JP6863528B2 - 電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Y02P10/20—Recycling
Description
本願は、2019年4月3日に、日本に出願された特願2019−71186号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
C:0.0035%以下、
Si:2.00〜3.50%、
Mn:2.00〜5.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0070%以下、
Al:0.15%以下、
N:0.0030%以下、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
板面における{100}<011>結晶方位のX線ランダム強度比が15.0〜50.0であり、
圧延方向からそれぞれ0°、22.5°および45°の方向における磁束密度が下記(i)式を満足する、
電磁鋼板。
1.005×(B50(0°)+B50(45°))/2≦B50(22.5°) ・・・(i)
但し、上記式(i)中の各記号の意味は以下のとおりである。
B50(0°):圧延方向から0°の方向における磁束密度(T)
B50(22.5°):圧延方向から22.5°の方向における磁束密度(T)
B50(45°):圧延方向から45°の方向における磁束密度(T)
上記(1)に記載の電磁鋼板。
化学組成が、質量%で、
C:0.0035%以下、
Si:2.00〜3.50%、
Mn:2.00〜5.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0070%以下、
Al:0.15%以下、
N:0.0030%以下、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であるスラブに対して、
(a)1000〜1200℃に加熱した後、仕上げ圧延温度をAc3変態点以上の温度範囲となる条件で熱間圧延を行い、圧延完了後に600℃までの平均冷却速度が50〜150℃/sとなるように600℃以下の温度まで冷却を行う、熱間圧延工程と、
(b)焼鈍処理を実施することなく、80〜92%の圧下率で冷間圧延を実施する、第1冷間圧延工程と、
(c)500℃以上Ac1変態点未満の範囲の中間焼鈍温度で焼鈍処理を実施する、中間焼鈍工程と、
(d)15.0%を超えて20.0%以下の圧下率で冷間圧延を実施する、第2冷間圧延工程と、
(e)500℃以上Ac1変態点未満の範囲の仕上げ焼鈍温度で焼鈍処理を実施する、仕上げ焼鈍工程と、を順に施す、
電磁鋼板の製造方法。
上記(3)に記載の電磁鋼板の製造方法。
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
炭素(C)は、本実施形態に係る電磁鋼板に不可避的に含まれる不純物である。つまり、C含有量は0%超である。Cは微細な炭化物を形成する。微細な炭化物は、磁壁の移動を阻害するだけでなく、製造工程中における粒成長を阻害する。それにより、磁束密度が低下したり、鉄損が増加したりする。この観点から、C含有量は0.0035%以下である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、C含有量の過度の低減は、製造コストを高める。したがって、工業的生産における操業を考慮した場合、C含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0010%である。
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2.00%未満であると、この効果が得られない。一方、Si含有量が3.50%を超えると、鋼の磁束密度が低下する。Si含有量が3.50%を超えるとさらに、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2.00〜3.50%である。Si含有量の好ましい下限は2.10%であり、さらに好ましくは2.40%である。Si含有量の好ましい上限は3.40%であり、さらに好ましくは3.20%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はさらに、Ac3変態点を低下させ、本実施形態の電磁鋼板の成分系において、相変態による結晶粒の微細化を可能とする。これにより、最終の製造工程終了後の電磁鋼板において、鋼板板面における{100}<011>結晶方位のランダム強度比を高めることができる。上述のとおり、本実施形態の電磁鋼板のSi含有量は高い。SiはAc3変態点を上昇させる元素である。そこで、本実施形態では、Mn含有量を高めることにより、Ac3点を低下させ、熱間圧延工程での相変態を可能とする。Mn含有量が2.00%未満であると、上記効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎると、MnSが過剰に生成して、冷間加工性が低下する。したがって、Mn含有量は2.00〜5.00%である。Mn含有量の好ましい下限は2.20%であり、さらに好ましくは2.40%である。Mn含有量の好ましい上限は4.80%であり、さらに好ましくは4.60%である。
