JP2014080654A - 無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉄損や磁束密度等の磁気特性に優れるだけでなく、リサイクル性や鋼板の表面外観に優れる無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板を提供する。
【解決手段】所定の成分組成からなる熱延鋼板であって、該熱延鋼板を窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍をしたのち、７％HCl 溶液に80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量が、40g/m2以上100g/m2以下である熱延鋼板。
【選択図】図３
【解決手段】所定の成分組成からなる熱延鋼板であって、該熱延鋼板を窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍をしたのち、７％HCl 溶液に80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量が、40g/m2以上100g/m2以下である熱延鋼板。
【選択図】図３
Description
本発明は、主に電気機器の鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板用の熱延鋼板およびその製造方法であって、特に、鉄損や磁束密度等の磁気特性に優れるだけでなく、リサイクル性や鋼板の表面外観に優れる無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板と、その製造方法とに関するものである。
近年、電力をはじめとするエネルギーの節減という世界的な動きの中で、電気機器についてもその高効率化が強く要望されている。
また、電気機器を小型化する観点から、特に鉄心材料の小型化に対する要望も高まってきている。
さらに、最近では、環境への配慮から、電気機器の鉄心材料におけるリサイクル化に対応することも喫緊の課題となっている。
また、電気機器を小型化する観点から、特に鉄心材料の小型化に対する要望も高まってきている。
さらに、最近では、環境への配慮から、電気機器の鉄心材料におけるリサイクル化に対応することも喫緊の課題となっている。
上記した要望等のうち、電気機器の高効率化や鉄心材料の小型化については、鉄心の素材となる電磁鋼板の磁気特性を改善することが有効であるが、従来の無方向性電磁鋼板の分野では、磁気特性のうち特に鉄損を低減する手段として、電気抵抗を増大させて渦電流損を低下させるために、SiやAl, Mn等の鋼中含有量を高める手法が一般に用いられてきた。
しかしながら、この手法では、磁束密度の低下を免れることができないという本質的な問題を抱えていた。
しかしながら、この手法では、磁束密度の低下を免れることができないという本質的な問題を抱えていた。
一方、単に、SiやAl等の含有量を高めるだけでなく、併せてＣやＳを低減すること、あるいは特許文献１に記載されているようにＢを添加したり、特許文献２に記載されているようにNiを添加したりするなど、合金成分を増加させることも、一般に、渦電流損を低下させる手段として知られている手法である。
これら合金成分を添加する手法では、鉄損特性は改善されるものの、磁束密度の改善効果は小さく、いずれも満足できるものではなかった。また、合金添加に伴って、鋼板の硬さが上昇し、加工性が劣化してしまうため、かような無方向性電磁鋼板を加工して電気機器に使用したとしても、その汎用性に乏しく、用途は極めて限定されたものとなっていた。
また、製造プロセスを変更し、製品板における結晶方位の集積度合い、すなわち集合組織を改善して磁気特性を向上させる方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献３には、Si：2.8〜4.0 mass％およびAl：0.3〜2.0 mass％を含有する鋼に 、200〜500℃の温度範囲で温間圧延を施し、｛１００｝＜UVW＞組織を発達させる方法が、また、特許文献４には、Si：1.5〜4.0mass％およびAl：0.1 〜2.0mass％を含有する鋼を熱間圧延したのち、1000℃以上1200℃以下の熱延板焼鈍と、圧下率：80〜90％の冷間圧延を組み合わせることによって｛１００｝組織を発達させる方法が、それぞれ開示されている。
しかし、これらの方法による磁気特性の改善効果、特に磁束密度の改善効果は未だ満足できるものではなく、加工性およびリサイクル性の点でも問題を残していた。すなわち、鋼中にある程度以上のAlが含まれていると、鋼板の硬さが上昇して加工性が阻害されると同時に、鉄心材料をリサイクルしたり、需要家でスクラップ処理したりする場合に、電気炉の電極を傷めてしまうという問題があった。
加えて、鉄心のリサイクル材を用いてモータのシャフトなどを鋳造する場合、0.1 mass％以上のAlが含まれていると、鋳込み時に溶鋼の表面酸化が進行して粘性が増大し、溶鋼の鋳型内充填性が悪化するために、健全な鋳込みが阻害されるところにも問題を残していた。
上記した問題を解決するために、特許文献５ではAlを0.02％以下、特許文献６ではAlを0.017％以下、特許文献７ではAlを0.010％以下、そして特許文献８ではAlを0.030％以下として、Ｓ、Ｎなどの不純物量を低減すると共に、熱延板焼鈍後の平均粒径や、冷間圧延条件などを制御することで、磁束密度が高く鉄損が低い無方向性電磁鋼板を製造する技術が、それぞれ開示されている。
