電磁鋼板的制造方法
【專利摘要】對由規定成分組成構成的板坯，在板坯加熱后實施由粗軋及精軋構成的熱軋，接著，實施熱軋板退火，酸洗后，通過一次冷軋形成最終板厚，之后，實施最終退火，通過以上一系列的工序制造高強度電磁鋼板，此時，將上述粗軋中的累積軋制率設定為73.0％以上，在上述熱軋板退火工序中，在退火溫度：850℃以上且1000℃以下、退火時間：10秒鐘以上且10分鐘以下的條件下，選定熱軋板退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶粒的面積率為100％、且再結晶粒徑為80μm以上且300μm以下的退火條件，并且，在上述最終退火工序中，在退火溫度：670℃以上且800℃以下、退火時間：2秒鐘以上且1分鐘以內的條件下，選定最終退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶粒的面積率為30％以上且95％以下、且連結了的未再結晶晶粒組的軋制方向的長度為2.5mm以下的退火條件。
【專利說明】電磁鋼板的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種適合用于以渦輪發電機、電動車、混合動力車的驅動電動機、機床 用電動機等高速旋轉機械的轉子為典型例子的被附加大的應力的零件的、高強度、疲勞特 性優良且具有優良的磁特性的電磁鋼板的制造方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于電動機的驅動系統的發展，可以進行驅動電源的頻率控制，進行可變 速運轉、商用頻率以上的高速旋轉的電動機在增加。在這種進行高速旋轉的電動機中，在轉 子那樣的旋轉體上作用的離心力與旋轉半徑成比例關系，且與旋轉速度的平方成比例地變 大，因此，尤其是作為中/大型的高速電動機的轉子材料，需要為高強度。
[0003] 另外，近年來，在混合動力車的驅動電動機、壓縮機電動機等中采用增加的埋入式 磁鐵型DC逆變器控制電動機，其中在轉子外周部設置縫隙而埋設磁鐵。因此，由于電動機 高速旋轉時的離心力，應力集中在狹窄的橋部（轉子外周和縫隙之間的部分等）。而且，應 力狀態根據電動機的加減速運轉、振動而變化，因此，轉子所使用的鐵芯材料需要高強度并 且需要高的疲勞強度。
[0004] 另外，在高速旋轉電動機中，因高頻磁通而產生渦電流，電動機效率下降，并且引 起發熱。如果該發熱量變多，則被埋入轉子內的磁鐵被去磁，因此，還要求在高頻帶的鐵損 較低。
[0005] 因此，作為轉子用材料，希望磁特性優良且疲勞特性也優良的高強度的電磁鋼板。
[0006] 作為鋼板的強化方法，固溶強化、析出強化、結晶晶粒微細強化及復合組織強化等 是公知的，但由于這些強化方法大多會使磁特性劣化，因此，一般來說，強度和磁特性的兼 得是困難的。
[0007] 在這種狀況下，對于具有高張力的電磁鋼板提出了幾個方案。
[0008] 例如，在專利文獻1中提出了如下方法，S卩，將Si含量提高到3. 5?7. 0%，為了進 一步的固溶強化而添加 Ti、W、Mo、Mn、Ni、Co、A1等元素而實現高強度化。
[0009] 另外，在專利文獻2中，在上述強化法的基礎上，提出了通過改進最終退火條件而 使結晶晶粒徑為〇. 01?5. 0_，從而改善磁特性的方法。
[0010] 但是，將這些方法應用于工廠生產時，在熱軋后的連續退火工序、其后的軋制工序 等中容易產生板斷裂等麻煩，存在成品率下降、強行使生產線停止等問題。
[0011] 在這一點上，如果將冷軋設定為板溫為數百°C的溫軋，雖然可減少板斷裂，但是不 僅需要溫軋用的設備對應，而且生產上的限制變多等工序管理上的問題也較大。
[0012] 另外，在專利文獻3中提出了對Si含量為2. 0?3. 5%的鋼，用Mn、Ni實現固溶 強化的方法，但在專利文獻4中，提出了對Si含量2.0?4.0%的鋼，利用Mn、Ni的添加進 行固溶強化，再利用Nb、Zr、Ti、V等的碳氮化物來實現高強度和磁特性并存的技術。
[0013] 但是，在這些方法中，存在因大量添加 Ni等高價的元素、或鱗狀折疊等缺陷增加 造成的成品率的下降而變為高成本的問題。另外，實際情況是，對于利用這些公開技術所獲 得的材料的疲勞特性沒有做充分的研究。
