JP4303431B2 - 超高磁束密度無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の鉄心材料として用いられる、磁束密度が特に高く、鉄損が低いのみならず打ち抜き性にも優れた、従来にない優れた磁気特性と加工性と耐銹性を有する無方向性電磁鋼板の製品、その無方向性電磁鋼板を使用した製品、および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用される回転機および中・小型変圧器等の分野においては、世界的な電力、エネルギー節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動きの中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。このため無方向性電磁鋼板に対しても、その特性向上、すなわち高磁束密度かつ低鉄損化への要請がますます強まってきている。
【０００３】
無方向性電磁鋼板の低鉄損化は、主としてＳｉ，Ａｌ添加による電気抵抗率の増加により、使用時に鉄心を形成する各々の鋼板に流れる渦電流損によるジュール熱損失を低減することにより行われてきた。
一方、回転機および鉄心を含む機器全体のエネルギー損失としては、鉄心に巻くコイルを電流が流れることにより生ずるジュール熱損失である銅損の寄与も無視できない。この銅損の低減のためには、同じ磁界強度に励磁してやるのに必要な電流密度を減少してやることが有効であり、同一の励磁電流でより高い磁束密度を発現する素材の開発が欠かせない。すなわち、超高磁束密度無方向性電磁鋼板の開発が必須である。
【０００４】
この超高磁束密度無方向性電磁鋼板が実現することにより、回転機、鉄心ともに小型化が可能となり、これらを積載した自動車、電車のような移動体においては、系全体の重量が軽減されることにより稼働時のエネルギー損失を低減できる。また、回転機においてはトルクが増大し、より小型で高出力の回転機が実現する。
このように、超高磁束密度無方向性電磁鋼板が実現することにより、鉄心および回転機の動作時のエネルギー損失を低減できるのみならず、それを含めた装置全体の系への波及効果も計り知れないものがある。
【０００５】
従来の高磁束密度無方向性電磁鋼板製造法について概観すると、特公昭６２−６１６４４号公報には、熱延終了温度を１０００℃以上とすることにより熱延結晶組織の粗大化を図り、仕上焼鈍を省略すると共に冷延前結晶組織を粗大化する方法が開示されている。しかしながら実際の仕上熱延機においては、噛み込み時の圧延速度と定常圧延状態の圧延速度が異なることから、コイル長手方向の温度分布を解消することが困難であり、コイル長手方向で磁気特性が変動するという不利益があった。
【０００６】
一方、熱延板焼鈍工程追加によるコストアップ上昇を抑え、冷延前結晶組織の粗大化を図る手法として、７００〜１０００℃の高温で熱延板を巻取り、これをコイルの保有熱で焼鈍する自己焼鈍法が特開昭５４−７６４２２号公報、特開昭５８−１３６７１８号公報に開示されている。しかしながらこれらの公報における実施例においても、同様の理由により自己焼鈍は全てα相域で行っており、冷延前結晶組織の粗大化には限度があった。
【０００７】
特公平８−３２９２７号公報には、Ｃ＜０．０１％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ａｌ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．００５〜０．０１６％、Ｓ＜０．００５％を含有する鋼からなる熱延板を酸洗後、５〜２０％の圧下率で冷間圧延し、これを８５０〜１０００℃で０．５〜１０分あるいは７５０〜８５０℃にて１〜１０時間熱延板焼鈍を行い、次いで最終焼鈍する技術が開示されている。この方法においては、従来の熱延板焼鈍法に比べて磁束密度の向上が十分でなく、昨今の需要家の無方向性電磁鋼板磁気特性向上に対する要請には応え得るものではなかった。
【０００８】
またさらに、一次再結晶集合組織を改善することで無方向性電磁鋼板の磁気特性を改善する方法として、特開昭５５−１５８２５２号公報のごとくＳｎ添加、特開昭６２−１８００１４号公報のごとくＳｎ，Ｃｕ添加、もしくは特開昭５９−１００２１７号公報のごとくＳｂ添加による集合組織の改善による磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の製造法が開示されている。
しかしながら、これらの集合組織制御元素であるＳｎ，ＣｕもしくはＳｂ等の添加をもってしても、昨今の需要家の超高磁束密度低鉄損無方向性電磁鋼板の要求には応えることが出来なかった。
他にも、特開昭５７−３５６２６号公報に記載されているような、仕上げ焼鈍サイクルの工夫等の製造プロセス上の処置もなされてきたが、いずれも低鉄損化は図られても、磁束密度についてはそれほどの効果はなかった。
【０００９】
Ｎｉ添加により高磁束密度を達成する技術としては下記の３件がある。
特開平６−２７１９９６号公報には、Ｎｉに加えてＳｎ，Ｓｂ，Ｃｕ等の元素を添加した高磁束密度低鉄損を達成する方法が開示されている。しかしながら実際の製造においては、急冷凝固後に、あるいはその後改めてＡｃ3 変態点以上に加熱するなどして、Ａｒ3 点からＡｒ1 点までの２相域の冷却速度を制御する必要があり、製造コストの上昇を招く点で問題がある。
特開平８−２４６１０８号公報には、Ｎｉを添加することによる高磁束密度低異方性材が開示されているが、実際の製造においてはＡｃ3 点以上に加熱して仕上焼鈍することが必要であり、Ｎｉ添加鋼の内部酸化により鉄損が悪化しやすいという問題点があった。
【００１０】
特開平８−１０９４４９号公報には、Ｎｉ添加により高磁束密度低異方性をうたう材料および製造法が開示されているが、実際の製造法においては熱延板焼鈍あるいは自己焼鈍を必須とし、これらの焼鈍中にＮｉの内部酸化が起こり鉄損が悪化しやすいという問題点は改善されなかった。
このように従来技術では、鉄損が低いのみでない超高磁束密度無方向性電磁鋼板を製造できるには至らず、無方向性電磁鋼板に対する前記要請に応えることは出来なかった。
【００１１】
本発明では、Ｎｉ添加鋼を超高磁束密度にするだけでなく、特段の熱処理を必要とせずに超高磁束密度低異方性を達成できるという点に特徴があり、これはＮｉ以外の添加合金を低減することにより達成できる。また、仕上げ焼鈍をα相域の低温で行うことにより、Ｎｉの内部酸化を防止することができ、これにより、Ｂ50よりも低い磁界強度２５００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ25の値を１．７０Ｔ以上にすると共に、後述する式（２）で計算される磁束密度Ｂ25Rの値を１．６５Ｔ以上にすることが初めて可能となる。
【００１２】
本発明ではＮｉ添加とＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ添加の抑制により、鋼板表層の銹の内、銹層の内層の部分が緻密化して塩素イオンの侵入を抑制することにより、特に塩化ナトリウムなどによる海洋耐候性を著しく高めることが可能となった。さらに、Ｐを適正量添加することにより、Ｎｉ添加による耐銹性を一層高めることが可能であることも明らかになった。
【００１３】
さらに、従来の耐候性鋼で添加されてきたＮｂが、無方向性電磁鋼板の磁束密度を著しく低下させることを新たに見いだし、その添加両を制限することにより、耐銹性、耐候性と磁気特性とを両立する超高磁束密度無方向性電磁鋼板の開発に成功した。
