JP2017222910A - 二方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】優れた磁気特性を有し、さらに、打ち抜き精度が良く、曲げ加工性が良い二方向性電磁鋼板、及びその製造方法の提供。
【解決手段】｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）結晶方位の結晶粒の占める面積比率が２０％以上である二方向性電磁鋼板。
【選択図】図３
【解決手段】｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）結晶方位の結晶粒の占める面積比率が２０％以上である二方向性電磁鋼板。
【選択図】図３
Description
本発明は、二方向性電磁鋼板及びその製造方法に関するものである。
近年、地球温暖化防止、省エネルギー化への要求の高まりに伴い、鉄心の材料である一方向性電磁鋼板に対しても、商用周波数での低鉄損及び低励磁場での高磁束密度といった高い磁気特性が求められている。
このような磁気特性を実現するためには、鉄の磁化容易軸である＜００１＞軸を使用磁界方向に集積させることが有効とされている。
このような磁気特性を実現するためには、鉄の磁化容易軸である＜００１＞軸を使用磁界方向に集積させることが有効とされている。
一般的な方向性電磁鋼板は、｛１１０｝＜００１＞方位（ゴス方位）、すなわち｛１１０｝面が鋼板に平行で、かつ＜００１＞軸が圧延方向に収束した集合組織を有している。
これにより、一方向性電磁鋼板は、圧延方向に対して極めて高い磁気特性を示すことができる。このため、一方向性電磁鋼板は、巻き鉄心のような圧延方向にのみ磁束が流れる用途に適しており、有用な磁性材料として使用されている。
これにより、一方向性電磁鋼板は、圧延方向に対して極めて高い磁気特性を示すことができる。このため、一方向性電磁鋼板は、巻き鉄心のような圧延方向にのみ磁束が流れる用途に適しており、有用な磁性材料として使用されている。
一方で、近年、一方向だけでなく、それと直交する方向の磁気特性にも優れた用途に適する二方向性電磁鋼板が要求されている。二方向性電磁鋼板は、｛１００｝＜００１＞（いわゆるキューブ方位）集合組織を有する。そして、二方向性電磁鋼板は、＜００１＞軸が鋼板面内の圧延方向と圧延直角方向（圧延方向に対して直交する方向）の両方に向いており、鋼板面内に直交する２つの方向で優れた磁気特性を示す電磁鋼板である。
二方向性電磁鋼板は、例えば、特許文献１〜３に開示された製造方法によって得られることが知られている。
例えば、二方向性電磁鋼板は、クロス圧延による方法によって得られることが知られている（特許文献１）。この方法は、珪素鋼素材を一方向に冷間圧延した後、さらに、この冷間圧延方向と交差方向に冷間圧延を加え、その後、仕上げ焼鈍として、短時間焼鈍と９００℃〜１３００℃程度の高温焼鈍とを行う方法である。
しかし、仕上げ焼鈍前に交差圧延を行うことは、商業生産上、コイルの状態で幅方向に圧延しなければならず、特殊な装置が必要となる。
例えば、二方向性電磁鋼板は、クロス圧延による方法によって得られることが知られている（特許文献１）。この方法は、珪素鋼素材を一方向に冷間圧延した後、さらに、この冷間圧延方向と交差方向に冷間圧延を加え、その後、仕上げ焼鈍として、短時間焼鈍と９００℃〜１３００℃程度の高温焼鈍とを行う方法である。
しかし、仕上げ焼鈍前に交差圧延を行うことは、商業生産上、コイルの状態で幅方向に圧延しなければならず、特殊な装置が必要となる。
また、二方向性電磁鋼板を得るための他の製造方法としては、脱Ｃ、又は脱Ｃと脱Ｍｎとを生じさせる高温焼鈍を利用した製造方法（特許文献２）も提案されている。
しかし、この手法では真空中で焼鈍しなければならず、やはり、特殊な装置が必要となる。
しかし、この手法では真空中で焼鈍しなければならず、やはり、特殊な装置が必要となる。
さらに、結晶粒径が小さい二方向性電磁鋼板を得るための製造方法として、二次再結晶後の方向性電磁鋼板を浸炭させ、１００℃〜４００℃で焼鈍し、圧延方向に５０％以上の圧下率で圧延した後、再結晶焼鈍をする方法（特許文献３）が知られている。
しかし、この手法では、浸炭によりセメンタイトが析出し、鉄損が劣位である。
しかし、この手法では、浸炭によりセメンタイトが析出し、鉄損が劣位である。
ところで、特許文献１〜３に開示されている二方向性電磁鋼板は、生成される｛１００｝＜００１＞方位の集積度が高すぎる。このため、例えば、二方向性電磁鋼板をモータの鉄心として適用する場合に、打ち抜き加工時の寸法精度が低いという課題、及び曲げ加工時に板厚が減少し、占積率が低下するという課題があった。二方向性電磁鋼板をモータの鉄心として使用する際、主に打ち抜き加工が行われる。打ち抜き加工時の寸法精度が低いとモータ効率が低下する。また、モータの鉄心が、螺旋巻き鉄心であるとき、曲げ加工を行う場合がある。二方向性電磁鋼板の｛１００｝＜００１＞方位が多いと、曲げ加工時に板厚が減少し、占積率が低下しやすい。占積率の低下はモータ効率の低下につながる。
このように、二方向性電磁鋼板において、直交する二方向に優れた磁気特性を有し、さらに、打ち抜き加工時の寸法精度に優れ、曲げ加工時に占積率を低下しにくくする技術は確立されていなかったのが実情である。
なお、以下の説明において、打ち抜き加工時の寸法精度を「打ち抜き精度」と称する。また、曲げ加工時に占積率が低下しにくいことを、「曲げ加工性が良い」又は「曲げ加工性に優れる」と称する。
なお、以下の説明において、打ち抜き加工時の寸法精度を「打ち抜き精度」と称する。また、曲げ加工時に占積率が低下しにくいことを、「曲げ加工性が良い」又は「曲げ加工性に優れる」と称する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、優れた磁気特性を有し、さらに、打ち抜き精度が良く、曲げ加工性が良い二方向性電磁鋼板、及びその製造方法を提供するものである。
