无取向性电磁钢板及其制造方法以及马达铁芯与流程

本发明涉及无取向性电磁钢板及其制造方法以及马达铁芯，具体而言，涉及去应力退火后的磁特性优异的无取向性电磁钢板及其制造方法、以及使用该无取向性电磁钢板制作成的马达铁芯(转子铁芯、定子铁芯)。

背景技术：

随着近年来的世界性的对针对电气设备的节能化的要求高涨，对用于旋转设备的铁心(马达铁芯)的无取向性电磁钢板也要求更加优异的磁特性。另外，最近在电动车用马达等中，针对小型/高输出化的需求变得强劲，因而正在采用这样的设计：通过提高马达转速来增大马达转矩。

马达铁芯被分成定子铁芯和转子铁芯，但电动车用马达与以往的马达相比，外径更大，且作用更大的离心力，或者根据结构而在转子铁芯外周部存在1～2mm这样非常窄的部分等，因此，对由于转子铁芯的无取向性电磁钢板要求比以往更高的强度。另一方面，为了马达的小型化和节能化，要求定子铁芯是低铁损。因此，作为用于马达铁芯的钢板的特性，理想的是，在用于转子铁芯的情况下，为高强度，在用于定子铁芯的情况下，为低铁损。

如上所述，即使是在相同的马达铁芯中使用的电磁钢板，在转子铁芯和定子铁芯中，要求特性也大不相同，但在进行马达铁芯的制造时，为了提高材料成品率，希望的是：从相同的原材料钢板冲裁加工出转子铁芯件和定子铁芯件而同时采集这两者，然后，将各自的钢板进行层叠并组装到转子铁芯或定子铁芯中。

如上所述，作为制造高强度且低铁损的无取向性电磁钢板的技术，例如在专利文献1中提出了如下的方法：首先制造高强度的无取向性电磁钢板并采集转子铁芯件，之后对该钢板实施去应力退火来制造低铁损的无取向性电磁钢板，并采集定子铁芯件。在该技术中，为了促进去应力退火中的晶粒生长，使钢中含有的杂质元素(ti、s、n、v、nb、zr、as)降低到极低的水平，并且，在去应力退火前实施平整轧制。

可是，最近，存在这样的动向：从实现马达的再利用的观点出发，将使用完的马达铁芯熔解而作为铸件在马达框等中再利用。但是，由于专利文献1所公开的电磁钢板添加了al，因此具有如下问题：当对该电磁钢板进行再利用时，浇铸时的钢水粘度增大而发生缩孔。因此，在将马达铁芯作为铸件生铁进行再利用的情况下，期望实质上不添加al。

作为能够从实质上未添加al的钢板采集转子铁芯件和定子铁芯件的无取向性电磁钢板，存在专利文献2的技术。该技术是与专利文献1同样地首先制造高强度的无取向性电磁钢板来采集转子铁芯件并对剩余的钢板实施去应力退火来采集定子铁芯件的方法，但特征在于，为了促进去应力退火中的晶粒生长，限制si、mn、c、sol.al以及n的含量，并且控制阻碍晶粒生长的延展性夹设物的个数密度。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5228379号公报

专利文献2：日本特许第4718749号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在专利文献2所公开的技术中，由于将在降低铁损方面有效的si的含量限制为1.2质量％以下，因此存在无法制造出低铁损的无取向性电磁钢板这样的问题。

本发明是鉴于现有技术中存在的上述问题而完成的，其目的在于提供一种无取向性电磁钢板，并提出该无取向性电磁钢板的有利的制造方法，并且提供一种使用了该钢板的马达铁芯(转子铁芯、定子铁芯)，其中，所述无取向性电磁钢板实质上未添加al，并且使得能够从相同的原材料钢板同时采集具有高强度的转子铁芯件和具有低铁损的定子铁芯件。

