无取向电磁钢板的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种高磁场范围内的铁损低的无取向电磁钢板。本发明的无取向电磁钢板具有如下化学组成，所述化学组成以质量%计包含C：0.005%以下，Si：5%以下，Al：3%以下，Mn：5%以下，S：0.005%以下，P：0.2%以下，N：0.005%以下，Mo：0.001～0.04%，Ti：0.0030%以下，Nb：0.0050%以下，V：0.0050%以下，Zr：0.0020%以下，Sb和Sn中的一种或两种：总计0.001～0.1%，其余是铁和不可避免的杂质。
【专利说明】无取向电磁钢板
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无取向电磁钢板，其具有优异的铁损特性，特别是高磁场中的铁损特性。
【背景技术】
[0002]车辆如混合动力车辆或电动车辆的电动机在启动和爬坡期间需要大扭矩。增加电动机尺寸可有效增加电动机扭矩。然而，这样做存在问题，因为其增加车辆重量并导致燃料效率降低。因此，可以将这种电动机设计成在启动和爬坡期间在非常规高磁通密度范围如
1.9~2.0T内使用。
[0003]同时，将电磁钢板冲裁加工成构成电动机转子的芯部的形状从而将其用作芯部材料。然而，由于伴随这种冲裁加工的应变的引入，铁损特性会比该加工之前更加劣化。因此，所得电动机会遭遇与基于其材料特性所预测的铁损相比更显著增加的电动机损失。作为应对这种困难的措施，可以在约750°C下进行应变消除退火2小时。另外，通过经由应变消除退火促进晶粒生长，可以预期磁特性的进一步提高。例如，日本特许3458682号公报(专利文献I)公开了通过增加Al的添加量而提高应变消除退火期间的晶粒生长性和降低铁损的技术。
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特许3458682号公报
【发明内容】
[0006](技术问题)
[0007]然而，从本发明人所做的研究揭示了，虽然应变消除退火在约1.0~约1.5T的常规磁通密度范围内降低铁损，但是其在高磁场范围内反而会导致铁损增加。因此，需要在高磁场内确保铁损稳定降低的技术。鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种特别是高磁场范围内的铁损低的无取向电磁钢板。
[0008](技术方案)
[0009]作为用于解决上述问题的深入研究的结果，本发明人发现，为了改善高磁场特性，通过添加Sn或Sb与Mo的组合能有效地抑制钢板表层上的氮化物层和氧化物层的形成。
[0010]基于上述发现作出本发明且本发明具有以下特征。
[0011][I] 一种无取向电磁钢板，包含如下化学组成:
[0012]所述化学组成以质量％计包含C:0.005%以下，Si:5%以下，Al:3%以下，Mn:5%以下，S:0.005% 以下，P:0.2% 以下，N:0.005% 以下，Mo:0.001 ~0.04%, T1:0.0030% 以下，Nb:0.0050%以下，V:0.0050%以下，Zr:0.0020%以下，Sb和Sn中的一种或两种:总计0.001~
0.1%，其余是铁和不可避免的杂质。
[0013][2]根据上述项[1]所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:[0014]Ca:0.001 ~0.01%, Mg:0.0005 ~0.005% 和 REM:0.001 ~0.05%。
[0015][3]根据上述项[I]或[2]所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含:
[0016]Cr:0.4 ~5%。
[0017][4]根据上述项[I]或[2]所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:
[0018]Ni:0.1 ~5%，Co:0.1 ~5% 和 Cu:0.05 ~2%。
[0019][5]根据上述项[3]所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:
[0020]Ni:0.1 ~5%，Co:0.1 ~5% 和 Cu:0.05 ~2%。
[0021](有益效果)
[0022]根据本发明，通过添加Sn和Sb中的一种或两种与Mo的组合，可以在抑制钢板表层上的氮化物层和氧化物层的形成的同时，制造高磁场范围内的铁损低的无取向电磁钢板。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下文将参考附图进一步描述本发明，其中:`[0024]图1是示出Sb的添加量与铁损之间的关系的图；和
