JP7492162B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ならびに熱延鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ならびに当該無方向性電磁鋼板の素材となる熱延鋼板に関する。
近年、世界的な電気機器の省エネルギー化要求の高まりにより、回転機の鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板に対しても、より高性能な特性が要求されている。具体的には、電気製品のモーターのうち高効率機種といわれるものについては、SiおよびAl含有量を増加させて固有抵抗を高め、かつ結晶粒径を大きくした高級素材が使用されるようになってきた。一方、汎用機種のモーターについても性能向上が要求されるようになってきているが、コスト制約が厳しいため、高効率機種のようにその材質を高級素材に切替えることは難しいのが実情である。
汎用機種に要求される鋼板は、Si含有量が1.5%以下であり、かつ、モータコア打ち抜き加工後に施される歪取焼鈍時に結晶粒成長させることで、鉄損が飛躍的に改善する素材である。歪取焼鈍時における結晶粒成長を促進するためには、鋼中に不可避的に混入している析出物の量を低減するか、またはこのような析出物の無害化が有効である。
例えば、特許文献1には、C;≦0.065%、Si;≦2.0%、Al;≦0.10%、O;≦0.020%、B/N;0.50~2.50、残部Feおよび不可避不純物からなる鋼スラブを熱間圧延して得た熱延板を1回の冷間圧延あるいは中間焼鈍を含む2回以上の冷間圧延によって最終寸法となし、さらに焼鈍を施すことを特徴とする磁気特性の優れた電気鉄板の製造方法が開示されている。
特許文献2には、C:0.015%以下、Si:0.1~1.0%、sol.Al:0.001~0.005%、Mn:1.5%以下、S:0.008%以下、N:0.0050%以下、T.O:0.02%以下を含む無方向性電磁鋼板において、鋼中のSiO2、MnO、Al2O3の3種の介在物の総重量に対するMnOの重量の割合が15%以下であることを特徴とする磁性焼鈍後の平均結晶粒径を50μm以上になし得る鉄損の少ない無方向性電磁鋼板が開示されている。
特許文献3には、重量%でC:0.01%以下、Si:0.1%以上2.0%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、および鋼の脱酸方式に応じて、Al:0.1%以下、またはZr:0.05%以下を含有し、残部鉄および不可避不純物元素よりなる無方向性電磁鋼板において、鋼中の酸化物で直径0.5μm以上5μm以下の大きさのものが、1cm2当り1000個以上50000個以下であることを特徴とする磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板が開示されている。
特許文献4では、質量%で、C:0.0050%以下、Si:0.05~3.5%、Mn:3.0%以下、Al:3.0%以下、S:0.008%以下、P:0.15%以下、N:0.0050%以下、Cu:0.2%以下を含み、(Cu硫化物であるS)/(鋼中S)≦0.2、または、(Cu硫化物であるS)/(Mn硫化物であるS)≦0.2を満足する鋼であって、更に鋼板中の直径0.03~0.20μmのCuを含有する硫化物の数密度が0.5個/μm3以下の無方向性電磁鋼板が開示されている。
特許文献5では、質量%で、Si:1.5%以下、Mn:0.4%以上1.5%以下、Sol.Al:0.01%以上0.04%以下、Ti:0.0015%以下、N:0.0030%以下、S:0.0010%以上0.0040%以下、BをB/Nで0.5以上1.5以下含有し、残部Feおよび不可避不純物からなり、Mnを含む硫化物のうち個数割合で10%以上がB析出物と複合析出し、MnS、Cu2Sおよびその複合硫化物を合計した分布密度が3.0×105個/mm2以下であり、直径0.1μmに満たないTi析出物の分布密度が1.0×103個/mm2以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板が開示されている。
しかしながら、さらなる磁気特性の改善が要求される状況において、上記の従来手法では、十分かつ安定的に磁気特性を向上させた無方向性電磁鋼板を製造することが難しくなってきている。
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、歪取焼鈍における粒成長性が良好であり、歪取焼鈍後の鉄損が低く、歪取焼鈍後の磁束密度が高い無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ならびに、当該無方向性電磁鋼板の素材として使用可能な熱延鋼板を提供することを課題とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下記の無方向性電磁鋼板およびその製造方法、ならびに熱延鋼板を要旨とする。
(1)化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
無方向性電磁鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i)
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
無方向性電磁鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i)
(2)前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
Sn:0.50%以下、
を含有する、
上記(1)に記載の無方向性電磁鋼板。
Sn:0.50%以下、
を含有する、
上記(1)に記載の無方向性電磁鋼板。
(3)前記酸化物同士の平均間隔が30~300μmである、
上記(1)または(2)に記載の無方向性電磁鋼板。
上記(1)または(2)に記載の無方向性電磁鋼板。
(4)平均結晶粒径が30μm以下であり、かつ、
750℃で2時間保持する条件で歪取焼鈍を行った後の平均結晶粒径が50μm以上である、
上記(1)から(3)までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
750℃で2時間保持する条件で歪取焼鈍を行った後の平均結晶粒径が50μm以上である、
上記(1)から(3)までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
(5)上記(1)から(4)までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
溶鋼を製造する精錬工程と、
前記溶鋼を連続鋳造して、請求項1または請求項2に記載の化学組成を有するスラブを製造する連続鋳造工程と、
得られた前記スラブを加熱した後に熱間圧延を施し、熱延鋼板とする熱延工程と、
前記熱延鋼板に対して、酸洗を施す酸洗工程と、
酸洗後の前記熱延鋼板に対して冷間圧延を施し、冷延鋼板とする冷延工程と、
前記冷延鋼板に対して仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程と、を備え、
前記精錬工程において、
合金添加前の前記溶鋼の酸素量を、質量%で、0.010~0.050%とし、
次いで、前記溶鋼へのSi添加量M1と、前記スラブ中のSi含有量M2とが、下記(ii)式を満足するように調整し、
前記連続鋳造工程において、前記溶鋼と接触する内壁の一部または全部が、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上を含む酸化物を、質量%で、合計3~60%含有する材料によって構成されたノズルを使用する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