これにより、従来無方向性電磁鋼板の加工には不適であった海岸近くの環境にある工場等においても、本発明品の超高磁束密度無方向性電磁鋼板は加工、保管が可能となった。また、輸送中の発錆も同時に防止でき、梱包の簡易化にもつながる利点がある。
【００１４】
さらに、マグネットスイッチのコアにおいては、スイッチ端面は開閉の度に衝突することから、金属の裸面の耐銹性が重要となっており、塩化ナトリウムなどの暴露を受けるような環境下では、スイッチそのものを特別の容器に格納するなどの対策な必要であったが、本発明の超高磁束密度耐銹性無方向性電磁鋼板を用いることにより、これまで使用が難しかった腐食性環境下でのマグネットスイッチの使用が可能となる。
【００１５】
また、本発明の耐銹性超高磁束密度無方向性電磁鋼板を使用することにより、超高磁束密度の効果で励磁電流、巻き線を少なくしても強い吸着力が得られるため、マグネットスイッチの小型化につながる。また、吸着力が向上する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術におけるこのような問題点を解決し、超高磁束密度かつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
（２） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であり、かつ、Ｌ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差が、３５０Ｇａｕｓｓ以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【００１８】
（３） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）で定義される磁束密度Ｂ25Rの値が１．６５Ｔ以上であり、かつ下記式（２）で定義される磁束密度Ｂ50Rの値が１．７５Ｔ以上であり、かつ、酸洗、冷延、焼鈍後の鉄損の値Ｗ15/50が８Ｗ／kg以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｂ25R＝（Ｂ25 ＿ L＋２×Ｂ25 ＿ 22.5＋２×Ｂ25 ＿ 45＋２×Ｂ25 ＿ 67.5 ＋Ｂ25 ＿ c）／８ ……（１）
ただし、
Ｂ25 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50R＝（Ｂ50 ＿ L＋２×Ｂ50 ＿ 22.5＋２×Ｂ50 ＿ 45＋２×Ｂ50 ＿ 67.5 ＋Ｂ50 ＿ c）／８ ………（２）
ただし、
Ｂ50 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
【００１９】
（４） Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満であることを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
（５） Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満である前記（４）に記載の無方向性電磁鋼板を使用して作成したことを特徴とするマグネットスイッチ用コア。
【００２０】
（６） 表層から２分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点のいずれの位置においても強度が０．５以上であり、かつα＝０°の完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
（７） 表層から５分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点の位置の強度が１．０以上であり、かついずれの位置においても強度が１．０以上の範囲であるβ角方向の広がりがこれらの４点を含み２０°以上であり、かつα＝０°の（１００）完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来にない超高磁束密度を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、従来は無方向性電磁鋼板の磁気特性を改善するのに添加されてきたＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ等の元素が、超高磁束密度を達成するのにむしろ有害であることを新規に知見した。これらの元素は従来磁束密度の評価指標に用いられてきた磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50の値ばかりでなく、さらに低磁界強度での励磁特性を著しく阻害することを新規に知見し、本発明の完成に至った。
【００２２】
さらに、磁束密度を高めその異方性を低減するのに、Ｐを少量添加することが有効であることも知見した。さらに、鋼の純度を一定以上に保つことにより、従来到達不可能であった超高磁束密度と低鉄損との両立が可能であることも新規に知見した。
また、従来高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造において必須であった熱延板への熱処理が、鉄損低減の観点からかえって有害であることも新規に知見し、最適な製造プロセスをも見いだした。
【００２３】
まず、成分について以下に説明する。成分含有量の％は質量％である。
Ｓｉは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるから、その含有量を０．４％以下に制限する。
【００２４】
Ｍｎは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるから、その含有量を０．５％以下に制限する。
【００２５】
Ａｌは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるため、不可避不純物レベルとすることを原則とするが、特に低鉄損を得たい場合には０．５％以下含有させることができる。
【００２６】
本発明は、従来技術において、電気抵抗を確保するために無方向性電磁鋼板に添加されてきたＳｉ，Ａｌが、Ｎｉ添加鋼における低磁場での高磁束密度の達成に極めて有害であるということを見いだし、この新規な知見に基づいて成されたものである。
【００２７】
Ｎｉ添加無方向性電磁鋼板の低磁場における磁束密度に対するＳｉの有害性について、以下に実験に基づいて説明する。
Ｃ：０．０００８〜０．０００９％、Ｍｎ：０．１％、sol.Ａｌ：０．００１％、Ｎｉ：３％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．０００５％〜０．０００７％、Ｎ：０．０００６％〜０．０００８％、Ｔｉ：０．０００６％〜０．０００８％で、Ｓｉ含有量を変えた試料を溶解し、スラブとした。なお、Ｓｉ以外のこれらの成分の変動範囲では、本発明の超高磁束密度特性の変動は０．００５Ｔ未満でほとんど影響を与えないのを確認済みである。
これを通常の方法で熱間圧延し、２．５mmに仕上げた後酸洗し、０．５mm厚みの冷延鋼板に仕上げた。これに７５０℃３０秒の仕上げ焼鈍を施し、エプスタイン試料を切り出し、磁束密度Ｂ25の値を測定した。
【００２８】
