JP2018066033A

JP2018066033A - 無方向性電磁鋼板

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Publication number: JP2018066033A
Application number: JP2016204177A
Authority: JP
Inventors: 屋鋪　裕義; Hiroyoshi Yashiki; 裕義屋鋪; 義顕名取; Yoshiaki Natori; 高橋　克; Katsu Takahashi; 克高橋
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-10-18
Filing date: 2016-10-18
Publication date: 2018-04-26
Anticipated expiration: 2036-10-18
Also published as: JP6724712B2

Abstract

【課題】冷間圧延性及び磁気特性を共に向上させることが可能な、無方向性電磁鋼板を提供すること。【解決手段】本発明に係る無方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｉ：３．０％〜４．０％、Ｍｎ：２．０％〜３．３％、Ｐ：０％超〜０．０３０％未満、Ｓ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０％超〜０．００４０％以下、Ｎ：０％超〜０．００４０％以下を含有し、Ｓｉ−０．５×Ｍｎ：２．０％以上であり、残部がＦｅ及び不純物であり、平均結晶粒径が５５μｍ〜２００μｍである。【選択図】図１

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板に関する。

昨今、地球環境問題が注目されており、省エネルギーへの取り組みに対する要求は、一段と高まってきており、なかでも電気機器の高効率化は、近年強く要望されている。このため、モータ又は変圧器等の鉄心材料として広く使用されている無方向性電磁鋼板においても、磁気特性の向上に対する要請が更に強まっている。近年、モータの高効率化が進展する電気自動車やハイブリッド自動車用のモータ、及び、コンプレッサ用モータにおいては、その傾向が顕著である。

無方向性電磁鋼板の磁気特性のうち、特に高周波鉄損を向上させる（すなわち、高周波鉄損を低減する）ためには、鋼中に合金元素を添加することで鋼板の電気抵抗を上げ、渦電流損を低減することが有効である。そのため、例えば以下の特許文献１及び特許文献２に開示されているように、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ又はＰといった電気抵抗を上昇させる効果を有する元素を添加して、磁気特性（鉄損、磁束密度等）の改善を図ることが行われている。

特開２０００−１２９４０９号公報特開２０１５−１３１９９３号公報

ここで、同一の含有量（質量％）で合金元素を添加することを考えた場合に、Ｓｉが、電気抵抗を上昇させやすく、鉄損の低減に有効な元素である。そのため、上記特許文献１では、Ｓｉの含有量を、０．１質量％〜７．０質量％まで変化させて、検討が行われている。しかしながら、本発明者らが鋭意検討を行った結果、Ｓｉを含有させすぎると、無方向性電磁鋼板の加工性（より詳細には、冷間圧延性）が著しく低下することが明らかとなった。

また、上記特許文献２では、０．０３質量％〜０．２０質量％のＰを添加することで、鉄損及び磁束密度の向上を図っているが、本発明者らが鋭意検討を行った結果、Ｐを含有させすぎると、無方向性電磁鋼板の加工性（より詳細には、冷間圧延性）が著しく低下することが明らかとなった。

このように、上記特許文献１及び特許文献２に開示されている技術では、冷間圧延性及び磁気特性の双方に優れる無方向性電磁鋼板を得ることは困難であるという現状にある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、冷間圧延性及び磁気特性を共に向上させることが可能な、無方向性電磁鋼板を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討を行った結果、Ａｌの含有量を所定の値以下とし、かつ、冷間圧延性の低下が少ないＭｎをＳｉとともに複合添加することで、冷間圧延性と磁気特性とを共に向上させることが可能であるとの知見を得て、本発明を完成するに至った。
上記知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。

（１）質量％で、Ｃ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｉ：３．０％〜４．０％、Ｍｎ：２．０％〜３．３％、Ｐ：０％超〜０．０３０％未満、Ｓ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０％超〜０．００４０％以下、Ｎ：０％超〜０．００４０％以下を含有し、Ｓｉ−０．５×Ｍｎ：２．０％以上であり、残部がＦｅ及び不純物であり、平均結晶粒径が５５μｍ〜２００μｍである無方向性電磁鋼板。
（２）残部のＦｅの一部に換えて、更に、Ｓｎ：０．００５％〜０．１０％、Ｓｂ：０．００５％〜０．１０％から選ばれる少なくとも１種を含有する、（１）に記載の無方向性電磁鋼板。