0.90≦M2/M1≦1.10 ・・・(ii)
溶鋼を製造する精錬工程と、
前記溶鋼を連続鋳造して、請求項1または請求項2に記載の化学組成を有するスラブを製造する連続鋳造工程と、
得られた前記スラブを加熱した後に熱間圧延を施し、熱延鋼板とする熱延工程と、
前記熱延鋼板に対して、酸洗を施す酸洗工程と、
酸洗後の前記熱延鋼板に対して冷間圧延を施し、冷延鋼板とする冷延工程と、
前記冷延鋼板に対して仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程と、を備え、
前記精錬工程において、
合金添加前の前記溶鋼の酸素量を、質量%で、0.010~0.050%とし、
次いで、前記溶鋼へのSi添加量M1と、前記スラブ中のSi含有量M2とが、下記(ii)式を満足するように調整し、
前記連続鋳造工程において、前記溶鋼と接触する内壁の一部または全部が、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上を含む酸化物を、質量%で、合計3~60%含有する材料によって構成されたノズルを使用する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
0.90≦M2/M1≦1.10 ・・・(ii)
(6)前記精錬工程において、合金添加が終了してから前記連続鋳造工程を開始するまでの時間を30~180分の範囲内とし、
前記熱延工程において、前記スラブの温度が1050℃以上1150℃未満となる範囲内で15~240分保持した後、直ちに、前記スラブに対して熱間圧延を施す、
上記(5)に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記熱延工程において、前記スラブの温度が1050℃以上1150℃未満となる範囲内で15~240分保持した後、直ちに、前記スラブに対して熱間圧延を施す、
上記(5)に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
(7)前記仕上焼鈍工程において、前記冷延鋼板の温度を800℃以上850℃未満とする、
上記(5)または(6)に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
上記(5)または(6)に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
(8)上記(1)から(4)までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の素材となる熱延鋼板であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
熱延鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i)
化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
熱延鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i)
(9)前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
Sn:0.50%以下、
を含有する、
上記(8)に記載の熱延鋼板。
Sn:0.50%以下、
を含有する、
上記(8)に記載の熱延鋼板。
(10)前記酸化物同士の平均間隔が30~300μmである、
上記(8)または(9)に記載の熱延鋼板。
上記(8)または(9)に記載の熱延鋼板。
本発明によれば、歪取焼鈍における粒成長性が良好で、磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板を低コストで安定的に提供できる。
無方向性電磁鋼板をモータコア等の機械部品の材料として用いる場合、まず打ち抜き加工などの機械加工が施され、次いで、例えば、750℃で2時間保持する条件下での歪取焼鈍が施される。この歪取焼鈍の際に、鋼板の結晶粒成長を促進し、鋼板の鉄損を減少させる必要がある。そのため、無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍時に結晶粒成長が促進されるような特徴を備えなければならない。
歪取焼鈍時の結晶粒成長を抑制する要因の一つとして、ピン止め効果を有するMnS等の介在物がある。従来は、介在物を生成させる元素であるSの量を低減することが、歪取焼鈍時の結晶粒成長の促進のために有効であると考えられてきた。しかし、Sは不可避的に鋼材中に混入する元素であり、これを除去する工程は製造コストを増大させる。また、熱間圧延条件を介してMnSの析出状態を制御する試みも従来なされていたが、これによる特性改善も十分なものとはいえなかった。
ここで本発明者らは、無方向性電磁鋼板の材料となる鋳片の製造段階で、酸化物を微細析出させた場合に、歪取焼鈍後の鋼板の鉄損が改善することを見出した。これは、ピン止め効果を有するMnSが微細化された酸化物の表面に析出し、無害化されたからであると考えられた。さらに、酸化物のうち、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物(以下、「適正酸化物」ともいう。)が特に介在物の無害化効果を顕著に有しており、これの個数密度を最適化することで、鋼板の鉄損を改善可能であることを本発明者らは知見した。
しかしながら、本発明者らがさらに研究を重ねた結果、上記のように適正酸化物の個数密度を制御しただけでは、安定的にMnSの無害化効果が得られず、一定の割合で歪取焼鈍時の結晶粒成長が抑制されてしまうことが分かった。
そこで、安定的にMnSを無害化するための方法について検討し、La、Ce、Zr、MgおよびCaから選択される1種以上を活用することで、Sを固定することを着想した。ただし、単純にこれらの元素を添加した場合には、これらの元素を含む粗大な介在物が生成し、Sを無害化する効果が十分に得られなかった。
本発明者らは、La等の元素について、種々の添加方法を試みた結果、連続鋳造時に使用されるノズルの内壁にこれらの元素を含む酸化物を用い、ノズルの溶損を利用してこれらの元素を溶鋼中に添加した場合には、La等が単独で介在物を形成するのではなく、上記の適正酸化物中に含有され、微細分散することを見出した。これにより、安定的にMnSの無害化効果が得られる。なお、適正酸化物の全てにLa等が含有されている必要はなく、その一部に含まれていれば十分に効果を発揮する。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下に本発明の各要件について説明する。
1.化学組成
本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板の化学組成について説明する。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。
本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板の化学組成について説明する。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。
C:0.0050%以下
Cは、磁気時効によって鉄損を劣化させる。そのため、C含有量は0.0050%以下とする。好ましくは、C含有量は0.0030%以下、または0.0020%以下である。なお、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板はCを必要としないので、C含有量の下限値は0%である。しかし、不純物として混入するCを除去するコストを考慮すると、例えばC含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
