專利名稱：無方向性電磁鋼板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及適于電氣設(shè)備的鐵芯材料的無方向性電磁鋼板及其制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，在小型通用馬達(dá)及壓縮機馬達(dá)中一直采用低損耗的電磁鋼板。在這樣的 電磁鋼板中，主要通過純度的提高及晶粒的粗大化對1.0T左右以下的低磁場下的磁化特 性進(jìn)行改善。另外，近年來，因世界性的電氣設(shè)備的節(jié)能化的高漲，對于作為回轉(zhuǎn)機械的鐵芯材 料所使用的無方向性電磁鋼板，要求更高性能的特性。但是，工業(yè)上難以進(jìn)一步提高電磁鋼板的純度。另外，晶粒粗大化帶來的鐵損的降 低在150μπι左右達(dá)到飽和，而以往的電磁鋼板的晶體粒徑已達(dá)到150μπι左右。因此，即便 使晶粒更加粗大化，也難以進(jìn)一步降低鐵損。這樣，在以往的技術(shù)中，難以進(jìn)一步提高低磁場下的磁特性?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本特開平07-070719號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開平08-165520號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平08-283853號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的課題本發(fā)明的目的在于提供一種能夠進(jìn)一步提高低磁場下的磁特性的無方向性電磁 鋼板及其制造方法。解決課題的手段本發(fā)明是為解決上述問題而完成的，其要旨如下。(1) 一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，該無方向性電磁鋼板具有基材；以及 Fe-Ni合金膜，其形成于所述基材的至少一個表面，且以質(zhì)量％計含有！^ 40%及 Ni :60% 90%，厚度為0. Ιμπι以上。(2)根據(jù)上述(1)所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，所述!^e-Ni合金膜的厚 度為0.6μπι以下。(3)根據(jù)上述⑴或(2)所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，所述基材以質(zhì) 量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 7. 0%、A1 :0. 01% 7. 0%，剩余部分包括！^及不 可避免的雜質(zhì)。(4)根據(jù)上述⑴ (3)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具 有形成于所述基材表面上的絕緣膜。(5) 一種無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，具有在基材的至少一個表面上，以0. Ιμπι以上的厚度形成以質(zhì)量％計含有!^e 40%及Ni :60% 90%的Fe-Ni 合金膜的工序。(6)根據(jù)上述(5)所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述!^e-Ni 合金膜的厚度為0.6μπι以下。(7)根據(jù)上述(5)或(6)所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述 基材以質(zhì)量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩余部分包 括1 及不可避免的雜質(zhì)。(8)根據(jù)上述(5) (7)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征 在于，在形成所述i^e-Ni合金膜的工序之前，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。(9)根據(jù)上述(5) (7)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征 在于，在形成所述i^e-Ni合金膜的工序之后，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，通過適當(dāng)?shù)?^e-Ni合金膜的作用，可適當(dāng)?shù)乜刂苹谋砻娴拇女?，?以能夠提高磁特性。


