專利名稱：無方向性電磁鋼板、旋轉(zhuǎn)機用部件及旋轉(zhuǎn)機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于旋轉(zhuǎn)機組裝的無方向性電磁鋼板。本發(fā)明還涉及利用上述無方向性電磁鋼板而組裝的旋轉(zhuǎn)機用部件及旋轉(zhuǎn)機。
背景技術(shù)：
為了降低旋轉(zhuǎn)機的能耗，有效的是，提高旋轉(zhuǎn)機的鐵芯，即轉(zhuǎn)子(rotor)及定子(stator)的磁通密度，同時，降低這些鐵芯的鐵損。作為降低鐵損的措施，一般可以采用提高Si、Al、Mn等的含量，使鐵芯材料的電阻增加的措施。還有，除了這些措施，公知的方法例如有特開昭58-151453號公報所公開的添加B的方法、特開平3-281758號公報所公開的添加Ni的方法等。還有通過使電磁鋼板的集合組織中例如具有{100}<UVW>方向的結(jié)晶粒子優(yōu)先成長來提高磁特性的方法，例如，在特開昭58-181822號公報等中提出的方法。采用根據(jù)這些措施而制造的無方向性電磁鋼板，就能夠制造高磁通密度、低鐵損的鐵芯。
旋轉(zhuǎn)機的鐵芯所使用的無方向性電磁鋼板，由鋼板制造廠家實施成品退火(最終退火)，作為產(chǎn)品板出廠后，在下游廠家被組裝到旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子和定子中。在該組裝工序中，由鋼板沖切成轉(zhuǎn)子用鐵芯板或定子用鐵芯板后，根據(jù)需要實施消除應(yīng)力退火。
公開的技術(shù)中還有通過對這種消除應(yīng)力退火中的再結(jié)晶晶粒的成長性進行改善，使鐵損進一步降低的技術(shù)。例如，在特公昭58-55210號公報及特開平8-269532號公報等中提出如下技術(shù)把鋼板中的Sol.Al量分別降低到0.0010％以下、0.003％以下，通過對細微的AlN的析出進行抑制，使消除應(yīng)力退火中的粒子成長性得以改善，從而降低鐵損。還有，在特開平3-24229號公報中又提出如下技術(shù)把Sol.Al量降低到0.001％以下，把N、V的含量的積控制在規(guī)定的值以下，同樣可以對消除應(yīng)力退火中的粒子成長性進行改善，從而降低鐵損。在特開平7-70719號公報中提出如下方法把Sol.Al量降低到8ppm以下，再把Ti+Al的量控制在20ppm以下，等等，從而對消除應(yīng)力退火中的粒子成長性進行改善。
再有，在特開昭63-195217號公報及特開平7-150248號公報中提出，在低Al化的基礎(chǔ)上，對Si、Al、Mn的復(fù)合氧化物所形成的夾雜物的組成進行控制，防止該夾雜物進行延展，就能夠改善消除應(yīng)力退火中的粒子成長性，降低鐵損。
但是，即使采用這些技術(shù)，對消除應(yīng)力退火所引起的鐵損的改善量也不充分，例如，在成品退火后(出廠時)，對6W/kg左右的鋼板進行消除應(yīng)力退火，能夠使它改善到5W/kg以下，即使如此，對于在成品退火后(出廠時)預(yù)先降低至約5W/kg左右的鋼板，則難以通過消除應(yīng)力退火把它改善到4.4W/kg以下。
但是，在旋轉(zhuǎn)機用的鐵芯的制造中，為了維持較高的材料成品率，一般由沖床從同一鋼板沖切出轉(zhuǎn)子用鐵芯板和定子用鐵芯板。接著，把這些轉(zhuǎn)子用鐵芯板和定子用鐵芯板分別進行層壓，并組裝到轉(zhuǎn)子和定子中。
其中，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部件，伴隨高速旋轉(zhuǎn)而受到大的應(yīng)力，因此必須具有很高的強度。特別是近年來，為了提高旋轉(zhuǎn)機(電機)的效率，開發(fā)出了稀土類磁鐵埋入式轉(zhuǎn)子，顯著地提高了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度。因此，對構(gòu)成轉(zhuǎn)子的電磁鋼板的磁通密度及強度，例如上降伏點(YP)，與以往相比提出了更高的要求。另一方面，對于定子，具有高磁通密度、且鐵損低這兩點對旋轉(zhuǎn)機的小型化和節(jié)能化很重要。
這樣，即使是同一個電機所使用的電磁鋼板，轉(zhuǎn)子的組裝所使用的鋼板(以下稱為“轉(zhuǎn)子材料”)和定子的組裝所使用的鋼板(以下稱為“定子材料”)的要求特性也不同，難以同時滿足兩種特性。以往公開的技術(shù)是分別滿足作為轉(zhuǎn)子材料或定子材料的特性，而不是同時滿足它們雙方的特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高磁通密度無方向性電磁鋼板，從同一鋼板同時裁取轉(zhuǎn)子材料及定子材料，并能夠使轉(zhuǎn)子材料中具有高磁通密度及高強度、使定子材料中具有高磁通密度及低鐵損，另外提供一種采用該鋼板的旋轉(zhuǎn)機用部件及旋轉(zhuǎn)機。
本發(fā)明為1.旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中含有質(zhì)量比為0.1％～1.2％的Si及0.005～0.30％的Mn；把C限制在0.0050％以下(含0)；把Sol.Al限制在0.0004％以下(含0)；把N限制在0.0030％以下(含0)；作為其余部分含有Fe及不可避免的雜質(zhì)；分散在鋼板中的妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物(deformable non-metallic inclusions with grain growth inhibition)的個數(shù)密度(number ofinclusions per unit area)在1000個/cm2以下(含0)。
