JPH10245628A

JPH10245628A - 磁気異方性の小さな低級電磁鋼板の製造方法及び磁気異方性の小さな低級電磁鋼板

Info

Publication number: JPH10245628A
Application number: JP9063947A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Iizuka; 俊治飯塚
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1998-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】汎用モータ、小型モータ等の鉄心材料に好適
な磁気異方性の小さな低級無方向性電磁鋼板を提供す
る。【解決手段】重量％で、Ｃ：0.01〜0.06％、Si：0.05
〜0.3 ％、Al：0.004%以下（０を含む）、Mn：0.2 〜0.
5 ％、Ｓ：0.002 〜0.015 ％、Ti：0.005 ％以下（０を
含む）、Nb：0.001 ％以下（０を含む）を含み、残部が
実質的にFeからなる連続鋳造スラブを、鋳片表面温度が
1000℃を下回らない状態に保って熱間圧延を開始し、Ar
₃ 変態点以上の仕上温度で熱間圧延して巻取り、その後
冷間圧延し、仕上焼鈍する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、汎用モータ、小
型モータ等の鉄心材料として好適な安価で磁気異方性の
小さな低級電磁鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【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等の回転機
の鉄心材料に多く用いられており、磁気特性として鉄損
と磁束密度が重視される。近年、これらの無方向性電磁
鋼板に対する品質向上の要求は、電気機器の省電力、高
効率、小型化の観点から益々強くなってきている。

【０００３】周知のごとく、電磁鋼板としてはSi添加等
により磁気特性を向上させたものが一般的であるが、家
電用または小型の汎用モータ等では、稼働時間が短く、
負荷も小さいことから、それほどの低鉄損材は必要とし
ない。このような家電用または小型の汎用モータ等に用
いられる電磁鋼板には、経済性と電磁特性とのかねあい
が重視されてきており、ある程度の鉄損の上昇を許容し
た安価な低級電磁鋼板（本明細書においては、鉄損（Ｗ
_15/50 ）が８〜11Ｗ／Kgの電磁鋼板のことをいう）が求
められている。

【０００４】低級電磁鋼板の製造方法として、特公平５
−８０５２７号公報には、Ｃ：0.015 〜0.08％、Si：0.
05％以下、Al：0.005 〜0.040 ％、Al／Ｎ：3 以上のAl
キルド鋼を1150℃以下に加熱し、熱延、冷延、連続焼鈍
後に過時効処理を350 〜500℃で2 〜10分行うことが開
示されている。

【０００５】また、特開昭５８−１７１５２７号公報に
は、Ｃ：0.005 〜0.08％、sol.Al：0.002 〜0.080 ％を
含有する鋼材を、熱延仕上げ温度640 〜860 ℃、巻取り
温度600 〜760 ℃で熱延することが開示されている。

【０００６】更に特開昭６４−５５３３７号公報には、
Ｃ：0.006 〜0.08％、Si：1.5 ％以下を含有する鋼板
を、連続焼鈍後に450 〜750 ℃の急冷開始温度から、10
00℃／sec を超える冷却速度で急冷開始し、次いで300
〜550 ℃にて60秒以上の過時効処理を行うことが開示さ
れている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】回転機器鉄心向けの電
磁鋼板には、磁気異方性が少なく、板面のあらゆる方向
の平均値の磁気特性が均一であることが求められてい
る。従って、回転機器を対象とした鋼板の鉄損、磁束密
度の評価方法としては、その励磁状態に近いリング試料
での磁気特性の評価が適切であり、この試験法で良好な
特性が得られることが重要である。

【０００８】しかしながら、上述の製造方法による鋼板
は、圧延方向と圧延直角方向からエプスタイン試料を採
取して測定するＪＩＳ−Ｃ２５５０法では目標特性が得
られても、リング試料により測定した場合には必ずしも
良好な特性が得られない。また、いずれも磁束密度（Ｂ
₅₀）のばらつきが大きい。

【０００９】近年、リング試料で測定しても良好な磁気
特性が得られる無方向性電磁鋼板の開発が進められてい
るが、上述のようなＣ：0.01％以上を含む電磁鋼板につ
いてはこれまで検討されておらず、従来技術では充分で
はない。

