JP5130637B2 - 高強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
これまでに、このようなニーズに対応した高強度の無方向性電磁鋼板がいくつか検討そして提案されている。
しかしながら、これらの方法を工場生産に適用した場合、熱延後の圧延ラインでの板破断などのトラブルが生じやすく、歩留まり低下やライン停止が余儀なくされる場合があった。なお、冷間圧延を板温数百℃の温間で行えば、板破断は軽減されるものの、温間圧延のための設備対応が必要となること、生産上の制約が大きくなることなど、工程管理上の問題を無視できなくなる。
しかしながら、特許文献3に記載の方法では十分な強度が得られず、特許文献4の方法では高い強度を得た場合、磁気特性の低下が大きいという技術的課題を残していた。
また、一般に無方向性電磁鋼板の仕上げ焼鈍は連続焼鈍炉を用いて行われており、炉内は鋼板表面の酸化を抑制するために数%以上の水素ガスを含む雰囲気に調整されているのが通例である。こうした連続焼鈍設備において、700℃を下回るような低温焼鈍を実施するには、炉温設定の切り替えに時間を要するだけでなく、水素爆発を回避するために炉内雰囲気の置換が必要となるなどの、多大な操業上の制約が生じることとなる。
(1)C:0.005質量%以下、Si:2.0質量%以上4.0質量%以下、V:0.6質量%以上2.0質量%以下,Mn:3.0質量%以下、Al:2.0質量%以下、P:0.2質量%以下、S:0.01質量%以下およびN:0.005質量%以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有し、かつ鋼板中の未再結晶回復組織の存在比率が50%以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
また、500℃以上で焼鈍した鋼において、再結晶組織と未再結晶の回復組織とは、光学顕微鏡による組織観察で容易に区別できる。なお、組織観察は、通常行われる、板厚方向断面を研磨したのち、ナイタール等でエッチングすることで可能になる。
すなわち、図1に、C+N≦0.006質量%と低減した3.0質量%Si−0.35質量%Al鋼の再結晶挙動に及ぼすV添加量および仕上げ焼鈍温度(均熱時間20s)の影響を検討した結果を示す。
通常、無方向性電磁鋼板において、Vは磁気特性を劣化させる有害元素であり、0.005質量%以下に制御されるのが一般的であるが、このV含有レベルでは650℃以上で急激に再結晶が進行するため、安定的に回復組織を得るためには600℃以下という低温で仕上げ焼鈍を行うことが必要となる。
まず、主要な鋼成分の限定理由について説明する。なお、以下では、成分組成に関する「%」表示は「質量%」を意味する。
C:0.005%以下およびN:0.005%以下
本発明は、後述するようにVを添加することが特徴であるが、CおよびNはVと炭窒化物を形成し、磁気特性を低下させる元素であるため、CおよびNは可能な範囲で極力低減する必要があり、C:0.005%以下およびN:0.005%以下とする。
Siは、脱酸剤として一般的に用いられる他、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減する効果を有する、無方向性電磁鋼板を構成する主要元素である。さらに、高い固溶強化能を有する。すなわち、無方向性電磁鋼板に添加されるMn、AlおよびNiなど、他の固溶強化元素と比較して、高抗張力化、高疲労強度化並びに低鉄損化を最もバランス良く両立することが出来る元素であるため、2.0%以上で添加する。一方、Si量が4.0%を超えると靭性劣化が顕著になり、通板および圧延時に高度な制御が必要となり生産性も低下する。よって、その上限は4.0%以下とする。
Vは、本発明において重要な元素である。すなわち、Vは、鋼の再結晶温度を高める効果を有し、鋼板の仕上げ焼鈍温度を750℃以上に高めても、十分に未再結晶組織を残存させることが出来る。さらに、Vは固溶強化元素としても作用して高抗張力化に寄与する。これらの効果を安定的に発揮するには、0.6%以上が必要である。一方、Vが1.0%以上では再結晶温度を高める効果は飽和し、2.0%を超えると、ヘゲと呼ばれる欠陥が生じやすくなって製造性および歩留まりが低下するため、上限を2.0%とする。
Mnは、固溶強化による強度向上に有効な元素であることに加え、熱間脆性の改善に有効な元素であり、好ましくは0.03%以上で添加するが、過剰な添加は鉄損の劣化をもたらすため、その添加量を3.0%以下に制限する。
Alは、強力な脱酸剤として作用する効果に加え、鋼の電気抵抗を高めて、鉄損を低減する作用を有する。また、固溶強化による強度向上に有効であるが、過剰な添加は圧延性の低下をもたらすため、その上限を3.0%とする。さらに、Alの添加を0.005%以下に抑制してもよく、Siによって脱酸することでAlNなどの析出物を低減して鉄損を低減することもできる。