[0014] 另外，作為著眼于耐疲勞特性的高強度電磁鋼板，在專利文獻5中公開了一種通 過根據Si含量為3. 3 %以下的電磁鋼板的鋼組成來控制結晶晶粒徑，從而達成350MPa以上 的疲勞極限的技術。
[0015] 但是，該方法中，疲勞極限的到達水平本身較低，不能滿足近來的要求水平，例如 疲勞極限強度：500MPa以上。
[0016] 另一方面，在專利文獻6及專利文獻7中，提出了一種在鋼板中殘留有未再結晶組 織的高強度電磁鋼板。根據這些方法，可以維持熱軋后的制造性并能夠比較容易地獲得高 強度。
[0017] 但是，
【發明者】們等對于像這樣殘留有未再結晶組織的材料，對機械性特性的穩定 性進行了評價，結果判明，存在偏差大的趨勢。即，雖然平均性地顯示出高機械性特性，但是 偏差較大，因此判明，有時即使是比較小的應力也會在短時間內發生斷裂。
[0018] 如果這種機械性特性的偏差較大，則需要使在偏離的機械性特性的范圍內最差的 機械性特性提高到需要的機械性特性。作為為此采用的一個方法，可考慮提高平均的機械 性特性，為此，殘留有未再結晶組織的材料中，需要使最終退火低溫化等而增加未再結晶組 織。由此，雖然機械性特性的偏差本身并未消除，但是通過提高機械性特性比較低的部分的 特性，可以防止斷裂等的麻煩。
[0019] 但是，在使最終退火低溫化并使未再結晶組織增加的情況下，存在鐵損增加的問 題。
[0020] g卩，如果機械性特性的偏差變大，則不可回避鐵損的增加。
[0021] 因此，使機械性特性的偏差本身減小對鐵損的減少也是有效的。
[0022] 如上所述，在迄今為止的技術中，實際情況是，在具有高強度、磁特性及制造性也 優良的高強度電磁鋼板中，廉價且穩定地提供機械強度的偏差小的材料是非常困難的。
[0023] 專利文獻1 :(日本）特開昭60 - 238421號公報
[0024] 專利文獻2 :(日本）特開昭62 - 112723號公報
[0025] 專利文獻3 :(日本）特開平2 - 22442號公報
[0026] 專利文獻4 :(日本）特開平2 - 8346號公報
[0027] 專利文獻5 :(日本）特開2001 - 234303號公報
[0028] 專利文獻6 :(日本）特開2005 - 113185號公報
[0029] 專利文獻7 :(日本）特開2007 - 186790號公報
【發明內容】
[0030] 本發明是鑒于上述實際情況而開發的，其目的在于，提供一種適合作為高速旋轉 電動機的轉子材料的、穩定地具有高強度及高疲勞特性、且磁特性也優良的電磁鋼板的有 利的制造方法。
[0031] 于是，
【發明者】們為了解決上述的課題，對有效地利用未再結晶恢復組織的高強度 電磁鋼板的機械強度、疲勞特性進行了縝密的研究，對用于減小機械強度、疲勞強度的偏差 且使制造性良好的制造條件進行了銳意研究。
[0032] 其結果發現，阻礙結晶晶粒的生長的析出物、特別是熱軋板退火后及最終退火后 的組織對機械性特性的偏差造成大的影響、及為了使制造性良好，Ca的添加是有效的。另 外發現，控制熱軋中的粗軋的累積軋制率、特別是粗軋中的最終道次的軋制率是有效的。
[0033] 本發明是立足于上述的見解的發明。
[0034] gp，本發明的主要構成如下。
[0035] 1. -種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，對于如下所述板述，在板坯加熱后實施 由粗軋及精軋構成的熱軋，接著，實施熱軋板退火，酸洗后，利用一次冷軋來形成最終板厚， 之后，實施最終退火，通過以上一系列的工序來制造高強度電磁鋼板，
[0036] 所述板坯以質量％計，含有
[0037] C :0.0050% 以下、
[0038] Si :超過 3. 5%且 5.0% 以下、
[0039] Mn :0.10% 以下、
[0040] A1 :0· 0020% 以下、
[0041] P :0.030% 以下、
[0042] N :0.0040% 以下、
[0043] S :0· 0005% 以上且 0· 0030% 以下、及
[0044] Ca :0· 0015% 以上，
[0045] 進一步含有選自Sn :0.01 %以上且0. 1 %以下和Sb :0.01 %以上且0. 1 %以下中 的一種或兩種，且余量由Fe及不可避免的雜質的成分組成構成，此時，