圖1是表示低磁場區(qū)域中的磁特性的圖示。圖2是表示頻率和鐵損改善率的關(guān)系的圖示。圖3是表示Ni含量和相對磁導(dǎo)率的關(guān)系的圖示。圖4是表示!^e-Ni合金膜的厚度和相對磁導(dǎo)率的關(guān)系的圖示。圖5是表示本發(fā)明的實施方式的無方向性電磁鋼板的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖6是表示本發(fā)明的另一實施方式的無方向性電磁鋼板的結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖7是表示本發(fā)明的又一實施方式的無方向性電磁鋼板的結(jié)構(gòu)的剖視圖。
具體實施例方式本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)通過在無方向性電磁鋼板的基材上涂覆!^e-Ni合金膜，無方向性 電磁鋼板表面附近的磁疇向平行于其表面的方向聚齊，其詳細(xì)情況容后敘述。另外，結(jié)果還 發(fā)現(xiàn)低磁場(例如0.8T左右)中的磁化特性得以提高。低磁場中的磁化特性的提高例如 可以有助于電氣設(shè)備的節(jié)能化。此外，在以下的說明中，元素的含有率的單位為質(zhì)量％或質(zhì) 量 ppm0本發(fā)明人采用濺射法在無方向性電磁鋼板(基材)的單面上形成了狗-78%附合 金膜。也就是說，用Fe-78% M合金膜覆蓋無方向性電磁鋼板的單面。作為無方向性電磁 鋼板，采用含有C 0. 002%、Si :3. 0%及Al :0. 5%，剩余部分包括!^e及不可避免的雜質(zhì)，且 厚度為0. 35mm的鋼板。另外，將狗-78% Ni合金膜的厚度設(shè)定為0. 4 μ m。然后，測定了直 流磁化特性。在直流磁化特性的測定中，求出最大磁通密度Bm(0. 4T 1. 6T)和相對磁導(dǎo)率 μ s的關(guān)系。此時，在軋制方向測定相對磁導(dǎo)率μ s。為了進(jìn)行比較，對于沒有形成狗-78% Ni合金膜的無方向性電磁鋼板也進(jìn)行了同樣的測定。它們的結(jié)果如圖1所示。如圖1所示，形成有狗-78% Ni合金膜的無方向性電磁鋼板與沒有形成狗-78% Ni合金膜的無方向性電磁鋼板相比較，低磁場下的相對磁導(dǎo)率μ s得以提高。也就是說，低磁場下的磁特性得以提高。特別地，在最大磁通密度ail為0.8T左右時，相對磁導(dǎo)率達(dá) 到最大。此外，所謂最大磁通密度ail為0. 8T時的相對磁導(dǎo)率，是指從最大磁通密度為0. 8T 的直流磁化曲線得到的相對磁導(dǎo)率。本發(fā)明人對形成有i^e-78% Ni合金膜的無方向性電磁鋼板，求出了最大磁通密度 Bm為1. 5T時的頻率(20Hz 400Hz)和鐵損W1的關(guān)系。另外，對沒有形成!^-78% Ni合 金膜的無方向性電磁鋼板，也求出了最大磁通密度ail為1. 5T時的頻率(20Hz 400Hz)和 鐵損W2的關(guān)系。然后，將它們進(jìn)行了比較。其結(jié)果是，在400Hz以下的頻率中，鐵損W1低于鐵損W2。圖2中示出了頻率和鐵 損改善率的關(guān)系。鐵損改善率用下式表示。鐵損改善率(％) = 100X (I-W1Zff2)如圖2所示，在400Hz以下的頻率中，鐵損改善率為15%以上?？紤]到圖1所示的結(jié)果及圖2所示的結(jié)果，可以說通過形成！^-78% Ni合金膜，相 對磁導(dǎo)率μ s得以提高，鐵損(磁滯損耗)降低。將最大磁通密度為1. 5Τ、頻率為50Hz時 的鐵損記為W15/50。本發(fā)明人為了弄清楚適合提高磁特性的!^e-Ni合金膜的組成，利用電鍍法在無方 向性電磁鋼板的單面上形成了多種組成(Ni 100% )的!^e-Ni合金膜。也就是說， 用組成不同的i^e-Ni合金膜覆蓋無方向性電磁鋼板的單面。作為無方向性電磁鋼板，采用 含有C :0. 003%, Si :2. 及Al :0. 3%，剩余部分包括狗及不可避免的雜質(zhì)，且厚度為 0. 35mm的無方向性電磁鋼板。另外，F(xiàn)e-Ni合金膜的厚度在所有組成中都設(shè)定為0. 3 μ m。 然后，測定了直流磁化特性。在直流磁化特性的測定中，將最大磁通密度ail設(shè)定為0. 8T，求 出Ni含有率和相對磁導(dǎo)率μ S的關(guān)系。其結(jié)果如圖3所示。如圖3所示，在Ni含有率為78. 