JP2001172753A - 高級無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
高級無方向性電磁鋼板およびその製造方法Info
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Abstract
し、同時に高周波鉄損特性を改善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≦0.005%、Si:1.6〜4%、Mn
≦1%、 P≦0.05% 、 S≦0.002%、Al:0.1〜4%、 N≦0.00
4%、 Cu:0.05〜1%、 Ni:0.01〜0.2%、 Cr:0.01〜0.2%、
Sn:0.003〜0.1%で、残部が実質的に鉄からなり、結晶粒
径が70〜170 μmで、内部酸化層厚み≦0.5 μm、製品
厚み 0.1〜0.4 mmであることを特徴とする高級無方向性
電磁鋼板であり、上記成分よりなる熱延板を焼鈍し、又
は焼鈍することなく冷延を行って板厚 0.1〜 0.4mmとし
てから、焼鈍して、結晶粒径を70〜170 μmとし、内部
酸化層厚み≦0.5 μmとすることを特徴とする高級無方
向性電磁鋼板の製造方法。
Description
能である成分系を前提とする、鉄損の優れた高級無方向
性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
未来的な状況の中で、いろいろな分野で資源の再利用の
動きが急である。このため、鉄鋼業でも各種の鉄スクラ
ップ、例えば自動車、洗濯機、エアコンなどを製鉄原料
として利用する必要が生じてきている。このためには、
従来有害とされてきたCu,Ni,Cr,Snなどを積
極的に利用する必要性が生じている。
年の歴史があるが、そこで払われてきた工業的な努力
は、SiとAl以外の不純物とされるC,S,N,T
i,Nbなどを如何に低減するかの歴史に尽きると言っ
ても過言ではない。このため、鉄リサイクルで増加する
Cu,Sn,Ni,Crなども、特に高級品には必要な
いものとして長い間考えられてきた。
ーの無駄使いをなくそうとの動きも強まっている。モー
タの分野でも、例えば一般家庭用のエアコンに見られる
ように、消費電力低下による電気代が安いものが求めら
れている。このため、無方向性電磁鋼板には鉄損の少な
いものが求められている。
平11−293338号公報で、発明者らはこれらC
u,Sn,Ni,Crの有効活用技術を提案した。しか
しながら、特に製品板厚の薄くて、且つSiとAl量と
が多い成分系で、高周波鉄損のバラツキが大きい問題が
あった。その原因は不明であった。
Sbを添加することで酸化層を少なくして磁気特性を改
善することが開示されている。しかしSbは高価な上、
人体に有害でもあること、また熱延板もしくは熱延板焼
鈍後のスケール残り量が議論されているが、それは最表
層に存在する酸化層のことであり、この発明で重要な高
周波鉄損には意味のない酸化層であったため、利用され
ることがなかった。また、K.MatsmuraとB.Fukuda:IEEE
Trans.mag.20(1984)1533でも酸化層のことが述べられて
いるが、これも最表層から存在する酸化層のことで、高
周波鉄損が不満であった。
み、地球環境問題からの鉄スクラップの積極活用と同時
に、課題であった高級無方向性電磁鋼板の高周波鉄損を
改善する無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供す
る。
に本発明は、以下の構成を要旨とする。即ち (1)重量%で、 C ≦0.005%、 Si:1.6〜4%、 Mn≦1%、 P ≦0.05%、 S ≦0.002%、 Al:0.1〜4%、 N ≦0.004%、 Cu:0.05〜1
%、 Ni:0.01〜0.2%、 Cr:0.01〜0.
2%、 Sn:0.003〜0.1%を含み、 残部が鉄および不純物からなり、結晶粒径が70〜17
0μmで、内部酸化層厚み≦0.5μm、製品厚み0.
1〜0.4mmであることを特徴とする高級無方向性電磁
鋼板。 (2)重量%で、 C ≦0.005%、 Si:1.6〜4%、 Mn≦1%、 P ≦0.05%、 S ≦0.002%、 Al:0.1〜4%、 N ≦0.004%、 Cu:0.05〜1
%、 Ni:0.01〜0.2%、 Cr:0.01〜0.
