JP2001140018A

JP2001140018A - 磁気特性に良好な界面形態を有する無方向性電磁鋼板及びその製造方法

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Publication number: JP2001140018A
Application number: JP2000162684A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Murakami; 健一村上; Hiroyasu Fujii; 浩康藤井; Takeshi Kubota; 猛久保田; Yoshihiro Arita; 吉宏有田; Osamu Tanaka; 收田中
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2001-05-22
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP3490048B2

Abstract

(57)【要約】【課題】低鉄損化に大きな影響を与える良好な界面形
態を有する無方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供す
る。【解決手段】重量% で、C:0.010%以下、Mn:1.5% 以
下、Si:1% 以上、Al:0.2%以上、2 ≦Si + Al ≦5%を満
たす成分を含有し、残部はFe及び不可避不純物元素より
成る鋼において、GDS 分析法( グロー放電発光分析法)
で定義される製品の鋼板表面のAl酸化層の厚さが1.0 μ
m 以下であることを特徴とする。その製造方法として、
冷延板の平均表面粗度（Ra）を0.45μm 以下とし、ま
た、仕上焼鈍における焼鈍雰囲気の水素水蒸気分圧比(P
H₂O/PH₂)を0.02以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器鉄心材料
として使用される磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の
製造方法に関し、低鉄損化に大きな影響を与える良好な
界面形態を有する無方向性電磁鋼板及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の高効率化は、世界的な電力・
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。このため、回転機あるいは中小型
変圧器等の鉄心材料として広く使用されている無方向性
電磁鋼板においても、磁気特性の向上に対する要請がさ
らに強まってきている。特に最近、回転機の高効率化が
進展する電気自動車用、あるいはコンプレッサ用モータ
においては、その傾向が顕著である。

【０００３】従来より行われている無方向性電磁鋼板の
低鉄損化の手段としては、SiあるいはAl等の含有量を増
加させ電気抵抗を増大させ、渦電流損失を低減するとい
う方法が存在する。例えば、Si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が
製造し得ることが、特開昭５８−２３４１０号公報に記
載されている。

【０００４】一方、こうしたAlを0.2 〜数% 添加する鋼
においては、実験室にて試作した製品に対し、実機ライ
ンで製造した製品は鉄損値が劣位となる問題が発生し
た。すなわち、実験室にて低鉄損材を製作しても実機で
はその鉄損低減効果を発揮できないという状況が生じて
きた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気機器鉄
心材料として使用される磁気特性の優れた無方向性電磁
鋼板の製造方法に関し、低鉄損化に大きな影響を及ぼす
界面形態を有する無方向性電磁鋼板とこの界面状態を良
好な形態に制御する手段を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量% で、C:
0.010%以下、Mn:1.5% 以下、Si:1% 以上、Al:0.2% 以
上、2 ≦Si + Al ≦5%を満たす成分を含有し、残部はFe
及び不可避不純物元素より成る鋼において、GDS 分析法
( グロー放電発光分析法。以下同じ。) で定義される製
品の鋼板表面のAl酸化層の厚さが1.0 μm 以下であるこ
とを特徴とする、磁気特性に良好な界面形態を有する無
方向性電磁鋼板である。

【０００７】また、上記成分を有する鋼を熱間圧延後、
熱延板焼鈍を行ない、もしくは行わず、引き続き冷間圧
延後に仕上焼鈍を行なう無方向性電磁鋼板の製造方法に
おいて、冷延板の平均表面粗度（Ra）を0.45μm 以下と
すること、さらには仕上焼鈍における焼鈍雰囲気の水素
水蒸気分圧比(PH₂O/PH₂)を0.02以下とし、GDS 分析法で
定義される製品の鋼板表面のAl酸化層の厚さが1.0 μm
以下である磁気特性に良好な界面形態を有する無方向性
電磁鋼板の製造方法、を要旨とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
発明者らは、実験室にて低鉄損材を製作しても実機では
その鉄損低減効果を発揮できないという状況に対し、冷
延板の表面粗度に着目し以下のような試験を行なった。
以下に詳細を説明する。