しかしながら、上述した技術に従ってAl量を低減すると、磁気特性の安定性に劣るということが新たな問題点として浮上した。さらに、仕上げ焼鈍後の鋼板表面外観にて、白っぽい筋模様等が目立つなど表面外観の劣化も顕著となることが分かった。
本発明は、上記した現状に鑑み開発されたもので、鉄損や磁束密度等の磁気特性に優れるだけでなく、リサイクル性や鋼板の表面外観に優れる無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板を、その有利な製造方法と共に提供することを目的とする。
さて、発明者らは、上記した課題を解決するため、高磁束密度低鉄損材を製造するにあたって、リサイクル性に問題のあるAlを低減する際に、磁気特性の安定性が劣って、さらに表面外観が劣化しやすくなる原因の究明に努めた。
その結果、鋼板中のAl量が少なくなるにつれて、熱延板焼鈍後のSiO2スケールが増加し、その後の酸洗等によってもスケールが除去されにくく残存しやすくなるために、仕上げ焼鈍後の鋼板表面に白っぽい筋模様が目立つなど、表面外観が劣化することが分かった。さらに、その筋模様の原因である表層酸化物によって、鉄損が劣化していることも併せて知得した。
その結果、鋼板中のAl量が少なくなるにつれて、熱延板焼鈍後のSiO2スケールが増加し、その後の酸洗等によってもスケールが除去されにくく残存しやすくなるために、仕上げ焼鈍後の鋼板表面に白っぽい筋模様が目立つなど、表面外観が劣化することが分かった。さらに、その筋模様の原因である表層酸化物によって、鉄損が劣化していることも併せて知得した。
ここで、上記現象の原因を考察すると、Alが多く含有された場合、鋼板表面でAl酸化物が生成して、そのバリア効果でSiO2スケールの生成が抑えられるものの、Alの含有が少ないと、そのバリア効果が小さくなるので、Siの酸化が進行しやすくなり、その結果、鋼板表面に生じるSiO2スケールが多くなるからであると考えられる。
また、ミクロ的観点から考えると、SiO2スケール生成量のばらつきが大きくなることで、酸洗によるスケール除去の程度にばらつきが増えると考えられる。
すなわち、上記表面外観の劣化に係る問題の解決には、熱延板焼鈍後に、スケールを除去しやすくすることが重要であることを見出したのである。
すなわち、上記表面外観の劣化に係る問題の解決には、熱延板焼鈍後に、スケールを除去しやすくすることが重要であることを見出したのである。
さらに、発明者らは、上記スケールを除去しやすくする方法を見出すため、添加元素の種類等を鋭意検討した。
その結果、Ｐを添加すると、鋼板の酸洗性が向上して熱延板焼鈍後のスケールが除去されやすくなることが分かった。しかしながら、熱延板焼鈍後のスケールは、部位による生成量の違いが大きく、酸洗初期にスケールが除去された箇所の鉄部分は過剰に除去されてしまうことが分かった。
そこで、発明者らがさらに検討したところ、スケールが除去された箇所の鉄の過剰な除去の抑制にMoを併せて添加することが極めて有効であることを突き止めたのである。
すなわち、ＰおよびMoを、併せて所定量含有させることが、上記スケールの除去に対して最も効果的な解決策であることが分かった。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
その結果、Ｐを添加すると、鋼板の酸洗性が向上して熱延板焼鈍後のスケールが除去されやすくなることが分かった。しかしながら、熱延板焼鈍後のスケールは、部位による生成量の違いが大きく、酸洗初期にスケールが除去された箇所の鉄部分は過剰に除去されてしまうことが分かった。
そこで、発明者らがさらに検討したところ、スケールが除去された箇所の鉄の過剰な除去の抑制にMoを併せて添加することが極めて有効であることを突き止めたのである。
すなわち、ＰおよびMoを、併せて所定量含有させることが、上記スケールの除去に対して最も効果的な解決策であることが分かった。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.20％以下、Ｓ：0.003％以下、Ｎ：0.003％以下、Ｐ：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.002％以上0.03％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなる熱延鋼板であって、該熱延鋼板を窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍したのち、７％HCl 溶液に80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量が、40g/m2以上100g/m2以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板。
１．質量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.20％以下、Ｓ：0.003％以下、Ｎ：0.003％以下、Ｐ：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.002％以上0.03％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなる熱延鋼板であって、該熱延鋼板を窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍したのち、７％HCl 溶液に80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量が、40g/m2以上100g/m2以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板。
