电磁钢板的制造方法
【专利摘要】对由规定成分组成构成的板坯，在板坯加热后实施由粗轧及精轧构成的热轧，接着，实施热轧板退火，酸洗后，通过一次冷轧形成最终板厚，之后，实施最终退火，通过以上一系列的工序制造高强度电磁钢板，此时，将上述粗轧中的累积轧制率设定为73.0％以上，在上述热轧板退火工序中，在退火温度：850℃以上且1000℃以下、退火时间：10秒钟以上且10分钟以下的条件下，选定热轧板退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶粒的面积率为100％、且再结晶粒径为80μm以上且300μm以下的退火条件，并且，在上述最终退火工序中，在退火温度：670℃以上且800℃以下、退火时间：2秒钟以上且1分钟以内的条件下，选定最终退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶粒的面积率为30％以上且95％以下、且连结了的未再结晶晶粒组的轧制方向的长度为2.5mm以下的退火条件。
【专利说明】电磁钢板的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适合用于以涡轮发电机、电动车、混合动力车的驱动电动机、机床 用电动机等高速旋转机械的转子为典型例子的被附加大的应力的零件的、高强度、疲劳特 性优良且具有优良的磁特性的电磁钢板的制造方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，由于电动机的驱动系统的发展，可以进行驱动电源的频率控制，进行可变 速运转、商用频率以上的高速旋转的电动机在增加。在这种进行高速旋转的电动机中，在转 子那样的旋转体上作用的离心力与旋转半径成比例关系，且与旋转速度的平方成比例地变 大，因此，尤其是作为中/大型的高速电动机的转子材料，需要为高强度。
[0003] 另外，近年来，在混合动力车的驱动电动机、压缩机电动机等中采用增加的埋入式 磁铁型DC逆变器控制电动机，其中在转子外周部设置缝隙而埋设磁铁。因此，由于电动机 高速旋转时的离心力，应力集中在狭窄的桥部（转子外周和缝隙之间的部分等）。而且，应 力状态根据电动机的加减速运转、振动而变化，因此，转子所使用的铁芯材料需要高强度并 且需要高的疲劳强度。
[0004] 另外，在高速旋转电动机中，因高频磁通而产生涡电流，电动机效率下降，并且引 起发热。如果该发热量变多，则被埋入转子内的磁铁被去磁，因此，还要求在高频带的铁损 较低。
[0005] 因此，作为转子用材料，希望磁特性优良且疲劳特性也优良的高强度的电磁钢板。
[0006] 作为钢板的强化方法，固溶强化、析出强化、结晶晶粒微细强化及复合组织强化等 是公知的，但由于这些强化方法大多会使磁特性劣化，因此，一般来说，强度和磁特性的兼 得是困难的。
[0007] 在这种状况下，对于具有高张力的电磁钢板提出了几个方案。
[0008] 例如，在专利文献1中提出了如下方法，S卩，将Si含量提高到3. 5?7. 0%，为了进 一步的固溶强化而添加 Ti、W、Mo、Mn、Ni、Co、A1等元素而实现高强度化。
[0009] 另外，在专利文献2中，在上述强化法的基础上，提出了通过改进最终退火条件而 使结晶晶粒径为〇. 01?5. 0_，从而改善磁特性的方法。
[0010] 但是，将这些方法应用于工厂生产时，在热轧后的连续退火工序、其后的轧制工序 等中容易产生板断裂等麻烦，存在成品率下降、强行使生产线停止等问题。
[0011] 在这一点上，如果将冷轧设定为板温为数百°C的温轧，虽然可减少板断裂，但是不 仅需要温轧用的设备对应，而且生产上的限制变多等工序管理上的问题也较大。
[0012] 另外，在专利文献3中提出了对Si含量为2. 0?3. 5%的钢，用Mn、Ni实现固溶 强化的方法，但在专利文献4中，提出了对Si含量2.0?4.0%的钢，利用Mn、Ni的添加进 行固溶强化，再利用Nb、Zr、Ti、V等的碳氮化物来实现高强度和磁特性并存的技术。
