JP6264450B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
質量%で、C:0.003%以下、Si:1.9%、Mn:0.5%、Sol. Al:0.001%以下、P:0.02%以下、N:0.005%以下およびO:0.005%以下を含む鋼をベースとし、Cuを0.01〜0.10%、Sを0.0001〜0.005%、Seを0.0001〜0.002%の種々の範囲で含む鋼を、実験室的に真空溶解してインゴットを作り、これを熱間圧延および冷間圧延して0.5mm厚とし、100〜700℃の昇温速度を80℃/sとし、970℃で10s保定する仕上焼鈍を実施して製品板(無方向性電磁鋼板)とした。
得られた製品板の磁気特性を図1および2に示す。なお、図中の%表示は、質量%である。
一般に、Cuの含有量が高い場合は、Cu硫化物やCuセレン化物の生成量が増大するため、高温焼鈍を施したとしても、Cu硫化物やCuセレン化物を、完全に固溶させることは難しく、鋼板中に、微細なCu硫化物やCuセレン化物が残存する。かような微細なCu硫化物やCuセレン化物が残存すると、ピン止め効果が生じ、二次再結晶粒の効果的な粒成長が妨げられるため、鋼板の鉄損が劣化すると考えられる。そのため、かかる場合には、SおよびSeの含有量を低減することにより、鋼中に微細なCu硫化物やCuセレン化物を存在させなくすることで、ピン止め力が低減され、その結果、鉄損が改善されたものと考えられる。特に、S+Se量が0.0010質量%以下の場合、その改善効果は著しい。
発明者らは、以上の知見にさらに、検討を加えて本発明を完成させた。
1.質量%で、C:0.005%以下、Si:1.0〜4.5%、Mn:0.02〜2.0%、Sol.Al:0.001%以下、P:0.2%以下、S+Se:0.0010%以下、N:0.005%以下、O:0.005%以下およびCu:0.02〜0.30%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる無方向性電磁鋼板。
上記仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度を40℃/s以上とし、かつ仕上焼鈍温度を900〜1100℃の範囲とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
まず、本発明の鋼成分の限定理由について説明する。
なお、以下、鋼成分に関する「%」表示は特に断らない限り質量%を意味するものとする。
C:0.005%以下
Cは、炭化物として析出し鉄損を劣化させるため、できるだけ低減する必要がある。鋼板の磁気時効を抑制する観点から、C含有量は0.005%以下とする。下限の含有量は特に規定しないが、脱炭コストを抑制する観点から、C含有量は0.0001%以上が好ましい。
Siは、鋼の比抵抗を高める元素であり、含有量が高いほど鉄損が低減する。鉄損低減効果を十分得るためには、Siを1.0%以上含有する必要がある。一方、Si含有量が4.5%を超えると磁束密度の低下、硬度の上昇が問題となる。このため、Si含有量は1.0〜4.5%とする。鉄損、磁束密度、打ち抜き性のバランスから考えて、Si含有量のより好ましい範囲は1.5〜3.0%である。
Mnは、鋼の熱間脆性を抑制する元素であり、鋼の比抵抗を高める元素でもある。その効果を得るためには0.02%以上の添加が必要である。一方、Mn含有量が2.0%を超えると炭化物が析出してかえって鉄損が悪くなる。このため、Mn含有量は0.02〜2.0%とする。より好ましい範囲は0.15〜0.8%である。
Sol.Al(酸可溶性Al)は、微細なAlNを形成し鉄損劣化の原因となるため、0.001%以下とする必要がある。より好ましくは0.0005%以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的にSol. Al量は0.00001%程度が好ましい。
Pは、鋼の硬度を増加させる元素であり、製品の硬度調整に用いることができる。しかしながら、Pを、0.2%を超えて添加すると鋼が脆化し、冷間圧延で割れが発生しやすくなる。よって、P量は0.2%以下に制限する。より好ましくは0.1%以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的にP量は0.0001%程度が好ましい。
SおよびSeは、微細な硫化物やセレン化物を形成して、鉄損を劣化させる元素である。本発明では、Cuを含有するため、特にその影響が大きく、鉄損を低減するためには、S+Seを0.0010%以下に低減しなければならない。より好ましくは0.0005%以下である。また、SおよびSeをこの範囲に制御することにより、Cu含有による磁束密度向上効果を効率よく得ることができる。
なお、SとSeは、それぞれ、0.0005%以下、0.0001%以下に低減することが好ましい。また、S+Se量の下限値は特に規定しないが、工業的には0.00001%程度である。
Nは、微細窒化物を形成して鉄損劣化の原因となるため、0.005%以下とする必要がある。より好ましくは0.003%以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的に、N量は0.0001%程度である。
Oは、酸化物を増加させ鉄損劣化の原因となるため、0.005%以下とする必要がある。より好ましくは0.003%以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的に、O量は0.0001%程度である。
