JP4265166B2

JP4265166B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP4265166B2
Application number: JP2002223210A
Authority: JP
Inventors: 雅昭河野; 正樹河野; 健一定広; 厚人本田; 康之早川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2022-07-31
Also published as: JP2004060026A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として１kHz 〜20kHz といった高周波域での鉄損特性が重視されるモータや発電機などの、高速回転機の鉄心材料や高周波リアクトル用材料に適する、優れた高周波磁気特性、圧延性および加工性を兼ね備えた方向性電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、エネルギーの多様化や、その安定供給の観点から分散型電源が注目されており、マイクロガスタービンで高速発電機を回転させるシステムなどが、実用化の段階にある。また、地球温暖化や省エネルギーといった環境対応も求められており、自動車分野では、エンジンとモータを併用したハイブリッド電気自動車（HEV ）、電動モータのみで駆動する電気自動車（EV）および燃料電池車（FCEV）などの開発も進められている。これらの回転機の駆動周波数は年々増加傾向にあり、基本周波数で数百〜数kHz 、加えて高調波成分が重畳するため１kHz 〜10kHz 近くの周波数域での鉄損特性がモータ効率化のために重要になってきている。
【０００３】
さらに、電気機器に関しても、高効率化、省電力化のために、インバーター方式を採用する製品が増えてきており、その周波数も高効率化のために高周波域へと年々移ってきている。従来、インバーター化そして高周波化に伴い、力率の改善を目的としてリアクトルが使用されているが、更に電源汚染を防ぐために、インバーター機器に対して高周波リアクトルの使用が増加している。これら高周波リアクトルについても、１kHz 以上更には10kHz 以上の周波数域で使用されているのが現状である。
【０００４】
従来、これらの鉄心素材としては、板厚0.35mmのSiを含有する無方向性電磁鋼板が多く用いられており、この電磁鋼板の高周波域での鉄損を改善するために、種々の努力が払われてきた。
すなわち、高周波鉄損を改善するためには渦電流損の増加を抑制することが効果的であり、そのための手段として、電磁鋼板の板厚を低減することが有効である。例えば、特開平8-60252 号公報には、Siを0.5 〜４％、Alを１％以下含んだ板厚0.10〜0.25mmの薄物無方向性電磁鋼板が開示されており、マイクロモータなどの用途では、このような板厚が0.20mm程度の無方向性電磁鋼板の需要が増加している。さらに、磁気特性の優れた素材が必要となる用途に対しては、板厚を0.15mmとさらに薄くした素材の適用も検討されている。しかしながら、電磁鋼板の板厚が薄くなると、コア加工工程においてプレス打ち抜き工数、コア積層工数の増加などにより作業性が低下するとともに、「かしめ」による固定が困難となり、またプレス金型のクリアランス設定条件が厳しくなるなど、加工面での問題が生じるため、可能な限り板厚の厚い素材を用いて製造したいという要望が大きくなっている。
【０００５】
また、高周波鉄損を改善するためには、鋼の固有抵抗を高めることも有効である。固有抵抗を高めるためには、SiやAlの含有量を増す手法が、一般に採用されていた。しかし、Si、Alの含有量を増すと脆化して著しく加工性が劣化し、特にSiが 3.5％以上、もしくはSiとAlとの合計で4 ％以上を含有する鋼は、通常の圧延法で製造することが困難であった。
【０００６】
この製造性を改善する技術として、特開昭61-166923 号公報には、高珪素鋼板に関して低温強圧下の熱間圧延による方法が、開示されている。しかしながら、この技術は、合金としての脆性を見かけ上改善すべく圧延組織の微妙な調整を必要とするものであり、製造過程で厳密な制御を行わなければならないことから、工業的に安定して生産するのは困難であった。
【０００７】