２．前記熱延鋼板が、質量％で、さらに、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、Ca：0.001％以上0.005％以下、Cr：0.05％以上0.5％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有することを特徴とする前記１に記載の無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板。
３．質量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.20％以下、Ｓ：0.003％以下、Ｎ：0.003％以下、Ｐ：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.002％以上0.03％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなるスラブを、加熱後、熱間圧延を施して巻き取りを行なう一連の工程からなる無方向性電磁鋼板用の熱延鋼板の製造方法において、上記熱間圧延時の仕上げ熱延終了温度を825℃以上925℃以下とし、さらに上記熱間圧延時の熱延終了後の巻取温度を525℃以上650℃以下とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板の製造方法。
４．前記スラブが、質量％で、さらに、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、Ca：0.001％以上0.005％以下、Cr：0.05％以上0.5％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有することを特徴とする前記３に記載の無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板の製造方法。
本発明によれば、リサイクル性に優れるとともに、鋼板の表面外観がきれいで、高磁束密度かつ低鉄損な無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板を、その有利な製造方法と共に提供することができる。
以下、本発明を具体的に説明する。なお、以下に示す鋼板成分を表す％表示は、特に断らない限り質量％を意味する。
はじめに、本発明を導くに至った実験結果について説明する。
まず、磁気特性および表面外観に及ぼす熱延板焼鈍後の酸洗減量に対する、Ｐ, Mo添加の影響について調査するため、Ｃ：0.0016％、Si：3.0％、Al：0.0005％、Mn：0.15％、Ｓ：0.0018％およびＮ：0.0021％を含む組成の鋼Ａと、Ｃ：0.0021％、Si：3.0％、Al：0.0007％、Mn：0.12％、Ｓ：0.0022％、Ｎ：0.0015％、Ｐ：0.06％およびMo：0.005％を含む組成の鋼Ｂを実験室にて溶解し、1100℃で加熱した後、2.2mm厚に熱間圧延を行った。引続き、この熱延鋼板に100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、７％HCl 80℃の条件で、酸洗時間を変えて酸洗した後、板厚：0.50mm厚に冷間圧延して、20％H2-80％N2雰囲気中、1025℃×10秒の温度で仕上げ焼鈍を行った。
はじめに、本発明を導くに至った実験結果について説明する。
まず、磁気特性および表面外観に及ぼす熱延板焼鈍後の酸洗減量に対する、Ｐ, Mo添加の影響について調査するため、Ｃ：0.0016％、Si：3.0％、Al：0.0005％、Mn：0.15％、Ｓ：0.0018％およびＮ：0.0021％を含む組成の鋼Ａと、Ｃ：0.0021％、Si：3.0％、Al：0.0007％、Mn：0.12％、Ｓ：0.0022％、Ｎ：0.0015％、Ｐ：0.06％およびMo：0.005％を含む組成の鋼Ｂを実験室にて溶解し、1100℃で加熱した後、2.2mm厚に熱間圧延を行った。引続き、この熱延鋼板に100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、７％HCl 80℃の条件で、酸洗時間を変えて酸洗した後、板厚：0.50mm厚に冷間圧延して、20％H2-80％N2雰囲気中、1025℃×10秒の温度で仕上げ焼鈍を行った。
さらに、別途、酸洗前の熱延板焼鈍後の試料を採取して、酸洗時間と酸洗減量との関係を調べた。その結果を図１に示す。同図より、酸洗時間が長くなるにつれ、鋼Ａ，Ｂ共に酸洗減量が増加する傾向にあるが、ＰにMoを併せて添加した鋼Ｂでは、短時間における酸洗減量は若干多いものの、長時間での酸洗減量の増大が抑制される傾向にあることが分かる。
かかる供試材の、鉄損Ｗ15/50と熱延板焼鈍後の供試材の酸洗減量との関係、および表面外観調査結果を図２に示す。図２より、Ｐ, Mo添加の鋼Ｂでは、酸洗減量が40g/m2以上100g/m2以下の範囲で、特に、良好な磁気特性および表面外観が両立して得られることが分かる。一方、Ｐ,Mo無添加の鋼Ａでは、酸洗減量が40g/m2以上100g/m2以下の範囲でも鉄損の低下代は少なく、また表面外観も白っぽい筋模様が目立つことが分かる。
