JP2006124800A - 歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents

歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 製鋼でのＴｉ量低減の製鋼負荷を回避し、短時間の熱延板焼鈍でかつ窒化を抑制し、仕上焼鈍、歪取焼鈍時の粒成長の良い磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板を提供する。
【解決手段】 特性成分を含有し、ＲＥＭ：０．００３〜０．０１％、Ｔｉ：０．００１５超〜０．００５％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％、Ｏ：０．００２０〜０．００５０％を含み、残部は実質的に鉄よりなる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歪取焼鈍後の鉄損の優れた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。
無方向性電磁鋼板は、例えば発電機、電動機、小型変圧器等の電気機器に広範囲にわたって使用され、最近省エネルギーの見地からさらに鉄損の少ない材料が供給されることが求められている。
無方向性電磁鋼板の鉄損を決定する主な要因は、Ｓｉ＋Ａｌの含有量と結晶粒径であり、同一成分の場合は結晶粒径が約１２０μｍの時に最も鉄損が少なくなることが知られている。
ところで、鋼板中には介在物が存在し、微細な介在物は焼鈍時の結晶粒成長を妨げるのでその無害化を図らなければならず、介在物の量を少なくするか、介在物のサイズを大きくする必要がある。
介在物制御方法の一つにＲＥＭを添加する技術が提案されており、ＲＥＭ添加によりＳを粗大な硫化物として固定できることが知られている。
また、鋼中のＴｉは微細な炭化物あるいは窒化物を形成するため、鋼中のＴｉを極端に低減する手法あるいはその悪影響を緩和する手法として、次のような技術が提案されている。
特許文献１には、特定成分を含有し、さらにＴｉ：１５ｐｐｍ以下、Ｓｂ：０．００２〜０．０５％、ＲＥＭ：２〜８０ｐｐｍを含有し、さらに８００〜１１００℃の温度で熱延板焼鈍することを特徴とする歪取焼鈍後鉄損に優れる無方向性電磁鋼板およびその製造方法が提案されている。
特許文献２には、特定成分を含有し、さらにＴｉ：１５ｐｐｍ以下、Ｚｒ：８０ｐｐｍ以下、ＳｂおよびＳｎのいずれか一方または両方を合計で０．００２〜０．１％、ＲＥＭ：２〜８０ｐｐｍ、Ｏ：１５ｐｐｍ以下を含有し、さらに熱延板焼鈍を７００℃以上１１５０℃以下で４０秒以下の短時間焼鈍にて行うことを特徴とする歪取焼鈍後鉄損に優れる無方向性電磁鋼板およびその製造方法が提案されている。
また、特許文献３には、特定成分を含有し、さらにＴｉ：１５〜７０ｐｐｍ、ＲＥＭ：０．０００２〜０．０２％、Ｏ：４０ｐｐｍ以下を含有し、さらに冷間圧延前までに７００〜９００℃の温度範囲において３０分〜１０時間の焼鈍後、少なくとも５００℃までを５０℃／ｍｉｎ以下の冷却速度で冷却することを特徴とする歪取焼鈍後鉄損に優れる無方向性電磁鋼板およびその製造方法が提案されている。
特開平８−３２５６７８号公報 特開平１０−２１２５５６号公報 特開平１１−１５８５５０号公報
しかし、特許文献１，２記載の発明では、Ｔｉの添加量を１５ｐｐｍと極めて低いレベルまで低減しなければならず、製鋼の負荷が高く、特に、特許文献１記載の発明ではＳｂを添加しなければならず、歪取焼鈍において絶縁皮膜が剥離するというトラブルを起こしやすいという問題がある。また、特許文献３記載の発明においては、Ｔｉ添加量は１５〜７０ｐｐｍと緩和されているが、冷間圧延までに長時間の焼鈍が必要で工程負荷が極めて大きい。
本発明は、上記の従来の技術の課題を解決した磁気特性の優れた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。