測定結果を図１に示す。図１からわかる通り、Ｓｉ含有量が０．４％超において、低磁場での磁束密度（Ｂ25）の値が著しく低下し、磁束密度の値が１．７０Ｔ未満になることがわかる。Ａｌについても同様に、低磁場での磁束密度（Ｂ25）の向上に著しい悪影響があるので、０．５％以下であることが必要であり、さらに０．３％未満であることが好ましい。
さらに詳細な調査の結果、Ｓｉ＋２Ａｌの合計量が０．５％以下であることが、低磁場特性Ｂ25の高磁束密度化に好ましいことが判明している。
以上のように、本発明では、Ｓｉ，Ａｌの含有量をそれぞれ０．４％未満、０．５％以下にすることが必要である。
なお、Ｓｉ以外のこれらの成分の変動範囲では、磁束密度の変動は０．００５Ｔ未満ではほとんど影響を与えないのを確認済みである。
【００２９】
Ｐは、本発明におけるＢ50の値が１．８０Ｔ以上の超高磁束密度、かつＬ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差、すなわち磁束密度Ｂ50のＬＣ差が３５０Ｇａｕｓｓ以下であることを同時に達成するために、０．０１％以上０．２％以下の範囲で添加する。Ｐ含有量が０．０１％未満では、磁束密度Ｂ50のＬＣ差が３５０Ｇａｕｓｓとならないので、０．０１％以上に規定する。またＰ含有量が０．２％超では磁束密度が低下するので、０．２％以下に規定する。
【００３０】
Ｃ含有量が０．００３０％を超えると、磁気時効が発生し使用中の鉄損が悪化するため、０．００３０％以下とする必要がある。
【００３１】
本発明では、Ｓ，Ｎの低減により超高磁束密度と低鉄損との両立が可能となる。Ｓ，Ｎは熱間圧延工程におけるスラブ加熱中に一部再固溶し、熱間圧延中にＭｎＳ，ＡｌＮの微細な析出物を再析出して仕上焼鈍時の結晶粒成長を抑制し、鉄損が悪化する原因となる。このためその含有量は共に０．００３０％以下とする必要がある。
【００３２】
Ｔｉは、窒化物、硫化物を形成し製品の鉄損を悪化させるので、その含有量をＳ，Ｎと合わせて０．００５％以下にする必要がある。
【００３３】
本発明ではＮｂの含有量を０．００５質量％未満にする必要がある。Ｎｂ含有量が０．００５質量％以上であると、磁束密度が著しく低下するので、Ｎｂ含有量を０．００５質量％未満と定める。
【００３４】
本発明におけるＮｉの無方向性電磁鋼板磁束密度への影響を調査するため、以下のような実験を行った。
Ｐ：０．０５％、Ｓｉ：０．０７％、Ｍｎ：０．１２％、Ｔ−Ａｌ：０．００１％、Ｃ：１５ppm、Ｎ：１７ppm、Ｓ：１６ppm、Ｎｉ含有量が１０ppm〜５％の成分の鋼を溶製し、仕上げ熱延を実施して２．７mm板厚に仕上げた。これを酸洗、冷延し、０．５mm厚として脱脂し、７５０℃×２０秒焼鈍しエプスタイン試料として磁気特性を測定した。
その結果、Ｎｉ含有量が０．８％未満では磁束密度向上の効果が得られず、６．０％超では逆に磁束密度が低下するので、Ｎｉ含有量は０．８％以上６．０％以下と定める。また、磁束密度１．８２Ｔ以上の超高磁束密度を得るためには、Ｎｉ含有量は１．５％以上であることが好ましい。
【００３５】
次にプロセス条件について説明する。
前述の成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧延を施し所定の厚みとする。
本発明では、従来の高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造法で用いられてきた熱延板焼鈍は不要である。熱延後のストリップを冷却して巻取り、酸洗を施して冷間圧延を施し、再結晶焼鈍をα相域で施すことで、本発明の成分の無方向性電磁鋼板では超高磁束密度の達成が可能となる。なお、再結晶焼鈍温度がＡｃ1 点を超えると、Ｂ25Rが１．６５Ｔ以下に低下する。
【００３６】
本発明では、製品板の集合組織におけるジャストキューブ成分が強いことが特徴である。すなわち、板厚中心層、および５分の１層の採取試料を用いて反射法と透過法により作成した（１００）ポールフィギャーにおいて、α＝９０゜、β＝９０゜および２７０゜の位置における強度が、対ランダム比で０．５以上であることが特徴である。これにより、低磁場２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25が１．７０Ｔ以上、および高磁場５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50が１．８０以上の超高磁束密度と、Ｂ50における異方性が３５０Ｇａｕｓｓ以下の異方性の小さい無方向性電磁鋼板を得ることが可能となる。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について述べる。
（実施例１）
表１に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．７mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で２０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表１に本発明と比較例の成分を、表２に磁気測定結果を示す。
【００３８】
表１，２から明らかなように、Ｎｉを適量添加し、適切なプロセス条件を処理することにより、磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上、またＮｉ含有量を１．５％以上にすることにより、磁束密度Ｂ50の値が１．８２Ｔ以上の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。また、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより、低磁場特性Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上に向上する。
【００３９】
【表１】
【００４０】
【表２】
【００４１】
（実施例２）
表３に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で３０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。磁束密度の測定にあたっては、通常のＬ方向とＣ方向に切断した試料による測定の他に、エプスタインのＬ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差Ｂ50LC差を測定し、磁束密度の異方性を調べた。
【００４２】
表３に本発明と比較例の成分を、表４に磁気測定結果を示す。
表３，４から明らかなように、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより低磁場特性Ｂ25の値が向上し、Ｐの添加範囲を０．０１％以上０．２％以下とすることにより、超高磁束密度かつ磁束密度の異方性Ｂ50LC差が３５０Ｇａｕｓｓ以下である、磁気異方性の小さい材料を得ることが可能である。
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
（実施例３）
実施例２の成分No．１０の製品試料の板厚中心部、板厚の表層から５分の１の部分から、それぞれ透過および反射Ｘ線測定用の試料を採取し、（１００）完全ポールフィギャーを作成した。
図２に板厚中心層の（１００）完全ポールフィギャーを、図３に表層から５分の１層の（１００）完全ポールフィギャーを示す。
