JPH11189825A

JPH11189825A - 磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH11189825A
Application number: JP9365991A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Iizuka; 俊治飯塚; Yoshihiko Oda; 善彦尾田; Noritaka Takahashi; 紀隆高橋
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-12-24
Filing date: 1997-12-24
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】コストアップを伴うことなく、磁性焼鈍後の
鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％
未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下
（０を含む）を含み、残部が実質的にFeからなるスラブ
を熱間圧延し、必要により熱延板焼鈍を行なった後、一
回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ二回以上の
冷間圧延により、所定の板厚とし、Ｈ₂濃度10％以上の
雰囲気中で、均熱時間30秒〜5分の最終連続焼鈍を実施
することを特徴とする磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性
電磁鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板はその製造方法により
フルプロセス材とセミプロセス材に分けられる。このう
ち、フルプロセス材は鉄鋼メーカー側の仕上焼鈍により
所定の磁気特性を得るものであり、一方、セミプロセス
材は、需要家において打抜き加工後に歪取り焼鈍を行う
ことにより、所定の磁気特性を得るものである。セミプ
ロセス材においては、歪取り焼鈍時に、加工歪みの除去
と同時に結晶粒も成長することから、より一層の鉄損低
減が可能となる。このため歪取り焼鈍は「磁性焼鈍」と
も呼ばれている。

【０００２】従来、この磁性焼鈍時の粒成長性を良好に
するために、介在物、析出物の形態制御が行われてい
る。

【０００３】例えば、特開昭６３−１９５２１７号公報
にはSi＝0.1〜1.0％、sol.Al＝0.001〜0.005％の鋼板に
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の重量割合を15％以下とすることに
より介在物の形態を制御し磁性焼鈍時の粒成長性を良好
にする技術が開示されている。

【０００４】また、特開平８−３９６６号公報には、Si
＝1.0％以下、Al＝0.2〜1.5％においてＲＥＭを２〜80p
pm 添加することにより磁性焼鈍時の粒成長性を向上さ
せる技術が開示されている。

【０００５】さらに、特開平５−２３４７３６号公報に
は、Si＝0.1〜2.0％、Al＝0.1〜1.0％、S＜0.003％、Sn
＝0.01〜0.03％の鋼板において鋼中のSiＯ₂、MnＯ、Al₂
Ｏ₃の３種の介在物の総重量に対するMnＯの重量割合を1
0％以下とすることにより介在物の形態を制御し、熱延
加熱温度を900〜1100℃、熱延後のバッチ焼鈍を700〜90
0℃で実施することにより粒成長性を良好にする技術が
開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの従来
の方法には、以下に記載するような問題点がある。即
ち、特開昭６３−１９５２１７号公報に記載されている
方法では、磁性焼鈍後の鉄損は4.44〜4.75Ｗ／kgであり
満足できるものではない。また、特開平８−３９６６号
公報に開示されている方法では、ＲＥＭを使用するため
コストアップとなるという問題点がある。さらに、特開
平５−２３４７３６号公報に開示されている方法では、
バッチ焼鈍が必須であるためコストアップとなることは
避けられない。

【０００７】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、コストアップを伴うことなく、磁性焼鈍後の
鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供することを目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、Ｓを10
ppm 以下の極微量に制御しても鉄損が下がらないのは、
微量Ｓ領域において顕著な窒化層が表面領域に形成され
るためであるという新しい知見に基づき、最終連続焼鈍
時の焼鈍雰囲気と均熱時間を制御することによって窒化
物の形成を抑制し、鉄損を低下させるものである。

【０００９】即ち、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.005
％以下、Si：1.5％未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％
以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0
％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含み、残部が実質
的にFeからなるスラブを熱間圧延し、必要により熱延板
焼鈍を行なった後、一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍
をはさんだ二回以上の冷間圧延により所定の板厚とし、
Ｈ₂濃度10％以上の雰囲気中で、均熱時間30秒〜５分の
最終連続焼鈍を実施することを特徴とする磁性焼鈍後の
鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法（請求項１）に
よって解決される。

【００１０】また、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.005
％以下、Si：1.5％未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％
以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1 〜1.0
％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）、Sb＋1/2Sn：0.001
〜0.05％を含み残部が実質的にFeからなるスラブを熱間
圧延し、必要により熱延板焼鈍を行なった後、一回の冷
間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ二回以上の冷間圧
延により所定の板厚とし、Ｈ₂濃度10％以上の雰囲気中
で、均熱時間30秒〜５分の最終連続焼鈍を実施すること
を特徴とする磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板
の製造方法（請求項２）によっても解決される。