[0025]图2是示出Mo的添加量与铁损之间的关系的图。
【具体实施方式】
[0026]现在将在下文中详述本发明及其特征。除非另作说明，否则关于下述钢板的元素如本文中所用的“％”是指“质量％”。
[0027]首先，将在下文中详述推导出本发明的实验结果。也就是说，为了研究Sb对磁特性的影响，通过在实验室中进行熔化和热轧而制得具有如下组成的钢样品:C:0.0015%,Si:3.3%, Al:1.0%, Mn:0.2%, S:0.0005%, P:0.01%, N:0.0020%, T1:0.0010%, Nb:0.0005%,V:0.0010%, Zr:0.0005%和Sb:在O~0.1%范围内变化；和具有如下组成的钢样品:C:0.0013%, Si:3.3%, Al:1.0%, Mn:0.2%, S:0.0006%, P:0.01%, N:0.0018%, Mo:0.005%, Ti:0.0010%, Nb:0.0005%, V:0.0010%, Zr:0.0005% 和 Sb:各自在 O ~0.1% 范围内变化。随后，对各热轧板在100%N2气氛下在1000°c下进行所得热轧板退火30秒，进一步进行冷轧至0.35mm的板厚度，之后在10%H2和90%N2的气氛下在1000°C下进行最终退火10秒，且在DX气体(H2:4%，CO:7%，CO2:8%，N2:余量)中在750°C下进行应变消除退火2小时。
[0028]图1示出了由此获得的试样的Sb添加量与W19aqci和W15/1QQ值之间的关系。在1.9T和IOOHz的条件下评价铁损特性的原因是因为，当混合动力车辆需要大扭矩时，在启动和爬坡期间一般在这些磁通密度和频率等级附近使用产品。另外，评价W15acici的原因是因为W157100是常规评价点。从图1中可以看出，特别地，添加有Mo的钢在Sb为0.001%以上时显示Wm的显著降低。另一方面，虽然添加有Mo的钢在Sb为0.001%以上时也显示W15/1QQ的降低，但是与W19/.相比，降低的幅度比较小。
[0029]然后，为了研究对于不同磁通密度水平通过添加Sb和Mo的组合而获得的效果不同的原因，用SEM分析各钢板的结构。分析的结果如下:在无Sb和Mo的各钢样品中，在钢板表层上观察到氮化物层和氧化物层；在仅添加有Sb的各钢样品中，氮化物层的形成变得轻微；此外，在添加有Sb和Mo的组合的各钢样品中，氮化物层的形成和氧化物层的形成都变得轻微。关于这些氮化物层和氧化物层导致高磁场范围内的铁损显著增加的原因作出如下假设。
[0030]也就是说，因为在约1.5T的低磁场范围内磁通密度不高，所以可以通过仅使得钢板内部的容易发生畴壁位移的晶粒磁化而使得磁通量充分通过。然而，到1.9T的高磁场范围的磁化需要全部钢板的磁化。因此，即使包含在钢板表层上形成的氮化物层和氧化物层中的晶粒的难以发生畴壁位移的晶粒也必须磁化。因此认为，因为将难以发生畴壁位移的这种晶粒磁化到高磁场范围需要更大量的能量，所以铁损增加。
[0031]认为虽然在最终退火和应变消除退火期间在钢板表层上形成氮化物层和氧化物层，但由于添加Sb而使氮化被抑制，且此外因添加Mo而使氧化被抑制，所以高磁场内的铁损显著降低。鉴于上述原因，Sb含量的下限应为0.001%。另一方面，因为Sb含量超过0.1%导致不必要的成本增加，所以Sb含量的上限应为0.1%。关于Sn也进行了类似的实验，且得到类似的结果。也就是说，结果显示Sb和Sn是等价元素。
[0032]此外，对Mo的最佳添加量进行研究。也就是说，通过在实验室中进行熔化和热轧而制得各自包含如下的钢样品:c:0.0015%, Si:3.3%，Al:1.0%，Mn:0.2%，S:0.002%, P:0.01%, N:0.0020%, Ti:0.0010%, Nb:0.0005%, V:0.0010%, Zr:0.0005%, Sb:0.005% 和 Mo:在O~0.1%范围内变化。随后，对各热轧板在100%N2气氛下在1000°c下进行热轧板退火30秒，进一步进行冷轧至0.20mm的板厚度，之后在20%?和80%N2的气氛下在1000°C下进行最终退火10秒，且在DX气体中在750°C下进行应变消除退火2小时。
[0033]图2示出了由此获得的试样的Mo添加量与Wwitltl和W15/.值之间的关系。从图2可以看出，在Mo含量为0.001%以上时W19/1QQ下降，而在Mo含量为0.04%以上时W19/增加。另一方面，W157100显示没有因添加Mo而降低铁损，而是在Mo含量为0.04%以上时铁损变为增加。为了研究在Mo含量为0.001%以上时高磁场范围内的铁损降低的原因，用SEM分析各钢板的结构。分析结果如下:在无Mo的各钢样品中，在钢板表层上观察到氮化层和氧化层的形成；而在添加有Mo的各钢样品中，未观察到氮化层和氧化层的形成。以这种方式，通过添加Sn和Mo的组合从而抑制氮化和氧化，认为这是高磁场范围内的铁损降低的原因。另一方面，当分析Mo含量为0.04%以上的钢样品的结构时，观察到基于Mo的碳氮化物。由此认为，在Mo含量为0.04%以上的各钢样品中，由于存在碳氮化物而妨碍畴壁位移，从而导致铁损增加。鉴于上述原因，Mo含量应不少于0.001%且不大于0.04%。
