JP7142095B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
環境にやさしい自動車の走行距離は、駆動モータを始めとする多様なモータの効率に密接に関連しており、これらモータの効率は電磁鋼板の磁性と直接関連する。したがって、走行距離を増やすためには磁性に優れた無方向性電磁鋼板を使用することが必須である。
このような特性を出すために、モータ鉄芯材料である無方向性電磁鋼板では、低速回転時には大きな磁束密度特性を有しなければならなく、高速回転時には高周波鉄損が少なくなければならなく、同時に高速回転時に発生する遠心力を耐えなければならないため高い機械的強度が必要である。
[式1]
0.05≦([Sn]+[Sb])/[P]≦25
(但し、[Sn]、[Sb]および[P]はそれぞれ、Sn、SbおよびPの含量(重量%)を示す。)
前記無方向性電磁鋼板は、下記式2を満足することが好ましい。
[式2]
0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
(但し、[Si]、[Al]、[Mn]、[Ga]および[Ge]はそれぞれ、Si、Al、Mn、GaおよびGeの含量(重量%)を示す。)
前記無方向性電磁鋼板は、平均結晶粒径が50~95μmであることがよい。
[式1]
0.05≦([Sn]+[Sb])/[P]≦25
(但し、[Sn]、[Sb]および[P]はそれぞれ、Sn、SbおよびPの含量(重量%)を示す。)
前記スラブは、下記式2を満足することが好ましい。
[式2]
0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
(但し、[Si]、[Al]、[Mn]、[Ga]および[Ge]はそれぞれ、Si、Al、Mn、GaおよびGeの含量(重量%)を示す。)
前記スラブは、Ga:0.0005~0.02重量%およびGe:0.0005~0.02重量%含むことがよい。
[式3]
3.3≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])≦5.5
(但し、[Si]、[Al]および[Mn]はそれぞれ、Si、AlおよびMnの含量(重量%)を示す。)
前記熱延板を製造する段階以後、熱延板を熱延板焼鈍する段階をさらに含むことができる。
前記熱延板焼鈍する段階で、前記熱延板を1050~1150℃の温度で焼鈍することが好ましい。
結果的に、生産性だけでなく透磁率が高く高周波鉄損が低く磁束密度が高い無方向性電磁鋼板を提供することができる。
ある部分が他の部分“の上に”または“上に”あると言及する場合、これは直ぐ他の部分の上にまたは上にあるか、その間に他の部分が伴われてもよい。対照的に、ある部分が他の部分の“真上に”あると言及する場合、その間に他の部分が介されない。
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。
本発明の一実施形態で追加元素をさらに含むことの意味は、追加元素の追加量だけ残部の鉄(Fe)を代替して含むことを意味する。
以下、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、重量%でSi:2.0~3.5%、Al:0.3~2.5%、Mn:0.3~3.5%、Sn:0.0030~0.2%、Sb:0.0030~0.15%、P:0.0040~0.18%、およびGaおよびGeのうちの1種以上をそれぞれ単独またはその合計量で0.0005~0.03%および残部はFeおよび避けられない不純物を含む。
Si:2.0~3.5重量%
ケイ素(Si)は、材料の比抵抗を高めて鉄損を低める役割を果たし、過度に少なく添加される場合、高周波鉄損改善効果が不足することがある。逆に、過度に多く添加される場合、材料の硬度が上昇して冷間圧延性が極度に悪化して生産性および打抜き性が低下する虞がある。したがって、上記の範囲でSiを添加することが好ましい。さらに具体的に、Siは2.3~3.3重量%含むことがより好ましい。
アルミニウム(Al)は、材料の比抵抗を高めて鉄損を低める役割を果たし、過度に少なく添加されれば、高周波鉄損低減に効果がなく窒化物が微細に形成されて磁性を低下させる虞がある。逆に、過度に多く添加されれば、製鋼と連続鋳造などのすべての工程上に問題を発生させて生産性を大きく低下させる虞がある。したがって、上記の範囲でAlを添加することが好ましい。さらに具体的に、Alを0.5~1.5重量%含むことがより好ましい。
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し、過度に少なく添加されれば、MnSが微細に析出されて磁性を低下させることがある。逆に、過度に多く添加されれば、磁性に不利な[111]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、前述上記の範囲でMnを添加することが好ましい。さらに具体的に、Mnを1~3.3重量%含むことがより好ましい。