一方、特開昭62-227078 号公報では、焼鈍雰囲気制御でのSiの拡散浸透処理により高Si鋼を得る方法が開示されている。この方法では、通板条件を制御することにより任意のSi濃度の鋼板を得ることが出来るが、特殊な拡散浸透法を用いるため、工業的に製造を行う場合にはコスト面で極めて不利である。さらに、いずれの技術も、高Si、Al鋼が本質的に具備する脆性を改善するものではないため、製造された製品は極めて脆く、プレス打ち抜き加工時に割れが多発したり、リアクトルコア等への巻き加工が困難であるなど、加工上の問題を有していた。
【０００８】
一方、出願人は、上記の点に鑑み、高Si鋼の脆性そのものを改善することで鋼板製造ならびに鉄心コア加工性の改善をはかり、加えて高い固有抵抗により高周波鉄損を低減させる鋼組成について鋭意検討を行い、これを特開平11−343544号公報において提案した。すなわち、この技術は、高Si鋼もしくは高Si，Al鋼にCrを共存させることが脆性改善に非常に有効であることを見出し、さらに優れた高周波特性を有する無方向性電磁鋼板の提供を可能にしたものである。すなわち、従来、Si鋼やSi−Al鋼においては、単にCrを添加しただけでは添加量が増すほど靭性が劣化すると考えられていたが、Siが３％以上の高Si鋼であっても、ＣおよびＮの含有量を十分に低減した上でCrを含有させることにより、むしろ高い靭性が得られることを見出したのである。また、磁気特性については、CrはSiやAlと同様に固有抵抗を増加させる効果を有する元素であり、添加により高周波鉄損を低減させることができるが、CrとともにSiやAlを複合して添加させると、固有抵抗の増加に相乗的な効果があることも見出した。すなわち、Si、Alをそれぞれ単独で添加した鋼あるいはSi−Al鋼にCrを添加したときに、同量のCrを単独で添加する場合より飛躍的に高い抵抗増加効果が得られたのである。
【０００９】
この技術により、従来では圧延困難であったSi含有量が 3.5％を超える鋼についても、通常の圧延により製造することが可能となり、さらにプレス打ち抜きやリアクトルコアヘの巻き加工にも十分に適用可能な優れた加工性を有する高周波材料およびその製造方法を提供することが可能となった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の新規技術をベースにして、その良好な圧延性並びに加工性を維持しつつ、上記したEVやHEV 等に供する駆動モータ、マイクロガスタービン発電機およびリアクトルなどの高周波用途で使用される、鉄心コアにより適した特性、特に１kHz 〜10kHz といった周波数領域での鉄損を更に改善した、方向性電磁鋼板について、その有利な製造方法に併せて提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、鋼板の集合組織を制御し、磁化容易軸である〈110 〉軸が圧延方向と平行であるゴス方位(110)[001]集合組織を、二次再結晶により鋼板に発達させる手法をCr−Si鋼に適用させるべく検討を行った。
【００１２】
さて、ゴス方位を集積させた方向性電磁鋼板は既に広く使用されているが、これはSi等の固有抵抗増加元素を３mass％程度しか含有しておらず、また二次再結晶粒径が通常の場合３mm〜30mm程度の平均粒径に達するため、この発明で所期する高周波域での鉄損は必ずしも満足できるものではない。そこで、方向性電磁鋼板にCrを含有させれば脆化させずに固有抵抗をより増加させることができ、Si量を 3.5mass％以上で含有させても圧延して製造することが可能となる。このようにして固有抵抗を高めた鋼板において、その集合組織を磁気特性に有利なゴス方位へと安定的に集積させることができれば、上記用途に適した高周波磁気特性と、圧延性（鋼板製造性）および（コアの）加工性とを両立した鋼板を得ることができるのである。
【００１３】
しかしながら、高Cr含有鋼のゴス方位二次再結晶出現条件を詳細に検討したところ、従来の方向性電磁鋼板と同様な製造方法では、二次再結晶が不安定となり所望の磁気特性が得られないことが明らかとなった。
そこで、高Cr含有鋼におけるゴス方位二次再結晶出現のための適切な条件について鋭意検討したところ、鋼の成分組成、さらには製造条件を適正化することにより、Crを含有する鋼においても安定的にゴス方位二次再結晶粒が得られることを見出し、この発明を完成するに到った。
【００１４】
