JP6451730B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。
無方向性電磁鋼板は、モータなどの鉄心材料として広く使用されている軟磁性材料の一種である。近年、電気自動車やハイブリッド自動車の実用化が進み、モータの駆動システムが発達し、モータの駆動周波数は、年々増加する傾向にある。現在では、基本周波数が数百〜数ｋHzであることが一般的となっており、高周波数域における鉄心の鉄損特性が重要視されるようになってきている。そのため、従来は、SiやAlなどの合金元素を添加することにより、または板厚を低減することにより、高周波域での低鉄損化を図ってきた。
しかし、上記のような合金元素を添加すると、磁束密度の低下は避けられない。また、板厚を低減するためにも、冷延圧下率を上昇させる必要がある。冷延圧下率を上昇させると、一次再結晶集合組織が、圧延安定方位である｛111｝方位に集積することとなり、磁束密度の低下を招く。磁束密度の低下は、モータの銅損増加を招き、モータ効率の低下につながる。そのため、高周波域での低鉄損化だけでなく、磁束密度の向上も同時に望まれている。
磁束密度の優れた無方向性電磁鋼板を製造するための方法として、特許文献1には、Siが4質量％以下の鋼にCoを0.1〜5質量％添加することが記載されている。しかしながら、Coは非常に高価であるため、製造コストが著しくアップするという問題点がある。また、特許文献2には、Alを0.017質量％以下、Ｎを0.0030質量％以下にするとともに、熱延焼鈍板の粒径を制御する方法が提案されている。しかし、この手法では、板温を200℃程度とする温間圧延が必要で、これに設備を対応させるために、または、生産上の制約による工程管理のために、コストが増加するということが問題となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、コストの増加を回避しながら、磁束密度の優れた無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
発明者らは、上記課題の解決に向け、集合組織改善に有効な偏析元素Sn、Sbに着目して鋭意検討を重ねた。その結果、Alを極微量まで低減し、SnもしくはＳｂを多く添加した鋼は、ＢまたはAsを低減することによって磁束密度が大幅に向上することを見出し、その効果は、冷延圧下率が大きいほど顕著であることをさらに見出し、本発明を新規に知見するに至った。
以下、本発明を導くに至った実験について説明する。
（実験１）
発明者らは、磁束密度に優れる無方向性電磁鋼板を開発するべく、集合組織の改善に有効なSn、Sbに改めて着目し、Snによる磁束密度向上効果にAlが及ぼす影響を調査した。
（実験１）
発明者らは、磁束密度に優れる無方向性電磁鋼板を開発するべく、集合組織の改善に有効なSn、Sbに改めて着目し、Snによる磁束密度向上効果にAlが及ぼす影響を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：2.70質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.3質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％を含有するAl添加鋼と、Ｃ：0.0020質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.001質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％を含有するAlを添加していない鋼の２種類をベースとし、これらにSnを0％から0.26％の範囲で変化させて添加した鋼塊を供試材とした。これらの供試材を熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とし、次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、圧下率82.5％で冷間圧延して板厚0.35mmの冷延板とした。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、鋼板の磁束密度Ｂ50を25cmエプスタイン装置で測定した。
磁束密度Ｂ50とSn量の関係を図１に示す。Al添加の有無に関わらずSn量が増加すると磁束密度Ｂ50が増加するという、従来知見と同様の結果が得られたが、Sn量0.05％以上ではAlを添加してない鋼の方が磁束密度が大きく向上することがわかった。磁束密度Ｂ50増加量がAlを添加してない鋼とAl添加鋼で異なる理由は、現時点ではまだ明らかとなっていないが、Alを添加してない鋼のほうがSnの粒界偏析が促進されたためと推定される。
（実験２）
さらに、発明者らは、Snの磁束密度向上効果に及ぼす圧下率の影響を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：2.70質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.3質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％に加えて、Sn：0.15質量％もしくは0.001質量％を含有したAl添加鋼と、Ｃ：0.0025質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.001質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％に加えて、Sn：0.15質量％もしくは0.001質量％を含有したAlを添加してない鋼の鋼塊を供試材とし、これらを板厚2.0mmまで熱間圧延して、次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。