リン(P)は、本実施形態に係る電磁鋼板に不可避的に含まれる不純物である。つまり、P含有量は0%超である。Pは、鋼中に偏析して、鋼の加工性を低下させる。この観点から、P含有量を0.050%以下とする。P含有量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.030%である。P含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は製造コストを高めてしまう。工業的生産における操業を考慮した場合、P含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
硫黄(S)は、本実施形態に係る電磁鋼板に不可避的に含まれる不純物である。つまり、S含有量は0%超である。Sは、MnS等の硫化物を形成する。硫化物は、磁壁移動を妨げ、磁気特性を低下する。本発明の電磁鋼板の化学組成の範囲において、S含有量が0.0070%を超えると、生成した硫化物により、磁気特性が低下する。つまり、磁束密度が低下し、鉄損が高まる。したがって、S含有量は0.0070%以下である。S含有量の好ましい上限は0.0060%であり、さらに好ましくは0.0050%である。S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量の過剰な低減は製造コストを高めてしまう。工業的生産を考慮すれば、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
アルミニウム(Al)は、フェライト安定化元素である。Al含有量が0.15%を超えると、Ac3変態点が上昇し、本発明の電磁鋼板の化学組成の範囲において、相変態による結晶粒の微細化を阻害する。その結果、最終の製造工程終了後の電磁鋼板において、鋼板板面における{100}<011>結晶方位のランダム強度比が低下する。したがって、Al含有量は0.15%以下である。Al含有量の好ましい上限は0.10%であり、さらに好ましくは、0.05%以下である。Al含有量は0%であってもよい。つまり、Al含有量は0〜0.15%である。しかしながら、Al含有量の過剰な低減は製造コストを高めてしまう。したがって、工業的生産での操業を考慮した場合、Al含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
窒素(N)は、本実施形態に係る電磁鋼板に不可避的に含まれる不純物である。つまり、N含有量は0%超である。Nは微細な窒化物を形成する。微細な窒化物は、磁壁の移動を阻害する。そのため、磁束密度が低下し、鉄損が高まる。したがって、N含有量は0.0030%以下である。N含有量の好ましい上限は0.0020%であり、さらに好ましくは0.0010%である。N含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、N含有量の過剰な低減は製造コストを高めてしまう。したがって、工業的生産を考慮すれば、N含有量の好ましい下限は0.0001%である。
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ni含有量は0%であってもよい。本実施形態に係る電磁鋼板がNiを含有する場合、NiはMnと同様に鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する。Niはさらに、A3変態点を低下させて、相変態による結晶粒の微細化を可能とする元素である。しかしながら、Ni含有量が高すぎると、Niは高価であるため製品コストが高くなる。したがって、Ni含有量は0〜1.00%である。Ni含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.20%である。Ni含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.85%である。なお、Niは0.04%程度であれば電磁鋼板中に不純物として含まれ得る。