すなわち、この発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）Ｃｒ：１．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％以下およびＳｉ：２．５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下を含有し、酸可溶性Ａｌ：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｓｅ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｏ：１００ｍａｓｓｐｐｍ以下およびＣ及びＮを合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下に低減し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、結晶粒の［００１］軸と圧延方向とのずれ角をα（圧延面内）およびβ（圧延垂直面内）と定義したとき、α≦１５°である結晶粒の面積率が７０％以上およびβ≦１０°である結晶粒の面積率が８０％以上であり、かつ平均結晶粒径が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
【００１５】
（２）上記（１）において、さらにＳｂおよびＳｎのいずれか１種または２種を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．２ｍａｓｓ％以下含有する成分組成を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
【００１６】
（３）Ｃｒ：１．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％以下およびＳｉ：２．５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下を含有し、酸可溶性Ａｌ：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｓ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｓｅ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｏ：１００ｍａｓｓｐｐｍ以下およびＣ及びＮを合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下に低減し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、鋼素材を熱間圧延後、１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施し、次いで一次再結晶焼鈍を兼ねる二次再結晶焼鈍、さらに絶縁コーティングを施す、一連の工程によって方向性電磁鋼板を製造するに当たり、最終冷延工程での圧下率を４０〜８０％、二次再結晶焼鈍温度を９００℃〜１１７５℃として二次再結晶させることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１７】
（４）上記（３）において、冷間圧延後に、一次再結晶焼鈍により一次再結晶させた後に焼鈍分離剤の塗布を行い、その後二次再結晶焼鈍を施してから、絶縁コーティングを施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１８】
なお、この発明に従う方向性電磁鋼板のように、ゴス方位の集積した組織で異方性を有するものは、従来、回転機への適用には不向きであるとされてきた。しかしながら、近年、回転機の設計において、固定子をいくつかのパーツに分けて打ち抜く分割コアが採用され始めてきていて、この手法によれば運転中に磁束が集中するティース部分の方向を、磁化容易な<100> 軸を有する材料の圧延方向に揃えるといった、設計が可能となっていることから、この発明に従う方向性電磁鋼板の回転機への適用は可能である。また、リアクトルに関しても巻きコアの巻き方向、積みコアの切り出し方向を考慮した製造が可能であり、この発明の鋼板は、このような使用に特に適している。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基礎となった実験結果について説明する。
すなわち、Ｃ：0.0038mass％、Si：4.3 mass％、Cr：5.5 mass％、Mn：0.075massmass ％、Al：0.036 mass％、Ｎ：0.0052mass％、Se：0.018 mass％を含有する鋼スラブを、 2.0mm厚に熱間圧延後、1000℃で60秒の熱延板焼鈍を施したのち、冷間圧延により 1.5mmの板厚とし、中間焼鈍として1050℃で60秒の焼鈍を施した。その後、850 ℃で２分間の一次再結晶焼鈍を施し、MgO を主成分とする焼純分離剤を塗布して1200℃で最終仕上焼鈍を施した。