用于解决课题的手段

发明者们为了解决上述课题，着眼于钢成分对强度和晶粒生长性的影响而反复进行了研究。其结果是获得了如下发现并完成了本发明：对si含量较高且实质上未添加al的无取向性电磁钢板添加规定量的p来提高去应力退火中的晶粒生长性，由此能够同时从成品退火后的钢板采集高强度的转子铁芯件并从去应力退火后的钢板采集低铁损的定子铁芯件，因此，在成品退火时使p在钢板表层发生偏析是重要的。

即，本发明是一种无取向性电磁钢板，所述无取向性电磁钢板具有如下的成分组成：含有0.005质量％以下的c、1.5质量％～6.0质量％的si、0.05质量％～2.0质量％的mn、0.03质量％～0.15质量％的p、0.005质量％以下的s、0.005质量％以下的n以及0.005质量％以下的al，其余部分由fe和不可避免的杂质构成，通过俄歇电子能谱对成品退火后的钢板表面进行分析而得到的俄歇微分光谱的120ev电子能量附近的p的峰-峰高度p120与700ev电子能量附近的fe的峰-峰高度fe700之比p120/fe700为0.02以上。

本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，所述无取向性电磁钢板除了上述的成分组成之外还含有从0.005质量％～0.2质量％的sn和0.005质量％～0.2质量％的sb中选择的一种或两种

另外，本发明的上述无取向性电磁钢板的特征在于，屈服强度为400mpa以上。

另外，本发明提出了一种无取向性电磁钢板的制造方法，对具有上面所述的成分组成的坯料进行热轧，在不实施热轧板退火的情况下、或者在实施了热轧板退火或自退火之后，进行酸洗、1次或隔着中间退火的2次以上的冷轧以及成品退火，并包覆绝缘覆膜而制造出无取向性电磁钢板，其特征在于，在氧势ph2o/ph2为0.001以上的氧化性气氛下，花费1秒～300秒进行上述成品退火中的从700℃至500℃为止的冷却。

另外，本发明是一种旋转设备的转子铁芯，其特征在于，所述旋转设备的转子铁芯是对上面的任一项所述的无取向性电磁钢板进行冲裁加工并进行层叠而成的。

另外，本发明是一种旋转设备的转子铁芯，其特征在于，所述旋转设备的转子铁芯是在对上面的任一项所述的无取向性电磁钢板进行冲裁加工后进行层叠并实施去应力退火而成的。

发明效果

根据本发明，能够制造出在成品退火后是高强度、在去应力退火后是低铁损的无取向性电磁钢板，因此能够从相同的原材料钢板同时采集具有高强度的转子铁芯件和具有低铁损的定子铁芯件，从而能够有助于提高马达铁芯的材料成品率并降低材料成本。

附图说明

图1是示出si添加量与去应力退火前后的铁损w10/400之间的关系的曲线图。

图2是示出p添加量与去应力退火前后的铁损w10/400之间的关系的曲线图。

图3是示出p添加量与成品退火后的钢板表层附近的p120/fe700之间的关系的曲线图。

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，进行了这样的的实验：该实验用于调查si对去应力退火中的晶粒生长性的影响。

实验性地使含有c：0.003质量％、mn：0.05质量％、p：0.01质量％、s：0.002质量％、n：0.002质量％、al：0.001质量％且使si的含量在0.5～4.0质量％的范围内进行各种变化而添加了该si的钢熔化并制成钢锭，然后对该钢锭进行热轧而制成板厚为2.0mm的热轧板。

接着，在对上述热轧板实施1000℃×30秒的热轧板退火之后，进行酸洗、冷轧而制成板厚为0.25mm的冷轧板，之后在氧势ph2o/ph2为0.0005的非氧化性气氛(10vol％h2-90vol％n2，露点为-50℃)下实施800℃×10s的成品退火而制成无取向性电磁钢板，之后通过25cm爱普斯坦因法测定了铁损w10/400。