5%左右時，相對磁導(dǎo)率μ s達(dá)到最大。一般地說， Fe-78.5%Ni的組成是高磁導(dǎo)率坡莫合金組成。另一方面，在Ni含有率低于60%時，特別 是在低于50%時，相對磁導(dǎo)率μ s降低。另外，在Ni含有率超過90%時，相對磁導(dǎo)率μ s 也降低?？梢哉J(rèn)為這種傾向是因Ni含有率低于60%的組成或超過90%的組成與坡莫合金 組成的差別較大而產(chǎn)生的。本發(fā)明人為了弄清楚適合提高磁特性的!^e-Ni合金膜的厚度，利用浸漬鍍覆法在 無方向性電磁鋼板的單面上形成了多種厚度(0.05μπι 0.8μπι)的!^e-Ni合金膜。也就 是說，用厚度不同的狗-附合金膜覆蓋無方向性電磁鋼板的單面。作為無方向性電磁鋼板， 采用含有C :0. 003%, Si :2. 4%及Al :0. 5%，剩余部分包括！^及不可避免的雜質(zhì)，且厚度 為0. 35mm的無方向性電磁鋼板。另外，F(xiàn)e-Ni合金膜的M含有率在所有厚度中都設(shè)定為 78%。然后，測定了直流磁化特性。在直流磁化特性的測定中，將最大磁通密度to設(shè)定為 0. 8T，求出!^e-Ni合金膜的厚度(涂層厚度)和相對磁導(dǎo)率μ s的關(guān)系。再者，對于將!^-Ni 合金膜形成于無方向性電磁鋼板的兩面上的材料，也進(jìn)行了同樣的測定。它們的結(jié)果如圖 4所示。如圖4所示，如果!^e-Ni合金膜的厚度低于0. 1 μ m，則相對磁導(dǎo)率μ s極度降低。 另外，如果!^e-Ni合金膜的厚度超過0. 6 μ m，則相對磁導(dǎo)率μ s的提高效果達(dá)到飽和。之所以!^e-Ni合金膜的厚度低于0. 1 μ m時相對磁導(dǎo)率μ s極度降低，是因為即使 通過形成i^e-Ni合金膜，無方向性電磁鋼板的表面的磁疇也難以聚齊。另外，之所以相對磁導(dǎo)率μ s的提高效果達(dá)到飽和，是因為無方向性電磁鋼板的表面的磁疇十分聚齊時，即使 在上述厚度以上形成狗-·合金膜，磁疇也難以更加聚齊。另外，如圖4所示，將！^-Ni合金膜形成于單面上時的相對磁導(dǎo)率μ s及形成于兩 面上時的相對磁導(dǎo)率μ s相互同等。這是因為在勵磁時，磁通集中于在無方向性電磁鋼板的厚度方向最容易磁化的區(qū) 域。也就是說，這是因為無論將i^e-Ni合金膜形成于厚度方向的1個區(qū)域(單面)，還是將 Fe-Ni合金膜形成于兩個區(qū)域(兩面)，磁通最集中的區(qū)域為1個。本發(fā)明人從這些實驗的結(jié)果中獲得了如下的見解通過在無方向性電磁鋼板的表 面上形成!^e-Ni合金膜，可飛躍般地改善相對磁導(dǎo)率及鐵損。另外，為了改善相對磁導(dǎo)率及 鐵損，必須使!^e-Ni合金膜的Ni含有率為60% 90%，且 ^-Ni合金膜的厚度在0. 1 μ m 以上。另外，本發(fā)明人還獲得了如下的見解如果!^e-Ni合金膜的厚度超過0. 6 μ m，則相對 磁導(dǎo)率及鐵損的改善效果達(dá)到飽和、及無論將!^e-Ni合金膜形成于單面還是形成于兩面， 相對磁導(dǎo)率及鐵損的改善效果都同等。接著，對基于上述新的見解而完成的本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行說明。首先，對其表面 形成有 ^-Μ合金膜的無方向性電磁鋼板本身(基材)的組成進(jìn)行說明。如果C含有率超過0.05%，則鐵損容易顯著增大。因此，C含有率優(yōu)選為0.05% 以下。Si是對增加電阻有效的元素，如果Si含有率低于0. 1%，則難以得到充分的電阻 率。另一方面，如果Si含有率超過7%，則冷軋性容易顯著下降。因此，Si含有率優(yōu)選為 0. 7%。Al與Si同樣是對增加電阻有效的元素。另外，Al還是有助于脫氧的元素，如果Al 含有率低于0. 01 %，則難以進(jìn)行充分的脫氧。另一方面，如果Al含有率超過7%，則鑄造性 下降，從而容易降低生產(chǎn)率。因此，Al含有率優(yōu)選為0. 01% 7%。另外，無方向性電磁鋼板(基材)的其它成分沒有特別的限定，但Mn、Ti、N、S、Sn、 Cu及Ni的含有率優(yōu)選在以下的范圍內(nèi)。Mn生成MnS，具有使雜質(zhì)S無害化的作用。因此，優(yōu)選含有0. 以上的Mn。但是， 即使比1. 0%更多地含有，使S無害化的作用也達(dá)到飽和。Ti生成氮化物和/或碳化物，使磁化特性及鐵損惡化。因此，Ti含有率優(yōu)選為 30ppm以下，更優(yōu)選為15ppm以下。N生成AlN和/或TiN，使磁化特性惡化。