【００２０】
かくして得られた鋼板を観察したところ、二次再結晶が全く起こっておらず磁気特性も満足のいくものではなかった。この理由は明確ではないが、一次再結晶後の鋼板を調査した結果、鋼板内にCrSeが不均一かつ粗大に形成されており、またCrSeとAIN とが複合した粗大析出物も観察されたことから、Crの含有により、形成されるインヒビターの種類・分布が大きく変化してインヒビターが劣化したことにより、二次再結晶が困難になったものと考えられる。
【００２１】
さらに、詳細な検討を加えたところ、インヒビター形成成分であるAl、Se、Sを低減した上で、製造条件を適正に規定することにより、Crを含有する鋼においてもインヒビターを用いることなしに、二次再結晶を起こさせることに成功した。そのための条件について、以下に詳しく説明する。
【００２２】
Cr：1.5 mass％以上20mass％以下
Crは、Siとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させて高周波域での鉄損を低減する、この発明において重要な合金成分である。さらに、3.5 mass％を超えるSiを含有させた場合は、Cr添加により圧延加工可能な靭性を得ることができる。この観点からは、Crを２mass％以上含有させることが好ましい。なお、Si量が3.5 mass％よりも少ないときには、Cr量を更に減じても加工性を確保することが可能である。また、Crには鋼板の耐食性を向上する効果もあるため、自動車用モータなど腐食環境に晒される可能性がある用途には有利である。一方、20mass％を超えると、靭性向上の効果が飽和するとともに、コスト上昇を招くため、Crの含有量は 1.5mass％以上20mass％以下、好ましくは２mass％以上10mass％以下、より好ましくは３mass％以上７mass％以下とする。Crが有する上記の高周波磁気特性向上、耐食性向上の効果をより一層望む場合には、Cr量を 5.5mass％を超える量で含有させることが、さらに望ましい。
【００２３】
Si：2.5 mass％以上10mass％以下
Siは、単独でも鋼の固有抵抗を上昇させるが、更にCrとの相乗効果によって固有抵抗を大幅に上昇させ、特に１kHz 以上の周波数域での鉄損を低減するのに有効な成分である。Si量が 2.5mass％未満では、Crの併用により高い固有抵抗が得られるものの、磁束密度が劣化するという問題がある。一方、10mass％を超えると、Crを含有させても圧延加工可能な靭性を確保できないため、Siの含有量の範囲は、2.5 mass％以上10mass％以下、好ましくは2.5 mass％以上７mass％以下、より好ましくは3.5 mass％以上５mass％以下と規定する。
【００２４】
酸可溶性Al：0.03mass％以下
Alは、一般的に電気抵抗を高める効果があり、鉄損の低減に有効であるが、この発明では、安定的にゴス方位の二次再結晶組織を得るためには、酸可溶性Alの量を0.03mass％以下に制限する必要があり、好ましくは0.01mass％以下である。この理由については明確ではないが、0.03mass％を超えて酸可溶性Alが存在すると、形成されたAlN が二次再結晶焼鈍過程でインヒビターとして不安定的に作用するため、集合組織による粒成長抑制力効果の微妙なバランスが崩れゴス方位が必ずしも優先成長しなくなるためと考えられる。
【００２５】
Mn：1.0 mass％以下
Mnは、SiやAlと同様、合金の固有抵抗を高める効果がある。また、脱酸剤として作用するほか、Ｃとの相互作用により熱延板の靭性を改善する効果も有するため、添加することは可能である。しかしながら、Mn添加の際に一般的に用いられるフェロマンガンには、Ｃが不純物として含まれ多量のMn添加は鋼中Ｃの増加を招く。また、Mnの固有抵抗増加は同一添加量でSiの半分程度の効果にとどまることも鑑み、その上限は１mass％とする。なお、下限は特に設けないが、Mnは原材料の鉱石中にも存在するため、銑鉄の段階で0.05mass％程度含まれることが多い。
【００２６】
Ｓ：50massppm 以下
Se：50massppm 以下
Ｏ：100massppm以下
