JP6913683B2 - 無方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
無方向性電磁鋼板の磁気的特性を増加させるために通常用いられる方法は、Siを合金元素として添加することである。Siの添加により鋼の固有抵抗が増加すると高周波鉄損が低くなる長所があるが、磁束密度が劣位となり、加工性が低下し、添加量が多すぎると冷間圧延が困難となる。特に、高周波用途に用いられる電磁鋼板は、厚さを薄くするほど鉄損低減の効果を増大させることができるが、Si添加による加工性低下は、薄物圧延においては致命的な問題となる。
本発明の他の目的とするところは、無方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。
〔式1〕
0.32≦([Al]+[Mn])/[Si]≦0.5
〔式2〕
0.025≦[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]≦0.15
(但し、式1及び式2において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[P]、[Sn]及び[Sb]は、それぞれSi、Al、Mn、Mo、P、Sn及びSbの含有量(重量%)を示す。)
内部の断面硬度が210HV以下であることがよい。
(ここで、内部の断面硬度は、パンチング加工切断部から5mm以上離れた地点の断面において結晶粒系及び介在物でない部位に、25gfの荷重でビッカース硬度(HV25gf)を10回繰り返し測定して得られた平均値を意味する。)
パンチング加工切断部から鋼板の厚さだけ離れた地点の断面硬度が内部の断面硬度の1.1倍以下であることが好ましい。
〔式1〕
0.32≦([Al]+[Mn])/[Si]≦0.5
〔式2〕
0.025≦[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]≦0.15
(但し、式1及び式2において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[P]、[Sn]及び[Sb]は、それぞれSi、Al、Mn、Mo、P、Sn及びSbの含有量(重量%)を示す。)
熱延板を製造する段階において、仕上げ温度800〜1000℃で熱間圧延することがよい。
熱延板を製造し、850〜1150℃温度で焼鈍する段階をさらに含むことが好ましい。
製造された鋼板の内部の断面硬度が、210HV以下であることができる。
製造された鋼板のパンチング加工切断部から鋼板の厚さだけ離れた地点の断面硬度が、内部の断面硬度の1.1倍以下であることが好ましい。
ここに用いられる専門用語は、単に特定の実施例を説明するためであり、本発明を限定することを意図しない。ここに用いられる単数形は文句においてこれと明確に反対の意味を有さない限り複数形も含む。明細書において用いられる「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素及び/または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素及び/または成分の存在や付加を除くものではない。
ある部分が他の部分の「上」または「上に」にあるという場合、これは、他の部分の真上または上にあるか、その間に他の部分が介在され得ることを意味する。これと対照的にある部分が他の部分の「真上に」あるという場合は、その間に他の部分が介されない。
他に定義しないが、ここに用いられる技術用語及び科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。一般的に用いられる辞書に定義されている用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有するものとさらに解釈され、定義しない限り理想的又は過度に形式的な意味として解釈されない。
また、特に言及しない限り%は重量%を意味し、1ppmは0.0001重量%である。
無方向性電磁鋼板をモータのような回転機器の鉄心とするためには図1に示したとおりパンチング加工により特定の形状にした後にこれを積層して用いる。パンチング加工は、鋼板に機械的な応力を加えるので、パンチング加工後の切断部の付近に残留応力が存在するが、これは鉄損及び磁束密度を劣位させる原因になる。
本発明の一実施例では、無方向性電磁鋼板内の組成、特にSi含有量に対するAl、Mn添加量、Mo、P、Sn、Sbの合量を最適範囲に限定し、結晶粒の大きさを限定することによって、内部の断面硬度を最適値にし、内部の断面硬度に対してパンチング加工切断部の断面硬度の硬化率が低くなり、パンチング加工による磁性劣化が少ない。この時、内部の断面硬度とは、パンチング加工切断部から5mm以上離れた地点の断面において結晶粒系及び介在物でない部位に25gfの荷重でビッカース硬度(HV25gf)を10回繰り返し測定して得られた平均値を意味する。パンチング加工切断部の断面硬度は、パンチング加工切断部から鋼板の厚さだけ離れた地点の断面硬度を意味する。断面硬度の測定位置について図2に示した。
Si:2.5〜3.1重量%
ケイ素(Si)は、材料の比抵抗を高めて鉄損を低くする役割を果たす。Siの添加量が少なすぎる場合、鉄損が劣位になり易い。またSiの添加量が多すぎる場合、材料のパンチング加工による切断部の硬化率が急激に増加する虞がある。したがって、前述した範囲でSiを添加することが好ましい。