因此，N含有率優(yōu)選為0. 0030%以下。S生成MnS，使磁化特性及鐵損惡化。因此，S含有率優(yōu)選為30ppm以下。SnXu及M具有對退火、特別是消除應(yīng)力退火中的無方向性電磁鋼板的表面的氮 化及氧化進(jìn)行抑制的作用、及通過改善織構(gòu)來改善勵磁特性的作用。因此，Sn、Cu及Ni以 總量計優(yōu)選含有0.01%以上。這些作用在SruCu及Ni間是同等的，因此，只要含有至少任 一種即可。但是，即使以總量計高于0. 50%而含有，對退火中的氣氛氣體帶來的氮化及氧化 的抑制效果及對織構(gòu)的改善效果也達(dá)到飽和。接著，對!^e-Ni合金膜進(jìn)行說明。Fe-Ni合金膜優(yōu)選由Fe 40%及Ni 90 60%構(gòu)成，更優(yōu)選由Fe 30%及Ni :85% 70%構(gòu)成。這是為了得到在低磁場下的良好的磁特性。此外，在!^e-Ni合金膜中也可以含有Mo等其它金屬元素。在這種情況下，F(xiàn)e-Ni合金膜優(yōu)選含有狗10% 40%及 Ni 90 60%，更優(yōu)選含有 Fe 30%及 Ni :85% 70%。在無方向性電磁鋼板(基材)的表面上形成!^e-Ni合金膜的方法沒有特別的限 定。例如，能夠采用PVD(物理氣相沉積physical vapordeposition)法及CVD(化學(xué)氣相 沉積chemical vapor deposition)法等干式涂覆法、及鍍覆法等濕式涂覆法等來形成。將!^e-Ni合金膜的厚度設(shè)定為0. Ιμπι以上。這是因為如上所述，在厚度低于 0. Iym時不能得到充分的效果。另一方面，如果!^e-Ni合金膜的厚度超過0. 6 μ m，則磁導(dǎo) 率及鐵損的改善效果達(dá)到飽和，因此，F(xiàn)e-Ni合金膜的厚度在0. 6 μ m以下就很充分。但是， 因操作穩(wěn)定性等理由，也可以超過0. 6 μ m。另外，如上所述，F(xiàn)e-Ni合金膜只要形成于無方向性電磁鋼板(基材)的一個表面 上即可，但也可以形成于兩個表面上。接著，對至少在單面形成有 ^-Μ合金膜的無方向性電磁鋼板的磁特性進(jìn)行說 明。關(guān)于在單面形成有!^e-Ni合金膜的無方向性電磁鋼板的直流磁化特性，在上述實 驗中，軋制方向的相對磁導(dǎo)率μ s在0. 8T左右的最大磁通密度Bm時表現(xiàn)出最大值，其值為 10000以上。因此，可以認(rèn)為只要滿足上述最低限度的諸條件，就可以在0. 8Τ的最大磁通密 度to得到10000以上的相對磁導(dǎo)率μ s。另外，在上述實驗中，在400Hz以下的頻率下，通過形成!^e-Ni合金膜而使鐵損提 高15%以上。因此，可以認(rèn)為只要滿足上述最低限度的諸條件，無論在哪個方向通過形成 Fe-Ni合金膜，鐵損都提高10%以上。此外，作為基材的無方向性電磁鋼板即形成 ^-Μ合金之前的無方向性電磁鋼板 的制造方法沒有特別的限定，能夠沿用以往的方法進(jìn)行制造。例如，也可以根據(jù)需要進(jìn)行熱 軋后的退火。另外，冷軋后的厚度根據(jù)所要求的特性也可以設(shè)定為0.10mm 0.80mm。另 外，最終退火的溫度也可以根據(jù)所要求的特性在700°C 1100°C的范圍進(jìn)行調(diào)整。另外，也 可以在馬達(dá)磁芯等的沖切加工后進(jìn)行消除應(yīng)力退火。另外，在作為基材的無方向性電磁鋼板的制造中，在最終退火后在表面形成絕緣 膜，但也可以在形成該絕緣膜后形成 ^-Μ合金膜。另外，也可以在形成該絕緣膜之前形成 Fe-Ni合金膜。本發(fā)明的實施方式的無方向性電磁鋼板例如具備圖5所示的結(jié)構(gòu)。也就是說，在 基材1的表面或兩面形成有Fe-Ni合金膜2。如圖6所示，也可以在基材1與!^e-Ni合金膜 2之間形成絕緣膜3，如圖7所示，也可以在!^e-Ni合金膜2上形成絕緣膜3。接著，對本發(fā)明人進(jìn)行的用于確認(rèn)本發(fā)明效果的實驗進(jìn)行說明。〈實驗1>在最終退火后，在形成絕緣膜之前的無方向性電磁鋼板(基材)的單面或兩面上， 利用電鍍法形成了表1所示組成的狗-附合金膜。也就是說，在無方向性電磁鋼板的單面或 兩面上涂布!^e-Ni合金膜。作為無方向性電磁鋼板，采用含有C :0. 002%、Si :3. 2%及Al 1.0%，剩余部分包括狗及不可避免的雜質(zhì)，且厚度為0.35mm的無方向性電磁鋼板。另外， Fe-Ni合金膜的厚度相對于每單面被設(shè)定為0. 5μπι。接著，在無方向性電磁鋼板的整面上 形成絕緣膜。然后，測定最大磁通密度an為0.8Τ時的軋制方向的相對磁導(dǎo)率ys。其結(jié)果