以上説明したように本発明によれば、無方向性電磁鋼板において、冷間圧延性及び磁気特性を共に向上させることが可能となる。

本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の構造を模式的に示した説明図である。同実施形態にかかる無方向性電磁鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（無方向性電磁鋼板について）
無方向性電磁鋼板において、高周波鉄損を低減するために、一般的には、鋼中に合金元素を含有させて鋼板の電気抵抗を上げ、渦電流損を低減させることが行われる。ここで、同一の含有量（質量％）で合金元素を添加することを考えた場合に、Ｓｉが、電気抵抗を上昇させやすく、鉄損の低減に有効な元素である。しかしながら、本発明者らによる検討の結果、Ｓｉの含有量が４質量％を超える場合には、無方向性電磁鋼板の冷間圧延性が著しく低下することが明らかとなった。

また、Ａｌも、Ｓｉと同様に電気抵抗の上昇効果を示す合金元素であるが、Ｓｉと同様の冷間圧延性の低下が生じることも明らかとなった。また、Ａｌの含有量が２質量％を超えてしまうと、ヒステリシス損が劣化して磁気特性が低下してしまう傾向にあり、合金元素としてＡｌを大量に含有させることは、困難である。

そこで、本発明者らは、冷間圧延性と磁気特性とを共に向上させることが可能な方法について鋭意検討を行った結果、Ａｌの含有量を所定の値以下とし、かつ、冷間圧延性の低下が少ないＭｎをＳｉとともに複合添加することに想到したのである。

以下では、図１を参照しながら、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板について、詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の構造を模式的に示した説明図である。

本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０は、図１に模式的に示したように、所定の化学成分を含有している地鉄１１を有している。また、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、地鉄１１の表面に、絶縁被膜１３を更に有していることが好ましい。

以下では、まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の地鉄１１について、詳細に説明する。

＜地鉄の化学組成について＞
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の地鉄１１は、質量％で、Ｃ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｉ：３．０％〜４．０％、Ｍｎ：２．０％〜３．３％、Ｐ：０％超〜０．０３０％未満、Ｓ：０％超〜０．００５０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０％超〜０．００４０％以下、Ｎ：０％超〜０．００４０％以下を含有し、Ｓｉ−０．５×Ｍｎ：２．０％以上であり、残部がＦｅ及び不純物である。

また、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の地鉄１１は、残部のＦｅの一部に換えて、更に、Ｓｎ：０．００５％〜０．１０％、Ｓｂ：０．００５％〜０．１０％から選ばれる少なくとも１種を含有することが好ましい。

以下では、本実施形態に係る地鉄１１の化学組成が上記のように規定される理由について、詳細に説明する。なお、以下では、特に断りの無い限り、「％」は「質量％」を表すものとする。

［Ｃ：０％超〜０．００５０％以下］
Ｃ（炭素）は、不可避的に含有される元素であるとともに、鉄損劣化を引き起こす元素である。Ｃの含有量が０．００５０％を超える場合には、無方向性電磁鋼板において鉄損劣化が生じ、良好な磁気特性を得ることができない。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、Ｃの含有量を、０．００５０％以下とする。Ｃの含有量は、好ましくは、０．００４０％以下であり、更に好ましくは、０．００３０％以下である。Ｃの含有量は、少なければ少ないほど良いが、Ｃの含有量を０．０００５％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｃの含有量は、好ましくは、０．０００５％以上である。

［Ｓｉ：３．０％〜４．０％］
Ｓｉ（ケイ素）は、鋼の電気抵抗を上昇させて渦電流損を低減させ、高周波鉄損を改善する元素である。また、Ｓｉは、固溶強化能が大きいため、無方向性電磁鋼板の高強度化にも有効な元素である。高強度化は、モータの高速回転時の変形抑制や疲労破壊抑制といた観点から必要となる。かかる効果を十分に発揮させるためには、３．０％以上のＳｉを含有させることが必要である。一方、Ｓｉの含有量が４．０％を超える場合には、加工性が著しく劣化し、冷間圧延を実施することが困難となる（すなわち、冷間圧延性が低下する。）。従って、Ｓｉの含有量は、４．０％以下とする。Ｓｉの含有量は、好ましくは、３．１％以上３．９％以下であり、更に好ましくは、３．２％以上３．８％以下である。