次に、Ｐ, Mo添加鋼が上記酸洗減量の範囲において鉄損向上代が大きく、かつ表面外観が良好であった理由を調べるために、熱延板焼鈍・酸洗後の鋼板表面の調査を、SEM観察により行った。その結果、Ｐ,Mo無添加の鋼Ａでは、酸洗時間が長く、酸洗減量が多い場合であっても残存スケールが多い箇所と、酸洗により地鉄の粒界が侵食される個所とが目立って見られるようになっていた。一方、Ｐ,Mo添加の鋼Ｂでは、30秒程度の酸洗時間でも残存スケールは見られず、酸洗時間が長い条件であっても、地鉄の粒界が侵食される部分はあまり認められなかった。
以上の結果を検討すると、上記した現象は、Ｐ添加によって、鋼板のスケールが除去されやすくなる一方で、Mo添加によって、スケールが除去された後の地鉄への侵食が抑制されているために生じた現象であると考えられる。他方、Ｐ, Mo無添加の場合、はじめに、酸洗されやすいスケールが除去されてしまった後は、地鉄部分が優先的に侵食されやすくなり、長時間の酸洗を行なっても、いまだスケールが残存しやすい表面状態になっているものと考えられる。
ついで、ＰおよびMoの最適添加量について調査を行った。
Ｃ：0.0025％、Si：3.5％、Al：0.0010％、Mn：0.07％、Ｓ：0.0012％およびＮ：0.0018％を含み、さらに、Ｐを0.01〜0.3％、Moを0〜0.1％の範囲で変化させた鋼を、実験室にて溶解し、1100℃で加熱した後、2.0mm厚に熱間圧延を行った。引続き、この熱延鋼板に100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。さらに、80℃、７％HCl の溶液に、60秒間浸漬する条件下で酸洗した後、板厚：0.35mm厚に冷間圧延して、20％H2-80％N2雰囲気中、1025℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った。また、別途、酸洗前後の熱延板焼鈍後の試料を採取して、酸洗減量を調査した。
Ｃ：0.0025％、Si：3.5％、Al：0.0010％、Mn：0.07％、Ｓ：0.0012％およびＮ：0.0018％を含み、さらに、Ｐを0.01〜0.3％、Moを0〜0.1％の範囲で変化させた鋼を、実験室にて溶解し、1100℃で加熱した後、2.0mm厚に熱間圧延を行った。引続き、この熱延鋼板に100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。さらに、80℃、７％HCl の溶液に、60秒間浸漬する条件下で酸洗した後、板厚：0.35mm厚に冷間圧延して、20％H2-80％N2雰囲気中、1025℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った。また、別途、酸洗前後の熱延板焼鈍後の試料を採取して、酸洗減量を調査した。
かかる供試材のＰ, Mo添加量と鉄損Ｗ15/50および表面外観との関係を図３に示す。図３から、Ｐ：0.03〜0.2％、かつMo ：0.002〜0.03％の範囲において鉄損が低下しながら、同時に表面外観も改善していることがわかる。また、上記Ｐ, Mo添加量範囲での熱延板焼鈍後の試料における、７％HClの溶液に 80℃で60秒間浸漬した条件下での酸洗減量は、40g/m2以上100g/m2以下の範囲であった。
さらに、良好な磁気特性と表面外観が得られる熱延鋼板の製造条件の検討を行った。
Ｃ：0.0013％、Si：1.9％、Al：0.0015％、Mn：0.10％、Ｓ：0.0009％、Ｎ：0.0026％、Ｐ：0.12％およびMo：0.01％の成分組成からなる鋼スラブを用意し、1100℃で加熱した後、仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度を変化させて2.2mm厚まで熱延した。次に、窒素雰囲気中で1000℃×30秒で熱延板焼鈍を施し、７％HCl の溶液に80℃で60秒間浸漬する条件下で酸洗した後、板厚：0.50mm厚に冷間圧延した。その後、20％H2-80％N2雰囲気、1000℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った。
得られた鋼板から、圧延方向および圧延方向と直角な方向にエプスタイン試験片を切り出して、磁気特性を測定した。なお、磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価した。また、表面外観の調査も併せて行った。
Ｃ：0.0013％、Si：1.9％、Al：0.0015％、Mn：0.10％、Ｓ：0.0009％、Ｎ：0.0026％、Ｐ：0.12％およびMo：0.01％の成分組成からなる鋼スラブを用意し、1100℃で加熱した後、仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度を変化させて2.2mm厚まで熱延した。次に、窒素雰囲気中で1000℃×30秒で熱延板焼鈍を施し、７％HCl の溶液に80℃で60秒間浸漬する条件下で酸洗した後、板厚：0.50mm厚に冷間圧延した。その後、20％H2-80％N2雰囲気、1000℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った。
得られた鋼板から、圧延方向および圧延方向と直角な方向にエプスタイン試験片を切り出して、磁気特性を測定した。なお、磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価した。また、表面外観の調査も併せて行った。