これら元素はいずれも析出物となりうるため、2 次再結晶挙動に影響を及ぼす。特に、この発明はクロムを主成分として含有しているため、S 、Seの含有量が多いとCrS 、CrSeが形成される。これら硫化物は、粗大に不均一に析出するので二次再結晶を阻害するため有害であり、特にＳ、Seをそれぞれ50massppm 以下に低減する必要がある。好ましくはそれぞれ20massppm 以下とする。この発明の条件において、安定してゴス方位二次再結晶粒を得るためには上記範囲に制限する必要がある。
【００２７】
Ｃ及びＮを合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下
Ｃ及びＮは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金の靭性を劣化させるためにできる限り低減することが好ましく、その許容量はこの発明のＣｒ、Ｓｉ量の場合には、高靭性を確保するために合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下に抑える必要がある。すなわち、先に述べたとおり、この発明では、Ｃ＋Ｎの含有量を１００ｍａｓｓｐｐｍ以下に低減した上で、一定量以上のＣｒを含有させることにより、たとえＳｉを多量に（３．５ｍａｓｓ％を超える量）含有させる場合であっても、優れた高い靭性が得られ製造時及び製品加工時の加工性が改善されるとともに、高周波磁気特性が格段に向上するのである。Ｃ＋Ｎの含有量は、好ましくは８０ｍａｓｓｐｐｍ以下、より好ましくは５０ｍａｓｓｐｐｍ以下である。なお、Ｃ又はＮの各々は、Ｃが５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｎが５０ｍａｓｓｐｐｍ以下が良く、より好ましくはＣが２０ｍａｓｓｐｐｍ以下、Ｎが３０ｍａｓｓｐｐｍ以下が良い。
【００２８】
さらに、必要に応じて、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で 0.005mass％以上 0.2mass％以下
SbおよびSnは、焼鈍中の表層酸化、窒化を抑制する効果があるため、コイルでの長時間加熱が必要な二次再結晶焼鈍工程において、板面間の接着を防止する効果があり、添加によりコイル焼鈍前の焼鈍分離剤塗布工程を省略することが出来るため、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で 0.2mass％以下の範囲で添加してもよい。この効果は少なくとも１種を0.005 mass％以上添加させることによって得られる。一方、0.2 mass％以上で添加しても、その効果は飽和する上、結晶粒界の強度を弱めて脆化をもたらす弊害が生じるため、上限を 0.2mass％とする。
【００２９】
なお、磁気特性、耐食性、加工性などをさらに向上することを目的として、上記の成分に、従来知られている合金成分を追加添加することは、この発明の効果を損なうものではない。それらの成分の代表例を以下に列記する。
すなわち、0.1 mass％以下のＰは鋼の固有抵抗、さらに磁気特性を改善する効果があるが、0.1 mass％をこえると鋼が脆化する。５mass％以下のNiおよび１mass％以下のCuは、それぞれ耐食性を改善するとともに延性−脆性遷移温度を下げて鋼板製造性を改善する。５mass％以下のMoおよびＷは、それぞれ耐食性を改善する。５mass％以下のCoは、磁束密度を向上させ、ひいては鉄損改善に効果がある。
【００３０】
さらに、この発明の方向性電磁鋼板は、二次再結晶により発達させた結晶組織を有し、結晶粒の[001] 軸と圧延方向とのずれ角をα（圧延面内）およびβ（圧延垂直面内）と定義したとき、α≦15°である結晶粒の面積率が70％以上およびβ≦10°である結晶粒の面積率が80％以上であり、かつ平均結晶粒径が1.0 mm以上であることが必要である。
【００３１】
ここで、結晶粒の[001] 軸と圧延方向とのずれ角について説明する。すなわち、図１に示すように、圧延方向（RD）に対して結晶粒のRD方向に近い[001] 軸（OA）の圧延面への投影ベクトル（OB）と圧延方向とのなす角∠BOR をαとし、一方上記[001] 軸を圧延面に投影した、その垂直面内における[001] 軸と投影軸とのなす角∠AOB をβと定義した。bcc 構造の鉄において、[001] 軸方向が最も磁化容易方向であることが知られており、各結晶粒の[001] 軸が揃っているほど、その方向へ磁化される場合の磁気特性は優れたものになる。
【００３２】