[0013] 但是，在这些方法中，存在因大量添加 Ni等高价的元素、或鳞状折叠等缺陷增加 造成的成品率的下降而变为高成本的问题。另外，实际情况是，对于利用这些公开技术所获 得的材料的疲劳特性没有做充分的研究。
[0014] 另外，作为着眼于耐疲劳特性的高强度电磁钢板，在专利文献5中公开了一种通 过根据Si含量为3. 3 %以下的电磁钢板的钢组成来控制结晶晶粒径，从而达成350MPa以上 的疲劳极限的技术。
[0015] 但是，该方法中，疲劳极限的到达水平本身较低，不能满足近来的要求水平，例如 疲劳极限强度：500MPa以上。
[0016] 另一方面，在专利文献6及专利文献7中，提出了一种在钢板中残留有未再结晶组 织的高强度电磁钢板。根据这些方法，可以维持热轧后的制造性并能够比较容易地获得高 强度。
[0017] 但是，
【发明者】们等对于像这样残留有未再结晶组织的材料，对机械性特性的稳定 性进行了评价，结果判明，存在偏差大的趋势。即，虽然平均性地显示出高机械性特性，但是 偏差较大，因此判明，有时即使是比较小的应力也会在短时间内发生断裂。
[0018] 如果这种机械性特性的偏差较大，则需要使在偏离的机械性特性的范围内最差的 机械性特性提高到需要的机械性特性。作为为此采用的一个方法，可考虑提高平均的机械 性特性，为此，残留有未再结晶组织的材料中，需要使最终退火低温化等而增加未再结晶组 织。由此，虽然机械性特性的偏差本身并未消除，但是通过提高机械性特性比较低的部分的 特性，可以防止断裂等的麻烦。
[0019] 但是，在使最终退火低温化并使未再结晶组织增加的情况下，存在铁损增加的问 题。
[0020] g卩，如果机械性特性的偏差变大，则不可回避铁损的增加。
[0021] 因此，使机械性特性的偏差本身减小对铁损的减少也是有效的。
[0022] 如上所述，在迄今为止的技术中，实际情况是，在具有高强度、磁特性及制造性也 优良的高强度电磁钢板中，廉价且稳定地提供机械强度的偏差小的材料是非常困难的。
[0023] 专利文献1 :(日本）特开昭60 - 238421号公报
[0024] 专利文献2 :(日本）特开昭62 - 112723号公报
[0025] 专利文献3 :(日本）特开平2 - 22442号公报
[0026] 专利文献4 :(日本）特开平2 - 8346号公报
[0027] 专利文献5 :(日本）特开2001 - 234303号公报
[0028] 专利文献6 :(日本）特开2005 - 113185号公报
[0029] 专利文献7 :(日本）特开2007 - 186790号公报
【发明内容】
[0030] 本发明是鉴于上述实际情况而开发的，其目的在于，提供一种适合作为高速旋转 电动机的转子材料的、稳定地具有高强度及高疲劳特性、且磁特性也优良的电磁钢板的有 利的制造方法。
[0031] 于是，
【发明者】们为了解决上述的课题，对有效地利用未再结晶恢复组织的高强度 电磁钢板的机械强度、疲劳特性进行了缜密的研究，对用于减小机械强度、疲劳强度的偏差 且使制造性良好的制造条件进行了锐意研究。
[0032] 其结果发现，阻碍结晶晶粒的生长的析出物、特别是热轧板退火后及最终退火后 的组织对机械性特性的偏差造成大的影响、及为了使制造性良好，Ca的添加是有效的。另 外发现，控制热轧中的粗轧的累积轧制率、特别是粗轧中的最终道次的轧制率是有效的。
[0033] 本发明是立足于上述的见解的发明。
[0034] gp，本发明的主要构成如下。
[0035] 1. -种电磁钢板的制造方法，其特征在于，对于如下所述板述，在板坯加热后实施 由粗轧及精轧构成的热轧，接着，实施热轧板退火，酸洗后，利用一次冷轧来形成最终板厚， 之后，实施最终退火，通过以上一系列的工序来制造高强度电磁钢板，
[0036] 所述板坯以质量％计，含有
[0037] C :0.0050% 以下、
[0038] Si :超过 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] 进一步含有选自Sn :0.01 %以上且0. 1 %以下和Sb :0.01 %以上且0. 1 %以下中 的一种或两种，且余量由Fe及不可避免的杂质的成分组成构成，此时，
