CN202180008097.9无取向性电磁钢板用热轧钢板

权利要求

1.一种无取向性电磁钢板用热轧钢板，具有以下特征：以质量％计含有：

C：0.0010～0.0050％、

Si：1.90％～3.50％、

Al：0.10％～3.00％、

Mn：0.05～2.00％、

P：0.10％以下、

S：0.005％以下、

N：0.0040％以下、

B：0.0060％以下、

Sn：0～0.50％、

Sb：0～0.50％、

Cu：0～0.50％、

REM：0～0.0400％、

Ca：0～0.0400％、以及

Mg：0～0.0400％；

剩余部分为Fe和杂质；

在所述无取向性电磁钢板用热轧钢板的板宽方向端部，结晶晶界的C浓度的原子％是P浓度的原子％的3.0倍以上；

所述无取向性电磁钢板用热轧钢板的结晶晶界的C浓度的原子％是晶粒内的C浓度的3.5倍以上。

2.如权利要求1所述的无取向性电磁钢板用热轧钢板，具有以下特征：

以质量％计含有：Sn：0.01％以上0.50％以下、Sb：0.01％以上0.50％以下、Cu：0.01以上且0.50％以下、REM：0.0005％以上且0.0400％以下、Ca：0.0005％以上且0.0400％以下、Mg：0.0005％以上且0.0400％以下的1种或2种以上。

说明书

无取向性电磁钢板用热轧钢板

技术领域

本发明主要涉及作为电气设备铁芯材料而被使用的，磁特性优秀的无取向性电磁钢板用的热轧钢板。

本申请基于2020年2月20日在日本申请的特愿2020－027503号主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

近年，在电气设备领域，尤其是以无取向性电磁钢板作为其铁芯材料而被使用的旋转机、中小型变压器、电器组件等的领域内，在以节电、节能、削减CO
₂为代表的地球环保运动中，高效率化、小型化的要求日益增加。在这样的社会环境下，无取向性电磁钢板的性能提升自然也是极为紧迫的问题。

无取向性电磁钢板在提高电机的特性方面所需的特性有铁损和磁通密度。在现有技术中，在热轧后的高温卷取时，通过使冷轧前的粒径变大，从而控制作为产品的无取向性电磁钢板的织构，改善这些特性。

专利文献1中有如下记载：通过在钢液的铸造或急速凝固中控制柱状晶率和平均结晶粒径、冷轧的压下率以及精加工退火时的钢板通过张力和冷却速度，从而能够获得在板面内的全方向上取得优秀磁特性的无取向性电磁钢板。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2019－157247号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

随着无取向性电磁钢板(以下有时仅称为“电磁钢板”)需求的提高，低成本化也越发被需要。作为一种降低制造成本的方法，可以考虑在热轧工序中通过提高热轧温度，从而省略热轧后的退火。然而，在电磁钢板中，为达到低铁损化，会添加比通常的钢板更多的Si，而这会成为伴随连续生产线上的弯曲－弯曲恢复的热轧后的酸洗工序中，从钢板的端部产生裂纹而断裂的要因。若仅省略热轧后的退火，韧性会恶化，且钢板断裂的风险变大。

本申请发明鉴于所述情况，将即使省略热轧后的退火，断裂也能通过其后酸洗工序的弯曲－弯曲恢复而抑制，进而在制成电磁钢板时具有优秀的磁特性，且韧性得以提高的无取向性电磁钢板用热轧钢板作为研究课题。

用于解决技术问题的方法

本发明人们对以下问题反复进行了深入研究：在无取向性电磁钢板用热轧钢板中，省略热轧工序的退火，且为抑制酸洗时的钢板端部断裂的发生，从而使其兼具充分的热轧板韧性以及电磁钢板的磁特性的方法。

结果发现：通过控制因热轧后的高温卷取而带来的热轧板自身退火时的均热温度和时间、以及其后续冷却的冷却速度，能够使热轧钢板的板宽方向端部的晶界上存在的C的偏析量相对于使韧性降低的P的偏析量变多，其结果便能够使热轧钢板的韧性提高从而防止因弯曲－弯曲恢复而带来的断裂，且能够实现制成无取向性电磁钢板时的优异磁特性。

