JPH0463252A - 磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｓｉ含有量が２．０〜３．５％のいわゆる高
級無方向性！磁鋼板に係わり、特に大型モーターや発電
機などの大型回転機の鉄心に適した低鉄損で高磁束密度
の無方向性電磁鋼板に関する。

（従来の技術） 無方向性電磁鋼板は、磁気特性の板面内異方性が小さい
という特徴を活かしてモーターなどの回転機の鉄心に多
く用いられており、磁気特性としては鉄損と磁束密度が
重視される。鉄損は鉄心を磁化するときに発生する熱損
失で、この値が低い材料はど機器の電力ロスが小さい。

磁束密度は鉄心への磁気エネルギーの集中度を示し、こ
の値が高い材料はど機器を小型化できる。

一般に大型機器では小型機器より低鉄損の高級材が必要
とされる。これは鉄損による発熱量は鉄心の体積に比例
するのに対し、放熱量は表面積にしか比例しないことか
ら、機器が大型になるほど冷却が難しくなるためである
。この鉄損は渦電流損とヒステリシス損の二つの要因に
支配される。

渦電ｆｔ損は磁化により誘起された渦電流による損失で
、鋼の比抵抗と板厚に依存する。板厚は薄いほど渦電流
損は低くなるが、あまり薄いと積層作業が煩雑になるの
で、ＪＩＳ規格では０．６５ｍｍ１゜０．５抛−および
０．３５ｍ−の３種の板厚が規定されている。材料的に
は鋼の比抵抗が高いほど渦電流損は低（なり、一般に合
金元素の添加が有効である。

特にＳｉは単位添加量あたりの比抵抗増加率が太きく、
しかも安価であることから多く用いられている。また、
Ａ１およびＭｎも同様の効果があるので、高級！磁鋼板
ではよく用いられている。無方向性電磁鋼板の場合、板
厚が同しであれば渦電流損は比抵抗値からほぼ一義的に
決まるのでＳ】などの合金元素の添加量もグレードに応
して概ね決まることになる。

一方、ヒステリシス損は磁化過程における磁壁移動の妨
げとなる微細な析出物や結晶粒界が少ないほど低くなる
。従って、高級を磁鋼板では素材に高純度の鋼を用いた
上で結晶粒を成長させることが製造におけるポイントと
なる。成分的にはＣやＳ、ＮおよびＯ（＃素）のような
微細析出物の原因となる不純物元素の含有量をできるだ
け低く抑え、ＴｉやＮｂ、■、Ｚｒなどの炭窒化物形成
元素の混入を厳しく制限することが重要とされる。微細
な析出物はそれ自身が磁壁移動を妨げる上、粒成長も阻
害する。　ＡＩも微細なＡＩＮを生成し、同しような悪
影響を与えるので、Ｓｉ含有量の少ない低級１を磁鋼板
では添加されない場合が多いが、高級電磁鋼板では比抵
抗を増加させる目的で添加している。この場合は通常０
．１％以上の多量添加により析出物を粗大化して結晶粒
成長への悪影響を避けている。また、結晶粒の成長と併
せてその粒度調整も重要で、ヒステリシス損は結晶粒が
大きくなるほど低くなる。粒成長を促進させるためには
できるだけ高温焼鈍することが望ましく、α／γ変態が
ない高Ｓｉ鋼では原理的には焼鈍温度の制限はない。し
かし、ＳｉやＭｎあるいはＡＩを多く含む鋼板を高温で
焼鈍すると、鋼板表面で内部酸化や窒化が起こり易く、
磁気特性が逆に劣化することがある。高温焼鈍時の窒化
防止にはｓｂやＳｎなど特殊元素の添加がを効であり、
内部酸化防止には焼鈍雰囲気の露点調整や特殊な物質を
鋼板表面に塗布する方法などが有効であるとされている
が、必ずしも十分とは言い難い。

ところで、以上述べた鉄損改善の手法はいずれも磁束密
度の観点からは不利な方向にある。即ち、渦電流損低減
のためＳｉなどの合金元素を多量に添加すると、鉄の含
有量がその分だけ減り磁束密度は必然的に低下する。ヒ
ステリシス損を下げるため結晶粒を成長させると、磁気
特性に不利な集合組織（結晶学的配向）が発達しやすく
なり、磁束密度は低下する。

