JPH0686625B2 - 高抗張力無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高抗張力無方向性電磁鋼板の製造方法に係わ
り、高速回転機用の低鉄損で強度の高い磁性材料および
電磁開閉器用の耐摩耗性に優れた磁性材料として好適な
ものを製造する方法に関する。

（従来の技術） 従来、回転機器に要求されていた回転数は、高々10万rp
m程度であり、ローター（回転子）用材料には積層され
た電磁鋼板が用いられてきた。最近、20〜30万rpmもの
超高速回転が要求されるようになり、ローターに加わる
遠心力が、電磁鋼板の強度を上回る可能性が出てきた。

このため超高速回転機には、通常、電磁鋼板の代わりに
充分な強度を持つ鋳鋼製のソリッドローターが使用され
る。しかし、この場合、鋳鋼ブロックからローターを削
り出すという複雑な加工工程が必要になるためコストが
高く、しかも積層タイプに比べ渦電流損失が大きく、電
動機の効率が著しく低下するという問題点が生じる。

また、電磁開閉器はその用途上、使用するにつれて接触
面が摩耗するため、電磁特性だけでなく耐摩耗性の優れ
た磁性材料が望まれる。

このようなニーズに対応して、最近では高抗張力を有す
る無方向性電磁鋼板について検討され、いくつか提案さ
れている。例えば、特開昭60-238421号公報は、Siを3.5
〜7.0％と高め、さらにMn:0.1〜11.5％、Ni:0.1〜20.0
％、Co:0.5〜20.0％、Ti:0.5〜3.0％、W:0.05〜3.0％、
Mo:0.05〜3.0％、Al:0.5〜13.0％の固溶体強化成分の１
種または２種以上を1.0〜20.0％含有させたスラブを素
材とし、熱延後、熱延板に100〜600℃の温間圧延を繰返
して最終板厚に圧延し、焼鈍し、抗張力が50kg/mm²以上
の高抗張力無方向性電磁鋼板を製造する方法である。

これは圧延の困難な高Si含有量としているので、面倒な
温間圧延を必須としているが、圧延時に板破断の発生が
多くなる恐れがあり、生産性の低下、歩留りの低下をも
たらすなど改善の余地がある。

特開昭61-84360号公報ではNi:8〜20％、Mo:0.2〜5.0
％、Al:0.1〜2.0％、Ti:0.1％〜1.0％、Cr1.0〜10.0％
を含有する高速回転電動機用の高抗張力軟磁性材料が提
案されている。これは特にNiを、またMo、Crを多量に含
有しているために極めて高価な材料となる。

さらに特開昭61-9520号公報はSi:2.5〜7.0％と、Ti:0.0
5〜3.0％、W:0.05〜3.0％、Mo:0.05〜3.0％、Ni:0.1〜2
0.0％、Al:0.5〜13.0％の１種または２種以上を1.0〜2
0.0％含有する溶鋼から、急冷凝固法により高抗張力無
方向性鋼板を製造せんとするものである。これはプロセ
スが特殊であるために、通常の電磁鋼板の製造設備では
製造できず、工業的に生産することがむずかしいと考え
られる。

（発明が解決しようとする問題点） このように、高抗張力の無方向性電磁鋼板の製造につい
て提案がなされているが、通常の電磁鋼板製造設備を用
いて、工業的に安定して製造するまでに到っていないと
いうのが実情である。

さらに高抗張力無方向性電磁鋼板は前述の如く超高速回
転電動機器および電磁開閉器用材料として使用されるの
で、高抗張力である他に、鉄損が低く、かつ磁束密度が
すぐれている必要がある。

本発明は、抗張力TSが60kg/mm²以上の高強度で、耐摩耗
性をもつとともに、磁束密度B50が1.60T以上のすぐれた
磁気特性を兼ね備えた高抗張力無方向性電磁鋼板を、例
えば冷間圧延時に板破断等のトラブルを生じることな
く、安定してオンラインで製造することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明者達は前記目的を達成すべく種々実験し検討を重
ねてきた。即ち本発明はC:0.01％超0.10％以下、Si:2.0
％以上3.5％以下、Mn:0.1％以上10.0％以下、P:0.30％
未満、Al:0.03％以上1.50％以下、B:0.010％以下さらに
必要に応じてNi:6.0％以下、Cr:5.0％以下、Mo:5.0％以
下、Cu:0.4％以下の１種または２種以上を含有し、残部
が鉄および不可避不純物からなるスラブを、熱間圧延
し、熱延仕上出口から巻取り間のを均冷却速度で800℃
／分以上で急冷し、600℃以下の温度で巻取り、熱延板
または冷間圧延途中中間板を600℃以上1000℃以下の温
度で脱炭焼鈍し、Ｃ含有量を0.005％以下に減じるとと
もに、鋼組織を均質化し、その後、冷間圧延し、焼鈍し
て、高抗張力でかつ磁気特性のすぐれた無方向性電磁鋼
板の製造法で、板破断などのトラブルを生ぜずに安定し
た製造方法である。