本発明者らは、介在物制御のためにＲＥＭに着目し、それを最も有効に使用する方法を鋭意検討した結果、ＲＥＭ：０．００３〜０．０１％、Ｔｉ：０．００１５超〜０．００５％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％、Ｏ：０．００２０〜０．００５０％を含み、９５０〜１１００℃で１５秒〜３分の熱延板焼鈍を行うことが非常に有効であることを見出した。
すなわち本発明は、重量％で、
Ｃ ：０．００４％以下、 Ｓｉ：１．５％〜３．５％、
Ａｌ：０．２％〜３．０％、 １．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）、
Ｍｎ：０．０２〜１．０％、 Ｓ ：０．００３０％以下、
Ｎ ：０．００３０％以下、 ＲＥＭ：０．００３〜０．０１％、
Ｔｉ：０．００１５超〜０．００５％、Ｓｎ：０．０１〜０．１％、
Ｏ ：０．００２０〜０．００５０％
を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成よりなる歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板であり、さらに、上記成分を含むスラブをスラブ加熱し、熱延し、９５０〜１１００℃で１５秒〜３分の熱延板焼鈍を行い、冷延、仕上焼鈍を行うことを特徴とした歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法である。
本発明の第１のポイントは、鋼中のＴｉを微細に析出させないために、まずＲＥＭオキシサルファイドを析出させて、この析出物と格子整合性の良いＴｉＮの析出サイトとして利用する点にある。
また、第２のポイントは、ＲＥＭを添加した鋼は熱延板焼鈍時に鋼板が窒化され易くなり、その後の焼鈍における粒成長が妨げられる事態を招くが、窒化を防止するためにＳｎを適量添加する点にある。
本発明によれば、Ｔｉを極端に下げる製鋼負荷がなく、冷延前に長時間の焼鈍を必要とせず、歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板とその製造方法を提供できる。
以下、本発明の詳細について説明する。
まず、本発明者らはＳ含有介在物を制御するために、溶鋼にＲＥＭを添加する実験を行った。
Ｃ：０．００２１％，Ｓｉ：２．１％、Ａｌ：０．３％、Ｍｎ：０．２１％、Ｓ：０．００１５％、Ｎ：０．００１６％、Ｔｉ：０．００２６％、Ｏ：０．００２５％、ＲＥＭ：０．００４０％を含む溶鋼を真空溶解し、鋳片を１１００℃×６０分加熱し、２．５ｍｍ厚に熱延し、１０００℃，１分の熱延板焼鈍を行い、０．５０ｍｍに冷間圧延し、８５０℃で仕上焼鈍を行い、仕上焼鈍板の板厚の中心層の介在物を電顕観察した。
図１には、介在物の一例を示すが、ＲＥＭはＲＥＭ２Ｏ２Ｓと酸硫化物を形成しているとともに、それにＴｉＮが複合析出していた。ＲＥＭ２Ｏ２ＳはＴｉＮとの格子整合性が良いため、複合析出しやすいと考えられた。
そこで、ＲＥＭ２Ｏ２Ｓのできるだけ生成させるため、Ｃ：０．００２０％，Ｓｉ：２．０％、Ａｌ：０．３％、Ｍｎ：０．２２％、Ｓ：０．００１７％、Ｎ：０．００１５％、Ｔｉ：０．００２５％を含有し、ＲＥＭ：０〜１２０ｐｐｍ、Ｏ：７〜４９ｐｐｍと含有量を種々変更した溶鋼を真空溶解し、鋳片を１１００℃×６０分加熱し、２．５ｍｍ厚に熱延し、１０００℃，１分の熱延板焼鈍を行い、０．５０ｍｍに冷間圧延し、８５０℃で仕上焼鈍を行い、仕上焼鈍板の板厚の中心層の介在物を電顕観察した。
代表的な介在物を表１に示す。
ＲＥＭが２０ｐｐｍ未満では、１μｍクラスのＡｌ２Ｏ３と２０〜５０ｎｍクラスの非常に微細なＭｎＳ＋ＴｉＮやＴｉＮが多数観察された。微細なものが多いと正常粒成長を抑制するので鉄損を劣化させる。
Ｏが２０ｐｐｍ未満でＲＥＭが３０ｐｐｍ以上の場合は、ＲＥＭ２Ｏ２ＳにＴｉＮは複合析出したものも少数あったがその個数が少なく、微細な単独のＴｉＮが析出しているものが多かった。
一方、Ｏが２０ｐｐｍ以上でＲＥＭが３０ｐｐｍ以上の場合には、ＲＥＭ２Ｏ２Ｓが多く、かつ、それにＴｉＮが大きく複合析出しており、微細なＭｎＳに複合析出したＴｉＮやＴｉＮは非常に少なかった。
これより、Ｏが２０ｐｐｍ以上でかつＲＥＭが３０ｐｐｍ以上が必要なことが判明した。
Figure 2006124800
 次に熱延板焼鈍の条件について調査した。
