JP5724837B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、鋼にSnを添加し、Sn濃度に応じて熱延の仕上げ温度を制御し、高い磁束密度を得る方法が提案されている。しかしこの方法はSi濃度が0.4%以下に限定されており、低い鉄損を得るには不十分である。
特許文献4は、熱延において、仕上げ圧延前の粗バーをオンラインで加熱し、熱延の仕上げ温度をAr1+20℃以上とし、巻き取り温度を640〜750℃とすることを提案している。この方法は析出物の無害化を目的としており、高い磁束密度は得られていない。
本発明の課題は、今までにない高磁束密度、低鉄損の無方向性電磁鋼板を、低コストで提供することであり、そのために、成分組成や製造条件を最適化することである。
(1)質量%で、C:0.005%以下、Si:0.1〜2.0%、Mn:0.05〜0.6%、P:0.100%以下、N:0.0030%以下、Al:0.01〜0.05%、B:Nとの比でB/N=0.9〜1.2を含有し、残部はFe及び不可避不純物からなり、平均直径10〜200nmの非磁性析出物AlNを、個数密度10個/μm3以下含有し、かつ、未再結晶組織を含まないフェライト粒からなる組織であり、前記フェライト粒の平均粒径が30〜200μmであり、圧延方向と圧延直角方向の平均の磁束密度B50(周波数50Hz、磁化力5000A/mで励磁した時の磁束密度)が1.75T以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
(2)さらに、質量%で、Sn、Sbの少なくとも一方を0.05〜0.2%含有し、圧延方向と圧延直角方向の平均の磁束密度B50が1.77T以上であることを特徴とする前記(1)に記載の無方向性電磁鋼板。
熱間圧延工程において、スラブ加熱温度を1050℃〜1250℃、コイルの巻き取り温度を780℃〜Ac1変態点とし、コイル巻き取り後10分以上保持した後水冷し、仕上げ焼鈍工程における焼鈍温度を800℃〜Ac1変態点とすることを特徴とする前記(1)または(2)に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
表1に示す成分組成の鋼XとYよりなる鋼塊をそれぞれ実験室で溶製した。どちらの鋼も、Ar1変態点は960℃、Ar3変態点は1020℃、Ac1変態点は1055℃であることをフォーマスタ試験で確認した。
B無添加の鋼Xでは、FTが高くなるほど磁束密度B50が低下する。一方、B添加の鋼Yでは、B50の低下はほとんど見られない。模擬自己焼鈍後の組織は、鋼XではFT上昇と共に微細になるが、鋼Yではほとんど変化しない。
AlNは、その溶解度がγ相よりもα相で小さくなるため、母相がγからαに変態すると多量に析出する。一方、γ粒に加工を施すと、変態前のγ相の組織は、場合によっては未再結晶組織を含み、再結晶したとしてもその粒径は圧下前のγ粒径より小さい。そして母相が変態すると、旧γ粒界を析出サイトとしてα核が生じ、微細なα相組織となる。変態と同時にAlNは析出しやすくなるので、α粒の粒界は析出サイトとなり、AlNは微細に多量に析出する。そこにBが添加されると、γ域でBNが優先的に形成され、変態時のAlNの析出が抑制できる。このことによって、自己焼鈍時および冷延後仕上げ焼鈍時の粒成長が良好になり、磁束密度と鉄損が向上する。
本発明は、このような検討結果に基づきなされたものであり、以下、本発明で規定する無方向性電磁鋼板及びその製造方法の要件について、順次詳細に述べる。
<C:0.005%以下>
Cは鉄損を劣化させ、磁気時効の原因にもなる有害な元素なので、0.005%以下とする。好ましくは0.003%以下である。
<Si:0.1〜2.0%>
Siは鋼の固有抵抗を増加させ鉄損を低下させる元素であり、下限は0.1%とする。過剰な添加は磁束密度を低下させる。従ってSiの上限は2.0%とする。好ましくは0.1〜1.6%である。
Mnは鋼の固有抵抗を高め、また硫化物を粗大化して無害化する。ただし過剰な添加は鋼の脆化、コストの上昇に繋がる。従って0.05〜0.6%とする。好ましくは0.1〜0.5%である。
<P:0.001〜0.1%>
Pは再結晶後の鋼板の硬度を確保するために添加する。過剰な添加は鋼の脆化を招く。従って0.001〜0.1%とする。好ましくは0.001〜0.08%である。
NはBN、AlNなどを生成し、微細に析出すると、自己焼鈍あるいは冷延後仕上げ焼鈍時に結晶粒成長を劣化させる。それを防ぐため、0.0030%以下とする。好ましくは0.0020%以下である。
<Al:0.01〜0.05%>
Alは脱酸剤として有用であるので下限を0.01%とする。過剰になるとBよりも優先してAlNを微細に析出するので0.05%以下とする。好ましくは0.02〜0.04%である。
Bは、Al含有量が上記のように限定された下で、Nとの比でB/N=0.9〜1.2となるような範囲で含有すれば、Alに優先してNを固定し粗大なBNを生成する。従って、γからαに変態した時のAlNの微細析出を抑え、自己焼鈍あるいは冷延後仕上げ焼鈍時に結晶粒成長性を良好にする。B/Nが0.9未満であれば、微細AlNの生成が粗大BNの生成に優先する。B/Nが1.2より大きければ、Bは固溶し、冷延再結晶後の集合組織を劣化させ、磁束密度B50を低下させる。好ましくはB/N=0.9〜1.1である。
