JP4280224B2 - 鉄損に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、モーター鉄芯などに用いられる無方向性電磁鋼板の鉄損を下げて、エネルギーロスを少なくし、電気機器の効率化を図り省エネに寄与すべく、鉄損、特に、歪取焼鈍後の鉄損に優れた無方向性電磁鋼板を提供する。

無方向性電磁鋼板は、結晶粒径が１５０μｍ程度で鉄損が最小となることが知られている。このため、製品特性の観点から、あるいは製造の簡略化、高生産性化の観点から、仕上げ焼鈍での結晶粒成長性のより良い鋼板が望まれている。

さらに、需要家によって鉄心の打ち抜き加工が施される際には、打ち抜き加工における打ち抜き精度は結晶粒が細かいほど良く、結晶粒径は、例えば４０μｍ以下が好ましい。このように、結晶粒径に対する鉄損と打ち抜き加工精度の要求が相反する場合もある。

特に、この相反する要求を満たす場合は、製品板の結晶粒径を細かいまま出荷し、需要家の打ち抜き加工の後に、例えば、７５０℃×２時間程度の歪取り焼鈍を行って結晶粒を成長させる方策が択られている。

近年、需要家より低鉄損材の要求ニーズが強く、また、需要家の生産性向上によって歪取り焼鈍の低温短時間化が志向されてきており、歪取り焼鈍での結晶粒成長性のより良い製品板のニーズが増大してきた。

結晶粒成長を阻害する主たる要因のひとつは、鋼中に微細に分散する介在物である。製品中に含まれる介在物の個数がより多くなるほど、また、大きさが小さくなるほど、結晶粒成長が阻害されることが知られている。

すなわち、ゼナー（Ｚｅｎｅｒ）が提示したように、介在物の球相当半径ｒと鋼中に占める介在物の体積占有率ｆで表されるｒ／ｆ値がより小さいほど、結晶粒成長はより悪化する。したがって、結晶粒成長を良好化するためには、介在物の個数をより少なくすることは勿論、介在物の大きさをより粗大化させることが肝要である。

無方向性電磁鋼板の結晶粒成長を阻害する微細介在物としては、シリカやアルミナなどの酸化物、硫化マンガンなどの硫化物、窒化アルミや窒化チタンなどの窒化物などが知られている。

これらの微細介在物を、除去あるいは必要充分なレベルにまで減少させるために、溶鋼段階で高純化を図ればよいことは自明である。しかし、微細介在物を除去、あるいは必要充分なレベルにまで減少させるために、溶鋼段階で高純化を図ることは、製鋼コストアップが避けられないので、好ましくない。

そこで、別法として、種々の元素を鋼に添加して介在物の無害化を図る方法がいくつか知られている。

酸化物に関しては、技術進歩により、強脱酸元素であるＡｌを充分量添加し、酸化物の浮上除去時間を充分に採ることにより、溶鋼段階で酸化物を除去し無害化することが可能となっている。

硫化物に関しては、例えば（特許文献１）、（特許文献２）、（特許文献３）、および、（特許文献４）などに開示されるように、脱硫元素である希土類元素（以下ＲＥＭと記載）などの添加によってＳを固定する方法が知られている。

また、窒化物に関しても、（特許文献５）あるいは（特許文献６）などに開示されるように、Ｂの添加によって粗大介在物としてＮを固定する方法が知られている。

特開昭５１−６２１１５号公報 特開昭５６−１０２５５０号公報 特開昭５９−７４２１２号公報 特許３０３７８７８号公報 特許１１６７８９６号公報 特許１２４５９０１号公報

上述の方法によって、酸化物、硫化物ならびに窒化物を無害化した上で、製品板に仕上げ焼鈍あるいは打ち抜き加工後の歪取り焼鈍を行った場合、結晶粒成長が部分的にばらついて、微細結晶粒と粗大結晶粒が混在するようになり、鉄損が不良となる場合があった。

