JP4264987B2

JP4264987B2 - 無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JP4264987B2
Application number: JP34199397A
Authority: JP
Inventors: 克美山田; 淳千野; 善彦尾田; 伸夫山上; 昭日裏; 靖田中; 秀樹松岡; 紀雄高橋
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH1171650A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気材料として用いられるのに好適な、鉄損の低い無方向性電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器の省エネルギーの観点より、より鉄損の低い電磁鋼板が求められるようになっている。この鉄損を低減するためには結晶粒の粗大化が効果的であり、低鉄損が特に要求されるSi+Al量が1〜3％程度の中・高級グレードの無方向性電磁鋼板においては、仕上焼鈍温度を1000℃程度まで高めたり、焼鈍時のラインスピードを下げ、焼鈍時間を長くすることにより結晶粒の粗大化を図っている。
【０００３】
この仕上焼鈍時の粒成長性を良好にするためには、鋼板中の介在物、析出物量を低減することが効果的である。このため、これまで介在物、析出物を無害化することが試みられており、特に高級材ではMnＳの析出防止の観点からＳ量を低減させる試みがなされてきた。
【０００４】
例えば、特公昭５６−２２９３１号公報には、Si：2.5〜3.5％、Al：0.3〜1.0％の鋼においてＳ：50ppm以下、Ｏ：25ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００５】
また、特公平２−５０１９０号公報には、Si：2.5〜3.5％、Al：0.25〜1.0％の鋼においてＳ：15ppm以下、Ｏ：20ppm以下、Ｎ：25ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００６】
さらに特開平５−１４０６７４号公報には、Si：2.0〜4.0％、Al：0.10〜2.0％の鋼においてＳ：30ppm以下、Ti、Zr、Nb、Ｖをそれぞれ50ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらいずれの技術においても、Si、Al量がトータルで3〜3.5％程度、Ｓ量を10ppm以下とした高級グレードの鋼板の鉄損値は、Ｗ_15/50＝2.4（Ｗ／kg）程度（板厚0.5mm）であり、これ以上の低鉄損は達成されていないのが現状である。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、仕上焼鈍後の鉄損のより低い無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の骨子は、Ｓ＝10ppm以下の極低Ｓ材において、SeもしくはTeを一種または二種合計で0.0005〜0.01％の範囲で含有させることにより、無方向性電磁鋼板の鉄損を大幅に低下させること、および鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域を限定することにより、無方向性電磁鋼板の鉄損を大幅に低下させることにある。
【０００９】
すなわち、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：4.0％以下、Mn：0. 05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含有し、さらにSeおよびTeを一種もしくは二種合計で0.0005〜0.01％含み、残部が実質的にFeであることを特徴とする無方向性電磁鋼板により解決される。
【００１０】
更に、SeおよびTeを一種もしくは二種合計で0.0005〜0.002％含むように限定することで、より低い鉄損が得られる。
【００１１】
さらに、前記課題は、鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域が10μｍ以下である無方向性電磁鋼板により解決される。
【００１２】
ここに、「残部が実質的にFeである」とは、不可避不純物の他、本発明の作用効果を妨げない範囲で他の微量元素を添加したものも、本発明の範囲に含まれる趣旨である。
なお、以下の説明において、鋼の成分を示す％は全て重量％であり、ppmも重量ppmである。
【００１３】
（発明に至る経緯）
本発明者らは、Ｓ＝10ppm以下の極低Ｓ材において鉄損低減を阻害している要因を詳細に調査した。その結果、Ｓ量の低減に伴い、鋼板表層部に顕著な窒化層が認められ、この窒化層が鉄損低減を阻害していることが明らかとなった。
【００１４】