此處，妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物是指，在延展性非金屬夾雜物之中，鋼板的平均再結(jié)晶粒徑(再結(jié)晶晶粒的平均粒徑)設(shè)為D時，長度為3×D～9×D的夾雜物。另外，此處的鋼板是指處在成品退火后的產(chǎn)品板的狀態(tài)，即處在沒有進行消除應(yīng)力退火的狀態(tài)的鋼板，平均再結(jié)晶粒徑及延展性非金屬夾雜物的長度當(dāng)然也是指在產(chǎn)品板狀態(tài)下的值。還有，延展性非金屬夾雜物是指通過軋制而比較容易延展(或者在產(chǎn)品板等中已經(jīng)延展)的比較粗大的非金屬夾雜物，不過，在鋼板中延展的大致上是非金屬夾雜物，因此，以后簡稱延展性夾雜物。
另外，上述無方向性電磁鋼板的組成優(yōu)選的是實質(zhì)上由Si、Mn、C、Sol.Al、N、其余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)而構(gòu)成。
2.根據(jù)上述1的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中還含有從質(zhì)量％為0.005％～0.10％的Sb及0.005％～0.2％的Sn中選取的1種或2種。
3.根據(jù)上述1或2的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中還含有從質(zhì)量％為0.001％～0.2％的P及0.001％～0.2％的Ni中選取的1種或2種。
4.根據(jù)上述1至3中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中還含有從質(zhì)量％為0.0001％～0.10％的REM及0.0001％～0.01％的Ca中選取的1種或2種。
5.根據(jù)上述1至4中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中在上述不可避免的雜質(zhì)中，按質(zhì)量％分別把Ti限制在0.0020％以下(含0)、把Nb限制在0.0050％以下(含0)、把V限制在0.0060％以下(含0)。
6.根據(jù)上述1至5中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中在上述不可避免的雜質(zhì)中，按質(zhì)量％分別把S限制在0.0050％以下(含0)、把O限制在0.0100％以下(含0)。
7.根據(jù)上述1至6中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中上述再結(jié)晶晶粒的平均粒徑D為6μm～25μm。
8.根據(jù)上述1至7中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中該鋼板是至少通過冷軋及其后的成品退火而制造的鋼板，上述成品退火的溫度為700℃～800℃。即，采用通常方法對無方向性電磁鋼板用板坯進行處理，制成具有最終板厚的冷軋鋼板之后在700℃～800℃下實施成品退火而制成的制品。
9.旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其特征是上述1至8中任何一項的發(fā)明的無方向性電磁鋼板，通過在750℃下2小時的消除應(yīng)力退火，使平均再結(jié)晶粒徑成長為2倍以上(即消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比為2以上)。
10.旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板(消除應(yīng)力退火板)，對上述1至9中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板(產(chǎn)品板)實施消除應(yīng)力退火而制成。
11.根據(jù)上述10的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，其中上述消除應(yīng)力退火的溫度為700℃～800℃。
即，上述1至9中的各發(fā)明的無方向性電磁鋼板可以由以下方法制成采用通常方法對向同性電磁鋼板用板坯進行處理，制成具有最終板厚的冷軋鋼板之后，在700℃～800℃下對它實施成品退火，優(yōu)選的是使平均再結(jié)晶粒徑成長為成品退火后的粒徑的2倍以上。
12.旋轉(zhuǎn)機用轉(zhuǎn)子部件，對上述1至9中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，優(yōu)選的是，進行沖切之后再進行層壓而制成。
13.旋轉(zhuǎn)機用定子部件，對上述1至9中任何一項的發(fā)明的旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板，優(yōu)選的是，進行沖切、層壓之后再實施消除應(yīng)力退火而制成。
14.旋轉(zhuǎn)機，具有把同一旋轉(zhuǎn)機用高磁通密度無方向性電磁鋼板作為原材料的上述12的發(fā)明的轉(zhuǎn)子部件和上述13的發(fā)明的定子部件。
即，對上述1至9中的各發(fā)明的無方向性電磁鋼板進行沖切之后再進行層壓，就能夠做成高強度旋轉(zhuǎn)機轉(zhuǎn)子部件。還有，進行沖切、層壓之后再實施消除應(yīng)力退火，就能夠做成低鐵損旋轉(zhuǎn)機定子部件。再有，采用從同一無方向性電磁鋼板得到的轉(zhuǎn)子部件和定子部件，就能夠做成高性能的旋轉(zhuǎn)機。