この原因は、焼鈍段階において、製品板の一部分に微細な炭化チタン（以下、ＴｉＣと記載）が生成し、結晶粒の成長を阻害するためであることが、以下に具体的に述べるように明らかであった。

製品板の仕上げ焼鈍あるいは打ち抜き加工後の歪取り焼鈍は、通常、１０００℃以下の比較的低温で処理される場合が多く、なかでも、歪取り焼鈍は、製品板の表面コーティングの損耗を防ぐために７５０℃程度とさらに低温であり、そのような低温で結晶粒を充分に成長させるため、１時間以上の長時間にわたる焼鈍を余儀なくされている。

このような低温かつ長時間の焼鈍では、製品板の温度が全面で常に一定であることは極めて希であり、一部はより低温となり、別の一部はより高温となり、ばらつきが避けられない。

ところで、電磁鋼において、ＴｉＣの生成温度が７００〜８００℃の範囲内にあることが、別途検討により明らかである。低温かつ長時間の焼鈍において、ばらつきの中で高温となった部分は、ＴｉＣの生成温度を超えるためＴｉＣは生成せず、高温であるが故に、結晶粒成長速度も速く、従って、結晶粒は粗大化する。

一方、ばらつきの中で低温であった部分は、ＴｉＣの生成温度以下となって、焼鈍中にＴｉＣが生成することが起こり得る。低温下で生成するＴｉＣは、低温の故に充分な大きさに成長することができず、微細となり、長時間の焼鈍中の結晶粒成長を妨げる。

生成するＴｉＣは微細であるため、鋼中に含有されるＴｉ量とＣ量が高々数ｐｐｍ程度であっても、結晶粒成長を阻害するに足る個数のＴｉＣが生成することとなる。さらに、低温であるが故に、結晶粒の成長速度も遅いため、微細ＴｉＣによって結晶粒成長が阻害される効果がより強くなり、従って、結晶粒は成長せず微細となる。

このように、焼鈍温度の不可避的なばらつきにより、ＴｉＣ有無のばらつきが発生し、ひいては結晶粒成長のばらつきが発生することになるのである。

本発明は、焼鈍中に微細ＴｉＣが析出することを防止することにより、結晶粒を充分に粗大成長させ、低鉄損化することが可能な無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。

本発明の要旨は次の通りである。
（１）質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１％以上７．０％以下、Ａｌ：０．１％以上３．０％以下、Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下、Ｔｉ：０．００１６％以上０．０２％以下、ＲＥＭ：０．０００７５％以上０．０５％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる無方向性電磁鋼板であって、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物を含有し、かつ、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物のうちＴｉＮと結合している介在物数の割合が５％以上であり、さらに、［ＲＥＭ］で示されたＲＥＭの質量％と、［Ｔｉ］で示されたＴｉの質量％が、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］≧０．５を満たすことを特徴とする無方向性電磁鋼板。

本発明により、無方向性電磁鋼板中に析出する微細なＴｉＣを充分に抑制でき、仕上げ焼鈍や歪取り焼鈍段階での結晶粒成長を良好化することが可能となり、充分良好な磁気特性が得られ、需要家のニーズを満たしつつ省エネに貢献できる。

以下に、本発明の作用メカニズムについて説明する。前述の通り、電磁鋼中の硫化物を無害化するにあたってＲＥＭを用いる技術、すなわち、ＲＥＭ添加によりＳを固定して硫化物系介在物を減少させる技術は、従来から知られている。

ここで、ＲＥＭとは、原子番号が５７のランタンから７１のルテシウムまでの１５元素に原子番号が２１のスカンジウムと原子番号が３９のイットリウムを加えた合計１７元素の総称である。

電磁鋼へのＲＥＭ添加によって起こる現象を、本発明者が仔細に検討した結果、鋼中の含ＲＥＭ介在物の表面にＴｉＮが析出する場合があり、特に、含ＲＥＭ介在物が亀裂ないし破面を有するとき、その亀裂ないし破面に、優先的にＴｉＮが複合析出するため、鋼中のＴｉがより多量に固定され、焼鈍中のＴｉＣの生成が防止できることが判明した。これについて、以下に詳細に説明する。

