JP6763148B2

JP6763148B2 - 無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JP6763148B2
Application number: JP2016020077A
Authority: JP
Inventors: 鉄州村川; 藤倉　昌浩; 昌浩藤倉; 田中　一郎; 一郎田中; 有田　吉宏; 吉宏有田; 脇坂　岳顕; 岳顕脇坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2036-02-04
Also published as: JP2017137537A

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板に関する。

無方向性電磁鋼板は、電気自動車用モータ及び電気機器用モータ等に使用されている。電気自動車用モータに用いられる無方向性電磁鋼板には、電気自動車用モータのサイズ及び形状等の観点から、より高い強度が要求されている。無方向性電磁鋼板の鉄損及び強度の両立を目的とした種々の技術が提案されている。例えば、Ｃｕを含有させることによる強度の向上に関する技術が提案されている（特許文献１〜５）。

しかしながら、従来のＣｕを含有する無方向性電磁鋼板には、十分な強度が得られる程度にＣｕが含まれていると脆化が顕著になったり、特殊な製造条件に伴う製造コストの上昇が顕著になったりするという問題点がある。

特開２００５−２４０１５０号公報特開昭６１−８７８４８号公報特開２０１０−２４５０９号公報特開２０１１−９９１６３号公報特開２０１０−３１３２８号公報

本発明は、脆化及び製造コストの上昇を抑制しながら高い強度を得ることができる無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下を要旨とするものである。

質量％で、
Ｃ：０．００３０％以下、
Ｓｉ：２．０％〜４．０％、
Ａｌ：０．０５％〜３．０％、
Ｍｎ：０．０５％〜３．０％、
Ｓ：０．００３０％以下、
Ｃｕ：１．００００％〜３．５０００％、
Ｎｂ：０．００１０％〜０．３％、
数式（１）で表されるパラメータＱ１：１．００００以下、
数式（２）で表されるパラメータＱ２：０．００００以上、
Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ若しくはＢｉ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０．０％〜０．２％、
Ｍｏ、Ｖ若しくはＣｒ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０．０％〜０．４％、
Ｎｉ：０％〜４％、
Ｓｎ：０．００％〜０．５０％、
Ｓｂ：０．００％〜０．５０％、
Ｐ：０．００％〜０．５０％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０５％、
Ｃａ：０．００％〜０．０５％、
Ｍｇ：０．００％〜０．０５％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
再結晶率が９０％以上の鋼組織を有し、
引張強度が６５０ＭＰａ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｑ１＝［％Ｃｕ］／［％Ｓｉ］数式（１）
Ｑ２＝［％Ｎｂ］−｛０．０８００×（［％Ｃｕ］−１．００００）｝数式（２）
（［％Ｃｕ］、［％Ｓｉ］及び［％Ｎｂ］は、それぞれＣｕ、Ｓｉ及びＮｂの含有量（質量％）である。）

本発明によれば、Ｃｕ含有量、Ｎｂ含有量及びＳｉ含有量等が適切であるため、脆化及び製造コストの上昇を抑制しながら高い強度を得ることができる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。

先ず、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板及びその製造に用いる鋼の化学組成について説明する。詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、鋼の連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延、仕上げ焼鈍等を経て製造される。従って、無方向性電磁鋼板及び鋼の化学組成は、無方向性電磁鋼板の特性のみならず、これらの処理を考慮したものである。以下の説明において、無方向性電磁鋼板又は鋼に含まれる各元素の含有量の単位である「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味する。本実施形態に係る無方向無方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００３０％以下、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．０５％〜３．０％、Ｍｎ：０．０５％〜３．０％、Ｓ：０．００３０％以下、Ｃｕ：１．００００％〜３．５０００％、Ｎｂ：０．００１０％〜０．３％、数式（１）で表されるパラメータＱ１：１．００００以下、数式（２）で表されるパラメータＱ２：０．００００以上、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ若しくはＢｉ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０．０％〜０．２％、Ｍｏ、Ｖ若しくはＣｒ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０．０％〜０．４％、Ｎｉ：０％〜４％、Ｓｎ：０．００％〜０．５０％、Ｓｂ：０．００％〜０．５０％、Ｐ：０．００％〜０．５０％、ＲＥＭ：０．００％〜０．０５％、Ｃａ：０．００％〜０．０５％、Ｍｇ：０．００％〜０．０５％、かつ残部：Ｆｅ及び不純物、で表される化学組成を有する。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。
Ｑ１＝［％Ｃｕ］／［％Ｓｉ］数式（１）
Ｑ２＝［％Ｎｂ］−｛０．０８００×（［％Ｃｕ］−１．００００）｝数式（２）
（［％Ｃｕ］、［％Ｓｉ］及び［％Ｎｂ］は、それぞれＣｕ、Ｓｉ及びＮｂの含有量（質量％）である。）