Cは、磁気時効によって鉄損を劣化させる。そのため、C含有量は0.0050%以下とする。好ましくは、C含有量は0.0030%以下、または0.0020%以下である。なお、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板はCを必要としないので、C含有量の下限値は0%である。しかし、不純物として混入するCを除去するコストを考慮すると、例えばC含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
Si:0.10~1.50%
Siは、電気抵抗を増加させるために有効な元素である。加えて、上記の適正酸化物を形成するために必須の元素である。しかし、1.50%を超える量のSiを含有させると、無方向性電磁鋼板の硬度上昇、磁束密度の低下、および製造コスト増等が生じる。そのため、Si含有量は0.10~1.50%とする。Si含有量は0.20%以上、0.40%以上、または0.80%以上であるのが好ましい。また、Si含有量は1.40%以下、1.20%以下、または1.00%以下であるのが好ましい。
Siは、電気抵抗を増加させるために有効な元素である。加えて、上記の適正酸化物を形成するために必須の元素である。しかし、1.50%を超える量のSiを含有させると、無方向性電磁鋼板の硬度上昇、磁束密度の低下、および製造コスト増等が生じる。そのため、Si含有量は0.10~1.50%とする。Si含有量は0.20%以上、0.40%以上、または0.80%以上であるのが好ましい。また、Si含有量は1.40%以下、1.20%以下、または1.00%以下であるのが好ましい。
Mn:0.10~1.50%
Mnは、硫化物を形成するだけでなく、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を増加させるために有効な元素である。また、熱間割れを防止する効果も有する。ただし、Mn含有量が過剰である場合、変態温度が下がり過ぎて、歪取焼鈍において結晶粒径を大きくすることができない。そのため、Mn含有量は0.10~1.50%以下とする。Mn含有量は0.20%以上、0.40%以上、または0.80%以上であるのが好ましい。また、Mn含有量は1.40%以下、1.20%以下、または1.00%以下であるのが好ましい。
Mnは、硫化物を形成するだけでなく、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を増加させるために有効な元素である。また、熱間割れを防止する効果も有する。ただし、Mn含有量が過剰である場合、変態温度が下がり過ぎて、歪取焼鈍において結晶粒径を大きくすることができない。そのため、Mn含有量は0.10~1.50%以下とする。Mn含有量は0.20%以上、0.40%以上、または0.80%以上であるのが好ましい。また、Mn含有量は1.40%以下、1.20%以下、または1.00%以下であるのが好ましい。
sol.Al:0.0050%以下
Alは通常、鋼の脱酸に用いられる元素である。しかしながら、本発明では、Siを利用して脱酸をするため、Alは本実施形態に係る無方向性電磁鋼板に必要とされない。また、Alを過剰に含有させるとSiを含む適正酸化物が形成されなくなる。したがって、sol.Al含有量は0.0050%以下とする。sol.Al含有量は0.0045%以下、または0.0040%以下であるのが好ましい。ただし、不純物として混入するAlを除去するコストを考慮すると、例えばsol.Al含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
Alは通常、鋼の脱酸に用いられる元素である。しかしながら、本発明では、Siを利用して脱酸をするため、Alは本実施形態に係る無方向性電磁鋼板に必要とされない。また、Alを過剰に含有させるとSiを含む適正酸化物が形成されなくなる。したがって、sol.Al含有量は0.0050%以下とする。sol.Al含有量は0.0045%以下、または0.0040%以下であるのが好ましい。ただし、不純物として混入するAlを除去するコストを考慮すると、例えばsol.Al含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
N:0.0030%以下
Nは、窒化物を生成して結晶粒成長を阻害するおそれを有する元素である。したがって、N含有量は可能な限り低減することが好ましい。しかしながら、不純物として鋼中に混入するNの含有量をゼロにすることは工業的には難しい。本発明では、無害な許容量として、N含有量を0.0030%以下とする。また、N含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
Nは、窒化物を生成して結晶粒成長を阻害するおそれを有する元素である。したがって、N含有量は可能な限り低減することが好ましい。しかしながら、不純物として鋼中に混入するNの含有量をゼロにすることは工業的には難しい。本発明では、無害な許容量として、N含有量を0.0030%以下とする。また、N含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
S:0.0040%以下
Sは、硫化物を生成して結晶粒成長を阻害するおそれを有する元素である。したがって、S含有量は可能な限り低減することが好ましい。しかしながら、不純物として鋼中に混入するSの含有量をゼロにすることは工業的には難しい。本発明では、Sを酸化物の表面に析出させて、Sの無害化を図る。ただし、S含有量が0.0040%を超えると硫化物の析出量そのものが増え、Sの無害化が困難となり、結晶粒成長が阻害される。そのため、S含有量は0.0040%以下とする。また、S含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
Sは、硫化物を生成して結晶粒成長を阻害するおそれを有する元素である。したがって、S含有量は可能な限り低減することが好ましい。しかしながら、不純物として鋼中に混入するSの含有量をゼロにすることは工業的には難しい。本発明では、Sを酸化物の表面に析出させて、Sの無害化を図る。ただし、S含有量が0.0040%を超えると硫化物の析出量そのものが増え、Sの無害化が困難となり、結晶粒成長が阻害される。そのため、S含有量は0.0040%以下とする。また、S含有量の下限値を0.0001%、0.0002%、または0.0005%としてもよい。
O:0.0050~0.0200%
Oは、酸化物を形成するために必須の元素である。O含有量が少なすぎると、必要な酸化物の量が確保できなくなる。一方で、O含有量が0.0200%を超えるとその効果が飽和するだけでなく、適正酸化物の個数密度が過剰となり、これら適正酸化物が凝集してしまう。そのため、O含有量は0.0050~0.0200%とする。O含有量は0.0055%以上、0.0060%以上、または0.0080%以上であるのが好ましい。また、O含有量は0.0180%以下、0.0150%以下、または0.0100%以下であるのが好ましい。
Oは、酸化物を形成するために必須の元素である。O含有量が少なすぎると、必要な酸化物の量が確保できなくなる。一方で、O含有量が0.0200%を超えるとその効果が飽和するだけでなく、適正酸化物の個数密度が過剰となり、これら適正酸化物が凝集してしまう。そのため、O含有量は0.0050~0.0200%とする。O含有量は0.0055%以上、0.0060%以上、または0.0080%以上であるのが好ましい。また、O含有量は0.0180%以下、0.0150%以下、または0.0100%以下であるのが好ましい。
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上:合計で0.0005~0.0200%