【００１０】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、磁気異方性の小さな低級無方向性電
磁鋼板の製造方法、及び磁気異方性の小さな低級無方向
性電磁鋼板を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題は、重量％で、
Ｃ：0.01〜0.06％、Si：0.05〜0.3 ％、Al：0.004%以下
（０を含む）、Mn：0.2 〜0.5 ％、Ｓ：0.002 〜0.015
％、Ti：0.005 ％以下（０を含む）、Nb：0.001 ％以下
（０を含む）を含み、残部が実質的にFeからなる連続鋳
造スラブを、鋳片表面温度が1000℃を下回らない状態に
保って熱間圧延を開始し、Ar₃変態点以上の仕上温度で
熱間圧延して巻取り、その後冷間圧延し、仕上焼鈍する
ことを特徴とする磁気異方性の小さな低級電磁鋼板の製
造方法及びこの方法によって製造された磁気異方性の小
さな低級電磁鋼板によって解決される。

【００１２】また、前記製造方法のうち、「鋳片表面温
度が1000℃を下回らない状態に保って熱間圧延を開始す
る」工程に変えて、「鋳片表面温度が1000℃未満で600
℃を下回らない状態から再加熱し、鋳片表面が1000℃以
上1150℃以下となる状態に15分以上保持した後に熱間圧
延を開始する」工程を有する磁気異方性の小さな低級電
磁鋼板の製造方法及びこの方法によって製造された磁気
異方性の小さな低級電磁鋼板によっても解決される。

【００１３】ここに、「低級電磁鋼板」とは、前述のよ
うに鉄損Ｗ_15/50 が８〜11Ｗ／Kgの電磁鋼板のことをい
う。また、「残部が実質的にFeからなる」というのは、
Feの他に不可避不純物及び本発明の作用効果に実質的に
影響を与えない微量の他の元素を含みうることをいう。
なお、以下の説明において成分割合を示す％は、すべて
重量％である。

【００１４】（発明に至る経緯）本発明者らは、磁気異
方性の小さな低級電磁鋼板を、省エネルギー、省プロセ
スの面から有利である直送圧延により安価に得るため
に、Alを添加しないSiキルド鋼をベースに鋼成分、直送
圧延条件、熱延条件の観点から種々実験、検討を行っ
た。

【００１５】従来、変態を有する極低炭素（0.005 ％以
下）の低Si鋼では、磁束密度向上やゲージ変動低減のた
めに、熱延仕上圧延は、Ar₃ 変態点以下のα域で行われ
てきた。また、上述のような0.01％以上の炭素を含有す
る電磁鋼板の熱間圧延においてもα域で仕上圧延が行わ
れている。この理由は、熱延仕上温度をAr₃ 変態点以上
にすると、熱延組織が細粒化し粒界から核発生する（１
１１）粒が増加するために磁束密度が低下するとされて
いるためである。

【００１６】しかしながら、本発明者らは、鉄損Ｗ
_15/50 が８〜11Ｗ／kgクラスの低級電磁鋼板の製造方法
を詳細に検討し、0.01％以上の炭素を含有する電磁鋼板
の磁気異方性の改善、即ちリング特性のＷ_15/50 を８〜
11Ｗ／kgの範囲としながら良好な磁束密度（Ｂ₅₀で1.74
Ｔ以上）を得るためには、Mn、Ｓ量を所定の範囲とした
上で、適当な直送圧延条件を設定してMnＳの析出量を制
御し、その上で熱延仕上げ圧延をAr₃ 変態点以上のγ域
で行うことが有効であることを見出した。

【００１７】以下に本発明における鋳片の化学成分、熱
延条件等の限定理由を述べる。

【００１８】＜化学成分＞Ｃ：0.01〜0.06％８Ｗ／kg以上の鉄損Ｗ_15/50 を許容する場合は、Ｃは0.
01％未満とする必要がない。Ｃを0.01％未満とするため
には、転炉出鋼後に２次精錬による脱ガス処理が必要と
なり、又、添加原料であるフェロMn、フェロSi等も低Ｃ
の高品位なものが必要となって製鋼コストの上昇を招
く。

