JPH0967655A - 低磁場特性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性焼鈍した後の鋼板を含む低磁場特性の優
れたセミプロ無方向性電磁鋼板を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．
００４％以下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．２％
以下を含有し、Ｓ：０．０２％以下、Ｃ：０．００５％
以下、Ｎ：０．００５％以下の鋼板であって、鋼板中に
含まれる介在物の大きさおよび個数が、直径０．１〜１
μｍの大きさのものが５００〜５０００個／ｍｍ ²、直
径１μｍ超えから７．５μｍまでの大きさのものが２０
０個／ｍｍ ²以下である。 【効果】 磁性焼鈍後に低磁場領域においても、磁束密
度、鉄損を大幅に改善することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、優れた低磁場特性
を有する無方向性電磁鋼板に関するものである。

【０００２】無方向性電磁鋼板には、鋼板が製鉄所から
出荷される際に仕上げ焼鈍などを施されて最終的な磁気
特性を具備しているように製造されたフルプロセス製品
と、仕上焼鈍後の鋼板を需要家において打抜き加工・剪
断加工などを実施し、最後に磁性焼鈍を行うことによ
り、加工歪の除去と結晶粒の粗大化を図り所定の磁気特
性を得るように配慮したセミプロセス製品に分けられ
る。

【０００３】本発明は、後者に属するもので、磁性焼鈍
した後の鋼板を含む低磁場特性の優れたセミプロセス無
方向性電磁鋼板を提供するものである。

【０００４】

【従来の技術】パワーエレクトロニクス技術が急速な進
歩をとげ、その代表例であるインバーターが産業用の大
型機器から家電製品まで幅広く採用されるようになって
きた。インバーターの採用により、電気機器の省電力、
高効率、高性能、小型化などが実現されている。

【０００５】従来、こうした大型モーターやコンプレッ
サーモーターの鉄心材料には高磁束密度（Ｂ₅₀で評
価）、低鉄損（Ｗ１５／５０）が要求されてきた。しか
しながらインバーター駆動による大型モーターやコンプ
レッサーモーターは、起動時には１．２〜１．５Ｔ、安
定状態では０．８〜１．０Ｔ程度で励磁されることが多
く、これまで以上に低磁場での磁気特性が重要視される
ようになってきた。

【０００６】さらに小型モータ、特に交流モータ、イン
バータ駆動モータ、小型制御用モータなどは、応答性が
重要視され、鉄心材料として使用される電磁鋼板には、
磁化曲線の立ち上がりが鋭いこと、すなわち低磁場領域
での磁束密度が高いことが要求されている。

【０００７】そうした要請に対して従来では、低磁場領
域でも磁壁の移動が容易な、（Ｓｉ＋Ａｌ）含有量の多
い、いわゆる高級珪素鋼板が使用されてきた。しかしな
がらこれらの鋼板は高価格であり、家電機器用材料とし
ては経済的な不利が大きい。そのため（Ｓｉ＋Ａｌ）量
が低い範囲でも低磁場特性を向上させるための検討がな
されてきた。

【０００８】一般に、低磁場での磁気特性は結晶粒径の
増大とともに向上するため、仕上焼鈍もしくは磁性焼鈍
時に粒成長を阻害する因子を出来るだけ低減させる観点
からの検討が行なわれている。また粒成長のドライビン
グフォースを高める観点からの検討も盛んに行なわれて
いる。

【０００９】具体的に前者は、鋼板中の介在物・析出物
の形状・分布・組成を制御し、結晶粒成長を妨げるピン
ニングサイトを減少させることを狙いとしており、特開
昭６１−２６６０５９号公報に例示されるとおりであ
る。本号公報では、直径１０μｍ以上の大きさの介在物
を１０００個／ｍｍ² 以下に制御し、平均結晶粒径を５
０μｍ以上とすることによってＢ₁ 特性を向上させてい
る。