さらに、発明者らは、Snの磁束密度向上効果に及ぼす圧下率の影響を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：2.70質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.3質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％に加えて、Sn：0.15質量％もしくは0.001質量％を含有したAl添加鋼と、Ｃ：0.0025質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.001質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびＢ：0.00010質量％に加えて、Sn：0.15質量％もしくは0.001質量％を含有したAlを添加してない鋼の鋼塊を供試材とし、これらを板厚2.0mmまで熱間圧延して、次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。
その後、圧下率80〜95％で冷間圧延して板厚0.40〜0.10mmの冷延板を取得し、その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、鋼板の磁束密度Ｂ50を25cmエプスタイン装置で測定した。
磁束密度Ｂ50と圧下率との関係を図２に示す。Alを添加した鋼は圧下率が高くなってもSn添加による磁束密度Ｂ50値の増加率は変わらないが、Alを添加してない鋼は圧下率85％からSn添加による磁束密度Ｂ50値の増加率が高くなることがわかった。すなわち、Alを添加していない鋼にSnを添加すると、磁束密度を低下させることなく圧下率を高める、言い換えれば板厚を薄くできることがわかる。Alを添加してない鋼とAlを添加した鋼とでは、圧下率が高くなったときの磁束密度Ｂ50値の増加率が互いに異なる理由は、現時点ではまだ明らかとなっていないが、高圧下により増加した（111）方位粒のSnによる低減効果が、Alを添加してない鋼のほうで顕著に生じたためと推定される。
（実験３）
次に、発明者らはSnによる磁束密度向上の効果に微量のＢが及ぼす影響を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.001質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびSn：0.15質量％を含有し、これにＢを0.00002〜0.00126質量％の範囲で種々に変化させて添加した鋼塊を供試材とし、これらを板厚2.0mmまで熱間圧延した。次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。その後、圧下率82.5％、または90.0％で冷間圧延して、それぞれ板厚0.35mmまたは0.20mmの冷延板を取得し、その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、鋼板の磁束密度Ｂ50を25cmエプスタイン装置で測定した。
次に、発明者らはSnによる磁束密度向上の効果に微量のＢが及ぼす影響を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.001質量％、Ｎ：0.0020質量％、As：0.0020質量％、およびSn：0.15質量％を含有し、これにＢを0.00002〜0.00126質量％の範囲で種々に変化させて添加した鋼塊を供試材とし、これらを板厚2.0mmまで熱間圧延した。次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。その後、圧下率82.5％、または90.0％で冷間圧延して、それぞれ板厚0.35mmまたは0.20mmの冷延板を取得し、その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、鋼板の磁束密度Ｂ50を25cmエプスタイン装置で測定した。
磁束密度Ｂ50とＢ量および冷延圧下率との関係を図３に示す。Ｂの含有量が0.00030質量％超で、磁束密度が低下することが分かる。Ｂ量の増加によりSnの効果が抑制される理由は現時点で明らかとなっていないが、Ｂが粒界に偏析することでSnの粒界偏析が抑制されたためと考えられる。
上記の結果は、Asの含有量が0.0050質量％超でも確認されたことから、Snの効果を得るためにはAs量を低減することも重要である。
上記の結果は、Asの含有量が0.0050質量％超でも確認されたことから、Snの効果を得るためにはAs量を低減することも重要である。
（実験４）
次に、Alを低減した鋼であって、Sn添加により磁束密度を向上させた材料について、歪取焼鈍後の絶縁被膜の密着性を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.0010質量％、Ｎ：0.0020質量％、Sn：0.10質量％、Ｂ：0.00010質量％を含有する鋼塊を供試材とし、熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とし、次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、圧下率82.5％で冷間圧延して板厚0.35mmの冷延板とした。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。
次に、Alを低減した鋼であって、Sn添加により磁束密度を向上させた材料について、歪取焼鈍後の絶縁被膜の密着性を調査した。
Ｃ：0.0020質量％、Si：3.00質量％、Mn：0.200質量％、Ｐ：0.020質量％、Ｓ：0.0020質量％、Al：0.0010質量％、Ｎ：0.0020質量％、Sn：0.10質量％、Ｂ：0.00010質量％を含有する鋼塊を供試材とし、熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とし、次いで、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、圧下率82.5％で冷間圧延して板厚0.35mmの冷延板とした。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。
