JP2006328458A - Soft magnetic steel - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a soft magnetic steel having high magnetic properties and deformability, and also having reduced deformation resistance. <P>SOLUTION: The soft magnetic steel has a composition containing, by mass, ≤0.015% C, 0.005 to 0.10% Si, 0.1 to 0.5% Mn, ≤0.02% P, ≤0.02% S, >0.010 to 1.3% Al, 0.02 to 0.20% Ti, ≤0.010% N and ≤0.020% O (oxygen), and the balance Fe with impurities, and satisfies inequality (1) and inequality (2): 0.85≤0.8-0.57C+0.82Si+0.07Mn+0.78P-3.56S+0.82Al-1.0N≤2.0 (1), and 0.015≤Ti-3.4N (2); wherein, each symbol in the inequality (1) and the inequality (2) is the content (mass%) of each element. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、軟磁性鋼材に関し、さらに詳しくは、交流磁界で用いられる軟磁性鋼材に関する。   The present invention relates to a soft magnetic steel material, and more particularly to a soft magnetic steel material used in an alternating magnetic field.

モータや発電機等の電装部品のコア材として、軟鉄、純鉄及び珪素鋼等に代表される軟磁性鋼材が使用されている。   Soft magnetic steel materials represented by soft iron, pure iron, silicon steel, and the like are used as core materials for electrical components such as motors and generators.

軟磁性鋼材は、直流磁界又は交流磁界で使用されるが、軟磁性鋼材に求められる磁気特性は、直流磁界と交流磁界とで異なる。交流磁界で使用される場合、軟磁性鋼材には交流磁気特性の向上が要求される。具体的には、鉄損の低減が求められる。   Soft magnetic steel is used in a DC magnetic field or an AC magnetic field, but the magnetic properties required for the soft magnetic steel are different between the DC magnetic field and the AC magnetic field. When used in an AC magnetic field, soft magnetic steel materials are required to improve AC magnetic properties. Specifically, reduction of iron loss is required.

ところで、交流磁界用のコア材は通常、複数の電磁鋼板を積層し、積層した電磁鋼板を打ち抜き加工等により加工して成型される。しかし、複数の電磁鋼板を積層して成型したコア材は強度及び剛性が低い。また、鋼板を積層する工程を含むため、製造コストが高い。そのため、近年、棒鋼や線材といった条鋼を素材としたコア材が登場している。条鋼を素材にすれば、冷間鍛造によりコア材を成型でき、素材の積層工程が不要となるため、製造コストを低減できる。さらに、電磁鋼板のように積層する必要がないため、コア材の強度及び剛性を向上できる。   By the way, the core material for an alternating magnetic field is usually formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets and processing the laminated electromagnetic steel sheets by punching or the like. However, the core material formed by laminating a plurality of electromagnetic steel sheets has low strength and rigidity. Moreover, since the process of laminating | stacking a steel plate is included, manufacturing cost is high. Therefore, in recent years, core materials made of steel bars such as steel bars and wire rods have appeared. If the strip is made of a material, the core material can be formed by cold forging, and the material laminating process is not necessary, so that the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since it is not necessary to laminate | stack like an electromagnetic steel plate, the intensity | strength and rigidity of a core material can be improved.

上述のように条鋼を素材としたコア材を冷間鍛造により成型する場合、素材である条鋼は、高い変形能及び変形抵抗の低減を要求される。変形能が高ければ、近年の小型化及び複雑化したコア材を成型しやすくなるからである。また、変形抵抗が低ければ、鍛造荷重を低減でき、冷間鍛造で使用する金型の寿命を向上できるからである。   As described above, when a core material made of a steel bar is formed by cold forging, the steel bar which is a raw material is required to have high deformability and reduction in deformation resistance. This is because if the deformability is high, it becomes easier to mold a core material that has been downsized and complicated in recent years. Further, if the deformation resistance is low, the forging load can be reduced and the life of the mold used in cold forging can be improved.

したがって、交流磁界用の軟磁性鋼材には、交流磁気特性の向上だけでなく、変形能及び変形抵抗の改善が要求される。   Therefore, soft magnetic steel materials for AC magnetic fields are required not only to improve AC magnetic characteristics but also to improve deformability and deformation resistance.

磁気特性や変形能の改善を目的とした軟磁性鋼は複数開示されている。特許文献1(特開2003−55745号公報)、特許文献2(特開2003−226945号公報)、特許文献3(特開2003−226946号公報)は、磁気特性や冷間鍛造性の改善を目的とした軟磁性鋼を開示する。しかし、これらの特許文献1〜3に開示された軟磁性鋼は、透磁率や磁束密度の向上を目的としており、鉄損の低減といった交流磁気特性の向上を実現するには充分でない。   A plurality of soft magnetic steels aimed at improving magnetic properties and deformability are disclosed. Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-55745), Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-226945), and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-226946) improve magnetic properties and cold forgeability. An intended soft magnetic steel is disclosed. However, the soft magnetic steels disclosed in these Patent Documents 1 to 3 are intended to improve the magnetic permeability and magnetic flux density, and are not sufficient to realize improvement of AC magnetic characteristics such as reduction of iron loss.

特許文献4(特開2000−73149号公報)は、磁束密度が大きく、保磁力が小さく、かつ、電気抵抗が大きい軟磁性鋼材を開示する。しかし、特許文献4の軟磁性鋼材は、フェライト強化元素であるSi、Al、Crを多量に含有するため、変形能が低く、変形抵抗が大きいと考えられる。   Patent Document 4 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-73149) discloses a soft magnetic steel material having a large magnetic flux density, a small coercive force, and a large electric resistance. However, since the soft magnetic steel material of Patent Document 4 contains a large amount of ferrite strengthening elements Si, Al, and Cr, it is considered that the deformability is low and the deformation resistance is large.

特許文献5(特開2001−115241号公報)は、交流磁気特性及び伸線加工性の改善を目的とした電磁鋼線用鋼材を開示する。また、特許文献6(特開2001−131718号公報)は、高周波磁気特性及び加工性の改善を目的とした電磁鋼線を開示する。しかし、特許文献5及び特許文献6の鋼材は、Si含有量が高いため、変形能が低く、変形抵抗が大きいと考えられる。さらに、C、N、O(酸素)及びSの含有量の合計を低くするため、精錬等の製造コストが高くなる場合がある。
特開2003−55745号公報 特開2003−226945号公報 特開2003−226946号公報 特開2000−73149号公報 特開2001−115241号公報 特開2001−131718号公報
Patent document 5 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-115241) discloses the steel material for electromagnetic steel wires aiming at the improvement of an alternating current magnetic characteristic and wire drawing workability. Moreover, patent document 6 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-131718) discloses the electromagnetic steel wire aiming at the improvement of a high frequency magnetic characteristic and workability. However, since the steel materials of Patent Document 5 and Patent Document 6 have a high Si content, it is considered that the deformability is low and the deformation resistance is large. Furthermore, since the total content of C, N, O (oxygen) and S is lowered, the manufacturing cost for refining and the like may increase.
JP 2003-55745 A JP 2003-226945 A JP 2003-226946 A JP 2000-73149 A JP 2001-115241 A JP 2001-131718 A

本発明の目的は、優れた交流磁気特性と高い変形能を有し、かつ変形抵抗が小さい軟磁性鋼材を提供することである。   An object of the present invention is to provide a soft magnetic steel material having excellent AC magnetic characteristics, high deformability, and low deformation resistance.