【００１０】また後者は圧延条件・焼鈍条件を特定の範
囲とすることによって結晶粒成長を実現させるものであ
り、特公平４−３４６１４号公報では、２次冷間圧延を
圧下率１〜１５％かつ圧延速度５００〜２５００ｍ／ｍ
ｉｎの条件で行なうことによってＢ₁ 特性を向上させて
いる。また特開平３−２０２４２４号公報には再結晶焼
鈍を実施する際に焼鈍雰囲気を制御するとともに、加熱
速度・均熱温度・均熱時間を特定範囲にすると低磁場特
性が向上すること、特開平３−２０２４２５号公報に
は、最終焼鈍を２段階とする方法が低磁場特性に有効で
あることが述べられている。

【００１１】さらに製造段階での歪の導入を最小限にす
る観点からの検討も行なわれており、特開平４−１２８
３１８号公報では、焼鈍時のコイル幅方向の温度分布を
厳密に管理し、かつ冷却速度を制御する方法が提案され
ている。

【００１２】また低磁場特性には言及していないが、介
在物制御の観点から結晶粒を粗大化させる方法として、
ＳｉおよびＳ量に対して特定範囲のＭｎ量にすることに
より、凝固過程でのＭｎＳを増大させ、ピンニングサイ
トとして機能しにくい粗大なＭｎＳとする特開平３−２
４９１１５号公報に記載の方法、スラブ加熱温度を１１
５０℃以下と低い温度に設定し、ＭｎＳの再固溶を防止
することによって微細に分散しやすい再析出ＭｎＳ量を
制御する特開昭６２−１９９７２０号公報に示された方
法、酸化物の組成を制御する特開平１−１５２２３９号
公報に記載の方法などがある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら益々高ま
る省エネルギーの要請、電気機器の効率向上、小型化、
高い応答性に応える低磁場特性に優れた無方向性電磁鋼
板を得ようとする場合、特開昭６１−２６６０５９号公
報に示される方法では未だ不十分であり、介在物の単な
る形状・分布制御を越える新たな視点からの検討が必要
である。また特開平３−２４１１５号公報、特開昭６２
−１９９７２０号公報および特開平１−１５２２３９号
公報に示されるような従来概念に基づくＭｎＳ、ＡｌＮ
の粗大化あるいは酸化物の組成制御のみでは目標とする
性能が得られず、これまた新たなメカニズムに基づく検
討が必要である。さらに特開平４−１２８３１８号公報
に示される方法は厳密な管理が必要であり、実用的とは
いえない。さらにまた特公平４−３４６１４号公報、特
開平３−２０２４２４号公報および特開平３−２０２４
２５号公報に示される方法は複雑な工程をもたらし経済
的に不利である。

【００１４】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、新たな視点から低磁場特性を向上させた無
方向性電磁鋼板を提供することを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％（以
下、同様）で、Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．００４％以
下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．２％以下を含有
し、Ｓ：０．０２％以下（０を含む）、Ｃ：０．００５
％以下（０を含む）、Ｎ：０．００５％以下（０を含
む）の鋼板であって、鋼板中に含まれる介在物で直径
０．１〜１μｍのものが５００〜５０００個／ｍｍ² 以
下、直径１μｍ超〜７．５μｍのものが２００個／ｍｍ
² 以下であることを特徴とする低磁場特性に優れた無方
向性電磁鋼板である。

【００１６】本発明の骨子は、介在物が磁気特性に果た
す役割を解明し、それに基づいた対策を示したことにあ
る。すなわち鋼板中の介在物はその大きさ毎にそれぞれ
低磁場特性への影響が異なり、 円相当直径（直径、以下同様）１超〜７．５μｍの介
在物：粒子周辺の静磁エネルギーを減少させるために新
たな磁区を発生させ、その結果として極めて複雑な磁区
構造を形成する。