その際、700〜500℃における冷却を、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0001〜0.005である雰囲気で行った。その後、鋼板に絶縁被膜を塗布し、100vol％Ｎ2雰囲気で750℃×2時間の歪取焼鈍を行い、得られた鋼板のコーティングの密着性を調査した。密着性は、50mmφの90°曲げを施し曲げ加工部における粘着テープ剥離後の被膜の剥離面積（％）で評価した。なお、粘着テープの材質、テープ剥離速度等の条件はJIS Z 0237に準拠した。
冷却時の酸素ポテンシャルと被膜密着性の関係を図４に示す。酸素ポテンシャルが0.001未満で被膜密着性が急激に低下することが分かる。すなわち、酸素ポテンシャルが0.001以上で被膜の剥離面積が10％以下の良好な被膜密着性を得ることができる。被膜密着性が仕上焼鈍冷却時の酸素ポテンシャルにより変化する理由は現時点で明らかとなっていないが、以下のことが考えられる。皮膜剥離の原因は、歪取焼鈍による被膜と地鉄の界面へのSnの偏析と考えられ、仕上焼鈍で鋼板表層に酸化層が形成されることで、界面へのSnの偏析が抑制されたためと考えられる。
以上のような磁束密度向上効果は、Snの代わりにSbを添加した場合でも同様であった。これらの結果から、Alを極微量まで低減し、SnもしくはSbを多く添加した鋼は、ＢまたはAsを低減することによって磁束密度が大幅に向上し、さらにその効果は、冷延圧下率が大きいほど顕著であることが分かった。ただし、SnもしくはSbを多く添加すると、歪取焼鈍後の被膜密着性が問題となるため、歪取焼鈍を活用するためには、仕上焼鈍の冷却で酸素ポテンシャルを調整することが好ましい。
本発明は、上記の新規な知見に基づきなされたもので、以下の構成を有する。
１．質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
２．前記成分組成は、さらに、
質量％で、
As:0.0050％以下
を含有することを特徴とする、上記1に記載の無方向性電磁鋼板。
質量％で、
As:0.0050％以下
を含有することを特徴とする、上記1に記載の無方向性電磁鋼板。
３．前記成分組成は、さらに、
質量％で、
Ca:0.0001％以上0.0300％以下、
REM:0.0001％以上0.0300％以下および
Mg:0.0001％以上0.0300％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記1または２に記載の無方向性電磁鋼板。
質量％で、
Ca:0.0001％以上0.0300％以下、
REM:0.0001％以上0.0300％以下および
Mg:0.0001％以上0.0300％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記1または２に記載の無方向性電磁鋼板。
４．質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であることを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であることを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
５．質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
６．質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であり、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であり、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
７．前記成分組成は、さらに、
質量％で、
As:0.0050％以下
を含有することを特徴とする、上記４から６のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
質量％で、
As:0.0050％以下
を含有することを特徴とする、上記４から６のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
８．前記成分組成は、さらに、
質量％で、
Ca:0.0001％以上0.0300％以下、
REM:0.0001％以上0.0300％以下および
Mg:0.0001％以上0.0300％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記４から７のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
質量％で、
Ca:0.0001％以上0.0300％以下、
REM:0.0001％以上0.0300％以下および
Mg:0.0001％以上0.0300％以下
のうちから選ばれる１種または２種以上を含有することを特徴とする、上記４から７のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明によれば、コストの増加を回避しながら、磁束密度の優れた無方向性電磁鋼板を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板について説明する。まず、鋼の成分組成の限定理由について述べる。なお、本明細書において、各成分元素の含有量を表す「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
Ｃ：0.0050％以下
Ｃは、製品板における磁気時効を引き起こすため0.0050％以下に制限する。好ましくは、0.0040％以下である。
Ｃは、製品板における磁気時効を引き起こすため0.0050％以下に制限する。好ましくは、0.0040％以下である。
Si：6.00％以下