そこで、本発明者らが、窒化を抑制し、鉄損をさらに低減させる手法に関し鋭意検討した結果、SeもしくはTeを一種または二種合計で0.0005〜0.01％の範囲で添加することにより、極低Ｓ材の鉄損が大幅に低下することを見いだした。
また、鋼板表層でのAlとＮの極端な濃化を防止することで窒化層の生成を抑制し、結晶粒の成長を促して鉄損を低下させるという着想を抱いた。
【００１５】
（Ｓ、Se、Te含有量およびAlおよびＮの濃度変調領域の限定理由）
本発明を実験結果に基づいて詳細に説明する。
最初に、鉄損に及ぼすＳの影響を調査するため、Ｃ：0.0025％、Si：2.85％、Mn：0.20％、Ｐ：0.01％、Al：0.31％、Ｎ：0.0021％とし、Ｓ量をtr.〜15ppmの範囲で変化させた鋼をラボ溶解し、熱延後、酸洗を行った。引き続きこの熱延板に75％Ｈ₂−25％Ｎ₂雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で900℃×1min間の仕上焼鈍を行った。
【００１６】
図１に、このようにして得られたサンプルのＳ量と鉄損Ｗ_15/50の関係を示す（図中×印）。図１より、Ｓを10ppm以下とした場合に大幅な鉄損低減が達成されＷ_15/50＝2.5Ｗ／kgが達成されることがわかる。これは、Ｓ低減により粒成長性が向上したためである。
以上のことより本発明においては、Ｓ量の範囲を10ppm以下、望ましくは５ppm以下に限定する。
【００１７】
しかし、Ｓ量が10ppm以下となると鉄損の低下は緩やかとなり、Ｓ量をさらに低減したとしても鉄損は2.4Ｗ／kg程度にしかならない。
本発明者らは、Ｓ≦10ppmの極低Ｓ材において鉄損の低減が阻害されるのは、MnＳ以外の未知の要因によるものではないかと考え、光学顕微鏡にて組織観察を行った。その結果、Ｓ≦10ppmの領域で鋼板表層に顕著な細粒組織が認められた。さらにＥＰＭＡ分析を行った結果、鋼板表層50μｍ程度までの部分で、AｌとＮの極端な濃化が起こっていることが判明した。これに対し、Ｓ＞10ppmの領域では細粒組織の形成は軽微となっていた。この窒化層は窒化雰囲気で行った熱延板焼鈍時および仕上焼鈍時に生じたものと考えられる。
【００１８】
このＳ低減に伴う窒化反応促進の原因に関しては次のように考えられる。すなわち、Ｓは表面および粒界に濃化しやすい元素であることから、Ｓ＞10ppmの領域では、Ｓが鋼板表面へ濃化し、熱延板焼鈍時および仕上焼鈍時の窒素の吸着を抑制しており、一方、Ｓ≦10ppmの領域ではＳによる窒素吸着の抑制効果が低下するため、雰囲気からの窒素侵入が起こる。これに伴って、鋼中の窒化物形成元素であるAlも表層に濃化し、結果的に窒化層が鋼板表層に生成する。
【００１９】
本発明者らは、この極低Ｓ材において顕著に生じる窒化層が鋼板表層部の結晶粒の成長を妨げ、鉄損の低下を抑制するのではないかと考えた。このような考えの下に、窒素吸着の抑制が可能でかつ極低Ｓ材の優れた粒成長性を妨げることのない元素を含有させることにより、鋼板表層でのAlとＮの極端な濃化を防止して窒化層の生成を抑制し、結晶粒の成長を促して鉄損を低下させるという着想を抱き、種々の検討を加えた結果、Seの極微量含有が有効であることを発見した。
【００２０】
図１に、前記×印で示したサンプルの成分に10ppmのSeを添加したサンプルについて同一の条件で試験をした結果を○印で示す。Seの鉄損低減効果に着目すると、Ｓ＞10ppmの領域では、Se添加により鉄損は0.02〜0.04Ｗ／kg程度しか低下しないが、Ｓ≦10ppmの領域では、Se添加により鉄損は0.20Ｗ／kg程度低下しており、Ｓ量が少ない場合にSeの鉄損低減効果は顕著に認められる。
【００２１】
また、このサンプルではＳ量によらず鋼板表層近傍でのAlおよびＮの濃化は顕著でなく、窒化層は認められなかった。このことから、Seが鋼板表層部に濃化して窒素の吸着を抑制し、その結果、結晶粒の成長が妨げられなかったので、鉄損が低下したものと考えられる。
【００２２】
図2は、磁性焼鈍後の鋼板表面近傍でのAl及びＮの分布に及ぼすSe添加の効果を示す図である。図２において、Se添加の場合の添加量は、18ppmである。Al、ＮはいずれもSe無添加の場合に鋼板表層30μｍ程度までに極度の濃化が認められ、窒化現象が示唆される。一方、Se添加材ではほぼ均一な分布状態となる。このことは後で述べるTe添加材についても同様である。
【００２３】
すなわち、図２によれば、Seを18ppm添加した場合には、鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域が10μｍ以下となっている。後に述べるように、Seをこれだけの量添加した場合には、鉄損を低下させるという効果が得られるが、これは、鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域が10μｍ以下となっていることに起因するものと考えられる。よって、本発明においては、鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域を10μｍ以下に限定する。
【００２４】
