JP2001073098A - 加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板及びその製造方法Info
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Abstract
鋼板と同等の磁気特性を有し、かつ、低硬度化して加工
性との両立を可能ならしめる無方向性電磁鋼板を提供す
る。 【解決手段】 質量%で、C:0.010%以下、Mn:1.0% 以
下、Si:1.5% 以上2.5%以下、Al:1.0% 以上3.0%以下、3.
5%≦Si(%)+Al(%) ≦5.0%、 3・Al(%) ≧Si(%) を満た
し、鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬度が200 を超え
ない低鉄損無方向性電磁鋼板。その製造方法において
は、最終の冷間圧延の前に施す焼鈍を900 〜1200℃で20
〜300 秒、最終の冷間圧延における圧下率を70〜85% 、
仕上焼鈍を900 〜1100℃で10〜120 秒とする。また、さ
らに、不可避不純物S,N 及びTiの総量を質量%で0.006%
を超えないようにする。
Description
として使用される磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板、
特に、低鉄損でありながら、優れた加工性を有する無方
向性電磁鋼板と、その製造方法に関するものである。
エネルギー節減さらには地球環境保全の動向の中で、近
年、強く要望されている。特に最近、回転機の高効率化
が進展する中で、ローターまたはステーターとして用い
られる無方向性電磁鋼板においては、現状よりもさらに
鉄損の低いものが求められている。
としては、SiあるいはAl等の含有量を増加し、電気抵抗
を増大させ渦電流損失を低減するという方法がある。例
えば、Si含有量約3%をベースにAlを1%程度添加すること
により、低鉄損の無方向性電磁鋼板を製造し得ること
が、特開昭58−23410号公報に記載されている。
しかし、こうしたSi約3%を含有する高合金成分系の無方
向性電磁鋼板は、低鉄損ではあるものの、非常に硬く
(高硬度)、そのため、ローターまたはステーターの形
に打ち抜く際に打ち抜き難いという問題、もしくは、金
型の寿命が短くなるという問題が発生する。
%、Si:0.1〜2.0wt%、Mn:0.1〜1.5wt%、Al:0.5〜2.5wt
%、P:0.1wt% 以下およびS:0.01wt%以下、さらに、必
要に応じ、Sbおよび/またはSnを合計で、0.005 〜0.20
wt% を、Si+0.60Al≧0.80wt% の下に含有する成分組成
になり、かつ表面のビッカース硬さがHV160 以下である
ことを特徴とする打抜き加工性および磁気特性に優れた
無方向性電磁鋼板が記載されているが、この無方向性電
磁鋼板におけるSi含有量は、最大でも2.0wt%であり、特
開昭58-23410号公報に記載されている無方向性電磁鋼板
におけるSi含有量、約3%に比べ少ない。そして、Si
は、硬さの上昇に大きく寄与する元素であるから、特開
平10-183311 号公報に記載される無方向性電磁鋼板(Si
含有量が最大でも2.0wt%)は、本来的に、加工性が良好
なものであり、この良好な加工性をベースに、Si及びAl
の含有バランスの最適化により強度の異方性を減少し、
さらには、表面硬さを制御し、加工性を高めたものであ
る。それ故、特開平10-183311 号公報に記載される加工
性向上の手法は、Siを約3%含有する(そのため、高硬
度である)高合金成分系の無方向性電磁鋼板の加工性を
高める手法としては適用し難い。
金成分系の無方向性電磁鋼板では、低鉄損と良好な加工
性(低硬度)とは両立し得ないというのが現状である。
記Si約3%を含有する高合金成分系の無方向性電磁鋼板
において、硬度を低めることにより加工性を改善し、従
来の最高級材と同等、もしくは、さらに低い鉄損を有
し、かつ、加工性の良好な無方向性電磁鋼板と、その製
造方法を提供するものである。
値がSiとほぼ同等で、かつ、硬度への影響がSiより小さ
いAl(硬度への影響度は、Siの1/3程度)に着目し、
低鉄損と低硬度を両立させる手段として、このAl含有量
を相対的に増加することを想起した。さらに、結晶粒界
に析出する不可避不純物のS、N及びTiに着目し、上記
手段として、Al含有量の相対的増加にくわえ、これらの
総含有量を所定のレベル以下に低減することを想起し
た。そして、上記手段を実現する方法を確立した。
を要旨とするものである。 (1)質量%で、C:0.010%以下、Mn:1.0
%以下、Si:1.5%以上2.5%以下、Al:1.