ＲＥＭは、鋼中で種々の元素と反応して介在物を形成するが、その一例として、ＲＥＭオキサイドや、ＲＥＭサルファイド、あるいは、ＲＥＭオキシサルファイドなどがある。これら含ＲＥＭ介在物の結晶構造とＴｉＮの結晶構造には類似する点が多いので、含ＲＥＭ介在物がＴｉＮの析出核生成サイトとなる場合がある。

このため、鋼中に含ＲＥＭ介在物が存在する場合、図２に示すように、含ＲＥＭ介在物に対して幾何学的に整った形で、ＴｉＮが複合析出し、結合する場合がある。この理由は、含ＲＥＭ介在物の表面は鋼との相互作用によって様々な形態を採るが、その中で、たまたまＴｉＮの優先成長方位と整合する表面上に、ＴｉＮが核生成し易くなるためである。

含ＲＥＭ介在物とＴｉＮが結合した状態で鋼中に存在すると、製品板の仕上げ焼鈍あるいは打ち抜き加工後の歪取り焼鈍の際に、ＴｉＮが溶解してＴｉＣが生成することはない。なぜなら、ＴｉＮの生成温度はＴｉＣの生成温度より高温であることが、別途、検討により明らかであるからである。

ところで、これらの含ＲＥＭ介在物は鋼より硬度が低いため、鋼が圧延や鍛造等の加工を受けると、延伸するか、あるいは破砕して、亀裂ないし破面を生じる場合がある。加工の後に、含ＲＥＭ介在物がどのような形態をとり、どの程度の亀裂ないし破面を有するかは、加工条件などに応じて種々である。但し、通常の電磁鋼板の製造方法によると、鋼中の含ＲＥＭ介在物のうち、１／３以上に亀裂ないし破面が存在する場合が多い。

鋼が上記のような加工を受ける前、含ＲＥＭ介在物の表面には、ＴｉＮ以外の化合物（例えばＡｌＮなど）が結合して覆われている場合がある。しかし、上記のような加工によって含ＲＥＭ介在物の表面に亀裂ないし破面が生じたときには、亀裂ないし破面には化合物が結合していないため、ＴｉＮが核生成し易い。このため、含ＲＥＭ介在物の亀裂ないし破面には、亀裂ないし破面以外の表面に比べてＴｉＮが複合析出し易い。

図２に示す含ＲＥＭ介在物は、球形の含ＲＥＭ介在物の表面にＴｉＮが結合したものであり、また、図３に示す含ＲＥＭ介在物は、元来球形であった含ＲＥＭ介在物が縦半分に破断した半球形であり、右側の破面に多数のＴｉＮが結合したものである。図２と図３を比較して明らかなように、含ＲＥＭ介在物の亀裂ないし破面には、亀裂ないし破面以外の表面に比べてより多数のＴｉＮが積層するように結合し、ＴｉＮがより大きく成長する。

このように、含ＲＥＭ介在物の亀裂ないし破面には、亀裂ないし破面以外の表面に比べて、より大きくより多数のＴｉＮが結合する。すなわち、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物は、亀裂ないし破面のない含ＲＥＭ介在物に比べて、Ｔｉの固定量がより多く、ＴｉＣの防止効果がより強力であることを、本発明者は新規に知見した。

また、さらに、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物のうち、ある個数割合以上の含ＲＥＭ介在物にＴｉＮが複合析出すれば、Ｔｉが充分に固定されることとなり、焼鈍中のＴｉＣの生成が防止されることを、本発明者は併せて新規に知見した。

亀裂ないし破面のない含ＲＥＭ介在物にもＴｉＮが複合析出するが、それによるＴｉの固定量は、上述の通り、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物よりかなり少ない。よって、ＴｉＣ生成の防止効果を鑑みる上で、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物に着目すればよいことが判明した。

