JP7143900B2 - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
本願は、2018年11月2日に、日本に出願された特願2018-206970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:0.0050%以下、
Si:3.7%を超えて4.4%以下、
Mn:0.2%を超えて1.5%以下、
sol.Al:0.05~0.45%、
P:0.030%以下、
S:0.0030%以下、
N:0.0030%以下、
Ti:0.0050%未満、
Nb:0.0050%未満、
Zr:0.0050%未満、
V:0.0050%未満、
Cu:0.200%未満、
Ni:0.500%未満、
Sn:0~0.100%、
Sb:0~0.100%、および
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
前記母材の平均結晶粒径が、40μmを超えて120μm以下である。
Si+sol.Al+0.5×Mn≧4.3 ・・・(i)
但し、上記式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)である。
(2)上記(1)に記載の無方向性電磁鋼板は、引張強さが600MPa以上であってもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の無方向性電磁鋼板は、前記化学組成が、質量%で、
Sn:0.005~0.100%、および、
Sb:0.005~0.100%、
から選択される1種または2種を含有してもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板は、前記母材の表面に絶縁被膜を有してもよい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、高い強度を有し、かつ優れた磁気特性を有するため、ステータおよびロータの双方に好適である。また、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、以下に説明する母材の表面に絶縁被膜を備えていることが好ましい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の母材の化学組成において、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。「~」を挟んで記載する数値限定範囲には、下限値および上限値がその範囲に含まれる。
C(炭素)は、無方向性電磁鋼板の鉄損劣化を引き起こす元素である。C含有量が0.0050%を超えると、無方向性電磁鋼板の鉄損が劣化し、良好な磁気特性を得ることができない。したがって、C含有量は0.0050%以下とする。C含有量は0.0040%以下であるのが好ましく、0.0035%以下であるのがより好ましく、0.0030%以下であるのがより一層好ましい。なお、Cは無方向性電磁鋼板の高強度化に寄与することから、その効果を得たい場合には、C含有量は0.0005%以上であるのが好ましく、0.0010%以上であるのがより好ましい。
Si(ケイ素)は、鋼の電気抵抗を上昇させて渦電流損を低減させ、無方向性電磁鋼板の高周波鉄損を改善する元素である。また、Siは、固溶強化能が大きいため、無方向性電磁鋼板の高強度化にも有効な元素である。これらの効果を得るために、Si含有量は3.7%超とする。Si含有量は3.8%以上であるのが好ましく、3.9%以上であるのがより好ましく、4.0%超であるのがより一層好ましい。一方、Si含有量が過剰であると、加工性が著しく劣化し、冷間圧延を実施することが困難となる。したがって、Si含有量は5.0%以下とする。Si含有量は4.8%以下であるのが好ましく、4.5%以下であるのがより好ましい。
Mn(マンガン)は、鋼の電気抵抗を上昇させて渦電流損を低減し、無方向性電磁鋼板の高周波鉄損を改善するために有効な元素である。また、Mn含有量が低すぎる場合には、電気抵抗の上昇効果が小さいうえに、鋼中に微細な硫化物(MnS)が析出することで、仕上焼鈍時に十分に粒成長しない場合がある。そのため、Mn含有量は0.2%超とする。Mn含有量は0.3%以上であるのが好ましく、0.4%以上であるのがより好ましい。一方、Mn含有量が過剰であると、無方向性電磁鋼板の磁束密度の低下が顕著となる。したがって、Mn含有量は1.5%以下とする。Mn含有量は1.4%以下であるのが好ましく、1.2%以下であるのがより好ましい。
Al(アルミニウム)は、鋼の電気抵抗を上昇させることで渦電流損を低減し、無方向性電磁鋼板の高周波鉄損を改善する効果を有する元素である。また、Alは、Siほどではないが、固溶強化により無方向性電磁鋼板の高強度化に寄与する元素である。これらの効果を得るために、sol.Al含有量は0.05%以上とする。sol.Al含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.15%以上であるのがより好ましい。一方、sol.Al含有量が過剰であると、無方向性電磁鋼板の磁束密度の低下が顕著となる。したがって、sol.Al含有量は0.45%以下とする。sol.Al含有量は0.40%以下であるのが好ましく、0.35%以下であるのがより好ましく、0.30%以下であるのがより一層好ましい。なお、本実施形態において、sol.Al含有量とは、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