課題を解決するための手段及び発明の効果Means for Solving the Problems and Effects of the Invention

本発明者らは、実質的にフェライト単相の低炭素鋼において、優れた交流磁気特性、高い変形能、小さい変形抵抗をバランスよく確保するため、下記のような技術思想により本発明に至った。
(a)初めに、本発明者らは、交流磁気特性を改善するために、鉄損を少なくする方法を検討した。鉄損はヒステリシス損と渦電流損との合計であるが、交流磁界では渦電流損が鉄損の大半を占める。そのため、鉄損を少なくするためには、渦電流損を特に少なくする必要がある。渦電流損を少なくするには、鋼の電気抵抗を高めることが有効である。また、鉄損に占める割合は小さいものの、ヒステリシス損も少なくする方が好ましい。フェライト粒の微細化を防止すれば、ヒステリシス損を少なくできる。
(b)鋼の電気抵抗を高める効果のあるSi、Mn、Alの固溶量を高くすれば、渦電流損を小さくできる。さらに、Mnと硫化物を形成するS、Alと窒化物を形成するNは、MnやAlの固溶量を低くし電気抵抗を低下させる効果がある。よって、SおよびNを制限する必要がある。
(c)ヒステリシス損を小さくするには、フェライト粒の成長を阻害する析出物や介在物の形成を抑制する必要がある。したがってC、N、Sの含有量を低くするのが有効である。また、粒界偏析によりヒステリシス損を大きくするPも低く抑えることが効果的である。
(d)次に、本発明者らは変形能を向上する方法を検討した。変形能を向上するには、固溶強化元素の含有量を低くするとともに、時効硬化に寄与する元素の含有量をも低くする必要がある。
(e)したがって、交流磁気特性を改善する上では有効なSi、Mn、Alも、変形能を向上するという観点からは、過剰に含有すべきでない。また、時効硬化元素であるC、Nは、変形能向上との観点からも制限すべきである。また、MnSを形成するS、粒界偏析するPも変形能を低下させるので低くする必要がある。
(f)以上の観点から、本発明者らは、Si、Mn、Al、C、N、S、Pの全てが交流磁気特性及び変形能に強い影響を与えると考えた。そこで、各元素が交流磁気特性に与える影響度と、変形能に与える影響度とを検討した。その結果、本発明者らは、これらの元素の含有量が式(1)を満たせば、交流磁気特性及び変形能をともに改善できることを見出した。
0.85≦0.8−0.57C+0.82Si+0.07Mn+0.78P−3.56S+0.82Al−1.0N≦2.0 (1)
In order to secure a good balance of excellent AC magnetic properties, high deformability, and small deformation resistance in a substantially single-phase low-carbon steel, the present inventors have reached the present invention with the following technical idea. .
(A) First, the present inventors examined a method for reducing iron loss in order to improve AC magnetic characteristics. Iron loss is the sum of hysteresis loss and eddy current loss, but eddy current loss accounts for the majority of iron loss in AC magnetic fields. Therefore, in order to reduce the iron loss, it is necessary to particularly reduce the eddy current loss. In order to reduce eddy current loss, it is effective to increase the electrical resistance of steel. Further, although the ratio of iron loss is small, it is preferable to reduce hysteresis loss. If the ferrite grains are prevented from becoming finer, hysteresis loss can be reduced.
(B) The eddy current loss can be reduced by increasing the solid solution amount of Si, Mn, and Al, which has the effect of increasing the electrical resistance of the steel. Furthermore, S that forms sulfides with Mn and N that forms nitrides with Al have the effect of reducing the solid solution amount of Mn and Al and lowering the electrical resistance. Therefore, it is necessary to limit S and N.
(C) In order to reduce the hysteresis loss, it is necessary to suppress the formation of precipitates and inclusions that inhibit the growth of ferrite grains. Therefore, it is effective to reduce the contents of C, N, and S. It is also effective to suppress P, which increases the hysteresis loss due to grain boundary segregation.
(D) Next, the present inventors examined a method for improving the deformability. In order to improve the deformability, it is necessary to lower the content of the solid solution strengthening element and lower the content of the element contributing to age hardening.
(E) Therefore, Si, Mn, and Al that are effective in improving AC magnetic characteristics should not be contained excessively from the viewpoint of improving the deformability. Moreover, C and N which are age-hardening elements should be restricted from the viewpoint of improving deformability. Further, S that forms MnS and P that segregates at the grain boundaries also need to be lowered because they reduce the deformability.
(F) From the above viewpoint, the present inventors considered that all of Si, Mn, Al, C, N, S, and P strongly influence the AC magnetic characteristics and deformability. Therefore, the degree of influence of each element on AC magnetic properties and the degree of influence on deformability were examined. As a result, the present inventors have found that both the alternating magnetic properties and the deformability can be improved if the content of these elements satisfies the formula (1).
0.85 ≦ 0.8−0.57C + 0.82Si + 0.07Mn + 0.78P−3.56S + 0.82Al−1.0N ≦ 2.0 (1)

ここで、式(1)中の記号は各元素の含有量(質量%)である。
(g)本発明者らは、さらにTiを含有すれば交流磁気特性及び変形能をより向上でき、かつ変形抵抗を改善できることを見出した。
(h)TiはSとの親和力がMnより強い元素である。したがって、鋼中のSと硫化物を形成することにより、MnSの生成量を低くし、またMnSの粗大化を抑制する。その結果、変形能が向上する。また、フェライト粒の成長を阻害するMnSの形成が抑制されるため、フェライト粒は適度に成長し、交流磁気特性が向上する。したがって、上記式(1)を満たすことに加え、Tiを含有することにより、交流磁気特性及び変形能をより向上できる。
(i)さらに、TiはAlよりNとの親和力がAlより強く、Cとの親和力がFeより強い元素である。したがって、Tiは炭化物や窒化物や炭窒化物を形成することにより、時効硬化を引き起こす原因となる鋼中のCおよびNを固定する。その結果、時効硬化を抑制し、変形抵抗は小さくなり、変形能も高くなる。
(j)以上に述べたように、TiはN、C、Sと結合することで、交流磁気特性、変形能を向上するとともに、変形抵抗を改善する。
(k)N、C、Sのうち、TiはNと優先的に結合するが、上述したTiの効果を得るためには、TiがNと結合するだけでなく、CやSとも結合する必要がある。そこで、実験及び検討した結果、本発明者らは、式(2)を満足すれば、TiがNだけでなくC及びSとも結合し、上述の効果が有効に得られることを見出した。
Ti−3.4N≧0.015 (2)
Here, the symbol in Formula (1) is content (mass%) of each element.
(G) The present inventors have found that if Ti is further contained, AC magnetic characteristics and deformability can be further improved, and deformation resistance can be improved.
(H) Ti is an element having a stronger affinity for S than Mn. Therefore, by forming sulfides with S in the steel, the amount of MnS produced is lowered and the MnS coarsening is suppressed. As a result, the deformability is improved. In addition, since the formation of MnS that inhibits the growth of ferrite grains is suppressed, the ferrite grains grow appropriately and the AC magnetic characteristics are improved. Therefore, in addition to satisfying the above formula (1), AC magnetic characteristics and deformability can be further improved by containing Ti.
(I) Furthermore, Ti is an element that has a stronger affinity for N than Al and a stronger affinity for C than Fe. Therefore, Ti fixes C and N in steel that causes age hardening by forming carbides, nitrides, and carbonitrides. As a result, age hardening is suppressed, the deformation resistance is reduced, and the deformability is increased.
(J) As described above, Ti combines with N, C, and S to improve AC magnetic characteristics and deformability and improve deformation resistance.
(K) Of N, C, and S, Ti preferentially bonds to N, but in order to obtain the above-described effect of Ti, Ti not only bonds to N but also needs to bond to C and S There is. Therefore, as a result of experiments and studies, the present inventors have found that if the expression (2) is satisfied, Ti not only binds to N but also C and S, and the above-described effects can be obtained effectively.
Ti-3.4N ≧ 0.015 (2)

ここで、式(2)中の記号は各元素の含有量(質量%)である。   Here, the symbol in Formula (2) is content (mass%) of each element.

以上の検討の結果、本発明者らは以下の発明を完成した。   As a result of the above examination, the present inventors have completed the following invention.