従って、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物を鋼中に必ず含有していることが重要である。この様な亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物は、上記の通り、鋼の加工により、元来の球形の含ＲＥＭ介在物が破断して得られるものである。

但し、上述の通り、通常の電磁鋼板の製造方法によると、鋼中の含ＲＥＭ介在物のうち、およそ１／３以上に亀裂ないし破面が存在する場合が多いが、それ以外のものは、鋼の加工を行っても、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物とはならずに、元来球形であった含ＲＥＭ介在物のまま、鋼中に残存するものが混在することがある。この様な場合は、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物以外の含ＲＥＭ介在物は、元来の球形の含ＲＥＭ介在物となる。

なお、含ＲＥＭ介在物の径が１μｍを下回ると、亀裂ないし破面が入り難く、また、径が５μｍを超える含ＲＥＭ介在物は、延伸や破砕によって径５μｍ以下になる場合が多い。よって、上述の、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物の個数割合は、径が１μｍから５μｍのものについて勘案すればよい。ここで、径とは、球相当直径のことを意味している。

次に、Ｔｉに関する具備条件について説明する。Ｔｉが含ＲＥＭ介在物に強固に固定されるためには、ＴｉＮが生成し十分に成長することが必要であり、そのためには、ＴｉＮの成長に足るＴｉが鋼中に充分含有されることが必要である。

但し、鋼中のＴｉ量が過剰な場合には、鋼中の全てのＴｉが、ＴｉＮとして含ＲＥＭ介在物に固定されるわけではなく、ＴｉＮを形成し損ねた余剰Ｔｉが残存し、それにより、ＴｉＣが生成することが起こり得る。従って、Ｔｉ量はＲＥＭ量に対して、ある一定値以下の比率に押さえる必要があると推察される。

以上を鑑み、発明者が鋭意検討の結果、鋼中に亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物が含有される場合に、径１μｍ以上５μｍ以下の亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物のうち、ＴｉＮと結合する含ＲＥＭ介在物の個数の比率が５％以上であり、かつ、［ＲＥＭ］で示されるＲＥＭの質量％と、［Ｔｉ］で示されるＴｉの質量％が、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］≧０．５を満たすときに、含ＲＥＭ介在物にＴｉがＴｉＮとして充分に固定され、ＴｉＣの生成が抑制されることを見出した。

以下に、上述の適正な条件について、具体的に、表１と図１を用いて説明する。質量％で、Ｃ：０．００２６％、Ｓｉ：３．０％、Ａｌ：０．５９％、Ｍｎ：０．２１％、Ｎ：０．００２％、Ｓ：０．００２％を含有し、ＲＥＭならびにＴｉの含有量を表１に示す通りに種々変更した鋼を連続鋳造し、熱間圧延し、熱延板焼鈍し、厚さ０．３５ｍｍに冷間圧延し、８５０℃×３０秒の仕上げ焼鈍を施し、絶縁皮膜を塗布して製品板を作成した。このときの製品板の結晶粒径はいずれも３１〜３４μｍの範囲内にあった。

次に、これら製品板に、従来一般的に行われるより短時間の７５０℃×１．５時間の歪取り焼鈍を施した。その後に、介在物、結晶粒径ならびに磁気特性の調査を行った。結果を表１ならびに図１に示す。なお、図１の横軸の亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物は、径１μｍ以上５μｍ以下のサイズのものを対象としている。また、鋼中の含ＲＥＭ介在物の全個数に対する、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物の個数の割合は、３５％から６５％の範囲内にあった。

Ｎｏ．１からＮｏ．６に示すように、鋼板中に、径１μｍ以上５μｍ以下であって、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物を含有し、かつ、そのうちＴｉＮと結合している含ＲＥＭ介在物の個数の割合が５％以上であり、かつ、［ＲＥＭ］で示されたＲＥＭの質量％と、［Ｔｉ］で示されたＴｉの質量％が、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］≧０．５の範囲内にある場合には、歪取り焼鈍を施した後の結晶粒径は５７〜７０μｍと充分に粒成長し、磁気特性（鉄損：Ｗ１５／５０）は１．８５〜２．００Ｗ／ｋｇと良好であった。