Al:0.1〜1.3重量%
アルミニウム(Al)は、材料の比抵抗を高めて鉄損を低くし、窒化物を形成する。Alの添加量が少なすぎると、窒化物が微細に形成されて磁性を劣化させる。Alの添加量が多すぎると、製鋼と連続鋳造などの製造工程上に問題を発生させ、生産性を大きく低下させる虞がある。したがって、前述した範囲でAlを添加することがよい。
マンガン(Mn)は、材料の比抵抗を高めて鉄損を改善し、硫化物を形成させる役割を果たす。Mnの添加量が少なすぎると、MnSが微細に析出されて磁性を劣化させる。Mnの添加量が多すぎると、磁性に不利な{111}//ND集合組織の形成を助長して磁束密度が減少する虞がある。したがって、前述した範囲でMnを添加することが好ましい。
C:0.008重量%以下
炭素(C)は磁気時効を起こし、その他の不純物元素と結合して炭化物を生成して磁気的特性を低下させるので、0.008重量%以下、より具体的には0.005重量%以下に制限することがよい。
硫黄(S)は、鋼内に不可避に存在する元素にであって、微細な析出物であるMnS、CuSなどを形成して磁気的特性を悪化させるため、0.005重量%以下、より具体的には0.003重量%以下に制限することが好ましい。
N:0.005重量%以下
窒素(N)は、母材内部に微細でかつ長いAlN析出物を形成するだけでなく、その他の不純物と結合して微細な窒化物を形成し、結晶粒成長を抑制して鉄損を悪化させるので、0.005重量%以下、より具体的には0.003重量%以下に制限することがよい。
チタニウム(Ti)は、炭化物または窒化物を形成して鉄損を悪化させ、磁性に好ましくない{111}集合組織の発達を促進するので、0.005重量%以下、より具体的には0.003重量%以下に制限することがよい。
Mo、P、Sn及びSb:それぞれ0.001〜0.07重量%
モリブデン(Mo)、燐(P)、錫(Sn)、アンチモン(Sb)は、鋼板の表面及び結晶粒系に偏析し、焼鈍過程で発生する表面酸化を抑制し、{111}//ND方位の再結晶を抑制して集合組織を改善させる役割を果たす。一つの元素でも添加量が少ないとその効果が顕著に低下し、過剰添加されると結晶粒系の偏析量の増加によって結晶粒の成長が抑制されて鉄損が劣化し、鋼の燐性が低下して生産性が低下するため好ましくない。特にMo、P、Sn、Sbの合計が0.025〜0.15重量%範囲に制限される時、表面酸化抑制及び集合組織の改善効果が極大化して磁気的特性が顕著に改善される。
前述した元素の他にもNb、V、Mg、Cuなどの不可避に混入される不純物が含まれ得る。これら元素は微量であるが、鋼内の介在物形成などによる磁性悪化をもたらす虞があるので、Nb、V、Mg:それぞれ0.005重量%以下、Cu:0.025重量%以下に管理しなければならない。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、下記式1及び式2を満たす。
〔式1〕
0.32≦([Al]+[Mn])/[Si]≦0.5
〔式2〕
0.025≦[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]≦0.15
(ここで、式1及び式2において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[P]、[Sn]及び[Sb]は、それぞれSi、Al、Mn、Mo、P、Sn及びSbの含有量を重量%で示す。)
式1の値が0.32未満である場合、微細析出物によって、パンチング加工による鉄損劣化が増大する。式1の値が0.5を超過すると、不純物の制御が困難になり、鋼板の硬度が高まるため、パンチング加工切断部の硬化率が急激に増加する。
具体的に、本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、内部の断面硬度が210HV以下であることができる。また、パンチング加工の切断部から鋼板の厚さだけ離れた地点の断面硬度が内部の断面硬度の1.1倍以下であり得る。さらに具体的には1.1〜1倍であることができる。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、厚さが0.2〜0.65mmであり得る。
〔式1〕
0.32≦([Al]+[Mn])/[Si]≦0.5
〔式2〕
0.025≦[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]≦0.15
(但し、式1及び式2において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[P]、[Sn]及び[Sb]は、それぞれSi、Al、Mn、Mo、P、Sn及びSbの含有量(重量%)を示す。)
まず、スラブを加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造する。各組成の添加比率を限定した理由は、前述した無方向性電磁鋼板の組成を限定した理由と同一である。後述する熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、再結晶焼鈍などの過程においてスラブの組成は、実質的に変動しないので、スラブの組成と無方向性電磁鋼板の組成が実質的に同一である。