Siは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損低減に有効な元素である。6.00％を超えて添加すると、著しく脆化して冷間圧延することが困難となるため、上限は6.00％とする。好ましくは1.00％以上5.00％以下の範囲である。
Siは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損低減に有効な元素である。6.00％を超えて添加すると、著しく脆化して冷間圧延することが困難となるため、上限は6.00％とする。好ましくは1.00％以上5.00％以下の範囲である。
Mn：0.050％以上3.00％以下
Mnは、熱間圧延時の赤熱脆性を防止するのに有効な元素であるため、0.050％以上含有させる必要がある。しかし、3.00％を超えると冷間圧延性が低下したり、磁束密度の低下を招いたりするため、上限は3.00％とする。好ましくは0.100％以上2.00％以下の範囲である。
Mnは、熱間圧延時の赤熱脆性を防止するのに有効な元素であるため、0.050％以上含有させる必要がある。しかし、3.00％を超えると冷間圧延性が低下したり、磁束密度の低下を招いたりするため、上限は3.00％とする。好ましくは0.100％以上2.00％以下の範囲である。
Ｐ：0.100％以下
Ｐは、固溶強化能に優れるため、硬さ調整、打抜加工性の改善に有効な元素である。0.100％を超えると、脆化が顕著となるため、上限は0.100％とする。好ましくは0.050％以下である。
Ｐは、固溶強化能に優れるため、硬さ調整、打抜加工性の改善に有効な元素である。0.100％を超えると、脆化が顕著となるため、上限は0.100％とする。好ましくは0.050％以下である。
Ｓ：0.0050％以下
Ｓは、硫化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0040％以下である。
Ｓは、硫化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0040％以下である。
Ｎ：0.0050％以下
Ｎは、窒化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0040％以下である。
Ｎは、窒化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0040％以下である。
Al：0.0050％以下
Alは、本発明における重要元素の一つである。0.0050％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0030％以下である。
Alは、本発明における重要元素の一つである。0.0050％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0030％以下である。
Ｂ：0.00030％以下
Ｂは、本発明における重要元素の一つである。0.00030％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.00030％とする。好ましくは0.00010％以下である。
Ｂは、本発明における重要元素の一つである。0.00030％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.00030％とする。好ましくは0.00010％以下である。
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
Sn、Sbは、本発明における重要元素の一つである。本発明による磁束密度の向上効果を得るためには、0.05％以上含有する必要がある。しかし、0.50％を超えると、脆化が顕著となるため、上限は0.50％とする。好ましくは0.05％以上0.20％以下である。
Sn、Sbは、本発明における重要元素の一つである。本発明による磁束密度の向上効果を得るためには、0.05％以上含有する必要がある。しかし、0.50％を超えると、脆化が顕著となるため、上限は0.50％とする。好ましくは0.05％以上0.20％以下である。
以上、本発明の基本成分について説明した。上記成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物であるが、その他にも必要に応じて、以下の元素を適宜含有させることができる。
As：0.0050％以下
Asは、0.0050％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0030％以下である。
Asは、0.0050％を超えて含有すると、上述したSnもしくはSb添加による磁束密度向上効果が得られなくなるため、上限を0.0050％とする。好ましくは0.0030％以下である。
Ca:0.0001％以上0.0300％以下、REM:0.0001％以上0.0300％以下およびMg:0.0001％以上0.0300％以下のうちから選ばれる１種または２種以上
Ca、REMおよびMgは、いずれもＳを固定し、硫化物の微細析出を抑制するため、鉄損低減に有効な元素である。この効果を得るためには、それぞれ0.0001％以上添加する必要がある。しかし、0.0300％を超えて添加しても、上記効果は飽和する。よって、Ca、REM、Mgのうちから選ばれる１種または２種以上を添加する場合は、それぞれ0.0001％以上0.0300％以下の範囲とする。
Ca、REMおよびMgは、いずれもＳを固定し、硫化物の微細析出を抑制するため、鉄損低減に有効な元素である。この効果を得るためには、それぞれ0.0001％以上添加する必要がある。しかし、0.0300％を超えて添加しても、上記効果は飽和する。よって、Ca、REM、Mgのうちから選ばれる１種または２種以上を添加する場合は、それぞれ0.0001％以上0.0300％以下の範囲とする。
