JP6628016B1 - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年3月23日に、日本に出願された特願2018−056310号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
しかしながら、特許文献5〜7に記載の技術は、特許文献4と同様に、熱延温度を500〜850℃とする低温熱延を施すものであり、このような低温熱延を施して製造しても、期待される効果は得られず、やはり、高い磁気特性が要求されるレベルに対して十分な性能ではなかった。さらに、特許文献5〜7に記載の技術は、高周波での鉄損が要求されるレベルに対して十分な性能ではなかった。
PDR=(最大値−最小値)/最小値×100 ・・・ (式1)
(2)上記(1)に記載の無方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学組成として、質量%で、更に、Sb:0.0500%以下、およびSn:0.0100%〜0.2000%の少なくとも1種を含有してもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の無方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学組成として、質量%で、更に、Cu:0〜1.00%、REM:0〜0.0400%、Ca:0〜0.0400%、Mg:0〜0.0400%の少なくとも1種を含有してもよい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の珪素鋼板は、質量%で、C:0.0030%以下、Si:0.01%〜3.50%、Al:0.0010%〜2.500%、Mn:0.01%〜3.00%、P:0.180%以下、S:0.0030%以下、N:0.0030%以下、B:0.0020%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有する。
珪素鋼板の板厚を単位mmでtとしたときに、珪素鋼板の表面から板厚方向に1/10tの位置の部分(1/10t部)、1/5tの位置の部分(1/5t部)、および1/2tの位置の部分(1/2t部)の3カ所におけるAlN析出物の個数密度の最大値と最小値との比率を表すPDRが50%以下であることを特徴とする。
PDR=(上記3カ所のうちの個数密度の最大値−上記3カ所のうちの個数密度の最小値)/上記3カ所のうちの個数密度の最小値×100
次に、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の珪素鋼板における化学組成の限定理由について述べる。なお、鋼板の成分組成について、「%」は「質量%」である。
C(炭素)は、鉄損を高める成分であり、磁気時効の原因ともなる不純物元素であるので、Cの含有量は少ないほどよい。そのため、Cの含有量は0.0030%以下とする。C含有量の好ましい上限は、0.0025%であり、より好ましくは0.0020%である。Cの含有量の下限は特に限定されないが、工業的な純化技術を考慮すると実用的には、Cの含有量は0.0001%以上であり、製造コストも考慮すると0.0005%以上となる。
Si(シリコン)は、含有量が増えると、磁束密度が低下し、かつ硬度の上昇を招いて、打ち抜き加工性を劣化させる。また、無方向性電磁鋼板の製造工程で、冷延等の作業性の低下が生じ、及びコスト高となり、さらに破断の可能性が高い。そのため、Siの含有量の上限は3.50%とする。Si含有量の好ましい上限は3.20%、より好ましい上限は3.00%である。一方、Siは、鋼板の電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させ、鉄損を低減する作用を有する。そのため、Si含有量の下限は0.01%とする。Si含有量の好ましい下限は0.10%、より好ましい下限は0.50%、さらに好ましくは1.00%、さらに好ましくは2.00%超、さらに好ましくは2.10%、さらに好ましくは2.30%とすることがよい。
Al(アルミニウム)は、鉱石や耐火物から不可避的に含有され、また脱酸にも使用される。これを考慮して下限を0.0010%とする。また、Alは、Siと同様に、電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させることにより、鉄損を低減する作用のある成分である。そのため、Alは0.200%以上含有させてもよい。Al含有量は、0.50%超が好ましく、0.60%以上がさらに好ましい。一方、Alの含有量が増加すると、飽和磁束密度が低下して磁束密度の低下を招くため、Al含有量の上限は2.500%とする。好ましくは2.000%以下である。