Ｃ：０．００２２％、Ｓｉ：２．１％、Ａｌ：０．３％、Ｍｎ：０．２２％、Ｓ：０．００２７％、Ｎ：０．００１７％、Ｔｉ：０．００２３％、Ｏ：０．００２５％、ａ）ＲＥＭなし，Ｓｎなし、ｂ）ＲＥＭ：０．００４０％，Ｓｎなし、ｃ）ＲＥＭ：０．００４０％，Ｓｎ：０．０４％を含有した溶鋼を真空溶解し、鋳片を１１００℃×６０分加熱し、２．５ｍｍ厚に熱延し、１１００℃で種々の時間９０％Ｎ２＋１０％Ｈ２、Ｄｒｙの雰囲気で熱延板焼鈍を行い、その後Ｎの分析を行い、熱延板焼鈍における窒化を調査した。窒化量ΔＮは、熱延板焼鈍板Ｎ−鋳片Ｎである。
図２に焼鈍時間と窒化量ΔＮの関係を示す。
ａ）のＲＥＭ無添加材は窒化が非常に少ないが、ｂ）のＲＥＭのみ添加したものは窒化が非常に多いことがわかる。これは、ＲＥＭを添加するとＳを効果的にスカベンジするため、鋼板表面に偏析するＳが少なくなり、窒化が多くなるものと考えられる。これに対し、ｃ）のようにＳｎを添加すると窒化は大幅に抑制され、これはＳｎが表面に偏析するためと考えられる。ただ、Ｓｎを添加しても３分以上の焼鈍では窒化が多くなってしまう。
以下に本発明の限定理由を説明する。
Ｃは，オーステナイト、フェライト２相域とせず、フェライト１相とするため０．００４％以下とした。また、０．００４％を超えるとＳＲＡ（歪取り焼鈍）で微細なＴｉＣとして析出しやすく粒成長性が悪化し鉄損が改善しない（図３歪取焼鈍後の鋼板の粒界に析出したＴｉＣを参照、実施例２のＮｏ．１の試料）。
Ｓｉ（１．５％〜３．５％），Ａｌ（０．２％〜３．０％），１．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）：Ｃが０．００４％以下で、１．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）であればオーステナイト、フェライト２相域とならずフェライト１相となるため１．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）とした。Ｓｉ，Ａｌは電気抵抗を上げ、渦電流損失を下げるため、下限は各々１．５％，０．２％とした。Ｓｉ，Ａｌを各々の上限の３．５％，３．０％以上添加すると加工性が著しく劣化する。
Ｍｎは、脆性を改善するため、０．０２％以上とする。上限を１％としたのは、これ以上添加すると磁束密度が劣化するためである。
Ｓは、微細な硫化物をつくり、鉄損に有害な作用を演ずるため、０．００３０％以下とする。
ＮはＡｌＮ，ＴｉＮなど微細な窒化物をつくり、鉄損に有害な作用を演ずるため、０．００３０％以下とする。
ＲＥＭは、表１に示すようにＲＥＭ２Ｏ２Ｓをできるだけ生成させ、Ｓをスカベンジし、ＴｉＮを粗大に複合析出させるため、下限を０．００３％とした。また、上限の０．０１％を超えるとかえって磁気特性が劣化する。ここでＲＥＭとは、ランタンからルテシウムまでの１５元素にスカンジウムとイットリウムを加えた合計１７元素の総称であるが、そのうちの１種だけを用いても、あるいは２種以上の元素を組み合わせて用いても本発明の範囲内であれば、上記効果は発揮される。
Ｔｉは、０．００１５％以下にするのは製鋼負荷が著しい。また、０．００１５％以下だと、仕上焼鈍後ではＴｉは固溶しており、その後のＳＲＡ（歪取り焼鈍）で微細なＴｉＣとして析出するため、ＳＲＡでの粒成長がＴｉ：０．００１５％超と比べて改善されない（図３歪取焼鈍後の鋼板の粒界に析出したＴｉＣを参照、実施例２のＮｏ．１の試料）。上限を０．００５％としたのは、これを超えるとＴｉ量が多くなり過ぎ、ＲＥＭ２Ｏ２Ｓ＋ＴｉＮとして粗大に複合析出する以外に、微細なＴｉＮが析出し磁気特性が劣化するためである。
Ｓｎは、熱延板焼鈍時の窒化を防止するため、下限を０．０１％とする。また、上限の０．１％を超えると、実施例２に示すようにＳＲＡ時に絶縁被膜が剥離する問題を起こしやすい。
Ｏは、表１に示すようにＲＥＭ２Ｏ２Ｓをできるだけ生成させ、Ｓをスカベンジし、ＴｉＮを粗大に複合析出させるため、下限を０．００２％とした。上限の０．００５％を超えるとＡｌ２Ｏ３が生成し、ＴｉＮが粗大に複合析出しにくくなる。
熱延板焼鈍は９５０〜１１００℃で１５秒〜３分行う。９５０℃未満、１５秒未満だと磁気特性が大きくない。１１００℃を超えると冷延で割れを起こしやすくなり、３分を超えると熱延板焼鈍で窒化し、磁気特性の劣化を招く。