次に、本発明に係る方向性電磁鋼板の製造条件について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板は、その製造に用いる鋼素材として、Al、Sn、SbおよびＢの含有量が上記した範囲内のものを用いる限り、公知の無方向性電磁鋼板の製造方法を用いて製造することができる。例えば、以下の方法、すなわち、転炉あるいは電気炉などの精錬プロセスで上記所定の成分組成に調整した鋼を溶製し、脱ガス設備等で二次精錬し、連続鋳造して鋼スラブとした後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍した後、酸洗し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、さらに歪取焼鈍する方法を採用することができる。
ただし、後述のように、板厚低減のために仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率を調整することが好ましく、被膜密着性改善のために仕上焼鈍の冷却雰囲気の酸素ポテンシャルを調整することが好ましい。
本発明の無方向性電磁鋼板は、その製造に用いる鋼素材として、Al、Sn、SbおよびＢの含有量が上記した範囲内のものを用いる限り、公知の無方向性電磁鋼板の製造方法を用いて製造することができる。例えば、以下の方法、すなわち、転炉あるいは電気炉などの精錬プロセスで上記所定の成分組成に調整した鋼を溶製し、脱ガス設備等で二次精錬し、連続鋳造して鋼スラブとした後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍した後、酸洗し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、さらに歪取焼鈍する方法を採用することができる。
ただし、後述のように、板厚低減のために仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率を調整することが好ましく、被膜密着性改善のために仕上焼鈍の冷却雰囲気の酸素ポテンシャルを調整することが好ましい。
ここで、上記熱間圧延後の鋼板（熱延板）の板厚は、1.0〜5.0mmとすることが好ましい。1.0mm未満では熱間圧延での圧延トラブルが増加し、一方、5.0mm超えでは、冷延圧下率が高くなり過ぎ、集合組織が劣化するからである。
また、熱延板焼鈍は、必要に応じて施すことができる。熱延板焼鈍を施す場合には、均熱温度は900〜1200℃の範囲とするのが好ましい。900℃未満であると、熱延板焼鈍の効果が十分に得られないため、磁気特性が向上せず、一方、1200℃を超えると、コスト的に不利となる他、スケール起因の表面疵が発生するからである。また、均熱時間は1〜300secとすることが好ましい。1sec未満であると、熱延板焼鈍の効果が十分得られず、300secを超えても効果が飽和するからである。
熱延板焼鈍を施さない場合には、自己焼鈍を施すこともできる。自己焼鈍とは、熱間圧延後の熱間圧延コイル内部に保持された熱による焼鈍のことである。
熱延板焼鈍を施さない場合には、自己焼鈍を施すこともできる。自己焼鈍とは、熱間圧延後の熱間圧延コイル内部に保持された熱による焼鈍のことである。
また、熱延板もしくは熱延焼鈍板に施す冷間圧延は、1回または中間焼鈍を挟む2回以上とするのが好ましい。特に、最終の冷間圧延については、板温が200℃程度の温度で圧延する温間圧延とすることにより、磁束密度を向上する効果が大きくなる。そのため、設備上や生産制約上、コスト的に問題がければ、温間圧延とするのが好ましい。
また、仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率は85％以上とすることが好ましい。
また、仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率は85％以上とすることが好ましい。
なお、上記冷延板の板厚（最終板厚）は、0.1〜1.0mmの範囲とするのが好ましい。なぜなら、0.1mm未満では、生産性が低下し、一方、1.0mm超えでは鉄損の低減効果が小さいからである。特に本発明では磁束密度を低減することなく板厚を低減することができるため、最終板厚を0.3mm以下とすることが好ましい。
上記最終板厚とした冷延板に施す仕上焼鈍は、連続焼鈍炉で、700〜1200℃の温度で、1〜300秒間均熱するのが好ましい。均熱温度が700℃未満では、再結晶が十分に進行せず良好な磁気特性が得られ難いことに加え、連続焼鈍における板形状の矯正効果が十分に得られない。一方、1200℃を超えると、結晶粒が粗大化し、靭性が低下するからである。
上記仕上焼鈍後の鋼板は、その後、層間抵抗を高めて鉄損を低減するため、鋼板表面に絶縁被膜を被成するのが好ましい。特に、良好な打抜き性を確保したい場合には、樹脂を含有する半有機の絶縁被膜を適用することが望ましい。
絶縁被膜を被成した無方向性電磁鋼板は、さらに歪取焼鈍を施してから使用してもよく、歪取焼鈍を施さずにそのまま使用してもよい。また、打抜加工を施した後に、歪取焼鈍を施してもよい。ただし、歪取焼鈍を施してから使用する場合は、被膜の密着性が問題となるため、上記仕上焼鈍工程において700〜500℃における冷却を、酸素ポテンシャルが0.0010以上の雰囲気で1〜300秒かけて行うことが好ましい。冷却時間は、1秒未満では鋼板表層の酸化が十分に促進せず、一方、300秒を超えると、生産性が低下するため、1〜300秒とする。ＰＨ2Ｏ／ＰＨ2は、5を超えると鋼板表面にガスマークと呼ばれる酸化むらが生じ、商品としての外観が損なわれるため、上限は5程度とするのが好ましい。なお、上記歪取焼鈍は、750℃で2時間程度行うのが一般的である。
（実施例１）
転炉−真空脱ガス処理の精錬プロセスで、表１に示した成分組成を有するＮｏ．1〜48の鋼を溶製し、連続鋳造法でスラブとした後、スラブを1140℃で1時間加熱し、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。引き続き、上記熱延板に、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。その後、該鋼板を酸洗し、表１に示した圧下率で冷間圧延を行った。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。その際、700〜500℃における冷却を表１に示した条件で行い、鋼板に絶縁被膜を塗布して無方向性電磁鋼板とした。その後、100vol％Ｎ2雰囲気で750℃×2時間の歪取焼鈍を行った。