Mn(マンガン)は、電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させるとともに、磁気特性に対して望ましくない{111}<112>集合組織の生成を抑制する。これらの目的のためにMnを0.01%以上含有させる。Mn含有量の下限は、0.15%が好ましく、0.40%がさらに好ましく、0.60%超がさらに好ましく、0.70%以上がさらに好ましい。しかし、Mnの含有量が増加すると集合組織が変化し、ヒステリシス損が劣化する。そのため、Mnの含有量の上限は3.00%とする。Mn含有量の好ましい上限は2.50%、より好ましくは2.00%である。
P(燐)は、磁束密度を低下させることなく、引張強度を高めることもあるが、鋼の靱性を損ない、鋼板に破断が生じやすくなる不純物元素である。そのため、P含有量の上限は0.180%とする。鋼板の破断を抑制する点では、P含有量は少ないほうがよい。P含有量の好ましい上限は0.150%、より好ましくは0.120%、さらに好ましくは0.080%である。P含有量の下限は、特に限定しないが、製造コストも考慮すると0.001%となる。
S(硫黄)は、MnS等の硫化物の微細析出により、仕上げ焼鈍時等における再結晶および結晶粒成長を阻害する不純物元素である。そのため、S含有量は、0.0030%以下とする。S含有量の好ましい上限は0.0020%、より好ましくは0.0015%である。Sの含有量の下限は、特に限定されないが、工業的な純化技術を考慮すると実用的には0.0001%であり、製造コストも考慮すると0.0005%となる。
N(窒素)は、析出物を形成して鉄損を劣化させる不純物元素である。そのため、N含有量は、0.0030%以下とする。好ましくは0.002%以下、さらに好ましくは0.001%以下である。N含有量の下限は、特に限定しないが、工業的な純化技術を考慮すると0.0001%であり、製造コストを考慮すると0.0005%である。
B(ホウ素)は、析出物を形成して鉄損を劣化させる不純物元素である。そのため、B含有量は、0.0020%以下とする。好ましくは0.001%以下、さらに好ましくは0.0005%以下である。B含有量の下限は、特に限定しないが、工業的な純化技術を考慮すると0.0001%であり、製造コストを考慮すると0.0005%である。
Sb(アンチモン)を添加すると、表面窒化が抑制され、鉄損も改善される。一方、Sbの過剰な含有は、鋼の靭性を劣化させる。したがって上限を0.0500%とする。好ましくは0.03%以下、より好ましくは0.01%以下である。Sbの下限は、特に制限されず、0%でもよい。上記効果を好ましく得るためには、Sbは0.001%以上であってもよい。
Sn(スズ)を添加すると、表面窒化が抑制され、鉄損も改善される。一方、Snの過剰な含有は、鋼の靭性を劣化させたり、絶縁コーティングの剥離を助長したりする。したがって上限を0.2000%とする。上限は好ましくは0.08%以下であり、さらに好ましくは0.06%以下である。Snの下限は、特に制限されず、0%でもよい。上記効果を好ましく得るためには、Snは0.01%以上であってもよい。好ましくは0.04%以上、より好ましくは0.08%以上である。
Cu(銅)は、磁気特性に望ましくない{111}<112>集合組織の生成を抑制する作用をなすとともに、鋼板表面の酸化を制御し、かつ、結晶粒成長を整粒化する作用をなす元素である。Cuが1.00%を超えると、添加効果が飽和するとともに、仕上げ焼鈍時の結晶粒成長性が抑制され、また、鋼板の加工性が低下し、冷延時に脆化するので、Cuは1.00%以下とする。好ましくは0.60%以下、より好ましくは0.40%以下である。Cuの下限は、特に制限されず、0%でもよい。上記効果を好ましく得るためには、Cuは0.10%以上とすればよい。好ましくは0.20%以上、より好ましくは0.30%以上である。
Ca:0〜0.0400%、
Mg:0〜0.0400%