本发明基于所述见解，主旨如下。

(1)一种无取向性电磁钢板，其具有以下特征：以质量％计含有：C：0.0010～0.0050％、Si：1.90％～3.50％、Al：0.10％～3.00％、Mn：0.05～2.00％、P：0.10％以下、S：0.005％以下、N：0.0040％以下、B：0.0060％以下、Sn：0～0.50％、Sb：0～0.50％、Cu：0～0.50％、REM：0～0.0400％、Ca：0～0.0400％、及びMg：0～0.0400％；剩余部分为Fe和杂质；在无取向性电磁钢板用热轧钢板的板宽方向端部，结晶晶界的C浓度(原子％)是P浓度(原子％)的3.0倍以上，结晶晶界的C浓度(原子％)是晶粒内的C浓度的3.5倍以上。

(2)如(1)记载的无取向性电磁钢板，其具有如下特征：以质量％计含有：Sn：0.01％以上0.50％以下、Sb：0.01％以上0.50％以下、Cu：0.01以上0.50％以下、REM：0.0005％以上、0.0400％以下、Ca：0.0005％以上、0.0400％以下、Mg：0.0005％以上、0.0400％以下的1种或2种以上。

发明效果

根据本发明，能够提供：即便省略热轧工序的退火，也能具备充分的热轧板韧性，且制成无取向性电磁钢板时兼具低铁损、高磁通密度的无取向性电磁钢板用热轧钢板。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施方式进行详细说明。但本发明并不仅仅局限于公开的构成，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行多种变更。在以下的说明中，存在例示出具体的数值或材料的情况，但只要能够获得本发明的效果，便也能够适用于其他的数值或材料上。另外，以下的实施方式的各构成要素可以相互组合。另外，下述的数值限定范围中，下限值及上限值包含于范围内。以“超过”或者“不足”来表示的数值，其值不包含于数值范围内。

(无取向性电磁钢板用热轧钢板的化学成分)

首先，对本发明的钢成分的限定理由进行叙述。以下有关钢板成分的“％”表示“质量％”。

C：0.0010～0.0050％

C向晶界偏析使韧性增强，因此优选为添加0.0010％以上。另一方面，也是使铁损恶化的有害成分，会成为磁时效的原因，因此使其在0.0050％以下，优选为0.0040％以下。

Si：1.90％～3.50％

Si是具有通过使电阻增大并减小涡流损耗，从而降低铁损作用的成分，另外，也具有通过使屈服比增大，从而提高对铁芯的冲裁加工性的作用。为发挥这些作用，需要使含有1.90％以上。另一方面，若其含量增加，则磁通密度会降低，且在无取向性电磁钢板的制造工序本身中，冷轧等的作业性也会降低、成本变高，因此使其在3.50％以下，优选为3.00％以下。

Al：0.10％～3.00％

与Si相同，Al也是具有通过使电阻增大而减少涡流损耗，从而起到降低铁损的作用的成分，但与Si相比硬度提升的较少。因此，有必要使其含有0.10％以上。另一方面，若其含量增加，则饱和磁通密度会降低，从而导致磁通密度的下降，进而招致屈服比的减少，从而使冲裁精度恶化，因此使其在3.00％以下，优选为2.50％以下。

Mn：0.05～2.00％

Mn在使电阻增大而使涡流损耗减少的同时，还具有改善初次再结晶织构从而使得对于对轧制方向的磁特性的提高有利的{110}＜001＞结晶取向发育的效果。进而，抑制对晶粒生长有害的MnS等细微硫化物的析出。为达成这些目的，需要含有0.05％以上，优选为0.20％以上。然而，若其含量增加，则退火时的晶粒生长性其本身会下降，且铁损增大，因此设为2.00％以下，优选为1.50％以下。

P：0.10％以下

P有提高冲裁精度的效果，也可以添加，但若其含量增大，含有Si≧2％的钢板中会变得非常脆，因此设为0.10％以下，优选为0.05％以下。需要说明的是，P含量的下限虽不做特殊限定，但从P降低而导致磁通密度恶化的观点来看，优选设为0.005％以上。