α＝９０゜、β＝９０゜および２７０゜の位置における強度が、対ランダム比で０．５以上であることが特徴である。これにより、低磁場２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25が１．７０Ｔ以上、および高磁場５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50が１．８０以上の超高磁束密度と、Ｂ50における異方性が３５０Ｇａｕｓｓ以下の、異方性の小さい無方向性電磁鋼板を得ることが可能となる。
【００４６】
（実施例４）
表５に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．７mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にてα相域で２０秒間焼鈍した。その後、各角度のエプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表５に本発明と比較例の成分を、表６に磁気測定結果を示す。
【００４７】
表５，表６に示すように、Ｎｉを適量添加し、適切なプロセス条件で処理することにより、Ｂ50Rの値が１．７５Ｔ以上、かつ鉄損Ｗ15/50の値が８．０以下の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。またＮｉ含有量を１．５％以上にすることにより、磁束密度Ｂ50Rの値が１．７９Ｔ以上の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。またＳｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより、低磁場特性Ｂ25Rの値が１．６５Ｔ以上に向上する。
なお、上記Ｂ25RおよびＢ50Rは、前記（１）式および（２）式より求めた値である。
【００４８】
【表５】
【００４９】
【表６】
【００５０】
（実施例５）
表７に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて各温度で３０秒間焼鈍した。その後、各角度のエプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表７に本発明と比較例の成分を、表８に磁気測定結果を示す。
【００５１】
表７、表８に示すように、仕上げ焼鈍の温度域をα域とすることにより、α＋γ２相域、γ相域で焼鈍した場合に比べて磁束密度Ｂ50R，Ｂ25Rの値が向上する。特に、仕上げ焼鈍の温度域をα域とすることにより、Ｂ25Rの値が向上する。なお、上記Ｂ25RおよびＢ50Rは、前記（１）式および（２）式より求めた値である。
【００５２】
【表７】
【００５３】
【表８】
【００５４】
（実施列６）
表９に示した成分系を含有する無方向性電磁鋼板スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚さに仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延を行って０．５mm厚さに仕上げた。これを連続焼鈍炉で７５０℃で３０秒焼鈍した。
その後、エブスタイン試料を切り出し、磁気特性を測定した。その結果を表１０に示す。また、被膜のない成品板を暴露試験用に幅４０mm×長さ１００mm×厚み０．５mm、塩水噴霧試験用に幅６０mm×長さ８０mm×厚み０．５mmのサイズの試験片にそれぞれ切り出した。
【００５５】
暴露試験は長さ方向に試料を４５度傾斜させて設置し、飛来塩分付着速度０．５mdd(mg/dm2/day)で一年間の暴露試験を行った。その結果を表１１に示す。また、ＪＩＳ Ｚ２３７１に定められた塩水噴霧試験を塩化ナトリウム溶液濃度５％、噴霧温度３５℃で５時間実施し、鋼板表面の銹の有無を観察した。その結果を表１２に示す。
【００５６】
表１０より、本発明鋼ではＢ25≧１．７０Ｔ、Ｂ50≧１．８１Ｔの優れた高磁束密度を示していることがわかる。
表１１より、本発明鋼である成分１４、成分１５の鋼においては、比較鋼に比べて優れた耐銹性を有していることがわかる。
表１２より、本発明例である成分１４、成分１５の鋼においては、比較鋼に比べて優れた耐銹性を有していることがわかる。
【００５７】
【表９】
【００５８】
【表１０】
【００５９】
【表１１】
【００６０】
【表１２】
【００６１】
（実施例７）
表１３に示した成分系を有する無方向性電磁鋼板スラブを樋常の方法にて加熱し、熱延により２．５mmに仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で３０秒焼鈍した。
その後、エプスタイン試料を切り出し、磁気特性を測定した。その結果を表１４に示す。
表１３より、Ｓｉ含有量が０．４％以上になると、磁束密度Ｂ25の値が著しく低下していることがわかる。
【００６２】
【表１３】
【００６３】
【表１４】
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁束密度が特に高く、低鉄損で打抜き性にも優れた超高磁束密度無方向性電磁鋼板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３％Ｎｉを含有する鋼のＳｉ含有量と磁束密度Ｂ25との関係を示すグラフである。
【図２】本発明例の製品の板厚中心層の（１００）完全ポールフィギャーである。
【図３】本発明例の製品の板厚表層から５分の１の層の（１００）完全ポールフィギャーである。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の鉄心材料として用いられる、磁束密度が特に高く、鉄損が低いのみならず打ち抜き性にも優れた、従来にない優れた磁気特性と加工性と耐銹性を有する無方向性電磁鋼板の製品、その無方向性電磁鋼板を使用した製品、および製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用される回転機および中・小型変圧器等の分野においては、世界的な電力、エネルギー節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動きの中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。このため無方向性電磁鋼板に対しても、その特性向上、すなわち高磁束密度かつ低鉄損化への要請がますます強まってきている。
【０００３】
無方向性電磁鋼板の低鉄損化は、主としてＳｉ，Ａｌ添加による電気抵抗率の増加により、使用時に鉄心を形成する各々の鋼板に流れる渦電流損によるジュール熱損失を低減することにより行われてきた。
一方、回転機および鉄心を含む機器全体のエネルギー損失としては、鉄心に巻くコイルを電流が流れることにより生ずるジュール熱損失である銅損の寄与も無視できない。この銅損の低減のためには、同じ磁界強度に励磁してやるのに必要な電流密度を減少してやることが有効であり、同一の励磁電流でより高い磁束密度を発現する素材の開発が欠かせない。すなわち、超高磁束密度無方向性電磁鋼板の開発が必須である。
【０００４】
この超高磁束密度無方向性電磁鋼板が実現することにより、回転機、鉄心ともに小型化が可能となり、これらを積載した自動車、電車のような移動体においては、系全体の重量が軽減されることにより稼働時のエネルギー損失を低減できる。また、回転機においてはトルクが増大し、より小型で高出力の回転機が実現する。