［Ｍｎ：２．０％〜３．３％］
Ｍｎ（マンガン）は、鋼の加工性を劣化させずに電気抵抗を上昇させることで渦電流損を低減し、高周波鉄損を改善するために有効な元素である。また、Ｍｎは、Ｓｉよりも固溶強化能は小さいものの、加工性を劣化させることなく、高強度化に寄与できる元素である。かかる効果を十分に発揮させるためには、２．０％以上のＭｎを含有させることが必要である。一方、Ｍｎの含有量が３．３％超過となる場合には、磁束密度の低下が顕著となる。従って、Ｍｎの含有量は、３．３％以下とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは、２．１％以上３．２％以下であり、更に好ましくは、２．２％以上３．１％以下である。

［Ｐ：０％超〜０．０３０％未満］
Ｐ（リン）は、本実施形態の対象となるＳｉ及びＭｎの含有量が多い高合金鋼において、著しく加工性を劣化させて冷間圧延を困難にする元素である。従って、Ｐの含有量は、０．０３％未満とする。Ｐの含有量は、好ましくは、０．００１％以上０．０２０％以下であり、更に好ましくは、０．００２％以上０．０１０％以下である。

［Ｓ：０％超〜０．００５０％以下］
Ｓ（硫黄）は、不可避的に含有される元素であるとともに、ＭｎＳの微細析出物を形成することで鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。そのため、Ｓの含有量は、０．００５０％以下とする必要がある。Ｓの含有量は、少なければ少ないほど良いが、Ｓの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｓの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上である。Ｓの含有量は、好ましくは、０．００３０％以下であり、更に好ましくは、０．００２０％以下である。

［Ｓｏｌ．Ａｌ：０％超〜０．００４０％以下］
Ａｌ（アルミニウム）は、鋼中に固溶されると、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を上昇させることで渦電流損を低減し、高周波鉄損を改善する元素である。しかしながら、本実施形態では、Ａｌよりも加工性を劣化させずに電気抵抗を上昇させる元素であるＭｎを積極的に含有させるため、積極的に含有させることはしない。この場合、Ａｌの含有量が０．００４０％を超えると、鋼中に微細な窒化物が析出して熱延板焼鈍や仕上焼鈍での結晶粒成長を阻害し、磁気特性を劣化させる。従って、Ａｌの含有量は、０．００４０％以下とする。一方、Ａｌの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ａｌの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上０．００３０％以下であり、更に好ましくは、０．０００１％以上０．００２０％以下である。

［Ｎ：０％超〜０．００４０％以下］
Ｎ（窒素）は、不可避的に含有される元素であるとともに、磁気時効を引き起こして鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。そのため、Ｎの含有量は、０．００４０％以下とする必要がある。Ｎの含有量は、少なければ少ないほど良いが、Ｎの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｎの含有量は、０．０００１％以上とすることが好ましい。Ｎの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上０．００３０％以下であり、更に好ましくは、０．０００３％以上０．００２０％以下である。

［Ｓｉ−０．５×Ｍｎ：２．０％以上］
合金元素であるＳｉは、フェライト相促進元素（いわゆる、フェライトフォーマー元素）である一方で、合金元素であるＭｎは、オーステナイト相促進元素（いわゆる、オーステナイトフォーマー元素）である。従って、Ｓｉ及びＭｎそれぞれの含有量に応じて、無方向性電磁鋼板の金属組織は変化し、無方向性電磁鋼板は、変態点を有する成分系となったり、変態点を有しない成分系となったりする。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、変態点を有しない成分系を実現して、地鉄における平均結晶粒径を適度に大きくすることが求められる。そのため、変態点を有しない成分系となるように、Ｓｉ及びＭｎのそれぞれの含有量は、所定の関係性を満たすことが求められる。

ここで、経験的に、Ｍｎによるオーステナイト相促進能（換言すれば、フェライト相促進能を打ち消す効果）は、Ｓｉによるフェライト相促進能の０．５程度と考えることができる。そのため、本実施形態におけるフェライト相促進能の等量は、Ｓｉの含有量を基準として、「Ｓｉ−０．５×Ｍｎ」として表すことができる。