錫(Sn)、アンチモン(Sb)は、材料の集合組織を改善し表面酸化を抑制する役割を果たすので、磁性を向上させるために添加することができる。SnおよびSbの添加量がそれぞれ過度に少なければ、その効果が微小であることがある。SnまたはSbが過度に多く添加されれば、結晶粒界偏析が激しくなって集合組織の直接度が減少し、硬度が上昇して冷延板破断を起こす虞がある。したがって、Sn、Sbそれぞれ0.2重量%以下、0.1重量%以下で添加することが好ましい。SnおよびSbの含量が0.2重量%以下である場合、冷間圧延が容易に行われ得る。さらに具体的に、Snを0.005~0.15重量%およびSbを0.005~0.13重量%含むことがより好ましい。
リン(P)は、材料の比抵抗を高める役割を果たすだけでなく、粒界に偏析して集合組織を改善して磁性を向上させる役割を果たす。Pの添加量が過度に少なければ、偏析量が過度に少なくて集合組織改善効果がないことがある。Pの添加量が過度に多ければ、磁性に不利な集合組織の形成を招いて集合組織改善の効果がなく、粒界に過度に偏析して圧延性が低下し生産が難しくなる虞がある。さらに具体的に、Pを0.007~0.17重量%含むことが好ましい。
ガリウム(Ga)、ゲルマニウム(Ge)は、鋼板の表面および結晶粒界に偏析して焼鈍時表面酸化を抑制し集合組織を改善する役割を果たす。本発明の一実施形態で、GaおよびGeのうちの1種以上が含まれてもよい。即ち、Gaのみを単独で含むか、Geのみを単独で含むか、GaおよびGeを同時に含むことができる。Geのみを単独で含む場合、Geが0.0005~0.03重量%含まれてもよい。Gaのみを単独で含む場合、Gaが0.0005~0.03重量%含まれてもよい。GaおよびGeを同時に含む場合、GaおよびGeの合計量が0.0005~0.03重量%になるように含まれてもよい。GaおよびGeのうちの1種以上が過度に少なく添加されれば、その効果がなく、過度に多く添加されれば、結晶粒界に偏析されて材料の靭性を低下させて磁性改善と比較して生産性が低下するので好ましくない。具体的に、GaおよびGeを同時に含み、Gaを0.0005~0.02重量%およびGeを0.0005~0.02重量%含むことができる。さらに具体的に、Gaを0.0005~0.01重量%およびGeを0.0005~0.01重量%含むことが好ましい。
窒素(N)は、母材内部に微細で長い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、0.0040重量%以下、より具体的には0.0030重量%以下に制限することがよい。
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磁気的特性を低下させるので、0.0040重量%以下、より具体的には、0.0030重量%以下に制限することがよい。
硫黄(S)は、Mnと反応してMnSなどの硫化物を形成し結晶粒成長性を低下させ磁区移動を抑制する役割を果たすので、0.0040重量%以下に制御することが好ましい。より具体的には、0.0030重量%以下に制限することがより好ましい。
チタン(Ti)は、炭化物または窒化物を形成して結晶粒成長性および磁区移動を抑制する役割を果たすので、0.0030重量%以下、より具体的には、0.0020重量%以下に制限することがよい。
ニオブ(Nb)は、炭化物または窒化物を形成して結晶粒成長性および磁区移動を抑制する役割を果たすので、0.0030重量%以下、より具体的には、0.0020重量%以下に制限することが好ましい。
バナジウム(V)は、炭化物または窒化物を形成して結晶粒成長性および磁区移動を抑制する役割を果たすので、0.0030重量%以下、より具体的には、0.0020重量%以下に制限することが好ましい。
前述の元素以外にもMo、Mg、Cuなどのやむをえず混入される不純物が含まれてもよい。これら元素は、微量であるが、鋼内介在物形成などによる磁性悪化を招くことがあるので、Mo、Mg:それぞれ0.005重量%以下、Cu:0.025重量%以下に管理されなければならない。
[式1]
0.05≦([Sn]+[Sb])/[P]≦25
(但し、[Sn]、[Sb]および[P]はそれぞれ、Sn、SbおよびPの含量(重量%)を示す。)
式1の値が0.05未満である場合、Pの偏析が過度で、磁性に不利な<111>方向が鋼板圧延面法線方向(ND方向)に15度以内で平行に置かれている集合組織(以下、<111>//ND集合組織ともいう)の形成を助長して磁性が低下することがある。式1の値が25を超過する場合には結晶粒成長性が低下して集合組織改善効果がなく、焼鈍温度が過度に高めて焼鈍生産性も低下することがある。
[式2]
0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
(但し、[Si]、[Al]、[Mn]、[Ga]および[Ge]はそれぞれ、Si、Al、Mn、GaおよびGeの含量(重量%)を示す。)
式2の値が0.2未満である場合、GaおよびGeの添加効果が微小であって、磁性が低下することがある。式2の値が5.27を超過するようになれば、GaおよびGeの多量添加によって集合組織が低下し、飽和磁束密度が減少して高周波磁性改善効果がなくなることがある。
[式3]
3.3≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])≦5.5
