专利名称：无方向性电磁钢板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适合高速旋转机的转子的无方向性电磁钢板。
背景技术：
无方向性电磁钢板例如用于旋转机的转子等。一般地说，作用于转子的离心力与旋转半径成正比，且与旋转速度的平方成正比。因此，对高速旋转机的转子作用非常大的应力。因此，优选转子用的无方向性电磁钢板的抗拉强度高。也就是说，优选转子用的无方向性电磁钢板具备高强度。这样，对于转子用的无方向性电磁钢板，要求高的抗拉强度(高强度)。另一方面，不局限于旋转机的转子，对于铁芯所使用的无方向性电磁钢板，铁损低是重要的。特别地，对于高速旋转机的转子用的无方向性电磁钢板，重要的是具有低的高频铁损。这样，对于转子用的无方向性电磁钢板，也要求低的高频铁损。也就是说，要求以高频使用旋转机时的效率要高。但是，高强度以及低高频铁损在物理学上具有相反的关系，要使它们兼顾是非常困难的。虽提出了谋求使它们得以兼顾的技术，但至今也没有能够容易进行制造的技术。 例如，提出了先得到Si含量较高的热轧钢板，然后进行各种温度控制的技术，但因Si含量较高而使得冷轧非常困难。另外，为了能进行冷轧而进行各种温度控制，但因该温度控制非常特殊，因此所需时间、劳动力以及成本很大。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开昭60-238421号公报专利文献2 日本特开昭61-9520号公报专利文献3 日本特开昭62-256917号公报专利文献4 日本特开平2-8346号公报专利文献5 日本特开2007-186791号公报专利文献6 日本特开2007-186790号公报专利文献7 日本特开2008-240104号公报
发明内容
发明所要解决的课题本发明的目的在于，提供一种能够容易制造的、能够得到高的抗拉强度以及低的高频铁损的无方向性电磁钢板。用于解决课题的手段本发明人从通过固溶强化、析出强化、加工强化、细粒化强化、利用相变组织的强化等而将铁损抑制在较低水平同时得到良好的机械特性的角度考虑，就无方向性电磁钢板进行了潜心的研究。再者，本发明人就在实际的高速旋转机中重要的高频铁损为怎样的指标，换句话说重要的是降低哪种频率的铁损反复进行了调查以及分析。另外，还重视简化制造过程中的冷轧等处理以及避免处理的复杂化。该结果的详细情况后述，发现通过将Si、Mn以及Ni等的含量规定在适当范围，并将Ti含量的相对于C以及N的总含量的比例规定在适当的范围，例如能够得到900MPa以上的高的抗拉强度，同时将高频铁损抑制在较低的水平。另外还发现作为高频铁损，重要的是磁通密度为1. 0T、励磁频率为1000Hz时的铁损W1(1/1·较低。而且想到了以下的无方向性电磁钢板。本发明涉及一种无方向性电磁钢板，其特征在于含有C 0. 003质量％ 0. 05质量％、N 0. 001质量％ 0. 01质量％以及Si 2. 8质量％ 3. 5质量％ ；进而以总量计含有0. 5质量％以上的选自Ni 4. 0质量％以下以及Mn :2. 0质量％以下之中的至少1种；而且含有Ti 在将Ti含量规定为[Ti]质量％、将C含量规定为[C]质量％、将N含量规定为 [N]质量％时，用[Ti]/4 ([C]+ [N])表示的值RTi为1 10 ；Al含量为3.0质量％以下；P含量为0. 2质量％以下；剩余部分包括！^和不可避免的杂质。发明的效果根据本发明，Si、Mn以及Ni等的含量以及值RTi适当，因此能够得到高的抗拉强度以及低的高频铁损。另外，由于Si等的含量适当，因而使得制造过程中的处理容易，还能够避免追加基于脆化等的复杂的处理。
具体实施例方式以下，对本发明进行详细说明。首先，对本发明的无方向性电磁钢板的成分进行说明。Si具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大，降低涡流损耗来降低高频铁损等铁损的作用。另外，Si还具有通过固溶强化提高无方向性电磁钢板的强度的作用。如果Si含量低于2. 8质量％，则这些作用并不充分。另一方面，如果Si含量超过3. 5质量％，则引起磁通密度的降低、脆化、冷轧等处理的困难化以及材料成本的上升。因此，将Si含量规定为 2. 8质量％ 3. 5质量％。Al与Si同样，具有通过使无方向性电磁钢板的电阻增大，降低涡流损耗，从而降低高频铁损等铁损的作用。因此，为进一步降低高频铁损也可以含有。但是，如果Al含量超过3. 0质量％，则引起磁通密度的降低、脆化、冷轧等处理的困难化以及材料成本的上升。 因此，将Al含量的上限规定为3.0质量％。另外，如果Al含量低于0. 1质量％，则AlN的微细析出显著化，铁损增加，因此，Al含量优选为0. 