0%以上3.0%以下、及び、残部Fe及び不可避不純
物からなる無方向性電磁鋼板において、Si(%)及び
Al(%)が、Si(%)≦3・Al(%)、及び、
3.5%≦Si(%)+Al(%)≦5.0%を満たす
とともに、鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬度が、2
00を超えないことを特徴とする加工性の良好な低鉄損
無方向性電磁鋼板。
びTiが、総量で、0.006質量%を超えない(1)
記載の加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板。 (3)前記鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬度が、1
60を超える(1)または(2)記載の加工性の良好な
低鉄損無方向性電磁鋼板。そして、本発明の低鉄損無方
向性電磁鋼板の製造方法は、以下を要旨とするものであ
る。
Mn:1.0%以下、Si:1.5%以上2.5%以
下、Al:1.0%以上3.0%以下、及び、残部Fe
及び不可避不純物からなる鋼において、Si(%)及び
Al(%)が、Si(%)≦3・Al(%)、及び、
3.5%≦Si(%)+Al(%)≦5.0%を満たす
鋼を、熱間圧延後、熱延板焼鈍し、一回または中間焼鈍
を挟む二回の冷間圧延により最終板厚とした後、仕上焼
鈍し、無方向性電磁鋼板を製造する方法において、最終
の冷間圧延の前に施す焼鈍を、900〜1200℃で2
0〜300秒実施し、最終の冷間圧延を、圧下率70〜
85%で行い、その後の仕上焼鈍を、900〜1100
℃で10〜120秒実施し、鋼板表面の地鉄部分のビッ
カース硬度が200を超えない無方向性電磁鋼板を製造
することを特徴とする加工性の良好な低鉄損無方向性電
磁鋼板の製造方法。
S、N及びTiが、総量で、0.006質量%を超えな
い(4)記載の加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板
の製造方法。 (6)前記鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬度が、1
60を超える(4)または(5)記載の加工性の良好な
低鉄損無方向性電磁鋼板の製造方法。
詳細に説明する。SiとAlの合計量をほぼ一定(≒4%)と
した実験材料として、Si:3.0% 、Al:1.0% (表1中、試
料1 〜4 )、及び、Si:2.0% 、Al:2.0% (同表中、試料
5 〜14)の2 種類の鋼片(この鋼片の他の成分は、いず
れも、C:0.001%、Mn:0.2% 、S:0.001%、N:0.001%、Ti:
0.002% )を準備し、工程試験を行なった。
m、1.8mm 、2.2mm 、2.5mm)の熱延板を作製し、この熱
延板を、850 〜1100℃で60秒間焼鈍(熱延板焼鈍)し、
酸洗した。酸洗後の鋼板を冷間圧延し、板厚0.35mmの冷
延板とした後、この冷延板に、850 〜1050℃で20秒間、
仕上焼鈍を施した。焼鈍後の鋼板につき、SST (Single
Sheet Test の略。以下同じ。)で測定した鉄損W15/50
と磁束密度B50 (いずれもL 方向とC 方向の平均)、及
び、ビッカース硬度の測定結果を表1に示す。なお、本
発明の条件を満たすものと、満たさないものを区別して
表示した(備考欄、参照)。
は、Si:3% 、Al:1% の試料1 〜4 と比較し、仕上焼鈍温
度が850 ℃と低い試料12を除き、硬度を低くすることが
できた。続いて、同一成分の試料5 〜14に基づいて、各
工程条件毎の違いを比較すると、以下のとおりである。
ているので、熱延板の板厚の大小は、冷間圧延における
圧下率の高低に対応するが、熱延板の板厚が1.5 〜2.2m
m (冷延圧下率77〜84% )では、W15/50を2.10w/kg未満