本発明による軟磁性鋼材は、質量%で、C:0.015%以下、Si:0.005〜0.10%、Mn:0.1〜0.5%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.010超〜1.3%、Ti:0.02〜0.20%、N:0.010%以下、O(酸素):0.020%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)及び(2)を満たす。
0.85≦0.8−0.57C+0.82Si+0.07Mn+0.78P−3.56S+0.82Al−1.0N≦2.0 (1)
Ti−3.4N≧0.015 (2)
The soft magnetic steel material according to the present invention is, in mass%, C: 0.015% or less, Si: 0.005 to 0.10%, Mn: 0.1 to 0.5%, P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, Al: more than 0.010 to 1.3%, Ti: 0.02 to 0.20%, N: 0.010% or less, O (oxygen): 0.020% or less And the balance consists of Fe and impurities, satisfying the formulas (1) and (2).
0.85 ≦ 0.8−0.57C + 0.82Si + 0.07Mn + 0.78P−3.56S + 0.82Al−1.0N ≦ 2.0 (1)
Ti-3.4N ≧ 0.015 (2)

ここで、式(1)及び(2)中の記号は各元素の含有量(質量%)である。   Here, the symbol in Formula (1) and (2) is content (mass%) of each element.

好ましくは、軟磁性鋼材の組織は実質的にフェライトからなり、フェライト粒径D(μm)が式(3)を満たす。
80≦D<200 (3)
Preferably, the structure of the soft magnetic steel material is substantially composed of ferrite, and the ferrite particle diameter D (μm) satisfies the formula (3).
80 ≦ D <200 (3)

ここで、フェライト粒径Dは、たとえば以下のように算出する。軟磁性鋼材の横断面の任意の10視野を100〜400倍の光学顕微鏡により観察し、JISG0551に準拠した切断法により各視野におけるフェライト粒度番号を算出し、算出した10個のフェライト粒度番号の平均(平均フェライト粒度番号)を求める。平均フェライト粒度番号に基づいて各結晶粒の平均面積を算出する。平均面積から円相当径を算出し、得られた円相当径をフェライト粒径Dとする。   Here, the ferrite particle diameter D is calculated as follows, for example. Observe 10 fields of view of the cross section of the soft magnetic steel material with a 100 to 400 times optical microscope, calculate the ferrite grain number in each field by a cutting method based on JISG0551, and average the 10 ferrite grain numbers calculated (Average ferrite grain size number) is obtained. The average area of each crystal grain is calculated based on the average ferrite grain size number. The equivalent circle diameter is calculated from the average area, and the obtained equivalent circle diameter is defined as the ferrite particle diameter D.

好ましくは、軟磁性鋼材はさらに、B:0.0005〜0.005%を含有する。   Preferably, the soft magnetic steel material further contains B: 0.0005 to 0.005%.

好ましくは、軟磁性鋼材はさらに、Te:0.0005〜0.01%及びCa:0.0005〜0.005%のうちの1種以上を含有する。   Preferably, the soft magnetic steel material further contains one or more of Te: 0.0005 to 0.01% and Ca: 0.0005 to 0.005%.

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

1.化学組成
本発明の実施の形態による軟磁性鋼材は、以下の化学組成を有する。以降、元素に関する%は質量%を意味する。
1. Chemical Composition The soft magnetic steel material according to the embodiment of the present invention has the following chemical composition. Hereinafter, “%” related to elements means “% by mass”.

C:0.015%以下
Cは鋼の強度を向上させる元素であるが、本発明においては時効硬化により変形抵抗を大きくし変形能を低下する好ましくない元素である。但し、工業的にはC含有量を0%とすることはできず、不純物として0.001%程度の含有は避けることはできない。Cが高すぎると、Feとセメンタイトを形成することによりフェライト粒の粒成長を阻害し、また析出したセメンタイトにより交流磁気特性を劣化する。したがって、C含有量は0.015%以下にする。好ましいC含有量は0.008%以下である。
C: 0.015% or less C is an element that improves the strength of steel. However, in the present invention, C is an undesirable element that increases deformation resistance and deteriorates deformability by age hardening. However, industrially, the C content cannot be reduced to 0%, and the content of about 0.001% as an impurity cannot be avoided. When C is too high, the formation of Fe and cementite inhibits the growth of ferrite grains, and the precipitated magnetic cementite deteriorates AC magnetic properties. Therefore, the C content is 0.015% or less. A preferable C content is 0.008% or less.

Si:0.005〜0.10%
Siは交流磁気特性を向上する元素である。具体的には、鋼の電気抵抗を高くし渦電流損を少なくする必要な元素である。さらに鋼のフェライト化に寄与する。しかし、Si含有量が過剰であれば、変形能が低下し、変形抵抗が大きくなる。したがって、Si含有量は0.005〜0.10%にする。変形能の向上をより考慮すれば、好ましいSi含有量は0.005〜0.05%である。
Si: 0.005-0.10%
Si is an element that improves AC magnetic properties. Specifically, it is an element necessary to increase the electrical resistance of steel and reduce eddy current loss. Furthermore, it contributes to ferritization of steel. However, if the Si content is excessive, the deformability is lowered and the deformation resistance is increased. Therefore, the Si content is 0.005 to 0.10%. Considering the improvement of the deformability, the preferable Si content is 0.005 to 0.05%.

Mn:0.1〜0.5%
MnはSiと同様に、鋼の電気抵抗を高くし、渦電流損を少なくする。Mnはさらに、鋼中のSと結合してMnSを形成することにより、Sによる脆化を抑制し、変形能を向上するため、0.1%以上含有する必要がある。しかし、Mn含有量が過剰であれば、変形能が低下し、変形抵抗が大きくなる。そのため、Mn含有量は0.1〜0.5%にする。
Mn: 0.1 to 0.5%
Mn, like Si, increases the electrical resistance of steel and reduces eddy current loss. Further, Mn is combined with S in steel to form MnS, thereby suppressing embrittlement due to S and improving deformability. Therefore, Mn needs to be contained in an amount of 0.1% or more. However, if the Mn content is excessive, the deformability decreases and the deformation resistance increases. Therefore, the Mn content is 0.1 to 0.5%.

P:0.02%以下
Pは好ましくない元素である。鋼の粒界に偏析し、変形能を低下する。Pはまた、固溶強化により鋼の変形抵抗を大きくする。Pはさらに、偏析することで交流磁気特性を劣化する。したがって、P含有量は低いほどよく、0.02%以下にする必要がある。好ましいP含有量は0.016%以下である。
P: 0.02% or less P is an undesirable element. Segregates at the grain boundaries of the steel, reducing the deformability. P also increases the deformation resistance of the steel by solid solution strengthening. Further, P segregates and deteriorates the AC magnetic characteristics. Therefore, the lower the P content, the better. It is necessary to make it 0.02% or less. A preferable P content is 0.016% or less.

S:0.02%以下
Sは鋼中のMnと結合してMnSを形成する。MnSは被削性を向上する効果があるが、本発明においては、Sは電気抵抗を高める効果のあるMnの固溶量を低減し、渦電流損を多くする好ましくない元素である。また、MnSは非金属介在物であり、かつフェライト粒の成長を阻害するため、ヒステリシス損にも悪影響を及ぼす。さらに、鋼中のMnS量が多いと変形能も低下する。したがって、S含有量は0.02%以下にする。好ましいS含有量は0.015%以下、更に好ましくは0.010%以下である。
S: 0.02% or less S combines with Mn in steel to form MnS. Although MnS has an effect of improving machinability, in the present invention, S is an undesirable element that reduces the solid solution amount of Mn having an effect of increasing electric resistance and increases eddy current loss. Further, since MnS is a non-metallic inclusion and inhibits the growth of ferrite grains, it also adversely affects hysteresis loss. Further, when the amount of MnS in the steel is large, the deformability is also lowered. Therefore, the S content is 0.02% or less. A preferable S content is 0.015% or less, more preferably 0.010% or less.

