JP3490048B2

JP3490048B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3490048B2
Application number: JP2000162684A
Authority: JP
Inventors: 健一村上; 浩康藤井; 猛久保田; 吉宏有田; 收田中
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 2000-05-31
Publication date: 2004-01-26
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: JP2001140018A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器鉄心材料
として使用される磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の
製造方法に関し、低鉄損化に大きな影響を与える良好な
界面形態を有する無方向性電磁鋼板及びその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の高効率化は、世界的な電力・
エネルギー節減さらには地球環境保全の動向の中で近年
強く要望されている。このため、回転機あるいは中小型
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さ
らに強まってきている。特に最近、回転機の高効率化が
進展する電気自動車用、あるいは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。

【０００３】従来より行われている無方向性電磁鋼板の
低鉄損化の手段としては、SiあるいはAl等の含有量を増
加させ電気抵抗を増大させ、渦電流損失を低減するとい
う方法が存在する。例えば、Si量約3%をベースにAlを1%
程度添加することにより、低鉄損の無方向性電磁鋼板が
製造し得ることが、特開昭５８−２３４１０号公報に記
載されている。

【０００４】一方、こうしたAlを0.7 〜数% 添加する
鋼においては、実験室にて試作した製品に対し、実機ラ
インで製造した製品は鉄損値が劣位となる問題が発生し
た。すなわち、実験室にて低鉄損材を製作しても実機で
はその鉄損低減効果を発揮できないという状況が生じて
きた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、電気機器鉄
心材料として使用される磁気特性の優れた無方向性電磁
鋼板の製造方法に関し、低鉄損化に大きな影響を及ぼす
界面形態を有する無方向性電磁鋼板とこの界面状態を良
好な形態に制御する手段を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、質量% で、C:
0.010%以下、Mn:1.5% 以下、Si:1% 以上、Al:0.7% 以
上、2 ≦Si + Al ≦5%を満たす成分を含有し、残部はFe
及び不可避不純物元素より成る鋼を熱間圧延後、引き続
き冷間圧延後に仕上焼鈍を行なう無方向性電磁鋼板の製
造方法において、冷延板の平均表面粗度（ Ra ）を 0.45 μ
m 以下とし、仕上焼鈍における焼鈍雰囲気の水素水蒸気
分圧比 (PH ₂ O/PH ₂ ) を 0.02 以下とし、GDS 分析法( グロー
放電発光分析法。以下同じ。) で定義される製品の鋼板
表面のAl酸化層の厚さが1.0 μm 以下であることを特徴
とする、無方向性電磁鋼板の製造方法である。

【０００７】また、上記成分を有する鋼を熱間圧延
後、熱延板焼鈍を行なう前記無方向性電磁鋼板の製造方
法、を要旨とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
発明者らは、実験室にて低鉄損材を製作しても実機では
その鉄損低減効果を発揮できないという状況に対し、冷
延板の表面粗度に着目し以下のような試験を行なった。
以下に詳細を説明する。

【０００９】実験室の真空溶解炉にて、Si:3.1% 、Al:
1.1% 、C:0.0014% 、Mn:0.3% 、その他はFeおよび不可
避不純物元素より成る鋼を溶製し、これから2.1mm の熱
延板を作製した。本熱延板につき1000℃の温度で60秒の
焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧延した。このとき
仕上げ冷延時のロール粗度が異なるものを２つ用意し、
数十回行なう冷延パス回数のうち、表面粗度の粗いロー
ルから平坦なロールへの切り替えを行ない、その切り替
えタイミングを６条件変化させることにより、冷延板平
均表面粗度（以下Raと記す。）の異なる材料を６種類作
製した。さらに本材料に対し、1040℃の温度で30秒間、
窒素25% 、水素75% 露点0 ℃(PH₂O/PH₂=0.008)の雰囲気
で仕上焼鈍を行なった。磁気特性はSST （Single Sheet
Test ）法で、L 方向とC 方向の測定値の平均値で評価
を行なった。

【００１０】上述した製造方法で得られた結果を表１に
示す。表1 に示すように、冷延板Raが大きくなるにつれ
て鉄損W15/50は増加する傾向が見られ、冷延板Raを0.45
μm以下とした試料１〜４は、鉄損W15/50が2.1w/kg 以
下と良好な結果が得られた。一方、磁束密度B50 は試料
１〜６ともに1.667 〜1.669Tでほぼ一定であり、また結
晶粒径も145 〜150 μm とほぼ一定であったことから、
試料１〜４で鉄損が良好であった原因は鋼組識によるも
のではなく、冷延板表面粗度（Ra）の差異に基づく表面
酸化層の違いと考え、GDS 分析法( グロー放電発光分析
法) にて酸化層を調査した。