と低くすることができた(試料5 〜7 、参照)。一方、
熱延板の板厚2.5mm の試料8 (冷延圧下率86% )では、
W15/50は2.16w/kgと高くなった。
鉄損が上昇した理由は、鋼板に過度の歪エネルギーを与
えたことで、引き続く仕上焼鈍後の集合組織として磁気
特性に有害な{111 }面方位の強度が増え、その結果、
磁束密度B50 も劣化し、鉄損も高くなったものと推察さ
れる。次に、熱延板の焼鈍温度を変化させた場合を比較
する(試料7 、9 〜11、参照)。熱延板焼鈍温度850 ℃
の試料9 では、W15/50は2.19w/kgと高く、同温度900〜1
100℃の試料5 、10、11では、2.10w/kg未満と低かっ
た。この理由は、熱延板焼鈍温度850 ℃の鋼板では、90
0 〜1100℃の焼鈍条件に係る鋼板と比較し、最終冷延前
の結晶粒径が小さいため、冷延、仕上焼鈍後の集合組織
として磁気特性に有害な{111 }面方位の強度が増え、
B50 の劣化をもたらし、その結果、鉄損が高くなったも
のと推察される。
〜14、参照)、焼鈍温度850 ℃の試料12は、W15/50が3.
20w/kgと高く、また、硬度も200 を超え高かった。試料
9 も、W15/50が2.19w/kgで鉄損が高いが、その理由は、
焼鈍温度が低くて再結晶粒が十分に成長しなかったた
め、鋼板の結晶粒径が、最適の結晶粒径に比べて小さく
なっているからである。また、試料12において、硬度が
高い理由も、同じく結晶粒径が小さいため、硬度を測定
した鋼板表面で、硬度が高い粒界の占める割合が大きか
ったことに起因するものと推定される。
と低硬度を実現する上で大きな影響を与える、鋼中の不
可避不純物の影響について示す。C:0.001%、Si:2.1% 、
Mn:0.2% 、Al:1.9% の成分系の試料(表2中、試料1〜
8)を用い、不可避不純物の濃度(S 、N 及びTi量の合
計)を変化させた場合について工程試験を行なった。板
厚2.1mm の熱延板を、1000℃で60秒、熱延板焼鈍し、酸
洗した。その後、冷間圧延により板厚0.35mmの冷延板と
した後、1025℃30秒の仕上焼鈍を施した。得られた鋼板
におけるSST による磁気特性(L 方向とC 方向の平
均)、及び、ビッカース硬度の測定結果を表2 に示す。
なお、試料1〜8は、全て、本発明の条件を満たすもの
であるが、なかでも、試料1〜4は、請求項2、5の発
明の条件を満たすものである。
N 及びTi量の合計)が60ppm 以下の試料1 〜4 では、鉄
損W15/50は、2.10w/kg以下の低い値が得られ、かつ、硬
度も、180 未満と低い値が得られている。不可避不純物
の濃度が60ppm を超えると、W15/50及び硬度がともに劣
化するが、その理由は、これら不可避不純物(S 、N 及
びTi)、もしくは、それらの化合物が結晶粒界に析出し
て再結晶を妨げ、その結果、結晶粒径が小さくなるため
と推定される。このため、本発明においては、不可避不
純物の濃度(S 、N 及びTi量の合計)は60ppm を超えな
いことが好ましい。
ッカース硬度に係る数値限定理由について説明する。C
は、炭化物として析出し、鉄損劣化を引き起こす元素で
ある。0.010%を超えて添加すると、鉄損劣化が著
しいので、上限を0.010%とする。Mnは、電気抵抗
を増加させる意味で、添加が有効な元素である。しか
し、過度に添加すると、磁束密度が低下するので、上限
を1.0%とする。
5%以上添加する必要がある元素である。しかし、硬度
への影響度が大きいので、鋼板が硬くなり過ぎないよ
う、上限を2.5%とする。Alは、硬度への影響度が、
Siの1/3程度と小さい元素であるから、鋼板の硬度を
下げる目的で添加するが、さらに、「Si(%)+Al
(%)」が同一の場合、Al(%)が多いと、粒成長性が
改善されるため、本発明では、AlをSiに代替して添加す