Al:0.010超〜1.3%
Alは交流磁気特性を向上する。具体的には、鋼の電気抵抗を高め、渦電流損を少なくする必要な元素である。Alはさらに、Siと同じく鋼のフェライト化に寄与する。Al含有量が少ない場合、Si及びMn含有量を増加することにより交流磁気特性を向上できるが、Si及びMn含有量が高くなると変形能が低下する。一方、Al含有量が過剰であれば変形能が低下し、変形抵抗が大きくなる。したがって、Al含有量は0.010超〜1.3%にする。換言すれば、Al含有量は、0.010%よりも高くし、かつ、1.3%以下にする。好ましいAl含有量は0.05〜1.0%である。
Al: more than 0.010 to 1.3%
Al improves AC magnetic properties. Specifically, it is an element that increases the electrical resistance of steel and reduces eddy current loss. Further, Al contributes to ferritization of steel like Si. When the Al content is low, the AC magnetic properties can be improved by increasing the Si and Mn contents, but the deformability decreases when the Si and Mn contents are high. On the other hand, if the Al content is excessive, the deformability is lowered and the deformation resistance is increased. Therefore, the Al content is more than 0.010 to 1.3%. In other words, the Al content is set higher than 0.010% and 1.3% or less. A preferable Al content is 0.05 to 1.0%.

Ti:0.02〜0.20%
Tiは本発明において重要な元素である。Tiは炭化物や窒化物や炭窒化物を形成することにより時効硬化を起すCやNを固定し、変形抵抗を小さくし、変形能も高くする。また、Sと結合して硫化物を形成することによりMnSの生成量を抑制し、鋼の変形能を向上する。さらに、Tiはフェライト粒の成長を阻害化するMnSの形成を抑制するため、フェライト粒は適度に成長し、磁気特性を向上する。要するに、Tiは交流磁気特性を劣化せず、むしろ交流磁気特性を向上する。したがって、Tiは交流磁気特性、変形能及び変形抵抗を改善する。
Ti: 0.02 to 0.20%
Ti is an important element in the present invention. Ti forms carbides, nitrides, and carbonitrides to fix C and N that cause age hardening, reduce deformation resistance, and increase deformability. Moreover, by combining with S to form a sulfide, the amount of MnS produced is suppressed, and the deformability of the steel is improved. Furthermore, since Ti suppresses the formation of MnS that inhibits the growth of ferrite grains, the ferrite grains grow appropriately and improve the magnetic properties. In short, Ti does not deteriorate the AC magnetic characteristics, but rather improves the AC magnetic characteristics. Therefore, Ti improves AC magnetic properties, deformability and deformation resistance.

しかし、Ti含有量が過剰であれば、Ti炭化物,Ti窒化物,Ti炭窒化物,Ti硫化物が粗大化し、変形能が低下する。したがって、Ti含有量は0.02〜0.20%にする。好ましいTi含有量は0.02〜0.10%である。   However, if the Ti content is excessive, Ti carbide, Ti nitride, Ti carbonitride, and Ti sulfide are coarsened and the deformability is lowered. Therefore, the Ti content is 0.02 to 0.20%. A preferable Ti content is 0.02 to 0.10%.

N:0.010%以下
Nは好ましくない元素である。NはAlと結合してAlNを形成することにより、Al固溶量を低減し、交流磁気特性を劣化する。Nはさらに、鋼を時効硬化するため、変形抵抗を大きくし、変形能を低下する。したがって、N含有量は0.010%以下にする。好ましいN含有量は0.005%以下である。
N: 0.010% or less N is an undesirable element. N combines with Al to form AlN, thereby reducing the amount of Al solid solution and deteriorating AC magnetic characteristics. N further age-hardens the steel, increasing the deformation resistance and lowering the deformability. Therefore, the N content is 0.010% or less. A preferable N content is 0.005% or less.

O(酸素):0.020%以下
Oは好ましくない元素である。Oは酸化物を形成し、磁気特性を劣化する。形成された酸化物はまた、変形能を低下する。したがって、O含有量は0.020%以下にする。好ましいO含有量は0.010%以下である。
O (oxygen): 0.020% or less O is an undesirable element. O forms an oxide and deteriorates magnetic properties. The formed oxide also reduces the deformability. Therefore, the O content is 0.020% or less. A preferable O content is 0.010% or less.

なお、残部はFeで構成されるが、上述した以外の他の不純物が含まれることもあり得る。   The remainder is made of Fe, but may contain impurities other than those described above.

本実施の形態による軟磁性鋼材はさらに、必要に応じてBを含有する。   The soft magnetic steel material according to the present embodiment further contains B as necessary.

B:0.0005〜0.005%
Bは選択元素である。Bは窒化物を形成することでNを固定し、NがAlと結合するのを抑制する。その結果、Alの固溶量の減少を抑制することで交流磁気特性を向上する。Bを過剰に含有しても、その効果は飽和する。したがって、B含有量は0.0005〜0.005%にする。好ましいB含有量は0.0008%〜0.002%である。
B: 0.0005 to 0.005%
B is a selective element. B forms Nitride to fix N and suppress N from binding to Al. As a result, AC magnetic characteristics are improved by suppressing a decrease in the amount of Al solid solution. Even if B is contained excessively, the effect is saturated. Therefore, the B content is set to 0.0005 to 0.005%. A preferable B content is 0.0008% to 0.002%.

本実施の形態による軟磁性鋼材はさらに、必要に応じてTe及びCaのうち1種以上を含有する。Te及びCaは、ともに変形能を向上する。   The soft magnetic steel material according to the present embodiment further contains at least one of Te and Ca as necessary. Both Te and Ca improve the deformability.

Te:0.0005〜0.01%
Teは選択元素である。本発明においてはMnSは少ないほどよいが、皆無にはできない。Teは、この鋼中のMnSを球状化し、変形能を向上する。さらにMnSを球状化することにより切削性も向上する。Teを過剰に含有しても、その効果は飽和する。したがって、Te含有量は0.0005〜0.01%にする。好ましいTe含有量は0.0006〜0.008%である。
Te: 0.0005 to 0.01%
Te is a selective element. In the present invention, the smaller the MnS, the better. Te spheroidizes MnS in this steel and improves the deformability. Furthermore, machinability is improved by making MnS spherical. Even if Te is contained excessively, the effect is saturated. Therefore, the Te content is set to 0.0005 to 0.01%. A preferable Te content is 0.0006 to 0.008%.

Ca:0.0005〜0.005%
Caは選択元素である。Caは、鋼中のMnSを球状化し、変形能を向上する。Caを過剰に含有しても、その効果は飽和する。したがって、Ca含有量は0.0005〜0.005%にする。好ましいCa含有量は0.0008〜0.002%である。
Ca: 0.0005 to 0.005%
Ca is a selective element. Ca spheroidizes MnS in steel and improves deformability. Even if Ca is contained excessively, the effect is saturated. Therefore, the Ca content is set to 0.0005 to 0.005%. A preferable Ca content is 0.0008 to 0.002%.

本実施の形態における軟磁性鋼材は、上記化学組成に加えて、以下の式(1)を満たす。
0.85≦fn1≦2.0 (1)
The soft magnetic steel material in the present embodiment satisfies the following formula (1) in addition to the above chemical composition.
0.85 ≦ fn1 ≦ 2.0 (1)

ここで、fn1は以下の式(A)で示される。
fn1=0.8−0.57C+0.82Si+0.07Mn+0.78P−3.56S+0.82Al−1.0N (A)
Here, fn1 is represented by the following formula (A).
fn1 = 0.8−0.57C + 0.82Si + 0.07Mn + 0.78P−3.56S + 0.82Al−1.0N (A)

fn1中の記号は、各元素の質量%である。   The symbol in fn1 is the mass% of each element.