2%、 Sn:0.003〜0.1%を含み、 残部が鉄および不純物からなる熱延板を焼鈍または焼鈍
することなく、冷延を行って板厚0.1〜0.4mmとし
てから、焼鈍して、結晶粒径を70〜170μmとし、
内部酸化層厚み≦0.5μmとすることを特徴とする高
級無方向性電磁鋼板の製造方法である。
u,Ni,Cr,Snなどの含有鋼では内部酸化層が発
生し易いこと。二点目は、高周波鉄損を改善するには内
部酸化層が大きく効いていること。三点目は、この内部
酸化層を制御することは工業的に充分可能なことであ
る。
説明する。成分含有量は重量%である。C量は、0.0
05%以下とする。C量が0.005%を超えると磁気
時効問題があるため鉄損が増加するためである。
は鉄損を小さくするのに有効で、1.6%未満では高周
波鉄損が不満である。また4%超では、冷間脆化で打ち
抜きの鋼板割れが生じるので、避けるべきである。
れを防止する作用があるが、多すぎると添加コストの問
題もあるので、1%以下とする。
結晶粒成長を阻害して、製品結晶粒径を細粒化するため
少ない方が好ましいが、この限界が0.05%である。
硫化物を形成して高周波鉄損を劣化させる。この限界が
0.002%である。
損を小さくするが、0.1%未満では鉄損が不満で、ま
た4%超では、冷間脆化で打ち抜きの鋼板割れが生じる
ので、避けなければならない。
化物を形成して鉄損を劣化させる。この限界が0.00
4%である。
ラップの有効活用の意味は0.05%以上のCuであ
り、また1%を超えると、Cuへげと称される熱延での
鋼板表面割れが発生するので避けなければならない。特
にこのCuへげは、Snが0.003%以上含有される
系で発生しやすいので注意を要する。
スクラップの有効活用の意味は0.01%以上のNiで
あり、また0.2%を超えると結晶粒成長が阻害される
ため不可とする。
スクラップの有効活用の意味は、0.01%以上のCr
であり、また実用上、鉄スクラップから0.2%を超え
ることはないので、0.01〜0.2%とする。
鉄スクラップの有効活用の意味は0.003%以上のS
nであり、また実用上、鉄スクラップから0.1%を超
えることはないので、0.01〜0.1%とする。
ための公知のB,Moなどを添加しても本発明として有
害なものではない。但し添加コストの問題があるので、
それぞれ0.1%以下が好ましい。また、公知の有害元
素のTi,Nbは0.01%以下が好ましい。また、本
発明は高価なSbを添加しないので、製鋼作業で不可避
的不純物として含有することのあるSb量は、0.01
%未満である。
ラブは、通常の熱間圧延を行われて熱延板とされる。熱
延板は、次いで焼鈍されても良いし焼鈍されなくても良
い。熱延板焼鈍を実施した方が磁束密度が改善される
が、本発明の目的は鉄損改善なので、熱延板焼鈍を省略
することも可能である。熱延板焼鈍を実施する場合は、
通常の800〜1200℃の温度で行うのが好ましい。
る。焼鈍後の鋼板の平均結晶粒径は、70μm以上、1
70μm以下とする。70μm未満でも170μm超で
も高周波鉄損が不満である。結晶粒径を制御するために
は、通常の温度×時間制御をすればよい。
でなければならない。内部酸化層が0.5μmを超える
と高周波鉄損の劣化が大きいためである。特に本発明の
Cu,Sn,Ni,Cr複合含有系では、内部酸化層が
生じ易いので注意しなければならない。
またはAlが若干少なくなった鉄メタル層の下層に形成
された、Si,Al,Mnなどがリッチの酸化層のこと
である。即ち表面構造としては、最表層の第一層が鉄メ
タルで、第二層が内部酸化層、第三層が地鉄である三層
構造が形成されている。内部酸化層が厚くなると、最表
層の鉄メタル層厚みも増加する傾向にあるが、例えば内
部酸化層が0.5μmの場合は、鉄メタル層厚みは0.