【００１９】これに対し、0.01％以上のＣが許容される
場合は、Ｃの混入があるMn鉱石の使用が可能になり、製
鋼コストを大幅に低減することができる。よって、本発
明においてはＣを0.01％以上に規定する。一方、Ｃが0.
06％を超えると磁気時効による鉄損劣化率が大きくな
り、稼働時間の短い家電、汎用モータ用といえども現実
の使用環境に耐えない鋼板となる。よって、Ｃを0.06％
以下に規定する。

【００２０】Ｓｉ：0.05〜0.3 ％ Siは、固有抵抗増加による鉄損改善のために必要な元素
であるが、本願では、Ｗ_15/50 が８〜11Ｗ／kgクラスの
低級材が対象であり、過剰のSi添加は経済的に不利であ
るので0.3 ％を上限とする。また、酸化物系介在物を低
減するための最低脱酸Si量として0.05％以上が必要であ
る。

【００２１】Ａｌ：0.004%以下（０を含む） Alは、0.004%以上含まれるとAlＮの微細析出が生じて粒
成長性が著しく劣化するため、鉄損制御の観点から規制
する。

【００２２】Ｍｎ：0.2 〜0.5 ％ Mnは、鋼中ＳをMnＳとして析出させるので、直送圧延に
よって電磁鋼板を製造する場合に、MnＳのサイズコント
ロールの面から非常に重要な元素である。本発明におい
ては、鋼中ＳをMnＳとして析出させるために、その下限
を0.2 ％とする。また、Mnの含有量が多くなると、磁束
密度が低下し、経済的にも不利になるので上限を0.5 ％
とする。

【００２３】Ｓ：0.002 〜0.015 ％Ｓは、直送圧延下でのMnＳの総析出量を規制する狙いか
ら0.015 ％以下とする。即ち、Ｓが0.015 ％を越えた場
合には、熱間圧延をγ域仕上としても、MnＳの析出量が
多くなり、本発明の磁気異方性の小さな低級電磁鋼板を
得ることができないからである。また、Ｓ量が0.002 ％
未満の場合には、MnＳの析出量が少ないため、あえて本
発明によらなくても磁気異方性の小さな低級電磁鋼板を
得ることができるので、本発明においては、Ｓの下限を
0.002 ％とする。

【００２４】Ｔｉ：0.005 ％以下（０を含む） 0.005 ％を越えるとTiＮの影響が顕在化してリング磁気
特性を劣化させる。よって、0.005 ％以下、好ましくは
0.003 ％以下とする。

【００２５】Ｎｂ：0.001 ％以下（０を含む） Nb(C,N) を形成し、粒成長性を著しく劣化させるので、
0.001 ％以下に規定する。

【００２６】さらに、他の元素について好ましい範囲を
以下に記載する。Ｎ：0.005 ％以下ＮはAlＮ等の窒化物となり鉄損を悪化させるので、0.00
5 ％以下とすることが好ましい。

【００２７】Ｏ：0.02％以下ＯはAl、Si、Mnと結合して酸化物を形成し磁気特性を悪
化させるので、0.02％以下とすることが好ましい。

【００２８】＜熱延条件＞本発明においては、以上のよ
うな組成の連続鋳造スラブを直送圧延するが、請求項１
および２に係る発明においては、圧延を開始する前に鋳
片表面温度が1000℃を下回らないように保つことを規定
している。これは、圧延開始時の鋳片表面温度が1000℃
未満であると、リング特性において８〜11Ｗ／kgのＷ
_15/50 を確保しながら1.74Ｔ以上の良好なＢ₅₀を得るこ
とができなくなるためである。

【００２９】この理由は必ずしも明らかではないが、圧
延開始時の鋳片表面温度が1000℃未満であると、本発明
で規定するAr₃ 変態点以上の仕上温度を確保することが
困難となるばかりでなく、熱延時の歪誘起析出によるMn
Ｓが異なってくるため、本発明の意図するMnＳの析出状
態が確保できなくなるためであると考えられる。