C、Si、Mn、P、S、Al、Nは交流磁気特性及び変形能に特に影響を与える元素である。これらの元素の含有量が上述した化学組成の範囲内であり、かつ、式(1)を満たせば、交流磁気特性及び変形能がともに向上する。   C, Si, Mn, P, S, Al, and N are elements that particularly affect AC magnetic properties and deformability. If the content of these elements is within the range of the chemical composition described above and satisfies the formula (1), both the AC magnetic characteristics and the deformability are improved.

図1はfn1と交流磁気特性及び変形能との関係を示す図である。図1は次のように求めた。上述した範囲の化学組成を有する複数の軟磁性鋼材を準備した。準備した各軟磁性鋼材に対して後述する実施例と同じ試験方法(交流磁気特性評価試験、変形能評価試験)を実施し、全鉄損及び限界圧縮率を求めた。なお、全鉄損は交流磁気特性の指標であり、限界圧縮率は変形能の指標である。   FIG. 1 is a diagram showing the relationship between fn1 and AC magnetic characteristics and deformability. FIG. 1 was obtained as follows. A plurality of soft magnetic steel materials having a chemical composition in the above-described range were prepared. The same test methods (AC magnetic property evaluation test and deformability evaluation test) as those of the examples described later were performed on each prepared soft magnetic steel material, and the total iron loss and the limit compression ratio were obtained. The total iron loss is an index of AC magnetic characteristics, and the critical compressibility is an index of deformability.

図1(b)の全鉄損の曲線を参照して、全鉄損はfn1の増大に伴い低下する。換言すれば、fn1の増大に伴い交流磁気特性は向上する。一方、図1(a)の限界圧縮率の曲線を参照して、限界圧縮率もfn1の増大に伴い低下する。換言すれば、fn1の増大に伴い変形能は低下する。   With reference to the curve of the total iron loss in FIG. 1B, the total iron loss decreases as fn1 increases. In other words, the AC magnetic characteristics improve as fn1 increases. On the other hand, referring to the curve of the limit compression rate in FIG. 1A, the limit compression rate also decreases as fn1 increases. In other words, the deformability decreases as fn1 increases.

fn1が式(1)を満足すれば、高い交流磁気特性及び変形能を得ることができる。具体的には、全鉄損が140w/kg以下になり、限界圧縮率が70%以上になる。   If fn1 satisfies the formula (1), high AC magnetic characteristics and deformability can be obtained. Specifically, the total iron loss is 140 w / kg or less, and the critical compression ratio is 70% or more.

本実施の形態による軟磁性鋼材はさらに、以下の式(2)を満たす。
fn2≧0.015 (2)
The soft magnetic steel material according to the present embodiment further satisfies the following formula (2).
fn2 ≧ 0.015 (2)

ここで、fn2は以下の式(B)で示される。
fn2=Ti−3.4N (B)
Here, fn2 is represented by the following formula (B).
fn2 = Ti-3.4N (B)

fn2中の元素記号は、各元素の質量%である。   The element symbol in fn2 is mass% of each element.

上述のとおり、Tiは時効硬化を起すN及びCを固定し、変形抵抗を小さくし、変形能を高める。TiはさらにSと結合して硫化物を形成することによりMnSの生成量を抑制し、変形能及び交流磁気特性を向上する。したがって、TiはNと結合するだけでなく、C及びSとも結合する必要がある。N、C、Sのうち、Tiとの結合力が最も高い元素はNである。そのため、N、C、S含有量に対してTi含有量が少なければ、ほとんどのTiがNと結合することになり、C、Sに対してTiの効果を得ることができない。式(2)を満足するTi含有量があれば、TiはNだけでなく、CやSとも結合できる。その結果、変形抵抗を有効に小さくし、変形能及び交流磁気特性を有効に向上できる。   As described above, Ti fixes N and C that cause age hardening, reduces deformation resistance, and improves deformability. Ti further combines with S to form sulfides, thereby suppressing the amount of MnS produced and improving deformability and AC magnetic properties. Therefore, Ti needs to bond not only to N but also to C and S. Among N, C, and S, N has the highest bonding strength with Ti. Therefore, if the Ti content is small with respect to the N, C, and S contents, most Ti will bond with N, and the effect of Ti on the C and S cannot be obtained. If there is a Ti content satisfying the formula (2), Ti can bond not only to N but also to C and S. As a result, the deformation resistance can be effectively reduced, and the deformability and AC magnetic characteristics can be effectively improved.

2.組織
本実施の形態による軟磁性鋼材の組織は、実質的にフェライトからなる。具体的には、フェライトが組織中の95%以上を占め、セメンタイトが5%未満である。セメンタイトはMnS等の非金属介在物と同様に、交流磁気特性を劣化する。組織を実質的にフェライト単相にすることにより、交流磁気特性を向上できる。
2. Structure The structure of the soft magnetic steel material according to the present embodiment is substantially made of ferrite. Specifically, ferrite accounts for 95% or more of the structure, and cementite is less than 5%. Cementite, like non-metallic inclusions such as MnS, deteriorates AC magnetic properties. By making the structure substantially a ferrite single phase, the AC magnetic characteristics can be improved.

本実施の形態による軟磁性鋼材は、好ましくはさらに、フェライト粒径D(μm)が以下の式(3)を満足する。
80≦D<200 (3)
In the soft magnetic steel material according to the present embodiment, preferably, the ferrite particle diameter D (μm) satisfies the following formula (3).
80 ≦ D <200 (3)

ここで、フェライト粒径は以下のように算出する。軟磁性鋼材の横断面の任意の10視野を100〜400倍の光学顕微鏡により観察し、JISG0551に準拠した切断法により各視野におけるフェライト粒度番号を算出し、さらに算出した10個のフェライト粒度番号の平均(平均フェライト粒度番号)を算出する。平均フェライト粒度番号に基づいて各結晶粒の平均面積を算出する。さらに平均面積から円相当径を算出し、得られた円相当径をフェライト粒径とする。   Here, the ferrite grain size is calculated as follows. Observe 10 fields of view of the cross section of the soft magnetic steel material with an optical microscope of 100 to 400 times, calculate the ferrite grain number in each field by a cutting method in accordance with JISG0551, and further calculate the 10 ferrite grain numbers The average (average ferrite particle size number) is calculated. The average area of each crystal grain is calculated based on the average ferrite grain size number. Further, the equivalent circle diameter is calculated from the average area, and the obtained equivalent circle diameter is defined as the ferrite particle diameter.

フェライト粒径Dが80μm以上であれば、保磁力が低下し、磁束密度が高くなるため、交流磁気特性はより向上する。また、強度が低下し、変形抵抗もより低くなる。一方、フェライト粒径Dが200μm未満であれば、変形能はより向上する。したがって、フェライト粒径Dが式(3)を満足すれば、より優れた交流磁気特性、変形抵抗及び変形能を有する軟磁性鋼材が得られる。なお、フェライト粒径Dが式(3)を満足しなくても、従来よりも良好な交流磁気特性及び変形能を得ることができる。   If the ferrite particle diameter D is 80 μm or more, the coercive force is lowered and the magnetic flux density is increased, so that the AC magnetic characteristics are further improved. Further, the strength is lowered and the deformation resistance is also lowered. On the other hand, if the ferrite particle diameter D is less than 200 μm, the deformability is further improved. Therefore, if the ferrite particle diameter D satisfies the formula (3), a soft magnetic steel material having more excellent AC magnetic properties, deformation resistance and deformability can be obtained. Even if the ferrite grain size D does not satisfy the formula (3), better AC magnetic characteristics and deformability than before can be obtained.

3.製造方法
本実施の形態による軟磁性鋼材は、軟磁性を有する条鋼であって、より具体的には、軟磁性を有する棒鋼や線材等である。以下、本実施の形態の軟磁性鋼材の製造方法を説明する。
3. Manufacturing Method The soft magnetic steel material according to the present embodiment is a steel bar having soft magnetism, and more specifically, a steel bar or wire having soft magnetism. Hereinafter, the manufacturing method of the soft magnetic steel material of this Embodiment is demonstrated.