【００１７】０．１〜１μｍの介在物：本願が対象と
している鋼種では、焼鈍時の粒成長を支配する。ことを
明確にしたことである。

【００１８】以下、詳述する。 （１）介在物 本発明では、介在物の挙動が低磁場領域での磁化過程に
重要な役割を果たすという考えのもと以下の検討を行な
った。ここでいう介在物とは、鋼板中の硫化物、酸化
物、炭化物、窒化物などあるいはこれらの２元、３元の
複合体の全てを示しており、介在物、析出物、晶出物な
どの全てを含む総称である（以下、明細書の中で、単に
介在物と表現する）。

【００１９】まず表１に示す鋼板を溶製した。鋼板中に
存在する介在物は、溶鋼の溶製段階で生成する１次脱酸
生成物と凝固冷却時に溶解度の低下により晶出する２次
脱酸生成物とに分かれる。そこで介在物のサイズおよび
個数を調整するために、真空溶解炉を用い、スラグの塩
基度・組成の調整、真空度・真空時間の調整および溶鋼
凝固時の冷却速度の調整を行なって鋳片を製造した。

【００２０】

【表１】

【００２１】それらの鋳片を熱間圧延で２ｍｍの板厚と
し、酸洗し、冷間圧延で板厚０．５ｍｍに仕上げた。そ
の後、７５０℃・２分間の仕上げ焼鈍後、打抜き加工、
剪断加工後に、７５０℃・２時間の磁性焼鈍を施した。
なお、仕上げ焼鈍後の介在物の大きさは最大でも直径
７．５μｍ以下であった。また表１の鋼板の化学成分の
表示しない残部はＦｅ及び不可避不純物である。

【００２２】得られた試料について介在物観察を行なっ
た。直径１μｍ超の介在物は光学顕微鏡で行い、０．１
〜１μｍは走査型電子顕微鏡で、０．１μｍ未満は透過
型電子顕微鏡を用いてレプリカ法で行った。また磁区観
察を走査型電子顕微鏡で実施した。さらに磁束密度
Ｂ₁ 、鉄損Ｗ１０／５０をエプスタイン試験機（ＪＩＳ
Ｃ２５５０）で測定した。

【００２３】図１は直径１超〜７．５μｍと中型の介在
物の個数と磁性焼鈍後の磁束密度Ｂ ₁ および平均結晶粒
径との関係を示している。図には直径０．１〜１μｍの
サイズを３水準変化させてデータを示しているが、磁性
焼鈍後の平均結晶粒径は、直径０．１〜１μｍの介在物
の個数に依存して変化し、直径１超〜７．５μｍの中型
介在物の量に依存しないことがわかる。これに対し、磁
性焼鈍後の磁束密度Ｂ ₁ は中型介在物の個数の減少とと
もに増大する傾向が認められ、直径０．１〜１μｍの介
在物の個数が１０００〜２０００個／ｍｍ ²の場合、と
くに優れたＢ₁が得られていることがわかる。この場合
中型介在物量を２００個／ｍｍ² 以下とすることによ
り、Ｂ₁ が０．８Ｔ以上と高級電磁鋼板に相当する高い
値が得られている。

【００２４】図２は中型介在物個数と磁性焼鈍後の鉄損
Ｗ１０／５０および平均粒径の関係を示している。図１
と同様の傾向が認められ、中型介在物の減少とともに鉄
損が減少することがわかる。鉄損についても直径０．１
〜１μｍの介在物の個数が１０００〜２０００個／ｍｍ
²の場合、とくに優れたＷ１０／５０が得られており、
中型介在物が２００個／ｍｍ² 以下２．０Ｗ／ｋｇ以下
という良好な値になる。

【００２５】以上のことから、直径１超〜７．５μｍの
介在物の個数を、２００個／ｍｍ²以下に限定する。

【００２６】なお走査型電子顕微鏡を用いて磁区観察を
実施した結果、直径１超〜７．５μｍの介在物の周辺に
は、複雑な磁区が多数観察され、静磁エネルギーを減少
させていることが判明した。直径１超〜７．５μｍの介
在物の減少による低磁場特性の向上はこの複雑な磁区生
成量の減少によるものと推定する。