圖1是以妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的存在個數(shù)為參數(shù)來表示無方向性電磁鋼板的粒子成長比，即消除應(yīng)力退火后的鋼板的平均結(jié)晶粒徑對成品退火后的鋼板的平均結(jié)晶粒徑的比，與鋼板的N含量的關(guān)系的圖。
具體實施例方式
本發(fā)明者首先注意到以下幾點。
(1)無方向性電磁鋼板的飽和磁通密度由原材料的鐵的含量(質(zhì)量％)決定，如果鐵以外的元素，例如Si或Mn等的含量高，飽和磁通密度就會下降，這一點不可避免。
(2)磁通密度及強度由鋼板的結(jié)晶粒徑來支配。
(3)如上所述，在下游廠家進行消除應(yīng)力退火，通過該消除應(yīng)力退火，能夠使結(jié)晶粒徑增大、使鐵損降低。
考慮到上述幾點，本發(fā)明者們找出了下述各方法的組合。
(1)采用Si含量及Mn含量低的無方向性電磁鋼板，以確保高磁通密度；(2)在成品退火后的產(chǎn)品板中，以比較細的粒子獲得高強度，并且，高度確保消除應(yīng)力退火中的結(jié)晶粒子的成長性；(3)對于轉(zhuǎn)子材料，不進行消除應(yīng)力退火而確保強度；對于定子材料，通過實施消除應(yīng)力退火，使粒子成長來實現(xiàn)低鐵損；
通過上述的組合，在上述轉(zhuǎn)子及定子的制造工序中使結(jié)晶粒徑均衡化，就能夠分別付與轉(zhuǎn)子及定子必要的特性。
本發(fā)明者們進一步研究了在定子的組裝過程中所進行的消除應(yīng)力退火工序中支配結(jié)晶粒徑成長的主要原因，找出了下述各方法的組合。
(1)按照工業(yè)級極為嚴(yán)格地對Al的上限值進行限制，對AlN等微細析出物進行抑制；(2)按照與成品退火后的鋼板的平均結(jié)晶粒徑的關(guān)系，把分散在鋼板中的延展性夾雜物的個數(shù)密度限制在規(guī)定值以下，即，特定的尺寸范圍的延展性夾雜物對消除應(yīng)力退火中的結(jié)晶粒子成長性具有支配性影響，從而更加致密且有效地對延展性夾雜物進行控制；于是，根據(jù)上述的組合，在下游廠家的定子組裝過程中進行的消除應(yīng)力退火工序(例如，750℃下2小時)中，就能夠使結(jié)晶粒徑顯著地成長，達成這一見解后，就促成了本發(fā)明。
下面，對適用于本發(fā)明的電磁鋼板的化學(xué)組成(質(zhì)量％)進行說明。
Si0.1～1.2％為了增大鋼板的電阻、降低鐵損，必須含有至少0.1％的Si。但是，如果Si含量超過1.2％，磁通密度就會降低，硬度就會增大，而且加工性也會變差。因此，Si含量定為0.1～1.2％的范圍。
Mn0.005～0.30％為了獲得良好的熱軋過程中的加工性，Mn是必要的成分，為此，必須含有0.005％以上。但是，如果超過0.30％，磁通密度就會降低。因此，Mn含量定為0.005～0.30％。
C0.0050％以下(含0)
為了抑制磁時效變差，必須極力降低C。還有，為了充分發(fā)揮在本發(fā)明中所采用的極低Al化的條件下的集合組織的改善效果，必須降低到0.0050％以下。但是，這種C的降低并非必須在初始材料，即鐵水或者板坯的階段達成。即，可以在鋼板的制造過程中，成品退火結(jié)束之前達成。代表性的脫碳措施是脫碳退火。另外，在制造過程中進行脫碳時，優(yōu)選的是，初始材料中的C量在0.0050％～0.1％的范圍內(nèi)。
Sol.Al0.0004％以下(含0)為了獲得良好的粒子成長性和磁特性，必須把鋼板的Al量降低到0.0004％以下。如果Al含量超過0.0004％，鋼板中就會析出AlN，成品退火后的產(chǎn)品板中的磁通密度就會減小。另外，消除應(yīng)力退火過程中的再結(jié)晶晶粒成長性也會降低，因而就不能獲得使鐵損值顯著降低的本發(fā)明的良好效果。
N0.0030％以下(含0)N與Al結(jié)合而成為氮化物(AlN)的析出原因，此外，與Ti等結(jié)合而形成各種氮化物，成為使成品退火后的制品的磁通密度降低的原因。還會妨礙消除應(yīng)力退火過程中的再結(jié)晶晶粒成長，從而成為妨礙充分降低鐵損值的原因。因此，必須使N含量降低到0.0030％以下。優(yōu)選的是0.0025％以下。
本發(fā)明的無方向性電磁鋼板，除上述的基本組成之外，可以根據(jù)目標(biāo)鋼板特性而添加Sb、Sn、P、Ni、REM、Ca中的至少1種。對關(guān)于它們的適當(dāng)含量，以后再進行說明。除上述之外，即使含有Cr5％以下、Cu5％以下之中的至少1種，也不會妨礙本發(fā)明的效果。
還有，作為其它不可避免的雜質(zhì)，具有代表性的有Ti、Nb、V、S、O，對于它們的適當(dāng)范圍，以后再進行說明。再有，Cu0.2％以下、Cr0.08％以下、Zr0.005％以下、As0.01％以下、Mo0.005％以下、W0.005％以下等不可避免的雜質(zhì)也是允許的。
本發(fā)明的無方向性電磁鋼板具有上述的基本組成，不過，只靠組成的控制不能達到本發(fā)明的目的。在分散在成品退火后的鋼板中的非金屬夾雜物之中，鋼板(成品退火后的產(chǎn)品板)的平均再結(jié)晶粒徑設(shè)為D時，必須使長度為3×D～9×D的延展性夾雜物(延展性非金屬夾雜物)的個數(shù)密度為1000個/cm2以下(含0)。以后，把這種長度為3×D～9×D的延展性非金屬夾雜物定義為妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物。
此處，平均再結(jié)晶粒徑是指，對在鋼板的0.5mm2的面積中存在的結(jié)晶粒子的個數(shù)進行測定，據(jù)此算出對1個結(jié)晶粒子所對應(yīng)的平均面積，算出與該平均面積相等的圓的直徑后，所采用的該直徑。該平均結(jié)晶粒徑是對在鋼板的板寬方向垂直地切開的剖面(所謂L剖面)用光學(xué)顯微鏡觀察來進行測定的。