本発明者らは、上記課題を解決するために、二方向性電磁鋼板において、打ち抜き精度と曲げ加工性を向上させる観点から、鋭意研究を重ねた。
その結果、本発明者らは、主方位となる｛１００｝＜００１＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、副方位となる結晶の滑り面が板厚と平行な｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒の面積比率が２０％以上である集合組織を有する二方向性電磁鋼板とすることで、磁気特性に優れ、打ち抜き精度と曲げ加工性が飛躍的に向上することを知見した。
その結果、本発明者らは、主方位となる｛１００｝＜００１＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、副方位となる結晶の滑り面が板厚と平行な｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒の面積比率が２０％以上である集合組織を有する二方向性電磁鋼板とすることで、磁気特性に優れ、打ち抜き精度と曲げ加工性が飛躍的に向上することを知見した。
本発明は上記の知見に基づきなされたものであり、その要旨は、以下のとおりである。
＜１＞ ｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が２０％以上である二方向性電磁鋼板。
＜２＞ 平均結晶粒径が１５０μｍ以下である＜１＞に記載の二方向性電磁鋼板。
＜３＞ 質量％で、
Ｃ：０．０１００％以下、
Ｓｉ：２．００％以上４．００％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｓｂ：０．２％以下、
Ｓｎ：０．２％以下、
Ｎｉ：０．５％以下、
Ｃｕ：０．５％以下、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｐ：０．３％以下、
及びＡｌ：０．５％以下を含有し、並びに、残部としてＦｅおよび不純物元素を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の二方向性電磁鋼板。
＜４＞ ｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板の圧延方向に対して直交する方向に、圧下率が２０％〜５０％となるように冷間圧延する冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後、７００℃以上の温度域で焼鈍する焼鈍工程と、
を有する＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
＜５＞ 前記焼鈍の温度域が、７００℃〜１０００℃である＜４＞に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
＜２＞ 平均結晶粒径が１５０μｍ以下である＜１＞に記載の二方向性電磁鋼板。
＜３＞ 質量％で、
Ｃ：０．０１００％以下、
Ｓｉ：２．００％以上４．００％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｓｂ：０．２％以下、
Ｓｎ：０．２％以下、
Ｎｉ：０．５％以下、
Ｃｕ：０．５％以下、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｐ：０．３％以下、
及びＡｌ：０．５％以下を含有し、並びに、残部としてＦｅおよび不純物元素を含有する＜１＞又は＜２＞に記載の二方向性電磁鋼板。
＜４＞ ｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板の圧延方向に対して直交する方向に、圧下率が２０％〜５０％となるように冷間圧延する冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後、７００℃以上の温度域で焼鈍する焼鈍工程と、
を有する＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
＜５＞ 前記焼鈍の温度域が、７００℃〜１０００℃である＜４＞に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明によれば、優れた磁気特性を有し、さらに、打ち抜き精度が良く、曲げ加工性が良い二方向性電磁鋼板、及びその製造方法を提供できる。
以下、本発明について詳細に説明する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
なお、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
本発明の二方向性電磁鋼板は、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が２０％以上である集合組織を有する。
なお、｛１００｝＜００１＞（±３０°）は、｛１００｝＜００１＞から±３０度以内を表し、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）は、｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内を表す。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板の有する｛１００｝＜００１＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒、及び｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒について、図面を用いて説明する。
