JP6828292B2 - 無方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Si+2×sol.Al−Mn≧2.0 (1)
{411}<148>方位の集積強度/{111}<112>方位の集積強度≧0.65 (4)
本発明による無方向性電磁鋼板の化学組成は、次の元素を含有する。
シリコン(Si)は鋼の電気抵抗を高め、鉄損を低減する。Si含有量が1.7%未満であれば、この効果が得られない。一方、Si含有量が3.3%を超えれば、鋼の磁束密度が低下する。Si含有量が3.3%を超えればさらに、冷間加工性が低下し、冷間圧延時に鋼板に割れが発生する場合がある。したがって、Si含有量は1.7〜3.3%である。Si含有量の好ましい下限は1.9%であり、さらに好ましくは2.1%である。Si含有量の好ましい上限は3.2%であり、さらに好ましくは3.1%である。
アルミニウム(Al)は鋼の電気抵抗を高め、鉄損を低減する。Al含有量が0.1%未満であれば、上記効果が得られない。Al含有量が0.1%未満であればさらに、Al窒化物が微細に生成する。微細なAl窒化物は、磁壁の移動を阻害したり、製造工程中における粒成長を阻害する。この場合、磁束密度が低下する。一方、Al含有量が2.0%を超えれば、磁束密度が低下する。したがって、Al含有量は0.1〜2.0%である。Al含有量の好ましい下限は0.2%であり、さらに好ましくは0.9%である。Al含有量の好ましい上限は1.8%であり、さらに好ましくは1.4%である。
マンガン(Mn)は鋼の電気抵抗を高め、鉄損を低減する。Mn含有量が0.08%未満であれば、上記効果が得られない。Mn含有量が0.08%未満であればさらに、Mn硫化物が微細に生成する。微細なMn硫化物は、磁壁の移動を阻害したり、製造工程中における粒成長を阻害する。この場合、磁束密度が低下する。一方、Mn含有量が1.5%以上であれば、オーステナイト変態が生じやすくなり、磁束密度が低下する。したがって、Mn含有量は0.08〜1.5%未満である。Mn含有量の好ましい下限は0.10%であり、さらに好ましくは0.11%である。Mn含有量の好ましい上限は1.4%であり、さらに好ましくは1.3%である。
リン(P)は鋼の磁束密度を高め、かつ、磁束密度の異方性を低減する。P含有量が0.03%以下であれば、上記効果が得られない。一方、P含有量が0.13%を超えれば、鋼の冷間加工性が低下し、冷間圧延時に鋼板が破断する可能性がある。したがって、P含有量は0.03%超〜0.13%である。P含有量の好ましい下限は0.04%である。P含有量の好ましい上限は0.10%未満である。
スズ(Sn)は鋼板の磁束密度を高める。Snが単独で含有される場合、SnがGoss方位及びその近傍方位を発達させ、磁束密度の異方性を増加させる。しかしながら、Snが上記範囲のPとともに含有されれば、磁束密度を高めつつ、磁束密度の異方性を低減できる。Sn含有量が0.04%以下であれば、上記効果が得られない。一方、Sn含有量が高すぎれば、冷間圧延時に割れを生じる場合もある。また、製造工程中において粒成長が抑制され、磁束密度が低くなる。熱延板焼鈍を箱焼鈍で実施した場合、粒成長が顕著に抑制され磁束密度が低くなる。本発明では上述のとおり、熱延板焼鈍を連続焼鈍で実施することにより、箱焼鈍よりも粒成長を促進できる。そのため、Sn含有量の上限は0.15%まで許容される。したがって、Sn含有量は0.04%超〜0.15%である。磁束密度をさらに高めるためのSn含有量の好ましい下限は0.05%超である。Sn含有量の好ましい上限は0.14%であり、さらに好ましくは0.13%である。
銅(Cu)は不純物である。Cuは無方向性電磁鋼板の表面性状を低下する。本発明の無方向性電磁鋼板は上述のとおり、P及びSnを含有する。この場合、鋼板の表面性状は、冷間加工性に顕著な影響を与える。Cu含有量が0.12%を超えれば、表面性状が低下し、冷間圧延時に割れが発生しやすくなり、本発明のP,Snによる磁束密度向上の効果がを得られない。したがって、Cu含有量は0.12%以下である。Cu含有量の好ましい上限は0.11%であり、さらに好ましくは0.10%である。Cu含有量は低い方が好ましい。