[0046] 将上述热轧中的粗轧的累积轧制率设定为73. 0%以上，
[0047] 在上述热轧板退火工序中，在退火温度：850°C以上且1000°C以下、退火时间：10 秒钟以上且10分钟以下的条件下，选定热轧板退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶 粒的面积率为100%，且再结晶粒径为80 μ m以上且300 μ m以下的退火条件，并且，
[0048] 在上述最终退火工序中，在退火温度：670°C以上且800°C以下、退火时间：2秒钟 以上1分钟以内的条件下，选定最终退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶粒的面积率 为30%以上且95%以下，且连结了的未再结晶晶粒组的轧制方向的长度为2. 5mm以下的退 火条件。
[0049] 2.如上述1所述的电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述粗轧中的最终道次的 轧制率为25%以上。
[0050] 3.如上述1或2所述的电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述最终退火后的钢板 轧制方向截面中的再结晶晶粒的平均结晶粒径为15 μ m以上。
[0051] 4. 一种电磁钢板的制造方法，其特征在于，在所述1?3中任一项所述的高强度电 磁钢板的制造方法中，将冷轧中的轧制率设定为80 %以上。
[0052] 发明效果
[0053] 根据本发明，能够在良好的制造性下获得高强度且低铁损、并且呈稳定且高的疲 劳强度的电磁钢板。
【专利附图】
【附图说明】
[0054] 图1是表示热粗轧的轧制率对拉伸强度的影响的曲线图；
[0055] 图2是表示热轧板退火温度对拉伸强度的影响的曲线图；
[0056] 图3是表示未再结晶晶粒组的轧制方向长度和拉伸强度的2 〇之间的关系的曲线 图。
【具体实施方式】
[0057] 下面，具体地说明本发明。
[0058] 本
【发明者】们首先对特性的偏差的根本性原因给予了研究。所谓特性偏差，是指在 成品钢板内的板宽度方向或长度方向特性发生变动的情况、或在同样的制造条件下所制造 的两个成品的特性不同的情况。作为制造条件，例如最终退火温度等严格地讲不是固定的 温度，而是在板宽度方向或长度方向产生变动，另外在不同的线圈中严格地讲不会成为相 同的温度。另外，板坯内的成分同样也产生变动。
[0059] 认为这种制造条件中的温度和成分的变动使成品的特性产生偏差。因此，为了减 小成品的特性偏差，只要减小制造条件的变动即可，但减小制造条件的变动存在限度。
[0060]
【发明者】们认为，所谓减小成品的特性偏差的制造方法，就是即使制造条件如上所 述产生变动，成品的特性也没有偏差的方法。
[0061] 认为因如上所述的制造条件的变动，最影响中途工序中的材料的性质的是材料中 的析出物的状态。
[0062] 析出物影响热轧板退火、最终退火中的结晶晶粒的生长。即，影响成品板的结晶组 织。因此，在有效利用了未再结晶恢复组织的高强度电磁钢板中，控制再结晶率极为重要， 因此认为，减小析出物的状态的变动对减小成品的特性偏差有效。
[0063] 认为，为了减小析出物的状态的变动，要使析出物的量增多并粗大化、或者成为几 乎没有析出物的状态。
[0064] 此处，
【发明者】们选择形成为几乎没有析出物的状态。这是因为认为几乎没有析出 物的情况不仅对铁损有利，而且成品板的晶粒生长性良好，所以能够挪用作半成品材料。 [0065] 根据以上情况，
【发明者】们认为，只要使材料中的析出物减少，成品的特性偏差就会 变小，以尽可能减少硫化物、氮化物的方式，进行了基于极力减少了 Mn、Al、S、C、N的组成构 成的钢坯的实验。