磁束密度と鉄損を両立させる手段としては、集合組織を
制御するのが有効であることが知られている。方向性！
磁鋼板はこの手段を最大限に利用したものであり、磁化
が容易なく　１００　＞軸を圧延方向に揃えることで、
その方向の鉄損と磁束密度を同時に向上させている。無
方向性ｔＭ１鋼板の場合は圧延面に平行な（１００）面
をもった結晶粒を多くすればよいが、今のところそれを
工業的に実現した高級無方向性電磁鋼板は現れていない
。

特開昭５８−２５４２７号公報には集合組織を利用した
無方向性を磁鋼板の製造方法が開示されている。

この方法ではＳｉをほとんど含まない高Ａｌ鋼（ＡＩ　
：０．６〜３．０％）を素材に用いると、焼鈍によって
（１００）の強い集合組織が発達し、磁束密度と鉄損が
同時に改善されるとあるが、素材鋼はＳｉ量が少ないた
め、得られる無方向性！磁鋼板は比較的高い鉄損レベル
である。

また、特開昭５８−２３４１０号公報に、２．５％以上
の３１と１．０％以上の屓を含む鋼を用い、冷間圧延を
高圧下率で、仕上焼鈍を１０５０°Ｃ以上の温度で３秒
以上６０秒未満という条件で行う低鉄損で高磁束密度の
無方向性！磁鋼板の製造方法が開示されている。しかし
、この方法の場合、仕上焼鈍の時間が６０秒未満と短い
とはいえ、このような高温で処理すると内部酸化や表面
疵などが発生する危険性が高い。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は上記の状況に鑑み、窒化や内部酸化などの問題
がなく、工業的に安定して生産することができる低鉄損
で高磁束密度の無方向性！磁鋼板を提供することを目的
とする。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、高Ｓｉ鋼の磁気特性に及ぼす合金元素の
影響を種々調査する過程で、ＡＩと一〇を複合添加した
場合のみ鉄損と磁束密度が同時に改善されることを見出
した。

上記知見に基づく本発明は「重量％で、Ｓｌ：２．０％
を超え３．５％未満、Ｍｎ　：　１．０％を超え２．０
％未満、Ａｌ　：　１．０％を超え２．０％未満で、か
つＳｉ（％）＋＾１（％）＋０．５×Ｍｎ（％）の総和
が５．０％未満となるように含有し、残部がＦｅおよび
不可避不純物からなり、不純物としてのＣ，Ｓ、Ｎおよ
び０がいずれも０．００５％以下である磁気特性の優れ
た無方向性ｔＭｉ鋼板」を要旨とする。

上記組成からなる本発明の無方向性ｉｔ磁鋼板が低鉄損
で磁束密度に優れるのは、ＡＩと−ｎの相乗効果による
。その詳細な機構は今のところ十分には解明されていな
いが、ＡＩおよびＭｎが冷延圧延後の焼鈍時に集合組織
形成を通して磁気特性に好影響を与えているためである
と考えられる。

即ち、（１００１集合組織の形成には冷間圧延前の結晶
粒径が影響すると言われており、冷間圧延前の結晶粒径
を制御するため高級品では熱延板焼鈍を行うが、この時
、ＡＩのみが多い材料では結晶粒が大きくなりすぎ、ま
たＭｎのみが多い材料では逆に小さくなりすぎるが、Ａ
ＩとＭｎの共存下ではこれらの元素の作用が相殺されて
適正な粒径になるためと考えられる。またＡＩとＭｎを
多量に添加することによりＡＩＮやＭｎＳが粗大化し易
くなり、結晶粒成長性を改善すると同時に集合組織形成
にも好ましい影響を与えているものと推定される。

（作用） 以下、本発明の１！磁鋼板における合金元素の作用効果
とその含有量を前記のように限定した理由を説明する。

Ｓｌ　： Ｓｉは比抵抗を高めて渦電流損を低減するのに有効であ
り、高級無方向性電磁鋼板として必要な鉄損を得るため
２．０％を超える含有量とする。　Ｓｉが２．０％以下
では鉄損が目標どおりに低くならない。