[0046] 將上述熱軋中的粗軋的累積軋制率設定為73. 0%以上，
[0047] 在上述熱軋板退火工序中，在退火溫度：850°C以上且1000°C以下、退火時間：10 秒鐘以上且10分鐘以下的條件下，選定熱軋板退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶 粒的面積率為100%，且再結晶粒徑為80 μ m以上且300 μ m以下的退火條件，并且，
[0048] 在上述最終退火工序中，在退火溫度：670°C以上且800°C以下、退火時間：2秒鐘 以上1分鐘以內的條件下，選定最終退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶粒的面積率 為30%以上且95%以下，且連結了的未再結晶晶粒組的軋制方向的長度為2. 5mm以下的退 火條件。
[0049] 2.如上述1所述的電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述粗軋中的最終道次的 軋制率為25%以上。
[0050] 3.如上述1或2所述的電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述最終退火后的鋼板 軋制方向截面中的再結晶晶粒的平均結晶粒徑為15 μ m以上。
[0051] 4. 一種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在所述1?3中任一項所述的高強度電 磁鋼板的制造方法中，將冷軋中的軋制率設定為80 %以上。
[0052] 發明效果
[0053] 根據本發明，能夠在良好的制造性下獲得高強度且低鐵損、并且呈穩定且高的疲 勞強度的電磁鋼板。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0054] 圖1是表示熱粗軋的軋制率對拉伸強度的影響的曲線圖；
[0055] 圖2是表示熱軋板退火溫度對拉伸強度的影響的曲線圖；
[0056] 圖3是表示未再結晶晶粒組的軋制方向長度和拉伸強度的2 〇之間的關系的曲線 圖。
【具體實施方式】
[0057] 下面，具體地說明本發明。
[0058] 本
【發明者】們首先對特性的偏差的根本性原因給予了研究。所謂特性偏差，是指在 成品鋼板內的板寬度方向或長度方向特性發生變動的情況、或在同樣的制造條件下所制造 的兩個成品的特性不同的情況。作為制造條件，例如最終退火溫度等嚴格地講不是固定的 溫度，而是在板寬度方向或長度方向產生變動，另外在不同的線圈中嚴格地講不會成為相 同的溫度。另外，板坯內的成分同樣也產生變動。
[0059] 認為這種制造條件中的溫度和成分的變動使成品的特性產生偏差。因此，為了減 小成品的特性偏差，只要減小制造條件的變動即可，但減小制造條件的變動存在限度。
[0060]
【發明者】們認為，所謂減小成品的特性偏差的制造方法，就是即使制造條件如上所 述產生變動，成品的特性也沒有偏差的方法。
[0061] 認為因如上所述的制造條件的變動，最影響中途工序中的材料的性質的是材料中 的析出物的狀態。
[0062] 析出物影響熱軋板退火、最終退火中的結晶晶粒的生長。即，影響成品板的結晶組 織。因此，在有效利用了未再結晶恢復組織的高強度電磁鋼板中，控制再結晶率極為重要， 因此認為，減小析出物的狀態的變動對減小成品的特性偏差有效。
[0063] 認為，為了減小析出物的狀態的變動，要使析出物的量增多并粗大化、或者成為幾 乎沒有析出物的狀態。
[0064] 此處，
【發明者】們選擇形成為幾乎沒有析出物的狀態。這是因為認為幾乎沒有析出 物的情況不僅對鐵損有利，而且成品板的晶粒生長性良好，所以能夠挪用作半成品材料。 [0065] 根據以上情況，
【發明者】們認為，只要使材料中的析出物減少，成品的特性偏差就會 變小，以盡可能減少硫化物、氮化物的方式，進行了基于極力減少了 Mn、Al、S、C、N的組成構 成的鋼坯的實驗。
[0066] 具體的組成為：3· 65% Si - 0· 03% Μη - 0· 0005% A1 - 0· 02% P - 0· 0019% S - 0.0018% C - 0.0019% Ν - 0.04% Sn。另外，有關成分的"％"表示只要預先沒有特 別通知，就是質量％的意思。