Ｓｉ−０．５×Ｍｎの値が２．０％未満である場合には、無方向性電磁鋼板は、変態点を有する成分系となってしまう。その結果、製造途中の高温処理時において鋼板の金属組織がフェライト単相ではなくなり、無方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する懸念があるため、好ましくない。従って、Ｓｉ−０．５×Ｍｎの値は、２．０％以上とする。一方、Ｓｉ−０．５×Ｍｎの上限値は、特に規定するものではないが、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板のＳｉ含有量及びＭｎ含有量の範囲から、Ｓｉ−０．５×Ｍｎの値は、３．０％を超えることはあり得ない。従って、Ｓｉ−０．５×Ｍｎの上限値は、実質的には、３．０％となる。Ｓｉ−０．５×Ｍｎの値は、好ましくは、２．１％以上３．０％以下であり、更に好ましくは、２．１％以上２．９％以下である。

［Ｓｎ：０．００５％〜０．１０％］
［Ｓｂ：０．００５％〜０．１０％］
Ｓｎ（スズ）及びＳｂ（アンチモン）は、表面に偏析し焼鈍中の酸化を抑制することで、低い鉄損を確保するのに有用な任意添加元素である。従って、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、かかる効果を得るために、残部のＦｅの一部に換えて、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、任意添加元素として地鉄中に含有させてもよい。かかる効果を十分に発揮させるためには、Ｓｎ又はＳｂの含有量を、それぞれ０．００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｎ又はＳｂの含有量がそれぞれ０．１０％を超える場合には、地鉄の延性が低下して冷間圧延が困難となる可能性がある。従って、Ｓｎ又はＳｂの含有量は、それぞれ０．１０％以下とすることが好ましい。Ｓｎ又はＳｂを地鉄中に含有させる場合に、Ｓｎ又はＳｂの含有量は、より好ましくは、それぞれ０．０１％以上０．０５％以下である。

なお、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板において、上述した元素以外のＮｉ（ニッケル）、Ｃｒ（クロム）、Ｃｕ（銅）、及び、Ｍｏ（モリブデン）等の元素の含有量に関しては、特に規定されるものではない。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、これらの元素を０．５％以下で含有しても、本発明の効果に特に影響はない。また、無方向性電磁鋼板の仕上焼鈍時の結晶粒成長を促進するために、Ｃａ（カルシウム）やＭg（マグネシウム）を１００ｐｐｍ以下の範囲で含有しても、本発明の効果に特に影響はなく、希土類元素（ＲａｒｅＥａｒｔｈＭｅｔａｌ：ＲＥＭ）を２００ｐｐｍ以下の範囲で含有しても、本発明の効果に特に影響はない。

また、上記の元素の他に、Ｐｂ（鉛）、Ｂｉ（ビスマス）、Ｖ（バナジウム）、Ａｓ（ヒ素）、Ｂ（ホウ素）などの元素が０．０００１％〜０．００５０％の範囲で含まれていても、本発明を損なうものではない。

以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板における地鉄の化学成分について、詳細に説明した。

なお、無方向性電磁鋼板における地鉄の化学成分を、事後的に測定する場合には、公知の各種測定法を利用することが可能であり、例えば、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）法等を適宜利用すればよい。

＜地鉄の平均結晶粒径について＞
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０における地鉄１１の平均結晶粒径は、渦電流損を低減させて高周波鉄損を低減するために、２００μｍ以下とする。一方、平均結晶粒径が５５μｍ未満である場合には、ヒステリシス損が大きくなり、鉄損が劣化する。従って、地鉄１１の平均結晶粒径の範囲は、５５μｍ〜２００μｍとする。地鉄１１の平均結晶粒径は、好ましくは、６０μｍ〜１９０μｍであり、更に好ましくは、６５μｍ〜１８０μｍである。

なお、平均結晶粒径を測定する場合には、ＪＩＳＧ０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法に記載された比較法や切断法で結晶粒の平均断面積を求め、求めた面積と等価な円の直径を、平均結晶粒径とすればよい。