鉄損Ｗ15/50および表面外観に及ぼす仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度の影響を図４に示す。同図より、仕上げ熱延終了温度が825℃以上925℃以下の範囲であって、熱延終了後の巻取温度が525℃以上650℃以下の範囲の場合に、効果的な鉄損低減効果と、良好な表面外観が同時に得られていることがわかる。
ここで、仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度を上記範囲に制御した時、鋼板表面のスケール除去性が良くなる理由は、必ずしも明らかにはなっていないものの、ＰとMoを添加した際に、上記温度範囲を満足することによって、熱延鋼板に生成する酸化スケールの形態・性状が、その後の工程でのスケール除去に対して有利になるものと考えられる。
以下、上述したようにして定めた本発明の成分組成範囲の限定理由について説明する。
Ｃ：0.005％以下
Ｃは、鋼板の磁気時効劣化を抑制するために、極力少ないほうが好ましいが、0.005％までは許容できる。好ましくは0.0035％以下である。
Ｃ：0.005％以下
Ｃは、鋼板の磁気時効劣化を抑制するために、極力少ないほうが好ましいが、0.005％までは許容できる。好ましくは0.0035％以下である。
Si：1.5％以上 4.5％以下
本発明の電磁鋼板において、Siは、電気抵抗を増大させ、鉄損を改善する有用元素である。この鉄損改善の効果を得るためには、1.5％以上のSi含有量が必要である。一方、4.5％を超えると鋼板の加工性が劣化し、かつ磁束密度の低下も顕著になるので、Si含有量は1.5〜4.5％の範囲に限定する。
本発明の電磁鋼板において、Siは、電気抵抗を増大させ、鉄損を改善する有用元素である。この鉄損改善の効果を得るためには、1.5％以上のSi含有量が必要である。一方、4.5％を超えると鋼板の加工性が劣化し、かつ磁束密度の低下も顕著になるので、Si含有量は1.5〜4.5％の範囲に限定する。
Al：0.005％以下
Alは、Siと同様、鋼の脱酸剤として一般的に用いられており、電気抵抗を増加して鉄損を低減する効果が大きいため、通常、無方向性電磁鋼板の主要構成元素の一つである。しかしながら、本発明で目的とするリサイクル性に優れた高磁束密度・低鉄損の電磁鋼板を得るには、Al量を少なくすることが必要であり、その観点から0.005％以下の範囲に限定する。好ましくは、0.004％以下の範囲である。一方、下限値は特に制限はなく、０％でもよい。
Alは、Siと同様、鋼の脱酸剤として一般的に用いられており、電気抵抗を増加して鉄損を低減する効果が大きいため、通常、無方向性電磁鋼板の主要構成元素の一つである。しかしながら、本発明で目的とするリサイクル性に優れた高磁束密度・低鉄損の電磁鋼板を得るには、Al量を少なくすることが必要であり、その観点から0.005％以下の範囲に限定する。好ましくは、0.004％以下の範囲である。一方、下限値は特に制限はなく、０％でもよい。
Mn：0.20％以下
Mnは、Siと同様に電気抵抗を高めて鉄損を低減する効果があるだけでなく、鋼を固溶強化する作用も有していて有効な元素である。そのため、通常、無方向性電磁鋼板においては、0.20％程度添加されているが、リサイクル性を向上させるには、Si主体成分の方が有利と考えられるので、本発明でのMn量は0.20％以下の範囲に限定する。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.03％程度である。
Mnは、Siと同様に電気抵抗を高めて鉄損を低減する効果があるだけでなく、鋼を固溶強化する作用も有していて有効な元素である。そのため、通常、無方向性電磁鋼板においては、0.20％程度添加されているが、リサイクル性を向上させるには、Si主体成分の方が有利と考えられるので、本発明でのMn量は0.20％以下の範囲に限定する。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.03％程度である。
Ｓ：0.003％以下
Ｓは、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多くなると硫化物系介在物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.003％以下とする。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.0002％程度である。
Ｓは、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多くなると硫化物系介在物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.003％以下とする。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.0002％程度である。
Ｎ：0.003％以下
ＮもＳと同様、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多いと窒化物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.003％以下とする。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.0005％程度である。
ＮもＳと同様、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多いと窒化物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.003％以下とする。一方、下限値は特に制限はなく、生産性等の観点から0.0005％程度である。
