JP2010001557A - 磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、0.1%≦Si≦2.0%、Al≦1.0%かつ0.1%≦Si+2Al≦2.0%を満たし、C≦0.004%、S≦0.003%、N≦0.003%、P≦0.09%を含有する無方向性電磁鋼板の製造方法において、仕上げ熱延のスラブ加熱温度STを700℃≦ST≦1150℃、仕上圧延開始温度F0Tを650℃≦F0T≦850℃、仕上熱延終了温度FTを550℃≦FT≦800℃に定める。
【選択図】図3
Description
そのため、Si、Al等の電気抵抗率の高い元素を多く含有する無方向性電磁鋼板では動作磁束密度を下げざるをえず、その結果として、たとえば回転機では高トルクを発揮させることが困難になる問題点があった。
このように、高磁束密度無方向性電磁鋼板が実現することにより、鉄心及び回転機の動作時のエネルギー損失を低減できるのみならず、それを含めた装置全体の系への波及効果も計り知れないものがある。
特許文献1には、C≦0.02%、SiもしくはSiとAlの合計量が1.5%以下、Mn:1.0%以下、P:0.20%以下を含有し残部は不可避不純物からなる鋼の仕上圧延終了温度を600〜700℃の低温で仕上げ、500℃以下の温度で巻き取り、この鋼帯をA3変態点以下の温度域において30秒以上15分以下焼鈍することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造法が開示されている。
また、実施例ではC含有量は質量%で0.004%以上となっており、後述するように、本発明で知見した熱延板焼鈍を省略する一回冷延法の無方向性電磁鋼板製造法において、C含有量を一定以下に制限することにより、熱延から始まる一貫プロセスの制御による集合組織制御を通じて、成品の磁束密度を向上させる効果を高めるとの技術的思想は見当らない。
そのような本発明の要旨は以下のとおりである。
仕上げ熱延のスラブ加熱温度ST、仕上熱延開始温度F0T、仕上熱延終了温度FTをそれぞれ以下のように定めることを特徴とする磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法であり、
700℃≦ST≦1150℃
650℃≦F0T≦850℃
550℃≦FT≦800℃
(2)この無方向性電磁鋼板の磁気特性向上のために、冷間圧延工程における圧延率を85%以上95%以下とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法である。
(3) 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、極点図中心から外周へ向かう方向の角度をα、円周方向の角度をβとしたとき、
α=80°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、
かつ、鋼板の板厚方向中心層2分の1層においてX線回折測定により測定した(100)極点図において、50°≦α≦70°およびβがそれぞれβ=0°、60°、120°、180°、240°、300°で定められるα、βの領域に、強度が1.0以上である領域が存在することを特徴とする無方向性電磁鋼板であり、さらに、
(4) 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、極点図中心から外周へ向かう方向の角度をα、円周方向の角度をβとしたとき、
α=80°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、さらに、同一極点図上において
α=90°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、
かつ、鋼板の板厚方向中心層である2分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、
50°≦α≦70°およびβがそれぞれβ=0°、60°、120°、180°、240°、300°で定められるα、βの領域に強度が1.0以上である領域が存在することを特徴とする無方向性電磁鋼板であり、さらに、
(5) 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により得られた逆極点図における(100)面、(411)面、(111)面の強度をそれぞれI(100)、I(411)、I(111)とすると、
I(100)≧2.0
I(411)≧1.5
I(111)≦4.0
かつ、
{I(100)+I(411)}/I(111) ≧1.0
を満たすことを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
まず、対象とする無方向性電磁鋼板の成分について説明する。なお、成分含有量の%は、質量%を意味する。
従来のように無方向性電磁鋼板として使用中の磁気時効による損失の増加を防止する観点だけであれば、その含有量は従来と同様に規制すれば十分である。
しかし本発明では、Cの含有量が0.004%超であると、仕上焼鈍後の成品の再結晶集合組織の制御に成功せず、高磁束密度が得られなくなる。
従って、本発明ではC含有量は0.004%以下に定める。さらに、本発明における無方向性電磁鋼板の磁束密度向上効果を高めるためには、C含有量は0.003%以下であることが好ましく、さらに0.002%以下であることがより好ましい。
S、Nは熱間圧延工程におけるスラブ加熱中に一部再固溶し、熱間圧延中にMnS、AlNの微細な析出物を再析出して仕上焼鈍時の結晶粒成長を抑制し、磁束密度、鉄損が悪化する原因となる。このためその含有量は共に0.003%以下とする必要がある。
なお、本発明では、打ち抜きなどの加工性は、P添加に加え、後述するように板厚方向の集合組織制御を利用してその改善を図ることができる。
前記成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧延を施し所定の厚みの熱延鋼帯とする。
また、従来技術で無方向性電磁鋼板の磁束密度を向上させるために用いられてきた熱延板焼鈍は、本発明で開示した方法で製造した熱延鋼帯内の集合組織を、熱延板焼鈍中に再結晶と粒成長により消失させる為、成品の磁束密度を充分向上させることができない。
すなわち、本発明が意図する熱延鋼帯の集合組織の制御のためには、最適な熱延開始温度、熱延終了温度の範囲があることを発明者らは明らかにしたのである。