これらの鋼中には、ＲＥＭオキサイド、もしくは、ＲＥＭサルファイド、もしくは、ＲＥＭオキシサルファイドが存在しており、その内、径１μｍ以上５μｍ以下の亀裂ないし破面を有する介在物には、図３に示すような、ＴｉＮが結合した含ＲＥＭ介在物が観察された。また、焼鈍後の製品にはＴｉＣは発生していなかった。

以上の結果により、製品中のＲＥＭが、前述の、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物を形成し、その上にＴｉＮが複合析出し、Ｔｉが固定されたことにより、ＴｉＣの生成が防止されたことが明らかであった。

また、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］値はいずれも０．５以上であったが、なかでも、Ｎｏ．１からＮｏ．４に示すように、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］値が１．３を超えるものが、特に特性良好であった。

Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、および、Ｎｏ．１１に示す例は、鋼板中の、径１μｍ以上５μｍ以下の亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物のうち、ＴｉＮと結合している含ＲＥＭ介在物の個数の割合が５％未満である場合であり、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、および、Ｎｏ．１１に示す例は、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］＜０．５である場合である。

これらの鋼中には、ＲＥＭオキサイド、もしくは、ＲＥＭサルファイド、もしくは、ＲＥＭオキシサルファイドが存在しており、その内、径１μｍ以上５μｍ以下の亀裂ないし破面を有する介在物には、ＴｉＮが結合する介在物が観察された。

但し、いずれの製品板にもＴｉＣが生成しており、これにより、焼鈍後の結晶粒成長が阻害され、焼鈍後の結晶粒径は３６〜４４μｍに留まり、Ｗ１５／５０値は２．２８〜２．３８Ｗ／ｋｇ程度であり不良であった。

Ｎｏ．７、Ｎｏ．８、および、Ｎｏ．１１は、径１μｍ以上５μｍ以下の亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物の個数が過少であるため、また、Ｎｏ．９、Ｎｏ．１０、および、Ｎｏ．１１は、Ｔｉ量に対するＲＥＭ量が過少であるため、いずれも、含ＲＥＭ介在物にＴｉを固定しきれず、余剰のＴｉがＴｉＣを形成し、これにより結晶粒成長が阻害されたことが明らかであった。

以上の通り、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物のうちＴｉＮと結合する介在物数の割合が５％以上であることが重要であるが、この割合は、大きいほどその効果がより顕著になるため、２０％以上が好ましく、３０％以上がさらに好ましい。

以上の結果は、歪取り焼鈍を従来一般的に行われているより短時間で行った結果であるが、従来レベルの歪取り焼鈍を行った場合には、微細介在物のピン止め作用による結晶粒成長差がより顕著化するので、以上述べた結晶粒成長性、ならびに、鉄損の適不適が一層明確になることは言うまでもない。

また、ＲＥＭの元素であれば、１種だけ用いても、あるいは、２種以上の元素を組み合わせて用いても、本発明の範囲内であれば、上記の効果は発揮される。

次に、本発明における成分組成の好ましい含有量の限定理由について説明する。
［Ｃ］：Ｃは、磁気特性に有害となるばかりか、Ｃの析出による磁気時効が著しくなるので、上限を０．０１質量％とした。下限は０質量％を含む。

［Ｓｉ］：Ｓｉは鉄損を減少させる元素である。下限の０．１質量％より少ないと鉄損が悪化する。また、上限の７．０質量％を超えると加工性が著しく不良となるため、上限を７．０質量％とした。