【００３０】また、鋳片表面温度が1000℃未満に下がっ
た場合でも、600 ℃以上であれば、1000〜1150℃の鋳片
表面温度が得られるように再加熱し、この状態に15分以
上保持してから圧延を開始すると同様の効果が得られる
ので、請求項２に係る発明においてはその旨を規定して
いる。

【００３１】鋳片表面温度が600 ℃未満となると、もは
や、短時間の再加熱処理ではスラブ中心部まで均一加熱
することが困難となり、長時間の加熱が必要となるの
で、本発明においては経済的観点から600 ℃以上に規定
する。

【００３２】また、スラブの表面温度が1150℃を越える
ような状態で再加熱を行うと、MnＳの再固溶再析出量が
多くなり、本来直送圧延によって実現されるMnＳの析出
状態とは異なってしまって、本発明の電磁鋼板を製造す
ることができないので、再加熱におけるスラブ表面温度
は1150℃以下とする。

【００３３】スラブを再加熱する際の均熱時間は15分を
確保すれば十分である。均熱時間が長くなりすぎること
は経済上得策でなく、このため均熱時間は40分以下であ
ることが好ましい。

【００３４】また、熱延仕上温度がAr₃ 変態点以上であ
るようにし、γ域で仕上圧延を行うことが必要である。
熱延仕上温度がAr₃ 変態点以上のγ域になるとリング磁
束密度が増大し、鉄損が低減する。逆に、Ar₃ 変態点未
満のα域になるとリング磁束密度が低くなり、鉄損が増
大してしまって、本発明の目的が達成されない。

【００３５】一般に、熱延の巻取温度は熱延鋼板の組織
形成に大きく寄与し、最終製品の磁束密度に影響を及ぼ
すが、本発明にかかる磁性鋼板においては、巻取温度が
変化しても、リング鉄損とリング磁束密度はほとんど変
化しなかった。従って、仕上圧延後の急冷により形状を
著しく損なわない範囲であれば、低温の巻取りを実施し
てもよい。逆に巻取温度が750 ℃を超えると、鋼板表面
のスケール生成量が多くなり、酸性性が著しく劣化する
ので、巻取温度は750 ℃以下とすることが好ましい。

【００３６】＜冷間圧延、仕上焼鈍＞熱延鋼帯は常法に
したがい１回もしくは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間
圧延を経て、再結晶温度以上Ａｃ₃ 点以下の温度で焼鈍
される。上記中間焼鈍は通常７５０〜９００℃程度の均
熱温度で行われ、この焼鈍方式はコイル状焼鈍、連続焼
鈍のいずれでもよい。一方仕上焼鈍は経済性の観点から
連続焼鈍が好ましい。

【００３７】

【発明の効果】本発明においては、鋼の成分と直送圧延
におけるスラブ再加熱条件、熱延仕上温度を前記のよう
に規定しているので、汎用モータ、小型モータ等の、高
度の低鉄損を必要としない鉄心材料に好適な磁気異方性
の小さな低級無方向性電磁鋼板を得ることができる。

【００３８】

【実施例】

（実施例１）Ｃ:0.024％、Ｓ：0.15％、Al：0.01％、M
n：0.23％、Ｓ：0.010 ％を含有する連続鋳造スラブを
直送圧延し、1120℃の圧延開始温度で圧延を開始し、種
々の温度で仕上圧延を行い、板厚2.3mm の熱延板とし
た。この際巻取温度は670 ℃とした。また、これらの鋼
のAr₃ 変態点は850 ℃であった。

【００３９】酸洗後、冷間圧延にて0.5mm 厚とした後、
720 ℃で２分間の連続焼鈍を行った。焼鈍板より外径45
mm−内径33mmのリング試料を打ち抜き、5 枚重ねにより
磁気特性を測定した。

