高磁通密度無(wú)取向性電磁鋼板及電動(dòng)機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在高頻區(qū)域的鐵損特性優(yōu)異的高磁通密度無(wú)取向性電磁鋼板、以及使 用該鋼板作為鐵芯的電動(dòng)機(jī)，所述高磁通密度無(wú)取向性電磁鋼板主要用于電動(dòng)汽車、混合 動(dòng)力汽車等的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)的鐵芯材料。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，混合動(dòng)力汽車、電動(dòng)汽車的實(shí)用化正在快速發(fā)展，對(duì)于這些車上使用的驅(qū) 動(dòng)電動(dòng)機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)而言，由于需要設(shè)置在車內(nèi)有限的空間中、需要減輕車輛重量，因此 希望其小型化。因此，為了使電動(dòng)機(jī)小型化，由電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源的頻率控制帶來(lái)的可變速 駕駛、以高于商用頻率的高頻區(qū)域進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)正在增加。其結(jié)果是，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)而言，為了使其即使小型化也能夠發(fā)揮出足夠的性能，強(qiáng)烈地要求其高輸 出化和在高頻區(qū)域的高效率化。
[0003] 在這樣的背景下，對(duì)于用于電動(dòng)機(jī)的鐵芯的無(wú)取向性電磁鋼板而言，為了實(shí)現(xiàn)電 動(dòng)機(jī)的高輸出化和在高頻區(qū)域的高效率化，強(qiáng)烈地要求磁通密度較高且在高頻區(qū)域的鐵損 較低。
[0004] 作為降低無(wú)取向性電磁鋼板在高頻區(qū)域的鐵損的方法，降低渦流損耗是有效的， 通常使用例如增加 Si、Al及Mn等提高電阻率的元素的添加量的方法、以及使鋼板的板厚 變薄的方法。但是，對(duì)于增加提高電阻率的元素的添加量的方法而言，會(huì)使飽和磁通密度降 低，另一方面，對(duì)于使板厚變薄的方法而言，由于具有產(chǎn)生不利于磁特性的晶體取向（集合 組織）的傾向，因此無(wú)法避免磁通密度的降低，即，不降低磁通密度而降低在高頻區(qū)域的鐵 損是困難的。
[0005] 另一方面，對(duì)于提高無(wú)取向性電磁鋼板的磁通密度的方法也提出了若干個(gè)技術(shù)方 案。例如，專利文獻(xiàn)1中提出了如下的技術(shù)：使P含量為0.07~0.20質(zhì)量％，使Si含量為 0. 17~3. 0質(zhì)量％，以冷卻速度較慢的裝箱退火進(jìn)行熱乳板退火，控制最終退火時(shí)的集合 組織，由此來(lái)謀求高磁通密度化。但是，在將該方法應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，存在在乳制工序等 中容易發(fā)生板破裂等不良情況，而不得不停止生產(chǎn)線、使成品率降低等問(wèn)題。另外，在以熱 乳板退火設(shè)為裝箱退火時(shí)，與連續(xù)退火相比，存在制造成本增加的問(wèn)題。
[0006] 另外，專利文獻(xiàn)2中提出了如下的技術(shù)：使含有Si :1. 5~4.0質(zhì)量％和Mn: 0.005~11. 5質(zhì)量％的鋼原材料的Al含量為0.017質(zhì)量％以下來(lái)謀求高磁通密度化。但 是，由于該方法采用了室溫下的1次冷乳法，因此無(wú)法充分地獲得磁通密度的提高效果。關(guān) 于這一點(diǎn)，雖然在使上述冷乳為將板溫加熱至200°C左右進(jìn)行的溫乳時(shí)可實(shí)現(xiàn)磁通密度的 提高，但存在需要用于溫乳的設(shè)備的應(yīng)對(duì)及嚴(yán)格的工序管理等問(wèn)題。而且，雖然可以使用在 中間夾有中間退火的兩次以上的冷乳法，但存在制造成本增加的問(wèn)題。
[0007] 另外，專利文獻(xiàn)3中提出了通過(guò)向以重量％計(jì)為C:0.02%以下、Si或Si+Al : 4. 0%以下、Mn :1. 0%以下、P :0. 2%以下的坯料中添加 Sb、Sn來(lái)謀求高磁通密度化的技術(shù)。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)