延展性夾雜物是指，順軋制方向延伸的棒狀夾雜物，以及在軋制方向連續(xù)排列的夾雜物。還有，10μm以內(nèi)的距離中存在的2個以上的夾雜物對于軋制方向在±5°以內(nèi)的方向并列時，就把這些夾雜物看作連在一起的1個延展性夾雜物。
另外，夾雜物中除上述延展性夾雜物之外，還有孤立的圓形夾雜物。這是非延展性夾雜物，不算在延展性夾雜物中。夾雜物的長徑為短徑的2倍以下時分類為圓形夾雜物，超過2倍時分類為延展性夾雜物。
作為代表性的延展性夾雜物，有SiO2、Al2O3、MnO、CaO或由其中的幾種所構(gòu)成的復(fù)合氧化物(此處，根據(jù)組成有時也會成為非延展性的)。
延展性夾雜物的長度是指，在鐵素體(母相組織)與夾雜物的界面處的任意2點間所引線段的長度的最大值，即延展性夾雜物的兩端部間的距離(把它作為長徑)。按照下面的步驟對規(guī)定長度的延展性夾雜物的存在個數(shù)進行測定。
對與鋼板的板寬方向垂直的剖面進行研磨，用光學(xué)顯微鏡對研磨(不進行腐蝕處理等)后的面進行觀察，把與鐵素體部分顏色不同的小區(qū)域認(rèn)定為夾雜物。對1個樣品的觀察視野設(shè)定為5mm2，在根據(jù)上述認(rèn)定的夾雜物中，對認(rèn)定為屬于規(guī)定長度的延展性夾雜物形態(tài)的個數(shù)進行檢測，把該個數(shù)換算為每1cm2上的個數(shù)，作為個數(shù)密度。
為了調(diào)查延展性夾雜物對粒子成長性的影響，進行了實驗。下面，對該實驗及其結(jié)果進行說明。
(實驗1)把C0.002％、Si0.7％、Mn0.2％、Sol.Al0.0004％以下、S0.002％、以及其余不可避免的雜質(zhì)作為基本成分，制成使N在0.0010～0.0060％范圍變化的板坯。
把制成的板坯加熱到1100℃，熱軋至2.3mm厚，之后，進行酸洗、冷軋，加工成0.35mm的最終板厚，接著，實施800℃、15秒鐘的成品退火(再結(jié)晶退火)，制成成品退火板(產(chǎn)品板)。另外，延展性夾雜物的存在量(個數(shù)密度)及形態(tài)(長度)的調(diào)整例如通過如下方式等進行(1)通過改變氧含量和Al含量來控制氧化物的量及組成；(2)通過改變板坯的厚度等、改變熱軋中的軋制進度來控制夾雜物的延伸量。
對于制成的制品，測定平均結(jié)晶粒徑，同時觀察夾雜物，測定延展性夾雜物的長度及個數(shù)密度。接著，在氬(Ar)氣氛中對上述制品實施750℃、2小時的退火(以下簡稱“消除應(yīng)力退火”)，進行與成品退化板相同的平均結(jié)晶粒徑的測定。另外，上述退火條件與下游廠家所用的消除應(yīng)力退火條件相當(dāng)。
圖1是表示消除應(yīng)力退火后的鋼板的平均結(jié)晶粒徑對按上述方法制成的成品退火后的鋼板的平均結(jié)晶粒徑的比(以下稱為“消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比”或簡稱“粒子成長比”)與N含量的關(guān)系的圖。此處，把成品退火后的平均再結(jié)晶粒徑設(shè)為D時，對應(yīng)于長度為3×D～9×D的夾雜物(稱為妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物)的個數(shù)密度，采用不同的標(biāo)記。
由圖1表明，N含量在30ppm(質(zhì)量ppm)以下時，如果妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度在1000個/cm2以下，消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比就在2以上。但是，即使妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度在1000個/cm2以下，N含量超過0.0030％時，或者，妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度超過1000個/cm2時，消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比就不到2。
(實驗2)從下面的實驗2也得出了相同的結(jié)果。制成具有表1所示的組成、其余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)的3根厚250mm的板坯，這些板坯經(jīng)過機械加工后，被分別切成厚度為25mm、50mm、100mm及200mm的樣品。此后，把這些樣品加熱到1070℃后，熱軋為2.5mm，之后，從酸洗開始，經(jīng)過冷軋，加工成0.5mm的最終板厚。接著，把連續(xù)退火型的成品退火(再結(jié)晶退火)的條件調(diào)整為700～800℃的范圍，制成平均再結(jié)晶粒徑(實驗例、實施例中簡稱平均結(jié)晶粒徑)為12μm或14μm的產(chǎn)品板。
在Ar氣氛中對制成的產(chǎn)品板實施750℃、2小時的消除應(yīng)力退火。用光學(xué)顯微鏡對這些產(chǎn)品板(成品退火板)及消除應(yīng)力退火板的與板寬方向垂直的剖面進行觀察，測定其平均結(jié)晶粒徑。還有，對產(chǎn)品板，測定妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度。其結(jié)果如表2所示。如同表所示，在產(chǎn)品板的妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度在1000個/cm2以下的樣品中，消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比大。