【０００９】実験室の真空溶解炉にて、Si:3.1% 、Al:
1.1% 、C:0.0014% 、Mn:0.3% 、その他はFeおよび不可
避不純物元素より成る鋼を溶製し、これから2.1mm の熱
延板を作製した。本熱延板につき1000℃の温度で60秒の
焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧延した。このとき
仕上げ冷延時のロール粗度が異なるものを２つ用意し、
数十回行なう冷延パス回数のうち、表面粗度の粗いロー
ルから平坦なロールへの切り替えを行ない、その切り替
えタイミングを６条件変化させることにより、冷延板平
均表面粗度（以下Raと記す。）の異なる材料を６種類作
製した。さらに本材料に対し、1040℃の温度で30秒間、
窒素25% 、水素75% 露点0 ℃(PH₂O/PH₂=0.008)の雰囲気
で仕上焼鈍を行なった。磁気特性はSST （Single Sheet
Test ）法で、L 方向とC 方向の測定値の平均値で評価
を行なった。

【００１０】上述した製造方法で得られた結果を表１に
示す。表1 に示すように、冷延板Raが大きくなるにつれ
て鉄損W15/50は増加する傾向が見られ、冷延板Raを0.45
μm以下とした試料１〜４は、鉄損W15/50が2.1w/kg 以
下と良好な結果が得られた。一方、磁束密度B50 は試料
１〜６ともに1.667 〜1.669Tでほぼ一定であり、また結
晶粒径も145 〜150 μm とほぼ一定であったことから、
試料１〜４で鉄損が良好であった原因は鋼組識によるも
のではなく、冷延板表面粗度（Ra）の差異に基づく表面
酸化層の違いと考え、GDS 分析法( グロー放電発光分析
法) にて酸化層を調査した。

【００１１】

【表１】

【００１２】図１に結果の一例として、(a) 鉄損良好材
の表１の試料３と、(b) 鉄損不良材の表１の試料６のGD
S プロファイルを示す。図１において、縦軸はスペクト
ル強度、横軸はスパッタリング時間から換算した鋼板表
面からの深さである。鉄損不良であった試料(b) は鉄損
良好材の試料(a) と比較し、Alスペクトルが鋼板のより
内部まで強度が高いことから、Al酸化物が鋼板のより内
部まで形成されていることがわかる。そこで、AlのGDS
スペクトルがバルク（bulk：表面から10μm 以上内部の
値を用いた) 強度となる最表面からの深さを「Al酸化層
深さ」と定義し、上記試料１〜６の定量化を試みた。結
果を表１に示す。鉄損不良の試料５，６はAl酸化層深さ
が1.0 μm を超えていることがわかる。

【００１３】続いて、上記実験と同一の成分の鋼につい
て、冷延板Raを３条件変化させ、さらにそれぞれの試料
について仕上焼鈍雰囲気を３条件変化させて試験を行な
った。その他の工程は全て上述の実験と同一条件で行な
った。結果を表２に示す。仕上焼鈍雰囲気でPH₂O/PH₂≦
0.02の試料１〜６については、冷延板Raが0.45μm 以下
の場合にW15/50値が2.1w/kg 以下であり良好であった。
一方、仕上焼鈍雰囲気がPH₂O/PH₂＞0.02の試料７〜９
は、いずれの冷延板平均表面粗度においてもW15/50＞2.
1w/kg であり劣位であった。また、鉄損が良好であった
試料１、２，４，５においては、GDS 分析法により評価
した「Al酸化層深さ」が1.0 μm 以下であった。