（Ｃ：０．００３０％以下）
Ｃは、鉄損を高めたり、磁気時効を引き起こしたりする。従って、Ｃ含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、Ｃ含有量が０．００３０％超で顕著である。このため、Ｃ含有量は０．００３０％以下とする。

（Ｓｉ：２．０％〜４．０％）
Ｓｉは、電気抵抗を増大させて、渦電流損を減少させ、鉄損を低減したり、降伏比を増大させて、鉄心への打ち抜き加工性を向上したりする。Ｓｉ含有量が２．０％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ｓｉ含有量は２．０％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が４．０％超では、磁束密度が低下したり、硬度の過度な上昇により打ち抜き加工性が低下したり、冷間圧延が困難になったりする。従って、Ｓｉ含有量は４．０％以下とする。

（Ａｌ：０．０５％〜３．０％）
Ａｌは、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。Ａｌは、飽和磁束密度Ｂｓに対する磁束密度Ｂ５０の相対的な大きさ（Ｂ５０／Ｂｓ）の向上にも寄与する。ここで、磁束密度Ｂ５０とは、５０００Ａ／ｍの磁場における磁束密度である。Ａｌ含有量が０．０５％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ａｌ含有量は０．０５％以上とする。一方、Ａｌ含有量が３．０％超では、磁束密度が低下したり、降伏比を低下させて、打ち抜き加工性を低下させたりする。従って、Ａｌ含有量は３．０％以下とする。

（Ｍｎ：０．０５％〜３．０％）
Ｍｎは、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。Ｍｎは、一次再結晶の際に、圧延方向の磁気特性の向上に望ましい｛１１０｝＜００１＞集合組織を発達させる。Ｍｎ含有量が高いほど、ＭｎＳの析出温度が高くなり、析出してくるＭｎＳが大きなものとなる。このため、Ｍｎ含有量が高いほど、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長を阻害する粒径が１００ｎｍ程度の微細なＭｎＳが析出しにくい。Ｍｎ含有量が０．０５％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ｍｎ含有量は０．０５％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が３．０％超では、仕上げ焼鈍において結晶粒が十分に成長せず、鉄損が増大する。従って、Ｍｎ含有量は３．０％以下とする。

（Ｓ：０．００３０％以下）
Ｓは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Ｓは、微細なＭｎＳの析出により、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長を阻害する。従って、Ｓ含有量は低ければ低いほどよい。このような鉄損の増加は、Ｓ含有量が０．００３０％超で顕著である。このため、Ｓ含有量は０．００３０％以下とする。

（Ｃｕ：１．００００％〜３．５０００％）
微細に析出したＣｕは、鉄損を悪化させずに強度を上げることができる。Ｃｕ含有量が１．００００％未満では、この作用効果を十分に得られない。従って、Ｃｕ含有量は１．００００％以上とする。一方、Ｃｕ含有量が３．５０００％超では、粗大な析出物が形成され、鉄損が増大する。従って、Ｃｕ含有量は３．５０００％以下とする。

（Ｎｂ：０．００１０％〜０．３％）
Ｃｕを含む鋼では、鋳造時に粒界に沿ってＣｕが析出しやすく、粒界割れが生じやすい。Ｎｂは、Ｃｕよりも優先的に粒界に移動し、Ｃｕの粒界での析出を抑制する。つまり、Ｎｂは、Ｃｕを含む鋼における熱間脆化を抑制する。また、Ｃｕを含む鋼では、スラブ加熱時に粒界に沿って溶解したＣｕが表面に浸み出し、Ｃｕへげが生じやすい。Ｎｂは、このようなＣｕの粒界からの浸み出しを抑制する。つまり、Ｎｂは、Ｃｕへげの発生を抑制する。Ｎｂ含有量が０．００１０％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ｎｂ含有量は０．００１０％以上とする。一方、Ｎｂ含有量が０．３％超では、Ｎｂそのものが脆化を引き起こしやすい。従って、Ｎｂ含有量は０．３％以下とする。