但し、上記式中の元素記号は、各元素の含有量(質量%)である。
P(リン)は、不純物として鋼中に含まれ、その含有量が過剰であると、無方向性電磁鋼板の延性が著しく低下する。したがって、P含有量は0.030%以下とする。P含有量は0.025%以下であるのが好ましく、0.020%以下であるのがより好ましい。P含有量は0%であることが好ましいが、P含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合があるため、P含有量は0.003%以上としてもよい。
S(硫黄)は、MnSの微細析出物を形成することで鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。したがって、S含有量は0.0030%以下とする。S含有量は0.0020%以下であるのが好ましく、0.0015%以下であるのがより好ましい。なお、S含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合があるため、S含有量は0.0001%以上であるのが好ましく、0.0003%以上であるのがより好ましく、0.0005%以上であるのがより一層好ましい。
N(窒素)は、鋼中に不可避的に混入する元素であり、窒化物を形成して鉄損を増加させ、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる元素である。したがって、N含有量は0.0030%以下とする。N含有量は0.0025%以下であるのが好ましく、0.0020%以下であるのがより好ましい。なお、N含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合があるため、N含有量は0.0005%以上であるのが好ましい。
Ti(チタン)は、鋼中に不可避的に混入する元素であり、炭素または窒素と結合して析出物(炭化物、窒化物)を形成し得る。炭化物または窒化物が形成された場合には、これらの析出物そのものが無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる。さらには、仕上焼鈍中の結晶粒の成長を阻害して、無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる。したがって、Ti含有量は0.0050%未満とする。Ti含有量は0.0040%以下であるのが好ましく、0.0030%以下であるのがより好ましく、0.0020%以下であるのがより一層好ましい。なお、Ti含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合があるため、Ti含有量は0.0005%以上であるのが好ましい。
Nb(ニオブ)は、炭素または窒素と結合して析出物(炭化物)を形成することで高強度化に寄与する元素であるが、これらの析出物そのものが無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる。したがって、Nb含有量は0.0050%未満とする。Nb含有量は0.0040%以下であるのが好ましく、0.0030%以下であるのがより好ましく、0.0020%以下であるのがより一層好ましい。また、Nb含有量は、測定限界以下であるのが更に好ましく、具体的には、0.0001%未満であることが更に好ましい。Nb含有量は低ければ低いほど好ましいため、Nb含有量は0%としてもよい。
Zr(ジルコニウム)は、炭素または窒素と結合して析出物(炭化物、窒化物)を形成することで高強度化に寄与する元素であるが、これらの析出物そのものが無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる。したがって、Zr含有量は0.0050%未満とする。Zr含有量は0.0040%以下であるのが好ましく、0.0030%以下であるのがより好ましく、0.0020%以下であるのがより一層好ましい。また、Zr含有量は測定限界以下であるのが更に好ましく、具体的には、0.0001%以下であることが更に好ましい。Zr含有量は低ければ低いほど好ましいため、Zr含有量は0%としてもよい。
V(バナジウム)は、炭素または窒素と結合して析出物(炭化物、窒化物)を形成することで高強度化に寄与する元素であるが、これらの析出物そのものが無方向性電磁鋼板の磁気特性を劣化させる。したがって、V含有量は0.0050%未満とする。V含有量は0.0040%以下であるのが好ましく、0.0030%以下であるのがより好ましく、0.0020%以下であるのがより一層好ましい。V含有量は測定限界以下であるのが更に好ましく、具体的には、0.0001%以下であるのが更に好ましい。V含有量は低ければ低いほど好ましいため、V含有量は0%としてもよい。