炭素(C)は不純物である。Cは微細な炭化物を形成する。微細な炭化物は、磁壁の移動を阻害したり、製造工程中における粒成長を阻害する。そのため、磁束密度が低下するとともに鉄損が増加する。したがって、C含有量は0.005%以下である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。
硫黄(S)は不純物である。Sは微細な硫化物を形成する。微細な硫化物は、磁壁の移動を阻害したり、製造工程中における粒成長を阻害する。そのため、磁束密度が低下するとともに鉄損が増加する。したがって、S含有量は0.0040%以下である。S含有量の好ましい上限は0.0030%であり、さらに好ましくは0.0020%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。
窒素(N)は不純物である。Nは微細な窒化物を形成する。微細な窒化物は、磁壁の移動を阻害したり、製造工程中における粒成長を阻害する。そのため、磁束密度が低下するとともに鉄損が増加する。したがって、N含有量は0.005%以下である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。
本発明による無方向性電磁鋼板はさらに、Feの一部に代えて、Ca、Mg及び希土類元素(REM)からなる群から選択される1種又は2種以上を含有してもよい。
Mg:0〜0.02%、
REM:0〜0.1%
カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)及びREMはいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。これらの元素はいずれも、硫化物の形態を制御して磁束密度をさらに高める。これらの元素のいずれか1種以上が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ca含有量、Mg含有量及びREM含有量が高くとも効果は飽和するため、コストが増加して好ましくない。したがって、Ca含有量は0〜0.03%であり、Mg含有量は0〜0.02%であり、REM含有量は0〜0.1%である。Ca含有量の好ましい下限は0.001%である。Mg含有量の好ましい下限は0.0001%である。REM含有量の好ましい下限は0.0001%である。
上記化学組成はさらに、式(1)を満たす。
Si+2×Al−Mn≧2.0 (1)
F1=Si+2×Al−Mnと定義する。F1はフェライト−オーステナイト変態の指標である。F1が2.0未満の場合、後述する仕上焼鈍処理において、フェライト域での焼鈍が困難となる。この場合、鉄損が高くなる。F1が2.0以上の場合、フェライト域での焼鈍が可能となる。そのため、無方向性電磁鋼板の鉄損を低く抑えることができる。
本発明による無方向性電磁鋼板の板厚は、0.15〜0.30mmである。通常、板厚が薄くなれば、鉄損は低くなるものの、磁束密度が低くなる。しかしながら、本発明による無方向性電磁鋼板では、上述の化学組成及び後述の集合組織を有するため、板厚薄手化に伴う磁束密度低下を抑制できる。本発明の無方向性電磁鋼板の板厚の下限が0.15mm以上であれば、低鉄損化及び高磁束密度化の両立が可能である。一方、板厚が0.30mmを超えれば、鉄損が過剰に増加する。したがって、板厚は0.15〜0.30mmである。板厚の好ましい上限は0.25mmであり、さらに好ましくは0.20mmである。
本発明による無方向性電磁鋼板では、次の式(2)及び式(3)に規定された磁気特性を満たす。
B50ave/Bs≧0.81 (2)
B50(45°)/Bs≧0.79 (3)
式(2)において、B50aveは、磁化力が5000(A/m)の場合における、圧延方向に対して0°、22.5°、45°、67.5°、及び90°の方向での磁束密度(T)の平均値を意味する。
B50ave=[B50(0°)+2×{B50(22.5°)+B50(45°)+B50(67.5°)}+B50(90°)]/8
Bsは飽和磁束密度(T)である。
F3=B50(45°)/Bsと定義する。鋼板面内において、圧延方向から45〜67.5°方向の磁束密度は低くなりやすい。本発明では、F3が0.79以上と高いため、高い磁束密度を得つつ、磁束密度の異方性を抑制できる。F3の好ましい下限は0.80である。