Ｐ：0.03％以上0.2％以下
本発明において、Ｐは、熱延板焼鈍後のスケールの除去性改善による磁気特性と表面外観改善のために必須の元素であるが、0.03％未満ではその添加効果は充分でなく、一方、0.2％を超えると偏析による脆化作用が発現し、粒界割れや圧延性の低下をもたらすので、上記範囲に限定する。好ましくは、0.04％以上0.15％以下である。
本発明において、Ｐは、熱延板焼鈍後のスケールの除去性改善による磁気特性と表面外観改善のために必須の元素であるが、0.03％未満ではその添加効果は充分でなく、一方、0.2％を超えると偏析による脆化作用が発現し、粒界割れや圧延性の低下をもたらすので、上記範囲に限定する。好ましくは、0.04％以上0.15％以下である。
Mo：0.002％以上0.03％以下
本発明において、Moは、Ｐと併用することで、熱延板焼鈍後におけるスケールの除去性改善に寄与し、磁気特性と表面外観改善に貢献する必須の添加元素であるが、含有量が0.002％未満では充分な添加効果が得られず、一方、0.03％を超えて添加すると、逆に磁気特性に悪影響を及ぼす傾向がみられるので、上記範囲に限定する。好ましくは、0.003％以上0.02％以下である。
本発明において、Moは、Ｐと併用することで、熱延板焼鈍後におけるスケールの除去性改善に寄与し、磁気特性と表面外観改善に貢献する必須の添加元素であるが、含有量が0.002％未満では充分な添加効果が得られず、一方、0.03％を超えて添加すると、逆に磁気特性に悪影響を及ぼす傾向がみられるので、上記範囲に限定する。好ましくは、0.003％以上0.02％以下である。
本発明では、上記の基本成分以外に、無方向性電磁鋼板の磁気特性向上や表面性状の改善のため、以下に述べる元素を適宜含有させることができる。
Sn，Sb：0.005％以上 0.2％以下
Sn，Sbはいずれも、無方向性電磁鋼板の集合組織を改善し磁気特性を高める効果を有するが、その効果を得るには、Sb，Snを単独添加または複合添加のいずれの場合においても、それぞれ0.005％以上の添加率が好ましい。一方、過剰に添加すると鋼が脆化し、鋼板製造中の板破断や、ヘゲなどの疵が増加するため、Sn，Sbは単独添加または複合添加いずれの場合もそれぞれ0.2％以下が好ましい。
Sn，Sb：0.005％以上 0.2％以下
Sn，Sbはいずれも、無方向性電磁鋼板の集合組織を改善し磁気特性を高める効果を有するが、その効果を得るには、Sb，Snを単独添加または複合添加のいずれの場合においても、それぞれ0.005％以上の添加率が好ましい。一方、過剰に添加すると鋼が脆化し、鋼板製造中の板破断や、ヘゲなどの疵が増加するため、Sn，Sbは単独添加または複合添加いずれの場合もそれぞれ0.2％以下が好ましい。
Ca：0.001％以上0.005％以下
Caは、CaSとして析出し、微細な硫化物の析出を抑制しながら鉄損を改善するのに有効な成分である。しかし、0.001％未満ではその添加効果は充分でなく、一方、0.005％を超えると、Ca酸化物の介在物が増え、かえって鉄損が劣化するため、添加する際には、上記範囲とすることが好ましい。
Caは、CaSとして析出し、微細な硫化物の析出を抑制しながら鉄損を改善するのに有効な成分である。しかし、0.001％未満ではその添加効果は充分でなく、一方、0.005％を超えると、Ca酸化物の介在物が増え、かえって鉄損が劣化するため、添加する際には、上記範囲とすることが好ましい。
Cr：0.05％以上0.5％以下
本発明のSi主体成分鋼板の場合、Crは、熱延鋼板および熱延板焼鈍時に生成する表層スケールの改質による鉄損と表面外観の改善に有効な成分であり、0.05％以上の添加でその効果が明確になるが、0.5％を超えるとその効果は飽和するので、添加する際には、0.05％以上0.5％以下の範囲に限定することが好ましい。
本発明のSi主体成分鋼板の場合、Crは、熱延鋼板および熱延板焼鈍時に生成する表層スケールの改質による鉄損と表面外観の改善に有効な成分であり、0.05％以上の添加でその効果が明確になるが、0.5％を超えるとその効果は飽和するので、添加する際には、0.05％以上0.5％以下の範囲に限定することが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物、およびＦｅである。
次に、本発明に従う熱延鋼板の製造方法における諸条件の限定理由等について述べる。
本発明の熱延鋼板を用いて無方向性電磁鋼板を製造する場合は、後述する熱延鋼板の製造条件を除き、一般の無方向性電磁鋼板に適用されている工程および設備を用いて実施することができる。
例えば、転炉あるいは電気炉などにより所定の成分組成に溶製された鋼を、脱ガス設備で二次精錬し、連続鋳造または造塊後の分塊圧延により鋼スラブとしたのち、熱間圧延を施して、本発明に従う熱延鋼板とする。
ついで、熱延板焼鈍、酸洗、冷間または温間圧延、仕上げ焼鈍および絶縁被膜を塗布して焼き付けといった工程を施すことで無方向性電磁鋼板が得られるのである。また、直接鋳造法を用いて、100mm以下の厚さの薄鋳片から直接製造してもよい。
本発明の熱延鋼板を用いて無方向性電磁鋼板を製造する場合は、後述する熱延鋼板の製造条件を除き、一般の無方向性電磁鋼板に適用されている工程および設備を用いて実施することができる。
例えば、転炉あるいは電気炉などにより所定の成分組成に溶製された鋼を、脱ガス設備で二次精錬し、連続鋳造または造塊後の分塊圧延により鋼スラブとしたのち、熱間圧延を施して、本発明に従う熱延鋼板とする。