表1

表2

如上所述，對組成加以限制，并對妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度適當(dāng)?shù)丶右韵拗疲湍軌蚴瓜龖?yīng)力退火后的鋼板(組成定子的鐵芯材料)的平均結(jié)晶粒徑達到上述成品退火后的粒徑的2倍以上。這樣就使定子中的鐵損大大降低。
另一方面，轉(zhuǎn)子通過在成品退火后的狀態(tài)下使用，因此，結(jié)晶粒子相對小些，可以保持高強度、特別是高上降伏點(以下簡稱YP)。
再有，采用上述的轉(zhuǎn)子及定子，就能夠有效地組裝高速旋轉(zhuǎn)用的高性能的旋轉(zhuǎn)機。
轉(zhuǎn)子所要求的強度級別隨旋轉(zhuǎn)機的特性而不同，因此，可以根據(jù)轉(zhuǎn)子所要求的強度級別來設(shè)計對鋼板強度起支配作用的平均結(jié)晶粒徑的大小。但是，對于一般的旋轉(zhuǎn)機，鋼板在成品退火后的平均結(jié)晶粒徑為6～25μm比較合適。在這種情況下，在鋼板的強度以YP為200～400Mpa左右、維氏硬度Hv為100～170左右。
另外，對本發(fā)明的權(quán)利范圍的解釋不會造成影響，不過，可以認(rèn)為，妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度對消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比起支配作用的機理如下。
首先，可以認(rèn)為，與結(jié)晶粒徑同等長度的夾雜物最妨礙粒子成長性。其原因是，延展性夾雜物以切斷一個或兩個以上的結(jié)晶粒界的方式存在，妨礙該結(jié)晶粒子成長性的概率就很高。
但是，當(dāng)電磁鋼板中存在的非金屬夾雜物的總量一定時，可以認(rèn)為在該鋼中所占的體積比大致一定，因此，根據(jù)齊納(Zener)式所示，與結(jié)晶粒徑相比極端長的夾雜物妨礙粒子成長性的可能性就會降低。
換言之，延展性夾雜物妨礙粒子成長性的程度，隨夾雜物的長度而不同，按本發(fā)明者們的見解，延展性夾雜物的長度為成品退火板的平均結(jié)晶粒子的3～9倍時，即，為妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物時，這種程度達到最大。因此，長度在該范圍的延展性夾雜物，即“妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物”，的個數(shù)密度就對“消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比”造成了影響。
另外，Zener式表示妨礙物對粒子成長的抑制力I，即下面的式。
I＝(3/4)×(V×σ×ρ/r0)此處，V為母相的摩爾體積，σ為粒界能，ρ為析出物的體積比，r0為析出物的平均粒子半徑。
如上所述，對無方向性電磁鋼板的Si、Mn、C、Sol.Al及N的含量分別進行控制，再把妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度控制在1000個/cm2以下，就能夠增大消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比，制成適用于旋轉(zhuǎn)機的高磁通密度無方向性電磁鋼板。再有，對鋼板組成中的Ti、Nb及V的含量加以限制，或者添加Sb、Sn，就能夠進一步提高其效果。這一點可以通過以下實驗得到確認(rèn)。
(實驗3)制成具有表3所示的組成、其余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)的鋼塊，把這些鋼塊加熱到1070℃后，熱軋為2.5mm，之后，從酸洗開始，經(jīng)過冷軋，加工成0.5mm的最終板厚。接著，在800℃下進行10秒鐘的成品退火(再結(jié)晶退火)，制成產(chǎn)品板后，在750℃下實施2小時消除應(yīng)力退火，制成消除應(yīng)力退火板。從制成的產(chǎn)品板及消除應(yīng)力退火板上，分別從平行于軋制方向及垂直于軋制方向切下相同數(shù)量的樣品，按照J(rèn)IS C 2550的標(biāo)準(zhǔn)測定磁通密度及鐵損。測定結(jié)果一并如表3所示。
另外，各產(chǎn)品板中的平均結(jié)晶粒徑為10～20μm。還有，各產(chǎn)品板中的妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度在1000個/cm2以下。
表3

由表3表明，把Ti限制在0.0020％以下，把Nb限制在0.0050％以下，把V量限制在0.0060％以下，就能夠進一步改善消除應(yīng)力退火后的磁特性。
再有，添加Sb及Sn中的1種或2種，就能夠大幅度地改善消除應(yīng)力退火后的鐵損。
通過降低Ti、Nb及V量來改善磁特性的機理不是十分清楚，但有以下看法?？梢哉J(rèn)為，Ti和Nb、以及V都是氮化物及碳化物形成元素，如果這些氮化物微細地析出，與微細析出AlN相同，就會對集合組織形成及結(jié)晶粒子成長性造成不良影響。因此，可以認(rèn)為，通過降低這些元素來防止上述不利情況的出現(xiàn)，結(jié)果就能夠獲得良好的磁特性。
降低Ti、Nb及V量對消除應(yīng)力退火后的磁特性的影響機理不是十分清楚，但有以下看法。可以認(rèn)為，如果Ti、Nb及V的含量多，熱軋板退火及再結(jié)晶退火時氮化物或碳化物就會部分地固溶。接著，消除應(yīng)力退火時氮化物或碳化物就會再度析出，妨礙磁疇壁的移動，因此，如果上述各元素多的話，就會使鐵損加劇。