＜地鉄の板厚について＞
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０における地鉄１１の板厚（図１における厚みｔ）は、渦電流損を低減させて高周波鉄損を低減するために、０．４０ｍｍ以下とすることが好ましい。一方、地鉄１１の板厚ｔが０．１０ｍｍ未満である場合には、板厚が薄いために焼鈍ラインの通板が困難となる可能性がある。従って、無方向性電磁鋼板１０における地鉄１１の板厚ｔは、０．１０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下とすることが好ましい。無方向性電磁鋼板１０における地鉄１１の板厚ｔは、より好ましくは、０．１５ｍｍ以上０．３５ｍｍ以下である。

以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の地鉄１１について、詳細に説明した。

＜絶縁被膜について＞
続いて、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０が有していることが好ましい絶縁被膜１３について、簡単に説明する。

無方向性電磁鋼板の磁気特性を向上させるためには、鉄損を低減することが重要であるが、かかる鉄損は、渦電流損とヒステリシス損とから構成されている。地鉄１１の表面に絶縁被膜１３を設けることで、鉄心として積層された電磁鋼板間の導通を抑制して鉄心の渦電流損を低減することが可能となり、無方向性電磁鋼板１０の実用的な磁気特性を更に向上させることが可能となる。

ここで、本実施形態に係る絶縁被膜１３は、無方向性電磁鋼板の絶縁被膜として用いられるものであれば、特に限定されるものではなく、公知の絶縁被膜を用いることが可能である。このような絶縁被膜として、例えば、無機物を主体とし、更に有機物を含んだ複合絶縁被膜を挙げることができる。ここで、複合絶縁被膜とは、例えば、クロム酸金属塩、リン酸金属塩又はコロイダルシリカ、Ｚｒ化合物、Ｔｉ化合物等の無機物の少なくとも何れかを主体とし、微細な有機樹脂の粒子が分散している絶縁被膜である。特に、近年ニーズの高まっている製造時の環境負荷低減の観点からは、リン酸金属塩やＺｒあるいはＴｉのカップリング剤、又は、これらの炭酸塩やアンモニウム塩を出発物質として用いた絶縁被膜が好ましく用いられる。

ここで、上記のような絶縁被膜１３の付着量は、特に限定するものではないが、例えば、片面あたり０．１ｇ／ｍ^２以上２．０ｇ／ｍ^２以下程度とすることが好ましく、片面あたり０．３ｇ／ｍ^２以上１．５ｇ／ｍ^２以下とすることが更に好ましい。かかる付着量となるように絶縁被膜１３を形成することで、優れた均一性を保持することが可能となる。なお、かかる絶縁被膜１３の付着量を、事後的に測定する場合には、公知の各種測定法を利用することが可能である。なお、絶縁被膜１３の付着量は、例えば、絶縁被膜１３を形成した無方向性電磁鋼板１０を熱アルカリ溶液に浸漬することで絶縁被膜１３のみを除去し、絶縁被膜１３の除去前後の質量差から算出することが可能である。

＜無方向性電磁鋼板の磁気特性の測定方法について＞
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０は、上記のような構造を有することで、優れた磁気特性を示すものとなる。ここで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の示す各種の磁気特性は、ＪＩＳＣ２５５０に規定されたエプスタイン法や、ＪＩＳＣ２５５６に規定された単板磁気特性測定法（ＳｉｎｇｌｅＳｈｅｅｔＴｅｓｔｅｒ：ＳＳＴ）に則して、測定することが可能である。

以上、図１を参照しながら、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０について、詳細に説明した。

（無方向性電磁鋼板の製造方法について）
続いて、図２を参照しながら、以上説明したような本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の製造方法について、簡単に説明する。
図２は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。

本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の製造方法では、以上説明したような所定の化学成分を有する鋼塊に対して、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍を順に実施する。また、絶縁被膜１３を地鉄１１の表面に形成する場合には、上記仕上焼鈍の後に絶縁被膜の形成が行われる。以下、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０の製造方法で実施される各工程について、詳細に説明する。

＜熱間圧延工程＞
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、まず、上記の化学組成を有する鋼塊（スラブ）を加熱し、加熱された鋼塊について熱間圧延を行って、熱延板を得る（ステップＳ１０１）。ここで、熱間圧延に供する際の鋼塊の加熱温度については、特に規定するものではないが、例えば、１０５０℃〜１３００℃とすることが好ましい。また、熱間圧延後の熱延板の板厚についても、特に規定するものではないが、地鉄の最終板厚を考慮して、例えば、１．６ｍｍ〜３．５ｍｍ程度とすることが好ましい。なお、かかる熱間圧延工程は、鋼板の温度が７００℃〜１０００℃の範囲にあるうちに終了することが好ましい。なお、鋼塊の加熱温度は、より好ましくは、１０５０℃〜１２５０℃であり、熱間圧延の終了温度は、より好ましくは、７５０℃〜９５０℃である。