る。このため、下限を1.0%とする。しかし、過度に
添加すると磁束密度が低下するので、上限を3.0%と
する。
(%)の二つの関係、すなわち、3.5%≦Si(%)+
Al(%)≦5.0%と、Si(%)≦3・Al(%)につい
て説明する。SiとAlは、固有抵抗値がほぼ同等であるか
ら、本発明においては、「Si(%)+Al(%)」を、数
値規定されるべき要件として認識し、これを適正範囲に
規定する。
を低減するので、本発明の目的とする低鉄損材とするた
めには、合計で3.5%以上の添加が必要である。それ
故、「Si(%)+Al(%)」の下限を3.5%とする。
一方、上限については、磁束密度の過度の低下を抑制す
るため、5.0%とする。次に、Si(%)≦3・Al
(%)、すなわち、Si(%)/3≦Al(%)についてで
あるが、本発明では、3.5%≦Si(%)+Al(%)≦
5.0%の範囲内で、SiをAlで代替し、低鉄損化を図り
つつ、低硬度化(加工性の改善)を実現しようとするの
が基本思想であるから、Alが、Siに対し一定の割合以上
含有されていることが前提となるのであり、Si(%)/
3≦Al(%)は、その前提を定めたものである。さらに
加工性向上のためには、Si(%)×0.7≦Al(%)が
望ましい。
有量を、0.006質量%(60ppm)を超えないよ
うに抑制する理由は、前述したように、結晶粒界に析出
し再結晶を妨げ、製品の粒成長性を劣化せしめ、鉄損及
び硬度に悪影響を及ぼす不可避不純物(S、N及びTi)
の濃度を、所定のレベル以下に低減するためである。好
ましい上記濃度の範囲は、0.004%(40ppm)
以下である。
を起こす元素として知られているが、その許容量は、
0.1%程度であり、上記不可避不純物(S、N及びT
i)の濃度の上限と比べ高いので、Pの濃度は、特に限
定しない。また、鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬度
を、「200を超えない」と規定する理由は、ビッカー
ス硬度が200を超えると、鋼板の打抜き性が劣化し、
打抜き金型の寿命を縮めるからである。
抜き性を確保する点から、160を超えることが好まし
い。次に各工程の操業条件について説明する。最終の冷
間圧延前に施す焼鈍は、焼鈍温度を900 〜1200℃、焼鈍
時間を20〜300 秒とした。焼鈍温度が900 ℃未満の場
合、もしくは、焼鈍時間が20秒未満の場合には、冷間圧
延前の鋼板における結晶粒径が小さすぎ、冷間圧延、仕
上焼鈍後に、磁束密度B50 の著しい低下を引き起こす。
また、焼鈍温度の上限を1200℃、及び、焼鈍時間の上限
を300 秒と、それぞれ設定する理由は、1200℃及び300
秒をそれぞれ超えて焼鈍し、冷間圧延前の鋼板における
結晶粒径を大きくしても、仕上焼鈍後の磁気特性は変化
しないからである。上記焼鈍温度の範囲内で、さらに好
ましい温度範囲は、900 〜1100℃である。
としたが、これは、圧下率が70%より低いと、引き続く
仕上焼鈍での再結晶において磁気特性に良好な{110
}、{100 }面方位を有する結晶粒が減少し、一方、
圧下率が85%を超えて高すぎると、磁気特性に有害な
{111 }面方位を有する結晶粒が増加することになり、
いずれの場合も、磁束密度B50 が低下するからである。
上記圧下率の範囲内で、さらに好ましい圧下率範囲は、
70〜80% である。
鈍時間を10〜120 秒としたが、これは、焼鈍温度が900
℃未満の場合、もしくは、焼鈍時間が10秒未満の場合に
は、製品の結晶粒径が小さすぎるものとなるため、鉄損
が高く、かつ、硬度も高くなり、また、一方、1100℃以
上の温度、及び、120 秒以上の時間で連続焼鈍を行なう
ことは、設備上困難であるか、もしくは、生産性の劣化
を招くからである。上記焼鈍温度の範囲内で、さらに好