なお、｛１００｝＜００１＞（±３０°）は、｛１００｝＜００１＞から±３０度以内を表し、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）は、｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内を表す。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板の有する｛１００｝＜００１＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒、及び｛１１０｝＜１１０＞から±３０度以内の結晶方位の結晶粒について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の二方向性電磁鋼板の（００１）極点図の一例を示す模式図である。本発明の二方向性電磁鋼板は、例えば、図１に示す（００１）極点図のように、主方位である｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位１（以下、「｛１００｝＜００１＞近傍方位１」と称する）に結晶粒を有し、かつ、副方位である｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位２（以下、「｛１１０｝＜１１０＞近傍方位２」と称する）に結晶粒を有している。
そして、本発明の二方向性電磁鋼板は、｛１００｝＜００１＞近傍方位１の結晶粒が、全結晶粒に対する面積比率で５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞近傍方位２の結晶粒が、全結晶粒に対する面積比率で２０％以上である結晶方位を有している。本発明の二方向性電磁鋼板は、板厚中心層を観察したときに、このような結晶方位を有している視野が一つ以上存在している。
一方、図２は、従来の二方向性電磁鋼板の（００１）極点図を示す模式図である。従来の二方向性電磁鋼板は、図２に示す（００１）極点図のように、｛１００｝＜００１＞近傍方位１に結晶粒を有しているが、｛１１０｝＜１１０＞近傍方位には結晶粒を有していない。
このように、本発明の二方向性電磁鋼板は、主方位である｛１００｝＜００１＞近傍方位１と、副方位である｛１１０｝＜１１０＞近傍方位２との両者に結晶方位を有している点で、従来の二方向性電磁鋼板とは、異なるものである。
このように、本発明の二方向性電磁鋼板は、主方位である｛１００｝＜００１＞近傍方位１と、副方位である｛１１０｝＜１１０＞近傍方位２との両者に結晶方位を有している点で、従来の二方向性電磁鋼板とは、異なるものである。
ここで、本発明の二方向性電磁鋼板が有する｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率を測定する方法について説明する。
なお、以下の説明において、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率は、それぞれ、「｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率」、及び「｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率」と称する場合がある。
なお、以下の説明において、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率は、それぞれ、「｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率」、及び「｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率」と称する場合がある。
これらの面積比率は、以下の方法によって求められる。
本発明の二方向性電磁鋼板の結晶方位は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて観察する。結晶方位の｛｝内は圧延面の法線方向のミラー指数を示し、＜＞内は２次再結晶前の冷延における圧延方向と平行な方向をミラー指数で示している。
本発明の二方向性電磁鋼板の結晶方位は、電子線後方散乱回折法（ＥＢＳＤ）を用いて観察する。結晶方位の｛｝内は圧延面の法線方向のミラー指数を示し、＜＞内は２次再結晶前の冷延における圧延方向と平行な方向をミラー指数で示している。
ＥＢＳＤの測定条件の詳細は次の通りである。
・測定装置：電子線後方散乱回折装置付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＢＳＤ）
（ＳＥＭの型番「ＪＳＭ−６４００」（ＪＥＯＬ社製））
・ステップ間隔：１０μｍ
・倍率：１００倍
・測定対象：鋼板の圧延面の中心層
・測定領域：７５００μｍ×７５００μｍ
・測定結晶粒数：１０００個
・測定装置：電子線後方散乱回折装置付き走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ−ＥＢＳＤ）
（ＳＥＭの型番「ＪＳＭ−６４００」（ＪＥＯＬ社製））
・ステップ間隔：１０μｍ
・倍率：１００倍
・測定対象：鋼板の圧延面の中心層
・測定領域：７５００μｍ×７５００μｍ
・測定結晶粒数：１０００個
以上の測定条件により測定された全結晶粒に対して、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒について、全結晶粒に対する面積比率を求める。なお、面積比率は平均値で表される。
磁気特性が特に優れる点で、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率は、５０％以上であることが好ましく、７０％以上であることがより好ましい。上限は特に限定されないが、打ち抜き精度と曲げ加工性の点で、８０％以下であることがよい。