＜熱延板焼鈍工程＞
上記熱間圧延の後には、熱延板焼鈍が実施される（ステップＳ１０３）。連続焼鈍の場合には、熱延鋼板に対して、例えば、７５０℃〜１２００℃で、１０秒〜１０分の均熱による焼鈍が実施される。また、箱焼鈍の場合、熱延鋼板に対して、例えば、６５０℃〜９５０℃で、３０分〜２４時間の均熱による焼鈍が実施される。なお、熱延板焼鈍工程を実施した場合と比較して磁気特性は劣ることとなるが、コスト削減のために、かかる熱延板焼鈍工程を省略してもよい。

＜酸洗工程＞
上記熱延板焼鈍の後には、酸洗が実施される（ステップＳ１０５）。これにより、熱延板焼鈍により鋼板の表面に形成された、酸化物を主体とするスケール層が除去される。なお、熱延板焼鈍が箱焼鈍である場合、脱スケール性の観点から、酸洗工程は、熱延板焼鈍前に実施することが好ましい。

＜冷間圧延工程＞
上記酸洗の後（熱延板焼鈍が箱焼鈍で実施される場合は、熱延板焼鈍工程の後となる場合もある。）には、冷間圧延が実施される（ステップＳ１０７）。かかる冷間圧延では、地鉄の最終板厚が０．１０ｍｍ以上０．４０ｍｍ以下となるような圧下率で、スケールの除去された酸洗板が圧延される。

＜仕上焼鈍工程＞
上記冷間圧延の後には、仕上焼鈍が実施される（ステップＳ１０９）。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、かかる仕上焼鈍の昇温過程を、急速加熱とする。昇温過程の加熱を急速に行うことにより、地鉄１１において、磁気特性に有利な再結晶集合組織が形成され、先だって説明したような地鉄１１の平均結晶粒径が実現される。このために、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、かかる仕上焼鈍は、連続焼鈍で実施する。

具体的には、昇温過程では、平均昇温速度を１℃／秒〜２０００℃／秒とし、雰囲気を、Ｈ_２の割合が１０体積％〜１００体積％であるＨ_２及びＮ_２の混合雰囲気（すなわち、Ｈ_２＋Ｎ_２＝１００体積％）とし、雰囲気の露点を３０℃以下とすることが好ましい。平均昇温速度は、より好ましくは、５℃／秒〜１０００℃／秒であり、雰囲気中のＨ_２の割合は、より好ましくは、２０体積％〜９０体積％であり、雰囲気の露点は、より好ましくは、２０℃以下であり、更に好ましくは、１０℃以下である。なお、上記の平均加熱速度は、例えば、ガス燃焼による加熱の場合には直接加熱やラジアントチューブを用いた間接加熱を用いたり、その他に通電加熱又は誘導加熱等といった公知の加熱方法を用いたりすることで、実現することが可能である。

均熱過程では、均熱温度を、７００℃〜１１００℃とし、均熱時間を、１秒〜３００秒とし、雰囲気を、Ｈ_２の割合が１０体積％〜１００体積％であるＨ_２及びＮ_２の混合雰囲気（すなわち、Ｈ_２＋Ｎ_２＝１００体積％）とし、雰囲気の露点を２０℃以下とすることが好ましい。均熱温度は、より好ましくは、７５０℃〜１０５０℃であり、雰囲気中のＨ_２の割合は、より好ましくは、２０体積％〜９０体積％であり、雰囲気の露点は、より好ましくは、１０℃以下であり、更に好ましくは、０℃以下である。

冷却過程では、平均冷却速度を１℃／秒〜５０℃／秒とすることが好ましい。平均冷却速度は、より好ましくは、５℃／秒〜３０℃／秒である。

上記のような各工程を経ることで、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板１０を製造することができる。