1质量％以上。Ni以及Mn有助于提高无方向性电磁钢板的强度。也就是说，Ni具有通过固溶强化提高强度的作用，Mn具有通过固溶强化以及细粒化强化提高强度的作用。另外，Ni还具有通过增大无方向性电磁钢板的电阻，降低涡流损耗，从而降低高频铁损等铁损的作用。再者，M还有助于与无方向性电磁钢板的饱和磁矩的增大相伴随的磁通密度的提高。Mn具有通过增大无方向性电磁钢板的电阻，降低涡流损耗，从而降低高频铁损等铁损的作用。如果 Ni含量以及Mn含量的总量低于0. 5质量％，则这些作用并不充分，不能得到900MPa以上的抗拉强度。另一方面，如果Ni含量超过4.0质量％，则产生起因于饱和磁矩的降低的磁通密度的降低。另外，如果Mn含量超过2. 0质量％，则磁通密度降低，而且材料成本上升。 因此，规定4. 0质量％以下的Ni、和/或2. 0质量％以下的Mn以总量计含有0. 5质量％以上。P具有大大提高无方向性电磁钢板的强度的作用。因此，为进一步提高强度也可以含有。为了起到这种作用，优选含有0.001质量％以上的P。但是，如果P含量超过0.2 质量％，则因制造过程中P向晶界偏析而使热轧钢板脆化，其后的冷轧非常困难。因此，将 P含量的上限规定为0. 2质量％。Ti具有与C以及N反应而生成含有Ti碳氮化物的微细析出物，从而通过析出强化以及细粒化强化提高无方向性电磁钢板的强度的作用。另外，无方向性电磁钢板中固溶的 Ti还具有在冷轧以及最终退火等时使无方向性电磁钢板的表面的结晶方位与{111} 一致， 从而提高无方向性电磁钢板的强度的作用。为了充分发挥这些作用，重要的是作为Ti碳氮化物析出的Ti以及在无方向性电磁钢板中固溶的Ti双方含有适当的量。在将Ti含量规定为[Ti]质量％、将C含量规定为[C]质量％、将N含量规定为 [N]质量％时，如果用[Ti]/4([C] + [N])表示的值RTi低于1，则不能充分发挥上述作用。因此，将值RTi规定为1以上。在值&为1时，理论上Ti全部与C禾Π /或N结合，但实际中 Ti的一部分与C以及N中的哪1个都不结合，而是作为固溶Ti含在无方向性电磁钢板中。 此外，优选值为2以上，更优选为3以上。另一方面，如果值超过10，则难以产生再结晶，而且容易脆化。另外，随着固溶 Ti的增加，向{111}的取向增强，有时也使铁损上升。因此，将值RTi规定为10以下。此外， 值RTi优选为9以下，更优选为7以下。另外，为了使值RTi在上述范围，将C含量规定为0. 003质量％ 0. 05%、将N含量规定为0. 001 % 0. 01 %。此外，在C含量超过0. 05%、或N含量超过0. 01 %时，铁损特性通过磁时效等而显著降低。另夕卜，为了使值RTi在上述范围，Ti含量优选为0. 0.3%，Ti含量的上限更优选为0. 25质量％。此外，作为在无方向性电磁钢板中形成碳氮化物的金属元素，除Ti以外，还可列举出Zr、V、Nb以及Mo。其中，Ti碳氮化物的析出强化显著。无方向性电磁钢板的上述成分以外，例如是!^e以及不可避免的杂质。此外，为回避伴随着高强度化的晶界的脆化也可以含有B。在此情况下，B含量优选为0. 001质量％以上。另一方面，如果B含量超过0. 007质量％，则引起磁通密度的降低、以及热轧时的脆化等。因此，B含量优选为0.007质量％以下。再者，为进一步提高各种磁特性，也可以含有Cu :0. 02% 1.0%、Sn :0. 02% 0. 5 %、Sb :0· 02 % 0. 5 %、Cr :0· 02 % 3. 0 % 和 / 或稀土类金属(REM rare earth metal) :0.001^-0.01 ^也就是说，也可以含有选自这些多种元素之中的1种以上的元
ο而且由这些成分构成的无方向性电磁钢板的抗拉强度例如为900MPa以上。因此， 采用该无方向性电磁钢板制造的高速旋转机的转子能够实现充分的高速旋转。另外，由这些成分构成的无方向性电磁钢板的高频铁损W1(1/1_例如为100W/kg以下。因此，采用该无方向性电磁钢板制造的高速旋转机的转子能够有助于旋转机的高效率化以及小型化。也就是说，能够抑制与从电能向机械能的转换相伴随的能量损失以及与之相伴随的发热。而且为了降低涡流损耗，使高频铁损W1(l/1_为100W/kg以下，无方向性电磁钢板的厚度优选为0. 30mm以下。本发明人通过以下实验确认了这些效果。首先，对含有C :0. 017质量％、Si :3. 12 质量％、Al 0. 65 质量％、Ni 2. 54 质量％、P :0. 02 质量％、N :0. 003 质量％、Ti :0. 18 质量％的板坯进行热轧，从而得到热轧钢板。该热轧钢板的值RTi为2. 3。接着，将热轧钢板冷轧到表1所示的4种厚度，便得到冷轧钢板。然后，对冷轧钢板在780°C下实施20秒钟的连续最终退火，从而得到无方向性电磁钢板。然后，从无方向性电磁钢板上切下爱泼斯坦铁损测定试样以及拉伸试验片，采用这些试样测定了磁特性以及机械特性。其结果见表1。 以下的表中的“W15/5Q”表示铁损W15/5Q，“B50”表示磁通密度B50，"W1071000"表示铁损W1Q/1_。 另外，“YP”表示屈服点，“TS”表示抗拉强度，"EL"表示延伸率。表 权利要求