上記化学組成の鋼を溶製し、周知の方法で精錬する。続いて溶鋼を連続鋳造法により連続鋳造材にする。連続鋳造材とはたとえばブルームやビレットである。又は、溶鋼を造塊法によりインゴットにする。   The steel having the above chemical composition is melted and refined by a well-known method. Subsequently, the molten steel is made into a continuous cast material by a continuous casting method. The continuous cast material is, for example, bloom or billet. Alternatively, the molten steel is made into an ingot by the ingot-making method.

連続鋳造材又は鋼塊を熱間加工して棒鋼及び線材といった軟磁性鋼材にする。たとえば、連続鋳造材等を熱間圧延によりビレットにして、ビレットを熱間加工して軟磁性を有する棒鋼又は線材にする。他の加工方法により軟磁性を有する棒鋼又は線材にしてもよい。   A continuous cast material or a steel ingot is hot-worked into a soft magnetic steel material such as a bar steel and a wire. For example, a continuous cast material or the like is made into a billet by hot rolling, and the billet is hot worked to form a steel bar or wire having soft magnetism. You may make it the steel bar or wire which has soft magnetism by other processing methods.

熱間加工後の軟磁性鋼材に焼鈍処理を実施する。焼鈍温度は700〜900℃にするのが好ましい。この焼鈍処理により鋼の組織が実質的にフェライト単相になり、かつ、フェライト粒径Dが式(3)を満たす大きさになる。なお、焼鈍温度が700〜900℃の範囲外となった場合、フェライト粒径Dは式(3)を満たさないものの、組織は実質的にフェライトからなる。   Annealing is performed on the soft magnetic steel material after hot working. The annealing temperature is preferably 700 to 900 ° C. By this annealing treatment, the steel structure becomes substantially a ferrite single phase, and the ferrite particle diameter D becomes a size satisfying the formula (3). When the annealing temperature is outside the range of 700 to 900 ° C., the ferrite particle diameter D does not satisfy the formula (3), but the structure is substantially made of ferrite.

表1に示す化学成分を有する鋼を真空溶解炉で溶製し、150kgのインゴットにした。

Figure 2006328458
Steels having chemical components shown in Table 1 were melted in a vacuum melting furnace to make 150 kg ingots.
Figure 2006328458

表1中の「fn1」、「fn2」欄は、式(A)、式(B)に基づいて算出した各鋼種番号の鋼のfn1、fn2を示す。表1を参照して、鋼種番号A〜Jの鋼の化学組成は本発明の範囲内であった。また、鋼種番号A〜Jのfn1及びfn2は式(1)及び(2)をそれぞれ満たした。   The “fn1” and “fn2” columns in Table 1 indicate the fn1 and fn2 of the steel of each steel type number calculated based on the formulas (A) and (B). Referring to Table 1, the chemical compositions of steel types A to J were within the scope of the present invention. In addition, fn1 and fn2 of steel type numbers A to J satisfied formulas (1) and (2), respectively.

一方、鋼種番号a〜kは化学組成及び/又はfn1、fn2が本発明の範囲外であった。具体的には、鋼種番号aのAl含有量は本発明の下限未満であり、fn1も下限未満であった。鋼種番号bのSi含有量は本発明の上限を超え、Al含有量は本発明の下限未満であった。鋼種番号cのAl含有量は本発明の上限を超えた。鋼種番号d及びeのSi含有量は本発明の上限を超えた。鋼種番号fのMn含有量は本発明の下限未満であった。   On the other hand, the chemical composition and / or fn1 and fn2 were out of the scope of the present invention. Specifically, the Al content of steel type number a was less than the lower limit of the present invention, and fn1 was also less than the lower limit. The Si content of steel type number b exceeded the upper limit of the present invention, and the Al content was less than the lower limit of the present invention. The Al content of steel type number c exceeded the upper limit of the present invention. The Si content of steel type numbers d and e exceeded the upper limit of the present invention. The Mn content of steel type number f was less than the lower limit of the present invention.

鋼種番号gの化学組成は本発明の範囲内であったものの、fn1が本発明の下限未満であった。また、鋼種番号hの化学組成は本発明の範囲内であったものの、fn2が本発明の下限未満であった。   Although the chemical composition of steel type number g was within the range of the present invention, fn1 was less than the lower limit of the present invention. Moreover, although the chemical composition of the steel type number h was within the scope of the present invention, fn2 was less than the lower limit of the present invention.

鋼種番号iのTi含有量は本発明の下限未満であり、鋼種番号jのTi含有量は本発明の上限を超えた。鋼種番号kのAl含有量、Ti含有量、fn1、fn2は本発明の範囲外であった。   The Ti content of steel type number i was less than the lower limit of the present invention, and the Ti content of steel type number j exceeded the upper limit of the present invention. The Al content, Ti content, fn1, and fn2 of steel type number k were outside the scope of the present invention.

表1に示す化学組成の各インゴットを1000〜1300℃で加熱し、加熱したインゴットを熱間鍛伸して直径40mmの棒鋼にした。続いて、作成した棒鋼に対して表2に示す焼鈍温度(℃)で2時間の焼鈍処理を実施した。

Figure 2006328458
Each ingot having a chemical composition shown in Table 1 was heated at 1000 to 1300 ° C., and the heated ingot was hot forged into a steel bar having a diameter of 40 mm. Then, the annealing treatment for 2 hours was implemented with respect to the created steel bar at the annealing temperature (degreeC) shown in Table 2.
Figure 2006328458

焼鈍処理後、表2に示す各試験番号の棒鋼について、ミクロ組織を調査し、さらに変形能評価試験、変形抵抗評価試験、交流磁気特性評価試験を実施した。   After the annealing treatment, the microstructure of the steel bars having the test numbers shown in Table 2 was investigated, and further, a deformability evaluation test, a deformation resistance evaluation test, and an AC magnetic property evaluation test were performed.

[ミクロ組織]
各試験番号の棒鋼の横断面のミクロ組織を観察した。棒鋼を横断方向に切断した試験片の1/4(半径20mmの扇形、厚さ10mm)を樹脂埋めし、横断面を研磨した。研磨後、横断面をナイタル腐食液で腐食した。腐食後、100〜400倍の光学顕微鏡で横断面のミクロ組織を観察した。
[Microstructure]
The microstructure of the cross section of the steel bar of each test number was observed. 1/4 of the test piece cut in the transverse direction of the steel bar (fan shape with a radius of 20 mm, thickness 10 mm) was filled with resin, and the cross section was polished. After polishing, the cross section was corroded with a nightite etchant. After the corrosion, the microstructure of the cross section was observed with an optical microscope of 100 to 400 times.

観察したミクロ組織におけるフェライト相の面積率を測定した。具体的には横断面における任意10視野の光学顕微鏡写真(倍率100倍)を画像処理し、全視野面積中に占めるフェライト相の面積率を算出した。測定の結果、全ての試験番号の棒鋼のミクロ組織でフェライトが95%以上を占めた。換言すれば、すべての試験番号の棒鋼の組織は実質的にフェライトであった。   The area ratio of the ferrite phase in the observed microstructure was measured. Specifically, an optical micrograph (magnification 100 times) of arbitrary 10 visual fields in the cross section was subjected to image processing, and the area ratio of the ferrite phase in the entire visual field area was calculated. As a result of the measurement, ferrite accounted for 95% or more in the microstructures of the steel bars of all test numbers. In other words, the steel structures of all the test numbers were substantially ferrite.