7如表1所示。表 權(quán)利要求
1.一種無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具有 基材；以及Fe-Ni合金膜，其形成于所述基材的至少一個表面，且以質(zhì)量％計含有！^ :10^-40% 及Ni :60% 90%，厚度為0. Ιμπι以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，所述 ^-Μ合金膜的厚度為 0. 6μ 以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，所述基材以質(zhì)量％計含有 C 0. 05%以下、Si :0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩余部分包括!^e及不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，所述基材以質(zhì)量％計含有 C 0. 05%以下、Si :0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩余部分包括!^e及不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具有形成于所述基材表 面上的絕緣膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具有形成于所述基材表 面上的絕緣膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具有形成于所述基材表 面上的絕緣膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無方向性電磁鋼板，其特征在于，其具有形成于所述基材表 面上的絕緣膜。
9.一種無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，具有在基材的至少一個表面上，以 0. Iym以上的厚度形成以質(zhì)量％計含有!^e 40%及Ni :60% 90%的!^e-Ni合金 膜的工序。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述！^-m合 金膜的厚度為0.6μπι以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述基材以質(zhì) 量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 1% 7.0%、A1 :0. 01 % 7. 0%，剩余部分包括！^及不 可避免的雜質(zhì)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，所述基材以 質(zhì)量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 1% 7.0%、A1 :0. 01 % 7. 0%，剩余部分包括！^及 不可避免的雜質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之前，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之后，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之前，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的無方向性電磁鋼板的制造方法，其特征在于，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之后，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。
全文摘要
在無方向性電磁鋼板中，設(shè)有基材(1)和厚度為0.1μm以上的Fe-Ni合金膜(2)，該Fe-Ni合金膜(2)形成于基材(1)的至少一個表面上，且以質(zhì)量％計含有Fe10％～40％及Ni60％～90％。
文檔編號C22C19/03GK102099501SQ200980128408
公開日2011年6月15日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者小池勛, 山口俊尚, 平野茂, 有田吉宏, 牛神義行, 藤井浩康 申請人:新日本制鐵株式會社