【００２７】次に直径１〜７．５μｍの介在物個数を、
２００個／ｍｍ² 以下として０．１〜１μｍの介在物の
個数を変化させた場合について検討を行なった。

【００２８】図３は中型介在物量を２００個／ｍｍ² 以
下に抑え直径０．１〜１μｍの介在物個数と磁性焼鈍後
の磁束密度Ｂ₁ および平均結晶粒径の関係を示したもの
である。また図４は直径０．１〜１μｍの介在物個数と
磁性焼鈍後の鉄損Ｗ１０／５０および平均結晶粒径の関
係を示している。

【００２９】図から明らかなとおり、直径０．１〜１μ
ｍの介在物の個数が５００〜５０００個／ｍｍ² の範囲
で優れた磁気特性が示されており、磁束密度Ｂ₁ が安定
して高い値を示し鉄損Ｗ１０／５０が低い値を示してい
る。一方磁性焼鈍後の平均結晶粒径は磁気特性とよく対
応しており、直径０．１〜１μｍの介在物の個数が５０
０〜５０００個／ｍｍ² の範囲で１００μｍ程度の粗大
粒となっている。

【００３０】これに対して、直径０．１〜１μｍの介在
物の個数が５００個／ｍｍ² 未満の場合には平均結晶粒
径が急激に減少しており、とくに４００個／ｍｍ² 以下
では２０μｍ程度の細結晶粒組織となっていることがわ
かる。これに伴い磁気特性も急激に劣化しており磁束密
度Ｂ₁ ・鉄損Ｗ１０／５０ともに不満足な値となってい
る。なお直径０．１〜１μｍの介在物の個数が５００個
／ｍｍ² 未満の場合には直径０．１μｍ未満の介在物が
観察され、とくに４００個／ｍｍ² 以下になると非常に
多く認められた。したがって直径０．１μｍ未満の介在
物が磁性焼鈍時の結晶粒の成長を妨げたものと推定す
る。

【００３１】一方、直径０．１〜１μｍの介在物の個数
が５０００個／ｍｍ² を超えた場合にも結晶粒径の減少
と磁気特性の劣化現象が認められる。これらの組織を観
察すると、粗大結晶粒の隙間に細結晶粒が分散する混合
結晶粒組織となっている事実が認められた。こうした場
合には、鉄損Ｗ１０／５０にはあまり強い影響は認めら
れないものの、磁束密度Ｂ₁ に対しては急変をもたらし
ている。

【００３２】以上の検討結果から本発明では、直径０．
１〜１μｍの介在物の個数を５００〜５０００個／ｍｍ
² に限定する。

【００３３】なお念のため、混合結晶粒組織の発生挙動
の解析を行った。この混粒率を次式で定義し、細結晶粒
の全面積の測定を画像解析装置で行った。ここでは磁性
焼鈍前の鋼板中の直径０．１〜１μｍの介在物の個数５
０００個／ｍｍ² 超の個数と、磁性焼鈍後の低磁場特性
と平均結晶粒径の関係を中心に考察した。

【００３４】混粒率＝直径３０μｍ以下の細結晶粒の全
面積÷測定視野の全面積図５は鋼板内の混粒率と直径
０．１〜１μｍの介在物の個数、低磁場特性ならびに平
均結晶粒径の関係を示している。

【００３５】図５から、混粒率の増加に従い平均結晶粒
径が小さくなり、鉄損Ｗ１０／５０は緩やかに高くな
り、磁束密度Ｂ₁ は急激に低下する。しかも、低磁場特
性の悪化傾向と介在物の個数の増加とは負の相関を示し
ていることから、５０００個／ｍｍ² 超えでの介在物の
増加が、直接、間接的に磁性焼鈍後の低磁場特性を悪化
させていることは明らかである。

【００３６】直径０．１〜１μｍの介在物の個数が５０
００個／ｍｍ² 超えの鋼板には、直径０．１μｍ未満の
介在物は観察されていないことから、介在物の個数の増
加とともに、磁性焼鈍時に部分的に凝集粗大化して周辺
の組織の粗大結晶粒化に働く部分と、そのまま細結晶粒
の部分との混合結晶粒組織になるものと推定できる。