一方、必要以上にＳｉを含有すると冷間圧延性が損なわ
れるので、上限は３．５％未満とする。

Ｍｎ： Ｍｎは高級電磁鋼板ではＳによる熱間脆性を防ぐため添
加されるが、特殊な場合を除き含有量が１．０％を超え
ることはない０本発明ではＭｎは集合組織制御による磁
気特性の改善を目的に１．０％を超えて積極的に含有さ
せる。Ｍｎが１．０％以下では目的とする効果が得られ
ない。しかし、必要以上に多く添加すると鋼が脆化し、
且つ結晶粒の成長性が悪化するので、含有量の上限は２
．０％未満とする。

Ｍｎは前記効果の他に、比抵抗の増加にも有効であり、
しかも冷間圧延性をあまり損ねない元素である。従って
、Ｍｎの多量添加により靭性劣化傾向の強いＳｉの含有
量を低減することができる利点もある。

Ａｌ： ＡＩは一般に高級電磁鋼板では比抵抗の増加とＡＩＮの
粗大化を目的に０．１〜１．０％含有されるが、本発明
ではＭｎと同様に集合組織の改善のため１．０％を越え
て含有させる。　ＡＩが１．０％以下では目的の効果が
得られず、２．０％以上含有すると鋼が詭化し冷間加工
性が損なわれる。

本発明では、Ｓｉ、　ＭｎおよびＡＩの含有量は、それ
ぞれ前記範囲内で且つ下記０式を満たすようにすＳｉ（
％）＋Ａｌ（％）＋Ｑ、５ＸＭｎ（％）＜５．０％・・
■この０式の左辺の総和は、綱の比抵抗にほぼ比例し、
鉄損の指標となるものである。目的の低鉄損を確保する
には、総和が３．５％を超える必要があるが、これはＳ
ｉ、　ＭｎおよびＡ１の含有量がそれぞれ前記範囲に入
っておれば自動的に満足される。

しかし、Ｓｉ、ＭｎおよびＡ１の含有量がそれぞれ前記
範囲に入っていても総和が５．０％以上になると冷間圧
延性などが著しく劣化し、工業的に安定して製造するの
が困難となる。

Ｃ，Ｓ、Ｎ、Ｑ： これらの不純物元素は微細な析出物を生成して磁気特性
を劣化させるので、いずれも０．００５％以下に抑えな
ければならない、望ましくは、Ｃは炭化物による磁気時
効を防ぐため０．００３％以下、ＳはＭｎＳの微細析出
物を減らすため０．００２％以下、ＮはＡＩＮなどの窒
化物を減らすため０．００２％以下、０は酸化物を減ら
すため０．００２％以下に抑えるのがよい。

なお、不可避的に混入するＴ１、Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｖな
どの炭窒化物形成元素はできるだけ少なくする必要があ
るのは従来と同様である。また、Ｂは０．００５％以下
含まれていても本願の効果を損なうことはない。

上記の組成を有する本発明の無方向性！磁鋼板は、下記
の工程で製造することができる。

〔素材鋼〕−〔熱間圧延工程〕−［熱延板焼鈍工程］−
〔１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延工程〕−
〔最終焼鈍工程〕 本発明の低鉄損で高磁束密度の無方向性ｔＭ１鋼板は、
上記各工程に煩雑な条件を付けなくても製造することが
できるが、望ましい各工程の条件は下記のとおりである
。

Ｃ熱間圧延工程〕 熱間圧延工程におけるスラブ加熱温度は１１００〜１２
５０℃の範囲、望ましく　１１５０〜１２００℃の範囲
とするのがよい、ＭｎＳの微細析出による磁気特性劣化
を防ぐには低温加熱の方がよいが、あまり低温では熱延
仕上げ温度の確保が困難となりコイル内での磁気特性の
バラツキが増えたり、表面疵が発生し易くなる。熱延仕
上げ温度は高い方が磁気特性が良好で、普通８００°Ｃ
以上が適当である。また巻取り温度も高い方がよいが、
酸洗性が悪くなるのでそれらの兼ね合いで６００°Ｃ前
後が適当である。