(但し、[Si]、[Al]および[Mn]はそれぞれ、Si、AlおよびMnの含量(重量%)を示す。)
前述の式3の値を満足する時、冷間圧延性を確保することができる。
本発明の一実施形態では、Sn、Sb、Pなどの偏析元素およびGaおよびGeを特定量添加することによって集合組織が改善される。より具体的に、鋼板厚さの1/2t~1/4t領域をXRD試験する時、集合組織の強度比がP200/(P211+P310)≧0.5を満足することができる。この時、1/2tとは全体鋼板厚さにおいて1/2厚さを意味し、1/4tとは全体鋼板厚さにおいて1/4厚さを意味し、P200はXRD試験から出た200面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P211は211面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P311は311面15度以内で得られた回折強度のピークを意味する。<200>方向が鋼板圧延面法線方向に15度以内で平行に置かれている集合組織(即ち、<200>//ND)は磁化容易軸が含まれていて、その比率が多いほど磁性に役立つ。また、<211>方向が鋼板圧延面法線方向に15度以内で平行に置かれている集合組織(即ち、<211>//ND)および<310>面が鋼板圧延面法線方向に15度以内で平行に置かれている集合組織(即ち、<310>//ND)は磁化困難軸に近くて、その比率が少ないほど磁性に役立つ。本発明の一実施形態では改善された集合組織を通じて低磁場領域で磁性改善効果を得たし、これは高周波鉄損改善に核心的な役割を果たすと分析される。
本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、透磁率および保磁力が向上して高速回転に適する。結果的に、環境にやさしい自動車のモータに適用する時、走行距離向上に寄与することができる。具体的に、本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、100A/mでの透磁率が8000以上であり、B=2.0Tでの保磁力が40A/m以下であってもよい。
本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、比抵抗が55~75μΩ・cmであってもよい。比抵抗が過度に高ければ、磁束密度が低下してモータに適しなくなる。
[式1]
0.05≦(Sn+Sb)/P≦25
[式2]
0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
(但し、[Si]、[Al]、[Mn]、[Sn]、[Sb]、[P]、[Ga]および[Ge]はそれぞれ、Si、Al、Mn、Sn、Sb、P、GaおよびGeの含量(重量%)を示す。)
スラブは、溶鋼にSi合金鉄、Al合金鉄、およびMn合金鉄を添加する段階、溶鋼にGaおよびGeのうちの1種以上を添加する段階、およびSn、SbおよびPを添加して連続鋳造して製造することができる。Si合金鉄、Al合金鉄、Mn合金鉄、Ga、Ge、Sn、Sb、Pなどは、前述のスラブの組成範囲に該当するように調節して投入することができる。
加熱されたスラブは、2~2.3mmで熱間圧延して熱延板に製造される。熱延板を製造する段階で、熱間仕上げ圧延温度は800~1000℃であってもよい。
熱延板を製造する段階以後、熱延板を熱延板焼鈍する段階をさらに含んでもよい。この時、熱延板焼鈍温度は1050~1150℃に調節して、磁性に有利な結晶方位を増加させることができる。熱延板焼鈍温度が1050℃未満であれば、組織は十分に成長するが、磁性に不利な(211)面の強度が磁性に有利な(200)面の強度より強くて磁束密度の上昇効果が少なく、焼鈍温度が1,150℃を超過すれば、(211)面の強度が再び増加して磁気特性が低下し、また、板状の変形によって圧延作業性が悪くなる虞があるので、その温度範囲は1050~1150℃に制限する。この温度範囲内では、(211)の面強度より(200)の面強度がさらに強くて集合組織が改善される。熱延板焼鈍は必要によって磁性に有利な方位を増加させるために行われることであり、省略も可能である。
最終冷間圧延された冷延板は、平均結晶粒径が50~95μmになるように最終焼鈍を実施する。最終焼鈍温度は、750~1050℃であってもよい。最終焼鈍温度が過度に低ければ再結晶が十分に発生せず、最終焼鈍温度が過度に高ければ結晶粒の急激な成長が発生して磁束密度と高周波鉄損が低下する虞がある。さらに具体的に、900~1000℃の温度で最終焼鈍することができる。最終焼鈍過程で前段階の冷間圧延段階で形成された加工組織が全て(即ち、99%以上)再結晶できる。
Claims (7)
- 重量%でSi:2.0~3.5%、Al:0.3~2.5%、Mn:0.3~3.5%、Sn:0.0030~0.2%、Sb:0.0030~0.15%、P:0.0040~0.18%、およびGaおよびGeのうちの1種以上をそれぞれ単独またはその合計量で0.0005~0.03%および残部はFeおよび避けられない不純物からなり、
下記式1~式3を満足し、