本発明材は、介在物を制御し、結晶粒の粒成長性が良いため、仕上焼鈍のおいても、同一焼鈍温度であれば従来材よりも焼鈍時間を短くできたり、同一焼鈍時間であれば従来材よりも焼鈍温度を下げることができる。従って、焼鈍時間短縮による生産性向上や焼鈍温度低下による燃料費の低減、バンプス（押しキズ）減少による歩留まり改善の効果もある。
Ｃ：０．００１８％、Ｓｉ：２．４１％、Ｍｎ：０．２２％、Ａｌ：０．３０％、Ｓ：０．００１５％、Ｎ：０．００１７％、Ｔｉ：０．００１７％、ＲＥＭ，Ｏ，Ｓｎ種々の量を含有する溶鋼を連続鋳造し、鋳片を１１５０℃で加熱し２．５ｍｍ厚に熱間圧延した。９５０℃で種々の時間、９０％Ｎ２＋１０％Ｈ２、Ｄｒｙの雰囲気で熱延板焼鈍を行い、０．５０ｍｍに冷延した。１０００℃×６０秒の連続焼鈍し、絶縁皮膜を塗布して製品とし、７５０℃×２ｈ、ＤＸガス中で歪取焼鈍を行った。
この時の、ＲＥＭ，Ｏの含有量、熱延板焼鈍の焼鈍時間と熱延板焼鈍での窒化量（熱延板焼鈍板Ｎ−鋳片Ｎ）、磁気特性の関係を表２に示す。これより、本発明例では良好な磁気特性を得られることが分かる。
Figure 2006124800
Ｃ：０．００１９％、Ｓｉ：１．５８％、Ｍｎ：０．３４％、Ａｌ：０．６０％、Ｓ：０．００１４％、Ｎ：０．００１５％、ＲＥＭ：０．００４０％、Ｏ：０．００３１％、Ｔｉ，Ｓｎを種々の量を含有する溶鋼を連続鋳造し、鋳片を１１００℃で加熱し２．５ｍｍ厚に熱間圧延した。１０５０℃で種々の時間、９０％Ｎ２＋１０％Ｈ２、Ｄｒｙの雰囲気で熱延板焼鈍を行い、０．５０ｍｍに冷延した。８００℃×１５秒の連続焼鈍し、絶縁皮膜を塗布して製品とし、７２５℃×１ｈ、ＤＸガス中で歪取焼鈍を行った。
この時の、Ｔｉ，Ｓｎの含有量、熱延板焼鈍の焼鈍時間と熱延板焼鈍での窒化量（熱延板焼鈍板Ｎ−鋳片Ｎ）、歪取焼鈍後の絶縁皮膜のはく離の有無、磁気特性の関係を表３に示す。これより、本発明例では良好な磁気特性を得られることが分かる。
Figure 2006124800
ＲＥＭ２Ｏ２Ｓに粗大に複合析出したＴｉＮを示す写真である。 熱延板焼鈍時間と熱延板焼鈍における窒化量を示す図である。 歪取焼鈍後の鋼板の粒界に析出したＴｉＣを示す写真である。

Claims (2)

  1. 重量％で、
    Ｃ ：０．００４％以下、
    Ｓｉ：１．５％〜３．５％、
    Ａｌ：０．２％〜３．０％、
    １．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）、
    Ｍｎ：０．０２〜１．０％、
    Ｓ ：０．００３０％以下、
    Ｎ ：０．００３０％以下、
    ＲＥＭ：０．００３〜０．０１％、
    Ｔｉ：０．００１５超〜０．００５％、
    Ｓｎ：０．０１〜０．１％、
    Ｏ ：０．００２０〜０．００５０％
    を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成よりなる歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板。
  2. 重量％で、
    Ｃ：０．００４％以下、
    Ｓｉ：１．５％〜３．５％、
    Ａｌ：０．２％〜３．０％、
    １．９％≦（％Ｓｉ＋％Ａｌ）、
    Ｍｎ：０．０２〜１．０％、
    Ｓ ：０．００３０％以下、
    Ｎ ：０．００３０％以下、
    ＲＥＭ：０．００３〜０．０１％、
    Ｔｉ：０．００１５超〜０．００５％、
    Ｓｎ：０．０１〜０．１％、
    Ｏ ：０．００２０〜０．００５０％
    を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成よりなるスラブをスラブ加熱し、熱延し、９５０〜１１００℃で１５秒〜３分の熱延板焼鈍を行い、冷延、仕上焼鈍を行うことを特徴とした歪取焼鈍後の鉄損の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。

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