La、Ce、Zr、MgおよびCaを、OとSiとを主体とする酸化物に含有させることで、硫化物をより効果的かつ安定的に無害化する効果が得られる。一方、これらの元素の含有量を過剰に増やした場合、鋼中の酸素量を減らし、その上、粗大な単体酸化物を生成し、上記の効果が得られなくなってしまう。そのため、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される一種以上の元素の含有量を、合計で0.0005~0.0200%とする。これらの元素の合計含有量は、0.0008%以上、0.0010%以上、または0.0020%以上であるのが好ましく、0.0150%以下、0.0100%以下、0.0080%以下、0.0070%以下、または0.0060%以下であるのが好ましい。なお、La、Ce、Zr、MgおよびCaの作用効果は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板においては実質的に同様であるので、これらの含有量は合計含有量によって規定される。
La、Ce、Zr、MgおよびCaを、OとSiとを主体とする酸化物に含有させることで、硫化物をより効果的かつ安定的に無害化する効果が得られる。一方、これらの元素の含有量を過剰に増やした場合、鋼中の酸素量を減らし、その上、粗大な単体酸化物を生成し、上記の効果が得られなくなってしまう。そのため、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される一種以上の元素の含有量を、合計で0.0005~0.0200%とする。これらの元素の合計含有量は、0.0008%以上、0.0010%以上、または0.0020%以上であるのが好ましく、0.0150%以下、0.0100%以下、0.0080%以下、0.0070%以下、または0.0060%以下であるのが好ましい。なお、La、Ce、Zr、MgおよびCaの作用効果は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板においては実質的に同様であるので、これらの含有量は合計含有量によって規定される。
Sn:0.50%以下
本発明において、Snは必須ではない。しかし、Snは歪取焼鈍中の鋼板表面の窒化および酸化を抑制する働きを有し、その上、磁束密度の向上にも有効な元素である。以上のことから、適量のSnを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超えてSnを含有させても、効果が飽和し、その上製造コストを増大させる。そのため、含有させる場合のSn含有量は0.50%以下とする。Sn含有量は0.45%以下、0.40%以下、または0.30%以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Sn含有量を0.01%以上、0.02%以上、0.03%、または0.05%とするのが好ましい。
本発明において、Snは必須ではない。しかし、Snは歪取焼鈍中の鋼板表面の窒化および酸化を抑制する働きを有し、その上、磁束密度の向上にも有効な元素である。以上のことから、適量のSnを含有させてもよい。しかしながら、0.50%を超えてSnを含有させても、効果が飽和し、その上製造コストを増大させる。そのため、含有させる場合のSn含有量は0.50%以下とする。Sn含有量は0.45%以下、0.40%以下、または0.30%以下であるのが好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Sn含有量を0.01%以上、0.02%以上、0.03%、または0.05%とするのが好ましい。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板の化学組成において、残部はFeおよび不純物である。不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石もしくはスクラップ等のような原料、または製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
2.酸化物
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板が含有する酸化物について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板は、質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである適正酸化物を含有する。この適正酸化物の個数密度Nは、3.0×103~10×103個/cm2である。適正酸化物の個数密度は、無方向性電磁鋼板および熱延鋼板の断面において測定されるため、単位面積当たりの個数として規定される。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板が含有する酸化物について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板は、質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである適正酸化物を含有する。この適正酸化物の個数密度Nは、3.0×103~10×103個/cm2である。適正酸化物の個数密度は、無方向性電磁鋼板および熱延鋼板の断面において測定されるため、単位面積当たりの個数として規定される。
上述のように、無方向性電磁鋼板の結晶粒成長を妨げるMnS等の硫化物は、酸化物によって無害化される。その機構は、以下のようなものであると推定されている。無方向性電磁鋼板の材料となるスラブの鋳造時には、まず酸化物が生成し、次いでMnSが析出する。ここで、MnSは酸化物の表面に析出する。所定の粒径の酸化物が溶鋼に多量に生成していると、MnSの析出箇所の数が増大し、これによりMnSが無害化されることとなる。
MnSを微細分散させるのに有効な酸化物は、その化学組成が、質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含むものである。化学組成がこの範囲外である酸化物の表面にはMnSが析出し難い傾向にあると考えられる。したがって、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板では、酸化物のうち、上記の化学組成を有するものの個数密度を規定することとした。
また、結晶粒成長を促進する観点からは、上記の化学組成を有する酸化物のうち、直径が1.0~5.0μmのものが有効である。直径が1.0μm未満である酸化物は、それ自身が結晶粒成長を阻害するために好ましくない。また、直径5.0μm超の粗大な酸化物の量が増えると、酸化物の個数密度が減少する。したがって、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板および熱延鋼板では、直径が1.0~5.0μmの酸化物の個数密度を規定することとした。
上記要件を満たす適正酸化物の個数密度Nは、3.0×103~10×103個/cm2である。適正酸化物の個数密度Nが3.0×103個/cm2未満では、MnSの析出サイトの数が不十分となり、MnSの無害化を達成することができない。一方、適正酸化物の個数密度Nが10×103個/cm2を超える場合、均一に分散させることは難しい。すなわち、適正酸化物の個数密度が過剰であると、これら適正酸化物が凝集してしまい、MnSの微細分散効果が得られない。適正酸化物の個数密度Nは、3.5×103個/cm2以上、4.0×103個/cm2以上、または5.0×103個/cm2以上であることが好ましい。