S：0.005％以下

S通过MnS等硫化物的细微析出，从而阻碍精加工退火等的再结晶及晶粒生长，因此设为0.005％以下，优选为0.004％以下。需要说明的是，S含量的下限虽不做特殊限定，但从脱硫导致成本增加的观点来看，优选设为0.0005％以上。

N：0.0040％以下

N通过热轧板退火或精加工退火时生成的AlN等氮化物的细微析出，从而降低热轧板表面的内部氧化层的覆盖率，进而阻碍精加工退火时等的再结晶及晶粒生长，因此设为0.0040％以下，优选为0.0030％以下。需要说明的是，N含量的下限虽不做特殊限定，但从用于降低N的成本增加的观点出发，优选设为0.0005％以上。

B：0.0060％以下

B通过BN等氮化物的细微析出，从而阻碍精加工退火时等的再结晶及晶粒生长，因此设为0.0060％以下，优选为0.0040％以下。需要说明的是，B含量的下限虽不做特殊限定，但从用于降低B的成本增加的观点出发，优选设为0.0001％以上。

Sn：0～0.50％

Sb：0～0.50％

Sn、Sb不是必须元素，但有着改善钢板的初次再结晶织构从而使得利于提高轧制方向磁特性的{110}＜001＞织构发育，且抑制对于磁特性不理想的{111}＜112＞织构等的效果，因此可以根据需要添加。为达成这些目的，优选为使Sn和Sb含有0.01％以上。另一方面，即使其含量增加作用效果也已饱和，相反地，还存在使热轧板的韧性降低的情况，因此即便是在含有的情况下，也要使Sn和Sb各自的含量在0.50％以下。

Cu：0～0.50％

Cu不是必须元素，但其呈现出在钢中析出从而使强度提高的作用，因此可以根据需要添加。为获得该作用，优选为含有0.01％以上。另一方面，若Cu含量超过0.50％，则会出现在轧制时会产生裂纹和缺陷的情况。从而，Cu的含量优选为0.01～0.50％。需要说明的是，即使Sn、Sb或Cu作为杂质而被含有，也不会影响所述基本元素而带来的效果。

REM：0～0.0400％以下

Ca：0～0.0400％以下

Mg：0～0.0400％以下

REM、Ca、Mg不是非必须元素，但是促进晶粒生长的元素，可以根据需要添加。为获得该效果，优选为使各自的含量在0.0005％以上。优选为任一种元素均在0.0010％以上，更优选为0.0050％以上。另一方面，若REM、Ca、Mg超过0.0400％，磁特性会恶化，因此使其在0.0040％以下。优选为任一种元素均在0.0300％以下，更优选为0.0200％以下。需要说明的是，REM是稀土金属的简称，是指Sc、Y和属于镧系的元素。镧系元素的情况下，在工业上以铈镧合金的形式被添加。

所述成分以外为Fe及杂质元素。

通过设为所述的成分，在制成电磁钢板时，能够使之成为具有优秀磁特性的无取向性电磁钢板。

所述的钢成分通过钢的一般分析方法测定即可。例如，使用ICP－AES(电感耦合等离子体原子发射光谱法，Inductively Coupled Plasma－Atomic EmissionSpectrometry)测定钢成分即可。需要说明的是，C和S使用燃烧－红外线吸收法、N使用惰性气体熔融热导法测定即可。

(无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界元素浓度)

进而，对无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界的元素浓度进行说明。

＜C浓度/P浓度＞

本实施方式的无取向性电磁钢板用热轧钢板的特征在于：晶界含有的C浓度(C)和P浓度(P)(原子％)的比例TR＝C/P在3.0以上。P是使原子间的凝聚力的代表性元素，通过在晶界偏析而使韧性降低。因此，晶界偏析的P量以少为优，但P作为通常杂质元素而不可避免的在钢板含有，因此很难避免P的晶界偏析而带来的韧性降低。无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界含有的C浓度(C)和P浓度(P)(原子％)的比例TR＝C/P在3.0以上，换言之，即表示结晶晶界的C浓度(原子％)是P浓度(原子％)的3.0倍以上。