その際、発明者らは、冷間圧延工程における圧延率を適切に制御することにより、無方向性電磁鋼板の磁束密度をさらに高めることができることを見出した。すなわち、圧延率を85%以上とすると本発明の磁束密度向上の効果は著しく促進されるので、冷間圧延の圧延率を85%以上とすることが望ましい。なお、冷間圧延率を95%超とするためには冷間圧延設備の負担が大きくなり、コストが著しく上昇し不経済であるため、冷間圧延率は95%以下が好ましい。
図1及び図2は、後述の実施例1に示した本発明の方法にて製造した無方向性電磁鋼板をX線回折により測定して得られた(100)極点図である。
一方、これら8箇所の位置の一部もしくは全部の強度が1.0未満であると鋼板内での磁束の流れが困難になり磁束密度が低下するとともに鉄損が増加するので全て1.0以上に定める。
これら8箇所の位置の強度が全て1.0以上であることにより、鋼板内のより多くの方向の磁束の流れが改善され、同時に回転磁束下での磁気特性も向上するので全て1.0以上に規定する。
一方、これら8箇所の位置の一部もしくは全部の強度が1.0未満であると鋼板内での磁束の流れが困難になり磁束密度が低下するとともに鉄損が増加するので1.0以上に定める。
すなわち、α=80°である8箇所の方位の強度が全て1.0以上であれば磁気特性は向上するが、α=90°である8箇所の方位の強度も全て1.0以上であればより良好な磁気特性が得られる。
なお、bcc鉄では(100)面、(111)面、(221)面の構造因子が零となるため、2次の回折面である(200)面、(222)面、(442)面をそれぞれ測定する。面指数としてはそれぞれ(100)、(111)、(221)を用いる。
[実施例1]
表1に示した成分(なお、%は質量%を意味する。また、成分の残部はFeと不可避的不純物である。他の表でも同様である。)を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて800℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は750℃とした。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度を500℃から730℃の範囲で変化させた。なお、この鋼のAr1変態点は880℃である。
得られた熱延板に続いて酸洗を施し、冷間圧延により0.5mmに仕上げ、これを連続焼鈍炉にて750℃30秒の仕上焼鈍を施した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。
表2に示されるように、仕上熱延終了温度を適切に制御することにより、熱延板焼鈍などのコストのかかる工程を省略して、高磁束密度の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
さらに{411}<148>から極点図外周の{100}<012>方位付近に至るまで強度分布が高い領域が存在し、極点図外周において{100}<012>面付近の強度は1.0もしくは1.5に到達し、キューブ方位である{100}面が富化している。{411}<148>方位付近においてはその3箇所が最大強度2.5を越え、1箇所が最大強度2.0を越えている。
これらの結果を表2にあわせて示す。
表3に示した鋼2の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて750℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は600℃から740℃の範囲で変化させた。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度は560℃とした。
表5に示した成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて800℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は780℃とし、圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度の制御により仕上熱延終了温度を640℃に制御した。
なお、これらの鋼のAr1変態点は865℃から878℃である。
表6に本発明と比較例にかかる各供試材の磁気特性の測定結果を示す。
表7に示した鋼11の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて1150℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は600℃から870℃の範囲で変化させた。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度は560℃とした。
なお、この鋼のAr1変態点は865℃である。また、sol-Alについては検出限界以下のtr.であった。
表8に示されるように、仕上げ熱延開始温度を適切に制御することにより、熱延板焼鈍などのコストのかかる工程を省略しつつ高磁束密度の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
表9に示した鋼12の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて900℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は600℃から870℃の範囲で変化させた。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度は560℃とした。
なお、この鋼のAr1変態点は868℃である。また、sol-Alについては検出限界以下のtr.であった。
表10に示されるように、仕上げ熱延開始温度を適切に制御することにより、熱延板焼鈍などのコストのかかる工程を省略しつつ高磁束密度の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
表11に示した鋼13の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて870℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は600℃から860℃の範囲で変化させた。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度は565℃とした。
なお、この鋼のAr1変態点は866℃である。また、sol-Alについては検出限界以下のtr.であった。
表12に仕上熱延終了温度と磁気特性の関係の測定結果を示す。