Ｃは磁気特性を劣化させるので製品板の段階では0.005
％以下にすることが望ましいが、スラブの段階までは鋼
中の酸素含有量を経済的に減じ、介在物を少なくするた
めにＣが含有されていてもよく、そのためには0.01％超
の含有が必要である。一方、その含有量が余りにも多く
なると、脱炭焼鈍に要する時間が長くなり、内部酸化を
生じることもあるので0.10％以下とする。

Siは鋼の固有抵抗を高めて渦電流を減らし、鉄損を低下
せしめるとともに、抗張力を高めるが、添加量が2.0％
未満ではその効果が小さい。また3.5％を超えると鋼を
脆化させ、さらに製品の磁束密度を低下させるため3.5
％以下とする。

Mnは鋼の抗張力を高めるとともに、固有抵抗を高め鉄損
を低下させるが、0.1％未満では効果が少なく、10.0％
を超えると製品の磁束密度が低下するので、0.1〜10.0
％とする。好ましくは1.0％超〜5.0％である。

Ｐは抗張力を高める効果の著しい元素であるが、0.3％
を超えると脆化が激しく、工業的規模での熱延、冷延等
の処理が困難になるため、上限を0.30％とする。

鋼板から鉄心などの製品を打抜きまたは剪断ままの端面
で使用する場合、150℃以上の雰囲気に長時間さらされ
ると、P0.03％超で見掛け上、伸び劣化を生じることが
ある。

これは高張力鋼板の破断面が比較的マイクロクラックを
内在しやすいことおよび歪時効等に起因すると考えられ
る。

従って用途上、時効後の伸びが問題になる場合、 平滑かつ歪の残留しない端面加工法を採用する。

サンドペーパーで打抜き、剪断の表面層を除去する等
が有効である。

また成分的にP0.03％以下とすれば、上記問題は生じな
い。

Alは脱酸剤として、少なくとも0.03％は必要であり、ま
たAlを含有させることにより、強度が向上し、固有抵抗
増加により鉄損も低下するが、1.50％を超えると脆化が
問題になるため、0.03〜1.50％とする。

Ｂは結晶粒界に偏折、Ｐは粒界偏折による脆化を抑制す
る効果があるが、0.010％を超えると著しく脆化するた
め、上限を0.010％とする。

さらに必要に応じてNi、Cr、Mo、Cuの中から１種または
２種以上を含有して抗張力の向上を図ることができる。

Niは磁気特性への悪影響が少なく、抗張力向上に有効で
あるが、0.3％未満では効果が少なく、6.0％超では磁束
密度の低下が大きいので添加する場合、0.3〜6.0％とす
る。

Cr、Mo、Cuとも磁気特性への悪影響が少なくて抗張力、
降伏強さを向上させる作用があり、このためには、Crは
5.0％以下、Moは5.0％以下、Cuは0.40％以下の範囲で含
有する必要がある。

前記成分を含み、残部が鉄および不可避的不純物からな
る鋼スラブは、転炉で溶製され、連続鋳造あるいは造塊
−分塊圧延により製造される。

鋼スラブは公知の方法で加熱され、ついで例えば0.5〜
3.5mmの板厚に熱間圧延される。熱間圧延の仕上出口か
ら巻取りまでの冷却速度の制御は、鋼板の冷延性を高め
るために重要であり、平均冷却速度800℃／分以上で冷
却する。

さらに巻取温度も重要で600℃以下で巻取る。この範囲
以外の条件、すなわち平均冷却速度が800℃／分未満の
冷却、または600℃超の温度で巻取った場合、脆化し、
その後の冷却圧延時に板破断が多発する。

熱間圧延後は熱延板または冷間圧延の途中の中間板を脱
炭焼鈍する。該焼鈍は600℃以上1000℃以下の温度で湿
潤雰囲気で行い、Ｃ含有量を例えば0.005％以下に減じ
て磁気特性の向上を図るとともに、鋼板位置による鋼組
織の不均一を解消し、この面からの磁気特性の向上と安
定化を図る。このためには600℃以上で焼鈍する必要が
ある。

一方、この温度が余りにも高くなると結晶粒が粗大化
し、抗張力が低下し、目的の高抗張力が得られないので
1000℃以下とする。

その後、冷間圧延し、例えば0.2〜1.0mmの板厚にし、70
0℃以上900℃以下の温度で５秒以上15分間以下の焼鈍を
行う。

冷延板の焼鈍は700℃未満または５秒未満では、鉄損の
低下と磁束密度の向上を図る十分な焼鈍効果があらわれ
ず、また圧延組織が残ったり平坦度が改善されないまま
残る。900℃または15分を超えると結晶粒が粗大化する
ため強度が低下し、高抗張力鋼板とならない。