【００１１】

【表１】

【００１２】図１に結果の一例として、(a) 鉄損良好材
の表１の試料３と、(b) 鉄損不良材の表１の試料６のGD
S プロファイルを示す。図１において、縦軸はスペクト
ル強度、横軸はスパッタリング時間から換算した鋼板表
面からの深さである。鉄損不良であった試料(b) は鉄損
良好材の試料(a) と比較し、Alスペクトルが鋼板のより
内部まで強度が高いことから、Al酸化物が鋼板のより内
部まで形成されていることがわかる。そこで、AlのGDS
スペクトルがバルク（bulk：表面から10μm 以上内部の
値を用いた) 強度となる最表面からの深さを「Al酸化層
深さ」と定義し、上記試料１〜６の定量化を試みた。結
果を表１に示す。鉄損不良の試料５，６はAl酸化層深さ
が1.0 μm を超えていることがわかる。

【００１３】続いて、上記実験と同一の成分の鋼につい
て、冷延板Raを３条件変化させ、さらにそれぞれの試料
について仕上焼鈍雰囲気を３条件変化させて試験を行な
った。その他の工程は全て上述の実験と同一条件で行な
った。結果を表２に示す。仕上焼鈍雰囲気でPH₂O/PH₂≦
0.02の試料１〜６については、冷延板Raが0.45μm 以下
の場合にW15/50値が2.1w/kg 以下であり良好であった。
一方、仕上焼鈍雰囲気がPH₂O/PH₂＞0.02の試料７〜９
は、いずれの冷延板平均表面粗度においてもW15/50＞2.
1w/kg であり劣位であった。また、鉄損が良好であった
試料１、２，４，５においては、GDS 分析法により評価
した「Al酸化層深さ」が1.0 μm 以下であった。

【００１４】

【表２】

【００１５】以上の２つの実験により、Al酸化層深さ
を1.0 μm 以下とすること、冷延板平均表面粗度（Ra）
を0.45μm 以下とすること、また仕上焼鈍雰囲気PH₂O/P
H₂を0.02以下とすることを新規に知見し本発明を完成さ
せた。次に本発明における条件の数値限定理由について
示す。C を0.010%以下としたのは、この値を超えると炭
化物析出のため鉄損劣化が著しくなるためである。Mnは
電気抵抗を増加させる意味で添加するのは有効である
が、過度に添加すると磁束密度が低下するため上限を1.
5%とした。Si、Alの添加は電気抵抗を増加させ渦電流損
失を低減させるために必須であるが、過度に添加すると
磁束密度が低下するため、Si + Al の下限を2.0%、上限
を5.0%とした。また、磁束密度を下げずに電気抵抗を上
げる効率としてはSiの方がAlよりも高いため、Siの下限
を1%、Alの下限を0.7%とした。また、本発明はAlの酸化
層に関するものであるため、 Al 0.8% 以上の時に本発明
の効果がより発揮されてくる。

【００１６】冷延板平均表面粗度（Ra）に関しては、前
記の実験結果に基づき、0.45μm を上限とした。さらに
0.30μm 以下とすればAl表面酸化層深さも0.80μm 以下
となり、W15/50もさらに向上する( 表１の場合2.05w/kg
以下) 。また、仕上焼鈍雰囲気においては水素水蒸気分
圧比PH₂O/PH₂≦0.02と規定した。さらに好ましくは表２
に示す通りPH₂O/PH₂≦0.01である。

【００１７】その他の各工程に関しては特に規定しない
が、熱延板焼鈍、もしくは最終冷延前焼鈍を行なう場合
には、900 〜1200℃、20〜300 秒で行なうことが好まし
い。この温度、時間以下の場合には冷延前結晶粒径が小
さすぎ、冷延、仕上焼鈍後に磁束密度B50 の著しい低下
を引き起こす。また、温度、時間の上限の理由は、これ
以上冷延前粒径を大きくしても仕上焼鈍後の磁気特性は
変化しないからである。最終冷延の冷延圧下率は70〜90
% で行なうことが好ましい。これはこの範囲外では磁束
密度B50 が低下するためである。

【００１８】仕上焼鈍は、900 〜1100℃の温度範囲で10
〜120 秒間の範囲で行なうことが好ましい。下限は、90
0 ℃または10秒未満では製品結晶粒径が小さすぎ、鉄損
が高くなるためこの値に設定した。上限は、1100℃また
は120 秒を超えると連続焼鈍炉で行なうことは設備上困
難、もしくは生産性の劣化を招くためこの値に設定し
た。