ましい温度範囲は、1000〜1100℃である。
% 、N:0.0020% 、Ti:0.0019%を有する鋼片から、種々の
板厚(1.5mm、1.8mm 、2.2mm 、2.6mm)の熱延板を作製し
た。この熱延板を、850 〜1150℃、80秒で焼鈍し、酸洗
を行なった。引き続き、冷間圧延により板厚0.35mmの冷
延板とした後、この冷延板に、850 〜1075℃、40秒の仕
上焼鈍を施した。SST による磁気特性(L 方向とC 方向
の平均)、及び、ビッカース硬度の測定結果を表3に示
す。
〜84% に対応する)、熱延板焼鈍温度900 〜1150℃、仕
上焼鈍温度900 〜1075℃の操業条件(いずれも、本発明
における各工程の操業条件の範囲内である)において、
鉄損W15/50は、2.1w/kg 以下と良好な値が得られてい
る。 実施例2 C:0.0012% 、Si:2.21%、Al:1.72%、Mn:0.3% 、S:0.0012
% 、N:0.0018% 、Ti:0.0024%を有する鋼片から、種々の
板厚(1.4mm、1.8mm 、2.1mm 、2.6mm)の熱延板を作製し
た。この熱延板を、850 〜1100℃、70秒で焼鈍し、酸洗
を行なった。引き続き、冷間圧延により板厚0.35mmの冷
延板とした後、この冷延板に、850 〜1050℃、30秒の仕
上焼鈍を施した。
た鋼片、すなわち、Si:2.30%、Al:1.63%及びSi:2.43%、
Al:1.49%の素材( 他の成分はほぼ上記鋼片と同様) につ
いて、1.8mm の熱延板を作製の後、1000℃ 70 秒で焼鈍
し、酸洗を行ない、その後、冷間圧延により板厚0.35mm
の冷延板とし、次いで、この冷延板に1050℃ 30 秒の仕
上焼鈍を施した。これらの試料における磁気特性(L 方
向とC 方向の平均)、及び、ビッカース硬度の測定結果
を表4に示す。
は、熱延板の板厚1.4 〜2.1mm (冷延圧下率75〜83% に
対応する)、熱延板焼鈍温度900 〜1100℃、仕上焼鈍温
度900 〜1050℃の操業条件(いずれも、本発明における
各工程の操業条件の範囲内である)において、鉄損W15/
50は、2.2w/kg 以下と良好な値が得られている。また、
同一工程条件における成分の比較( 試料2、11、12) で
は、鉄損W15/50は、いずれも2.1w/kg 以下であり非常に
良好である。一方、硬度は、いずれも200 以下であり本
発明の範囲内であるが、このうち試料2、11は硬度180
以下であり、試料12は硬度180 以上であり、試料2、11
の方がより好ましい。
が、Siに対してある程度の割合、すなわち、Al≧0.7 *
Siを満足する範囲で存在することにより、より低い硬度
を得ることができるからである。 実施例3 Al:2.0% 、Mn:0.2% をベースとし、Si量を変化させ7種
類の鋼片を作製した。このとき、S+N+Tiの合計量は34〜
39ppm の範囲内であった。この鋼片を板厚2.0mm に熱間
圧延し、さらに、1000℃、60秒の熱延板焼鈍を施し、酸
洗を行なった。引き続き、冷間圧延により板厚0.35mmの
冷延板とした後、この冷延板に、1025℃、30秒の仕上焼
鈍を施した。SST による磁気特性(L 方向とC 方向の平
均)、及び、ビッカース硬度の測定結果を表5に示す。
で、かつ、硬度は200 未満であり良好であった。試料7
はSi量が過度に多いため、硬度が200 を超えてしまい不
適当である。また、試料1〜6のうち、試料1はSi量が
少ないため、硬度が160 以下となっている。それ故、硬
度は160 を超え200 未満である試料2〜6がより好まし
い。 実施例4 C:0.0013% 、Si:2.0% 、Al:2.2% 、Mn:0.2% をベースと
し、S,N,Tiの合計量を変化させた3種類の鋼片において
工程試験を行なった。熱延板の板厚を1.8mm とし、この