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。本実施形態に係る電磁鋼板がCuを含有する場合、CuはMnと同様に鋼板の電気抵抗を高め、鉄損を低減する。Cuはさらに、A3変態点を低下させて、相変態による結晶粒の微細化を可能とする。しかしながら、Cu含有量が高すぎると、CuSが過剰に生成して、仕上げ焼鈍における粒成長を阻害して鉄損が劣化する。したがって、Cu含有量は0〜0.10%である。Cu含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.04%である。Cu含有量の好ましい上限は0.09%であり、さらに好ましくは0.08%である。なお、Cuは0.04%程度であれば電磁鋼板中に不純物として含まれ得る。
本発明に係る電磁鋼板では、鋼板の板面における{100}<011>結晶方位のX線ランダム強度比が15.0〜50.0である。ここで、鋼板の板面とは、鋼板の圧延方向および板幅方向に平行な面であり、鋼板の板厚方向に垂直な面を意味する。これにより、鋼板板面において、圧延方向RDに対して45°傾斜した方向に、磁化容易軸である<100>方位の集積度が十分に高くなる。
上述のように、本発明における電磁鋼板においては、1回目の高圧下率での冷間圧延に引き続き、2回目の冷間圧延を施すことにより、{100}<011>からわずかにずれた方向の結晶粒が多く含まれる。それにより、圧延方向RDから22.5°の方向における磁束密度が相対的に高くなる。
1.005×(B50(0°)+B50(45°))/2≦B50(22.5°)・・・(i)
但し、上記式中の各記号の意味は以下のとおりである。
B50(0°):圧延方向から0°の方向における磁束密度(T)
B50(22.5°):圧延方向から22.5°の方向における磁束密度(T)
B50(45°):圧延方向から45°の方向における磁束密度(T)
B50(45°)−B50(0°)≧0.085T・・・(ii)
なお、上記(ii)式中の各記号の意味は(i)式と同様である。
本発明において、電磁鋼板の板厚は特に限定されない。電磁鋼板の好ましい板厚は、0.25〜0.50mm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。本実施形態による電磁鋼板の板厚が0.25mm以上であれば、鉄損がより低く、かつ、磁束密度がより高くなる。一方、板厚が0.50mm以下であれば、低い鉄損を維持できる。板厚の好ましい下限は0.30mmである。本実施形態の電磁鋼板では、板厚が0.50mmと厚くても、高い磁束密度および低い鉄損が得られる。
本発明に係る電磁鋼板は、磁気特性(高磁束密度および低鉄損)が求められる用途に広く適用可能であり、例えば、以下の用途が挙げられる。(A)電機機器に用いられるサーボモータ、ステッピングモータ、コンプレッサ。(B)電気ビークル、ハイブリッドビークルに用いられる駆動モータ。ここで、ビークルとは、自動車、自動二輪車、鉄道等を含む。(C)発電機。(D)種々の用途の鉄心、チョークコイル、リアクトル(E)電流センサー、等。
本発明に係る電磁鋼板の製造方法の一例について説明する。電磁鋼板の製造方法は、(a)熱間圧延工程と、(b)第1冷間圧延工程と、(c)中間焼鈍工程と、(d)第2冷間圧延工程と、(e)仕上げ焼鈍工程とをこの順に備える。以下、各工程について詳述する。
熱間圧延工程では、上述の化学組成を満たすスラブに対して熱間圧延を実施して鋼板を製造する。熱間圧延工程は、加熱工程と、圧延工程とを備える。
加熱工程では、上述の化学組成を有するスラブを1000〜1200℃に加熱する。具体的には、スラブを加熱炉または均熱炉に装入して、炉内にて加熱する。加熱炉または均熱炉での上記加熱温度での保持時間は例えば、30〜200時間である。
圧延工程では、加熱工程により加熱されたスラブに対して、複数回パスの圧延を実施して、鋼板を製造する。ここで、「パス」とは、一対のワークロールを有する1つの圧延スタンドを鋼板が通過して圧下を受けることを意味する。熱間圧延は例えば、一列に並んだ複数の圧延スタンド(各圧延スタンドは一対のワークロールを有する)を含むタンデム圧延機を用いてタンデム圧延を実施して、複数回パスの圧延を実施してもよいし、一対のワークロールを有するリバース圧延を実施して、複数回パスの圧延を実施してもよい。生産性の観点から、タンデム圧延機を用いて複数の圧延パスを実施するのが好ましい。
熱間圧延工程により製造された鋼板に対して、焼鈍工程を実施することなく、冷間圧延工程を実施する。冷間圧延は例えば、一列に並んだ複数の圧延スタンド(各圧延スタンドは一対のワークロールを有する)を含むタンデム圧延機を用いてタンデム圧延を実施して、複数回パスの圧延を実施してもよい。また、一対のワークロールを有するゼンジミア圧延機等によるリバース圧延を実施して、1回パスまたは複数回パスの圧延を実施してもよい。生産性の観点から、タンデム圧延機を用いて複数回パスの圧延を実施するのが好ましい。
圧下率(%)=(1−冷間圧延工程での最終パスの圧延後の鋼板の板厚/冷間圧延工程での1パス目の冷間圧延前の鋼板の板厚)×100
中間焼鈍工程では、第1冷間圧延工程後の鋼板に対して、500℃以上Ac1変態点未満の範囲の中間焼鈍温度で焼鈍処理を実施する。