加熱されたスラブは、2〜2.3mmで熱間圧延して熱延板に加工される。熱延板を製造する段階で仕上げ温度は800〜1000℃であることが好ましい。
熱間圧延された熱延板は850〜1150℃の温度で熱延板焼鈍する。熱延板焼鈍の温度が850℃未満の場合、組織が成長しないか、微細に成長して磁束密度の上昇効果が少なく、焼鈍温度が1150℃を超える場合、磁気特性がむしろ劣化し、板状の変形により圧延作業性が悪くなるので、その温度範囲は、875〜1125℃に制限することがよい。より好ましい熱延板の焼鈍温度は、900〜1100℃である。熱延板焼鈍は、必要に応じて磁性に有利な方位を増加させるために行われるものであり、省略してもよい。熱延板焼鈍後の平均結晶粒の直径は120μm以上が好ましい。
最終冷間圧延された冷延板は、平均結晶粒の直径が70〜150μmになるように最終の再結晶焼鈍を行う。最終の再結晶焼鈍の温度が低すぎると、再結晶が十分に発生できず、最終の再結晶焼鈍の温度が高すぎると、結晶粒の急激な成長が発生し、磁束密度及び高周波鉄損が劣位となるので、850〜1150℃の温度で60〜150秒間行うことが好ましい。
再結晶焼鈍板は、絶縁コーティング処理を行ってから顧客の元に出荷する。絶縁コーティングは、有機質、無機質または有機−無機複合コーティング処理を行うことができ、その他の絶縁が可能なコーティング剤を使用してもよい。顧客は本鋼板をそのまま用いてもよく、必要に応じて応力除去焼鈍を行ってから用いてもよい。
実施例1
下記表1のように組成されるスラブを1100℃で加熱し、870℃の仕上げ温度で熱間圧延して2.3mmの厚さの熱延板を製造した。熱延板は1060℃で100秒間焼鈍し、酸洗した後0.35mmの厚さで冷間圧延し、A1〜A7は990℃で100秒間、B1〜B7はそれぞれ800、850、950、1000、1050、1100℃で90秒間最終の再結晶焼鈍を行った。各試片に対する([Al]+[Mn])/[Si]値、[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]値、平均結晶粒径、[P]+[Sn]+[Sb]値、硬度、磁束密度(B1、B50)及び鉄損(W15/50)を下記表2に示した。
下記表3のように組成されるスラブを製造した。C1〜C7は、Mo、P、Sn、Sb含有量は固定し、Si、Al、Mn含有量を変え、D1〜D7は、Si、Al、Mn含有量は固定し、Mo、P、Sn、Sb含有量を変えた。スラブを1130℃で加熱し、870℃の仕上げ温度で熱間圧延して2.0mmの厚さの熱延板を製造した。熱延板は1030℃で100秒間焼鈍し、酸洗した後0.35mmの厚さで冷間圧延し、990℃で70〜130秒間最終の再結晶焼鈍を行い平均結晶粒径120〜130μmになるようにした。
各試片に([Al]+[Mn])/[Si]値、[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]値、切断部の断面硬度、内部の断面硬度、切断部の硬化率、磁束密度(B50)及びW15/50(パンチング、放電)を下記表4に示した。
切断部の断面硬度は、切断部から試片の厚さである0.35mm(350μm)だけ離れた地点において25gfの荷重でビッカース硬度を10回繰り返し測定した平均値であり、内部の断面硬度は、切断部から5mmだけ離れた地点において25gfの荷重でビッカース硬度を10回繰り返し測定した平均値である。切断部の硬化率は、切断部の断面硬度を内部の断面硬度で除した値を意味する。
Claims (3)
- 質量%で、Si:2.5〜3.1%、Al:0.1〜1.3%、Mn:0.2〜1.5%、C:0.008%以下(0%を除く)、S:0.005%以下(0%を除く)、N:0.005%以下(0%を除く)、Ti:0.005%以下(0%を除く)、Mo:0.01〜0.02%、P:0.001〜0.07%、Sn:0.001〜0.07%、及びSb:0.001〜0.07%を含み、残部はFe及び不可避的不純物からなり、下記式1及び式2を満たすスラブを加熱した後、仕上げ温度800〜1000℃で熱間圧延して熱延板を製造する段階と、
前記熱延板を0.20〜0.65mm厚さで冷間圧延して冷延板を製造する段階と、
前記冷延板を平均結晶粒の直径が70〜150μmになるように875〜1125℃で60〜150秒間再結晶焼鈍する段階とを含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
〔式1〕
0.32≦([Al]+[Mn])/[Si]≦0.5
〔式2〕
0.025≦[Mo]+[P]+[Sn]+[Sb]≦0.15
(但し、式1及び式2において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Mo]、[P]、[Sn]及び[Sb]は、それぞれSi、Al、Mn、Mo、P、Sn及びSbの含有量(質量%)を示す。) - 前記熱延板を製造する段階において、前記スラブを1100〜1200℃で加熱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の製造方法。
- 熱延板を製造し、850〜1150℃温度で焼鈍する段階をさらに含むことを特徴とする請求項1,2のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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