なお、化学組成および粒径に関する上記要件を満たさない酸化物(例えば、直径1.0μm未満の酸化物および直径5.0μm超の酸化物)の個数密度は可能な限り低減することが好ましい。しかしながら、上述の化学組成を有する無方向性電磁鋼板および熱延鋼板において、適正酸化物の個数密度Nを3.0×103~10×103個/cm2に制御した場合、酸化物の供給源となる元素が適正酸化物の生成のために消費される。この場合、例えば、直径1.0μm未満の酸化物および直径5.0μm超の酸化物のような、上記要件を満たさない酸化物の生成は必然的に抑制される。したがって、上記要件を満たさない酸化物の個数密度を規定する必要はない。
さらに、本実施形態に係る無方向線電磁鋼板では、適正酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する。
n/N≧0.01 ・・・(i)
n/N≧0.01 ・・・(i)
La、Ce、Zr、MgおよびCa(以下、「La等」ともいう。)は、酸化物だけでなく硫化物も生成するものであるが、これら元素単体から生成される介在物は直径5μm以上と粗大である。これに対して、OおよびSiを主成分とする酸化物は上述のとおり、直径1.0~5.0μmの比較的微細でかつ分散した状態で存在することができる。ここで、OおよびSiが主体の酸化物にLa等を複合的に含有させることによって、La等の酸化物または硫化物では達成できない高い密度でこれらの元素を分散させることができる。そして、不純物元素であるSをLa等が取り込み、酸化物上に硫化物を生成し、Sを効率的かつ安定的に無害化できるものと考えられる。
上述の効果が得られるのは、適正酸化物中のLa等の濃度が合計で1.0質量%以上である場合である。また、La等を含む適正酸化物(以下、「La等含有酸化物」ともいう。)の個数密度nは、適正酸化物の個数密度Nの1%以上である。すなわち、n/Nの値が0.01以上となる。適正酸化物中のLa等の濃度は、合計で5.0質量%以上、10.0質量%以上、または、20.0質量%以上であってもよい。
なお、適正酸化物の個数密度Nは以下の手順により測定する。無方向性電磁鋼板または熱延鋼板に含まれる酸化物を、走査型電子顕微鏡(SEM)によって観察する。観察倍率は1000倍とする。観察視野の面積は25mm2とし、観察箇所数は4箇所とする(すなわち、観察視野の総面積は100mm2である)。ここで、SEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)によって、各酸化物の化学組成を測定し、各酸化物が、質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含むものであるか否かを判別する。
そして、酸化物の断面積の円相当径を酸化物の直径とみなし、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて撮影された電子顕微鏡写真の画像解析によって、各酸化物の円相当径が1.0~5.0μmであるか否かを判別する。これらの結果から、質量%でOを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物を適正酸化物とみなし、各電子顕微鏡写真における適正酸化物の位置を特定する。そして、全ての電子顕微鏡写真に含まれる適正酸化物の個数を、全ての電子顕微鏡写真の視野面積の総和で割ることによって、適正酸化物の個数密度を算出する。なお、複数の酸化物が凝集して観察される場合があるが、その場合は、個別に円相当径を測定し、直径が1.0~5.0μmであれば、それぞれを適正酸化物と判断し、その個数を全て数えることとする。
また、適正酸化物の個数密度Nに対する、La等含有酸化物の個数密度nの割合(n/N)は、以下の手順により求める。TEMに付属のエネルギー分散型X線分析装置(EDS)によって、各適正酸化物の化学組成を測定し、各適正酸化物がLa、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を合計で1.0質量%以上含むものであるか否かを判別する。適正酸化物であって、かつLa、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を合計で1.0質量%以上含むものを、La等含有酸化物とみなし、各電子顕微鏡写真におけるLa等含有酸化物の位置を特定する。そして、全ての電子顕微鏡写真に含まれるLa等含有酸化物の個数を全ての適正酸化物の個数で割ることによって、適正酸化物の個数に占める、La等含有酸化物の割合(n/N)を算出する。
また、適正酸化物を凝集させずに均一分散させるためには、適正酸化物同士の平均間隔を30~300μmとすることが好ましい。適正酸化物同士の平均間隔を30μm以上とすることで、適正酸化物が凝集分布するのを抑制し、MnSの無害化効果をより確実に発揮することができる。また、適正酸化物の凝集部において、無方向性電磁鋼板の機械特性および電磁気的特性が悪化するのを抑制することができる。したがって、適正酸化物同士の平均間隔は30μm以上であることが好ましい。
同様に、適正酸化物同士の平均間隔が300μm以下であれば、適正酸化物が適度に分散された状態であるため、MnSの析出サイトを十分に確保することが可能となる。そのため、適正酸化物同士の平均間隔は300μm以下であるのが好ましい。適正酸化物同士の平均間隔は35μm以上、40μm以上、または50μm以上であるのがより好ましい。また、適正酸化物同士の平均間隔は280μm以下、250μm以下、または220μm以下であるのがより好ましい。
適正酸化物の平均間隔は、上述の手順によって特定される、各電子顕微鏡写真における適正酸化物の粒径および位置の情報に基づき、適正酸化物同士の距離を測定し、その平均値を算出することで求める。なお、複数の酸化物が凝集して観察される場合、適正酸化物同士がくっついているため、距離が0となる場合がある。しかし、本発明においては、このような場合は、距離0のものは平均値の算出には用いないこととする。すなわち、酸化物の個数密度が同じであっても、部分的に凝集が生じている場合は、平均間隔は大きくなる。
3.結晶粒径
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の結晶粒径は特に規定されない。無方向性電磁鋼板は、上述のとおり、機械加工および歪取焼鈍を経てから使用されるところ、歪取焼鈍の条件に応じて結晶粒径が変化する。上述の使用実態を考慮すると、歪取焼鈍における粒成長性が良好である限り、無方向性電磁鋼板の段階で結晶粒径を規定することは必須ではない。しかし、平均結晶粒径を30μm以下にすると打ち抜き加工性が向上する。そのため、平均結晶粒径は30μm以下と規定してもよい。平均結晶粒径を30μm以下にするための手段としては、公知の技術を適宜用いることができる。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の結晶粒径は特に規定されない。無方向性電磁鋼板は、上述のとおり、機械加工および歪取焼鈍を経てから使用されるところ、歪取焼鈍の条件に応じて結晶粒径が変化する。上述の使用実態を考慮すると、歪取焼鈍における粒成長性が良好である限り、無方向性電磁鋼板の段階で結晶粒径を規定することは必須ではない。しかし、平均結晶粒径を30μm以下にすると打ち抜き加工性が向上する。そのため、平均結晶粒径は30μm以下と規定してもよい。平均結晶粒径を30μm以下にするための手段としては、公知の技術を適宜用いることができる。
一般に、無方向性電磁鋼板は、出荷後に機械加工および歪取焼鈍に供される。この歪取焼鈍後の平均結晶粒径が50μm以上である場合、鉄損特性が極めて向上する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は化学組成および酸化物の状態が好ましく制御されているので、750℃で2時間保持する条件で歪取焼鈍を行った後の平均結晶粒径は50μm以上となる。なお、実際の製品において、歪取焼鈍条件は上記の条件に限定されず、設備制約および結晶粒成長促進の両面を考慮して、焼鈍温度および時間を適宜変更してもよい。