接着，在n2气氛下对上述钢板实施750℃×2h的去应力退火，之后，再次利用25cm爱普斯坦因法来测定了铁损w10/400。

在图1中示出了上述去应力退火前后的铁损w10/400与si添加量之间的关系。由该图可知，在si添加量为0.5～1.5质量％时，通过去应力退火使得铁损w10/400降低，但在si添加量为1.5质量％以上时，铁损w10/400未降低。

因此，为了调查该原因，利用tem进行了去应力退火后的钢板的组织观察，在si添加量为1.5质量％以上的钢板中，在钢板表层附近观察到多个细微的si3n4的析出物，但在si添加量为0.5～1.5质量％的钢板中，没有确认到上述细微析出物。由此，判明了：在si添加量较多的钢板中，在去应力退火的过程中，从气氛浸入钢中的n与钢中的si发生反应而析出细微的si3n4，由此阻碍了晶粒生长，铁损没有得到改善。

＜实验2＞

接下来，对去应力退火中的气氛、和p添加量对晶粒生长性带来的影响进行了调查。

在实验性地使含有c：0.003质量％、si：3.0质量％、mn：0.05质量％、s：0.002质量％、n：0.002质量％、al：0.001质量％且在0.01～0.15质量％的范围内进行各种变化而添加了p的钢熔化并制成钢锭，然后，对该钢锭进行热轧而制成板厚为2.0mm的热轧板。

接着，在对上述热轧板实施1000℃×30秒的热轧板退火之后，进行酸洗、冷轧而制成板厚为0.25mm的冷轧板，之后在氧势ph2o/ph2为0.0005的非氧化性气氛(10vol％h2-90vol％n2，露点为-50℃)下实施800℃×10s的成品退火而制成无取向性电磁钢板。此时，分为下述3个条件，花费10s从700℃冷却到500℃。

·条件a：ph2o/ph2为0.0005的非氧化性气氛(10vol％h2-90vol％n2，露点为-50℃)

·条件b：ph2o/ph2为0.01的氧化性气氛(2vol％h2-98vol％n2，露点为-40℃)

·条件c：ph2o/ph2为0.5的氧化性气氛(0.1vol％h2-99.9vol％n2、露点为-30℃)

对于这样获得的成品退火后的钢板，利用25cm爱普斯坦因法测定了铁损w10/400。另外，在n2气氛下对上述钢板实施750℃×2h的去应力退火之后，再次利用25cm爱普斯坦因法测定了铁损w10/400。

在图2中示出了去应力退火前后的铁损w10/400与p添加量之间的关系。另外，由于去应力退火前的铁损w10/400与冷却时的气氛的ph2o/ph2无关地大致恒定，因此在图2中示出了ph2o/ph2为0.0005时的铁损w10/400。

由图2可知，对于以ph2o/ph2为0.0005的条件进行了冷却的钢板来说，即使实施了去应力退火，铁损也几乎没有得到改善，但是，对于以ph2o/ph2为0.01和0.5的条件进行了冷却的钢板来说，在p添加量为0.03质量％以上时，铁损大幅降低。

那么，对上述去应力退火后的钢板利用tem进行了组织观察，在p添加量不足0.03质量％的钢板中，无论ph2o/ph2为0.0005、0.01、0.5中的哪一个，都确认到了细微的si3n4的析出，但是，在ph2o/ph2为0.01、0.5且p添加量为0.03质量％以上的钢板中，没有确认到si3n4的析出。

为了调查该原因，利用俄歇电子能谱(aes)分析了成品退火后的钢板表层的p的偏析量。另外，通过俄歇微分光谱的120ev电子能量附近的p的峰(peak)-峰(peak)高度p120与700ev电子能量附近的fe的峰(peak)-峰(peak)高度fe700之比(p120/fe700)，评价了p的偏析量。这里，上述的俄歇微分光谱是对俄歇光谱进行微分而成的光谱。