表12に示されるように、仕上げ熱延開始温度を適切に制御することにより、熱延板焼鈍などのコストのかかる工程を省略しつつ高磁束密度の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
表13に示した成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて800℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は730℃とした。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度を620℃とした。
なお、一部の鋼のsol-Alについては検出限界以下のtr.であった。
表14に、鋼14〜22を用いた本発明とSi+2Alの値が高い鋼23、24を用いた比較例について仕上焼鈍温度と磁気特性の関係の測定結果を示す。
表14に示されるように、本発明の成分範囲にSi、Al含有量を調節することにより高磁束密度の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
表15に示した鋼25の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて800℃1時間加熱し、熱延により2.5mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は750℃とした。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度を630℃とした。
なお、本実験での検出限界である0.001%以下のsol-Alについては表中において「tr.」と記載した。
また、比較例3として、鋼25と同一成分のスラブを1150℃にて1時間加熱し、仕上げ熱延開始温度を1000℃とし、仕上熱延終了温度を860℃として2.5mmの熱延板に仕上げた。
さらに、本発明例と比較例3の試料の表面から板厚方向10分の1層の集合組織をX線回折により逆極点図にて測定し各回折面の反射面強度を測定した。
表16に本発明と比較例の磁気特性測定結果を、表17にX線回折による集合組織の測定結果、表18および表19に集合組織の判定結果を示す。
また、表18より、X線回折測定により得られた逆極点図における(100)面、(411)面、(111)面の強度をそれぞれI(100)、I(411)、I(111)とすると、本発明では鋼板の表面から板厚方向10分の1層の集合組織において、I(100)≧2.0かつ、I(411)≧1.5かつ、I(111)≦4.0かつ、{I(100)+I(411)}/I(111) ≧1.0を満たすことがわかる。
表20に示した鋼26の成分を有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて800℃1時間加熱し、熱延により2.0mmに仕上げた。仕上熱延開始温度は750℃とした。圧延速度と熱延スタンド間の冷却速度を制御し仕上熱延終了温度を630℃とした。
なお、本実験での検出限界である0.001%以下のsol-Alについては表中において「tr.」と記載した。
以上のように、表21より、冷間圧延率85%から95%において商用周波数で高磁束密度かつ低鉄損であるとともに、高周波においても鉄損の優れた無方向性電磁鋼板の製造が可能であることがわかる。
Claims (5)
- 質量%で、
0.1%≦Si≦2.0%、
Al≦1.0%、
かつ、0.1%≦Si+2Al≦2.0%を満たし、
C≦0.004%、
S≦0.003%、
N≦0.003%、
P≦0.09%
を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼をスラブとして、熱間圧延において粗圧延および引き続く仕上熱延を施し熱延板とし、酸洗し一回の冷間圧延工程を施し次いで仕上げ焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
仕上げ熱延のスラブ加熱温度ST、仕上熱延開始温度F0T、仕上熱延終了温度FTをそれぞれ以下のように定めることを特徴とする磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法。
700℃≦ST≦1150℃
650℃≦F0T≦850℃
550℃≦FT≦800℃ - 請求項1に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延における圧延率を85%以上95%以下とすることを特徴とする磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、極点図中心から外周へ向かう方向の角度をα、円周方向の角度をβとしたとき、
α=80°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、
かつ、鋼板の板厚方向中心層2分の1層においてX線回折測定により測定した(100)極点図において、
50°≦α≦70°およびβがそれぞれβ=0°、60°、120°、180°、240°、300°で定められるα、βの領域に、強度が1.0以上である領域が存在することを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、極点図中心から外周へ向かう方向の角度をα、円周方向の角度をβとしたとき、
α=80°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、さらに、同一極点図上において
α=90°およびβがそれぞれβ=30°、60°、120°、150°、210°、240°、300°、330°における強度がすべて1.0以上であり、
かつ、鋼板の板厚方向中心層である2分の1層においてX線回折測定により作成した(100)極点図において、
50°≦α≦70°およびβがそれぞれβ=0°、60°、120°、180°、240°、300°で定められるα、βの領域に強度が1.0以上である領域が存在することを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 鋼板の表面から板厚方向10分の1層においてX線回折測定により得られた逆極点図における(100)面、(411)面、(111)面の強度をそれぞれI(100)、I(411)、I(111)とすると、
I(100)≧2.0
I(411)≧1.5
I(111)≦4.0
かつ、
{I(100)+I(411)}/I(111) ≧1.0
を満たすことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
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