【００１４】

【表２】

【００１５】以上の２つの実験により、Al酸化層深さを
1.0 μm 以下とすること、冷延板平均表面粗度（Ra）を
0.45μm 以下とすること、また仕上焼鈍雰囲気PH₂O/PH₂
を0.02以下とすることを新規に知見し本発明を完成させ
た。次に本発明における条件の数値限定理由について示
す。C を0.010%以下としたのは、この値を超えると炭化
物析出のため鉄損劣化が著しくなるためである。Mnは電
気抵抗を増加させる意味で添加するのは有効であるが、
過度に添加すると磁束密度が低下するため上限を1.5%と
した。Si、Alの添加は電気抵抗を増加させ渦電流損失を
低減させるために必須であるが、過度に添加すると磁束
密度が低下するため、Si + Al の下限を2.0%、上限を5.
0%とした。また、磁束密度を下げずに電気抵抗を上げる
効率としてはSiの方がAlよりも高いため、Siの下限を1
%、Alの下限を0.2%とした。また、本発明はAlの酸化層
に関するものであるため、Al 0.5% 以上さらに言えばAl
0.8% 以上の時に本発明の効果がより発揮されてくる。

【００１６】冷延板平均表面粗度（Ra）に関しては、前
記の実験結果に基づき、0.45μm を上限とした。さらに
0.30μm 以下とすればAl表面酸化層深さも0.80μm 以下
となり、W15/50もさらに向上する( 表１の場合2.05w/kg
以下) 。また、仕上焼鈍雰囲気においては水素水蒸気分
圧比PH₂O/PH₂≦0.02と規定した。さらに好ましくは表２
に示す通りPH₂O/PH₂≦0.01である。

【００１７】その他の各工程に関しては特に規定しない
が、熱延板焼鈍、もしくは最終冷延前焼鈍を行なう場合
には、900 〜1200℃、20〜300 秒で行なうことが好まし
い。この温度、時間以下の場合には冷延前結晶粒径が小
さすぎ、冷延、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、温度、時間の上限の理由は、これ
以上冷延前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。最終冷延の冷延圧下率は70〜90
% で行なうことが好ましい。これはこの範囲外では磁束
密度B50 が低下するためである。

【００１８】仕上焼鈍は、900 〜1100℃の温度範囲で10
〜120 秒間の範囲で行なうことが好ましい。下限は、90
0 ℃または10秒未満では製品結晶粒径が小さすぎ、鉄損
が高くなるためこの値に設定した。上限は、1100℃また
は120 秒を超えると連続焼鈍炉で行なうことは設備上困
難、もしくは生産性の劣化を招くためこの値に設定し
た。

【００１９】

【実施例】（実施例１）Si:3.3% 、Al:0.7% 、Mn:0.6%
、C:0.0011% 、その他は不可避不純物元素より成る鋼
から、2.2mm の熱延板を作製した。本熱延板を950 ℃の
温度で90秒の焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧延し
た。このとき仕上げ冷延時のロールは粗度が異なるもの
を２つ用意し、数十回行なう冷延パス回数のうち、表面
粗度の粗いロールから平坦なロールへの切り替えを行な
い、その切り替えタイミングを6 条件変化させることに
より冷延板Raの異なる材料を５種類作製した。さらに本
材料に対し、1035℃の温度で40秒、窒素50% 、水素50%
、露点−5 ℃(PH₂O/PH₂=0.008)の雰囲気で仕上焼鈍を
行なった。磁気特性はSST 法で、L 方向とC 方向の平均
値で評価を行なった。

【００２０】得られた結果を表３に示す。冷延板Raが0.
45μm 以下のときにAl酸化層深さが1.0 μm 以下とな
り、鉄損W15/50は2.1w/kg 以下で良好であった。また、
冷延板Raが0.30μm 以下のときにはAl酸化層深さが0.8
μm 以下となり、鉄損W15/50は2.05w/kg以下でさらに良
好であった。