なお、Ｓｉは鋼中のＴｉの活量を上げる効果を有するため、Ｓｉ量の下限値については、Ｓｉがより高いと、Ｔｉ析出物の生成がより活発化し、ＲＥＭオキシサルファイドへのＴｉＮの複合析出がより促進され、ＲＥＭオキシサルファイド１個あたりに固定されるＴｉ量が増加し、鋼中の微細なＴｉ析出物の個数密度がより減少する。この効果はＳｉ量の概ね二乗に比例するため、Ｓｉ量はより高いほうが好ましい。

具体的には、鋼中における径１００ｎｍ以下の微細Ｔｉ析出物の個数密度が、Ｓｉ量が２．２質量％の場合に１×１０^９個／ｍｍ^３以下となり、Ｓｉ量が２．５質量％の場合に５×１０^８個／ｍｍ^３以下となる。よって、Ｓｉ量の下限値として、２．２質量％以上であることが好ましく、２．５質量％以上であればさらに好ましい。

また、Ｓｉ量の上限としてより好ましい値は、冷延性がより良好な４．０質量％である。上限値が３．５質量％であれば、冷延性が一層良好となって一層好ましい。

［Ａｌ］：ＡｌはＳｉ同様に鉄損を減少させる元素である。下限の０．１質量％未満では鉄損が悪化し、上限の３．０質量％を超えるとコストの増加が著しい。 Ａｌの下限は、鉄損の観点から、好ましくは０．２質量％、より好ましくは０．３質量％、さらに好ましくは０．６質量％とする。

［Ｍｎ］：Ｍｎは鋼板の硬度を増加させ、打抜性を改善するために、０．１質量％以上添加する。なお、上限の２．０質量％は経済的理由によるものである。

［Ｎ］：ＮはＡｌＮやＴｉＮなどの窒化物となり鉄損を悪化させる。本発明によって、ＲＥＭ介在物にＴｉＮとして固定されるものの、その実用上の上限として０．００５質量％とした。なお、上記の理由により、上限として好ましくは０．００３質量％、より好ましくは０．００２５質量％、さらに好ましくは０．００２質量％である。

また、前記の理由により、Ｎはできる限り少ないほうが好ましいが、０質量％に限りなく近づけるには工業的な制約が大きいため、下限を０質量％超とする。なお、実用上の下限として０．００１質量％を目安とし、０．０００５質量％まで下げると窒化物が抑制されてより好ましく、０．０００１質量％まで下げるとさらに好ましい。

［Ｔｉ］：ＴｉはＴｉＣなどの微細介在物を生成し、粒成長性を悪化させ、鉄損を悪化させる。本発明によりＲＥＭオキシサルファイドにＴｉＮとして固定されるものの、その実用上の上限として０．０２質量％とした。なお、上記の理由により、上限として好ましくは０．０１質量％、より好ましくは０．００５質量％である。

また、Ｔｉは粒成長性を悪化させる元素であるために少ないほうが好ましいが、製鋼段階でＴｉを高純度化するためには、不純物として含有されるＴｉ量が少ない、高純度で高価な原料を多く使用しなければならない。これにより、コスト高となる。よって、実用的なＴｉ量の下限値として、実施例に基づいて０．００１６質量％とした。

［ＲＥＭ］：ＲＥＭはオキシサルファイドを形成してＳを固定し、微細サルファイドの生成を防止または抑制する。また、ＴｉＮの複合生成サイトとなり、Ｔｉの固定効果を発揮する。このため、Ｔｉ量に応じた所用量を上回る含有量を要する。具体的には、前述の通り、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］値が０．５以上となることが必要である。

即ち、前述のＴｉ量の下限値に応じ、ＲＥＭ量の下限値は０．０００７５質量％となる。なお、これ以上のＲＥＭ添加量が必要であるものの、過剰なＲＥＭ添加はコスト高を招くため、経済的な理由により、上限値を０．０５質量％と定めた。