[0067] 但是，在將上述的鋼坯在1100°C加熱后熱軋到2. 0mm厚時，會產生局部的材料斷 裂的問題。于是，為了弄清楚斷裂的原因，對斷裂的熱軋中途材料進行了調查，結果判明，S 在裂紋部稠化。認為在S的稠化部未看到Μη的稠化，稠化的S在熱軋時變成液相的FeS，成 為斷裂的原因。
[0068] 要防止這樣的斷裂，只要減少S即可，但在制造上降低S存在限度，脫硫帶來成本 增加。另一方面，可考慮增加 Μη使S作為MnS而固定，但析出的MnS是結晶晶粒生長的抑 制力強的析出物，以在取向性電磁鋼板中被用作抑制劑。
[0069] 于是，作為該問題的解決對策，
【發明者】們考慮，是不是如果使用Ca使S形成對結晶 晶粒生長的影響力小的CaS而析出，則可以防止熱軋中的斷裂且減小成品板的特性偏差， 進行了以下的實驗。
[0070] 將由 3.71 % Si -0.03% Μη - 0.0004% A1 - 0.02% P - 0.0021 % S -0.0018% C 一 0· 0020% N - 0· 04% Sn - 0· 0030% Ca構成的鋼坯，在1KKTC下加熱后，在表1所示 的各種條件下進行熱軋到2. 0mm厚的粗軋，對所得到的熱軋板在表1所示的各種條件下實 施熱軋板退火，接著，進行酸洗后，冷軋至板厚：〇. 35mm，之后，在表1所示的溫度下進行最 終退火。需要說明的是，在該實驗的過程中調查熱軋板的外觀，但未看到裂紋的發生。
[0071] [表 1]
[0072] 表 1
[0073]
【權利要求】
1. 一種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，對于如下所述板坯，在板坯加熱后實施由 粗軋及精軋構成的熱軋，接著，實施熱軋板退火，酸洗后，利用一次冷軋來形成最終板厚，之 后，實施最終退火，通過以上一系列的工序來制造電磁鋼板， 所述板坯以質量％計，含有 C :0. 0050% 以下、 Si :超過3.5%且5.0%以下、 Μη :0. 10% 以下、 Α1 :0· 0020% 以下、 Ρ :0. 030% 以下、 Ν :0. 0040% 以下、 S :0. 0005%以上且0. 0030%以下、及 Ca :0· 0015% 以上， 進一步含有選自Sn :0.01 %以上且0. 1 %以下和Sb :0.01 %以上且0. 1 %以下中的一 種或兩種，且余量由Fe及不可避免的雜質的成分組成構成，此時， 將上述粗軋中的累積軋制率設定為73. 0%以上， 在上述熱軋板退火工序中，在退火溫度：850°C以上且1000°C以下、退火時間：10秒鐘 以上且10分鐘以下的條件下，選定熱軋板退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶粒的 面積率為100 %，且再結晶粒徑為80 μ m以上且300 μ m以下的退火條件，并且， 在上述最終退火工序中，在退火溫度：670°C以上且800°C以下、退火時間：2秒鐘以上 且1分鐘以內的條件下，選定最終退火后的鋼板軋制方向截面中的再結晶晶粒的面積率為 30%以上且95%以下，且連結了的未再結晶晶粒組的軋制方向的長度為2. 5mm以下的退火 條件。
2. 如權利要求1所述的電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述粗軋中的最終道次的 軋制率為25%以上。
3. 如權利要求1或2所述的電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述最終退火后的鋼板 軋制方向截面中的再結晶晶粒的平均結晶粒徑為15 μ m以上。
4. 一種電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在權利要求1?3中任一項所述的電磁鋼板 的制造方法中，將冷軋的軋制率設定為80 %以上。
【文檔編號】H01F1/16GK104160043SQ201380010606
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年2月21日 優先權日:2012年2月23日
【發明者】中西匡, 財前善彰, 尾田善彥, 戶田廣朗 申請人:杰富意鋼鐵株式會社