また、磁気特性及び打ち抜き精度と曲げ加工性の点で、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率は、２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。上限は磁気特性の点で、４９％以下であることがよい。
また、磁気特性及び打ち抜き精度と曲げ加工性の点で、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率は、２０％以上であることが好ましく、３０％以上であることがより好ましい。上限は磁気特性の点で、４９％以下であることがよい。
本発明の二方向性電磁鋼板は、上記構成を有することで、打ち抜き精度と曲げ加工性に優れる。この理由は定かではないが、以下のように推測される。
｛１００｝＜００１＞結晶粒のみでは加工異方性が強く、円形に打ち抜いた時、寸法精度が出にくい。しかしながら、本発明の二方向性電磁鋼板では｛１１０｝＜１１０＞といった別の加工異方性を持つ粒も有することで、寸法精度が向上したと本発明者らは考えている。
また、本発明の二方向性電磁鋼板が、螺旋巻き鉄心に適用された場合に、曲げ加工時の板厚減少が発生しにくいのは、ｒ値(引張加工時における(幅減少量)/(板厚減少量))が高いことに起因していると本発明者らは考えている。｛１００｝＜００１＞のｒ値は｛１１０｝＜１１０＞のｒ値よりも低いことが知られている。本発明の二方向性電磁鋼板は、{１００}＜００１＞の他に｛１１０｝＜１１０＞も含まれていることから、従来の二方向性電磁鋼板よりもｒ値が高い、つまり板厚が減少しにくくなっていると考えられる。なお、｛１１０｝＜１１０＞方位粒が、例えば、螺旋巻き鉄心のような螺旋状等の曲げ加工に適していることは、特許３６３１５２３号公報で述べられている。
また、本発明の二方向性電磁鋼板が、螺旋巻き鉄心に適用された場合に、曲げ加工時の板厚減少が発生しにくいのは、ｒ値(引張加工時における(幅減少量)/(板厚減少量))が高いことに起因していると本発明者らは考えている。｛１００｝＜００１＞のｒ値は｛１１０｝＜１１０＞のｒ値よりも低いことが知られている。本発明の二方向性電磁鋼板は、{１００}＜００１＞の他に｛１１０｝＜１１０＞も含まれていることから、従来の二方向性電磁鋼板よりもｒ値が高い、つまり板厚が減少しにくくなっていると考えられる。なお、｛１１０｝＜１１０＞方位粒が、例えば、螺旋巻き鉄心のような螺旋状等の曲げ加工に適していることは、特許３６３１５２３号公報で述べられている。
本発明の二方向性電磁鋼板は、打ち抜き精度をより向上させる点で、平均結晶粒径を３５０μｍ以下とすることがよく、３００μｍ以下とすることが好ましく、１５０μｍ以下とすることがより好ましい。
一方、平均結晶粒径の下限は特に限定されないが、平均結晶粒径が小さすぎると磁気特性が低くなるため、２０μｍ以上にすることがよい。
一方、平均結晶粒径の下限は特に限定されないが、平均結晶粒径が小さすぎると磁気特性が低くなるため、２０μｍ以上にすることがよい。
二方向性電磁鋼板の平均結晶粒径の測定方法は、以下のとおりである。
試験片を板厚断面が観察できるように切断し、ナイタールエッチングにより粒界を腐食させて発現させる。その後、１００個以上の結晶粒の結晶粒径を線分法により測定し、平均結晶粒径を求める。
試験片を板厚断面が観察できるように切断し、ナイタールエッチングにより粒界を腐食させて発現させる。その後、１００個以上の結晶粒の結晶粒径を線分法により測定し、平均結晶粒径を求める。
本発明の二方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００３０％以下、Ｓｉ：２．００％以上４．００％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｓｂ：０．２％以下、Ｓｎ：０．２％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｐ：０．３％以下、及びＡｌ：０．５％以下を含有し、並びに、残部としてＦｅおよび不純物元素からなる鋼板であることがよい。
これらの元素のうち、Ｃは、鉄損を低下させる成分であり、磁気時効の原因ともなる元素であるため、０．０１００％以下（０．００００％〜０．０１００％）とすることがよい。
また、Ｓｉは、電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させることにより、鉄損を低減する作用のある成分であり、さらに、降伏比を増大させることにより、打ち抜き精度を向上させる作用も有する。これらの作用を奏するためには、２．００％以上含有させることがよい。
一方、Ｓｉは、含有量が増え過ぎると、磁束密度が低下し、かつ、硬度の上昇を招いて、打ち抜き精度が低下しやすくなる。また、二方向性電磁鋼板の製造工程において、冷延等の作業性の低下、コスト高ともなり得るので、４．００％以下とすることがよい。
一方、Ｓｉは、含有量が増え過ぎると、磁束密度が低下し、かつ、硬度の上昇を招いて、打ち抜き精度が低下しやすくなる。また、二方向性電磁鋼板の製造工程において、冷延等の作業性の低下、コスト高ともなり得るので、４．００％以下とすることがよい。
なお、鋼板中には、上記したＣ、Ｓｉの他、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐ、及びＡｌ等の元素を含んでいてもよい。これらの成分については、上述のような一般的な量で含有していてもよい。具体的には、Ｍｎ：０．５％以下、Ｓｂ：０．２％以下、Ｓｎ：０．２％以下、Ｎｉ：０．５％以下、Ｃｕ：０．５％以下、Ｃｒ：０．５％以下、Ｐ：０．３％以下、及びＡｌ：０．５％以下を含有する。そして、残部としてＦｅおよび不純物元素を含有する。ただし、Ｍｎ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｐ、及びＡｌの下限としては、０．０％である。なお、不純物とは、原材料に含まれる成分、または、製造の過程で混入する成分であって、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を指す。