【００１１】ここに、「残部が実質的にFeである」と
は、本発明の作用効果を無くさない範囲で他の微量元素
を含むものが権利範囲に入ることを意味する。なお、以
下の説明において、鋼成分の％は全て重量％を意味し、
ppmも重量ppmを意味する。

【００１２】（発明に至る経緯とＳ含有量、最終焼鈍条
件の限定理由）以下、本発明に至った経緯について詳細
に説明する。最初に、鉄損に及ぼすS量の影響を調査す
るため、Ｃ：0.0020％、Si：0.25％、Mn：0.55％、P：
0.11％、Al：0.25％、Ｎ：0.0018％、Sb：tr.とし、Ｓ
量をtr.〜15ppm の範囲で変化させた鋼をラボ溶解し、
熱延後、酸洗を行った。引き続きこの熱延板を板厚0.5m
mまで冷間圧延し、３種類の焼鈍雰囲気−均熱時間の組
み合わせで750 ℃の仕上焼鈍を施し、さらに100％Ｎ₂中
で750℃×２hrの磁性焼鈍を行った。

【００１３】図１はこのようにして得られたサンプルの
Ｓ量と磁性焼鈍後の鉄損Ｗ_15/50の関係を示したもので
ある。ここで、磁気測定は25cmエプスタイン試験片を用
いて行った。

【００１４】図１より、Ｓ≦10ppm となった場合に鉄損
Ｗ_15/50は4.2Ｗ／kg以下となり、鉄損が大幅に低下する
ことがわかる。これはＳ量低減によりMnＳの析出量が少
なくなり、フェライト粒の粒成長性が大幅に向上したた
めである。以上のことより本発明に於いては、Ｓ量の範
囲を10ppm以下に限定する。

【００１５】しかし、Ｓ量が10ppm以下での鉄損の低下
レベルは、焼鈍雰囲気−均熱時間の組み合わせによって
異なることがわかった。すなわち、図１に示すように、
15％Ｈ₂−1分均熱の場合には、５％Ｈ₂−1分均熱および
15％Ｈ₂−20秒均熱の場合に比して、Ｓ量が10ppm以下で
の鉄損の低下が著しい。

【００１６】本発明者らは、この原因を調べるため、光
学顕微鏡にて組織観察を行った。その結果、５％Ｈ₂−1
分均熱および15％Ｈ₂−20秒均熱の場合には、鋼板表層
に顕著な窒化層が認められた。これに対し、15％Ｈ₂−1
分均熱の場合には窒化層は軽微となっていた。この窒化
層は100％Ｎ₂雰囲気で行った磁性焼鈍時に生じたものと
考えられる。

【００１７】Ｓ量により窒化反応が異なった原因に関し
ては次のように考えられる。すなわち、Ｓは表面および
粒界に濃化しやすい元素であることから、Ｓ＞10ppm の
領域では、Ｓが鋼板表面へ濃化し、磁性焼鈍時の窒素の
吸着を抑制した。一方、Ｓ≦10ppm の領域ではＳによる
窒素吸着の抑制効果が低下したため、焼鈍雰囲気−均熱
時間の組み合わせによる窒素吸着抑制能力の差が、鉄損
レベルに反映された。

【００１８】次に焼鈍雰囲気−均熱時間の最適な組み合
わせ範囲を調査するため、Ｃ：0.0021％、Si：0.25％、
Mn：0.52％、Ｐ：0.100％、Al：0.26％、Ｓ：0.0003
％、Ｎ：0.0015％とした鋼およびこれと同様の化学組成
に、Sb：0.0040％を添加した鋼をラボ溶解し、熱延後、
酸洗を行った。引き続きこの熱延板を板厚0.5 mmまで冷
間圧延し、Ｈ₂濃度、均熱時間の組み合わせを種々変
え、750 ℃の仕上焼鈍を施し、さらに100％Ｎ₂中で750
℃×２hrの磁性焼鈍を行った。