[0034]现在将在下文中描述各元素的限制原因。
[0035]〈C:0.005% 以下〉
[0036]从防止磁时效的观点来看，C含量应为0.005%以下。在工业上难以将C含量控制为0%，因此，通常以0.0005%以上的量含有C。
[0037]〈Si:5% 以下 >
[0038]Si是可用于增加钢板的比电阻的元素。因此，优选以1%以上的量添加Si。另一方面，Si含量超过5%导致磁通密度下降和饱和磁通密度的伴随下降。因此，Si含量的上限应为5%。[0039]〈Al:3% 以下〉
[0040]和Si —样，Al也是可用于增加钢板的比电阻的元素。因此，优选以0.1%以上的量添加Al。另一方面，Al含量超过3%导致磁通密度下降和饱和磁通密度的伴随下降。因此，Al含量的上限应为3%。
[0041]〈Mn:5% 以下〉
[0042]Mn是可用于增加钢板的比电阻的元素。因此，优选以0.1%以上的量添加Mn。另一方面，Mn含量超过5%导致磁通密度下降。因此，Mn含量的上限应为5%。
[0043]〈S:0.005% 以下〉
[0044]S是如果以超过0.005%的量添加则会因MnS析出而引起铁损增加的元素。因此，S含量的上限应为0.005%。尽管S含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将S含量控制为0%。因此，通常以0.0005%以上的量包含S。
[0045]〈P:0.2% 以下〉
[0046]P是如果以超过0.2%的量添加则会使钢板变硬的元素。因此，P优选以0.2%以下，更优选0.1%以下的量添加。尽管P含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将P含量控制为0%。因此，通常以0.01%以上的量包含P。
[0047]〈N:0.005% 以下〉
[0048]N是如果含量大则会 导致较大量的AlN析出和铁损增加的元素。因此，N含量应为0.005%以下。尽管N含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将N含量控制为0%。因此，通常以0.001%以上的量包含N。
[0049]〈Ti:0.0030% 以下 >
[0050]Ti是如果以超过0.0030%的量包含则会导致形成基于Ti的碳氮化物和铁损增加的元素。因此，Ti含量的上限应为0.0030%。尽管Ti含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将Ti含量控制为0%。因此，通常以0.0005%以上的量包含Ti。
[0051]〈Nb:0.0050% 以下〉
[0052]Nb是如果以超过0.0050%的量包含则会导致形成基于Nb的碳氮化物和铁损增加的元素。因此，Nb含量的上限应为0.0050%。尽管Nb含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将Nb含量控制为0%。因此，通常以0.0001%以上的量包含Nb。
[0053]〈V:0.0050% 以下〉
[0054]V是如果以超过0.0050%的量包含则会导致形成基于V的碳氮化物和铁损增加的元素。因此，V含量的上限应为0.0050%。尽管V含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将V含量控制为0%。因此，通常以0.0005%以上的量包含V。
[0055]〈Zr:0.0020% 以下〉
[0056]Zr是如果混入则会增强氮化物形成能力的元素。在这种情况下，即使添加Sb、Sn和Mo，也不可能以充分的方式抑制钢样品表层的氮化。这导致高磁场范围内的铁损增加。因此，Zr含量应为0.002%以下。尽管Zr含量的下限优选为0%，但是在工业上难以将Zr含量控制为0%。因此，通常以0.0005%以上的量包含Zr。
[0057]〈Sb和Sn中的一种或两种:总计0.001~0.1%>
[0058]和Sb —样，Sn是如果以0.001%以上的量添加则会防止最终退火期间的氮化并降低铁损的元素。因此，Sn含量的下限应为0.001%。另一方面，因为Sn含量超过0.1%导致不必要的成本增加，所以Sn含量的上限应为0.1%。
[0059]以下元素是添加元素。
[0060]〈Ca:0.001 ~0.01%, Mg:0.0005 ~0.005% 和 REM:0.001 ~0.05% 中的一种或多
种>