以下、本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
本発明の二方向性電磁鋼板は、例えば、｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板の圧延方向に対して直交する方向に、圧下率が２０％〜５０％となるように冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延工程の後、７００℃以上の温度域で焼鈍する焼鈍工程とを有する製造方法によって得ることができる。
具体的には、まず、｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板のコイルの幅方向に切断された鋼板（以下、「切板」と称する）を準備する。一方向性電磁鋼板としては、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を有しない鋼板を準備してもよい。又は、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を有している鋼板を準備し、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を切削等で機械的に除去した鋼板としてもよい。
また、一方向性電磁鋼板としては、｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有するのであれば、一方向性電磁鋼板の化学組成は特に限定されない。｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板としては、たとえば、以下の化学組成を有する一方向性電磁鋼板であることがよい。
このような一方向性電磁鋼板としては、質量比で、Ｃ：０．００００％〜０．００３０％、Ｓｉ：２．００％〜４．００％、Ｍｎ：０．０％〜０．５％、Ｓｂ：０．０％〜０．２％、Ｓｎ：０．０％〜０．２％、Ｎｉ：０．０％〜０．５％、Ｃｕ：０．０％〜０．５％、Ｃｒ：０．０％〜０．５％、Ｐ：０．０％〜０．３％、及びＡｌ：０．０％〜０．５％を含有する。そして、残部は、Ｆｅおよび不純物元素からなる鋼板である。
このような一方向性電磁鋼板としては、質量比で、Ｃ：０．００００％〜０．００３０％、Ｓｉ：２．００％〜４．００％、Ｍｎ：０．０％〜０．５％、Ｓｂ：０．０％〜０．２％、Ｓｎ：０．０％〜０．２％、Ｎｉ：０．０％〜０．５％、Ｃｕ：０．０％〜０．５％、Ｃｒ：０．０％〜０．５％、Ｐ：０．０％〜０．３％、及びＡｌ：０．０％〜０．５％を含有する。そして、残部は、Ｆｅおよび不純物元素からなる鋼板である。
次に、準備した切板の幅方向（一方向性電磁鋼板の圧延方向に対して直交する方向）に圧延を行う。
ここで、｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板を板厚方向に９０度回転させると｛１１０｝＜１１０＞方位となる。この｛１１０｝＜１１０＞方位を冷間圧延（以下、「冷延」と称する場合がある）すると、剪断変形により｛１１０｝＜１１０＞が一部｛１００｝＜００１＞に方位変化する。
このとき、圧下率が２０％未満の時は｛１００｝＜００１＞方位の発生量が少なく、二方向性電磁鋼板とならない。一方、圧下率が５０％超のときは｛１１０｝＜１１０＞方位粒が磁気特性の低い｛１１１｝＜１１０＞に変化するため、磁気特性、打ち抜き精度が低下する。そのため、圧下率が２０％〜５０％となるように冷延することで、磁気特性、打ち抜き精度、及び曲げ加工性に優れた二方向性電磁鋼板が得られる。
このように、本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法は、二次再結晶した一方向性電磁鋼板の幅方向に対する冷延が最大の特徴である。
ここで、｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板を板厚方向に９０度回転させると｛１１０｝＜１１０＞方位となる。この｛１１０｝＜１１０＞方位を冷間圧延（以下、「冷延」と称する場合がある）すると、剪断変形により｛１１０｝＜１１０＞が一部｛１００｝＜００１＞に方位変化する。
このとき、圧下率が２０％未満の時は｛１００｝＜００１＞方位の発生量が少なく、二方向性電磁鋼板とならない。一方、圧下率が５０％超のときは｛１１０｝＜１１０＞方位粒が磁気特性の低い｛１１１｝＜１１０＞に変化するため、磁気特性、打ち抜き精度が低下する。そのため、圧下率が２０％〜５０％となるように冷延することで、磁気特性、打ち抜き精度、及び曲げ加工性に優れた二方向性電磁鋼板が得られる。
このように、本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法は、二次再結晶した一方向性電磁鋼板の幅方向に対する冷延が最大の特徴である。
そして、冷間圧延（冷延）の時点では｛１００｝＜００１＞方位から±３０度以内の結晶粒の面積比率は１０％未満であるが、再結晶させることで、その面積比率を５０％以上に増加させることができる。このとき、再結晶比率を１００％にすることが望ましい。再結晶させるためには、７００度以上で焼鈍をすることがよく、８００度以上であることが好ましい。なお、焼鈍の温度域の上限は特に限定されないが、焼鈍温度が高すぎると、平均結晶粒径が大きくなりすぎる場合があるので、焼鈍の温度域の上限は、１１００℃未満（好ましくは１０００℃以下）とすることがよい。
本発明の二方向性電磁鋼板の製造方法によれば、特殊な装置を必要としないため、本発明の二方向性電磁鋼板を簡便に製造し得る。