REM(Rare Earth Metal)、Ca(カルシウム)、Mg(マグネシウム)は、Sを硫化物又は酸硫化物として固定し、MnS等の微細析出を抑制し、仕上げ焼鈍時の再結晶及び結晶粒成長を促進する作用をなす元素である。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、モータコア用として、圧延方向、圧延直角方向、および圧延45°方向の3つの方向に優れた磁気特性を有する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の珪素鋼板の厚みは、用途等に応じて適宜調整すればよく、特に限定されるものではない。珪素鋼板の平均厚みが、製造上の観点から、0.10mm〜0.50mmであることがよく、0.15mm〜0.50mmが好ましい。特に、磁気特性と生産性のバランスの観点からは、平均厚みが0.15mm〜0.35mmであることが好ましい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、前述のように、従来の無方向性電磁鋼板を製造するために行っていた仕上げ熱延後の熱延板焼鈍に代わって、仕上げ熱延後冷却途中で温度および時間を特定の条件で制御する保熱処理を行い、さらに仕上げ焼鈍時の加熱速度を制御することで得られる。
化学組成が調整されたスラブを加熱して熱間圧延する。熱延前のスラブの加熱温度は特に限定されるものではないが、コスト等の観点から1000℃〜1300℃とすることがよい。
熱間圧延後の冷却途中で、熱延鋼板を保熱する。保熱処理では、保熱温度を700〜950℃とし、保熱時間(均熱時間)を10分〜3時間とする。この保熱処理と後述の仕上げ焼鈍との両方を制御することで、板厚方向の1/10t部、1/5t部、および1/2t部の3カ所におけるAlN析出物の個数密度の最大値と最小値との比率である上記のPDRが50%以下となる。保熱条件がAlN析出物に影響を与える理由は明確ではないが、以下のように考えられる。
次に、保熱処理後に室温まで冷却し、必要に応じて酸洗した鋼板に冷延を施す。冷延の圧下率は特に限定されない。一般的な条件として、冷延工程における合計圧下率(冷延の全圧下率)で75%以上(好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上)となるように施すことがよい。特に薄手の電磁鋼板とするのであれば、全圧下率は90%以上とすることができる。冷延の全圧下率は、圧延機の能力や板厚精度など製造管理を考慮すれば、95%以下であることが好ましい。
次に、冷延後の鋼板に仕上げ焼鈍を施す。
化学組成を調整したスラブから、各工程での製造条件を制御して珪素鋼板を製造し、この珪素鋼板上に平均厚さが1μmのりん酸系の絶縁被膜を形成して無方向性電磁鋼板を製造した。化学組成を表1および表2に示し、製造条件を表3および表4に示す。なお、上記の製造時、厚みが40mmになるように粗熱延を施し、また、冷延後の鋼板の板厚が、すべて0.35mmとなるように冷間圧延を施した。
3 珪素鋼板(母材鋼板)
5 絶縁被膜(張力被膜)
11 打抜き部材
13 積層体
15 ティース部
17 ヨーク部
100 モータコア
Claims (3)
- 珪素鋼板と、絶縁被膜とを備える無方向性電磁鋼板において、
前記珪素鋼板が、化学組成として、質量%で、
Si:0.01%〜3.50%、
Al:0.0010%〜2.500%、
Mn:0.01%〜3.00%、
C:0.0030%以下、
P:0.180%以下、
S:0.0030%以下、
N:0.0030%以下、
B:0.0020%以下
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
前記珪素鋼板の板厚をtとしたとき、前記珪素鋼板の表面から板厚方向に1/10t部、1/5t部、および1/2t部の3カ所におけるAlN析出物の個数密度の最大値と最小値との比率を表す下記(式1)のPDRが50%以下である
ことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
PDR=(最大値−最小値)/最小値×100 ・・・ (式1) - 前記珪素鋼板が、化学組成として、質量%で、更に、
Sb:0.0500%以下、
Sn:0.0100%〜0.2000%
の少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記珪素鋼板が、化学組成として、質量%で、更に、
Cu:0〜1.00%、
REM:0〜0.0400%、
Ca:0〜0.0400%、
Mg:0〜0.0400%
の少なくとも1種を含有する
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。
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