[0061]Ca是作为CaS析出以抑制微细硫化物的析出从而降低铁损的元素。为此，优选以
0.001%以上的量添加Ca。另一方面，Ca含量超过0.01%导致较大量的CaS析出，这增加而不是降低铁损。因此，Ca的上限优选为0.01%。
[0062]Mg是可用于通过将夹杂物形状控制为球形来降低铁损的元素。为此，优选以
0.0005%以上的量添加Mg。另一方面，因为Mg含量超过0.005%导致成本增加，所以Mg含量的上限优选为0.005%。
[0063]REM或稀土元素是可用于通过使硫化物粗大化而降低铁损的元素。为此，优选以
0.001%以上的量添加REM。另一方面，如果以超过0.05%的量添加REM，则由于通过添加REM所获得的效果达到饱和点，所以最终导致不必要的成本增加。因此，REM含量的上限优选为
0.05%。
[0064]〈Cr:0.4 ~5%>
[0065]Cr是可用于通过增加`比电阻而降低铁损的元素。为此，优选以0.4%以上的量添加Cr。另一方面，Cr含量超过5%导致磁通密度下降。因此，Cr含量的上限优选为5%。另外，从通过抑制在含有痕量Cr时会容易地发生的微细Cr碳氮化物的形成而提高磁特性的观点来看，更优选将Cr含量降低为0.05%以下，或在0.4~5%的范围内添加Cr。如果将Cr含量降低为0.05%以下，则Cr含量的下限优选为0%。然而，在工业上难以将Cr含量控制为0%，因此，通常以0.005%以上的量包含Cr。
[0066]此外，从提高磁特性的观点来看，还可以添加N1、Co和Cu。优选在以下范围内添加这些元素:Ni:0.1 ~5%，Co:0.1 ~5% 和 Cu:0.05 ~2%。
[0067]现在将在下文中描述制造本发明钢板的方法。在本发明中，将化学组成控制在以上规定的范围内是重要的。然而，制造条件不必限于特定条件。相反，可以根据无取向电磁钢板领域的惯例制造本发明钢板。也就是说，将钢水在转炉中进行吹炼，随后进行脱气处理，并且将其调节为具有预定化学组成，之后进行铸造和热轧。热轧期间的最终退火温度和卷取温度不必特别规定。相反，可以使用通常使用的温度。热轧之后可以是热轧板退火，但这不是必须的。然后，对热轧钢板进行一次冷轧或其间进行中间退火的两次以上冷轧，从而达到预定的板厚度，之后进行最终退火。
[0068]实施例
[0069]对通过在转炉中吹炼而获得的钢水进行脱气处理和随后的铸造以制得各自具有如表1-1和1-2中所示的化学组成的钢板坯。然后，对各钢板坯在1140°c下进行板坯加热I小时，然后热轧到2.0mm的板厚度。在此情况下，热轧最终温度为800°C，且在最终轧制之后，在610°C下对各热轧板进行卷取。在该卷取后，对各板在100%N2的气氛下在1000°C下进行热轧板退火30秒。然后，对各板进行冷轧到0.30~0.35mm的板厚度，在10%H2和90%N2的气氛下在如表2-1和2-2所示的条件下进行最终退火。然后，在最终退火后直接或在最终退火之后进行应变消除退火后对各板的磁特性进行评价。关于磁力测定，进行艾普斯坦(Epstein)测量,其中在轧制方向和横向(垂直于轧制方向的方向)上从各板切出艾普斯坦
【权利要求】
1.一种无取向电磁钢板，包含如下化学组成: 所述化学组成以质量％计包含c:0.005%以下，Si:5%以下，Al:3%以下，Mn:5%以下，S:0.005% 以下，P:0.2% 以下，N:0.005% 以下，Mo:0.001 ~0.04%, T1:0.0030% 以下，Nb:0.0050%以下，V:0.0050%以下，Zr:0.0020%以下，Sb和Sn中的一种或两种:总计0.001~0.1%，其余是铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:
Ca:0.001 ~0.01%, Mg:0.0005 ~0.005% 和 REM:0.001 ~0.05%。
3.根据权利要求1或2所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含:
Cr:0.4 ~5%ο
4.根据权利要求1或2所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:
Ni:0.1 ~5%，Co:0.1 ~5% 和 Cu:0.05 ~2%。
5.根据权利要求3所述的无取向电磁钢板，其中所述化学组成以质量％计进一步包含如下的一种或多种:
Ni:0.1 ~5%，Co:0·.1 ~5% 和 Cu:0.05 ~2%。
【文档编号】H01F1/16GK103827333SQ201280046930
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2011年9月27日
【发明者】尾田善彦, 户田广朗, 中西匡, 财前善彰 申请人:杰富意钢铁株式会社