ついで、熱延板焼鈍、酸洗、冷間または温間圧延、仕上げ焼鈍および絶縁被膜を塗布して焼き付けといった工程を施すことで無方向性電磁鋼板が得られるのである。また、直接鋳造法を用いて、100mm以下の厚さの薄鋳片から直接製造してもよい。
本発明では、特に、熱延鋼板の製造条件を以下に述べるように制御することが必要である。
すなわち、熱間圧延を、仕上げ熱延終了温度が825℃以上925℃以下の範囲で、かつ熱延終了後の巻取温度が525℃以上650℃以下の範囲になるように行うことである。
なお、仕上げ熱延終了温度の好ましい範囲は、850℃以上900℃以下で、また熱延終了後の巻取温度の好ましい範囲は、550℃以上625℃以下である。
すなわち、熱間圧延を、仕上げ熱延終了温度が825℃以上925℃以下の範囲で、かつ熱延終了後の巻取温度が525℃以上650℃以下の範囲になるように行うことである。
なお、仕上げ熱延終了温度の好ましい範囲は、850℃以上900℃以下で、また熱延終了後の巻取温度の好ましい範囲は、550℃以上625℃以下である。
熱間圧延工程を、これらの条件で行うことにより、前記したＰ、Moをはじめとする素材成分の効力とあいまって、 熱延板焼鈍後における鋼板表層部に生成するスケールの除去性が良好となる。本発明では、このスケール除去性を特定するために、代表的な熱延板焼鈍条件や酸洗条件を考慮して、窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍を行ったのち、７％HClの溶液に 80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量を用いた。本発明では、この酸洗減量が40g/m2以上100g/m2以下の範囲になるという、特に良好なスケール除去性を発現することができる。
なお、本発明は、良好な磁気特性と表面外観が得られることを、上記の酸洗減量を用いて熱延鋼板の性質を特定するべく、焼鈍条件を1000℃×30秒と限定し、焼鈍後の酸洗条件を７％HClの溶液に 80℃で60秒間浸漬すると限定したが、実際に実施される熱延板焼鈍条件（通常950℃以上1100℃以下）や酸洗等のスケール除去条件は、要求される製品特性やスケールの発生状況等に応じて、任意に設定することができ、上記条件に縛られるものではない。
〔実施例１〕
転炉で吹練して得た溶鋼を、脱ガス処理した後に鋳造して、表１に示す成分の鋼スラブを製造した。その後、1130℃×１ｈの条件でスラブ加熱を行った後、表２に示す仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度条件で、2.0mm厚まで熱間圧延を行って熱延鋼板を得た。次いで、100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施し、７％HCl の溶液に80℃で60秒間浸漬する酸洗処理を行った後、表２に示す板厚まで冷間圧延を行った。その後、20％H2-80％N2雰囲気中、1030℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った後、コーティング処理を行った。
得られた無方向性電磁鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片をそれぞれ切り出し、磁気特性（鉄損：Ｗ15/50、磁束密度：Ｂ50）を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価するとともに、表面外観の調査も行った。得られた結果を表２に併記する。
転炉で吹練して得た溶鋼を、脱ガス処理した後に鋳造して、表１に示す成分の鋼スラブを製造した。その後、1130℃×１ｈの条件でスラブ加熱を行った後、表２に示す仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度条件で、2.0mm厚まで熱間圧延を行って熱延鋼板を得た。次いで、100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施し、７％HCl の溶液に80℃で60秒間浸漬する酸洗処理を行った後、表２に示す板厚まで冷間圧延を行った。その後、20％H2-80％N2雰囲気中、1030℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を行った後、コーティング処理を行った。
得られた無方向性電磁鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片をそれぞれ切り出し、磁気特性（鉄損：Ｗ15/50、磁束密度：Ｂ50）を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価するとともに、表面外観の調査も行った。得られた結果を表２に併記する。
表２に示したように、1000℃×30秒の熱延板焼鈍後の７％HCl の溶液に、80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量値を見ると、発明例ではいずれも40g/m2以上100g/m2以下の範囲であった。
また、本発明に従う熱延鋼板の製造条件により得られた発明例は、いずれも、磁気特性、表面外観共に良好な結果を得ていることが分かる。
また、本発明に従う熱延鋼板の製造条件により得られた発明例は、いずれも、磁気特性、表面外観共に良好な結果を得ていることが分かる。
〔実施例２〕