還有，添加Sb及Sn中的1種或2種，就能夠大幅度地改善消除應(yīng)力退火后的鐵損，其機理不是十分清楚，不過，可以認(rèn)為這是由于Sb及Sn的偏析對V等的析出行為造成了影響，使其析出受到抑制或使其析出物變得粗大。另外，即使是使V等降低到上述適當(dāng)范圍的鋼，V等的析出在一定程度上也是不可避免的。因此，可以認(rèn)為，即使是使V等降低的鋼，添加Sb及Sn也是有效的。
另外，在現(xiàn)有的無方向性電磁鋼板中，為了改善合成組織等、降低鐵損而添加Sb及Sn，這是公知的(例如，特公昭56-54370號公報、特開2000-129409號公報，T.Kubota，T.Nagai；J.Mater.Eng.Perform.1(1992)，p.219等)。但是，在極度降低Al、N等、并對延展性夾雜物加以控制的無方向性電磁鋼板中，添加Sb及Sn而顯著地促進消除應(yīng)力退火中的鐵損改善效果，是以前不了解的現(xiàn)象。
這樣，對混入鐵水及Si原料中的Ti、Nb及V在鋼中的量加以限制，就進一步提高了對由上述的Sol.Al的降低而造成的微細析出物的防止效果，同時，進一步提高了磁特性。特別是，在使Al極力降低后的成分系中，除對Ti及Nb量的限制外，再加上對V量的限制，頗為有利。特別是對于消除應(yīng)力退火中的鐵損的改善，其效果甚佳。對上述微量元素的限制，總結(jié)如下。
Ti0.0020％以下(含0)；Nb0.0050％以下(含0)；及V0.0060％以下(含0)Ti、Nb及V形成微細的氮化物或碳化物，從而妨礙集合組織的形成及結(jié)晶粒子的成長性。特別是按照本發(fā)明、對Sol.Al及N限制得很低的無方向性電磁鋼板，這種傾向頗為明顯。使這些元素分別降低到Ti0.0020％以下、Nb0.0050％以下、V0.0060％，其氮化物或碳化物形成傾向就會受到抑制，特別是有利于改善消除應(yīng)力退火后的鐵損。
還有，Sb、Sn的適當(dāng)添加量如下所述。
從Sb0.005～0.10％及Sn0.005～0.2％中選取的1種或2種Sb及Sn對氮化物的微細析出進行抑制，同時降低該氮化物對粒子成長的妨礙效果，這樣就有效地促進了具有良好磁特性的集合組織的形成。這種效果當(dāng)Sb0.005％以上、Sn0.005％以上時就會體現(xiàn)，不過，分別超過0.10％、0.2％的話，反而會妨礙粒子成長性。
上述之外，限制或添加下述元素，就能夠更加有效地發(fā)揮本發(fā)明鋼的特性。
從P0.001～0.2％及Ni0.001～0.2％中選取的1種或2種沖切過程中會產(chǎn)生壓陷及破損，沖切時產(chǎn)生的異狀會變大，使鋼板的面積占有率降低，等等，發(fā)生這些問題時，通過至少添加P及Ni中1種，使本發(fā)明的電磁鋼板的硬度提高，就能夠避開這些問題。因此，在對電磁特性、特別是磁通密度無害的范圍內(nèi)，可以根據(jù)下游廠家的要求來添加這些元素。
從REM0.0001～0.10％及Ca0.0001～0.01％中選取的1種或2種REM及Ca具有使硫化物粗大化、提高鐵損性能(即降低鐵損)的作用。因此，可以在這些元素發(fā)揮作用的范圍內(nèi)，即在REM0.0001～0.10％、Ca0.0001～0.01％中，適當(dāng)添加。
S0.0050％以下(含0)；O0.0100％以下如果S超過0.0050％，與Mn及雜質(zhì)元素(主要是從廢料混入的元素)Cu等結(jié)合而形成MnS及Cu2S的傾向就加劇，從而妨礙結(jié)晶粒子成長。還有，如果O(氧)超過0.0100％，氧化物就增加，從而妨礙結(jié)晶粒子成長。因此，優(yōu)選的是，把這些元素限制在上述范圍內(nèi)。
對無方向性電磁鋼板要求的強度級別及鐵損級別，根據(jù)要制造的旋轉(zhuǎn)機的特性而不同。因此，在本發(fā)明中，不必統(tǒng)一規(guī)定成品退火后的鋼板的結(jié)晶粒徑。不過，如果使平均再結(jié)晶粒徑D處在6～25μm，前面所述的消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比就比較大，例如3以上，從而發(fā)揮有利的作用。
對上述本發(fā)明的無方向性電磁鋼板的制造方法沒有特別的限制。可以根據(jù)具有代表性的下述工藝來制造。
首先，根據(jù)例如連續(xù)鑄造法，把按適當(dāng)成分組成調(diào)配好的鐵水制成板坯。接著，對它進行熱軋，制成熱軋板。再根據(jù)需要實施熱軋板退火，然后進行一次以上的冷軋，在此期間根據(jù)需要實施中間退火，制成最終板厚。在對制成的冷軋鋼板實施連續(xù)退火(成品退火)的基礎(chǔ)上，再根據(jù)需要實施絕緣涂覆。還有，板坯的碳含量比本發(fā)明成分多時，就在熱軋后實施適當(dāng)?shù)拿撎纪嘶稹?br> 在本發(fā)明中，對夾雜物之中的延展性夾雜物的量及存在形態(tài)的控制，特別是使平均結(jié)晶粒徑的長度處在規(guī)定范圍內(nèi)的延展性夾雜物降低，是很重要的。即，把妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物控制在1000個/cm2以下。這種控制可以根據(jù)以下方法中的任何一種或它們的組合來達成。
首先是通過降低氧含量使板坯中的非金屬夾雜物的絕對量降低的方法。
還有，通過增加Al及Mn量使板坯中的非金屬夾雜物具有延展性，反之，通過降低Al及Mn量使其失去延展性(細微化)，這種方法也很有效。