なお、本発明の二方向性電磁鋼板を得る方法として、上記の製造方法を例に挙げて説明したが、この製造方法に限定されるものではない。｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒を５０％以上有し、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒を２０％以上有する二方向性電磁鋼板が得られるのであれば、製造方法は特に限定されるものではない。
なお、本発明の二方向性電磁鋼板を得る方法として、上記の製造方法を例に挙げて説明したが、この製造方法に限定されるものではない。｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒を５０％以上有し、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒を２０％以上有する二方向性電磁鋼板が得られるのであれば、製造方法は特に限定されるものではない。
本発明の二方向性電磁鋼板は、優れた磁気特性を有し、打ち抜き精度に優れ、曲げ加工性にも優れる。そのため、本発明の二方向性電磁鋼板は、例えば、モータ、及び発電機等の電気機器鉄心材料として好適に使用され得る。
本発明の二方向性電磁鋼板は、鋼板面内に直交する二方向で優れた磁気特性を有し、優れた打ち抜き精度を有するため、例えば、ティース部とヨーク部とで磁束が流れる方向が直交している、モータの分割鉄心の材料として有用である。
本発明の二方向性電磁鋼板は、鋼板面内に直交する二方向で優れた磁気特性を有し、優れた打ち抜き精度を有するため、例えば、ティース部とヨーク部とで磁束が流れる方向が直交している、モータの分割鉄心の材料として有用である。
また、本発明の二方向性電磁鋼板は、優れた磁気特性を有し、打ち抜き精度に優れ、さらに、曲げ加工性にも優れることから、モータの螺旋巻き鉄心の材料として、特に有用である。
例えば、本発明の二方向性電磁鋼板を使用してモータの分割鉄心を得る場合、その製造方法は特に限定されず、通常工業的に採用されている方法によって製造すればよい。具体的には、例えば、以下のようにして得られる。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板を使用して、ティース部とヨーク部とを有する所定形状に打ち抜き、所定の枚数の打ち抜き部材（打ち抜き板）を作製する。打ち抜き部材は、ティース部とヨーク部とを有する所定の形状に打ち抜かれるときに、積層して一体化するための凹凸部が形成される。
次に、得られた打ち抜き部材の所定の枚数を組み合わせて積層され、かしめ加工される。かしめ加工により、各々の打ち抜き板に形成された凹凸部が機械的に相互に嵌め合わされて固定され、打ち抜き部材が一体化され、モータ鉄心が得られる。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板を使用して、ティース部とヨーク部とを有する所定形状に打ち抜き、所定の枚数の打ち抜き部材（打ち抜き板）を作製する。打ち抜き部材は、ティース部とヨーク部とを有する所定の形状に打ち抜かれるときに、積層して一体化するための凹凸部が形成される。
次に、得られた打ち抜き部材の所定の枚数を組み合わせて積層され、かしめ加工される。かしめ加工により、各々の打ち抜き板に形成された凹凸部が機械的に相互に嵌め合わされて固定され、打ち抜き部材が一体化され、モータ鉄心が得られる。
また、例えば、本発明の二方向性電磁鋼板を使用してモータの螺旋巻き鉄心を得る場合、その製造方法は特に限定されず、通常工業的に採用されている方法によって製造すればよい。具体的には、例えば、以下のようにして得られる。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板を使用して、ティース部とヨーク部とを有する所定形状に打ち抜き、打ち抜き部材を作製する。打ち抜き部材は、ティース部を内側、ヨーク部を外側にして、螺旋状に曲げ加工を行い、積層される。
次に、螺旋状に積層された鉄心をかしめ加工する。かしめ加工により、各々の螺旋状に積層された鉄心が機械的に相互に嵌め合わされて固定され、一体化されたモータ鉄心が得られる。このようにして得られたモータ鉄心は、加工歪みを除くために焼鈍を行っても良い。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板を使用して、ティース部とヨーク部とを有する所定形状に打ち抜き、打ち抜き部材を作製する。打ち抜き部材は、ティース部を内側、ヨーク部を外側にして、螺旋状に曲げ加工を行い、積層される。
次に、螺旋状に積層された鉄心をかしめ加工する。かしめ加工により、各々の螺旋状に積層された鉄心が機械的に相互に嵌め合わされて固定され、一体化されたモータ鉄心が得られる。このようにして得られたモータ鉄心は、加工歪みを除くために焼鈍を行っても良い。
以上のように、本発明によれば、磁気特性と、打ち抜き精度及び曲げ加工性とに優れた二方向性電磁鋼板を得ることができるため、電気機器鉄心材料（特に、モータの螺旋巻き鉄心材料）として適用することが望ましい。鉄心材料として使用され得る本発明の二方向性電磁鋼板は、電気機器の分野における喫緊の高効率化、小型化要請に十分に応えることができ、その工業的価値は極めて高いものである。
なお、本発明は、上記に限定されるものではない。上記は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
以下、実施例を例示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
（実施例１）
−主方位および副方位の確認−
本発明の二方向性電磁鋼板が、主方位および副方位を有することについて確認試験を行う。