Cu(銅)は、鋼中に不可避的に混入する元素である。意図的にCuを含有させると、無方向性電磁鋼板の製造コストが増加する。したがって、本実施形態においては、Cuは積極的に含有させる必要はなく、不純物レベルでよい。Cu含有量は、製造工程において不可避的に混入しうる最大値である0.200%未満とする。Cu含有量は0.150%以下であるのが好ましく、0.100%以下であるのがより好ましい。なお、Cu含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、Cu含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合がある。そのため、Cu含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.003%以上であるのがより好ましく、0.005%以上であるのがより一層好ましい。
Ni(ニッケル)は、鋼中に不可避的に混入する元素である。しかし、Niは、無方向性電磁鋼板の強度を向上させる元素でもあるため、意図的に含有させてもよい。ただし、Niは高価であるため、Ni含有量は0.500%未満とする。Ni含有量は0.400%以下であるのが好ましく、0.300%以下であるのがより好ましい。なお、Ni含有量の下限値は、特に限定されるものではないが、Ni含有量の極度の低減は製造コストの増加を引き起こす場合がある。そのため、Ni含有量は0.001%以上であるのが好ましく、0.003%以上であるのがより好ましく、0.005%以上であるのがより一層好ましい。
Sb:0~0.100%
Sn(スズ)およびSb(アンチモン)は、母材表面に偏析し焼鈍中の酸化および窒化を抑制することで、無方向性電磁鋼板において低い鉄損を確保するのに有用な元素である。また、SnおよびSbは、結晶粒界に偏析して集合組織を改善し、無方向性電磁鋼板の磁束密度を高める効果も有する。そのため、必要に応じてSnおよびSbの少なくとも一方を含有させてもよい。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰であると、鋼の靱性が低下して冷間圧延が困難となる場合がある。したがって、SnおよびSbの含有量は、それぞれ0.100%以下とする。SnおよびSbの含有量は、それぞれ0.060%以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を確実に得たい場合には、SnおよびSbの少なくとも一方の含有量を、0.005%以上とするのが好ましく、0.010%以上とするのがより好ましい。
無方向性電磁鋼板の高強度化の観点からは、鋼中の結晶粒は細粒であることが望ましい。加えて、ヒステリシス損を低減するためには結晶粒は粗大化させることが好ましく、渦電流損を低減するためには結晶粒は微細化させることが好ましい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板において、磁気特性に優れるとは、鉄損W10/400が低く、磁束密度B50が高いことを意味する。具体的には、磁気特性に優れるとは、無方向性電磁鋼板の板厚が0.30mm超、0.35mm以下では鉄損W10/400が16.0W/kg以下且つ磁束密度B50が1.60T以上、0.25mm超、0.30mm以下では15.0W/kg以下且つ磁束密度B50が1.60T以上、0.20mm超、0.25mm以下では13.0W/kg以下且つ磁束密度B50が1.60T以上、0.20mm以下では12.0W/kg以下且つ磁束密度B50が1.59T以上の場合をいう。ここで、本実施形態では、上記の磁気特性(鉄損W10/400および磁束密度B50)は、JIS C 2550-1(2011)に規定されたエプスタイン試験により、測定する。なお、鉄損W10/400は、最大磁束密度が1.0Tで周波数400Hzという条件下で発生する鉄損を意味し、磁束密度B50は、5000A/mの磁場における磁束密度を意味する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板において、高い強度を有するとは、引張(最大)強さが600MPa以上であることを意味する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、引張強さが600MPa以上である。引張強さは610MPa以上であるのが好ましい。また、引張強さの上限は、特に制限されないが、720MPa以下であればよい。ここで、引張強さは、JIS Z 2241(2011)に準拠した引張試験を行うことで、測定する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板においては、母材の表面に絶縁被膜を有することが好ましい。無方向性電磁鋼板は、コアブランクを打ち抜いた後に積層されてから使用されるため、母材の表面に絶縁被膜を設けることで、板間の渦電流を低減することができ、コアとして渦電流損を低減することが可能となる。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法については特に制限されるものではないが、例えば、上述した化学組成を有する鋼塊に対して、熱間圧延工程、熱延板焼鈍工程、酸洗工程、冷間圧延工程および仕上焼鈍工程を順に実施することによって製造することが可能である。また、絶縁被膜を母材の表面に形成する場合には、上記仕上焼鈍工程の後に絶縁被膜形成工程が行われる。以下、各工程について、詳細に説明する。