C是提高原子间凝聚力的代表性元素，通过在晶界偏析而使韧性提高。由此，本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板中，相对于在晶界偏析的P浓度，使在晶界偏析的C浓度为其3.0倍以上。由此改善热轧钢板的韧性，从而能够通过酸洗工序的弯曲－弯曲恢复来防止钢板端部断裂的情况。

由于在弯曲－弯曲恢复而引发钢板断裂的情况下，端部会产生裂纹而断裂，因此在钢板的端部之中晶界含有的C浓度和P浓度为所述关系即可。具体来说，晶界含有的C浓度和P浓度是通过将夏比冲击试验片以距钢板的板宽方向端面10mm的位置(以下称为板宽方向端部)呈L截面的表面的方式切出，在钢板侧面侧的表面留下凹口，并于－50℃以下的环境中进行夏比冲击试验，通过俄歇电子能谱(AES)分析其晶界断裂面从而测定。从通过AES分析到的晶界断裂面的光谱强度和现有元素量的光谱强度的比率，算出C浓度和P浓度。此处L截面表示：与钢板的板厚方向和轧制方向(或钢板的纵向)平行的截面。

需要说明的是，B也与C具有相同的效果，但由于B的使磁特性恶化的元素，因此难以兼顾磁特性和韧性，另外，如上所述，由于B通过氮化物的细微析出，从而阻碍精加工退火时等的再结晶和晶粒生长，因此在本发明中，使C在晶界偏析。

＜晶界的C浓度/晶粒内的C浓度＞

除了所述的晶界的C浓度和P浓度的比例之外，进一步通过使存在于无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界的C浓度(C
_GB)(原子％)和晶粒内存在的C浓度(C
_IG)(原子％)的比CR＝C
_GB/C
_IG在3.5以上，能够使韧性进一步提高。晶界的C浓度、以及晶粒内的C浓度能够以与所述的C浓度和P浓度相同的方法测定。存在于无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界的C浓度(C
_GB)(原子％)与存在于晶粒内的C浓度(C
_IG)(原子％)的比CR＝C
_GB/C
_IG在3.5以上，换言之就是表示无取向性电磁钢板用热轧钢板的结晶晶界的C浓度(原子％)是晶粒内C浓度的3.5倍以上。

(制造方法)

接下来，对本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板的制造方法进行说明。

本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板是将具有所述的成分的钢液通过连续铸造制成钢坯，进而施加热轧制成热轧板(热轧工序)，在热轧后以卷取的钢卷的热量自身退火，进而冷却从而制造的。制造钢坯的方法依据常规方法即可。

＜热轧＞

接下来，将钢坯在优选为1080～1200℃下加热，进行热轧。优选使加热温度在1080℃以上是为了:使精加工温度在850℃以上，如下所述，通过卷取后的再加热从而省略退火。优选使精加工温度在1200℃以下是为了防止硫化物等的杂质的固溶以及细微析出，且不使铁损增大。

优选使精加工温度为850～1000℃。如下所述，通过使卷取温度为700～800℃从而以钢卷的热进行自身退火，从而省略通过再加热进行的退火。另外，若精加工温度较低，则存在热加工性降低，钢板宽方向的板厚精度降低的可能。另一方面，为防止铁氧体粒径的粗大化导致韧性降低，优选为使精加工温度在1000℃以下。

＜卷取·自身退火＞

接下来，将精轧完成后的热轧钢板在700～850℃下卷取。通过在700～850℃下卷取，能够以卷取的钢卷积累的热进行自身退火，即便省略通过再加热的退火，也能抑制给磁特性带来恶劣影响的{111}取向晶粒的发育。为提高磁特性，尤其是提高磁通密度，优选为使冷轧前的热轧钢板的结晶粒径更加粗大化，但若在高温下退火则会因脱碳而导致韧性变差，从而无法获得韧性提高的效果，因此优选使卷取温度在850℃以下。

对卷取后的钢卷施行自身退火的工序也称为保温工序。保温工序代表从卷取热轧钢板，并形成钢卷的时刻开始，到钢卷的温度开始下降的时刻为止。形成钢卷时刻是从一带热轧钢板卷取完一卷钢卷的时刻。另外，钢卷的温度开始下降的时刻是钢卷的冷却速度变化时刻，换言之即冷却速度曲线上的拐点。根据保温温度的不同，存在距完成卷取钢卷时刻的预定的时间内钢卷的温度变化极小的情况，若超过预定的时间则钢卷的温度会开始急速下降。