[0066] 具体的组成为：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，有关成分的"％"表示只要预先没有特 别通知，就是质量％的意思。
[0067] 但是，在将上述的钢坯在1100°C加热后热轧到2. 0mm厚时，会产生局部的材料断 裂的问题。于是，为了弄清楚断裂的原因，对断裂的热轧中途材料进行了调查，结果判明，S 在裂纹部稠化。认为在S的稠化部未看到Μη的稠化，稠化的S在热轧时变成液相的FeS，成 为断裂的原因。
[0068] 要防止这样的断裂，只要减少S即可，但在制造上降低S存在限度，脱硫带来成本 增加。另一方面，可考虑增加 Μη使S作为MnS而固定，但析出的MnS是结晶晶粒生长的抑 制力强的析出物，以在取向性电磁钢板中被用作抑制剂。
[0069] 于是，作为该问题的解决对策，
【发明者】们考虑，是不是如果使用Ca使S形成对结晶 晶粒生长的影响力小的CaS而析出，则可以防止热轧中的断裂且减小成品板的特性偏差， 进行了以下的实验。
[0070] 将由 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构成的钢坯，在1KKTC下加热后，在表1所示 的各种条件下进行热轧到2. 0mm厚的粗轧，对所得到的热轧板在表1所示的各种条件下实 施热轧板退火，接着，进行酸洗后，冷轧至板厚：〇. 35mm，之后，在表1所示的温度下进行最 终退火。需要说明的是，在该实验的过程中调查热轧板的外观，但未看到裂纹的发生。
[0071] [表 1]
[0072] 表 1
[0073]
【权利要求】
1. 一种电磁钢板的制造方法，其特征在于，对于如下所述板坯，在板坯加热后实施由 粗轧及精轧构成的热轧，接着，实施热轧板退火，酸洗后，利用一次冷轧来形成最终板厚，之 后，实施最终退火，通过以上一系列的工序来制造电磁钢板， 所述板坯以质量％计，含有 C :0. 0050% 以下、 Si :超过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， 进一步含有选自Sn :0.01 %以上且0. 1 %以下和Sb :0.01 %以上且0. 1 %以下中的一 种或两种，且余量由Fe及不可避免的杂质的成分组成构成，此时， 将上述粗轧中的累积轧制率设定为73. 0%以上， 在上述热轧板退火工序中，在退火温度：850°C以上且1000°C以下、退火时间：10秒钟 以上且10分钟以下的条件下，选定热轧板退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶粒的 面积率为100 %，且再结晶粒径为80 μ m以上且300 μ m以下的退火条件，并且， 在上述最终退火工序中，在退火温度：670°C以上且800°C以下、退火时间：2秒钟以上 且1分钟以内的条件下，选定最终退火后的钢板轧制方向截面中的再结晶晶粒的面积率为 30%以上且95%以下，且连结了的未再结晶晶粒组的轧制方向的长度为2. 5mm以下的退火 条件。
2. 如权利要求1所述的电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述粗轧中的最终道次的 轧制率为25%以上。
3. 如权利要求1或2所述的电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述最终退火后的钢板 轧制方向截面中的再结晶晶粒的平均结晶粒径为15 μ m以上。
4. 一种电磁钢板的制造方法，其特征在于，在权利要求1?3中任一项所述的电磁钢板 的制造方法中，将冷轧的轧制率设定为80 %以上。
【文档编号】H01F1/16GK104160043SQ201380010606
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年2月21日 优先权日:2012年2月23日
【发明者】中西匡, 财前善彰, 尾田善彦, 户田广朗 申请人:杰富意钢铁株式会社