在图3中示出了钢板表层附近的p120/fe700与p添加量之间的关系。由该图可知，在以ph2o/ph2为0.01、0.5的条件进行了冷却的钢板中，当p添加量为0.03质量％以上时，p在表层中变浓，p120/fe700的值超过0.02。根据该结果可以认为：在p添加量为0.03质量％以上的钢板中，通过去应力退火而降低了铁损w10/400的原因在于：利用通过成品退火而在表层中变浓的p，抑制了大气中的n向钢中的浸入，从而没有析出细微的si3n4。

这里，通过将成品退火中的冷却时的气氛设为氧化性气氛而促进了p向钢板表层的偏析的原因还未十分清楚，但可以认为是：通过设为氧化性气氛而在钢板表层中发生了脱碳，从而促进了p的偏析。

由以上的结果可知，成品退火中的p向钢板表层的偏析对于确保之后的去应力退火中的晶粒生长性来说是极其有效的。

接下来，对本发明的无取向性电磁钢板的成分组成进行说明。

c：0.005质量％以下

c是引起磁时效而使制品板的磁特性劣化的有害元素，因此在本发明中限制为0.005质量％以下。优选为0.003质量％以下。

si：1.5～6.0质量％

si是对提高钢板的固有电阻、降低铁损有效的元素。在本发明中，由于未添加作为与si同样地提高固有电阻的元素的al，因此添加1.5质量％以上的si。但是，超过6.0质量％的添加会使钢显著脆化。因此，将si设为1.5～6.0质量％的范围。优选为1.5～4.0质量％的范围。

mn：0.05～2.0质量％

为了防止热轧时的红热脆性，需要添加0.05质量％以上的mn。但是，若超过2.0质量％，则磁通密度降低，脆化也变得显著。因此，mn为0.05～2.0质量％的范围。优选为0.05～1.5质量％的范围。

p：0.03～0.15质量％

如上所述，p是对确保去应力退火中的晶粒生长性有效的元素，需要添加0.03质量％以上。但是，若超过0.15质量％，则会使钢脆化而给冷轧带来障碍。因此，p为0.03～0.15质量％的范围。优选为0.03～0.10质量％的范围。

s：0.005质量％以下

s是生成mns等硫化物而使铁损增加的有害元素，因此将上限限制为0.005质量％。优选为0.003质量％以下。

n：0.005质量％以下

n会形成氮化物而阻碍晶粒生长从而使铁损特性劣化，因此限制为0.005质量％以下。优选为0.003质量％以下。

al：0.005质量％以下

若al微量存在，则形成细微的aln而阻碍晶粒生长从而损害磁特性，因此限制为0.005质量％以下。优选为0.003质量％以下。

在本发明的无取向性电磁钢板中，上述必须的成分以外的其余部分是fe和不可避免的杂质，但可以在以下的范围内含有从sn和sb中选择的一种或两种。

sn：0.005～0.2质量％，sb：0.005～0.2质量％

sn和sb是对改善织构、提高磁通密度有效的元素。为了获得上述效果，优选至少各自添加0.005质量％以上。但是，若超过0.2质量％，则上述效果饱和。因此，在添加sn和/或sb的情况下，优选在上述范围内添加。更优选是sn：0.01～0.15质量％、sb：0.01～0.15质量％的范围。

接下来，对本发明的无取向性电磁钢板的制造方法进行说明。

关于本发明的无取向性电磁钢板，只要使用将p的含量调整到上述的适当范围内的坯料来作为钢原材，就能够利用公知的方法来进行制造。例如，能够利用如下的方法来制造：使用转炉或电炉等使钢熔化，并利用连续铸造法，将通过使用脱气设备等进行二次精炼这样的常规方法的精炼工艺而调整为上述的成分组成的钢水制成坯料，之后，进行热轧而制成热轧板，并在根据需要而实施热轧板退火之后，进行酸洗、冷轧而制成冷轧板，进行成品退火。

