无取向性电磁钢板及其热轧钢板的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动汽车、混合动力汽车的驱动用电动机、发电机用电动机等的铁芯 材料所使用的高磁通密度且低铁损的无取向性电磁钢板、以及作为其原材料的热乳钢板。
【背景技术】
[0002] 近年来，混合动力汽车、电动汽车的实用化在快速发展。对于这些汽车的驱动电动 机、发电机用电动机而言，随着驱动系统的发展，能够对驱动电源的频率进行控制，因此，为 了使电动机小型化，可变速运行、以高于商用频率的高频区域进行高速旋转的电动机正在 增加。与此相伴，从实现高效率化和高输出化的观点考虑，对于用于这样的电动机的铁芯的 无取向性电磁钢板而言，强烈地要求其高磁通密度化和在高频区域的低铁损化。
[0003] 作为降低无取向性电磁钢板的铁损的方法，以往通常使用通过增加 Si、Al、Mn等提 高电阻率的元素的添加量来降低涡流损耗的方法。但是，对于这种方法而言，存在无法避免 磁通密度降低的问题。
[0004] 因此，提出了若干提高无取向性电磁钢板的磁通密度的技术。例如，专利文献1中 提出了在C: 0.005质量％以下、Si :0.1~1.0质量％、sol. A1:小于0.002质量％的钢原材料 中添加0.05~0.200质量％范围的P，且将Μη降低至0.20质量％以下，由此实现高磁通密度 化的技术。但是，将该方法应用于实际生产时，存在乳制工序等中频繁发生板断裂等不良情 况，而不得不停止生产线、使成品率降低等问题。另外，由于Si含量低至0.1~1.0质量％，因 此存在铁损、特别是高频区域的铁损较高的问题。
[0005] 另外，专利文献2中提出了使含有Si :1.5~4.0质量％和此:0.005~11.5质量％的 钢原材料中的A1含量为0.017质量％以下来实现高磁通密度化的技术。但是，由于该方法中 的冷乳采用了室温下的1次乳制法，因此无法获得足够的磁通密度提高效果。需要说明的 是，虽然如果将上述冷乳设为中间夹有中间退火的两次以上的冷乳则能够实现磁通密度的 提高，但存在制造成本增高的问题。另外，将上述冷乳设为使板温为200°C左右进行乳制的 温乳对于磁通密度的提高也是有效的，但存在需要对应该温乳的设备、工序管理等的问题。
[0006] 另外，与降低Μη、Α1的含量、添加 P的方法不同，专利文献3等公开了以下内容:为了 实现高磁通密度化，可以向以重量％计(：:0.02%以下、31或31+41:4.0%以下、111 :1.0%以 下、P:0.2%以下的钢坯中添加 Sb、Sn。
[0007] 另外，专利文献4中提出了如下技术:将以重量％计含有C<0.008%、Si <4%、A1 < 2.5%、Mn < 1.5%、P < 0.2%、S < 0.005%、N < 0.003%的热乳板中的氧化物类夹杂物的 组成比率控制为ΜηΟ/(3?〇2+Α?2〇3+ε&0+ΜηΟ)< 0.35,由此使乳制方向上拉伸的夹杂物数量 减少，提高晶粒生长性。然而，该技术在Μη含量较低的情况下存在由于微细的MnS等硫化物 析出而使磁特性、特别是铁损特性变差的问题。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1:日本特公平06-080169号公报
[0011 ] 专利文献2:日本专利第4126479号公报
[0012] 专利文献3:日本专利第2500033号公报
[0013] 专利文献4:日本专利第3378934号公报
【发明内容】
[0014] 发明要解决的课题
[0015] 然而，对于上述现有技术而言，实际情况是:在不需要新的相应设备、工序管理的 情况下，难以以较低成本、生产率良好地制造在涡流损耗足够低的Si含量超过3.0质量％的 范围中磁通密度较高、且在高频区域的铁损较低的无取向性电磁钢板。
[0016] 本发明是鉴于现有技术的上述问题而完成的，其目的在于提供一种高磁通密度， 而且不仅在商用频率、在高频区域也具有低铁损的无取向性电磁钢板、以及作为其原材料 的热乳钢板。
[0017]解决问题的方法
[0018] 发明人等为了解决上述课题，着眼于钢板中存在的氧化物类夹杂物反复进行了深 入研究。其结果发现，为了提高无取向性电磁钢板的磁通密度，采取以下方法是有效的：尽 量降低Μη和sol. A1，并且添加 Ca，使热乳钢板中及制品板中存在的氧化物类夹杂物的组成 比率控制在特定范围内，从而完成了本发明。
[0019] 即，本发明为一种无取向性电磁钢板，其具有如下成分组成:含有C: 0.0050质量％ 以下、Si:超过1.5质量％且为5.0质量％以下、Mn :0.10质量％以下、sol. A1:0.0050质量％ 以下、P:超过0.040质量％且为0.2质量％以下、S:0.0050质量％以下、N:0.0040质量％以下 及Ca:0.001~0.01质量％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，