8μm程度である。なお、最表層の鉄メタル層は殆どの
場合、内部酸化層の上にフィルム(膜)状に観察され
る。しかしまれなケースとしては、この最表層の鉄メタ
ル部分がなく、内部酸化層の上層部分に、鉄メタルが断
続的な島状のものとして観察されることもある。この場
合の内部酸化層厚みは、島状の鉄メタル厚みの平均化し
たものを全体の酸化層厚みから引いたものとして定義す
る。
酸化層は地鉄との境界面の凹凸が大きいので、磁束の流
れを阻害して高周波鉄損を著しく劣化させるので、特に
注意しなければならない。なお、この内部酸化層は、鋼
板断面の研磨面を5000倍以上の倍率でSEM−ED
X測定することで観察することができるが、SEM像は
通常の二次電子ではなく、反射電子像の方が内部酸化層
厚みを明瞭に見ることができる。内部酸化層厚みは、最
表層の鉄メタル界面と下層の地鉄界面との中間層の厚み
であるが、上下それぞれの界面の凹凸中心線(凹凸曲線
の平均線に平行な直線を引いたとき、この直線と凹凸曲
線で囲まれる面積が、この直線の両側で等しくなる直線
を中心線とする)同士の差として定義される。
などで酸化された場合に生じるため、例えば加熱ラジア
ントチューブでの割れや直火無酸化炉での空燃比に十分
注意しなければならない。即ち、焼鈍の加熱過程で酸化
されると、次いで高温での還元ガスで均熱焼鈍されても
内部酸化層まで還元されることはない。なおこの内部酸
化層は、従来のH2 +N2 +H2 O混合の湿潤ガス中で
の均熱焼鈍で、最表面から酸化される現象を意味しな
い。この表面酸化は高周波鉄損に悪影響しない。また実
験室レベルでは、加熱から均熱、冷却まで非酸化性ガス
中で焼鈍することが容易であるが、鉄鋼メーカでの実炉
では加熱帯に直火バーナーやラジアントチューブを用い
ることが多いので、特にCu,Sn,Ni,Cr複合含
有系では、この内部酸化層には注意を払わなければなら
ない。均熱帯で例えば100%H 2 の露点−50℃ドラ
イ雰囲気として高温均熱しても、この内部酸化層までは
還元されないので注意を要する。
塗布乾燥されて出荷される。出荷された後は、打ち抜き
加工され、積層固定され、そのまま、または焼鈍されて
(特に固定子が磁性改善のために焼鈍される場合があ
る)モータコアや小型トランスコアとなる。以下、実施
例に基づいて本発明を詳細に説明する。
kg真空溶解を実施して、表1に示す成分のインゴットを
作成した。これを1030℃に加熱してから、10mm厚
の鋼片に分塊した。次いで、更に1000℃に加熱して
から1.7mmの熱延板を作成した。次いで1100℃で
30秒均熱の窒素中焼鈍を行ってから大気中放冷した。
酸洗後、冷延して0.35mm厚とした。次いで脱脂し
て、1000℃で5秒の水素中での焼鈍を実施した。1
00mm角の試料を切り出してから、圧延方向とそれと直
角の方向の400Hz鉄損を測定し、平均して表1に示し
た。また、鋼板断面の平均結晶粒径を圧延方向の直線を
よぎる結晶粒径の粒界個数をカウントして求めた。な
お、内部酸化層も調査したが存在しなかった。
れるものは、鉄損特性が不満となった。なお製品での成
分分析も実施したが、インゴットでの分析結果と同じで
あった。
l量とを調整した連続鋳造スラブを供試材として用い
た。その他の成分としては、実験No.1〜9について
は、0.001%C、0.2%Mn、0.02%P、
0.0002%S、0.0007%N、0.25%C
u、0.04%Sn、0.05%Ni、0.05%Cr
に固定した。また、実験No.10と11のみ、0.00
1%C、0.2%Mn、0.02%P、0.0002%
S、0.0007%Nで、Cu,Sn,Ni,Crにつ
いてはそれぞれ0.0002%以下とした。このスラブ
を1100℃で加熱してから、1.5mm厚の熱延コイル
を製造した。次いで900℃で15秒の焼鈍をN2 中で