このように、超高磁束密度無方向性電磁鋼板が実現することにより、鉄心および回転機の動作時のエネルギー損失を低減できるのみならず、それを含めた装置全体の系への波及効果も計り知れないものがある。
【０００５】
従来の高磁束密度無方向性電磁鋼板製造法について概観すると、特公昭６２−６１６４４号公報には、熱延終了温度を１０００℃以上とすることにより熱延結晶組織の粗大化を図り、仕上焼鈍を省略すると共に冷延前結晶組織を粗大化する方法が開示されている。しかしながら実際の仕上熱延機においては、噛み込み時の圧延速度と定常圧延状態の圧延速度が異なることから、コイル長手方向の温度分布を解消することが困難であり、コイル長手方向で磁気特性が変動するという不利益があった。
【０００６】
一方、熱延板焼鈍工程追加によるコストアップ上昇を抑え、冷延前結晶組織の粗大化を図る手法として、７００〜１０００℃の高温で熱延板を巻取り、これをコイルの保有熱で焼鈍する自己焼鈍法が特開昭５４−７６４２２号公報、特開昭５８−１３６７１８号公報に開示されている。しかしながらこれらの公報における実施例においても、同様の理由により自己焼鈍は全てα相域で行っており、冷延前結晶組織の粗大化には限度があった。
【０００７】
特公平８−３２９２７号公報には、Ｃ＜０．０１％、Ｓｉ：０．５〜３．０％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ａｌ：０．１〜１．０％、Ｐ：０．００５〜０．０１６％、Ｓ＜０．００５％を含有する鋼からなる熱延板を酸洗後、５〜２０％の圧下率で冷間圧延し、これを８５０〜１０００℃で０．５〜１０分あるいは７５０〜８５０℃にて１〜１０時間熱延板焼鈍を行い、次いで最終焼鈍する技術が開示されている。この方法においては、従来の熱延板焼鈍法に比べて磁束密度の向上が十分でなく、昨今の需要家の無方向性電磁鋼板磁気特性向上に対する要請には応え得るものではなかった。
【０００８】
またさらに、一次再結晶集合組織を改善することで無方向性電磁鋼板の磁気特性を改善する方法として、特開昭５５−１５８２５２号公報のごとくＳｎ添加、特開昭６２−１８００１４号公報のごとくＳｎ，Ｃｕ添加、もしくは特開昭５９−１００２１７号公報のごとくＳｂ添加による集合組織の改善による磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の製造法が開示されている。
しかしながら、これらの集合組織制御元素であるＳｎ，ＣｕもしくはＳｂ等の添加をもってしても、昨今の需要家の超高磁束密度低鉄損無方向性電磁鋼板の要求には応えることが出来なかった。
他にも、特開昭５７−３５６２６号公報に記載されているような、仕上げ焼鈍サイクルの工夫等の製造プロセス上の処置もなされてきたが、いずれも低鉄損化は図られても、磁束密度についてはそれほどの効果はなかった。
【０００９】
Ｎｉ添加により高磁束密度を達成する技術としては下記の３件がある。
特開平６−２７１９９６号公報には、Ｎｉに加えてＳｎ，Ｓｂ，Ｃｕ等の元素を添加した高磁束密度低鉄損を達成する方法が開示されている。しかしながら実際の製造においては、急冷凝固後に、あるいはその後改めてＡｃ3 変態点以上に加熱するなどして、Ａｒ3 点からＡｒ1 点までの２相域の冷却速度を制御する必要があり、製造コストの上昇を招く点で問題がある。
特開平８−２４６１０８号公報には、Ｎｉを添加することによる高磁束密度低異方性材が開示されているが、実際の製造においてはＡｃ3 点以上に加熱して仕上焼鈍することが必要であり、Ｎｉ添加鋼の内部酸化により鉄損が悪化しやすいという問題点があった。
【００１０】
特開平８−１０９４４９号公報には、Ｎｉ添加により高磁束密度低異方性をうたう材料および製造法が開示されているが、実際の製造法においては熱延板焼鈍あるいは自己焼鈍を必須とし、これらの焼鈍中にＮｉの内部酸化が起こり鉄損が悪化しやすいという問題点は改善されなかった。
このように従来技術では、鉄損が低いのみでない超高磁束密度無方向性電磁鋼板を製造できるには至らず、無方向性電磁鋼板に対する前記要請に応えることは出来なかった。
【００１１】
本発明では、Ｎｉ添加鋼を超高磁束密度にするだけでなく、特段の熱処理を必要とせずに超高磁束密度低異方性を達成できるという点に特徴があり、これはＮｉ以外の添加合金を低減することにより達成できる。また、仕上げ焼鈍をα相域の低温で行うことにより、Ｎｉの内部酸化を防止することができ、これにより、Ｂ50よりも低い磁界強度２５００Ａ／ｍでの磁束密度Ｂ25の値を１．７０Ｔ以上にすると共に、後述する式（２）で計算される磁束密度Ｂ25Rの値を１．６５Ｔ以上にすることが初めて可能となる。
【００１２】
本発明ではＮｉ添加とＳｉ，Ａｌ，Ｍｎ添加の抑制により、鋼板表層の銹の内、銹層の内層の部分が緻密化して塩素イオンの侵入を抑制することにより、特に塩化ナトリウムなどによる海洋耐候性を著しく高めることが可能となった。さらに、Ｐを適正量添加することにより、Ｎｉ添加による耐銹性を一層高めることが可能であることも明らかになった。
【００１３】
さらに、従来の耐候性鋼で添加されてきたＮｂが、無方向性電磁鋼板の磁束密度を著しく低下させることを新たに見いだし、その添加両を制限することにより、耐銹性、耐候性と磁気特性とを両立する超高磁束密度無方向性電磁鋼板の開発に成功した。
これにより、従来無方向性電磁鋼板の加工には不適であった海岸近くの環境にある工場等においても、本発明品の超高磁束密度無方向性電磁鋼板は加工、保管が可能となった。また、輸送中の発錆も同時に防止でき、梱包の簡易化にもつながる利点がある。
【００１４】
さらに、マグネットスイッチのコアにおいては、スイッチ端面は開閉の度に衝突することから、金属の裸面の耐銹性が重要となっており、塩化ナトリウムなどの暴露を受けるような環境下では、スイッチそのものを特別の容器に格納するなどの対策な必要であったが、本発明の超高磁束密度耐銹性無方向性電磁鋼板を用いることにより、これまで使用が難しかった腐食性環境下でのマグネットスイッチの使用が可能となる。
【００１５】
また、本発明の耐銹性超高磁束密度無方向性電磁鋼板を使用することにより、超高磁束密度の効果で励磁電流、巻き線を少なくしても強い吸着力が得られるため、マグネットスイッチの小型化につながる。また、吸着力が向上する。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術におけるこのような問題点を解決し、超高磁束密度かつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供することを目的とするものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
（１） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
（２） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であり、かつ、Ｌ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差が、３５０Ｇａｕｓｓ以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【００１８】