另外，为了使冷轧前的热轧钢板的结晶粒径粗大化，也可以在卷取后的钢卷上覆盖保温罩来保温。使用保温罩实施保温工序时，将从保温罩覆盖于钢卷后到取下的时间定为保持时间。从热轧板的再结晶的观点来看，优选保温的保持时间在1分以上。另一方面，若使晶粒过度生长，则在酸洗工序和冷轧工序时容易发生断裂，因此优选为保持时间在2小时以下。

将保温罩覆盖于钢卷上进行保温的工序、或通过卷取的钢卷积累的热施行自身退火的工序也称为保温工序。保温工序的温度优选为720℃～830℃。通过使保温工序的温度在720℃以上，有冷轧前的粒径充分成长，且获得高磁通密度的效果。另外，使保温工序的温度在830℃以下，能够获得抑制在钢板表面生成内部氧化层的效果。

＜冷却＞

在本发明中，控制冷却速度使得使晶界的C浓度和P浓度成为如所述所示的关系是非常重要的。

具体来说，通过增大从卷取温度到P在晶界易偏析温度的600℃的温度范围的冷却速度从而抑制P的偏析，通过降低C在晶界易偏析温度的400～600℃的温度范围的冷却速度，从而促进C的偏析。由此，能够抑制P的晶界偏析而带来的韧性降低，且防止下一工序的钢板断裂。抑制从卷取温度到400℃的温度范围的冷却速度的工序也称为冷却工序。

优选使从卷取温度到600℃的平均冷却速度为10～100℃/min。更优选使从卷取温度到600℃的平均冷却速度超过10℃/min，进一步优选为20℃/min、30℃/min、40℃/min。

为促进向C的晶界的偏析，400～600℃的平均冷却速度越小越优选，但若过小则自身退火的时间会变长，粒径过于粗大化从而韧性会恶化，因此优选使其在30℃/hr以上。若冷却速度过大，则C无法充分偏析，因此优选使其在120℃/hr以下。

需要说明的是，如上所述，由于产生裂纹导致钢板断裂的是钢板的端部，因此所述冷却速度是钢板端部(钢卷的侧面侧)的速度。冷却速度可以通过以鼓风机向钢卷输送空气，调整空气的量或温度来控制。关于钢板端部的温度，通过以辐射温度计测定钢板截面(期望的部位)温度的方式来测定。需要说明的是，以通过鼓风向钢卷鼓入空气的时间作为冷却时间。冷却时间没有特别规定。

进而，通过使400～600℃的冷却速度为50～80℃/hr，能够使存在于无取向性电磁钢板用热轧钢板的晶界的C浓度C
_GB[原子％]与存在于晶粒内C浓度C
_IG[原子％]的比CR＝C
_GB/C
_IG在3.5以上。

具体来说，对经过自身退火(保温工序)的钢卷，通过例如以鼓风机吹入空气冷却该钢卷，从而控制冷却速度。

需要说明的是，冷却优选在刚取下所述保护罩后开始。或者，冷却更优选在钢卷的温度刚开始下降的时刻之前开始。

＜Sn、Sb＞

需要说明的是，向钢板添加Sn、Sb时，由于这些元素有助于低铁损、高磁通密度化，因此可以降低保温温度，就结果而言，会使韧性提高。此时，通过使保温的温度在850℃以下，优选为800℃以下，更优选为750℃以下，从而能够高度兼顾适当的韧性、低铁损化以及高磁通密度化。

Sn、Sb的添加有利于低铁损、高磁通密度化的机制，可以认为是这些元素抑制对磁特性产生恶劣影响的{111}取向晶粒成长的缘故。

对以所述的方式得到的、本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板，通过常规方法施行酸洗、冷轧、精加工退火，从而能够获得磁特性优秀的无取向性电磁钢板。此时，如上所述，本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板韧性优秀，因此即使以通常的方法施行酸洗，也不会因弯曲－弯曲恢复而产生裂纹。如上所述，本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板经过热轧工序、保温工序和冷却工序。例如，在无取向性电磁钢板的制造方法中，冷却工序也可以在将钢卷运送至钢板冷轧前的酸洗工序中使用的酸洗装置时实施。