転炉で吹練して得た溶鋼を、脱ガス処理した後に鋳造して、表３に示す成分の鋼スラブを製造した。その後、1100℃×１ｈでスラブ加熱を行った後、表４に示す仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度条件で、1.6mm厚まで熱間圧延を行った。次いで、100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施し、7％HCl 、80℃×60秒浸漬という条件の酸洗処理を行った後、表４に示す板厚まで冷間圧延を行った。その後、20％H2-80％N2雰囲気中、1000℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を施し、コーティング処理を行った。
得られた無方向性電磁鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片をそれぞれ切り出し、磁気特性（鉄損：Ｗ10/400、磁束密度：Ｂ50）を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価するとともに、表面外観の調査も行った。得られた結果を表４に併記する。
転炉で吹練して得た溶鋼を、脱ガス処理した後に鋳造して、表３に示す成分の鋼スラブを製造した。その後、1100℃×１ｈでスラブ加熱を行った後、表４に示す仕上げ熱延終了温度と熱延終了後の巻取温度条件で、1.6mm厚まで熱間圧延を行った。次いで、100％N2雰囲気で1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施し、7％HCl 、80℃×60秒浸漬という条件の酸洗処理を行った後、表４に示す板厚まで冷間圧延を行った。その後、20％H2-80％N2雰囲気中、1000℃×10秒の条件で仕上げ焼鈍を施し、コーティング処理を行った。
得られた無方向性電磁鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片をそれぞれ切り出し、磁気特性（鉄損：Ｗ10/400、磁束密度：Ｂ50）を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価するとともに、表面外観の調査も行った。得られた結果を表４に併記する。
表４に示したように、1000℃×30秒の熱延板焼鈍後の７％HCl の溶液に、80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量値を見ると、発明例ではいずれも40g/m2以上100g/m2以下の範囲であった。
また、本発明に従う熱延鋼板の製造条件により得られた発明例は、いずれも、磁気特性、表面外観共に良好な結果を得ていることがわかる。
また、本発明に従う熱延鋼板の製造条件により得られた発明例は、いずれも、磁気特性、表面外観共に良好な結果を得ていることがわかる。
Claims (4)
- 質量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.20％以下、Ｓ：0.003％以下、Ｎ：0.003％以下、Ｐ：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.002％以上0.03％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなる熱延鋼板であって、該熱延鋼板を窒素雰囲気中、1000℃×30秒で焼鈍したのち、７％HCl 溶液に80℃で60秒間浸漬した後の酸洗減量が、40g/m2以上100g/m2以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板。
- 前記熱延鋼板が、質量％で、さらに、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、Ca：0.001％以上0.005％以下、Cr：0.05％以上0.5％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板。
- 質量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.20％以下、Ｓ：0.003％以下、Ｎ：0.003％以下、Ｐ：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.002％以上0.03％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなるスラブを、加熱後、熱間圧延を施して巻き取りを行なう一連の工程からなる無方向性電磁鋼板用の熱延鋼板の製造方法において、上記熱間圧延時の仕上げ熱延終了温度を825℃以上925℃以下とし、さらに上記熱間圧延時の熱延終了後の巻取温度を525℃以上650℃以下とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板の製造方法。
- 前記スラブが、質量％で、さらに、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、Ca：0.001％以上0.005％以下、Cr：0.05％以上0.5％以下のうちから選んだ１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項３に記載の無方向性電磁鋼板製造用の熱延鋼板の製造方法。
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