そして、α≦15°である結晶粒の面積率が70％以上およびβ≦10°である結晶粒の面積率が80％以上を同時に満足しない場合は、二次再結晶粒の集積が不十分になり、良好な磁気特性を得られない。とりわけ、α≦15°である結晶粒の面積率が80％以上およびβ≦10°である結晶粒の面積率が90％以上であることが、好ましい。
さらに、結晶粒の平均結晶粒が1.0 mmに満たない場合は、二次再結晶が不十分であり、(110)[001]への集積が不足する。
【００３３】
次に、この発明の方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
上述した成分組成範囲になる溶鋼を、連続鋳造又は造塊−分塊圧延によりスラブとする。また、薄スラブ連続鋳造法を用いて、板厚の薄いスラブを直接製造することもできる。得られたスラブは、一旦冷却されたのち、再加熱保持後に熱間圧延に供するか、またはエネルギー効率や生産性の点から、連続鋳造時の顕熱を活用するために、鋳造後のスラブを直接熱間圧延（CC-DR 法）したり、鋳造直後の熱片スラブを短時間の再加熱後に熱間圧延（HCR 法）することができる。
【００３４】
熱間圧延は、極力薄く圧延することによって、次工程の冷間圧延ないしは温間圧延における加工性、すなわち圧延性を良好にすることが好ましい。これは、この発明に従うFe−Cr−Si系合金組成の場合には、熱延板の表面部分の方が中心部分よりも加工性が優れているとの知見に基づくものである。そのための熱延板の厚みは３mm以下、好ましくは 2.5mm以下、より好ましくは 1.8mm以下とする。
【００３５】
熱間圧延後は、必要に応じて熱延板焼鈍を行うことが出来る。熱延板焼鈍により圧延素材を軟化できるため、引き続いて行う冷間圧延や温間圧延の作業性を改善することができる。この熱延板焼鈍条件は、例えば、温度750 〜1050℃、時間１秒〜２時間で行う。焼鈍温度が必要以上に高い場合や焼鈍時間が長い場合は、コスト上昇の要因となるだけでなく、焼鈍効果が飽和して製造性の改善が見込めなくなったり、場合によっては結晶粒が成長しすぎて次工程のコイル解体や冷延時に耳割れや板破断の起点となったりする。従って、これらの作用効果を考慮して、焼鈍を省略することも出来るし、上記の範囲内で適宜実施することが出来る。
【００３６】
引き続き、酸洗もしくはショットブラスト等により、熱延スケールを除去した後に、冷間圧延や温間圧延を行う。上記の発明範囲の成分、そして製造方法によって高Si含有鋼であっても熱延板の靭性が改善されているため、更に温間や冷間で圧延して所定の厚みの薄板とすることができる。以上のような冷間圧延や温間圧延は、1 回の圧延又は中間焼鈍を含む２回以上の圧延により行う。この圧延での圧下率ならびに中間焼鈍を行うことは、圧延材の集合組織の改善を通じて後工程での二次再結晶の発現、並びにゴス方位の集積による磁気特性の向上を所期する上で重要である。特に、中間焼鈍は、圧延による材料の加工硬化を緩和して圧延の作業性を改善する面でも有利である。中間焼鈍を行う場合、その条件は600〜1000℃で時間10秒〜10分の範囲とする。焼鈍温度が低い場合や焼鈍時間が短い場合は、鉄損特性の向上効果が小さいこと、焼鈍温度が高い場合や焼鈍時間が長い場合は、焼鈍効果が蝕和して鉄損特性の一層の改善が見込めないこと及びコスト上昇の要因となることから、これらの作用効果を考慮して上記の範囲内に定めれば良い。
【００３７】
また、最終冷間圧延の圧下率を40〜80％、望ましくは50〜80％にすることが、良好な二次再結晶方位を得るために重要である。これは、圧下率が40％未満では、ゴス方位を二次再結晶させるための、好ましい一次再結晶組織の形成（｛111｝）が不十分であり、一方80％をこえると、一次再結晶時に粒界からの｛111 ｝結晶粒の生成が主体となり、良好な二次再結晶粒の核となる、ゴス粒の形成が不足するためと考えられる。
なお、冷間圧延及び温間圧延は、コストの面からできるだけ低い温度とすることが好ましく、温間圧延を行う場合は、300 ℃程度以下の温度とすることが望ましい。
【００３８】
ここで、最終圧延板の板厚は特に限定しないが、高周波磁気特性の改善のためには板厚が薄い方が望ましく、この発明においても磁気特性の面からは出来るだけ薄くすることが望ましい。市販されている従来の無方向性電磁鋼板、方向性電磁鋼板と同一の板厚で比較した場合には、この発明の鋼板は１kHz 以上の高周波域で優れた低鉄損特性を示す。
【００３９】
通常、方向性電磁鋼板の製造において、圧延の後に、多量に含有するＣを除去するため、および一次再結晶組織を調整するために、脱炭・一次再結晶焼鈍が行われるが、この発明に従う鋼成分は十分に低Ｃの組成であって脱炭は不要であるから、通常の脱炭・一次再結晶焼鈍を省略し、二次再結晶焼鈍工程の前段で一次再結晶させることも可能である。