［Ｓ］：ＳはＭｎＳ等の硫化物となり、粒成長性を悪化させ、鉄損を悪化させる。本発明により、ＲＥＭサルファイドないしＲＥＭオキシサルファイドとして固定されるものの、その実用上の上限として０．００５質量％とした。

また、前記の理由により、Ｓはできる限り少ないほうが好ましいが、０質量％に限りなく近づけるには工業的な制約が大きく、また、ＲＥＭサルファイドないしＲＥＭオキシサルファイドの形成に必要であるため、下限を０質量％超とし、経済性などを考慮した実用上の下限として０．０００５質量％を目安とする。

以上、述べてきた成分以外の元素で、本願の鋼の効果を大きくさまたげるものでなければ、含有していても良い。

以下に、選択元素について説明する。なお、これらの含有量の下限値は、すべて０質量％超とする。

［Ｐ］：Ｐは材料の強度を高め、加工性を改善する。但し、過剰な場合は冷延性を損ねるため、０．１質量％以下が好ましい。

［Ｃｕ］：Ｃｕは耐食性を向上させ、また、固有抵抗を高めて鉄損を改善する。但し、過剰な場合は製品板の表面にヘゲ疵などが発生して表面品位を損ねるため、０．５質量％以下が好ましい。

［Ｃａ］および［Ｍｇ］：ＣａおよびＭｇは脱硫元素であり、鋼中のＳと反応してサルファイドを形成し、Ｓを固定する。しかし、ＲＥＭと異なり、ＴｉＮを複合して析出させる効果は小さい。添加量を多くすれば脱硫効果が強化されるが、上限の０．０５質量％を超えると、過剰なＣａおよびＭｇのサルファイドにより粒成長が妨げられる。よって、０．０５質量％以下が好ましい。

［Ｃｒ］：Ｃｒは耐食性を向上させ、また固有抵抗を高めて鉄損を改善する。但し、過剰な添加はコスト高となるため、２０質量％を上限とした。

［Ｎｉ］：Ｎｉは磁気特性に有利な集合組織を発達させ、鉄損を改善する。但し、過剰な添加はコスト高となるため、１．０質量％を上限とした。

［Ｓｎ］および［Ｓｂ］：ＳｎまたはＳｂは偏析元素であり、磁気特性を悪化させる（１１１）面の集合組織を阻害し、磁気特性を改善する。これらは、１種だけ用いても、あるいは２種を組み合わせて用いても、上記の効果を発揮する。但し、０．３質量％を超えると冷延性が悪化するため、０．３質量％を上限とした。

［Ｚｒ］：Ｚｒは微量でも結晶粒成長を阻害し、歪取り焼鈍後の鉄損を悪化させる。よって、できる限り低減して、０．０１質量％以下とすることが好ましい。

［Ｖ］：Ｖは窒化物あるいは炭化物を形成し、磁壁移動や結晶粒成長を阻害する。このため、０．０１質量％以下とすることが好ましい。

［Ｂ］：Ｂは粒界偏析元素であり、また窒化物を形成する。この窒化物によって粒界移動が妨げられ、鉄損が悪化する。よって、できる限り低減して、０．００５質量％以下とすることが好ましい。

以上の他にも公知の元素を添加することが可能であり、例えば、磁気特性を改善する元素として、Ｂｉ、Ｇｅなどを用いることができ、これらを、所要の磁気特性に応じて適宜選択すればよい。

次に、本発明における好ましい製造条件ならびにその規定理由について説明する。まず、製鋼段階において、転炉や２次精錬炉などの常法により所望の組成範囲内の溶鋼を溶製した後、連続鋳造、ないし、インゴット鋳造によりスラブ等の鋳片を鋳造する。

この後、さらに、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍し、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により製品厚に仕上げる。このとき、熱間圧延の圧下率をより高くすると、鋼中の含ＲＥＭ介在物がより延伸あるいは破砕し易く、亀裂ないし破面がより生じ易く、好ましい。なお、圧下率の配分を、圧延後段側でより高めるように調整すると、鋼中の含ＲＥＭ介在物に亀裂ないし破面が入るように、せん断力がより効果的に作用するため好ましい。