還有，對制造條件，特別是對軋制條件進行控制來調(diào)整非金屬夾雜物的長度，就能夠使成品退火后的鋼板的平均再結(jié)晶粒徑不到3倍或超過9倍的延展性夾雜物占大部分。例如，通過板坯厚或者熱軋板厚的增減來對熱軋的軋制率進行增減，就能夠?qū)彳埌逯械难诱剐詩A雜物的長度進行調(diào)整。還有，即使熱軋軋制率相同，通過夾雜物易于延伸的高溫區(qū)的軋制率的增減，就能夠使延展性夾雜物的長度發(fā)生變化。再有，如果熱軋以后的累積軋制率加大，延展性夾雜物就會變長，如果該累積軋制率減小，延展性夾雜物就會縮短，由于存在這種傾向，就能夠通過熱軋板厚的增減或者產(chǎn)品板厚的增減來對非金屬夾雜物的長度進行調(diào)整。
反過來改變成品退火的溫度及均熱時間等條件，使平均結(jié)晶粒徑進行增減，結(jié)果就可以使大部分延展性夾雜物的長度不到平均再結(jié)晶粒徑的3倍或超過平均再結(jié)晶粒徑的9倍。
另外，在上述制造工藝中，優(yōu)選的是，把對冷軋成最終板厚的冷軋鋼板實施的連續(xù)退火(成品退火)的退火溫度設(shè)為700～800℃，使平均結(jié)晶粒徑調(diào)整到6～25μm，或者使鋼板的硬度調(diào)整到適當(dāng)?shù)募墑e，例如使維氏硬度(Hv)調(diào)整到100～170。使維氏硬度處于上述范圍利于確保鋼板的強度及沖切性。
把這樣制成的無方向性電磁鋼板沖切成旋轉(zhuǎn)機用的鐵芯，就可以組裝成轉(zhuǎn)子及定子。在此過程中，從同一鋼板同時沖切出轉(zhuǎn)子及定子用的鐵芯材料，分別進行層壓，組裝成轉(zhuǎn)子及定子部件后，只對定子實施消除應(yīng)力退火，促進粒子成長，就能夠降低其鐵損。對轉(zhuǎn)子用的鐵芯部件最好不進行與粒子成長相伴的消除應(yīng)力退火，使其保持高強度。
消除應(yīng)力退火溫度優(yōu)選的是700～800℃的范圍。還有，退火時間為10分鐘～3小時比較合適。消除應(yīng)力退火條件更優(yōu)選的是在上述的范圍之中使消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比成為2以上的條件，例如在惰性氣體氛圍中，優(yōu)選的是在750℃進行2小時。再有，消除應(yīng)力退火溫度是成品退火溫度以上的溫度，不過，從確保粒子成長的觀點來看是優(yōu)選的。
另外，成品退火后的無方向性電磁鋼板再經(jīng)過輕度的變形，例如0.5～5％的軋制變形，沖切之后，實施700～800℃的消除應(yīng)力退火，就能夠促進再結(jié)晶，使結(jié)晶粒徑成長為30～100μm。這樣處理后的鋼板就可以用于要求特低鐵損的定子的組裝。前面段落所述的消除應(yīng)力退火條件也適合于這種情況。
實施例下面，根據(jù)實施例對本發(fā)明的實施方式進行更加具體的敘述。
實施例1根據(jù)連續(xù)鑄造法制成具有表4所示的成分組成、其余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)的板坯。另外，使Ti、Nb、V、S、O的量降低到上述的適當(dāng)范圍。把這些板坯在1110℃下加熱40分鐘后，進行熱軋，制成2.5mm的熱軋板。對制成的熱軋板進行酸洗，除垢后，經(jīng)過冷軋，制成板厚0.50mm冷軋鋼板。接著，在容量比為氫50％-氮50％的氣氛中，在780℃下實施10秒鐘的成品退火。在制成的成品退火板上，涂覆由重鉻酸鹽和樹脂組成的半有機涂覆液，在300℃下進行燒制，制成產(chǎn)品板。
另外，通過板坯的厚度的改變及熱軋中的軋制進度的改變，使妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的量(個數(shù)密度)進行變動。
從制成的產(chǎn)品板切出樣品，按照J(rèn)IS C 2550的標(biāo)準(zhǔn)對磁通密度、鐵損、上降伏點(YP)及維氏硬度(Hv)進行測定。另外，上降伏點(YP)為軋制方向和垂直于軋制方向的平均值。
再有，對平均結(jié)晶粒徑及妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度進行檢測。另外，測定是在與寬度方向垂直的面上進行的。
接著，在氬氣氛中，在750℃下對上述產(chǎn)品板實施2小時的消除應(yīng)力退火之后，與前面的制品相同，對鐵損及平均結(jié)晶粒徑進行測定，還要算出消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比。
表4

得到的結(jié)果如表5所示。如表4及表5所示，具有本發(fā)明的成分組成及妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度的樣品，消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比大，因此尤其是消除應(yīng)力退火后的鐵損值低。再與制品(成品退火狀態(tài))的上降伏點(YP)及維氏硬度(Hv)比較高的特點相結(jié)合，就成為適合于同時沖切并制作旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子及定子的材料。而且，磁通密度也足夠高。還有，特別是在添加了Sb及Sn的發(fā)明例(27、29)中，經(jīng)過消除應(yīng)力退火，磁特性的改善很明顯。
實施例2制成具有表6所示的組成、其余部分為鐵及不可避免的雜質(zhì)的厚度為210mm的連續(xù)鑄造板坯。在此過程中，通過適當(dāng)調(diào)整制鋼工藝中板坯的組成并適當(dāng)調(diào)整軋制條件，使妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物量處在1000個/cm2以下的范圍。
與實施例1的情況相同，對制成的板坯進行處理，制成制品，進行試驗。鋼記號58的成品退火在680℃下進行，鋼標(biāo)號59的成品退火在850℃下進行。