さらに、各試験番号でフェライト粒径を算出した。上述の試験片の横断面で任意の10視野を100〜400倍の光学顕微鏡により観察し、JISG0551に準拠した切断法により各視野におけるフェライト粒度番号を算出した。算出した10個のフェライト粒度番号の平均(平均フェライト粒度番号)を算出した。続いて、平均フェライト粒度番号に基づいて各結晶粒の平均面積を算出した。さらに平均面積から円相当径を算出し、得られた円相当径をフェライト粒径とした。表2に算出したフェライト粒径(μm)を示す。   Furthermore, the ferrite particle size was calculated with each test number. Arbitrary 10 fields of view were observed with a 100 to 400 times optical microscope in the cross section of the above-mentioned test piece, and the ferrite particle size number in each field was calculated by a cutting method based on JISG0551. The average of 10 calculated ferrite particle size numbers (average ferrite particle size number) was calculated. Subsequently, the average area of each crystal grain was calculated based on the average ferrite grain size number. Further, the equivalent circle diameter was calculated from the average area, and the obtained equivalent circle diameter was defined as the ferrite particle diameter. Table 2 shows the calculated ferrite particle size (μm).

[変形能評価試験]
各試験番号の棒鋼から図2に示す複数の試験片を機械加工により作製した。試験片は直径14mm、高さ21mmの円柱であって、円柱表面の軸方向に切り欠き部(スリット部)を作成した。
[Deformability evaluation test]
A plurality of test pieces shown in FIG. 2 were produced from the steel bars of the respective test numbers by machining. The test piece was a cylinder having a diameter of 14 mm and a height of 21 mm, and a notch (slit part) was formed in the axial direction of the cylinder surface.

作製した複数の試験片に対して冷間圧縮試験を実施した。冷間圧縮試験には500tonクランクプレスを使用した。冷間圧縮試験では圧縮加工量を変化させ、各圧縮加工量で複数の試験片を圧縮し、試験片のスリット部に割れが発生したか否かを調査した。各圧縮加工量における試験後の試験片のうち、割れの発生した試験片の数が50%以上となった最低の圧縮加工量を限界圧縮率とした。本実施例では、限界圧縮率が75%以上であれば変形能が非常に高いと判定し(表2中「◎」印で表示),限界圧縮率が70%以上75%未満であれば変形能が高いと判定し(表2中「○」印で表示)、限界圧縮率が70%未満であれば変形能が低いと判定した(表2中「×」印で表示)。   The cold compression test was implemented with respect to the produced several test piece. A 500 ton crank press was used for the cold compression test. In the cold compression test, the amount of compression processing was changed, a plurality of test pieces were compressed at each compression processing amount, and it was investigated whether or not a crack occurred in the slit portion of the test piece. Of the test pieces after the test at each compression processing amount, the minimum compression processing amount at which the number of test pieces with cracks reached 50% or more was defined as the critical compression ratio. In this example, if the limit compression rate is 75% or more, it is determined that the deformability is very high (indicated by “◎” in Table 2), and if the limit compression rate is 70% or more and less than 75%, deformation occurs. It was determined that the performance was high (indicated by “◯” in Table 2), and the deformability was determined to be low if the critical compression rate was less than 70% (indicated by “×” in Table 2).

[変形抵抗評価試験]
各試験番号の棒鋼から図3に示す試験片を機械加工により作製した。試験片は直径14mm、高さ21mmの平滑円柱試験片とした。作製した試験片を用いて冷間圧縮試験を実施した。冷間圧縮試験には500tonクランクプレスを使用した。冷間圧縮試験では、以下の式(4)に示す圧縮率(%)が80%となったときの荷重を測定した。
圧縮率=(H0−H)/H0×100 (4)
[Deformation resistance evaluation test]
The test piece shown in FIG. 3 was produced from the steel bar of each test number by machining. The test piece was a smooth cylindrical test piece having a diameter of 14 mm and a height of 21 mm. The cold compression test was implemented using the produced test piece. A 500 ton crank press was used for the cold compression test. In the cold compression test, the load when the compression rate (%) shown in the following formula (4) was 80% was measured.
Compression rate = (H0−H) / H0 × 100 (4)

ここで、H0は試験前の試験片の高さ(21mm)であり、Hは圧縮後の試験片の高さ(mm)である。   Here, H0 is the height (21 mm) of the test piece before the test, and H is the height (mm) of the test piece after compression.

続いて、測定した荷重を用いて、式(5)により変形抵抗(MPa)を算出した。
変形抵抗=80%圧縮時の荷重L(N)/荷重負荷方向に垂直な試験片の最大断面積s(mm)(5)
Subsequently, the deformation resistance (MPa) was calculated by Equation (5) using the measured load.
Deformation resistance = 80% compression load L (N) / maximum cross-sectional area s (mm 2 ) of the test piece perpendicular to the load direction (5)

算出した変形抵抗が630MPa以下であれば,変形抵抗が非常に小さいと判定し(表2中「◎」印で表示),変形抵抗が630MPaを超え、かつ、650MPa以下であれば、変形抵抗が小さいと判定した(表2中「○」印で表示)。算出した変形抵抗が650MPaよりも大きければ、変形抵抗が大きいと判定した(表2中「×」印で表示)。   If the calculated deformation resistance is 630 MPa or less, it is determined that the deformation resistance is very small (indicated by “◎” in Table 2), and if the deformation resistance exceeds 630 MPa and 650 MPa or less, the deformation resistance is It was determined to be small (indicated by “◯” in Table 2). If the calculated deformation resistance was larger than 650 MPa, it was determined that the deformation resistance was large (indicated by “x” in Table 2).

[交流磁気特性評価試験]
各試験番号の棒鋼からリング状試験片を機械加工により作製した。リング状試験片は外径30mm、内径20mm、厚さ5mmとした。
[AC magnetic property evaluation test]
A ring-shaped test piece was produced from the steel bar of each test number by machining. The ring-shaped test piece had an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 5 mm.

リング状試験片に磁界印加用のコイルと磁束検出用のコイルとを巻き線し、JISC2504に準拠して全鉄損Wtを測定した。具体的には、周波数50Hz、磁束密度1.5Tの直流磁場でヒステリシス損Whを測定し、周波数50Hz、磁束密度1.5Tの交流磁場で渦電流損Weを測定した。全鉄損Wtは以下の式(6)で求めた。
Wt=Wh+We (6)
A coil for applying a magnetic field and a coil for detecting magnetic flux were wound around a ring-shaped test piece, and the total iron loss Wt was measured in accordance with JISC2504. Specifically, the hysteresis loss Wh was measured with a DC magnetic field with a frequency of 50 Hz and a magnetic flux density of 1.5 T, and the eddy current loss We was measured with an AC magnetic field with a frequency of 50 Hz and a magnetic flux density of 1.5 T. The total iron loss Wt was determined by the following formula (6).
Wt = Wh + We (6)

算出した全鉄損Wtが130W/kg以下であれば,磁気特性が非常に良好であると判定し(表2中「◎」印で表示),全鉄損Wtが130W/kgを超え、かつ、140W/kg以下であれば磁気特性が良好であると判定した(表2中「○」印で表示)。算出した全鉄損Wtが140W/kgを超えた場合,磁気特性が悪いと判定した(表2中「×」印で表示)。   If the calculated total iron loss Wt is 130 W / kg or less, it is determined that the magnetic characteristics are very good (indicated by “◎” in Table 2), the total iron loss Wt exceeds 130 W / kg, and , 140 W / kg or less, the magnetic properties were determined to be good (indicated by “◯” in Table 2). When the calculated total iron loss Wt exceeded 140 W / kg, it was determined that the magnetic characteristics were poor (indicated by “x” in Table 2).