（３） 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）で定義される磁束密度Ｂ25Rの値が１．６５Ｔ以上であり、かつ下記式（２）で定義される磁束密度Ｂ50Rの値が１．７５Ｔ以上であり、かつ、酸洗、冷延、焼鈍後の鉄損の値Ｗ15/50が８Ｗ／kg以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｂ25R＝（Ｂ25 ＿ L＋２×Ｂ25 ＿ 22.5＋２×Ｂ25 ＿ 45＋２×Ｂ25 ＿ 67.5 ＋Ｂ25 ＿ c）／８ ……（１）
ただし、
Ｂ25 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50R＝（Ｂ50 ＿ L＋２×Ｂ50 ＿ 22.5＋２×Ｂ50 ＿ 45＋２×Ｂ50 ＿ 67.5 ＋Ｂ50 ＿ c）／８ ………（２）
ただし、
Ｂ50 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
【００１９】
（４） Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満であることを特徴とする前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
（５） Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満である前記（４）に記載の無方向性電磁鋼板を使用して作成したことを特徴とするマグネットスイッチ用コア。
【００２０】
（６） 表層から２分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点のいずれの位置においても強度が０．５以上であり、かつα＝０°の完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
（７） 表層から５分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点の位置の強度が１．０以上であり、かついずれの位置においても強度が１．０以上の範囲であるβ角方向の広がりがこれらの４点を含み２０°以上であり、かつα＝０°の（１００）完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、前記（１）ないし（４）のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、従来にない超高磁束密度を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、従来は無方向性電磁鋼板の磁気特性を改善するのに添加されてきたＳｉ，Ｍｎ，Ａｌ等の元素が、超高磁束密度を達成するのにむしろ有害であることを新規に知見した。これらの元素は従来磁束密度の評価指標に用いられてきた磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50の値ばかりでなく、さらに低磁界強度での励磁特性を著しく阻害することを新規に知見し、本発明の完成に至った。
【００２２】
さらに、磁束密度を高めその異方性を低減するのに、Ｐを少量添加することが有効であることも知見した。さらに、鋼の純度を一定以上に保つことにより、従来到達不可能であった超高磁束密度と低鉄損との両立が可能であることも新規に知見した。
また、従来高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造において必須であった熱延板への熱処理が、鉄損低減の観点からかえって有害であることも新規に知見し、最適な製造プロセスをも見いだした。
【００２３】
まず、成分について以下に説明する。成分含有量の％は質量％である。
Ｓｉは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるから、その含有量を０．４％以下に制限する。
【００２４】
Ｍｎは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるから、その含有量を０．５％以下に制限する。
【００２５】
Ａｌは、本発明においては製品の磁束密度を低減させ有害であるため、不可避不純物レベルとすることを原則とするが、特に低鉄損を得たい場合には０．５％以下含有させることができる。
【００２６】
本発明は、従来技術において、電気抵抗を確保するために無方向性電磁鋼板に添加されてきたＳｉ，Ａｌが、Ｎｉ添加鋼における低磁場での高磁束密度の達成に極めて有害であるということを見いだし、この新規な知見に基づいて成されたものである。
【００２７】
Ｎｉ添加無方向性電磁鋼板の低磁場における磁束密度に対するＳｉの有害性について、以下に実験に基づいて説明する。
Ｃ：０．０００８〜０．０００９％、Ｍｎ：０．１％、sol.Ａｌ：０．００１％、Ｎｉ：３％、Ｐ：０．０７％、Ｓ：０．０００５％〜０．０００７％、Ｎ：０．０００６％〜０．０００８％、Ｔｉ：０．０００６％〜０．０００８％で、Ｓｉ含有量を変えた試料を溶解し、スラブとした。なお、Ｓｉ以外のこれらの成分の変動範囲では、本発明の超高磁束密度特性の変動は０．００５Ｔ未満でほとんど影響を与えないのを確認済みである。
これを通常の方法で熱間圧延し、２．５mmに仕上げた後酸洗し、０．５mm厚みの冷延鋼板に仕上げた。これに７５０℃３０秒の仕上げ焼鈍を施し、エプスタイン試料を切り出し、磁束密度Ｂ25の値を測定した。
【００２８】
測定結果を図１に示す。図１からわかる通り、Ｓｉ含有量が０．４％超において、低磁場での磁束密度（Ｂ25）の値が著しく低下し、磁束密度の値が１．７０Ｔ未満になることがわかる。Ａｌについても同様に、低磁場での磁束密度（Ｂ25）の向上に著しい悪影響があるので、０．５％以下であることが必要であり、さらに０．３％未満であることが好ましい。
さらに詳細な調査の結果、Ｓｉ＋２Ａｌの合計量が０．５％以下であることが、低磁場特性Ｂ25の高磁束密度化に好ましいことが判明している。
以上のように、本発明では、Ｓｉ，Ａｌの含有量をそれぞれ０．４％未満、０．５％以下にすることが必要である。
なお、Ｓｉ以外のこれらの成分の変動範囲では、磁束密度の変動は０．００５Ｔ未満ではほとんど影響を与えないのを確認済みである。
【００２９】
Ｐは、本発明におけるＢ50の値が１．８０Ｔ以上の超高磁束密度、かつＬ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差、すなわち磁束密度Ｂ50のＬＣ差が３５０Ｇａｕｓｓ以下であることを同時に達成するために、０．０１％以上０．２％以下の範囲で添加する。Ｐ含有量が０．０１％未満では、磁束密度Ｂ50のＬＣ差が３５０Ｇａｕｓｓとならないので、０．０１％以上に規定する。またＰ含有量が０．２％超では磁束密度が低下するので、０．２％以下に規定する。
【００３０】
Ｃ含有量が０．００３０％を超えると、磁気時効が発生し使用中の鉄損が悪化するため、０．００３０％以下とする必要がある。
【００３１】
本発明では、Ｓ，Ｎの低減により超高磁束密度と低鉄損との両立が可能となる。Ｓ，Ｎは熱間圧延工程におけるスラブ加熱中に一部再固溶し、熱間圧延中にＭｎＳ，ＡｌＮの微細な析出物を再析出して仕上焼鈍時の結晶粒成長を抑制し、鉄損が悪化する原因となる。このためその含有量は共に０．００３０％以下とする必要がある。
【００３２】
Ｔｉは、窒化物、硫化物を形成し製品の鉄損を悪化させるので、その含有量をＳ，Ｎと合わせて０．００５％以下にする必要がある。
【００３３】
本発明ではＮｂの含有量を０．００５質量％未満にする必要がある。Ｎｂ含有量が０．００５質量％以上であると、磁束密度が著しく低下するので、Ｎｂ含有量を０．００５質量％未満と定める。