【００４０】
次いで、二次再結晶のための長時間焼鈍において鋼板間の固着を防止する目的で焼鈍分離剤を塗布する。鉄損を重視してフォルステライト被膜を形成させる場合には、MgO を主体とする焼鈍分離剤を適用して、最終仕上焼鈍を施すことにより二次再結晶組織を発達させるとともにフォルステライト被膜を形成させる。打抜き加工性を重視して、フォルステライト被膜を必要としない場合には、フォルステライトを形成するMgO は使用せずシリカ、アルミナ等を用いる。また、塗布を行う際も水分を持ち込まず酸化物生成を抑制する目的で、静電塗布を行うことなどが有効である。さらに、耐熱無機材料シート（シリカ、アルミナ、マイカ）を用いてもよい。なお、Sb，Snを所定量含有するものについては、焼鈍中の酸化窒化が抑制されて鋼板間の固着が生じないため、焼鈍分離剤の塗布を省略することも可能である。
【００４１】
二次再結晶焼鈍は、二次再結晶開始温度より 20〜80℃高い温度で保持することが望ましく、その下限は900 ℃程度である。保持温度までの加熱速度は、磁気特性に大きな影響を与えないので任意の条件でよい。二次再結晶完了後は組織安定化と純化とのために、還元雰囲気中でさらに昇温してもよい。ただし、1175℃をこえる高温とすると、コイルの変形などの問題を生じ易くなるため、上限温度を1175℃とする。
【００４２】
その後、必要に応じて分離剤除去、フラットニング、絶縁コーティング塗布焼き付けして製品に供される。これらの条件、絶縁被膜の被成条件に関しては、通常の方向性あるいは無方向性電磁鋼板で常用される方法と同様にすればよい。
【００４３】
【実施例】
表１に示す成分組成の鋼を小型真空電気炉を用いて溶製したのち、板厚 1.5mmに熱間圧延した。その後、表２に示す種々の条件に従って、最終板厚0.20mmの鋼板を作製した。ここで、熱延板焼鈍、冷延板の中間焼鈍および一次再結晶焼鈍はいずれも窒素80 vol％＋水素20 vol％の混合雰囲気中にて、表２に示す所定温度で10秒均熱する条件とし、二次再結晶のための最終仕上げ焼鈍は窒素50 vol％＋水素50 vol％の混合雰囲気中で800 ℃以上を20℃／h の昇温速度で加熱し、所定温度で50h 保持する条件とした。
【００４４】
ここで、各試料の鋼板製造性を、冷間圧延時の板割れ発生の有無で評価した。次に、得られた鋼板の磁気特性は、板の圧延方向に平行にエプスタイン試験片を切り出し、Ｗ_10/1k （励磁磁束密度 1.0Ｔ、周波数10kHz における鉄損）およびＷ_1/10k （励磁磁束密度 0.1Ｔ、周波数10kHz における鉄損）で評価した。さらに，鋼板の加工性の評価指標として、打ち抜き性については100 パンチの打ち抜き試験（15×10mmの角形打ち抜き片）で発生した欠けなどの不良率を用い、また巻きコアヘの加工性については20mmＲの密着曲げ試験の結果を用いた。その結果を表３に示す。
また、比較のため、従来の無方向性電磁鋼板（Si量 3.1mass％）、方向性電磁鋼板（Si量 3.1mass％）、そして浸珪法により作製した 6.5mass％Si鋼板の結果についても、表４に示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
【表２】

【００４７】
【表３】

【００４８】
【表４】

【００４９】
表３から、この発明の組成範囲にある鋼Ａ，ＢおよびＧを用い、この発明の製造条件範囲に従ったNo．２，３，４，７，８，９，10，17は、いずれも二次再結晶組織を発現し、表４に示す従来鋼と比較しても優れた高周波鉄損特性を示していることがわかる。その一例として、No．３の二次再結晶粒のマクロエッチング組織を図２に示すと共に、その組織の(100) 極点図を図３に示すように、この発明に従って得られる鋼板は、良好な二次再結晶を発現し、かつその方位は(110)[001]（ゴス方位）に集積していることがわかる。一方、製造条件のうち、最終圧延での合計圧下率がこの発明の範囲を外れるNo．１および５と、二次再結晶焼鈍条件がこの発明範囲より低いNo．６とは、二次再結晶が起こらず、１kHz での鉄損に劣るものであった。
【００５０】
一方、鋼組成のうち、Ｃ＋Ｎがこの発明の範囲を外れる鋼Ｃは、圧延中にエッジ部より板割れを生じたため、以後の試験は行わなかった。また、Alが発明範囲を外れる鋼Ｄでは、鋼Ａ，Ｂにおいて良好な二次再結晶が得られた条件で通板しても、二次再結晶が起こらなかった。