得到的結(jié)果如表7所示。如表7所示，具有本發(fā)明的成分組成及平均結(jié)晶粒徑的樣品，都具有良好的消除應(yīng)力退火結(jié)晶粒子成長比及強度、磁特性，因此，就成為適合于同時沖切并制造旋轉(zhuǎn)機的轉(zhuǎn)子及定子的材料。
還表明，特別是把成品退火溫度控制在700～800℃，或者把產(chǎn)品板的平均再結(jié)晶粒徑控制在6～25μm，對消除應(yīng)力退火前的高強度和消除應(yīng)力退火后的低鐵損值皆為有利。
表6

表7

如上所述，本發(fā)明能夠提供極其適合于制造旋轉(zhuǎn)機用轉(zhuǎn)子及定子的無方向性電磁鋼板。
再有，本發(fā)明的無方向性電磁鋼板還不止于此，它還具有良好的所謂再生性特征。即，如果對現(xiàn)有Al含量高的鐵芯材料進行再生，鑄造電機的軸等，就會發(fā)生鐵水的表面氧化，粘性就會增大。因此，鐵水在鑄模內(nèi)的填充性就降低，有時就不能制成完好的鑄件。這樣，一般含Al的廢鋼鐵就缺乏再生性，但是，本發(fā)明的無方向性電磁鋼板為低Al材，具有很高的鑄造再生性。
工業(yè)實用性根據(jù)本發(fā)明的高磁通密度無方向性電磁鋼板，可以從同一鋼板同時裁取轉(zhuǎn)子材料及定子材料，并使轉(zhuǎn)子材料具有高磁通密度及高強度，使定子材料具有高磁通密度及低鐵損。這樣就大幅度地提高了旋轉(zhuǎn)機用部件及與此相關(guān)的旋轉(zhuǎn)機的制造效率、輸出特性。而且，本發(fā)明的無方向性電磁鋼板，鑄造再生性良好，改善了沖切材的廢鋼鐵再生時的鑄造性。
權(quán)利要求
1.一種無方向性電磁鋼板，以質(zhì)量％(以下相同)含有Si0.1％～1.2％、Mn0.005～0.3％，分別將C、Al、N限制成C0.0050％以下(含0)、Sol.Al0.0004％以下(含0)、N0.0030％以下(含0)，作為其余部分含有Fe及不可避免的雜質(zhì)，相對再結(jié)晶晶粒的平均粒徑D，長度為3D～9D的夾雜物的個數(shù)密度在1000個/cm2以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，以質(zhì)量％還含有Sb0.005％～0.10％及Sn0.005％～0.2％所組成的組中選擇的至少1種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，以質(zhì)量％還含有P0.001％～0.2％及Ni0.001％～0.2％所組成的組中選擇的至少1種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，以質(zhì)量％還含有REM0.0001％～0.10％及Ca0.0001％～0.01％所組成的組中選擇的至少1種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，在所述不可避免的雜質(zhì)中，以質(zhì)量％分別將Ti、Nb及V限制成Ti0.0020％以下(含0)、Nb0.0050％以下(含0)、及V0.0060％以下(含0)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，在所述不可避免的雜質(zhì)中，以質(zhì)量％分別將S及O限制成S0.0050％以下(含0)、O0.0100％以下(含0)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，所述再結(jié)晶晶粒的平均粒徑D為6μm～25μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，該鋼板為至少通過冷軋及其后的成品退火而制造的鋼板，所述成品退火的溫度為700℃～800℃。
9.一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，為權(quán)利要求1所述的鋼板，通過在750℃下2小時的消除應(yīng)力退火，使再結(jié)晶晶粒的平均粒徑成長為2倍以上。
10.一種無方向性電磁鋼板，對權(quán)利要求1至9中的任何一項所述的鋼板實施消除應(yīng)力退火而制成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無方向性電磁鋼板，所述消除應(yīng)力退火的溫度為700℃～800℃。
12.一種旋轉(zhuǎn)機用轉(zhuǎn)子部件，把權(quán)利要求1至9中的任何一項所述的無方向性電磁鋼板進行層壓而制成。
13.一種旋轉(zhuǎn)機用定子部件，把權(quán)利要求1至9中的任何一項所述的無方向性電磁鋼板進行層壓之后，實施消除應(yīng)力退火而制成。
14.一種旋轉(zhuǎn)機，具有把同一無方向性電磁鋼板作為原材料的權(quán)利要求12所述的轉(zhuǎn)子部件和權(quán)利要求13所述的定子部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無方向性電磁鋼板，含有質(zhì)量比為0.1％～1.2％的Si及0.005～0.30％的Mn；把C限制在0.0050％以下(含0)；把Sol.Al限制在0.0004％以下(含0)；把N限制在0.0030％以下(含0)；使分散在鋼板中的妨礙粒子成長的延展性非金屬夾雜物的個數(shù)密度達到1000個/cm
文檔編號B21B3/02GK1556869SQ03801038
公開日2004年12月22日 申請日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月6日
發(fā)明者中西匡, 高宮俊人, 河野正樹, 人, 樹 申請人:杰富意鋼鐵株式會社