（パラメータＱ１：１．００００以下）
ＳｉもＣｕへげを抑制する。数式（１）で表されるパラメータＱ１が１．００超では、Ｃｕに対してＳｉが不足し、Ｃｕへげを十分に抑制することができない。従って、パラメータＱ１は１．００００以下とする。Ｓｉ及びＣｕについては原子同士が引き寄せ合うダイポール効果が知られており、パラメータＱ１が１．００００以下であると、Ｃｕが熱拡散しにくく、Ｃｕが微細に析出しやすい。このため、高い析出強化能が得られる。
Ｑ１＝［％Ｃｕ］／［％Ｓｉ］数式（１）

（パラメータＱ２：０．００００以上）
数式（２）で表されるパラメータＱ２が０．００００未満では、Ｃｕに対してＮｂが不足し、Ｃｕへげを十分に抑制することができない。従って、パラメータＱ２は０．００００以上とする。
Ｑ２＝［％Ｎｂ］−｛０．０８００×（［％Ｃｕ］−１．００００）｝数式（２）

Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ、Ｂｉ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｐ、ＲＥＭ、Ｃａ及びＭｇは、必須元素ではなく、無方向性電磁鋼板に所定量を限度に適宜含有されていてもよい任意元素である。

（Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ若しくはＢｉ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０．０％〜０．２％）
Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ及びＢｉは、Ｎｂと同様に、熱間脆化を抑制する。従って、これらのいずれか又は任意の組み合わせが含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｂ、Ｔｉ、Ｓｅ、Ｚｒ、Ａｇ、Ｔｅ、Ａｕ若しくはＢｉ又はこれらの任意の組み合わせの含有量を合計で０．０００５％以上とする。一方、これら元素の含有量の合計が０．２％超では、これら元素そのものが脆化を引き起こしやすい。従って、これら元素の含有量は合計で０．２％以下とする。

（Ｍｏ、Ｖ若しくはＣｒ又はこれらの任意の組み合わせ：合計で０％〜０．４％）
Ｍｏ、Ｖ及びＣｒは、Ｎｂと同様に、熱間脆化を抑制する。従って、これらのいずれか又は任意の組み合わせが含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｍｏ、Ｖ若しくはＣｒ又はこれらの任意の組み合わせの含有量を合計で０．０５％以上とする。一方、これら元素の含有量の合計が０．４％超では、これら元素そのものが脆化を引き起こしやすい。従って、これら元素の含有量は合計で０．４％以下とする。

（Ｎｉ：０％〜４％）
Ｎｉは、強度の向上に寄与する。従って、Ｎｉが含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｎｉ含有量は０．５％以上とする。一方、Ｎｉ含有量が４％超では、圧延時に割れが発生しやすくなる。従って、Ｎｉ含有量は４％以下とする。

（Ｓｎ：０．００％〜０．５０％、Ｓｂ：０．００％〜０．５０％、Ｐ：０．００％〜０．５０％）
Ｓｎ、Ｓｂ及びＰは、一次再結晶の際に、圧延方向の磁気特性の向上に望ましい｛１１０｝＜００１＞集合組織を発達させ、かつ、磁気特性に望ましくない｛１１１｝＜１１２＞集合組織等を抑制する。Ｓｎ、Ｓｂ及びＰは、仕上げ焼鈍時等における鋼板表面の酸化及び窒化を抑制し、かつ、結晶粒成長を整粒化させる。従って、Ｓｎ、Ｓｂ若しくはＰ又はこれらの任意の組み合わせが含まれていてもよい。これらの作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｓｎ含有量、Ｓｂ含有量及びＰ含有量はいずれも０．０１％以上とする。一方、Ｓｎ、Ｓｂ又はＰの含有量が０．５０％超では、仕上げ焼鈍時等の結晶粒成長が抑制される。従って、Ｓｎ含有量、Ｓｂ含有量及びＰ含有量はいずれも０．５０％以下とする。

（ＲＥＭ：０．００００％〜０．０５００％、Ｃａ：０．００００％〜０．０５００％、Ｍｇ：０．００００％〜０．０５００％）
ＲＥＭ、Ｃａ及びＭｇは、硫化物又は酸硫化物としてＳを固定し、ＭｎＳ等の微細析出を回避し、仕上げ焼鈍時等における再結晶及び結晶粒成長を促進する。従って、ＲＥＭ、Ｃａ若しくはＭｇ又はこれらの任意の組み合わせが含まれていてもよい。これらの作用効果を十分に得るために、好ましくは、ＲＥＭ含有量、Ｃａ含有量及びＭｇ含有量はいずれも０．０００５％以上とする。一方、ＲＥＭ、Ｃａ又はＭｇの含有量が０．０５００％超では、硫化物又は酸硫化物が過剰となり、仕上げ焼鈍時等における再結晶及び結晶粒成長が阻害される。従って、ＲＥＭ含有量、Ｃａ含有量及びＭｇ含有量はいずれも０．５０％以下とする。