無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径は以下の方法により求めることができる。無方向性電磁鋼板のL断面(圧延方向に平行な断面)を研磨およびエッチングし、光学顕微鏡で観察する。観察倍率は100倍とし、観察視野の面積は0.5mm2とし、観察箇所数は3箇所とする。これら光学顕微鏡写真に対して、JIS G 0551:2013「鋼-結晶粒度の顕微鏡試験方法」を適用することによって、無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径を求める。
4.製造方法
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法は、精錬工程、連続鋳造工程、熱延工程、酸洗工程、冷延工程、および仕上焼鈍工程を備える。これらの中でも、特に精錬工程および連続鋳造工程が、酸化物の制御のために重要である。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法は、精錬工程、連続鋳造工程、熱延工程、酸洗工程、冷延工程、および仕上焼鈍工程を備える。これらの中でも、特に精錬工程および連続鋳造工程が、酸化物の制御のために重要である。
(a)精錬工程
精錬工程において、溶鋼を製造する。本工程は、溶鋼に合金元素を添加することによって、スラブの成分を調製する工程である。この所定の合金の溶鋼への添加を完了した後、後述する連続鋳造工程を経て、溶鋼が凝固するまでの間に、酸化物の生成量は徐々に増える。さらには、浮上してスラグ中に取り込まれる酸化物も発生する。そのため、適正酸化物の個数密度を3.0×103~10×103個/cm2とするためには、まず、合金添加前の溶鋼の酸素量を、質量%で、0.010~0.050%に調整する。酸素量が不足している場合、生成する酸化物の個数密度が不足する。一方、酸素量が過剰である場合、酸化物の個数密度が過剰に増大し、かつ酸化物が凝集する。
精錬工程において、溶鋼を製造する。本工程は、溶鋼に合金元素を添加することによって、スラブの成分を調製する工程である。この所定の合金の溶鋼への添加を完了した後、後述する連続鋳造工程を経て、溶鋼が凝固するまでの間に、酸化物の生成量は徐々に増える。さらには、浮上してスラグ中に取り込まれる酸化物も発生する。そのため、適正酸化物の個数密度を3.0×103~10×103個/cm2とするためには、まず、合金添加前の溶鋼の酸素量を、質量%で、0.010~0.050%に調整する。酸素量が不足している場合、生成する酸化物の個数密度が不足する。一方、酸素量が過剰である場合、酸化物の個数密度が過剰に増大し、かつ酸化物が凝集する。
次に、Siを溶鋼に添加する。ここで、溶鋼へのSi添加量M1(質量%)と、その後の連続鋳造工程で最終的に得られるスラブ中のSi含有量M2(質量%)とが、下記(ii)式を満足するようにする。ここで、溶鋼へのSi添加量M1とは、溶鋼に添加されるSiの全質量を、溶鋼の全質量で割った値(%)である。スラブのSi含有量M2とは、スラブの化学組成におけるSi含有量であり、このスラブから得られる熱延鋼板および無方向性電磁鋼板のSi含有量と実質的に同じである。
0.90≦M2/M1≦1.10 ・・・(ii)
0.90≦M2/M1≦1.10 ・・・(ii)
スラブのSi含有量M2が、溶鋼へのSi添加量M1に対して少なすぎて、M1の0.90倍未満になった場合、SiO2としてスラグに取り込まれ溶鋼外に排出されたSiが多く、Si脱酸が進みすぎている。そのため、スラブの酸化物の個数密度を好ましい範囲内とすることができない。一方、スラブのSi含有量M2が、溶鋼へのSi添加量M1に対して多すぎて、M1の1.10倍超になった場合、Si脱酸が進展しておらず、酸化物の個数の過剰な増大、および酸化物の凝集等が生じる。
なお、上述のように、溶鋼中のSi含有量M2は、最終的に得られる熱延鋼板および無方向性電磁鋼板のSi含有量と実質的に同一の値となる。したがって、溶鋼中のSi含有量M2は0.10~1.50%とする。
また、合金添加が終了してから連続鋳造工程を開始するまでの時間は、粗大な酸化物を溶鋼から浮上させるために要する時間を考慮して、30分以上とするのが好ましい。また、合金添加が終了してから連続鋳造工程を開始するまでの時間が長すぎると、微細な酸化物が溶鋼中に残存しなくなるので、これを確保する観点から、合金添加終了から鋳造までの時間は180分以下とするのが好ましい。この時間の範囲内で合金添加前のO量、およびSi添加量を調整することで、上記規定した好適な平均間隔が得られるようになる。
(b)連続鋳造工程
精錬工程で製造された溶鋼を、連続鋳造工程において連続鋳造して、上述した化学組成を有するスラブを製造する。本工程は、一部の適正酸化物に、La等を含有させるために重要な工程である。La等は、ミッシュメタルの投入等の手段によって添加した場合、これら元素と溶鋼との間で激しい反応が生じ、鋼中酸素量の著しい減少、およびスラグ内不純物元素の溶鋼中への混入などが生じる。その上、生じる酸化物も、直径が5μmを超える非常に粗大なものとなる。
精錬工程で製造された溶鋼を、連続鋳造工程において連続鋳造して、上述した化学組成を有するスラブを製造する。本工程は、一部の適正酸化物に、La等を含有させるために重要な工程である。La等は、ミッシュメタルの投入等の手段によって添加した場合、これら元素と溶鋼との間で激しい反応が生じ、鋼中酸素量の著しい減少、およびスラグ内不純物元素の溶鋼中への混入などが生じる。その上、生じる酸化物も、直径が5μmを超える非常に粗大なものとなる。
そこで本実施形態に係る製造方法では、連続鋳造工程において、溶鋼と接触する内壁の一部または全部が、La等を含む酸化物を、質量%で、合計3~60%含有する材料によって構成されたノズルを使用する。溶鋼と接触するノズルの内壁が溶損することによって、La等を鋼中に供給する。この手法によってLa等を溶鋼に含有させた場合、鋼中の酸素およびスラグへの影響はなく、その後に生成するSi主体の酸化物とこれら元素との複合化が達成され、硫化物を効率的に無害化することができる。
(c)熱延工程
熱延工程において、連続鋳造工程によって得られたスラブを加熱した後に熱間圧延を施し、熱延鋼板とする。本工程によって、本発明の一実施形態に係る熱延鋼板が製造される。なお、熱延工程以降の工程が化学組成および酸化物の状態に実質的な影響を与えることはない。そのため、上述のように、熱延鋼板の化学組成および酸化物の状態は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板と共通している。
熱延工程において、連続鋳造工程によって得られたスラブを加熱した後に熱間圧延を施し、熱延鋼板とする。本工程によって、本発明の一実施形態に係る熱延鋼板が製造される。なお、熱延工程以降の工程が化学組成および酸化物の状態に実質的な影響を与えることはない。そのため、上述のように、熱延鋼板の化学組成および酸化物の状態は、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板と共通している。
熱間圧延前のスラブ加熱温度を1150℃未満にすることで、適正酸化物を均一に分散させ、適正酸化物同士の平均間隔を好適な範囲に調整することが可能となる。そのため、スラブ加熱温度は1150℃未満とすることが好ましい。また、圧延性確保の観点から、熱間圧延前のスラブ加熱温度の下限を1050℃とすることが好ましい。さらに、1050℃以上1150℃未満の温度範囲で15~240分保持した後、直ちに、スラブに対して熱間圧延を施すことが好ましい。
なお、熱延工程における圧下率については特に制限はないが、90%以上とすることが好ましい。また、得られる熱延鋼板の厚さについても特に制限はないが、1.0~4.0mmであるのが好ましく、2.0~3.0mmであるのがより好ましい。