＜絶縁被膜形成工程＞
上記仕上焼鈍の後には、必要に応じて、絶縁被膜の形成工程が実施される（ステップＳ１１１）。ここで、絶縁被膜の形成工程については、特に限定されるものではなく、上記のような公知の絶縁被膜処理液を用いて、公知の方法により処理液の塗布及び乾燥を行えばよい。

なお、絶縁被膜が形成される地鉄の表面は、処理液を塗布する前に、アルカリなどによる脱脂処理や、塩酸、硫酸、リン酸などによる酸洗処理など、任意の前処理を施してもよいし、これら前処理を施さずに仕上焼鈍後のままの表面であってもよい。

以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明した。

以下では、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る無方向性電磁鋼板について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明に係る無方向性電磁鋼板のあくまでも一例であって、本発明に係る無方向性電磁鋼板が下記の例に限定されるものではない。

（実験例１）
以下の表１に示す組成を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼スラブを、１１５０℃に加熱した後、熱間圧延にて２．０ｍｍ厚に圧延した。続いて、熱延板を１０００℃で４０秒の連続焼鈍式の熱延板焼鈍した後、冷間圧延で０．２５ｍｍ厚として、１０００℃で１５秒の仕上焼鈍を行った。その後、更に、リン酸金属塩を主体とし、アクリル樹脂のエマルジョンを含む溶液を鋼板の両面に塗布及び焼き付けし、複合絶縁被膜を形成することで、無方向性電磁鋼板を製造した。

ここで、上記の仕上焼鈍は、雰囲気露点−３０℃、Ｈ_２の割合が２０％の雰囲気下で実施した。また、仕上焼鈍時における平均昇温速度、及び、平均冷却速度を、それぞれ、２０℃／秒、及び、２０℃／秒とした。

なお、以下の表１において、「Ｔｒ」とは、該当する元素を意図して添加していないことを表している。また、以下の表１において、「*」とは、本発明の範囲から外れていることを表している。

その後、製造したそれぞれの無方向性電磁鋼板について、ＪＩＳＣ２５５０に規定されたエプスタイン法により、磁束密度Ｂ_５０及び鉄損Ｗ_{１０／4００}を評価した。得られた結果を、以下の表１にあわせて示した。

また、得られた無方向性電磁鋼板の地鉄について、ＪＩＳＧ０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法に記載された切断法により結晶粒の平均断面積を求め、求めた面積と等価な円の直径を、平均結晶粒径とした。得られた結果を、以下の表１にあわせて示した。

上記表１から明らかなように、Ｐの含有量が本発明の範囲より高めに外れた試験番号３、４と、Ｓｉの含有量が本発明の範囲より高めに外れた試験番号１２とは、冷間圧延時に破断したため、磁気測定が出来なかった。また、鋼板の化学組成及び平均結晶粒径が本発明の範囲である試験番号１、２、５、６、８、９、１０及び１３は、冷間圧延が可能であり、鉄損も優れていることがわかった。一方、ｓｏｌ．Ａｌの含有量が本発明の範囲から高めに外れた試験番号７は、ｓｏｌ．Ａｌを除きほぼ同一の組成である本発明の範囲の試験番号５、６に比べて、鉄損が劣っていることがわかった。また、Ｍｎの含有量とＳｉ−０．５×Ｍｎの含有量とが本発明の範囲より高めに外れた試験番号１１は、鉄損と磁束密度が劣っていることがわかった。

（実験例２）
以下の表２に示す組成を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼スラブを、１１６０℃に加熱した後、熱間圧延にて２．０ｍｍ厚に圧延した。続いて、熱延板を１０００℃で４０秒の連続焼鈍式の熱延板焼鈍した後、冷間圧延で０．２５ｍｍ厚として、３種類の均熱温度で１５秒の仕上焼鈍を行った。その後、更に、リン酸金属塩を主体とし、アクリル樹脂のエマルジョンを含む溶液を鋼板の両面に塗布及び焼き付けし、複合絶縁被膜を形成することで、無方向性電磁鋼板を製造した。なお、仕上焼鈍の均熱温度は、試験番号１４が１０００℃であり、試験番号１５が１０５０℃であり、試験番号１６が１１２０℃である。

ここで、上記の仕上焼鈍は、雰囲気露点−２０℃、Ｈ_２の割合が３０％の雰囲気下で実施した。また、仕上焼鈍時における平均昇温速度、及び、平均冷却速度を、それぞれ、３０℃／秒、及び、２０℃／秒とした。