まず、質量％で、Ｃ：０．００３０％、Ｓｉ：３．１０％、Ｍｎ：０．１％、を含有する厚さ０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板の切板を準備する。次に、絶縁コーティングを水酸化ナトリウム水溶液で、フォルステライト皮膜を硫酸で除去する。しかる後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に対して４０％の圧下率で冷延を行う。その後、冷延板を窒素雰囲気中にて８５０℃で１秒焼鈍する。焼鈍終了後、鋼板を空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板の中心層を既述の測定条件により、ＥＢＳＤにより観察を行う。
−主方位および副方位の確認−
本発明の二方向性電磁鋼板が、主方位および副方位を有することについて確認試験を行う。
まず、質量％で、Ｃ：０．００３０％、Ｓｉ：３．１０％、Ｍｎ：０．１％、を含有する厚さ０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板の切板を準備する。次に、絶縁コーティングを水酸化ナトリウム水溶液で、フォルステライト皮膜を硫酸で除去する。しかる後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に対して４０％の圧下率で冷延を行う。その後、冷延板を窒素雰囲気中にて８５０℃で１秒焼鈍する。焼鈍終了後、鋼板を空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板の中心層を既述の測定条件により、ＥＢＳＤにより観察を行う。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板の（００１）極点図を図３に示す。図３に示すとおり、上記方法で得られる二方向性電磁鋼板は、主方位である｛１００｝＜００１＞近傍方位１Ａと、副方位である｛１１０｝＜１１０＞近傍方位２Ａとの２方位で結晶粒が観察される。この二方向性電磁鋼板における各結晶粒の面積比率は、｛１００｝＜００１＞から３０°以内の結晶粒は６１％であり、｛１１０｝＜１１０＞から３０°以内の結晶粒は３７％である。
（実施例２）
−圧下率および焼鈍条件の影響−
まず、質量％で、Ｃ：０．０００２％、Ｓｉ：３．０９％を含有する０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板の切板を準備する。次に、水酸化ナトリウム水溶液で絶縁コーティングを除去し、硫酸でフォルステライト皮膜を除去する。その後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に対して圧下率１０％〜６０％で冷延を行う。その後、窒素雰囲気中にて、冷延板を６００℃〜１１００℃の各温度条件で１秒間焼鈍する。焼鈍終了後、鋼板を空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板について、表１に示す中心層のＥＢＳＤ観察、磁気特性、打ち抜き精度及び曲げ加工性の各評価を行う。
なお、ＥＢＳＤ観察は既述の方法により測定を行う。磁気特性はＢ５０（Ｔ）（磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度）の測定を行う。
Ｂ５０（Ｔ）は、二方向性電磁鋼板における長手方向（一方向性電磁鋼板における圧延方向）と幅方向（一方向性電磁鋼板における圧延方向に直交する方向に圧延した方向）との平均値である。
打ち抜き精度と曲げ加工性は下記操作方法により評価を行う。
−圧下率および焼鈍条件の影響−
まず、質量％で、Ｃ：０．０００２％、Ｓｉ：３．０９％を含有する０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板の切板を準備する。次に、水酸化ナトリウム水溶液で絶縁コーティングを除去し、硫酸でフォルステライト皮膜を除去する。その後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に対して圧下率１０％〜６０％で冷延を行う。その後、窒素雰囲気中にて、冷延板を６００℃〜１１００℃の各温度条件で１秒間焼鈍する。焼鈍終了後、鋼板を空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板について、表１に示す中心層のＥＢＳＤ観察、磁気特性、打ち抜き精度及び曲げ加工性の各評価を行う。
なお、ＥＢＳＤ観察は既述の方法により測定を行う。磁気特性はＢ５０（Ｔ）（磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度）の測定を行う。
Ｂ５０（Ｔ）は、二方向性電磁鋼板における長手方向（一方向性電磁鋼板における圧延方向）と幅方向（一方向性電磁鋼板における圧延方向に直交する方向に圧延した方向）との平均値である。
打ち抜き精度と曲げ加工性は下記操作方法により評価を行う。
・打ち抜き精度
内径１００ｍｍ、外径１２０ｍｍのリング状試料を打ち抜き、真円からの平均差（真円からのズレ）を求める。平均差が２μｍ以下であれば打ち抜き精度は良いと考える。
内径１００ｍｍ、外径１２０ｍｍのリング状試料を打ち抜き、真円からの平均差（真円からのズレ）を求める。平均差が２μｍ以下であれば打ち抜き精度は良いと考える。
・曲げ加工性
２０ｍｍ幅×８００ｍｍ長さの鋼板を作製し、内径２００ｍｍ、外径２４０ｍｍの曲げ加工を行う。その際の板厚変化量（％）を測定する。板厚変化量が６％以下であれば曲げ加工性は良いと考える。
２０ｍｍ幅×８００ｍｍ長さの鋼板を作製し、内径２００ｍｍ、外径２４０ｍｍの曲げ加工を行う。その際の板厚変化量（％）を測定する。板厚変化量が６％以下であれば曲げ加工性は良いと考える。