SnやSbは、冷延再結晶後の集合組織を改善して磁束密度を向上させるために必要に応じて添加される。ただし過剰な添加は鋼を脆化させる。このため、添加する場合は0.05〜0.2%とするのがよい。好ましくは0.05〜0.15%である。
続いて本発明の無方向電磁鋼板のその他の特徴について説明する。
上記のような観察の結果、本発明の成分系では自己焼鈍時や仕上げ焼鈍時の粒成長に最も影響を与えるAlNの平均直径は10〜200nmであった。従ってこのサイズのAlNの個数密度を規定する。その個数密度が10個/μm3を超えると、自己焼鈍時に熱延板の再結晶、粒成長が十分でなく、磁束密度の低下に繋がる。更に、冷延後仕上げ焼鈍時の再結晶、粒成長にも悪影響を与える。好ましくは、5個/μm3以下である。
本発明の製造方法は、上記に記載の鋼組成を有するスラブに対して熱間圧延を施し、熱延巻き取りの熱による自己焼鈍を施し、冷間圧延を施し、その後仕上げ焼鈍を施す工程からなる。
続いて行われる粗圧延やデスケーリングは、通常の方法で行えば良く、特に条件を限定するものではない。
熱間圧延の仕上げ圧延終了温度FTは、先の実験で示したように磁性への影響は小さいので特に規定しないが、Ar1変態点+20℃以下にすることが好ましい。鉄損も磁束密度も良好になるからである。
転炉で溶製した溶鋼を真空脱ガス処理し、表2に示した成分組成に調整後、連続鋳造してスラブとし、このスラブに熱間圧延を施し、厚さが2.5mmの熱延板とした。その際、スラブ加熱温度は1200℃、仕上げ圧延の終了温度は1020℃、巻き取り温度は850℃とし、巻き取ったコイルは、巻き取り後15分間保持した後に水冷した。この熱延板を酸洗後0.5mmまで冷間圧延し、850℃×約30秒の連続仕上げ焼鈍を行った。
得られた材料の磁気特性の評価をエプスタイン法(JIS C 2556)で行い、粒径測定(JIS G 0552)、析出部観察も行った。結果を同じく表1に示す。磁気特性は、L方向とC方向の平均値で示した。
本発明範囲の成分組成の無方向性電磁鋼板は、優れた磁気特性が得られる。
質量%で、C:0.0011%、Si:0.5%、Mn:0.17%、P:0.073%、N:0.0019%、Al:0.03%、B:0.0018%、Sn:0.095%、残部Fe及び不可避不純物の成分組成のスラブを転炉で溶製した。この鋼のAr1変態点は955℃、Ar3変態点は985℃、Ac1変態点は1018℃であった。
このスラブを1030℃〜1300℃の温度で加熱し、熱間圧延を施した。仕上げ圧延の終了温度は880℃〜1080℃の範囲で変化させた。その後巻き取り温度を750℃〜1020℃として巻き取り、コイルで15分保持し、その後水冷した。なお、巻き取り温度650℃の例は、比較のため、熱延終了直後に注水して巻き取ったものである。その後、熱延板を酸洗し、0.5mmまで冷間圧延し、750℃〜1050℃×約30秒間の仕上げ焼鈍を行った。
得られた材料いついて、実施例1と同様に、磁気測定、粒径測定、析出部観察を行った。製造条件と測定結果を表3に示す。
本発明範囲の製造方法で製造した無方向性電磁鋼板は、優れた磁気特性が得られている。
Claims (3)
- 質量%で、
C:0.005%以下、
Si:0.1〜2.0%、
Mn:0.05〜0.6%、
P:0.100%以下、
N:0.0030%以下、
Al:0.01〜0.05%、
B:Nとの比で B/N=0.9〜1.2
を含有し、残部はFe及び不可避不純物からなり、
平均直径10〜200nmの非磁性析出物AlNを、個数密度10個/μm3以下含有し、かつ、未再結晶組織を含まないフェライト粒からなる組織であり、前記フェライト粒の平均粒径が30〜200μmであり、
圧延方向と圧延直角方向の平均の磁束密度B50が1.75T以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - さらに、質量%で、Sn、Sbの少なくとも一方を0.05〜0.2%含有し、圧延方向と圧延直角方向の平均の磁束密度B50が1.77T以上であることを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
- 請求項1または2に記載の鋼組成を有するスラブに熱間圧延を施し、熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、その冷延鋼板に仕上げ焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、熱間圧延工程において、スラブ加熱温度を1050℃〜1250℃、コイルの巻き取り温度を780℃〜Ac1変態点とし、コイル巻き取り後10分以上保持した後水冷し、仕上げ焼鈍工程における焼鈍温度を800℃〜Ac1変態点とすることを特徴とする請求項1または2に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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