[0010] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利3870893號(hào)公報(bào)
[0011] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利4126479號(hào)公報(bào)
[0012] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利2500033號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 發(fā)明要解決的課題
[0014] 如以上所說(shuō)明的那樣，對(duì)于上述現(xiàn)有技術(shù)而言，生產(chǎn)性良好且廉價(jià)地制造高磁通 密度且在高頻區(qū)域的鐵損特性優(yōu)異的無(wú)取向性電磁鋼板是困難的。
[0015] 本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題而完成的，其目的在于穩(wěn)定且廉價(jià)地提供高 磁通密度且在高頻區(qū)域的鐵損特性優(yōu)異的無(wú)取向性電磁鋼板、以及提供使用了該鋼板作為 鐵芯的電動(dòng)機(jī)。
[0016] 解決課題的方法
[0017] 發(fā)明人等為了解決上述課題，著眼于無(wú)取向性電磁鋼板的晶界的性狀對(duì)磁特性造 成的影響而進(jìn)行了深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，提高存在于晶界上的P (磷）量對(duì)于降低在高頻區(qū) 域的鐵損是有效的，且不會(huì)導(dǎo)致磁通密度的降低。本發(fā)明基于上述新的發(fā)現(xiàn)而完成。
[0018] 即，本發(fā)明提供一種無(wú)取向性電磁鋼板，其具有如下成分組成：C :0. 010質(zhì)量％以 下、5丨：1.0~7.0質(zhì)量％、]?11:0.001~3.0質(zhì)量％、酸溶厶1(5〇1^1) :0.0001~3.5質(zhì)量％、 P :0. 01~0. 2質(zhì)量％、S :0. 010質(zhì)量％以下、N :0. 010質(zhì)量％以下，且余量由Fe及不可避 免的雜質(zhì)構(gòu)成，其中，用俄歇電子能譜法分析該無(wú)取向性電磁鋼板的晶間斷裂面而得到的 俄歇微分譜的電子能量120eV附近的P的peak-peak高度P 12。相對(duì)于電子能量700eV附近 的Fe的peak-peak高度Fe7。。的比例（P 12()/Fe7。。）為0· 1以上，并且板厚為0· 10~0· 50mm〇
[0019] 本發(fā)明的無(wú)取向性電磁鋼板的特征在于，在上述成分組成中，酸溶Al為0. 0001~ 0. 01質(zhì)量％。
[0020] 本發(fā)明的無(wú)取向性電磁鋼板的特征在于，除了上述成分組成以外，還分別含有 0. 01~0. 1質(zhì)量％的選自Sn和Sb中的一種或2種。
[0021] 另外，本發(fā)明的無(wú)取向性電磁鋼板的特征在于，除了上述成分組成以外，還分別含 有0.001~0.05質(zhì)量％的選自Ca、REM和Mg中的一種或2種以上。
[0022] 另外，本發(fā)明的無(wú)取向性電磁鋼板的特征在于，除了上述成分組成以外，還分別含 有0.01~0.5質(zhì)量％的選自Ni、Cu和Cr中的一種或2種以上。
[0023] 另外，本發(fā)明涉及使用上述任一項(xiàng)所述的無(wú)取向性電磁鋼板作為鐵芯的電動(dòng)機(jī)。
[0024] 發(fā)明的效果
[0025] 根據(jù)本發(fā)明，能夠生產(chǎn)性良好且廉價(jià)地提供一種高磁通密度且在高頻區(qū)域的鐵損 特性優(yōu)異的無(wú)取向性電磁鋼板。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 圖1是說(shuō)明俄歇微分譜的Fe和P的peak-peak高度（Fe7。。，P 12。）的圖。
[0027] 圖2是示出最終退火后熱處理的處理時(shí)間與鐵損W_。。的關(guān)系的圖。
[0028] 圖3是示出最終退火后熱處理的處理時(shí)間與磁通密度B5。的關(guān)系的圖。
[0029] 圖4是示出最終退火后熱處理的處理時(shí)間與P12Q/Fe7。。的關(guān)系的圖。