【００３７】いずれにしても、磁性焼鈍前の鋼板中の直
径０．１〜１μｍの介在物の個数が、磁性焼鈍時の結晶
粒の成長に直接、間接的に強く関与していると推定され
る。

【００３８】（２）成分 次に、本発明の化学成分の限定理由について述べる。

【００３９】Ｓｉは鋼板の固有抵抗を上げ、鉄損を少な
くするのに有効な成分であるが、１％を超えると磁束密
度が低下し、コストも高くなるために上限を１％とす
る。

【００４０】Ａｌは微細なＡｌＮを形成し、結晶粒の成
長を阻害し、鉄損を多くするので０．００４％以下とし
た。

【００４１】Ｍｎは鋼板の固有抵抗を上げて鉄損を少な
くするのに有効な成分であり、かつ熱間圧延時の赤熱脆
性を防止するために０．１％以上とし、多くすると磁束
密度を低下させるので０．８％以下とした。

【００４２】Ｐは鋼板の打ち抜き性を改善するために必
要な成分であるが、０．２％を超えて添加すると鋼板が
脆くなるので０．２％以下とする。

【００４３】Ｓは磁気特性を悪化させる有害な成分なの
で極力低い方がよいが、製造コストの面から０．０２％
以下とする。

【００４４】Ｃは鉄損を多くする有害な成分で磁気時効
の原因となるので０．００５％以下とする。

【００４５】Ｎは焼鈍時の結晶粒の成長を阻害するＡｌ
Ｎが多くなり、鉄損が多くなるので０．００５％以下と
する。

【００４６】

【実施例】

（製造法）本発明の鋼板の製造方法は、複雑な磁区の生
成に関係する直径１超〜７．５μｍまでの介在物の個数
と、磁性焼鈍時の結晶組織形態に関係する直径０．１〜
１μｍの介在物の個数の両方を、所定の範囲内に調整す
るものであればよい。主に１次脱酸生成物である直径１
超えから７．５μｍまでの介在物の制御は、例えば、脱
ガス時間を長くするとか、またはスラグ組成の調整によ
りスラグからの再酸化を防止することなどにより行う。

【００４７】更に、２次脱酸生成物である直径０．１〜
１μｍの介在物の制御は、鋳造速度、鋳造時の加熱、補
助加熱、保熱、鋳片厚さ、冷却条件など溶鋼の凝固冷却
速度を調整することにより行う。

【００４８】Ｓについても溶銑、取鍋精錬などで脱Ｓす
るか、Ｓの少ない原料、副原料を用いて精錬することが
好ましい。

【００４９】このように真空溶解炉、転炉または電気炉
で得た溶鋼を、脱ガス処理などを施し、造塊鋳造または
連続鋳造し、熱間加工を行う。熱間加工は、分塊圧延、
粗圧延、仕上げ熱延の内、仕上げ熱延は必須であるが、
分塊圧延、粗圧延は鋳造後の鋼塊、鋼片、鋳造板などの
厚さ寸法、リジング抑制などにより選択する。

【００５０】次いで、冷間圧延により所定の板厚とした
後に、仕上げ焼鈍を実施する。更に、打抜き加工や剪断
加工後に磁性焼鈍を行うことで、磁性焼鈍後の低磁場特
性の優れた無方向性電磁鋼板を製造する。

【００５１】（実施例１）５０ｋｇ規模の真空溶解炉で
得られた溶鋼からインゴットを製造した。この際、介在
物の大きさと個数の調整は、スラグ組成の調整により塩
基度を変化させること、真空度・脱ガス時間を変化させ
ること、鋳造時の溶鋼の凝固冷却速度を鋳型の厚みを変
えることにより行った。このようにして得たインゴット
を１２００℃に加熱した後、熱間圧延で板厚２ｍｍの鋼
片とし、酸洗後、冷間圧延で板厚０．５ｍｍに仕上げ
た。その後、７５０℃、２分間の仕上げ焼鈍を施し鋼板
を得た。この鋼板の板厚断面の介在物を調査した。また
打抜き加工、剪断加工後、７５０℃、２時間の磁性焼鈍
を実施し、焼鈍後の鋼板の磁気特性と板厚断面の結晶組
織を調査した。