Pは、比較的少量の添加でも大幅な固溶強化能が得られるため、高強度化に極めて有効であり、好ましくは0.005%以上で添加するが、過剰な添加は偏析による脆化により粒界割れや圧延性の低下をもたらすため、その添加量を0.20%以下に制限する。
Sは、過剰に存在するとMnSなどの硫化物を形成し、磁気特性を低下させるだけでなく、疲労破壊の起点となる恐れもあるため、極力低減することが望ましく、0.01%以下とする。
Niについては0.1〜5.0%、
Sb,Snについてはそれぞれ0.002〜0.1%
B,Caおよび希土類元素についてはそれぞれ0.001〜0.01%
Coについては0.2〜5.0%
である。
本発明の目的である高強度および磁気特性の両立のためには、鋼板組織は未再結晶の回復組織であることが望ましい。圧延ままの加工組織では、磁気特性が著しく劣るものとなる。一方、仕上げ焼鈍により再結晶が進行すると、磁気特性は良好となるものの強度の低下が大きくなる。これに対して、回復組織はおよそ500℃以上での焼鈍により形成されるが、この回復組織は高い強度を有し、かつ比較的良好な磁気特性を得ることが出来る。本発明においては、この回復組織を有効利用することが重要であり、強度と磁気特性を両立するために、この未再結晶の回復組織が鋼板の厚み断面観察における面積率で50%以上を有することが必要である。
本発明において、鋼溶製から冷間圧延までの製造工程は、一般的な無方向性電磁鋼板で行われている方法に従って実施することが出来る。例えば、転炉あるいは電気炉などで所定成分に溶製された鋼を、連続鋳造あるいは造塊後の分塊圧延により鋼スラブとする。引き続き行う熱間圧延における仕上げ温度や巻取り温度は、特に規定する必要はなく、一般的な条件、例えば仕上げ圧延温度:700℃〜900℃および巻取り温度:400〜800℃程度でよい。さらに、必要に応じて、軟化あるいは磁気特性を向上させる目的で、焼鈍温度600℃〜1100℃の熱延板焼鈍を施し、その後、一回あるいは中間焼鈍をはさんだ二回以上の冷間圧延あるいは温間圧延を施して所定の製品板厚とする。
この仕上げ焼鈍に続いて絶縁被膜の塗布および焼き付け処理を行って、最終製品とする。
また、鋼板を圧延方向に沿って切断し、その厚み断面を研磨して組織観察を行い、再結晶粒の面積比率を求めた。仕上げ焼鈍温度500℃以上の組織について、再結晶部を除いた面積を回復組織比率とみなした。
さらに、JISC2550に準拠して焼鈍前後の鋼板の平坦度も測定した。
以上の測定または評価結果を表2に併記する。
これに対して、本発明の鋼組成からなる鋼を用いた発明例であるNo.8〜15,17〜19は、高い強度と低鉄損性を示し、かつ鋼板形状の点でも優れていた。
Claims (4)
- C:0.005質量%以下、
Si:2.0質量%以上4.0質量%以下、
V:0.6質量%以上2.0質量%以下、
Mn:3.0質量%以下、
Al:2.0質量%以下、
P:0.2質量%以下、
S:0.01質量%以下および
N:0.005質量%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有し、かつ鋼板中の未再結晶回復組織の存在比率が50%以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 請求項1において、さらに
Ni:0.1〜5.0質量%、
Sb:0.002〜0.1質量%、
Sn:0.002〜0.1質量%、
B:0.001〜0.01質量%、
Ca:0.001〜0.01質量%、
希土類元素:0.001〜0.01質量%および
Co:0.2〜5.0質量%
から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - C:0.005質量%以下、
Si:2.0質量%以上4.0質量%以下、
V:0.6質量%以上2.0質量%以下、
Mn:3.0質量%以下、
Al:2.0質量%以下、
P:0.2質量%以下、
S:0.01質量%以下および
N:0.005質量%以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延し、次いで冷間または温間圧延にて最終板厚の冷延コイルとした後、仕上げ焼鈍を行うに当り、該仕上げ焼鈍を、焼鈍温度700℃以上850℃以下、炉内張力2.5MPa以上20MPa以下で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項3において、前記鋼スラブは、さらに
Ni:0.1〜5.0質量%、
Sb:0.002〜0.1質量%、
Sn:0.002〜0.1質量%、
B:0.001〜0.01質量%、
Ca:0.001〜0.01質量%、
希土類元素:0.001〜0.01質量%および
Co:0.2〜5.0質量%
から選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
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