無方向性電磁鋼板及其製造方法

2023-06-14 19:16:36

專利名稱：無方向性電磁鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明涉及適於電氣設備的鐵芯材料的無方向性電磁鋼板及其製造方法。
背景技術：
近年來，在小型通用馬達及壓縮機馬達中一直採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 性進行改善。另外，近年來，因世界性的電氣設備的節能化的高漲，對於作為迴轉機械的鐵芯材 料所使用的無方向性電磁鋼板，要求更高性能的特性。但是，工業上難以進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左右達到飽和，而以往的電磁鋼板的晶體粒徑已達到150μπι左右。因此，即便 使晶粒更加粗大化，也難以進一步降低鐵損。這樣，在以往的技術中，難以進一步提高低磁場下的磁特性。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開平07-070719號公報專利文獻2 日本特開平08-165520號公報專利文獻3 日本特開平08-283853號公報

發明內容
發明所要解決的課題本發明的目的在於提供一種能夠進一步提高低磁場下的磁特性的無方向性電磁 鋼板及其製造方法。解決課題的手段本發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，其特徵在於，該無方向性電磁鋼板具有基材；以及 Fe-Ni合金膜，其形成於所述基材的至少一個表面，且以質量％計含有！^ 40%及 Ni :60% 90%，厚度為0. Ιμπι以上。(2)根據上述(1)所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，所述!^e-Ni合金膜的厚 度為0.6μπι以下。(3)根據上述⑴或(2)所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，所述基材以質 量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 7. 0%、A1 :0. 01% 7. 0%，剩餘部分包括！^及不 可避免的雜質。(4)根據上述⑴ (3)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具 有形成於所述基材表面上的絕緣膜。(5) 一種無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，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量％計含有!^e 40%及Ni :60% 90%的Fe-Ni 合金膜的工序。(6)根據上述(5)所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，所述!^e-Ni 合金膜的厚度為0.6μπι以下。(7)根據上述(5)或(6)所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，所述 基材以質量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩餘部分包 括1 及不可避免的雜質。(8)根據上述(5) (7)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵 在於，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)根據上述(5) (7)中的任一項所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵 在於，在形成所述i^e-Ni合金膜的工序之後，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。發明的效果根據本發明，通過適當的!^e-Ni合金膜的作用，可適當地控制基材表面的磁疇，所 以能夠提高磁特性。


圖1是表示低磁場區域中的磁特性的圖示。圖2是表示頻率和鐵損改善率的關係的圖示。圖3是表示Ni含量和相對磁導率的關係的圖示。圖4是表示!^e-Ni合金膜的厚度和相對磁導率的關係的圖示。圖5是表示本發明的實施方式的無方向性電磁鋼板的結構的剖視圖。圖6是表示本發明的另一實施方式的無方向性電磁鋼板的結構的剖視圖。圖7是表示本發明的又一實施方式的無方向性電磁鋼板的結構的剖視圖。
具體實施例方式本發明人發現通過在無方向性電磁鋼板的基材上塗覆!^e-Ni合金膜，無方向性 電磁鋼板表面附近的磁疇向平行於其表面的方向聚齊，其詳細情況容後敘述。另外，結果還 發現低磁場(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 可以有助於電氣設備的節能化。此外，在以下的說明中，元素的含有率的單位為質量％或質 量 ppm0本發明人採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，採用含有C 0. 002%、Si :3. 0%及Al :0. 5%，剩餘部分包括!^e及不可避免的雜質，且 厚度為0. 35mm的鋼板。另外，將狗-78% Ni合金膜的厚度設定為0. 4 μ m。然後，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)和相對磁導率 μ s的關係。此時，在軋制方向測定相對磁導率μ s。為了進行比較，對於沒有形成狗-78% Ni合金膜的無方向性電磁鋼板也進行了同樣的測定。它們的結果如圖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，相對磁導率達 到最大。此外，所謂最大磁通密度ail為0. 8T時的相對磁導率，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率。本發明人對形成有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的關係。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的關係。