【００５２】

【表２】

【００５３】これらの結果をまとめて、表２に示す。な
お、表２の鋼板の化学成分の表示しない残部はＦｅ及び
不可避不純物である。本発明の鋼板は、低磁場特性すな
わち磁束密度Ｂ₁ と鉄損Ｗ１０／５０ともに非常に良好
な値を示している。

【００５４】（実施例２）転炉で精錬した溶鋼を真空脱
ガス処理し、表３の鋼板成分が得られるように合金成分
を添加し、連続鋳造した後、ただちに熱間圧延（直送圧
延）で板厚２ｍｍのコイルとした。この際、介在物の大
きさと個数の調整は、取鍋スラグの組成の調整により塩
基度を変化させること、脱ガス時間を変化させること、
鋳造時の鋳造速度と補助加熱の変更により凝固冷却速度
を変化させることにより行った。

【００５５】このようにして得た熱延コイルを、酸洗
後、冷間圧延で板厚０．５ｍｍに仕上げた。その後７６
０℃、１分間の連続焼鈍を施し鋼板を得た。得られた鋼
板について板厚断面の介在物を調査した。さらに打抜き
加工、剪断加工後、７５０℃、２時間の磁性焼鈍を施
し、焼鈍後の鋼板の磁気特性と板厚断面の結晶組織を調
査した。なお、表３の鋼板の化学成分の表示しない残部
はＦｅ及び不可避不純物である。

【００５６】

【表３】

【００５７】

【表４】

【００５８】これらの結果をまとめて、表４に示す。本
発明の鋼板は、このような直送圧延でも、低磁場特性す
なわち磁束密度Ｂ₁と鉄損Ｗ１０／５０ともに非常に良
好な値を示している。

【００５９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
複雑な条件の冷圧、焼鈍を実施することなしに、Ｓｉ含
有量が１％以下の無方向性電磁鋼板の介在物の大きさと
個数を規定することで、磁性焼鈍後に低磁場領域におい
ても、磁束密度、鉄損を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁性焼鈍前の鋼板中の介在物のサイズおよび個
数と、磁性焼鈍後の磁束密度Ｂ₁ および平均結晶粒径と
の関係を示す図である。

【図２】磁性焼鈍前の鋼板中の介在物のサイズおよび個
数と、磁性焼鈍後の鉄損Ｗ１０／５０および平均結晶粒
径との関係を示す図である。

【図３】磁性焼鈍前の鋼板中の直径０．１〜１μｍ介在
物の個数と、磁性焼鈍後の磁束密度Ｂ₁ および平均結晶
粒径との関係を示す図である。

【図４】磁性焼鈍前の鋼板中の直径０．１〜１μｍ介在
物の個数と、磁性焼鈍後の鉄損Ｗ１０／５０および平均
結晶粒径との関係を示す図である。

【図５】鋼板内の混粒率と、直径０．１〜１μｍの介在
物の個数と低磁場特性ならびに平均結晶粒径の関係を示
す。

フロントページの続き (72)発明者 冨田 邦和 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、Ｓｉ：１％以下、Ａｌ：０．０
   ０４％以下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．２％以
   下を含有し、Ｓ：０．０２％以下、Ｃ：０．００５％以
   下、Ｎ：０．００５％以下の鋼板であって、鋼板中に含
   まれる介在物で直径０．１〜１μｍのものが５００〜５
   ０００個／ｍｍ² 、直径１μｍ超〜７．５μｍのものが
   ２００個／ｍｍ² 以下であることを特徴とする低磁場特
   性に優れた無方向性電磁鋼板。