【００５１】
以上の結果から、この発明によってゴス方位に集積した二次再結晶組織を有する電気抵抗の高いSi−Cr鋼は、１kHz および10kHz のいずれの周波数でも従来鋼より優れた磁気特性を示すことが明らかである。加えて、鋼板の圧延性にも優れ浸珪法などの高価な製造方法を用いずとも生産できる、利点がある。さらに、プレス打ち抜き試験、20mm密着曲げ試験においても不良発生は見られなかった。従って、モータなどのプレス打ち抜きによる積層コアやリアクトルなどの巻きコアヘの適用も容易である。
【００５２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、特に１kHz 〜10kHz といった高周波域で優れた低鉄損特性を示し、さらに優れた鋼板製造性およびコア加工性を有する方向性電磁鋼板を、提供することが可能となる。この発明の電磁鋼板は、主として１kHz 〜20kHz といった、高周波域での鉄損特性が重視されるモータや発電機など高速回転機や高周波リアクトルの鉄心材料に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】結晶粒の[001] 軸と圧延方向とのずれ角についての説明図である。
【図２】二次再結晶粒のマクロエッチング組織を示す顕微鏡写真である。
【図３】二次再結晶した試料の(100) 極点図である。

Claims

Ｃｒ：１．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％以下および
Ｓｉ：２．５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下
を含有し、
酸可溶性Ａｌ：０．０３ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、
Ｓｅ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、
Ｏ：１００ｍａｓｓｐｐｍ以下および
Ｃ及びＮを合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下
に低減し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物の成分組成を有し、
結晶粒の［００１］軸と圧延方向とのずれ角をα（圧延面内）およびβ（圧延垂直面内）と定義したとき、α≦１５°である結晶粒の面積率が７０％以上およびβ≦１０°である結晶粒の面積率が８０％以上であり、かつ平均結晶粒径が１．０ｍｍ以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
請求項１において、さらにＳｂおよびＳｎのいずれか１種または２種を合計で０．００５ｍａｓｓ％以上０．２ｍａｓｓ％以下含有する成分組成を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。
Ｃｒ：１．５ｍａｓｓ％以上２０ｍａｓｓ％以下および
Ｓｉ：２．５ｍａｓｓ％以上１０ｍａｓｓ％以下
を含有し、
酸可溶性Ａｌ：０．０３ｍａｓｓ％以下、
Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、
Ｓ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、
Ｓｅ：５０ｍａｓｓｐｐｍ以下、
Ｏ：１００ｍａｓｓｐｐｍ以下および
Ｃ及びＮを合計で１００ｍａｓｓｐｐｍ以下
に低減し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる、鋼素材を熱間圧延後、１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施し、次いで一次再結晶焼鈍を兼ねる二次再結晶焼鈍、さらに絶縁コーティングを施す、一連の工程によって方向性電磁鋼板を製造するに当たり、最終冷延工程での圧下率を４０〜８０％、二次再結晶焼鈍温度を９００℃〜１１７５℃として二次再結晶させることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
請求項３において、冷間圧延後に、一次再結晶焼鈍により一次再結晶させた後に焼鈍分離剤の塗布を行い、その後二次再結晶焼鈍を施してから、絶縁コーティングを施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法の製造方法。