【００１９】

【実施例】（実施例１）Si:3.3% 、Al:0.7% 、Mn:0.6%
、C:0.0011% 、その他は不可避不純物元素より成る鋼
から、2.2mm の熱延板を作製した。本熱延板を950 ℃の
温度で90秒の焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧延し
た。このとき仕上げ冷延時のロールは粗度が異なるもの
を２つ用意し、数十回行なう冷延パス回数のうち、表面
粗度の粗いロールから平坦なロールへの切り替えを行な
い、その切り替えタイミングを6 条件変化させることに
より冷延板Raの異なる材料を５種類作製した。さらに本
材料に対し、1035℃の温度で40秒、窒素50% 、水素50%
、露点−5 ℃(PH₂O/PH₂=0.008)の雰囲気で仕上焼鈍を
行なった。磁気特性はSST 法で、L 方向とC 方向の平均
値で評価を行なった。

【００２０】得られた結果を表３に示す。冷延板Raが0.
45μm 以下のときにAl酸化層深さが1.0 μm 以下とな
り、鉄損W15/50は2.1w/kg 以下で良好であった。また、
冷延板Raが0.30μm 以下のときにはAl酸化層深さが0.8
μm 以下となり、鉄損W15/50は2.05w/kg以下でさらに良
好であった。

【００２１】

【表３】

【００２２】（実施例２）Si:2.7% 、Al:1.0% 、Mn:0.3
% 、C:0.0013% 、その他は不可避不純物元素より成る鋼
について、2.0mm の熱延板を作製した。本熱延板を1030
℃の温度で45秒の焼鈍を行なった後、0.35mmまで冷間圧
延した。このとき実施例１のように冷延板平均表面粗度
(Ra)を3 種類変化させた材料を作製した。さらに本材料
に対し、1040℃の温度で30秒、窒素50% 、水素50% 、露
点を3 条件変化させ( −5 ℃,0℃,5℃) 仕上焼鈍を行な
った。磁気特性はSST 法で、L 方向とC 方向の平均値で
評価を行なった。

【００２３】得られた結果を表４に示す。冷延板Raが0.
45μm 以下のときにAl酸化層深さが1.0 μm 以下とな
り、鉄損W15/50は2.3w/kg 以下で良好であった。

【００２４】

【表４】（実施例３） Si:3.0% 、Al:0.2〜1.0%、Mn:0.3% 、C:0.0013% 、その
他は不可避不純物元素より成る鋼について、2.0mm の熱
延板を作製した。本熱延板を1020℃の温度で50秒の焼鈍
を行なった後、0.35mmまで冷間圧延した。このとき実施
例１のように冷延板Raを3 種類変化させた材料を作製し
た。さらに本材料に対し、1040℃の温度で30秒、窒素50
% 、水素50% 、露点−5 ℃(PH₂O/PH₂=0.008)にて仕上焼
鈍を行なった。磁気特性はSST 法で、LC平均値で評価を
行なった。結果を表５に示す。冷延板Raが0.45μm 以下
のときにAl酸化層深さが1.0 μm 以下となり、良好であ
った。低鉄損の材料を製造するためには、Al量をある程
度多く添加することが必須となる。そのため、Alを相当
量添加しさらに鉄損を低減する場合、すなわち非常に低
い鉄損の材料を製造するためには、本発明は極めて有効
なものとなる。

【表５】

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、Al酸化
層深さ、冷延板平均表面粗度、また仕上焼鈍雰囲気を特
定の要件に調整することにより、低鉄損化に大きな影響
を与える良好な界面形態を有する無方向性電磁鋼板を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（a)は表１の試料３（冷延板Ra＝0.36μm ）の
製品板表面のAl、O のGDS プロファイルを示す図であ
り、（b)は表１の試料６（冷延板Ra＝0.55μm ）の製品
板表面のAl, O のGDS プロファイルを示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者久保田猛千葉県富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内 (72)発明者有田吉宏福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者田中收福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の 59 日鐵プラント設計株式会社内 (56)参考文献特開平９−143571（ＪＰ，Ａ) 特開平11−50209（ＪＰ，Ａ) 特開平６−17261（ＪＰ，Ａ) 特開平11−61356（ＪＰ，Ａ) 特公昭58−10445（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 B21B 3/02 C22C 38/00 303 C22C 38/06 H01F 1/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】質量% で、C:0.010%以下、Mn:1.5% 以
下、Si:1% 以上、Al:0.7% 以上、2 ≦Si + Al ≦5%を満
たす成分を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなる鋼
を熱間圧延後、引き続き冷間圧延し、次いで仕上焼鈍を
行なう無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷延板の
平均表面粗度（Ra）を0.45μm 以下とし、前記仕上焼鈍
における焼鈍雰囲気の水素水蒸気分圧比 (PH ₂ O/PH ₂ ) を 0.
02 以下とし、GDS 分析法で定義される製品の鋼板表面の
Al酸化層の厚さが1.0 μm 以下であることを特徴とする
無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】熱間圧延後、熱延板焼鈍を行なうことを
特徴とする請求項１記載の無方向性電磁鋼板の製造方
法。