这里，上述热轧后的钢板(热轧板)的板厚优选为1.0～5.0mm的范围。这是因为，在板厚不足1.0mm的情况下，热轧中的轧制故障增加，另一方面，在板厚超过5.0mm的情况下，冷轧轧制率变得过高而使得织构劣化。

另外，在实施热轧板退火的情况下，均热温度优选为900～1200℃的范围。这是因为，在不足900℃的情况下，热轧板退火的效果较小从而使得磁特性没有充分提高，另一方面，若超过1200℃，在除了成本方面不利之外，还会发生氧化皮所引起的表面瑕疵。更优选为950～1050℃的范围。

另外，也可以代替热轧板退火而在热轧后灵活地利用卷绕的线圈的自退火，在这种情况下，优选使线圈卷绕温度为600℃以上。更优选为620℃以上。另外，关于卷绕温度的上限，从防止对热轧板进行酸洗时残留氧化皮的观点出发，优选为750℃以下。

另外，热轧后或热轧板退火后的冷轧优选进行一次或隔着中间退火进行两次以上。特别是，对于最终的冷轧，如果在设备上、生产限制上、成本方面上没有问题，则以提高磁通密度为目的，优选采用使板温升温到200℃左右来进行轧制的温轧。

另外，上述冷轧板的板厚(最终板厚)优选为0.1～1.0mm的范围。这是因为，在不足0.1mm的情况下，生产率降低，另一方面，在超过1.0mm的情况下，铁损的降低效果小。

在对成为上述的最终板厚的冷轧板所实施的成品退火中，优选采用在700～1100℃的温度下均热1～300秒的连续退火。在均热温度不足700℃的情况下，无法充分进行再结晶，从而无法获得良好的磁特性，除此之外，无法充分获得连续退火中的形状矫正效果。另一方面，若超过1100℃，则会使晶粒粗大化从而导致强度降低或者韧性降低。更优选的均热温度为800～1100℃，均热时间为1～100秒。另外，为了确保成品退火后的钢板强度，只要铁损容许，期望上述成品退火温度、时间尽可能为低温、短时间。

这里，如果上述连续退火的均热时的气氛为氧化性的气氛，则在钢板表层上急剧生长的氧化物阻碍晶粒生长从而使铁损劣化，因此优选是氧势ph2o/ph2为0.001以下的非氧化性气氛。更优选是氧势ph2o/ph2为0.0005以下的非氧化性气氛。

另外，为了促进p向钢板表层的偏析，需要将均热后的冷却中的气氛设置成氧势ph2o/ph2为0.001以上的氧化性气氛。优选为0.003以上。但是，若使ph2o/ph2过高，则会在钢板表面上产生被称为气体标记的氧化不均，从而导致作为商品的外观受损，因此ph2o/ph2的上限优选为5左右。

另外，上述冷却时的气氛控制需要在700℃至500℃之间进行。设定为500℃以上是因为：为了促进p的偏析，需要在表层引起脱碳，另一方面，设定为700℃以下是因为：当超过700℃的气氛为氧化性时，在钢板表层上急剧生长的氧化物会阻碍晶粒生长从而使铁损劣化。优选为650～550℃之间。

另外，需要将上述冷却所用的时间设定为1～300s的范围。这是因为，在不足1s的情况下无法进行脱碳，另一方面，若超过300s，则生产率降低。另外，为了充分进行钢板表层的脱碳以确保晶粒生长性，优选花费5s以上进行冷却。优选为5～100s的范围。

对于以上述条件进行了冷却的成品退火后的钢板，通过俄歇电子能谱对钢板表面进行分析而获得的俄歇微分光谱的120ev电子能量附近的p的峰(peak)-峰(peak)高度p120与700ev电子能量附近的fe的峰(peak)-峰(peak)高度fe700之比(p120/fe700)为0.02以上。另外，为了进一步提高去应力退火中的晶粒的生长，(p120/fe700)优选为0.03以上。