[0020] 在钢板中存在的氧化物类夹杂物中，以下述式（1)定义的CaO的组成比率为0.4以 上，
[0021] CaO/(Si〇2+Al2〇3+CaO) · · · (1)，
[0022] 和/或，以下述式(2)定义的Al2〇3的组成比率为0.3以上，
[0023] Al2〇3/(Si〇2+Al2〇3+CaO) · · · (2)。
[0024] 本发明的无取向性电磁钢板的特征在于，除了上述成分组成以外，还分别含有 0.01~0.1质量％的选自Sn和Sb中的一种或两种。
[0025] 另外，本发明为一种热乳钢板，其作为上述无取向性电磁钢板的原材料，所述热乳 钢板具有如下成分组成：含有C:0.0050质量％以下、Si:超过1.5质量％且为5.0质量％以 下、Mn :0.10质量％以下、sol. A1:0.0050质量％以下、P:超过0.040质量％且为0.2质量％以 下、S:0.0050质量％以下、N:0.0040质量％以下及Ca:0.001~0.01质量％，余量由Fe及不可 避免的杂质构成，
[0026] 在钢板中存在的氧化物类夹杂物中，以下述式（1)定义的CaO的组成比率为0.4以 上，
[0027] CaO/(Si〇2+Al2〇3+CaO) · · · (1)
[0028] 和/或，以下述式(2)定义的Al2〇3的组成比率为0.3以上，
[0029] Al2〇3/(Si〇2+Al2〇3+CaO) · · · (2)。
[0030] 本发明的热乳钢板的特征在于，除了上述成分组成以外，还分别含有0.01~0.1质 量％的选自Sn和Sb中的一种或两种。
[0031] 发明的效果
[0032] 根据本发明，能够不需要新的相应设备、工序管理而低成本且生产率良好地提供 具有较高磁通密度且在商用频率、高频率区域铁损较低的无取向性电磁钢板。因此，本发明 的无取向性电磁钢板可以优选用作电动汽车、混合动力汽车的驱动用电动机、发电机用电 动机等铁芯材料。
【附图说明】
[0033]图1是示出钢板中存在的氧化物类夹杂物的组成比率对磁通密度B5Q的影响的图。
【具体实施方式】
[0034]首先，发明人等参考上述现有技术，使用尽量降低了 Μη和A1的含量、且添加了 P和 Sn和/或Sb的成分系的钢坯，具体来说，使用了含有C:0.0017质量％、31:3.3质量％、111: 0.03质量％、？:0.08质量％、5:0.0020质量％、8〇1^1:0.0009质量％、10.0018质量％及 Sn:0.03质量％的钢坯，进行了对通过改善集合组织来提高磁通密度的方案进行研究的实 验，。
[0035] 但是，以1100°C对上述钢坯进行加热后热乳至2.0mm厚度时，发生了部分材料由于 脆性而发生破裂、断裂的问题。因此，为了阐明破裂的原因，对破裂的热乳过程中的钢板进 行了研究，结果发现，破裂部中S变浓。在该S变浓的部分未确认到Μη的变浓，因此推测其脆 性的原因是由于钢中的S在热乳时形成了低熔点的FeS。
[0036] 为了防止因生成FeS而导致的脆性，可以降低S，但降低S会增加脱硫成本，因此受 到限制。另一方面，也有添加 Μη来抑制因 S导致的脆性的方法，但Μη的添加对于提高磁通密 度是不利的。
[0037]因此，发明人等考虑到如果添加 Ca将S固定为CaS而使其析出，则能够防止液态FeS 的生成而能够防止热乳时的脆性，并进行了以下实验。
[0038] 将含有 C:0.0017质量 ％、51:3.3质量％、]?11:0.03质量％、？:0.09质量％、5:0.0018 质量％、8〇1.厶1 :0.0005质量％川:0.0016质量％、511:0.03质量％及03:0.0030质量％的钢 坯再加热至ll〇〇°C的温度，并热乳至2.0_厚度时，未发生破裂、断裂。
[0039] 由以上结果可知，添加 Ca对于防止热乳时的破裂、断裂是有效的。
[0040] 接下来，发明人等用扫描电子显微镜（SEM)观察了以上述成分体系的钢坯为原材 料而制造的热乳板和产品板(最终退火板）的与乳制方向垂直的截面(C截面），对钢板中存 在的氧化物类夹杂物的成分组成进行分析，研究了其分析结果与产品板的磁特性之间的关 系。其结果确认了磁特性因钢板中存在的氧化物类夹杂物的成分组成、特别是CaO的组成比 率和Ah〇3的组成比率而发生变动的倾向。
[0041]因此，发明人等为了使上述成分体系的钢中的氧化物类夹杂物的成分组成发生改 变，还对将用作脱氧剂的A1和Ca的添加量进行了各种改变的钢进行熔炼，并进行连续铸造 而制成钢坯，所述钢具体而言是具有C: 0.001