この冷延板の焼鈍においても、脱炭を行なってもよい。
この場合には焼鈍の前半から中間にかけて脱炭し、鋼板
はドライ雰囲気で焼鈍することが望ましい。

（実施例） 実施例１ C:0.0325％、Si:3.1％、Mn:1.4％、P:0.100％、Al:0.65
8％、B:0.0044％を含有し、残部が鉄および不可避的不
純物からなる鋼スラブ供試材Ａと、さらにNiを1.45％、
Crを0.5％、Moを0.1％、Cuを0.3％含有し、残部が鉄お
よび不可避的不純物からなる鋼スラブ供試材Ｂを、熱間
圧延で板厚2.0mmとし、熱延仕上げ圧延〜巻取までの平
均冷却速度を500〜2000℃／分、巻取温度を400〜650℃
の範囲で変化させた熱延板を、脱炭焼鈍によりＣは0.00
35％とし、冷間圧延で板厚0.5mmにしたあと、（650〜92
5）℃×30秒間の焼鈍を行い、機械的性質およびW15/50
の鉄損とB50の磁束密度を測定した。

なお、磁気測定には30mm×320mmのエプスタイン試験片
（圧延方向および直角方向半量ずつ）を用いた。また熱
延板の結晶粒界のＰ偏折濃度をオージェ分析装置で分析
した。

結果を第１表に示す。

第１表に示された結果から明らかなように、本発明の条
件にて製造した試料A5、A7、A9、B11、B13:B14は板破断
を生じることなく圧延され、降伏強さYPは63〜67kg/m
m²、抗張力TSは74〜75kg/mm²で高い強度特性をもち、さ
らに鉄損W15/50、磁束密度B50とも優れている。

実施例２ 重量％でC:0.01〜0.10％、Si:1.5〜3.11％、Mn:0.04〜1
1.0％、P:0.05〜0.501％、Al:0.001〜2.0％、B:0.000〜
0.0100％、その他Ni、Cr、Mo、Cuの一部を含有し、残部
が鉄および不可避的不純物から鋼スラブ供試材を熱間圧
延で、板厚2.0mm、熱延仕上げ圧延〜巻取までの冷却速
度を2000℃／分、巻取温度を400℃で処理し、熱延板焼
鈍あるいは冷間圧延途中の中間板でC0.0025％まで脱炭
した鋼板を、最終板厚0.5mmに冷却し、750℃×30秒間の
焼鈍を施したあと機械的性質および磁気特性を測定し
た。

なお、磁気特性30mm×320mmのエプスタイン試験片を圧
延方向および直角方向からそれぞれ半量ずつ剪断してW1
5/50の鉄損とB50の磁束密度を測定した。

結果を第２表に示す。

第２表に示された結果から明らかなように、本発明の条
件で製造した試料１〜９は、板破断を生じることなく圧
延され、降伏強さYPは61〜65kg/mm²、抗張力TSは70〜75
kg/mm²、高い強度特性をもち、さらに鉄損W15/50、磁束
密度B50も優れている。

（発明の効果） 以上のように、本発明によると、高強度で耐摩耗性を有
し、磁気特性のすぐれた超高速回転機および電磁開閉器
用材料に好適な無方向性電磁鋼板が、安定して製造され
る。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で C:0.01％超0.10％以下 Si:2.0％以上3.5％以下 Mn:0.1％以上10.0％以下 P:0.30％未満 Al:0.03％以上1.50％以下 B:0.010％以下 を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなるスラ
   ブを、熱間圧延し、熱延仕上出口から巻取り間の平均冷
   却速度を800℃／分以上として冷却し、600℃以下の温度
   にて巻取り、熱延板または冷間圧延途中の中間板を、60
   0℃以上1000℃以下の温度で脱炭焼鈍し、冷間圧延し、7
   00℃以上900℃以下の温度で、５秒以上15分間以下の焼
   鈍を行うことを特徴とする高抗張力無方向性電磁鋼板の
   製造方法。
2. 【請求項２】重量％で C:0.01％超0.10％以下 Si:2.0％以上3.5％以下 Mn:0.1％以上10.0％以下 P:0.30％未満 Al:0.03％以上1.50％以下 B:0.010％以下 さらにNi:6.0％以下 Cr:5.0％以下 Mo:5.0％以下 Cu:0.40％以下 の１種または２種以上を含有し、残部が鉄および不可避
   的不純物からなるスラブを、熱間圧延し、熱延仕上出口
   から巻取り間を平均冷却速度800℃／分以上として冷却
   し、600℃以下の温度で巻取り、熱延板または冷間圧延
   途中の中間板を600℃以上1000℃以下の温度で脱炭焼鈍
   し、冷間圧延し、700℃以上900℃以下の温度で５秒以上
   15分間以下の焼鈍を行うことを特徴とする高抗張力無方
   向性電磁鋼板の製造方法。