在本发明中，热轧板韧性代表所述自身退火后经过冷却工序的、酸洗工序前的无取向性电磁钢板用钢板的韧性。

实施例

接下来，对本发明的实施例进行说明，实施例中的条件为用于确认本发明的实施可能性及效果而采用的一种示例的条件，本发明并不局限于本示例。本发明在不脱离本发明主旨的情况下，只要能达成本发明的目的，可以采取各种条件。

＜实施例1＞

以表1所示的成分将钢铸造并热轧，制作板厚为2.0mm的热轧板。随后，在表2记载的条件下，卷取成钢卷、保温后，进行冷却，制作成无取向性电磁钢板用热轧钢板。

冷却通过向端部吹入空气来进行。冷却速度通过使用辐射温度计测定钢板端部的位置的冷却速度来确定。

需要说明的是，制造符号B0是在钢卷卷取、冷却后，在100％氮气的环境下施行热轧板退火的参考例。为评估制成的无取向性电磁钢板用热轧钢板的端部的晶界的C、P浓度以及韧性，而进行的夏比冲击试验的转变温度测定结果如表3所示。

晶界的C、P浓度通过以下方式测定:将夏比冲击试验片从钢板的板宽方向端部切出，在钢板侧面侧赋予凹口,于－50℃以下的环境进行夏比冲击试验，将其晶界断裂面通过俄歇电子能谱(AES)分析从而测定。

根据JISZ2242进行夏比冲击试验从而测定断裂面转变温度。在本实施例中，断裂面转变温度不足0℃的情况下，判断为韧性良好。

接下来，将制作的无取向性电磁钢板用热轧钢板在85℃的盐酸(7.5mass％)中浸泡30秒后酸洗，随后在压下率75％下冷轧至厚度为0.5mm，在1050℃下施行30秒精加工退火，从而获得无取向性电磁钢板。

另外，依照JISC2556测定得到的无取向性电磁钢板的磁特性。

从无取向性电磁钢板采取55mm见方的试样，以单张测试仪(SST)测定W15/50(将钢板在50Hz下磁化为磁通密度1.5T时的铁损)，从而评价铁损。以磁场强度为5000A/m的磁通密度B50来评价磁通密度。将其测定结果一同于表3示出。

表1

表2

表3

＜实施例2＞

使用表1所示的钢和表2所示的制造方法，同样制作无取向性电磁钢板用热轧钢板，其后获得无取向性电磁钢板。

对于得到的无取向性电磁钢板用热轧钢板，除了实施例1的测定结果以外，测定了晶界的C浓度和晶粒内的C浓度比率。对无取向性电磁钢板与实施例1相同地测定了磁特性。其结果如表4所示。

表4

通过使存在于晶界的C浓度C
_GB(原子％)和存在于晶粒内的C浓度C
_IG(原子％)的比CR＝C
_GB/C
_IG在3.5以上，能够确认获得了更加优秀的特性。需要说明的是，表3中虽未注明，但在C1、C2、C3、C5、C9、C11、C12中，CR均在3.5以上。

可以确定：通过使用本发明的无取向性电磁钢板用热轧钢板，能够获取在酸洗中钢板不会发生断裂，且与使用施行现行的热轧板退火的无取向性电磁钢板用热轧钢板而得到的无取向性电磁钢板具有同样优秀的特性的无取向性电磁钢板。

工业可利用性

根据本发明，能够提供：即便省略热轧工序的退火，也能具备充分的热轧板韧性，且制成无取向性电磁钢板时兼具低铁损、高磁通密度的无取向性电磁钢板用热轧钢板。由此，使得低铁损且高磁通密度的无取向性电磁钢板不发生断裂，从而能够稳定地生产供给，因此在无取向性电磁钢板作为其铁芯材料而被使用的这些电气设备的领域，能够充分适应紧张的大量化生产，具有极高的工业价值。