次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の鋼組織について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、再結晶率が９０％以上の鋼組織を有する。再結晶率が９０％未満では、良好な鉄損を得ることができない。ここで再結晶率とは、無方向性電磁鋼板の縦断面組織写真において視野中に占める再結晶粒の割合を示すものであり、この縦断面組織写真をもとに測定することができる。縦断面組織写真としては、光学顕微鏡写真を用いることができ、例えば１００倍の倍率で撮影した写真を用いればよい。

本実施形態に係る無方向性電磁鋼板によれば、Ｃｕ含有量、Ｎｂ含有量及びＳｉ含有量等が適切であるため、脆化及び製造コストの上昇を抑制しながら高い強度を得ることができる。

次に、実施形態に係る無方向無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。この製造方法では、上記化学組成を有する鋼の連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延、仕上げ焼鈍等を行う。冷間圧延では、例えば圧下率を７０％以上９５％以下とする。仕上げ焼鈍は、再結晶率が９０％以上となるように、例えば、８００℃以上で１秒間以上焼鈍する。

このようにして、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板を製造することができる。仕上げ焼鈍の後に、塗布及び焼き付けにより絶縁被膜を形成してもよい。仕上げ焼鈍後に７００℃以下の熱処理を行ってもよい。このような熱処理を行うことにより、Ｃｕ析出物を無方向性電磁鋼板中に分散させることができる。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

本発明者らは、表１に示す化学組成を有する鋼の連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延及び仕上げ焼鈍を行って種々の無方向性電磁鋼板を作製する。残部はＦｅ及び不純物である。熱間圧延により得られる熱延板の厚さは２．２ｍｍとし、冷間圧延により得られる冷延板の厚さは０．３５ｍｍとする。仕上げ焼鈍の温度は、試料Ｎｏ．６のみ７００℃とし、他の試料では１０００℃とする。そして、各無方向性電磁鋼板の鋼組織を観察し、再結晶率を測定する。この結果も表１に示す。これらの数値に関し、表１中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。

更に、各無方向性電磁鋼板の鉄損Ｗ１０／４００及び引張強度を測定し、へげの有無を観察する。鉄損Ｗ１０／４００とは、１．０Ｔの磁束密度、４００Ｈｚの周波数における鉄損である。これらの結果も表１に示す。これらの評価に関し、表１中の下線は、その数値等が所望の範囲から外れていることを示す。

表１に示すように、試料Ｎｏ．７〜Ｎｏ．９では、化学組成及び鋼組織が本発明の範囲内にあるため、２２．０Ｗ／ｋｇ以下の鉄損Ｗ１０／４００及び６５０ＭＰａ以上の引張強度が得られる。また、へげは発生しない。

試料Ｎｏ．１では、パラメータＱ１が大きすぎ、パラメータＱ２が小さすぎるため、へげが発生する。試料Ｎｏ．２では、Ｃｕ含有量及びＮｂ含有量が小さすぎるため、十分な引張強度が得られない。試料Ｎｏ．３〜Ｎｏ．５では、Ｎｂ含有量及びパラメータＱ２が小さすぎるため、鋳造中に破断が生じる。このため、再結晶率、鉄損、引張強度及びへげの評価ができない。試料Ｎｏ．６では、再結晶率が小さすぎるため、十分な鉄損が得られない。試料Ｎｏ．１０では、Ｎｂ含有量が大きすぎるため、十分な鉄損が得られない。試料Ｎｏ．１１では、Ｓｉ含有量が大きすぎるため、冷間圧延中に破断が生じる。試料Ｎｏ．１２では、Ｓｉ含有量が小さすぎ、パラメータＱ１が大きすぎるため、へげが発生し、十分な鉄損が得られない。試料Ｎｏ．１３では、Ｃｕ含有量及びパラメータＱ１が大きすぎるため、へげが発生し、十分な鉄損が得られない。試料Ｎｏ．１４では、パラメータＱ１が大きすぎるため、へげが発生する。試料Ｎｏ．１５では、Ｃｕ含有量が小さすぎるため、十分な引張強度が得られない。試料Ｎｏ．１６では、Ｃｕ含有量が大きすぎるため、十分な鉄損が得られない。試料Ｎｏ．１７では、Ｎｂ含有量が小さすぎるため、へげが発生する。