［熱延板焼鈍工程］ 高級！磁鋼板では、熱間圧延の後で加工＆１１織を再結
晶させるため熱延板焼鈍を行う。この温度は高い方がよ
く普通８００℃以上で行うが、あまり高温になると結晶
粒が粗大化し過ぎ冷間圧延性を損なうことがあるので、
１１００“６位を上限とするのがよい、熱延板焼鈍は、
磁気特性および表面性状を改善することを目的に行うも
のであるが、場合によっては窒化や内部酸化が生じて全
く逆の結果上なることがある。このため従来、焼鈍条件
に細心の注意を要し、しかも互いに相反する要因を両立
させようとするため必ずしも十分満足すべき状態での処
理ができなかった０本発明の無方向性Ｎｆｎ＃４板は比
較的低い温度で処理しても結晶粒径の制御が容易である
ため、従来のような高温で処理しなくでも結晶粒径を制
御することができる。

［冷間圧延工程〕 冷間圧延は、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上のどちら
でもよい、−回冷延法を採用する場合は６０〜９０％の
圧下率で最終板厚にするのがよい。特に鉄損を重視する
場合は中間焼鈍を含む二面冷延法を採用するのがよい、
中間焼鈍は仕上げ焼鈍と同様の条件でおこなうのがよい
。

〔最終焼鈍工程〕

最終焼鈍および前記の中間焼鈍は９５０〜ｌ０５０”Ｃ
で行うのがよい、最終焼鈍および中間焼鈍は高温で行う
方が結晶粒が大きくなりヒステリシス損低減に有効であ
るが、従来のような高い温度であると窒化や内部酸化の
問題が発生し、また結晶粒径も粗大化して渦を潰損の点
から不利となる０本発明の無方向性電磁綱板は粒径の制
御も容易であるので、低い温度で最適な粒径とすること
ができる。

（実施例） 第１表に示す組成の鯛を溶解し、下記の製造工程で０．
５ｍｍ厚さの薄板とした。なお、それぞれの鋼の成分は
比抵抗のレベルがほぼ同一となるように調整した。

熱間圧延は、加熱温度１１５０°Ｃ１仕上げ温度８５０
°Ｃ，巻取り温度５５０°Ｃの条件で２．３ｍｍ厚に仕
上げた。熱延板は酸洗した後、１００％Ｈ２の雰囲気中
で１時間均熱する熱処理を施し、次いで、７８％の圧下
率で０．５＋ｓｗ厚まで冷間圧延した。最終焼鈍は９゜
％Ｎｚ　　１０％Ｈ２の雰囲気中で６０秒保持する模擬
連続焼鈍を行った。

最終焼鈍の後、Ｌ方向（圧延方向）と下方向（圧延方向
に直角）より試験片を採取し、磁気特性を測定した。磁
気特性はＬ方向と下方向の平均値で評価した。第２表に
試験結果を示す。

（以下、余白） 第２表より、本発明鋼（述１〜４）は、いずれも良好な
磁気特性を有していることが明らかである。

これに対して、Ｓｌが低い比較鋼（ＮＯ，５）および八
）とＭｎが両方とも本発明で定める範囲外の比較鋼（Ｎ
ｌ１６）は、鉄損と磁束密度のいずれもが本発明鋼より
劣っている。また、Ｍｎのみが本発明で定める範囲外の
比較１１（Ｎｌ１７）は磁束密度は比較的よいが鉄損が
悪く、＾ｌのみが本発明で定める範囲外の比較ｍ１（Ｎ
１１Ｂ）は、逆に鉄損はよいが磁束密度が劣る。

（発明の効果） 本発明の無方向性ｉｒｉ１１ｍ板は、鉄損が低く、しか
も高磁束密度であり、また、製造方法に特殊な制約もな
く工業的に安定して製造することができる０本発明の無
方向性ｉｔＭ１鋼板は、大型のモーターや発電機などの
性能向上に大きく寄与する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ｓｉ：２．０％を超え３．５％未満、Ｍｎ：
   １．０％を超え２．０％未満、Ａｌ：１．０％を超え２
   ．０％未満で、かつＳｉ（％）＋Ａｌ（％）＋０．５×
   Ｍｎ（％）の総和が５．０％未満となるように含有し、
   残部がＦｅおよび不可避不純物からなり、不純物として
   のＣ、Ｓ、ＮおよびＯがいずれも０．００５％以下であ
   る磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板