Cuは、トランプエレメントの一種であり、鉄のリサイクルにともなって含有量が増加する元素である。本発明では、このCuを積極的に活用する。Cuは、微細な硫化物やセレン化物を生成し鉄損劣化の原因となるが、逆に再結晶集合組織を改善し鉄損を改善する効果もある。鉄損低減の効果を得るためには、Cuを0.02%以上含有することが必要である。一方、0.30%超のCuを含有すると表面疵の原因となる。このため、Cu含有量は0.02〜0.30%とする。より好ましい範囲は0.05〜0.10%である。
Sn, Sbは、再結晶集合組織を改善し、鋼の磁束密度を向上させる効果がある。
しかし、Sn, Sbから選んだ1種もしくは2種が0.01%未満では添加効果が薄い。一方、0.20%を超えると添加効果が飽和する。従って、Sn, Sbのうちから選んだ1種もしくは2種は合計で0.01〜0.20%の範囲で添加することが好ましい。
Ca, REMおよびMgは、安定な硫化物、セレン化物を形成する元素であり、本発明の鋼に添加することでさらに優れた鉄損特性を得ることができる。
しかし、Ca, REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上が0.0001%未満では添加効果が薄い。一方、0.01%を超えるとかえって鉄損が増加する。従って、Ca, REMおよびMgのうちから選んだ1種もしくは2種以上は合計で0.0001〜0.01%の範囲で添加することが好ましい。
なお、直径200nm以上の析出物については磁気特性に大きな影響を与えないため、測定しなくて良い。また直径10nm以下の析出物についてはEDXによる分析が困難であり、さらに本発明の範囲では個数が少なく磁気特性への影響が小さいので測定しないでよい。
上記の好適成分組成に調整した溶鋼から、通常の造塊−分塊法や連続鋳造法によってスラブを製造してもよいし、100 mm以下の厚さの薄鋳片を直接鋳造法で製造してもよい。ついで、スラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延に供して、熱延板とするが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延に供してもよい。熱間圧延後、熱延板を、700〜900℃の温度域で10min〜10h、もしくは900〜1100℃の温度域で1s〜5min保定する熱処理(熱延板焼鈍)を実施することでさらに高い磁気特性を得ることができる。なお、本発明では、コスト削減の観点からかかる熱処理を省略することができる。
この鉄損低減効果が得られる理由は明らかでないが、以下のとおりと考えている。
すなわち、仕上焼鈍の昇温過程における上記温度域での昇温速度が低いと、鋼中の{111}方位粒の再結晶が優先的に進むために、本発明で意図する磁気特性に有利な{100}および{110}方位の結晶が減少してしまうため、と考えている。この傾向は、特に鋼中の{111}方位粒が強くなる条件下、例えば、熱延板焼鈍を行わない場合や冷延圧下率が高い場合に顕著だからである。なお、100〜700℃の温度域での昇温速度は、好ましくは、100℃/s以上である。
仕上焼鈍ののち、前記鋼板に必要に応じて絶縁コーティングを施して製品板である無方向性電磁鋼板とする。本発明では、絶縁コーティングは公知のものを用いることができ、無機コーティング、有機コーティング、無機−有機混合コーティングなどを目的に応じて使い分けることができる。
なお、熱延板焼鈍条件および仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度は、表1に記載した。また、得られた製品板から280mm×30mmの試験片を採取し、JIS C 2550-1:2011に規定するエプスタイン試験法に準拠して磁気測定を行った。
磁気測定の測定結果を表1に併記する。
さらに、Cu硫化物およびCuセレン化物の直径を既述の方法で測定し、その個数密度を表1に記載した。なお、表中、Cu硫化物の個数密度は、直径10〜200nmのCu硫化物の1μm2当たりの個数密度であり、Cuセレン化物の個数密度は、直径10〜200nmのCuセレン化物の1μm2当たりの個数密度である。
Claims (3)
- 質量%で、C:0.005%以下、Si:1.0〜4.5%、Mn:0.02〜2.0%、Sol. Al:0.001%以下、P:0.2%以下、S+Se:0.0010%以下、N:0.005%以下、O:0.005%以下およびCu:0.02〜0.30%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、ついで、熱間圧延した熱延板に、熱延板焼鈍を施さずに、1回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により目標の板厚とし、ついで仕上焼鈍を行う一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
上記仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度を40℃/s以上とし、かつ仕上焼鈍温度を900〜1100℃の範囲とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記鋼スラブが、さらに、Sn、Sbから選んだ1種もしくは2種を質量%で合計0.01〜0.20%含有する請求項1に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記鋼スラブが、さらに、Ca、REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を質量%で合計0.0001〜0.01%含有する請求項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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