本発明の無方向性電磁鋼板では、鋼板面内において、式(4)を満たす。
{411}<148>方位の集積強度/{111}<112>方位の集積強度≧0.65 (4)
上述の無方向性電磁鋼板の製造方法の一例について説明する。無方向性電磁鋼板の製造方法は、熱間圧延工程と、連続焼鈍工程と、冷間圧延工程と、仕上焼鈍工程とを備える。以下、各工程について詳述する。
熱間圧延工程では、上記化学組成及び式(1)を満たす素材に対して熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する。
製造された熱延鋼板に対して、連続焼鈍処理を実施する(連続焼鈍工程)。本発明では、上述のとおり2段階連続焼鈍処理を実施することにより、磁束密度を高める。
2段階焼鈍処理において、最高到達温度Tmaxが1050℃を超えれば、設備への負荷が大きくなる。したがって、最高到達温度Tmaxは950〜1050℃である。
焼鈍温度を最高到達温度Tmaxとした後、熱延鋼板を室温まで冷却する。このとき、950℃以上の温度域での保持時間t1を10〜180秒とする。保持時間t1が180秒を超えると生産性が低下する。また、保持時間t1が10秒未満であれば、高い磁束密度が十分に得られない。保持時間t1が10〜180秒であれば、生産性を維持しつつ、高い磁束密度が得られる。
950℃未満の温度履歴において、次の条件にて冷却することにより、磁束密度が高まる。この理由は明確でないが、次の理由が考えられる。次の条件にて焼鈍することにより、P、Snの粒界への偏析が進行する。この場合、次工程の冷間圧延、及び仕上焼鈍処理後に、好ましい集合組織が発達する。温度が高い場合、粒界偏析は速く進行する。しかしながら、偏析可能な量(熱力学的な平衡偏析量)が低減する。温度が低い場合、偏析可能な量は増加するものの、粒界偏析の進行に時間がかかる。これらの観点から、950℃未満の冷却条件を次のとおりとする。
950℃未満〜920℃の温度域での保持時間t2が2.5秒以上であれば、高い磁束密度が得られにくく、生産性も低下する。さらに、冷間圧延前の粒径が粗大化する。そのため、次工程の冷間圧延時に割れが発生する場合がある。したがって、保持時間t2は2.5秒未満とする。
920℃未満〜800℃の温度域での保持時間t3が15秒未満であれば、高い磁束密度が十分に得られない。一方、保持時間t3が130秒を超えれば、生産性が低下する。保持時間t3が15秒〜130秒であれば、生産性を維持しつつ、高い磁束密度が得られる。保持時間の好ましい下限は18秒であり、さらに好ましくは20秒である。
連続焼鈍後の熱延鋼板に対して、中間焼鈍を実施することなく、周知の冷間圧延を実施する。冷間圧延により、0.15〜0.30mmの冷延鋼板を製造する。
仕上焼鈍工程では、冷延鋼板に対して仕上焼鈍処理を実施する。仕上焼鈍処理における焼鈍温度(仕上焼鈍温度T4)は950℃〜1050℃である。仕上焼鈍温度T4での保持時間t4は10秒〜120秒である。仕上焼鈍温度T4が950℃未満である場合、又は、保持時間t4が10秒未満である場合、鉄損が十分に低くならない。一方、仕上焼鈍温度T4が1050℃を超えれば、設備への負荷が大きくなる。保持時間t4が120秒を超えれば、生産性が低下する。
上述の製造方法において、仕上焼鈍工程後にコーティング工程を実施してもよい。コーティング工程では、仕上焼鈍後の冷延鋼板の表面に、絶縁コーティングを施す。絶縁コーティングの種類は特に限定されない。絶縁コーティングは有機成分であってもよいし、無機成分であってもよい、絶縁コーティングは、有機成分と無機成分とを含有してもよい。無機成分はたとえば、重クロム酸−ホウ酸系、リン酸系、シリカ系等である。有機成分はたとえば、一般的なアクリル系、アクリルスチレン系、アクリルシリコン系、シリコン系、ポリエステル系、エポキシ系、フッ素系の樹脂である。塗装性を考慮した場合、好ましい樹脂は、エマルジョンタイプの樹脂である。加熱及び/又は加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施してもよい。接着能を有する絶縁コーティングはたとえば、アクリル系、フエノール系、エポキシ系、メラミン系の樹脂である。