[0030] 圖5是示出P12Q/Fe7。。與鐵損W 1Q/S。。的關(guān)系的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 發(fā)明人等認(rèn)為，像現(xiàn)有技術(shù)那樣僅改善鋼板的化學(xué)成分組成及最終退火工序之前 的工序條件，難以既保持高磁通密度又降低在高頻區(qū)域的鐵損，因而對(duì)最終退火板附加新 的熱處理進(jìn)行了研究。但是，考慮到增加新工序會(huì)增加制造成本，一般來(lái)說(shuō)，使用者會(huì)著眼 于對(duì)無(wú)取向性電磁鋼板實(shí)施的去應(yīng)力退火，對(duì)去應(yīng)力退火條件的變更能否改善磁特性進(jìn)行 了研究。需要說(shuō)明的是，在無(wú)取向性電磁鋼板的制造工序中，最終退火以1000°c左右的溫 度、10秒鐘左右的均熱時(shí)間來(lái)進(jìn)行處理，但上述去應(yīng)力退火通常以750°C左右的溫度、2小 時(shí)左右的均熱時(shí)間來(lái)進(jìn)行處理。
[0032] 其中，決定無(wú)取向性電磁鋼板的磁特性的重要因素之一是結(jié)晶粒徑，結(jié)晶粒徑大 時(shí)，渦流損耗增加，磁滯損耗降低，反之，結(jié)晶粒徑小時(shí)，具有渦流損耗減少，磁滯損耗增加 的傾向。因此，無(wú)取向性電磁鋼板中通常存在適當(dāng)?shù)慕Y(jié)晶粒徑。
[0033] 另外，上述結(jié)晶粒徑的尺寸也可以稱為晶界的密度，晶界密度?。ńY(jié)晶粒徑大） 時(shí)，渦流損耗增加，磁滯損耗降低，反之，晶界密度大（結(jié)晶粒徑?。r(shí)，渦流損耗減少，磁滯 損耗增加。因此，無(wú)取向性電磁鋼板中存在適當(dāng)?shù)木Ы缑芏龋梢哉f(shuō)晶界密度是決定鋼板的 磁特性的重要因素。
[0034] 因此，對(duì)于上述"晶界密度"，發(fā)明人等著眼于"晶界"而不是"密度"，認(rèn)為是否可通 過(guò)控制某些因素改變晶界所具有的性狀來(lái)提高磁特性。而且，作為上述改變晶界的性狀的 因素，著眼于P(磷）。這是因?yàn)?，P是引起晶界脆化的元素，可認(rèn)為P在晶界發(fā)生偏析時(shí)，會(huì) 對(duì)晶界的性質(zhì)帶來(lái)某種改變，另外，如專利文獻(xiàn)1所記載的那樣，P在連續(xù)退火時(shí)不發(fā)生晶 界偏析，而在裝箱退火中發(fā)生晶界偏析，因此可認(rèn)為能夠?qū)的偏析進(jìn)行控制。
[0035] 因此，發(fā)明人等進(jìn)行了以下實(shí)驗(yàn)。
[0036] 在含有 C :0.002 質(zhì)量％、Si :3 質(zhì)量％、Mn :0.5 質(zhì)量％、S :0.002 質(zhì)量％、酸溶 Al : 1質(zhì)量％、N :0. 002質(zhì)量％及Sn :0. 03質(zhì)量％的鋼中，使P含量分別為0. 005質(zhì)量％ (鋼A) 和0. 1質(zhì)量％ (鋼B)這兩個(gè)水平，制造了鋼坯，將上述鋼坯再加熱至IKKTC，然后進(jìn)行熱 車L，制成板厚2. Omm的熱乳板，在實(shí)施了 1000°C X 30秒鐘的熱乳板退火后，進(jìn)行酸洗，冷乳， 制成板厚〇. 30mm的冷乳板。
[0037] 由如上所述得到的冷乳板沿乳制方向（L)和乳制直角方向（C)切出鐵損試驗(yàn)片尺 寸的試樣，以1050°C實(shí)施最終退火。這里，鐵損試驗(yàn)片尺寸的試樣的切出在最終退火之前實(shí) 施是為了在最終退火中消除剪切應(yīng)力。當(dāng)然，在大量生產(chǎn)的實(shí)際生產(chǎn)中，通?？梢圆贿M(jìn)行上 述處理。
[0038] 接著，對(duì)上述最終退火后的試樣實(shí)施在溫度700°C下保持30分鐘、1小時(shí)、5小時(shí)、 10小時(shí)、50小時(shí)及100小時(shí)的熱處理（以下，也將該熱處理稱為"最終退火后熱處理"），然 后測(cè)定了磁特性。需要說(shuō)明的是，在上述磁特性的測(cè)定中，磁通密度B 5。（磁化力5000A/m時(shí) 的磁通密度）和鐵損W1Q/_ (磁通密度I. 0T、頻率800Hz下勵(lì)磁時(shí)的鐵損）按照J(rèn)IS C2552 進(jìn)行測(cè)定。
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