1.一种无方向性电磁钢板，其特征在于 含有C 0. 003质量％ 0. 05质量％、N 0. 001质量％ 0. 01质量％、以及Si :2. 8质量％ 3.5质量％ ；进而以总量计含有0.5质量％以上的选自Ni :4.0质量％以下以及Mn :2.0质量％以下之中的至少1种；而且含有Ti 在将Ti含量规定为[Ti]质量％、将C含量规定为[C]质量％、将N含量规定为[N]质量％时，用[Ti]/4([C]+ [N])表示的值为1 10 ； Al含量为3.0质量％以下； P含量为0.2质量％以下； 剩余部分包括狗和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于Ti含量为0.1质量 0. 3质量。
3.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有B0. 001质量％ 0. 007 质量 ％。
4.根据权利要求2所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有B:0. 001质量％ 0. 007 质量 ％。
5.根据权利要求1所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有选自以下元素中的至少1种Cu 0. 02质量％ 1. 0质量％、 Sn 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Sb 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Cr 0. 02质量％ 3. 0质量％，以及稀土类金属0. 001质量％ 0. 01质量％。
6.根据权利要求2所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有选自以下元素中的至少1种Cu 0. 02质量％ 1. 0质量％、 Sn 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Sb 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Cr 0. 02质量％ 3. 0质量％，以及稀土类金属0. 001质量％ 0. 01质量％。
7.根据权利要求3所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有选自以下元素中的至少1种Cu 0. 02质量％ 1. 0质量％、 Sn 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Sb 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Cr 0. 02质量％ 3. 0质量％，以及稀土类金属0. 001质量％ 0. 01质量％。
8.根据权利要求4所述的无方向性电磁钢板，其特征在于含有选自以下元素中的至少1种Cu 0. 02质量％ 1. 0质量％、 Sn 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Sb 0. 02质量％ 0. 5质量％、 Cr 0. 02质量％ 3. 0质量％，以及稀土类金属0. 001质量％ 0. 01质量％。
全文摘要
本发明提供一种无方向性电磁钢板，其含有C0.003质量％～0.05质量％、N0.001质量％～0.01质量％、以及Si2.8质量％～3.5质量％。进而以总量计含有0.5质量％以上的选自Ni4.0质量％以下以及Mn2.0质量％以下之中的至少1种，而且含有Ti在将Ti含量规定为[Ti]质量％、将C含量规定为[C]质量％、将N含量规定为[N]质量％时，用[Ti]/4([C]+[N])表示的值RTi为1～10。Al含量为3.0质量％以下，P含量为0.2质量％以下。
文档编号H01F1/16GK102292462SQ20108000533
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月19日 优先权日2009年1月26日
发明者久保田猛 申请人:新日本制铁株式会社