次にSeの最適添加量を調査するため、C：0.0026％、Si：2.70％、Mn：0.20％、Ｐ：0.020％、Al：0.30％、Ｓ：0.0004％、Ｎ：0.0020％とし、Se量をtr.〜130ppmの範囲で変化させた鋼をラボ溶解し、熱延後、酸洗を行った。引き続きこの熱延板に75％Ｈ₂-25％Ｎ₂雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で900℃×１min間の仕上焼鈍を行った。
【００２５】
図３に、Se量と鉄損Ｗ_15/50の関係を示す。図３より、Se添加量が５ppm以上の領域で鉄損が低下し、従来のSi+Al＝３〜3.5％程度の電磁鋼板では得られなかったＷ_15/50＝2.25Ｗ／kgが達成されることがわかる。しかし、Seをさらに添加し、Se＞20ppmとなった場合には、鉄損は再び増大することもわかる。
【００２６】
このSe＞20ppmの領域での鉄損増大原因を調査するため、光学顕微鏡による組織観察を行った。その結果、表層細粒組織は認められなかったものの、平均結晶粒径が若干小さくなっていた。この原因は明確ではないが、Seが粒界に偏析しやすい元素であるため、Seの粒界ドラッグ効果により粒成長性が低下したものと考えられる。
【００２７】
但し、Seを130ppmまで添加してもSeフリー鋼と比べると鉄損は良好である。以上のことよりSeは5ppm以上とし、コストの問題から上限を100ppmとする。また鉄損の観点より、望ましくは5ppm以上、20ppm以下とする。
【００２８】
以上の鉄損低減効果はTeを添加した場合にも同様に認められた。このことよりTeもSe同様5ppm以上とし、コストの問題から上限を100ppmとする。また鉄損の観点より、望ましくは5ppm以上、20ppm以下とする。
【００２９】
さらに、SeとTeを複合添加した場合にも同様の効果が確認された。このことよりSeとTeを複合添加した場合には合計で5ppm以上とし、コストの問題から上限を100ppmとする。また鉄損の観点より、望ましくは5ppm以上、20ppm以下とする。
【００３０】
（その他の成分の限定理由）
次に、その他の成分の限定理由について説明する。
Ｃ：Ｃは磁気時効の問題があるため0.005％以下とした。
Si： Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、4.0％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を4.0％とした。
Mn： Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するために、0.05％以上必要であるが、1.0％以上になると磁束密度を低下させるので0.05〜1.0％とした。
Ｐ：Ｐは鋼板の打ち抜き性を改善するために必要な元素であるが、0.2％を超えて添加すると鋼板が脆化するため0.2％以下とした。
Ｎ：Ｎは、含有量が多い場合にはAlＮの析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下とした。
Al： AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、1.0％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を1.0％とした。また、0.1％未満の場合にはAlＮが微細化し粒成長性が低下するため下限を0.1％とした。
【００３１】
（製造方法）
本発明においては、Ｓ、SeおよびTeが所定の範囲内であれば、製造方法は通常の無方向性電磁鋼板の製造方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ２回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、最終焼鈍を行う。
【００３２】
【実施例】
表１に示す鋼を用い、転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後鋳造し、スラブを1200℃で１hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱延仕上げ温度は800℃とした。巻取り温度はNo.１〜６の鋼板については670℃とし、その他の鋼板は550℃とした。また、No.７〜35の鋼板には表２に示す条件で熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行い、表２に示す仕上焼鈍条件で焼鈍を行った。表１と表２のNo.が同じ物は同じ鋼板を示す。
【００３３】
磁気測定は25cmエプスタイン試験片を用いて行った。各鋼板の磁気特性を表２に併せて示す。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