このとき、製品の板厚は既定であるため、圧下率をより上げるためには、より厚いスラブが必要となる。従って、所用のスラブ厚に下限値が存在することとなる。無方向性電磁鋼板の一般的な製品板厚が０．２ｍｍから０．７ｍｍ程度であることを鑑みると、スラブ厚は５０ｍｍ以上が好ましく、８０ｍｍ以上であればより好ましく、１００ｍｍ以上であればさらに好ましく、１５０ｍｍ以上であれば一層好ましい。

また、含ＲＥＭ介在物の亀裂ないし破面にＴｉＮが複合析出するときに、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物数の５％以上にＴｉＮが結合するように、温度履歴を調整することが肝要である。具体的には、１０００℃以上の温度範囲に１５分以上保持すれば通常よい。

製品厚に仕上げた後に、仕上げ焼鈍し、絶縁皮膜を塗布する。以上述べた方法により、製品板中の介在物を本発明範囲内に制御することが可能となる。

質量％で、Ｃ：０．００２６％、Ｓｉ：３．０％、Ａｌ：０．５９％、Ｍｎ：０．２１％、Ｎ：０．００２％、Ｓ：０．００２％を含有し、ＲＥＭならびにＴｉの含有量を表１に示す通りに種々変更した鋼を連続鋳造し、熱間圧延し、熱延板焼鈍し、厚さ０．３５ｍｍに冷間圧延した。

次いで、８５０℃×３０秒の仕上げ焼鈍を施し絶縁皮膜を塗布して製品板を製造し、さらに、７５０℃×１．５時間の歪取り焼鈍を施した後に、製品板中の介在物調査、結晶粒径調査、ならびに、２５ｃｍエプスタイン法による磁気特性調査を行った。介在物調査は、鋼板を鏡面研磨してＳＥＭで観察する方法と、レプリカ法によって介在物を抽出した後にＴＥＭを用いて観察する方法を併用し、結晶粒径は板厚断面を鏡面研磨し、ナイタールエッチングを施して結晶粒を現出させて平均結晶粒径を測定した。

前記の表１から明らかなように、本発明に準拠する製品板は結晶粒成長ならびに鉄損値に関して良好な結果が得られた。一方、本発明範囲外の製品板は結晶粒成長ならびに鉄損値が劣る結果が得られた。

以上説明した通り、無方向性電磁鋼板中に内包される介在物を適正に制御することにより、簡易な焼鈍でも安定して良好な磁気特性が得られ、特に、簡易な歪取り焼鈍でも安定して良好な磁気特性を得ることが可能となり、需要家のニーズを満たしつつ省エネに貢献できる。

製品中に含有される径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物の個数に対する、亀裂ないし破面を有する含ＲＥＭ介在物の個数比率と、焼鈍後の製品の結晶粒径ならびに鉄損値との相関を示す図である。 ＲＥＭオキシサルファイドの表面上にＴｉＮが複合した介在物を示す図である。 ＲＥＭオキシサルファイドの破面にＴｉＮが複合した介在物を示す図である。

Claims (1)

1. 質量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１％以上７．０％以下、Ａｌ：０．１％以上３．０％以下、Ｍｎ：０．１％以上２．０％以下、Ｔｉ：０．００１６％以上０．０２％以下、ＲＥＭ：０．０００７５％以上０．０５％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｓ：０．００５％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなる無方向性電磁鋼板であって、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物を含有し、かつ、亀裂ないし破面を有する径１μｍ以上５μｍ以下の含ＲＥＭ介在物のうちＴｉＮと結合している介在物数の割合が５％以上であり、さらに、［ＲＥＭ］で示されたＲＥＭの質量％と、［Ｔｉ］で示されたＴｉの質量％が、［ＲＥＭ］÷［Ｔｉ］≧０．５を満たすことを特徴とする無方向性電磁鋼板。