然後，將它們進行了比較。其結果是，在400Hz以下的頻率中，鐵損W1低於鐵損W2。圖2中示出了頻率和鐵 損改善率的關係。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。考慮到圖1所示的結果及圖2所示的結果，可以說通過形成！^-78% Ni合金膜，相 對磁導率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，採用 含有C :0. 003%, Si :2. 及Al :0. 3%，剩餘部分包括狗及不可避免的雜質，且厚度為 0. 35mm的無方向性電磁鋼板。另外，Fe-Ni合金膜的厚度在所有組成中都設定為0. 3 μ m。 然後，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設定為0. 8T，求 出Ni含有率和相對磁導率μ S的關係。其結果如圖3所示。如圖3所示，在Ni含有率為78. 5%左右時，相對磁導率μ s達到最大。一般地說， Fe-78.5%Ni的組成是高磁導率坡莫合金組成。另一方面，在Ni含有率低於60%時，特別 是在低於50%時，相對磁導率μ s降低。另外，在Ni含有率超過90%時，相對磁導率μ s 也降低。可以認為這種傾向是因Ni含有率低於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生的。本發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， 採用含有C :0. 003%, Si :2. 4%及Al :0. 5%，剩餘部分包括！^及不可避免的雜質，且厚度 為0. 35mm的無方向性電磁鋼板。另外，Fe-Ni合金膜的M含有率在所有厚度中都設定為 78%。然後，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設定為 0. 8T，求出!^e-Ni合金膜的厚度(塗層厚度)和相對磁導率μ s的關係。再者，對於將!^-Ni 合金膜形成於無方向性電磁鋼板的兩面上的材料，也進行了同樣的測定。它們的結果如圖 4所示。如圖4所示，如果!^e-Ni合金膜的厚度低於0. 1 μ m，則相對磁導率μ s極度降低。 另外，如果!^e-Ni合金膜的厚度超過0. 6 μ m，則相對磁導率μ s的提高效果達到飽和。之所以!^e-Ni合金膜的厚度低於0. 1 μ m時相對磁導率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，之所以相對磁導率μ s的提高效果達到飽和，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合金膜形成於單面上時的相對磁導率μ s及形成於兩 面上時的相對磁導率μ s相互同等。這是因為在勵磁時，磁通集中於在無方向性電磁鋼板的厚度方向最容易磁化的區 域。也就是說，這是因為無論將i^e-Ni合金膜形成於厚度方向的1個區域(單面)，還是將 Fe-Ni合金膜形成於兩個區域(兩面)，磁通最集中的區域為1個。本發明人從這些實驗的結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率及鐵損。另外，為了改善相對磁導率及 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 磁導率及鐵損的改善效果達到飽和、及無論將!^e-Ni合金膜形成於單面還是形成於兩面， 相對磁導率及鐵損的改善效果都同等。接著，對基於上述新的見解而完成的本發明的詳細內容進行說明。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含有率低於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還是有助於脫氧的元素，如果Al 含有率低於0. 01 %，則難以進行充分的脫氧。另一方面，如果Al含有率超過7%，則鑄造性 下降，從而容易降低生產率。因此，Al含有率優選為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的含有率優選在以下的範圍內。Mn生成MnS，具有使雜質S無害化的作用。因此，優選含有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含有率優選為 30ppm以下，更優選為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含有率優選為30ppm以下。SnXu及M具有對退火、特別是消除應力退火中的無方向性電磁鋼板的表面的氮 化及氧化進行抑制的作用、及通過改善織構來改善勵磁特性的作用。因此，Sn、Cu及Ni以 總量計優選含有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，即使以總量計高於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的改善效果也達到飽和。接著，對!^e-Ni合金膜進行說明。Fe-Ni合金膜優選由Fe 40%及Ni 90 60%構成，更優選由Fe 30%及Ni :85% 70%構成。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，Fe-Ni合金膜優選含有狗10% 40%及 Ni 90 60%，更優選含有 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，能夠採用PVD(物理氣相沉積physical vapordeposition)法及CVD(化學氣相 沉積chemical vapor deposition)法等乾式塗覆法、及鍍覆法等溼式塗覆法等來形成。將!^e-Ni合金膜的厚度設定為0. Ιμπι以上。這是因為如上所述，在厚度低於 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 率及鐵損的改善效果達到飽和，因此，Fe-Ni合金膜的厚度在0. 6 μ m以下就很充分。但是， 因操作穩定性等理由，也可以超過0. 6 μ m。另外，如上所述，Fe-Ni合金膜只要形成於無方向性電磁鋼板(基材)的一個表面 上即可，但也可以形成於兩個表面上。