表１に示すように、鋼板Ｎｏ．２−２〜Ｎｏ．２−６は本発明の範囲であり、磁束密度Ｂ５０が高く、打ち抜き精度及び、曲げ加工性が良好である。鋼板Ｎｏ．２−１は｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。そのため、鋼板Ｎｏ．２−１は磁束密度Ｂ５０が低い。一方、鋼板Ｎｏ．２−７、及びＮｏ．２−８は｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率と｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。そのため、鋼板Ｎｏ．２−７、及びＮｏ．２−８は磁束密度Ｂ５０が低く、打ち抜き精度、及び曲げ加工性が劣位である。
また、表１に示すように、圧下率が低すぎると｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。圧下率が高すぎる、又は焼鈍温度が低すぎると、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。さらに、同じ圧下率であって、焼鈍温度が高い場合は、平均結晶粒径が大きくなる傾向がある。
また、表１に示すように、圧下率が低すぎると｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。圧下率が高すぎる、又は焼鈍温度が低すぎると、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が少ない。さらに、同じ圧下率であって、焼鈍温度が高い場合は、平均結晶粒径が大きくなる傾向がある。
（実施例３）
−化学組成による影響−
まず、質量％で、表２に示す化学組成を有し、厚さ０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板（鋼板と表記）の切板を準備する。次に、水酸化ナトリウム水溶液で絶縁コーティングを除去し、硫酸でフォルステライト皮膜を除去する。その後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に圧下率４０％で冷延を行う。冷延板を８５０℃の各温度条件で１秒間焼鈍をし、空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板について、実施例２と同様の評価方法により、表３に示す中心層のＥＢＳＤ観察、磁気特性、及び打ち抜き精度と曲げ加工性の各評価を行う。
−化学組成による影響−
まず、質量％で、表２に示す化学組成を有し、厚さ０．３０ｍｍの一方向性電磁鋼板（鋼板と表記）の切板を準備する。次に、水酸化ナトリウム水溶液で絶縁コーティングを除去し、硫酸でフォルステライト皮膜を除去する。その後に、絶縁コーティング、及びフォルステライト皮膜を除去した切板の幅方向に圧下率４０％で冷延を行う。冷延板を８５０℃の各温度条件で１秒間焼鈍をし、空冷する。
上記方法で得られる二方向性電磁鋼板について、実施例２と同様の評価方法により、表３に示す中心層のＥＢＳＤ観察、磁気特性、及び打ち抜き精度と曲げ加工性の各評価を行う。
表３に示すように、二方向性電磁鋼板を得るために用いる一方向性電磁鋼板の化学組成によらずに、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が本発明の範囲内である二方向性電磁鋼板が得られることが分かる。そして、｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶粒の面積比率、及び｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）の結晶粒の面積比率が本発明の範囲である二方向性電磁鋼板は、磁束密度Ｂ５０が高く、打ち抜き精度及び曲げ加工性が良好であることが分かる。
しかし、成分の推奨範囲を外れると別の課題が発生する。鋼板Ｎｏ．３−９はＣが多く、磁気時効を起こすためモータ鉄心への適用は不向きである。また、鋼板Ｎｏ．３−１０はＳｉが多く、冷延時の作業性が低下するため、商業生産には向いていない。鋼板Ｎｏ．３−１１はＳｉ量が少なく、相変態をするため、一方向性電磁鋼板を商業的に生産するには不向きである。
しかし、成分の推奨範囲を外れると別の課題が発生する。鋼板Ｎｏ．３−９はＣが多く、磁気時効を起こすためモータ鉄心への適用は不向きである。また、鋼板Ｎｏ．３−１０はＳｉが多く、冷延時の作業性が低下するため、商業生産には向いていない。鋼板Ｎｏ．３−１１はＳｉ量が少なく、相変態をするため、一方向性電磁鋼板を商業的に生産するには不向きである。
Claims (5)
- ｛１００｝＜００１＞（±３０°）の結晶方位の結晶粒の占める面積比率が５０％以上であり、｛１１０｝＜１１０＞（±３０°）結晶方位の結晶粒の占める面積比率が２０％以上である二方向性電磁鋼板。
- 平均結晶粒径が１５０μｍ以下である請求項１に記載の二方向性電磁鋼板。
- 質量％で、
Ｃ：０．０１００％以下、
Ｓｉ：２．００％以上４．００％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ｓｂ：０．２％以下、
Ｓｎ：０．２％以下、
Ｎｉ：０．５％以下、
Ｃｕ：０．５％以下、
Ｃｒ：０．５％以下、
Ｐ：０．３％以下、
及びＡｌ：０．５％以下を含有し、並びに、残部としてＦｅおよび不純物元素を含有する請求項１又は２に記載の二方向性電磁鋼板。 - ｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒を有する一方向性電磁鋼板の圧延方向に対して直交する方向に、圧下率が２０％〜５０％となるように冷間圧延する冷間圧延工程と、
前記冷間圧延工程の後、７００℃以上の温度域で焼鈍する焼鈍工程と、
を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記焼鈍の温度域が、７００℃〜１０００℃である請求項４に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
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