(d)酸洗工程
酸洗工程において、熱延工程によって得られた熱延鋼板に対して、酸洗を施す。酸洗条件は特に限定されず、無方向性電磁鋼板の製造条件における通常の範囲内とすればよい。
酸洗工程において、熱延工程によって得られた熱延鋼板に対して、酸洗を施す。酸洗条件は特に限定されず、無方向性電磁鋼板の製造条件における通常の範囲内とすればよい。
(e)冷延工程
冷延工程において、酸洗後の熱延鋼板に対して、冷間圧延を施し、冷延鋼板とする。冷間圧延条件は特に限定されず、無方向性電磁鋼板の製造条件における通常の範囲内とすればよい。例えば、冷延工程における圧下率については、50~95%とするのが好ましく、75~85%とするのがより好ましい。
冷延工程において、酸洗後の熱延鋼板に対して、冷間圧延を施し、冷延鋼板とする。冷間圧延条件は特に限定されず、無方向性電磁鋼板の製造条件における通常の範囲内とすればよい。例えば、冷延工程における圧下率については、50~95%とするのが好ましく、75~85%とするのがより好ましい。
(f)仕上焼鈍工程
仕上焼鈍工程において、冷延工程によって得られた冷延鋼板に対して仕上焼鈍を施す。仕上焼鈍工程において、最高到達温度(冷延鋼板の温度)が850℃以上となると、結晶粒径が大きくなり過ぎ、歪取焼鈍前に施される打ち抜き加工で不良が生じる可能性がある。これを回避するため、最高到達温度は850℃未満とすることが好ましい。また、最高到達温度が800℃に満たないと、再結晶が不十分となって打ち抜き加工で不良が生じる可能性がある。これを回避するため、最高到達温度を800℃以上とすることが好ましい。また、結晶粒径が大きくなり過ぎ、歪取焼鈍前に施される打ち抜き加工で不良が生じることを回避するため、冷延鋼板の温度が800℃以上となる時間を15秒以下とすることが好ましい。
仕上焼鈍工程において、冷延工程によって得られた冷延鋼板に対して仕上焼鈍を施す。仕上焼鈍工程において、最高到達温度(冷延鋼板の温度)が850℃以上となると、結晶粒径が大きくなり過ぎ、歪取焼鈍前に施される打ち抜き加工で不良が生じる可能性がある。これを回避するため、最高到達温度は850℃未満とすることが好ましい。また、最高到達温度が800℃に満たないと、再結晶が不十分となって打ち抜き加工で不良が生じる可能性がある。これを回避するため、最高到達温度を800℃以上とすることが好ましい。また、結晶粒径が大きくなり過ぎ、歪取焼鈍前に施される打ち抜き加工で不良が生じることを回避するため、冷延鋼板の温度が800℃以上となる時間を15秒以下とすることが好ましい。
以上の工程を経て製造される無方向性電磁鋼板の厚さについて、特に制限はないが、0.1~1.0mmであるのが好ましく、0.2~0.7mmであるのがより好ましい。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
種々の条件で精錬工程および連続鋳造工程を行うことでスラブを製造し、得られたスラブに対して熱延工程、酸洗工程、冷延工程、および仕上焼鈍工程を順に行うことにより、無方向性電磁鋼板を作製した。無方向性電磁鋼板の化学組成を表1に示し、これらの製造条件を表2に示す。なお、各鋼板について、同一の条件で5回製造した。また、全ての鋼板において、仕上焼鈍工程で鋼板の温度が800℃以上となる時間は15秒以下であった。
試験No.24を除いて、鋼中のLa、Ce、Zr、Mg、Caの含有量は、連続工程におけるノズル材質の溶存のみで調整した。一方、試験No.24については、精錬工程において溶鋼中に合金元素を添加することで成分調整を行った。
得られた無方向性電磁鋼板について、以下の方法により、適正酸化物の個数密度N、適正酸化物の個数密度Nに対する、La等含有酸化物の個数密度nの割合(n/N)、適正酸化物の平均間隔、および平均結晶粒径を測定した。そして、5つの鋼板から得られた測定値を平均し、それぞれの測定結果とした。
無方向性電磁鋼板に含まれる酸化物を、SEMにより1000倍の観察倍率で観察した。観察視野の面積は25mm2とし、観察箇所数は4箇所とした(すなわち、観察視野の総面積は100mm2である)。ここで、SEMに付属のEDSによって、各酸化物の化学組成を測定し、各酸化物が、質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含むものであるか否かを判別した。
そして、酸化物の断面積の円相当径を酸化物の直径とみなし、TEMを用いて撮影された電子顕微鏡写真の画像解析によって、各酸化物の円相当径が1.0~5.0μmであるか否かを判別した。これらの結果から、質量%でOを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物を適正酸化物とみなし、各電子顕微鏡写真における適正酸化物の位置を特定した。そして、全ての電子顕微鏡写真に含まれる適正酸化物の個数を、全ての電子顕微鏡写真の視野面積の総和で割ることによって、適正酸化物の個数密度を算出した。
また、TEMに付属のEDSによって、各適正酸化物の化学組成を測定し、各適正酸化物がLa、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を合計で1.0質量%以上含むものであるか否かを判別した。適正酸化物であって、かつLa、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を合計で1.0質量%以上含むものを、La等含有酸化物とみなし、各電子顕微鏡写真におけるLa等含有酸化物の位置を特定した。そして、全ての電子顕微鏡写真に含まれるLa等含有酸化物の個数を全ての適正酸化物の個数で割ることによって、適正酸化物の個数に占める、La等含有酸化物の割合(n/N)を算出した。
適正酸化物の平均間隔は、上述の手順によって特定された、各電子顕微鏡写真における適正酸化物の粒径および位置の情報に基づき、適正酸化物同士の距離を測定し、その平均値を算出することで求めた。
さらに、無方向性電磁鋼板のL断面を研磨およびエッチングし、光学顕微鏡で観察した。観察倍率は100倍とし、観察視野の面積は0.5mm2とし、観察箇所数は3箇所とした。これら光学顕微鏡写真に対して、JIS G 0551:2013「鋼-結晶粒度の顕微鏡試験方法」を適用することによって、無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径を求めた。
続いて、得られた無方向性電磁鋼板に対して、750℃で2時間保持する歪取焼鈍を実施した。歪取焼鈍後の無方向性電磁鋼板について、以下の特性評価を実施した。
(A)歪取焼鈍後の鉄損
上述の歪取焼鈍後の鋼板の鉄損(W15/50)を、JIS C 2552:2014「無方向性電磁鋼帯」に準拠して測定した。歪取焼鈍後の鋼板のW15/50が5.0W/kg以下である無方向性電磁鋼板を、歪取焼鈍後の鉄損特性に優れたものと判断した。
上述の歪取焼鈍後の鋼板の鉄損(W15/50)を、JIS C 2552:2014「無方向性電磁鋼帯」に準拠して測定した。歪取焼鈍後の鋼板のW15/50が5.0W/kg以下である無方向性電磁鋼板を、歪取焼鈍後の鉄損特性に優れたものと判断した。
(B)歪取焼鈍後の磁束密度
上述の歪取焼鈍後の鋼板の磁束密度(B50)を、JIS C 2552:2014「無方向性電磁鋼帯」に準拠して測定した。歪取焼鈍後の鋼板のB50が1.70T以上である無方向性電磁鋼板を、歪取焼鈍後の磁束密度に優れたものと判断した。
上述の歪取焼鈍後の鋼板の磁束密度(B50)を、JIS C 2552:2014「無方向性電磁鋼帯」に準拠して測定した。歪取焼鈍後の鋼板のB50が1.70T以上である無方向性電磁鋼板を、歪取焼鈍後の磁束密度に優れたものと判断した。
(C)歪取焼鈍における粒成長性