【００３４】
本発明におけるＮｉの無方向性電磁鋼板磁束密度への影響を調査するため、以下のような実験を行った。
Ｐ：０．０５％、Ｓｉ：０．０７％、Ｍｎ：０．１２％、Ｔ−Ａｌ：０．００１％、Ｃ：１５ppm、Ｎ：１７ppm、Ｓ：１６ppm、Ｎｉ含有量が１０ppm〜５％の成分の鋼を溶製し、仕上げ熱延を実施して２．７mm板厚に仕上げた。これを酸洗、冷延し、０．５mm厚として脱脂し、７５０℃×２０秒焼鈍しエプスタイン試料として磁気特性を測定した。
その結果、Ｎｉ含有量が０．８％未満では磁束密度向上の効果が得られず、６．０％超では逆に磁束密度が低下するので、Ｎｉ含有量は０．８％以上６．０％以下と定める。また、磁束密度１．８２Ｔ以上の超高磁束密度を得るためには、Ｎｉ含有量は１．５％以上であることが好ましい。
【００３５】
次にプロセス条件について説明する。
前述の成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧延を施し所定の厚みとする。
本発明では、従来の高磁束密度無方向性電磁鋼板の製造法で用いられてきた熱延板焼鈍は不要である。熱延後のストリップを冷却して巻取り、酸洗を施して冷間圧延を施し、再結晶焼鈍をα相域で施すことで、本発明の成分の無方向性電磁鋼板では超高磁束密度の達成が可能となる。なお、再結晶焼鈍温度がＡｃ1 点を超えると、Ｂ25Rが１．６５Ｔ以下に低下する。
【００３６】
本発明では、製品板の集合組織におけるジャストキューブ成分が強いことが特徴である。すなわち、板厚中心層、および５分の１層の採取試料を用いて反射法と透過法により作成した（１００）ポールフィギャーにおいて、α＝９０゜、β＝９０゜および２７０゜の位置における強度が、対ランダム比で０．５以上であることが特徴である。これにより、低磁場２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25が１．７０Ｔ以上、および高磁場５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50が１．８０以上の超高磁束密度と、Ｂ50における異方性が３５０Ｇａｕｓｓ以下の異方性の小さい無方向性電磁鋼板を得ることが可能となる。
【００３７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について述べる。
（実施例１）
表１に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．７mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で２０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表１に本発明と比較例の成分を、表２に磁気測定結果を示す。
【００３８】
表１，２から明らかなように、Ｎｉを適量添加し、適切なプロセス条件を処理することにより、磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上、またＮｉ含有量を１．５％以上にすることにより、磁束密度Ｂ50の値が１．８２Ｔ以上の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。また、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより、低磁場特性Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上に向上する。
【００３９】
【表１】
【表２】
（実施例２）
表３に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で３０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。磁束密度の測定にあたっては、通常のＬ方向とＣ方向に切断した試料による測定の他に、エプスタインのＬ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差Ｂ50LC差を測定し、磁束密度の異方性を調べた。
【００４２】
表３に本発明と比較例の成分を、表４に磁気測定結果を示す。
表３，４から明らかなように、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより低磁場特性Ｂ25の値が向上し、Ｐの添加範囲を０．０１％以上０．２％以下とすることにより、超高磁束密度かつ磁束密度の異方性Ｂ50LC差が３５０Ｇａｕｓｓ以下である、磁気異方性の小さい材料を得ることが可能である。
【００４３】
【表３】
【表４】
（実施例３）
実施例２の成分No．１０の製品試料の板厚中心部、板厚の表層から５分の１の部分から、それぞれ透過および反射Ｘ線測定用の試料を採取し、（１００）完全ポールフィギャーを作成した。
図２に板厚中心層の（１００）完全ポールフィギャーを、図３に表層から５分の１層の（１００）完全ポールフィギャーを示す。
α＝９０゜、β＝９０゜および２７０゜の位置における強度が、対ランダム比で０．５以上であることが特徴である。これにより、低磁場２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25が１．７０Ｔ以上、および高磁場５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50が１．８０以上の超高磁束密度と、Ｂ50における異方性が３５０Ｇａｕｓｓ以下の、異方性の小さい無方向性電磁鋼板を得ることが可能となる。
【００４６】
（実施例４）
表５に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．７mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にてα相域で２０秒間焼鈍した。その後、各角度のエプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表５に本発明と比較例の成分を、表６に磁気測定結果を示す。
【００４７】
表５，表６に示すように、Ｎｉを適量添加し、適切なプロセス条件で処理することにより、Ｂ50Rの値が１．７５Ｔ以上、かつ鉄損Ｗ15/50の値が８．０以下の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。またＮｉ含有量を１．５％以上にすることにより、磁束密度Ｂ50Rの値が１．７９Ｔ以上の超高磁束密度無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。またＳｉ，Ｍｎ，Ａｌの添加量を低減することにより、低磁場特性Ｂ25Rの値が１．６５Ｔ以上に向上する。
なお、上記Ｂ25RおよびＢ50Rは、前記（１）式および（２）式より求めた値である。
【００４８】
【表５】
【表６】
（実施例５）
表７に示した成分を含有する無方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚に仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５０mm厚に仕上げた。これを連続焼鈍炉にて各温度で３０秒間焼鈍した。その後、各角度のエプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表７に本発明と比較例の成分を、表８に磁気測定結果を示す。