另外，如上述那样制造出的成品退火后的钢板由于添加了p而使得晶粒细微，因此具有较高的强度。因此，上述成品退火后的钢板可以直接用于转子铁芯件。这里，关于上述钢板，为了对抗马达的高速旋转的离心力，优选使屈服应力(上屈服点)为400mpa以上，更优选为420mpa以上。另外，上述屈服应力是通过下述方法而测定出的值：利用jisz2241所规定的方法对jisz2201所规定的试验片(优选是jis5号试验片)进行拉伸试验。

另外，上述成品退火后的钢板是高强度的，并且在成品退火中使添加的p在钢板表层发生了偏析，因此具有去应力退火中的晶粒生长性也优异的特性。因此，上述成品退火后的钢板通过实施去应力退火而成为低铁损的钢板，因此能够用于定子铁芯件。

接下来，对通过上述成品退火后的钢板制造马达铁芯(转子铁芯、定子铁芯)的方法进行说明。

通过冲裁加工从上述成品退火后的无取向性电磁钢板同时采集转子铁芯用和定子铁芯用的铁心件，对于转子铁芯，将进行了上述冲裁加工而成的转子铁芯件层叠、组装，由此能够获得高强度的转子铁芯，另一方面，对于定子铁芯，将进行了上述冲裁加工而成的定子铁芯件层叠、组装后实施去应力退火，由此能够获得低铁损的定子铁芯。

这里，上述去应力退火只要在常规方法的条件下进行即可，并未特别限制，但是，例如在惰性气体气氛中，优选在700～900℃×0.1～10hr的条件下进行。另外，也可以对转子铁芯实施去应力退火，但为了维持高强度，优选不实施。

对于上述成品退火后的钢板，然后，为了降低铁损，优选对钢板的表面实施绝缘涂敷。此时，为了确保良好的冲裁性，优选涂敷含有树脂的有机涂层，另一方面，在重视焊接性的情况下，优选涂敷半有机或无机涂层。

实施例

在转炉中进行吹炼并实施脱气处理而制成具有表1所示的各种成分组成的钢水，之后，利用连续铸造法来制成坯料。接着，在1140℃的温度下将上述坯料再加热1hr，进行热轧而制成板厚为2.0mm的热轧板，在对该热轧板实施1000℃×30秒的热轧板退火之后，进行酸洗、冷轧而制成板厚为0.25mm的冷轧板。接着，对上述冷轧板实施如下的成品退火而制成冷轧退火板：将均热带的气氛设置成氧势ph2o/ph2为0.0005的非氧化性气氛，在700～900℃的温度下保持10s，然后，在氧势ph2o/ph2为0.0003的非氧化性气氛下或者ph2o/ph2为0.003～3.0的氧化性气氛下，花费5～250s从700℃冷却到500℃。另外，上述制造条件的详情在表2中示出。另外，表2中的no.22是代替热轧板退火而实施了650℃×1hr的自退火的例子，另外，no.23是在热轧后未实施任何退火的例子。

然后，针对上述冷轧退火板，利用25cm爱普斯坦因试验法测定了磁特性(铁损w10/400，磁通密度b50)，并且使用jis5号试验片进行了拉伸试验并测定了屈服应力。

并且，在n2气氛下对上述冷轧退火板实施了750℃×2hr的去应力退火之后，再次利用25cm爱普斯坦因试验法测定了铁损w10/400和磁通密度b50。

【表1】

【表2】

＊)热轧后的退火；a：热轧板退火、b：自退火

将上述磁特性和拉伸试验的结果与制造条件一起在表2中示出。

根据表1和表2可知，通过以适合本发明的条件对具有适合本发明的成分组成的钢板实施成品退火，能够稳定地制造出在成品退火后是高强度且在去应力退火后是低铁损的无取向性电磁钢板，因此能够从相同的原材料钢板同时采集转子铁芯件和定子铁芯件。