熱延板に1000℃ 60 秒の焼鈍を施し、次いで、酸洗を行
なった。その後、冷間圧延により板厚0.35mmの冷延板と
し、この冷延板に、T ℃(850〜1050℃)、30秒の仕上焼
鈍を施した。SST による磁気特性(L方向とC 方向の平
均) 、及び、ビッカース硬度の測定結果を表6に示す。
で鉄損は良好であり、W15/50≦2.3w/kg となった。ま
た、不純物濃度(S,N,Ti の合計) が60ppm を超えると鉄
損及び硬度がともに高くなった。これは、不純物濃度が
高い場合には、製品結晶粒径が小さくなり、鉄損及び硬
度を増加させたものと推定される。
損無方向性電磁鋼板においては不可能であると考えられ
てきた、低鉄損と低硬度の両立を可能ならしめるもので
あり、その工業的効果は大である。
Claims (6)
- 【請求項1】 質量%で、C:0.010%以下、M
n:1.0%以下、Si:1.5%以上2.5%以下、
Al:1.0%以上3.0%以下、及び、残部Fe及び
不可避不純物からなる無方向性電磁鋼板において、Si
(%)及びAl(%)が、Si(%)≦3・Al
(%)、及び、3.5%≦Si(%)+Al(%)≦
5.0%を満たすとともに、鋼板表面の地鉄部分のビッ
カース硬度が、200を超えないことを特徴とする加工
性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板。 - 【請求項2】 前記不可避不純物のうち、S、N及びT
iが、総量で、0.006質量%を超えない請求項1記
載の加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板。 - 【請求項3】 前記鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬
度が、160を超える請求項1または2記載の加工性の
良好な低鉄損無方向性電磁鋼板。 - 【請求項4】 質量%で、C:0.010%以下、M
n:1.0%以下、Si:1.5%以上2.5%以下、
Al:1.0%以上3.0%以下、及び、残部Fe及び
不可避不純物からなる鋼において、Si(%)及びAl
(%)が、Si(%)≦3・Al(%)、及び、3.5
%≦Si(%)+Al(%)≦5.0%を満たす鋼を、
熱間圧延後、熱延板焼鈍し、一回または中間焼鈍を挟む
二回の冷間圧延により最終板厚とした後、仕上焼鈍し、
無方向性電磁鋼板を製造する方法において、最終の冷間
圧延の前に施す焼鈍を、900〜1200℃で20〜3
00秒実施し、最終の冷間圧延を、圧下率70〜85%
で行い、その後の仕上焼鈍を、900〜1100℃で1
0〜120秒実施し、鋼板表面の地鉄部分のビッカース
硬度が200を超えない無方向性電磁鋼板を製造するこ
とを特徴とする加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板
の製造方法。 - 【請求項5】 前記鋼中の不可避不純物のうち、S、N
及びTiが、総量で、0.006質量%を超えない請求
項4記載の加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板の製
造方法。 - 【請求項6】 前記鋼板表面の地鉄部分のビッカース硬
度が、160を超える請求項4または5記載の加工性の
良好な低鉄損無方向性電磁鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35076499A JP3497431B2 (ja) | 1999-07-08 | 1999-12-09 | 加工性の良好な低鉄損無方向性電磁鋼板及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
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