表1の化学組成を有する溶鋼を製造した。
各鋼番号の無方向性電磁鋼板に対して、次の評価試験を実施した。
各試験番号の無方向性電磁鋼板から、打ち抜き加工により、55mm角の単板試験片を作製した。
Bs=2.1561−0.0413×Si−0.0198×Mn−0.0604×Al
各試験番号の無方向性電磁鋼板を化学研磨により板厚1/4位置まで減肉し、上述の方法により、集積強度比F4を求めた。得られた結果を表2に示す。
表1中の鋼番号10及び25の熱延鋼板(板厚2.0mm)を用いて、種々の条件で連続焼鈍処理を実施して、磁束密度及び鉄損について調査した。
評価結果を表3に示す。表3を参照して、試験番号2−5、2−11、2−13、2−15の鋼板の化学組成は適切であり、連続焼鈍処理の条件(B、E及びF)も適切であった。そのため、F4は式(4)を満たした。その結果、F2は式(2)を満たし、F3は式(3)を満たし、磁束密度が高かった。さらに、鉄損W10/800はいずれも27.0W/kg以下と低かった。
Claims (3)
- 質量%で、
Si:1.7%〜3.3%、
Al:0.1%〜2.0%、
Mn:0.08%〜1.5%未満、
P:0.03%超〜0.13%、
Sn:0.04%超〜0.15%、
Cu:0.12%以下、
C:0.005%以下、
S:0.0040%以下、
N:0.005%以下、
Ca:0〜0.03%、
Mg:0〜0.02%、及び、
希土類元素:0〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1)を満たす化学組成を有し、
板厚が0.15mm〜0.30mmであり、
鋼板面内において、式(2)〜式(4)を満たす、無方向性電磁鋼板。
Si+2×Al−Mn≧2.0 (1)
B50ave/Bs≧0.81 (2)
B50(45°)/Bs≧0.79 (3)
{411}<148>方位の集積強度/{111}<112>方位の集積強度≧0.65 (4)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。式(2)及び式(3)中のBsは飽和磁束密度(T)であり、式(2)中のB50aveは、式(5)で定義される。
B50ave=[B50(0°)+2×{B50(22.5°)+B50(45°)+B50(67.5°)}+B50(90°)]/8 (5)
式(3)及び式(5)において、B50(X°)は、磁化力が5000(A/m)の場合における、圧延方向に対してX°方向での磁束密度(T)を意味する。 - 請求項1に記載の無方向性電磁鋼板であって、
Ca:0.0001〜0.03%、
Mg:0.0001〜0.02%、及び、
希土類元素:0.0001〜0.1%からなる群から選択される1種又は2種以上を含有する、無方向性電磁鋼板。 - 請求項1又は請求項2に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
請求項1又は請求項2に記載の化学組成を有する素材に対して熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する工程と、
前記熱延鋼板に対して連続焼鈍を実施する連続焼鈍工程と、
前記連続焼鈍された前記熱延鋼板に対して冷間圧延を実施して、板厚が0.15mm〜0.30mmの冷延鋼板を製造する工程と、
前記冷延鋼板に対して仕上焼鈍を実施する仕上焼鈍工程とを備え、
前記連続焼鈍工程では、最高到達温度を950℃〜1050℃とし、950℃以上の温度域での保持時間t1を10秒〜180秒とし、保持時間t1経過後、950℃未満〜920℃の温度域での保持時間t2を2.5秒未満、920℃未満〜800℃の温度域での保持時間t3を15秒〜130秒とし、その後、室温まで冷却し、
前記仕上焼鈍工程では、仕上焼鈍温度を950℃〜1050℃とし、前記仕上焼鈍温度での保持時間t4を10秒〜120秒とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
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