中間焼鈍工程を完了後の鋼板に対して、2回目の冷間圧延工程を実施する。具体的には、中間焼鈍工程後の鋼板に対して、常温、大気中において、圧延(冷間圧延)を実施する。ここでの冷間圧延は例えば、上述のゼンジミア圧延機に代表されるリバース圧延機、または、タンデム圧延機を用いる。
圧下率(%)=(1−最終パスの圧延後の鋼板の板厚/1パス目の圧延前の鋼板の板厚)×100
仕上げ焼鈍工程では、第2冷間圧延工程後の鋼板に対して、500℃以上Ac1変態点未満の範囲の仕上げ焼鈍温度で焼鈍処理を実施する。
各鋼番号の電磁鋼板に対して、次の評価試験を実施した。
各試験番号の鋼板から、サンプルを採取し、表面を鏡面研磨した。鏡面研磨された領域のうち、ピクセルの測定間隔が平均粒径の1/5以下で、結晶粒が5000個以上測定できる任意の領域を選択した。選択された領域においてEBSD測定を実施して、{200}、{110}、{310}、{211}の極点図を得た。これらの極点図を用いて級数展開法で計算した3次元集合組織を表すODF分布を得た。得られたODFから、{100}<011>結晶方位のX線ランダム強度比を求めた。
各試験番号の電磁鋼板から、打ち抜き加工により、55mm×55mmの単板試験片を作製した。単板磁気測定器を用いて、上述の方法により、圧延方向RDからそれぞれ0°、22.5°および45°の方向における磁束密度B50(0°)、B50(22.5°)およびB50(45°)を測定した。測定時における磁場は、5000A/mとした。
各試験番号の電磁鋼板から、打ち抜き加工により、55mm×55mmの単板試験片を作製した。単板磁気測定器を用いて、周波数1000Hz、最大磁束密度1.0Tで磁化された単板試験片の鉄損W10/1000(W/kg)を測定した。
評価結果を表3にまとめて示す。なお、製造された電磁鋼板の化学成分を測定したところ、各鋼番号の電磁鋼板とも、表1に記載の化学成分と同様の化学成分を有していた。
Claims (4)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.0035%以下、
Si:2.00〜3.50%、
Mn:2.00〜5.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0070%以下、
Al:0.15%以下、
N:0.0030%以下、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であり、
板面における{100}<011>結晶方位のX線ランダム強度比が15.0〜50.0であり、
圧延方向からそれぞれ0°、22.5°および45°の方向における磁束密度が下記(i)式を満足する
ことを特徴とする電磁鋼板。
1.005×(B50(0°)+B50(45°))/2≦B50(22.5°)・・・(i)
但し、上記式(i)中の各記号の意味は以下のとおりである。
B50(0°):圧延方向から0°の方向における磁束密度(T)
B50(22.5°):圧延方向から22.5°の方向における磁束密度(T)
B50(45°):圧延方向から45°の方向における磁束密度(T) - 板厚が、0.25〜0.50mmであることを特徴とする、請求項1に記載の電磁鋼板。
- 請求項1に係る電磁鋼板を製造する電磁鋼板の製造方法であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.0035%以下、
Si:2.00〜3.50%、
Mn:2.00〜5.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0070%以下、
Al:0.15%以下、
N:0.0030%以下、
Ni:0〜1.00%、
Cu:0〜0.10%、
残部:Feおよび不純物であるスラブに対して、
(a)1000〜1200℃に加熱した後、仕上げ圧延温度をAc3変態点以上の温度範囲となる条件で熱間圧延を行い、圧延完了後に600℃までの平均冷却速度が50〜150℃/sとなるように600℃以下の温度まで冷却を行う、熱間圧延工程と、
(b)焼鈍処理を実施することなく、80〜92%の圧下率で冷間圧延を実施する、第1冷間圧延工程と、
(c)500℃以上Ac1変態点未満の範囲の中間焼鈍温度で焼鈍処理を実施する、中間焼鈍工程と、
(d)15.0%を超えて20.0%以下の圧下率で冷間圧延を実施する、第2冷間圧延工程と、
(e)500℃以上Ac1変態点未満の範囲の仕上げ焼鈍温度で焼鈍処理を実施する、仕上げ焼鈍工程と、
を順に施す
ことを特徴とする電磁鋼板の製造方法。 - 前記仕上げ焼鈍工程において、前記仕上げ焼鈍温度までの昇温速度を0.1℃/s以上10.0℃/s未満とし、かつ、前記仕上げ焼鈍温度での保持時間を10〜120sとすることを特徴とする、請求項3に記載の電磁鋼板の製造方法。
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