転炉−真空脱ガス処理の精錬プロセスで、表１に示した成分組成を有するＮｏ．1〜48の鋼を溶製し、連続鋳造法でスラブとした後、スラブを1140℃で1時間加熱し、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。引き続き、上記熱延板に、1000℃×30秒の熱延板焼鈍を施した。その後、該鋼板を酸洗し、表１に示した圧下率で冷間圧延を行った。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。その際、700〜500℃における冷却を表１に示した条件で行い、鋼板に絶縁被膜を塗布して無方向性電磁鋼板とした。その後、100vol％Ｎ2雰囲気で750℃×2時間の歪取焼鈍を行った。
上記のようにして得られた仕上焼鈍板の鉄損Ｗ15/50および磁束密度Ｂ50を測定し、得られた歪取焼鈍板のコーティングの密着性を調査した。磁気特性は、30mm×280mmのエプスタイン試験片を採取して、25cmエプスタイン装置で評価し、密着性は、50mmφの90°曲げを施し曲げ加工部における、粘着テープ剥離後の被膜の剥離面積（％）で評価した。なお、粘着テープの材質、テープ剥離速度等の条件はJIS Z 0237に準拠した。それらの結果についても表１に併記した。
（実施例２）
転炉−真空脱ガス処理の精錬プロセスで、表２に示した成分組成を有するＮｏ．49〜67の鋼を溶製し、連続鋳造法でスラブとした後、スラブを1140℃で1時間加熱し、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。引き続き、上記熱延板に、650℃×１時間の自己焼鈍に相当する巻き取り処理を施した。その後、該鋼板を酸洗し、表２に示した圧下率で冷間圧延を行った。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。その際、700〜500℃における冷却を表２に示した条件で行い、鋼板に絶縁被膜を塗布して無方向性電磁鋼板とした。その後、100vol％Ｎ2雰囲気で750℃×2時間の歪取焼鈍を行った。
転炉−真空脱ガス処理の精錬プロセスで、表２に示した成分組成を有するＮｏ．49〜67の鋼を溶製し、連続鋳造法でスラブとした後、スラブを1140℃で1時間加熱し、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。引き続き、上記熱延板に、650℃×１時間の自己焼鈍に相当する巻き取り処理を施した。その後、該鋼板を酸洗し、表２に示した圧下率で冷間圧延を行った。その後、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0005である雰囲気（10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気、露点-50℃）で1000℃×10秒の仕上焼鈍を施した。その際、700〜500℃における冷却を表２に示した条件で行い、鋼板に絶縁被膜を塗布して無方向性電磁鋼板とした。その後、100vol％Ｎ2雰囲気で750℃×2時間の歪取焼鈍を行った。
上記のようにして得られた仕上焼鈍板の鉄損Ｗ15/50および磁束密度Ｂ50を測定し、得られた歪取焼鈍板のコーティングの密着性を調査した。磁気特性は、30mm×280mmのエプスタイン試験片を採取して、25cmエプスタイン装置で評価し、密着性は、50mmφの90°曲げを施し曲げ加工部における、粘着テープ剥離後の被膜の剥離面積（％）で評価した。なお、粘着テープの材質、テープ剥離速度等の条件はJIS Z 0237に準拠した。それらの結果についても表２に併記した。
表１および表２から、鋼素材の成分組成と冷延圧下率を本発明の範囲に制御することにより、著しいコストアップを回避して、磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板を得られることがわかる。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であることを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 質量％で、
Ｃ:0.0050％以下、
Si:6.00％以下、
Mn:0.050％以上3.00％以下、
Ｐ:0.100％以下、
Ｓ:0.0050％以下、
Ｎ:0.0050％以下、
Al:0.0050％以下および
Ｂ:0.00030％以下
を含有し、さらに、質量％で、
Sn:0.05％以上0.50％以下および／またはSb:0.05％以上0.50％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板を酸洗し、
酸洗を施した前記熱延鋼板に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に仕上焼鈍を施した後にコーティングを施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記仕上焼鈍直前の冷間圧延における圧下率が85％以上であり、
前記仕上焼鈍は、酸素ポテンシャルＰＨ2Ｏ/ＰＨ2が0.0010以上である酸化性雰囲気にて、700℃から500℃までの冷却を1〜300秒かけて行うことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、
質量％で、
As:0.0050％以下
を含有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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