以在下述范围含有选自Sn、Sb、Ca和Mg中的1种或2种以上。

Sn：0.001～0.1质量％

Sn是在晶界偏析的元素，但对P的偏析的影响小，甚至具有促进晶粒内的变形带的形成，提高磁通密度的效果。上述效果通过添加0.001质量％以上而得到。另一方面，超过0.1质量％的添加使钢脆化，增加制造工序中的板断裂、起皮等表面缺陷。因此，添加Sn时，优选0.001～0.1质量％的范围。更优选为0.01～0.05质量％的范围。

Sb：0.001～0.1质量％

Sb是与Sn同样在晶界偏析的元素，但对P的偏析的影响小，甚至具有通过抑制退火时的氮化而提高磁特性的效果。上述效果通过添加0.001质量％以上而获得。另一方面，超过0.1质量％的添加使钢脆化而增加在制造工序的板断裂、起皮等表面缺陷。因此，添加Sb时，优选为0.001～0.1质量％的范围。更优选为0.01～0.05质量％的范围。

Ca：0.001～0.02质量％

Ca具有使硫化物粗大化而降低铁损的效果，因此可以添加0.001质量％以上。另一方面，即使过量添加，上述效果饱和，经济上不利，因此上限设为0.02质量％。更优选为0.002～0.01质量％的范围。

Mg：0.001～0.02质量％

Mg与Ca同样具有使硫化物粗大化而降低铁损的效果，因此可以添加0.001质量％以上。另一方面，即使过量添加，上述效果饱和，经济上不利，因此上限设为0.02质量％。更优选为0.002～0.01质量％的范围。

本发明的无方向性电磁钢板中的上述成分以外的剩余部分为Fe和不可避免的杂质。但是，只要在不损害本发明的效果的范围内，并不排除其他成分的添加。

接下来，对本发明的无方向性电磁钢板的制造方法进行说明。

本发明的无方向性电磁钢板只要使用作为其材料的Al、P及Ti的含量在上述的适当范围内的钢坯，就可以使用公知的无方向性电磁钢板的制造方法，没有特别限定，例如可以采用以下方法，即，以转炉或电炉等的精炼工艺对调整为上述规定的成分组成的钢进行熔炼，用脱气设备等进行二次精炼，连续铸造而制得钢坯后热轧，根据需要进行热轧板退火，之后酸洗、冷轧，进行最终退火后，对绝缘被膜进行涂布·烧结。

在此，上述热轧的钢板(热轧板)的板厚优选为1.4～2.8mm的范围。小于1.4mm时，热轧时的轧制故障增加，另一方面，如果超过2.8mm，则冷轧压下率变得过高，会使集合组织劣化。

另外，实施热轧板退火时，均热温度优选设为900～1200℃的范围。如果小于900℃，则无法充分得到热轧板退火的效果，磁特性得不到提高，另一方面，超过1200℃时，除了成本上不利，还会产生由氧化皮引起的表面缺陷。

另外，由热轧板制得最终板厚的冷轧优选设为1次或者隔着中间退火的2次以上。特别是最终的冷轧，采用在板温为200℃左右的温度下进行轧制的温轧，提高磁通密度提高的效果显著，因此只要没有设备上、生产制约上、成本方面的问题，就优选进行温轧。

应予说明，上述冷轧板的板厚(最终板厚)优选设为0.1～0.3mm的范围。小于0.1mm时，生产率下降，另一方面，如果超过0.3mm，则铁损的降低效果小。

对形成上述最终板厚的冷轧板所实施的最终退火优选用连续退火炉于900～1150℃的温度进行均热5～60秒。均热温度小于900℃时，无法充分进行再结晶而得不到良好的磁特性，进而不能充分得到连续退火的板形状的矫正效果。另一方面，如果超过1150℃，则晶粒粗大化，尤其是高频率区域下的铁损会增加。

应予说明，由于箱式退火在生产率、制造成本方面不利，因此最终退火优选采用连续退火。

上述最终退火后的钢板为了之后降低铁损，优选在钢板表面被覆绝缘被膜。为了确保良好的冲孔性，上述绝缘被膜优选为含有树脂的有机被膜，另一方面，在重视焊接性的情况下，优选应用半有机、无机的被膜。

如上制造的无方向性电磁钢板可以不实施去应力退火而使用，或者实施了去应力退火之后使用。另外，可以在经由冲孔工序整形后实施去应力退火。这里，上述去应力退火通常在750℃×2小时左右的条件下实施。

实施例

对表1中示出的由各种成分组成构成的钢进行熔炼，连续铸造而制得钢坯后，将该钢坯在1020～1120℃的温度进行再加热，热轧而制得板厚1.6mm的热轧板，以连续退火实施均热温度1000℃、均热时间30秒的热轧板退火后，进行冷轧而制得板厚0.20mm的冷轧板。接着，对上述冷轧板实施均热温度1000℃、均热时间10秒的最终退火，之后对绝缘被膜进行涂覆，得到无方向性电磁钢板的制品钢卷。

从如此得到的无方向性电磁钢板的制品钢卷以长度方向为轧制方向(L方向)和与轧制方向成直角方向(C方向)的方式从各个方向取得宽度30mm×长度280mm的试验片，用JIS C2550中记载的25cm爱普斯坦法，测定磁化力5000A/m时的磁通密度B₅₀(T)和以磁通密度1.0T、频率800Hz进行激磁时的铁损W_10/800(W/kg)。将上述磁特性的测定结果一并记入表1中。

[表1-1]

[表1-2]

由表1可知，将钢成分控制在适于本发明的Al、P及Ti的范围的本发明例的无方向性电磁钢板与脱离上述范围的比较例的钢板相比，为高磁通密度且铁损特性优异。