鋼板厚さの1/2t~1/4t領域をXRD試験する時、集合組織の強度比がP200/(P211+P310)≧0.5を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
(但し、1/2tとは全体鋼板厚さにおいて1/2厚さを意味し、1/4tとは全体鋼板厚さにおいて1/4厚さを意味し、P200はXRD試験から出た200面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P211は211面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P310は310面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味する。)
[式1] 0.05≦([Sn]+[Sb])/[P]≦25
[式2] 0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
[式3] 3.3≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])≦5.5
(式1~式3において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Ga]、[Ge]、[Sn]、[Sb]および[P]はそれぞれ、Si、Al、Mn、Ga、Ge、Sn、SbおよびPの含量(重量%)を示す。) - 重量%で、N:0.0040%以下(0%を除外する)、C:0.0040%以下(0%を除外する)、S:0.0040%以下(0%を除外する)、Ti:0.0030%以下(0%を除外する)、Nb:0.0030%以下(0%を除外する)およびV:0.0040%以下(0%を除外する)のうちの1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
- Ga:0.0005~0.02重量%およびGe:0.0005~0.02重量%含む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。
- 平均結晶粒径が50~95μmであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 重量%でSi:2.0~3.5%、Al:0.3~2.5%、Mn:0.3~3.5%、Sn:0.0030~0.2%、Sb:0.0030~0.15%、P:0.0040~0.18%およびGaおよびGeのうちの1種以上をそれぞれ単独またはその合計量で0.0005~0.03%および残部はFeおよび避けられない不純物からなり、下記式1~式3を満足するスラブを製造する段階、
前記スラブを1100~1250℃で加熱する段階、
前記スラブを熱間圧延して2~2.3mmの熱延板を製造する段階、
前記熱延板を1050~1150℃の温度で熱延板焼鈍する段階、
前記熱延板焼鈍した熱延板を冷間圧延して0.2~0.65mmの冷延板を製造する段階および
前記冷延板を750~1050℃で最終焼鈍する段階を含み、
前記最終焼鈍した鋼板の鋼板厚さの1/2t~1/4t領域をXRD試験する時、集合組織の強度比がP200/(P211+P310)≧0.5を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
(ここで、1/2tとは全体鋼板厚さにおいて1/2厚さを意味し、1/4tとは全体鋼板厚さにおいて1/4厚さを意味し、P200はXRD試験から出た200面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P211は211面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味し、P311は311面15度以内で得られた回折ピークの強度を意味する。)
[式1] 0.05≦([Sn]+[Sb])/[P]≦25
[式2] 0.2≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])/(([Ga]+[Ge])×1000)≦5.27
[式3] 3.3≦([Si]+[Al]+0.5×[Mn])≦5.5
(式1~式3において、[Si]、[Al]、[Mn]、[Ga]、[Ge]、[Sn]、[Sb]お よび[P]はそれぞれ、Si、Al、Mn、Ga、Ge、Sn、SbおよびPの含量(重量%)を示す。) - 前記スラブは、重量%で、N:0.0040%以下(0%を除外する)、C:0.0040%以下(0%を除外する)、S:0.0040%以下(0%を除外する)、Ti:0.0030%以下(0%を除外する)、Nb:0.0030%以下(0%を除外する)およびV:0.0040%以下(0%を除外する)のうちの1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記スラブは、Ga:0.0005~0.02重量%およびGe:0.0005~0.02重量%含むことを特徴とする請求項5または6に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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