また、以下の表２において、「Ｔｒ」とは、該当する元素を意図して添加していないことを表している。また、以下の表２において、「*」とは、本発明の範囲から外れていることを表している。

その後、製造したそれぞれの無方向性電磁鋼板について、ＪＩＳＣ２５５０に規定されたエプスタイン法により、磁束密度Ｂ_５０及び鉄損Ｗ_{１０／4００}を評価した。得られた結果を、以下の表２にあわせて示した。

また、得られた無方向性電磁鋼板の地鉄について、ＪＩＳＧ０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法に記載された切断法により結晶粒の平均断面積を求め、求めた面積と等価な円の直径を、平均結晶粒径とした。得られた結果を、以下の表２にあわせて示した。

上記表２から明らかなように、鋼板の化学組成及び平均結晶粒径が本発明の範囲である試験番号１４、１５は、鉄損が優れていることがわかった。一方、平均結晶粒径が本発明の範囲より高めに外れた試験番号１６は、鉄損も磁束密度も劣っていることがわかった。

（実験例３）
以下の表３に示す組成を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼スラブを、１１００℃に加熱した後、熱間圧延にて１．８ｍｍ厚に圧延した。次に、熱延板を８２０℃で１０時間の箱焼鈍式の熱延板焼鈍した後、冷間圧延で０．２０ｍｍ厚として、１０００℃で１５秒の仕上焼鈍を行った。その後、更に、リン酸金属塩を主体とし、アクリル樹脂のエマルジョンを含む溶液を鋼板の両面に塗布及び焼き付けし、複合絶縁被膜を形成することで、無方向性電磁鋼板を製造した。

ここで、上記の仕上焼鈍は、雰囲気露点−１５℃、Ｈ_２の割合が２５％の雰囲気下で実施した。また、仕上焼鈍時における平均昇温速度、及び、平均冷却速度を、それぞれ、３０℃／秒、及び、２０℃／秒とした。

また、以下の表３において、「Ｔｒ」とは、該当する元素を意図して添加していないことを表している。また、以下の表３において、「*」とは、本発明の範囲から外れていることを表している。

その後、製造したそれぞれの無方向性電磁鋼板について、ＪＩＳＣ２５５０に規定されたエプスタイン法により、磁束密度Ｂ_５０及び鉄損Ｗ_{１０／4００}を評価した。得られた結果を、以下の表３にあわせて示した。

また、得られた無方向性電磁鋼板の地鉄について、ＪＩＳＧ０５５２の鋼のフェライト結晶粒度試験方法に記載された切断法により結晶粒の平均断面積を求め、求めた面積と等価な円の直径を、平均結晶粒径とした。得られた結果を、以下の表３にあわせて示した。

上記表３から明らかなように、鋼板の化学組成が本発明の範囲の試験番号１７は、優れた鉄損値を示すことがわかった。一方、Ｍｎ量が本発明の範囲より低めに外れた試験番号１８は、合金量が低いために磁束密度は優れているが、最も重要な特性である鉄損が劣っていることがわかった。なお、実験例３は、上記実験例１及び実験例２よりも電磁鋼板の板厚が薄く、渦電流損が小さいため、鉄損がより小さい場合の実験例である。実験例３を参照すると、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、板厚に関係なく、優れた鉄損値が得られることがわかる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的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、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０無方向性電磁鋼板
１１地鉄
１３絶縁被膜

Claims

質量％で、
Ｃ：０％超〜０．００５０％以下
Ｓｉ：３．０％〜４．０％
Ｍｎ：２．０％〜３．３％
Ｐ：０％超〜０．０３０％未満
Ｓ：０％超〜０．００５０％以下
Ｓｏｌ．Ａｌ：０％超〜０．００４０％以下
Ｎ：０％超〜０．００４０％以下
を含有し、
Ｓｉ−０．５×Ｍｎ：２．０％以上
であり、残部がＦｅ及び不純物であり、
平均結晶粒径が５５μｍ〜２００μｍである、無方向性電磁鋼板。
残部のＦｅの一部に換えて、更に、
Ｓｎ：０．００５％〜０．１０％
Ｓｂ：０．００５％〜０．１０％
から選ばれる少なくとも１種を含有する、請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。