【００４０】図１は、加熱温度とリング鉄損（Ｗ
_15/50 ）及びリング磁束密度（Ｂ₅₀）の関係を仕上温度
をパラメータとして整理したものである。図１による
と、仕上温度がAr₃ 変態点以上、即ちγ域となるとリン
グ鉄損（Ｗ_15/50 ）、リング磁束密度（Ｂ₅₀）が臨界的
に変化し、９〜11Ｗ／kgの範囲のリング鉄損（Ｗ
_15/50 ）及び1.74Ｔ以上のリング磁束密度（Ｂ₅₀）を得
ることができることがわかる。これに対し、仕上温度が
Ar₃ 変態点未満、即ちα域の場合には、リング鉄損（Ｗ
_15/50）が11Ｗ／kg越えとなり、目標である９〜11Ｗ／k
gの範囲のリング鉄損（Ｗ_15/50 ）を得ることができな
いばかりでなく、リング磁束密度（Ｂ₅₀）も1.74Ｔ未満
の低い値しか得ることができない。

【００４１】即ち、0.01％以上の炭素を含有する電磁鋼
板は、従来の0.005 ％以下の極低炭素の電磁鋼板と比較
すると粒成長が著しく劣化するが、本発明範囲の鋼成分
の連続鋳造スラブを直送熱間圧延し、γ域の温度で仕上
げてやれば９〜11Ｗ／kgの範囲のリング鉄損（Ｗ
_15/50 ）及び1.74Ｔ以上のリング磁束密度（Ｂ₅₀）を具
備する磁気異方性の小さな低級電磁鋼板を安価に得るこ
とができる。

【００４２】（実施例２）表１に示す組成のスラブを表
２に示す種々の熱延条件（直送圧延開始温度、仕上温
度、巻取温度）により圧延し、板厚2.3mm の熱延鋼板を
得た。酸洗後、板厚0.5mm まで冷間圧延し、鋼板番号１
〜12の鋼板は720 ℃×２分の焼鈍、鋼板番号13、14の鋼
板は810 ℃×２分の焼鈍をそれぞれ施し、焼鈍コイルを
作製した。次に、放電加工により外径45mm、内径33mmの
リング試料を打ち抜き、5 枚重ねによるリング磁気特性
を測定した。

【００４３】その結果を表２に示す。表２において、Ｂ
₅₀、Ｗ_15/50 はそれぞれリング磁束密度、リング鉄損を
示す。また、鋼板番号２、３のもののみがAr₃ 変態点未
満の仕上温度、即ちα域で圧延されている。

【００４４】

【表１】

【表２】鋼板番号１、４、５、６の本発明鋼板では、リング鉄損
Ｗ_15/50 は９〜11Ｗ／kgの範囲に入っており、リング磁
束密度Ｂ₅₀も1.74Ｔ以上である。これに対し、直送圧延
開始温度が本発明の範囲を外れている鋼板番号２のもの
では、仕上圧延がα域で行われているため、同じくα域
で仕上圧延が行われている鋼板番号３の鋼板と共に、リ
ング鉄損（Ｗ_15/50 ）が11以上となっており、リング磁
束密度（Ｂ₅₀）が小さい。

【００４５】鋼板番号７の鋼板では、Ｃの範囲が本発明
の範囲を下回っているため、リング鉄損（Ｗ_15/50 ）が
９を下回っている。鋼板番号８の鋼板では、Ｃの範囲が
本発明の範囲を上回っているため、リング鉄損（Ｗ
_15/50 ）が11以上となっており、リング磁束密度
（Ｂ₅₀）が小さい。

【００４６】鋼板番号９、10の鋼板ではMnの範囲が、鋼
板番号11の鋼板ではＳの範囲が、鋼板番号12の鋼板では
Alの範囲が、それぞれ本発明の範囲を外れているためリ
ング鉄損（Ｗ_15/50 ）が11以上となっており、リング磁
束密度（Ｂ₅₀）が小さい。

【００４７】鋼板番号13、14のものは、それぞれTi、Nb
が本発明の範囲を外れているため、リング鉄損Ｗ_15/50
が11を上回わると共に、リング磁束密度（Ｂ₅₀）が小さ
い。