【００５１】
表７、表８に示すように、仕上げ焼鈍の温度域をα域とすることにより、α＋γ２相域、γ相域で焼鈍した場合に比べて磁束密度Ｂ50R，Ｂ25Rの値が向上する。特に、仕上げ焼鈍の温度域をα域とすることにより、Ｂ25Rの値が向上する。なお、上記Ｂ25RおよびＢ50Rは、前記（１）式および（２）式より求めた値である。
【００５２】
【表７】
【表８】
（実施列６）
表９に示した成分系を含有する無方向性電磁鋼板スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５mm厚さに仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延を行って０．５mm厚さに仕上げた。これを連続焼鈍炉で７５０℃で３０秒焼鈍した。
その後、エブスタイン試料を切り出し、磁気特性を測定した。その結果を表１０に示す。また、被膜のない成品板を暴露試験用に幅４０mm×長さ１００mm×厚み０．５mm、塩水噴霧試験用に幅６０mm×長さ８０mm×厚み０．５mmのサイズの試験片にそれぞれ切り出した。
【００５５】
暴露試験は長さ方向に試料を４５度傾斜させて設置し、飛来塩分付着速度０．５mdd(mg/dm2/day)で一年間の暴露試験を行った。その結果を表１１に示す。また、ＪＩＳ Ｚ２３７１に定められた塩水噴霧試験を塩化ナトリウム溶液濃度５％、噴霧温度３５℃で５時間実施し、鋼板表面の銹の有無を観察した。その結果を表１２に示す。
【００５６】
表１０より、本発明鋼ではＢ25≧１．７０Ｔ、Ｂ50≧１．８１Ｔの優れた高磁束密度を示していることがわかる。
表１１より、本発明鋼である成分１４、成分１５の鋼においては、比較鋼に比べて優れた耐銹性を有していることがわかる。
表１２より、本発明例である成分１４、成分１５の鋼においては、比較鋼に比べて優れた耐銹性を有していることがわかる。
【００５７】
【表９】
【表１０】
【表１１】
【表１２】
（実施例７）
表１３に示した成分系を有する無方向性電磁鋼板スラブを樋常の方法にて加熱し、熱延により２．５mmに仕上げた。続いて酸洗を施し、冷間圧延により０．５mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７５０℃で３０秒焼鈍した。
その後、エプスタイン試料を切り出し、磁気特性を測定した。その結果を表１４に示す。
表１３より、Ｓｉ含有量が０．４％以上になると、磁束密度Ｂ25の値が著しく低下していることがわかる。
【００６２】
【表１３】
【表１４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、磁束密度が特に高く、低鉄損で打抜き性にも優れた超高磁束密度無方向性電磁鋼板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】３％Ｎｉを含有する鋼のＳｉ含有量と磁束密度Ｂ25との関係を示すグラフである。
【図２】本発明例の製品の板厚中心層の（１００）完全ポールフィギャーである。
【図３】本発明例の製品の板厚表層から５分の１の層の（１００）完全ポールフィギャーである。
Claims (7)
- 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、磁束密度Ｂ25の値が１．７０Ｔ以上であり、かつ磁束密度Ｂ50の値が１．８０Ｔ以上であり、かつ、Ｌ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｌの測定値とＣ方向試料のみで測定した磁束密度Ｂ50Ｃの測定値との差が、３５０Ｇａｕｓｓ以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 鋼中に質量％で、
Ｓｉ≦０．４％、 Ａｌ≦０．５％、
０．８≦Ｎｉ≦６．０％、 Ｍｎ≦０．５％、
０．０１≦Ｐ≦０．２０％
を含有し、かつ、
Ｃ≦０．００３％、 Ｓ≦０．００３％、
Ｎ≦０．００３％、 Ｔｉ＋Ｓ＋Ｎ≦０．００５％、
残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（１）で定義される磁束密度Ｂ25Rの値が１．６５Ｔ以上であり、かつ下記式（２）で定義される磁束密度Ｂ50Rの値が１．７５Ｔ以上であり、かつ、酸洗、冷延、焼鈍後の鉄損の値Ｗ15/50が８Ｗ／kg以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｂ25R＝（Ｂ25 _L＋２×Ｂ25 ＿ 22.5＋２×Ｂ25 ＿ 45＋２×Ｂ25 ＿ 67.5 ＋Ｂ25 ＿ c）／８ ……… （１）
ただし、
Ｂ25 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ25 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度２５００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50R＝（Ｂ50 ＿ L＋２×Ｂ50 ＿ 22.5＋２×Ｂ50 ＿ 45＋２×Ｂ50 ＿ 67.5 ＋Ｂ50 ＿ c）／８………（２）
ただし、
Ｂ50 ＿ L ：圧延方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 22.5：圧延方向に対し板面内で２２．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 45 : 圧延方向に対し板面内で４５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ 67.5：圧延方向に対し板面内で６７．５度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度
Ｂ50 ＿ c ：圧延方向に対し板面内で９０度をなす方向に剪断した試料により測定した磁界強度５０００Ａ／ｍにおける磁束密度 - Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
- Ｎｂ含有量が０．００５質量％未満である請求項４に記載の無方向性電磁鋼板を使用して作成したことを特徴とするマグネットスイッチ用コア。
- 表層から２分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点のいずれの位置においても強度が０．５以上であり、かつα＝０°の完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
- 表層から５分の１層における（１００）完全ポールフィギャーにおいて、完全ポールフィギャー外周のα＝９０゜かつβ＝０゜、α＝９０゜かつβ＝９０゜、α＝９０゜かつβ＝１８０゜、α＝９０°かつβ＝２７０゜の４点の位置の強度が１．０以上であり、かついずれの位置においても強度が１．０以上の範囲であるβ角方向の広がりがこれらの４点を含み２０°以上であり、かつα＝０°の（１００）完全ポールフィギャーの中心の強度が２．５以上であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載のジャストキューブ集合組織を有する無方向性電磁鋼板。
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