【００２１】

【表３】

【００２２】（実施例２）Si:2.7% 、Al:1.0% 、Mn:0.3
% 、C:0.0013% 、その他は不可避不純物元素より成る鋼
について、2.0mm の熱延板を作製した。本熱延板を1030
℃の温度で45秒の焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧
延した。このとき実施例１のように冷延板平均表面粗度
(Ra)を3 種類変化させた材料を作製した。さらに本材料
に対し、1040℃の温度で30秒、窒素50% 、水素50% 、露
点を3 条件変化させ( −5 ℃,0℃,5℃) 仕上焼鈍を行な
った。磁気特性はSST 法で、L 方向とC 方向の平均値で
評価を行なった。

【００２３】得られた結果を表４に示す。冷延板Raが0.
45μm 以下のときにAl酸化層深さが1.0 μm 以下とな
り、鉄損W15/50は2.3w/kg 以下で良好であった。

【００２４】

【表４】（実施例３）Si:3.0% 、Al:0.2〜1.0%、Mn:0.3% 、C:0.
0013% 、その他は不可避不純物元素より成る鋼につい
て、2.0mm の熱延板を作製した。本熱延板を1020℃の温
度で50秒の焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧延し
た。このとき実施例１のように冷延板Raを3 種類変化さ
せた材料を作製した。さらに本材料に対し、1040℃の温
度で30秒、窒素50% 、水素50% 、露点−5 ℃(PH₂O/PH₂=
0.008)にて仕上焼鈍を行なった。磁気特性はSST 法で、
LC平均値で評価を行なった。結果を表５に示す。冷延板
Raが0.45μm 以下のときにAl酸化層深さが1.0 μm以下
となり、Al:0.2% 材は鉄損W15/50が2.3w/kg 以下、Al:
0.5〜1.0%材は鉄損W15/50が2.2w/kg 以下となり良好で
あった。低鉄損の材料を製造するためには、Al量をある
程度多く添加することが必須となる。そのため、Alを相
当量添加しさらに鉄損を低減する場合、すなわち非常に
低い鉄損の材料を製造するためには、本発明は極めて有
効なものとなる。

【表５】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、Al酸化
層深さ、冷延板平均表面粗度、また仕上焼鈍雰囲気を特
定の要件に調整することにより、低鉄損化に大きな影響
を与える良好な界面形態を有する無方向性電磁鋼板を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（a)は表１の試料３（冷延板Ra＝0.36μm ）の
製品板表面のAl、O のGDS プロファイルを示す図であ
り、（b)は表１の試料６（冷延板Ra＝0.55μm ）の製品
板表面のAl, O のGDS プロファイルを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤井浩康福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者久保田猛千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者有田吉宏福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者田中收福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内Ｆターム(参考） 4K033 AA01 FA12 HA01 HA03 KA03 5E041 AA04 AA19 CA02 NN01 NN17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量% で、C:0.010%以下、Mn:1.5% 以
下、Si:1% 以上、Al:0.2% 以上、2 ≦Si + Al ≦5%を満
たす成分を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなる鋼
において、GDS 分析法で定義される製品の鋼板表面のAl
酸化層の厚さが1.0 μm 以下であることを特徴とする磁
気特性に良好な界面形態を有する無方向性電磁鋼板。
【請求項２】重量% で、C:0.010%以下、Mn:1.5% 以
下、Si:1% 以上、Al:0.2% 以上、2 ≦Si + Al ≦5%を満
たす成分を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなる鋼
を熱間圧延後、熱延板焼鈍を行ないもしくは行わず、引
き続き冷間圧延し、次いで仕上焼鈍を行なう無方向性電
磁鋼板の製造方法において、冷延板の平均表面粗度（R
a）を0.45μm 以下とし、GDS 分析法で定義される製品
の鋼板表面のAl酸化層の厚さが1.0 μm 以下であること
を特徴とする磁気特性に良好な界面形態を有する無方向
性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】前記仕上焼鈍における焼鈍雰囲気の水素
水蒸気分圧比(PH₂O/PH₂)を0.02以下とすることを特徴と
する請求項２記載の磁気特性に良好な界面形態を有する
無方向性電磁鋼板の製造方法。