【００４８】（実施例３）表１に示す鋼組成のスラブを
表３に示す条件で再加熱後、直送圧延し、板厚2.3mm の
熱延鋼板を得た。酸洗後、板厚0.5mm まで冷間圧延し、
鋼板番号15〜29の鋼板は720 ℃×２分の焼鈍、鋼板番号
30、31の鋼板は810 ℃×２分の焼鈍をそれぞれ施し、焼
鈍コイルを作製した。次に、放電加工により外径45mm、
内径33mmのリング試料を打ち抜き、5 枚重ねによるリン
グ磁気特性を測定した。

【００４９】

【表３】その結果を表３に示す。表３において、Ｂ₅₀、Ｗ_15/50
はそれぞれリング磁束密度、リング鉄損を示す。また、
鋼板番号17、19、20のものがα域で仕上げ圧延されてい
る。このうち、鋼板番号17のものは再加熱温度が本発明
の範囲を外れている。

【００５０】これらのものは、いずれもリング鉄損（Ｗ
_15/50 ）が11以上となっており、リング磁束密度
（Ｂ₅₀）が小さい。また、鋼板番号16のものは、γ域で
仕上圧延がされていても、再加熱開始温度が600 ℃を下
回っているので、リング鉄損（Ｗ_15/50 ）が11以上とな
っており、リング磁束密度（Ｂ₅₀）が小さい。さらに、
鋼板番号18のものは、再加熱してからの均熱時間が15分
に満たないため、同様にγ域で仕上圧延を行っても、リ
ング鉄損（Ｗ_15/50 ）が11以上となっており、リング磁
束密度（Ｂ₅₀）が小さい。

【００５１】鋼板番号24の鋼板は、Ｃの範囲が本発明の
範囲を下回っているため、リング鉄損（Ｗ_15/50 ）が９
を下回っている。鋼板番号25〜31の鋼板においては、い
ずれもＣ、Mn、Ｓ、Al、Ti、Nbのいずれかが本発明の範
囲を外れているので、リング鉄損（Ｗ_15/50 ）が11以上
となっており、リング磁束密度（Ｂ₅₀）が小さい。

【００５２】鋼板番号15、21、22、24の鋼板は、鋼成
分、熱延条件とも本発明の範囲に入っているので、リン
グ鉄損（Ｗ_15/50 ）は９〜11Ｗ／kgの範囲に入ってお
り、リング磁束密度Ｂ₅₀も1.74Ｔ以上である。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延仕上温度とリング鉄損、リング磁束密度の
関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.01〜0.06％、Si：0.05
〜0.3 ％、Al：0.004%以下（０を含む）、Mn：0.2 〜0.
5 ％、Ｓ：0.002 〜0.015 ％、Ti：0.005 ％以下（０を
含む）、Nb：0.001 ％以下（０を含む）を含み、残部が
実質的にFeからなる連続鋳造スラブを、鋳片表面温度が
1000℃を下回らない状態に保って熱間圧延を開始し、Ar
₃ 変態点以上の仕上温度で熱間圧延して巻取り、その後
冷間圧延し、仕上焼鈍することを特徴とする磁気異方性
の小さな低級電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】重量％で、Ｃ：0.01〜0.06％、Si：0.
05〜0.3 ％、Al：0.004%以下（０を含む）、Mn：0.2 〜
0.5 ％、Ｓ：0.002 〜0.015 ％、Ti：0.005％以下（０
を含む）、Nb：0.001 ％以下（０を含む）を含み、残部
が実質的にFeからなる連続鋳造スラブを、鋳片表面温度
が1000℃未満で600 ℃を下回らない状態から再加熱し、
鋳片表面が1000℃以上1150℃以下となる状態に15分以上
保持した後、鋳片表面温度が1000℃を下回らない状態に
保って熱間圧延を開始し、Ar₃変態点以上の仕上温度で
熱間圧延して巻取り、その後冷間圧延し、仕上焼鈍する
ことを特徴とする磁気異方性の小さな低級電磁鋼板の製
造方法。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載される方
法によって製造された磁気異方性の小さな低級電磁鋼
板。