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行說 明。關於在單面形成有!^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率μ s在0. 8T左右的最大磁通密度Bm時表現出最大值，其值為 10000以上。因此，可以認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 的製造方法沒有特別的限定，能夠沿用以往的方法進行製造。例如，也可以根據需要進行熱 軋後的退火。另外，冷軋後的厚度根據所要求的特性也可以設定為0.10mm 0.80mm。另 外，最終退火的溫度也可以根據所要求的特性在700°C 1100°C的範圍進行調整。另外，也 可以在馬達磁芯等的衝切加工後進行消除應力退火。另外，在作為基材的無方向性電磁鋼板的製造中，在最終退火後在表面形成絕緣 膜，但也可以在形成該絕緣膜後形成 ^-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所示的結構。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，對本發明人進行的用於確認本發明效果的實驗進行說明。〈實驗1>在最終退火後，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 兩面上塗布!^e-Ni合金膜。作為無方向性電磁鋼板，採用含有C :0. 002%、Si :3. 2%及Al 1.0%，剩餘部分包括狗及不可避免的雜質，且厚度為0.35mm的無方向性電磁鋼板。另外， Fe-Ni合金膜的厚度相對於每單面被設定為0. 5μπι。接著，在無方向性電磁鋼板的整面上 形成絕緣膜。然後，測定最大磁通密度an為0.8Τ時的軋制方向的相對磁導率ys。其結果
7如表1所示。表 權利要求
1.一種無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具有 基材；以及Fe-Ni合金膜，其形成於所述基材的至少一個表面，且以質量％計含有！^ :10^-40% 及Ni :60% 90%，厚度為0. Ιμπι以上。
2.根據權利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，所述 ^-Μ合金膜的厚度為 0. 6μ 以下。
3.根據權利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，所述基材以質量％計含有 C 0. 05%以下、Si :0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩餘部分包括!^e及不可避免的雜質。
4.根據權利要求2所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，所述基材以質量％計含有 C 0. 05%以下、Si :0. 7.0%、Al :0. 01 % 7. 0%，剩餘部分包括!^e及不可避免的雜質。
5.根據權利要求1所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具有形成於所述基材表 面上的絕緣膜。
6.根據權利要求2所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具有形成於所述基材表 面上的絕緣膜。
7.根據權利要求3所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具有形成於所述基材表 面上的絕緣膜。
8.根據權利要求4所述的無方向性電磁鋼板，其特徵在於，其具有形成於所述基材表 面上的絕緣膜。
9.一種無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，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量％計含有!^e 40%及Ni :60% 90%的!^e-Ni合金 膜的工序。
10.根據權利要求9所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，所述！^-m合 金膜的厚度為0.6μπι以下。
11.根據權利要求9所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，所述基材以質 量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 1% 7.0%、A1 :0. 01 % 7. 0%，剩餘部分包括！^及不 可避免的雜質。
12.根據權利要求10所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，所述基材以 質量％計含有C :0. 05%以下、Si 0. 1% 7.0%、A1 :0. 01 % 7. 0%，剩餘部分包括！^及 不可避免的雜質。
13.根據權利要求9所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，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.根據權利要求9所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之後，具有在所述基材的表面上形成絕緣膜的工序。
15.根據權利要求10所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，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.根據權利要求10所述的無方向性電磁鋼板的製造方法，其特徵在於，在形成所述 Fe-Ni合金膜的工序之後，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)形成於基材(1)的至少一個表面上，且以質量％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 優先權日2008年7月22日
發明者小池勳, 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