上述の歪取焼鈍後の鋼板の平均結晶粒径を、上述の無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径の測定方法と同じ方法を用いて測定した。歪取焼鈍後の平均結晶粒径が50μm以上である無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍における粒成長性が良好であると判断された。
上述の歪取焼鈍後の鋼板の平均結晶粒径を、上述の無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径の測定方法と同じ方法を用いて測定した。歪取焼鈍後の平均結晶粒径が50μm以上である無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍における粒成長性が良好であると判断された。
(D)打ち抜き加工性
歪取焼鈍を行う前の、仕上焼鈍後の無方向性電磁鋼板を用いて打ち抜き加工性の評価を行った。具体的には、板厚の7%以上12%以下のクリアランスで、鋼板を打抜いた。打ち抜き部におけるカエリ高さを測定した。カエリ高さが30μm以下となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「良好」(記号A)と判定した。カエリ高さが30μm超100μm以下となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「可」(記号B)と判定した。カエリ高さが100μm超となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「不可」(記号C)と判定した。
歪取焼鈍を行う前の、仕上焼鈍後の無方向性電磁鋼板を用いて打ち抜き加工性の評価を行った。具体的には、板厚の7%以上12%以下のクリアランスで、鋼板を打抜いた。打ち抜き部におけるカエリ高さを測定した。カエリ高さが30μm以下となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「良好」(記号A)と判定した。カエリ高さが30μm超100μm以下となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「可」(記号B)と判定した。カエリ高さが100μm超となった試料に関しては、打ち抜き加工性を「不可」(記号C)と判定した。
上記評価結果を表3に示す。
表3に示されるように、本発明の規定を満足する試験No.1~8、22、23および25~27では、優れた磁気特性を安定的に発揮することが分かる。一方、化学組成が本発明の規定を満足しない試験No.9~16では、鉄損および磁気特性の少なくともいずれかが劣化する結果となった。また、試験No.17では、La、Ce、Zr、MgおよびCaのいずれも含有しないため、La等含有酸化物が形成されなかった。そのため、鉄損の平均値は低くなるものの、安定的にMnSを無害化することができないため、鉄損の最大値が高くなった。
試験No.18~21では、製造条件が不適切であったため、適正酸化物の個数密度が規定範囲から外れ、その結果、鉄損が劣化する結果となった。さらに、試験No.24では、ノズル材質の溶存を活用せず、精錬工程において溶鋼中にMgおよびCeを添加することで成分調整を行ったため、La等含有酸化物が十分に形成されなかった。その結果、鉄損の平均値は低くなるものの、安定的にMnSを無害化することができないため、鉄損の最大値が高くなった。
本発明によれば、歪取焼鈍における粒成長性が良好で、磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板を低コストで安定的に提供できる。したがって、本発明は極めて高い産業上の利用可能性を有する。
Claims (10)
- 化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
無方向性電磁鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i) - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
Sn:0.50%以下、
を含有する、
請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記酸化物同士の平均間隔が30~300μmである、
請求項1または請求項2に記載の無方向性電磁鋼板。 - 平均結晶粒径が30μm以下であり、かつ、
750℃で2時間保持する条件で歪取焼鈍を行った後の平均結晶粒径が50μm以上である、
請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
溶鋼を製造する精錬工程と、
前記溶鋼を連続鋳造して、請求項1または請求項2に記載の化学組成を有するスラブを製造する連続鋳造工程と、
得られた前記スラブを加熱した後に熱間圧延を施し、熱延鋼板とする熱延工程と、
前記熱延鋼板に対して、酸洗を施す酸洗工程と、
酸洗後の前記熱延鋼板に対して冷間圧延を施し、冷延鋼板とする冷延工程と、
前記冷延鋼板に対して仕上焼鈍を施す仕上焼鈍工程と、を備え、
前記精錬工程において、
合金添加前の前記溶鋼の酸素量を、質量%で、0.010~0.050%とし、
次いで、前記溶鋼へのSi添加量M1と、前記スラブ中のSi含有量M2とが、下記(ii)式を満足するように調整し、
前記連続鋳造工程において、前記溶鋼と接触する内壁の一部または全部が、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上を含む酸化物を、質量%で、合計3~60%含有する材料によって構成されたノズルを使用する、
無方向性電磁鋼板の製造方法。
0.90≦M2/M1≦1.10 ・・・(ii) - 前記精錬工程において、合金添加が終了してから前記連続鋳造工程を開始するまでの時間を30~180分の範囲内とし、
前記熱延工程において、前記スラブの温度が1050℃以上1150℃未満となる範囲内で15~240分保持した後、直ちに、前記スラブに対して熱間圧延を施す、
請求項5に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記仕上焼鈍工程において、前記冷延鋼板の温度を800℃以上850℃未満とする、
請求項5または請求項6に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の素材となる熱延鋼板であって、
化学組成が、質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:0.10~1.50%、
Mn:0.10~1.50%、
sol.Al:0.0050%以下、
N:0.0030%以下、
S:0.0040%以下、および
O:0.0050~0.0200%、を含有し、
La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の元素を、合計で0.0005~0.0200%含有し、
残部:Feおよび不純物であり、
質量%で、Oを20~60%、およびSiを20~60%含み、直径が1.0~5.0μmである酸化物の個数密度Nが、3.0×103~10×103個/cm2であり、かつ、
前記酸化物のうち、質量%で、La、Ce、Zr、MgおよびCaからなる群から選択される1種以上の前記元素を合計で1.0%以上含む酸化物の個数密度nが、下記(i)式を満足する、
熱延鋼板。
n/N≧0.01 ・・・(i) - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、質量%で、
Sn:0.50%以下、
を含有する、
請求項8に記載の熱延鋼板。 - 前記酸化物同士の平均間隔が30~300μmである、
請求項8または請求項9に記載の熱延鋼板。
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