実施した。酸洗してから0.25mmまで冷延した。この
冷延板で表層酸化層を観察調査したが、酸化層は存在し
なかった。
実施した。この時、加熱を無酸化炉(直火雰囲気、空燃
比=0.9)で行い、無酸化炉出側の板温を制御して、
内部酸化層の厚みを変更した。無酸化炉を出てからは、
電気ヒータゾーンで40%H 2 +60%N2 雰囲気で焼
鈍した。その後、絶縁皮膜(クロム酸、マグネシュウ
ム、アクリル系の半有機皮膜)を約1.5μm厚焼き付
けた。また、エプスタイン試験片で磁気特性を測定し
た。製品の平均結晶粒径は、いずれも150〜155μ
mであった。
本発明範囲に制御したものは優れた鉄損特性を示した。
なお、最終の鋼板の成分をチェックしたが、スラブ成分
と同一であった。No.10と11は、Cu,Sn,N
i,Crを含まない成分系であるが、内部酸化層は生成
され難い傾向にあることが実験No.2と10との比較
で、また実験No.5と11との比較で分かる。その原因
については、未だ不明確な部分があって今後の調査に待
たなければならないが、表層をGDSなどでスパッター
しながら調査すると、Cu,Sn,Ni,Crなどは表
層に濃化する傾向があるため、これが原因の一つと推定
している。
C、2.2%Si、0.18%Mn、0.01%P、
0.0035%S、2.1%Al、0.0015%N、
0.001%Nb、0.5%Cu、0.08%Sn、
0.08%Ni、0.11%Cr、0.002%O、
0.001%Ti、0.002%Mo、0.001%
V、0.0001%B、0.0002%Sbを含むスラ
ブを1050℃で加熱してから、2.5mm厚の熱延コイ
ルを製造した。次いで850℃×10秒の窒素中焼鈍を
して、酸洗した。酸化層を調査したが、認められなかっ
た。次いで0.2mmまで冷延し、脱脂後、均熱温度を表
3のように変更して10秒均熱の30%H2 +70%N
2 中の焼鈍を実施した。この時、均熱温度に到達するま
での加熱雰囲気をN2 とし、その酸素を0.01%とし
た。次いで有機、無機混合の絶縁皮膜を1μm厚で焼き
付けした。
内部酸化層は、0.2μm厚であった。次いでエプスタ
イン試料に切断してから、磁気特性を測定した。また結
晶粒径も測定して、表3に示した。表3に示すように、
本発明範囲の結晶粒径で優れた磁気特性が得られた。
活用し、同時に高周波鉄損特性を改善した無方向性電磁
鋼板およびその製造方法を提供することができた。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量%で、 C ≦0.005%、 Si:1.6〜4%、 Mn≦1%、 P ≦0.05%、 S ≦0.002%、 Al:0.1〜4%、 N ≦0.004%、 Cu:0.05〜1%、 Ni:0.01〜0.2%、 Cr:0.01〜0.2%、 Sn:0.003〜0.1% を含み、残部が実質的に鉄からなり、結晶粒径が70〜
170μmで、内部酸化層厚み≦0.5μm、製品厚み
0.1〜0.4mmであることを特徴とする高級無方向性
電磁鋼板。 - 【請求項2】 重量%で、 C ≦0.005%、 Si:1.6〜4%、 Mn≦1%、 P ≦0.05%、 S ≦0.002%、 Al:0.1〜4%、 N ≦0.004%、 Cu:0.05〜1%、 Ni:0.01〜0.2%、 Cr:0.01〜0.2%、 Sn:0.003〜0.1% を含み、残部が実質的に鉄からなる熱延板を焼鈍し、ま
たは焼鈍することなく、冷延を行って板厚0.1〜0.
4mmとしてから、焼鈍して、結晶粒径を70〜170μ
mとし、内部酸化層厚み≦0.5μmとすることを特徴
とする高級無方向性電磁鋼板の製造方法。
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