表１、表２中、No.１〜６がSiのレベルが1.0〜1.1％、No.７〜11がSiのレベルが1.8〜1.9％、No.12〜35が、少数の例外を除いてSiのレベルが2.7〜3.0％のものである。同じSiのレベルで比較した場合、本発明鋼は、比較鋼に比して鉄損Ｗ_15/50が低いことがわかる。
これより、鋼板成分を本発明のＳ、Se、Te量に制御した場合に、仕上焼鈍後の鉄損の非常に低い鋼板が得られることがわかる。
【００３７】
これに対して、No.4の鋼板は、Ｓ、Se＋Teが本発明の範囲に入らず、No.５の鋼板は、Ｓが本発明の範囲に入らず、No.６の鋼板は、Se＋Teが本発明の範囲に入らない。よって、鉄損Ｗ_15/50が高くなっている。
同様に、No.10の鋼板は、Ｓ、Se＋Teが本発明の範囲に入らず、No.11の鋼板は、Se＋Teが本発明の範囲に入らない。よって、鉄損Ｗ_15/50が高くなっている。
【００３８】
更に、No.27の鋼板は、Ｓ、Se＋Teが本発明の範囲に入らず、No.28の鋼板は、Ｓが本発明の範囲に入らず、No.29、30の鋼板は、Se＋Teが本発明の範囲に入らない。よって、鉄損Ｗ_15/50が高くなっている。
【００３９】
No.31の鋼板は、Ｃが本発明の範囲を超えているので、磁気時効の問題がある。
No.32の鋼板は、Siが本発明の範囲を超えているので、鉄損Ｗ_15/50は低いが、磁束密度Ｂ₅₀が小さくなっている。
No.33の鋼板は、Mnが本発明の範囲を超えているので、磁束密度Ｂ₅₀が小さくなっている。
No.34の鋼板は、Alが本発明の範囲を超えているので、鉄損Ｗ_15/50は低いが、磁束密度Ｂ₅₀が小さくなっている。
No.35の鋼板は、Ｎが本発明の範囲を超えているので、鉄損Ｗ_15/50が大きくなっている。
【００４０】
代表鋼種において、表層のAl及びＮの濃度変調領域をＥＰＭＡによって調べた結果を表３に示す。表３において、No.は表１、表２におけるものと共通である。
【００４１】
【表３】

【００４２】
表３によれば、表１、表２において本発明鋼として示されているものは、いずれも、濃度変調領域が10μｍ以下であり、比較鋼として示されているものは、いずれも、濃度変調領域が10μｍを超えている。逆にいえば、濃度変調領域が10μｍ以下であれば、鉄損の低い無方向性電磁鋼板が得られることが分かる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：4.0％以下、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）、さらにSeおよびTeを一種もしくは二種合計で0.0005〜0.01％含み、残部が実質的にFeであることを特徴とするものであるので、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【００４４】
更に、SeおよびTeを一種もしくは二種合計で0.0005〜0.002％含むように限定することで、より低い鉄損が得られる。
【００４５】
また、鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域を10μｍ以下とすることにより、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【００４６】
本発明に係る無方向性電磁鋼板は、鉄損が低いことが要求される電気材料として、トランスの鉄心、モータのコア等、広く種々の用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓ量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す図である。
【図２】磁性焼鈍後の鋼板表面近傍でのAlおよびＮの分布に及ぼすSe添加の効果を示す図である。
【図３】 Se量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す図である。

Claims

重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：4.0％以下、Mn：0.05〜1. 0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含有し、さらにSeおよびTeを一種もしくは二種合計で0. 0005〜0.01％含み、残部が不可避不純物とFeであることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：4.0％以下、Mn：0.05〜1. 0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含有し、さらにSeおよびTeを一種もしくは二種合計で0. 0005〜0.002％含み、残部が不可避不純物とFeであることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
鋼板表面近傍でのAlおよびＮの濃度変調領域が１０μｍ以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。