[試験結果]
各評価試験の試験結果を表2に示す。表2を参照して、試験番号1〜16は、化学成分及びfn1、fn2が本発明の範囲内であった。また、組織は実質的にフェライトからなり、組織中のセメンタイトが5%未満であった。そのため、交流磁気特性、変形能及び変形抵抗がいずれも良好であった。具体的には、全鉄損が140W/kg以下であり、限界圧縮率が70%以上であり、変形抵抗が650MPa以下であった。
[Test results]
The test results of each evaluation test are shown in Table 2. Referring to Table 2, in Test Nos. 1 to 16, the chemical components and fn1 and fn2 were within the scope of the present invention. Further, the structure was substantially composed of ferrite, and the cementite in the structure was less than 5%. Therefore, AC magnetic characteristics, deformability, and deformation resistance were all good. Specifically, the total iron loss was 140 W / kg or less, the critical compression ratio was 70% or more, and the deformation resistance was 650 MPa or less.

さらに、試験番号1,2,4,6〜11,13,14の組織では、いずれもフェライト粒径Dが式(3)を満たした。そのため、試験番号1,2,4,6〜11,13,14の限界圧縮率は、いずれも75%以上であり、非常に良好な変形能を示した。また、試験番号1,2,4,6〜11,13,14の変形抵抗は非常に小さく、いずれも630MPa以下であった。さらに、試験番号1,2,4,6〜11,13,14の全鉄損はいずれも130W/kg以下であり、非常に良好な交流磁気特性を示した。   Furthermore, in all of the structures of test numbers 1, 2, 4, 6 to 11, 13, and 14, the ferrite particle diameter D satisfied the formula (3). Therefore, the limit compression ratios of test numbers 1, 2, 4, 6 to 11, 13, and 14 were all 75% or more, indicating very good deformability. Moreover, the deformation resistance of test numbers 1, 2, 4, 6 to 11, 13, and 14 was very small, and all were 630 MPa or less. Furthermore, all the iron losses of test numbers 1, 2, 4, 6 to 11, 13, and 14 were 130 W / kg or less, indicating very good AC magnetic characteristics.

一方、各試験番号17〜27は、交流磁気特性、変形能、変形抵抗のうちの1つ以上が不良であった。具体的には、試験番号17は、Al含有量が低く、かつ、fn1が小さかったため、全鉄損が140W/kgを超えた。試験番号18は、Si含有量が高かったため、限界圧縮率が70%未満であった。試験番号19は、Al含有量が高かったため、限界圧縮率が70%未満であり,また変形抵抗が650MPa以上であった。   On the other hand, in each of test numbers 17 to 27, one or more of AC magnetic characteristics, deformability, and deformation resistance were defective. Specifically, in Test No. 17, since the Al content was low and fn1 was small, the total iron loss exceeded 140 W / kg. Since test number 18 had high Si content, the limit compression rate was less than 70%. In Test No. 19, since the Al content was high, the critical compression ratio was less than 70%, and the deformation resistance was 650 MPa or more.

試験番号20及び21は、ともにSi含有量が高かった。そのため、変形抵抗は650MPaを超え,限界圧縮率は70%未満であった。試験番号22は、Mn含有量が少なかったため,全鉄損が140W/kgを超え,限界圧縮率も70%未満であった。   Test numbers 20 and 21 both had a high Si content. Therefore, the deformation resistance exceeded 650 MPa, and the critical compression rate was less than 70%. Since test number 22 had little Mn content, the total iron loss exceeded 140 W / kg and the limit compression rate was also less than 70%.

試験番号23は、その化学組成は本発明の範囲内であったものの、fn1が低かったため、全鉄損が140W/kgを超えた。試験番号24は、その化学組成は本発明の範囲内であったものの、fn2が低かったため、限界圧縮率が70%未満であり,変形抵抗が650MPaを超えた。   Test No. 23 had a chemical composition within the range of the present invention, but fn1 was low, so that the total iron loss exceeded 140 W / kg. In Test No. 24, although the chemical composition was within the range of the present invention, fn2 was low, so that the critical compression ratio was less than 70% and the deformation resistance exceeded 650 MPa.

試験番号25は、Ti含有量が低かったため、変形抵抗は650MPaを超え、限界圧縮率は70%未満であった。試験番号26は、Ti含有量が高かったため、限界圧縮率が70%未満であった。   In Test No. 25, since the Ti content was low, the deformation resistance exceeded 650 MPa, and the critical compression ratio was less than 70%. Since test number 26 had high Ti content, the limit compression rate was less than 70%.

試験番号27は、化学組成のAl,Ti、fn1及びfn2が本発明の範囲外となった。そのため、これらの限界圧縮率が70%未満となった。   In test number 27, the chemical compositions Al, Ti, fn1, and fn2 were out of the scope of the present invention. Therefore, these critical compression ratios were less than 70%.

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。   While the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are merely examples for carrying out the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented by appropriately modifying the above-described embodiment without departing from the spirit thereof.

本発明による軟磁性鋼材は、電装部品に広く利用可能である。特に、モータ、発電装置、電磁スイッチ等における交流磁界用のコア材として利用可能である。   The soft magnetic steel material according to the present invention can be widely used for electrical parts. In particular, it can be used as a core material for AC magnetic fields in motors, power generation devices, electromagnetic switches, and the like.

軟磁性鋼材のfn1と全鉄損及び限界圧縮率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between fn1 of a soft magnetic steel material, a total iron loss, and a limit compressibility. 実施例における変形能の評価試験で使用する試験片の上面及び側面を示す図である。It is a figure which shows the upper surface and side surface of a test piece used by the deformability evaluation test in an Example. 実施例における変形抵抗の評価試験で使用する試験片の上面及び側面を示す図である。It is a figure which shows the upper surface and side surface of a test piece used by the deformation resistance evaluation test in an Example.

Claims (4)

質量%で、C:0.015%以下、Si:0.005〜0.10%、Mn:0.1〜0.5%、P:0.02%以下、S:0.02%以下、Al:0.010超〜1.3%、Ti:0.02〜0.20%、N:0.010%以下、O(酸素):0.020%以下を含有し、残部はFe及び不純物からなり、式(1)及び(2)を満たすことを特徴とする軟磁性鋼材。
0.85≦0.8−0.57C+0.82Si+0.07Mn+0.78P−3.56S+0.82Al−1.0N≦2.0 (1)
Ti−3.4N≧0.015 (2)
ここで、式(1)及び(2)中の記号は各元素の含有量(質量%)である。
In mass%, C: 0.015% or less, Si: 0.005 to 0.10%, Mn: 0.1 to 0.5%, P: 0.02% or less, S: 0.02% or less, Al: more than 0.010 to 1.3%, Ti: 0.02 to 0.20%, N: 0.010% or less, O (oxygen): 0.020% or less, the balance being Fe and impurities And a soft magnetic steel material satisfying the formulas (1) and (2).
0.85 ≦ 0.8−0.57C + 0.82Si + 0.07Mn + 0.78P−3.56S + 0.82Al−1.0N ≦ 2.0 (1)
Ti-3.4N ≧ 0.015 (2)
Here, the symbol in Formula (1) and (2) is content (mass%) of each element.
請求項1に記載の軟磁性鋼材であって、
前記軟磁性鋼材の組織は実質的にフェライトからなり、フェライト粒径D(μm)が式(3)を満たすことを特徴とする軟磁性鋼材。
80≦D<200 (3)
The soft magnetic steel material according to claim 1,
The structure of the soft magnetic steel material is substantially composed of ferrite, and the ferrite particle diameter D (μm) satisfies the formula (3).
80 ≦ D <200 (3)
請求項1又は請求項2に記載の軟磁性鋼材であってさらに、B:0.0005〜0.005%を含有することを特徴とする軟磁性鋼材。   The soft magnetic steel material according to claim 1 or 2, further comprising B: 0.0005 to 0.005%. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の軟磁性鋼材であってさらに、Te:0.0005〜0.01%及びCa:0.0005〜0.005%のうちの1種以上を含有することを特徴とする軟磁性鋼材。
The soft magnetic steel material according to any one of claims 1 to 3, further comprising at least one of Te: 0.0005 to 0.01% and Ca: 0.0005 to 0.005%. Soft magnetic steel material characterized by containing.
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