上記の化学組成を有する鋼塊(スラブ)を加熱し、加熱された鋼塊に対して熱間圧延を行い、熱延鋼板を得る。ここで、熱間圧延に供する際の鋼塊の加熱温度については、特に規定するものではないが、例えば、1050~1250℃とすることが好ましい。また、熱間圧延後の熱延鋼板の板厚についても、特に規定するものではないが、母材の最終板厚を考慮して、例えば、1.5~3.0mm程度とすることが好ましい。
熱間圧延の後、無方向性電磁鋼板の磁束密度を上昇させることを目的として、必要に応じて熱延板焼鈍を実施する。熱延板焼鈍における熱処理条件については、例えば、連続焼鈍の場合には、熱延鋼板に対して、700~1000℃で10~150s間保持する焼鈍を行うことが好ましい。熱処理条件は、800~980℃で10~150sとすることがより好ましく、850~950℃で10~150sとすることがより一層好ましい。
上記熱延板焼鈍の後には、酸洗が実施され、母材の表面に生成したスケール層が除去される。ここで、酸洗に用いられる酸の濃度、酸洗に用いる促進剤の濃度、酸洗液の温度等の酸洗条件は、特に限定されるものではなく、公知の酸洗条件とすることができる。なお、熱延板焼鈍が箱焼鈍である場合、脱スケール性の観点から、酸洗工程は、熱延板焼鈍前に実施することが好ましい。この場合、熱延板焼鈍後に酸洗を実施する必要はない。
上記酸洗の後(熱延板焼鈍が箱焼鈍で実施される場合は、熱延板焼鈍工程の後になる場合もある。)には、冷間圧延が実施される。冷間圧延では、母材の最終板厚が0.10~0.35mmとなるような圧下率で、スケール層の除去された酸洗板が圧延される。
上記冷間圧延の後には、仕上焼鈍が実施される。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、仕上焼鈍には、連続焼鈍炉を使用する。仕上焼鈍工程は、母材の平均結晶粒径を制御するために、重要な工程である。
上記仕上焼鈍の後には、必要に応じて、絶縁被膜形成工程が実施される。ここで、絶縁被膜の形成方法は、特に限定されるものではなく、下記に示すような公知の絶縁被膜を形成する処理液を用いて、公知の方法により処理液の塗布および乾燥を行えばよい。公知の絶縁被膜として、例えば、無機物を主体とし、さらに有機物を含んだ複合絶縁被膜を挙げることができる。複合絶縁被膜とは、例えば、クロム酸金属塩、リン酸金属塩等の金属塩、または、コロイダルシリカ、Zr化合物、Ti化合物等の無機物の少なくともいずれか一方を主体とし、微細な有機樹脂の粒子が分散している絶縁被膜である。特に、近年ニーズの高まっている製造時の環境負荷低減の観点からは、リン酸金属塩、ZrもしくはTiのカップリング剤を出発物質として用いた絶縁被膜、または、リン酸金属塩、ZrもしくはTiのカップリング剤の炭酸塩あるいはアンモニウム塩を出発物質として用いた絶縁被膜が好ましく用いられる。
試験No.11では、(i)式を満足しないため、鉄損および引張強さが劣る結果となった。
Claims (4)
- 母材の化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:3.7%を超えて4.4%以下、
Mn:0.2%を超えて1.5%以下、
sol.Al:0.05~0.45%、
P:0.030%以下、
S:0.0030%以下、
N:0.0030%以下、
Ti:0.0050%未満、
Nb:0.0050%未満、
Zr:0.0050%未満、
V:0.0050%未満、
Cu:0.200%未満、
Ni:0.500%未満、
Sn:0~0.100%、
Sb:0~0.100%、および
残部:Feおよび不純物であり、
下記(i)式を満足し、
前記母材の平均結晶粒径が、40μmを超えて120μm以下である、
無方向性電磁鋼板。
Si+sol.Al+0.5×Mn≧4.3 ・・・(i)
但し、上記式中の元素記号は、各元素の質量%での含有量である。 - 引張強さが600MPa以上である、
請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記化学組成が、質量%で、
Sn:0.005~0.100%、および、
Sb:0.005~0.100%、
から選択される1種または2種を含有する、
請求項1または請求項2に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記母材の表面に絶縁被膜を有する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
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