【００１９】図２はこのようにして得られたサンプルの
Ｈ₂濃度毎の仕上焼鈍均熱時間と磁性焼鈍後の鉄損Ｗ
_15/50の関係を示したものである。図２より、Sbフリー鋼、
Sb添加鋼とも、Ｈ₂濃度10％以上でかつ仕上焼鈍時の均
熱時間が30秒〜５分の領域で鉄損が低下し、Ｗ_15/50≦
4.0Ｗ／kgが達成されることがわかる。また、Sb添加と
最適な焼鈍雰囲気−均熱時間を組み合わせる事により、
Sbフリーよりも更に、鉄損を低下させる事が可能であるこ
ともわかる。

【００２０】（その他の成分の限定理由）次に、その他
の成分の限定理由について説明する。Ｃ：Ｃは磁気時効の問題があるため0.005％以下とす
る。 Si： Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素で
あるが、1.5％以上となると飽和磁束密度の低下に伴い
磁束密度が低下するため1.5％未満とする。 Mn： Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するために、0.
05％以上必要であるが、1.0％以上になると磁束密度を
低下させるので0.05〜1.0％とする。Ｐ：Ｐは鋼板の打ち抜き性を改善するために必要な元
素であるが、0.2％を超えて添加すると鋼板が脆化する
ため0.2％以下とする。

【００２１】Ｎ：Ｎは、含有量が多い場合にはAlＮの
析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下
とする。 Al： AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元
素であるが、1.0％を超えると飽和磁束密度の低下に伴
い磁束密度が低下するため上限を1.0％とする。また、0.1％未満の場合にはAlＮが微細化し粒成長性が
低下するため下限を0.1％とする。 Sb＋1/2Sn： Sb、Snは磁性焼鈍時の窒化を軽減するた
めに有効な元素であり、同一の働きをするが、Snの効果
はSbに比して1/2である。よって、含有量をSb＋1/2Snで
規定する。磁性焼鈍時の窒化を軽減するためには、Sb＋
1/2Snは0.001％以上含有させることが好ましいが、コス
トの問題から上限を500ppmとする。なお、Sb＋1/2Snが
この範囲であれば、一方のみを含んでいてもよい。

【００２２】（製造方法）本発明においては、Ｓ及び規
定成分が所定の範囲内であれば、製造方法は、無方向性
電磁鋼板を製造する通常の方法でかまわない。すなわ
ち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理して所定の成分に
調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の
仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、
通常の無方向性電磁鋼板を製造する範囲の温度でかまわ
ない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須
ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍を
はさんだ２回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後
に、最終焼鈍を行う。

【００２３】

【実施例】表１に示す鋼を用い、転炉で吹練した後に脱
ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後鋳造し、
スラブ加熱温度1160℃で１hr加熱した後、板厚2.0mmま
で熱間圧延を行った。熱間圧延時の仕上げ温度は800
℃、巻取り温度は670℃とした。次にこの熱延板を酸洗
し、その後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行い、表１に示
す仕上焼鈍条件で焼鈍を行い、さらに100％Ｎ₂中で750
℃×２hrの磁性焼鈍を行った。磁気測定は25cmエプスタ
イン試験片を用いて行った。各鋼板の磁気特性を表１に
併せて示す。表１において保持時間と記載されているの
は、均熱時間のことである。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１において、No.１〜No.９がSiのレベル
が0.25％のオーダである本発明の実施例である。また、
No.19からNo.24がSiのレベルが0.75％のオーダである本
発明の実施例である。いずれの実施例においても、鉄損
Ｗ_15/50は、従来製造が困難とされた4.2 Ｗ／kgよりは
るかに低く、Siのレベルが0.25％のオーダのもので3.84
〜4.00Ｗ／kg、Siのレベルが0.75％オーダのもので3.30
〜3.40Ｗ／kg程度となっている。また、Sbを添加したも
のは、他のものに比して鉄損が更に向上している。ま
た、磁束密度Ｂ₅₀も、Siのレベルが0.25％のオーダのも
ので1.76Ｔ、Siのレベルが0.75％のオーダのもので1.73
Ｔと高い。

【００２６】これに対して、No.10のものは、Ｓが本発
明の範囲を外れているので、鉄損Ｗ_15/50が高くなって
いる。No.11のものは、Alの範囲が本発明の範囲より低
いため、結晶粒成長性が低下し鉄損Ｗ_15/50が高くなっ
ている。一方、No.12のものは、Alの範囲が本発明の範
囲より高いため、鉄損Ｗ_15/50は低下するものの、磁束
密度Ｂ₅₀が低くなっている。

【００２７】No.13のものは、Ｃが本発明の範囲より高
いため、鉄損Ｗ_15/50が高いばかりでなく、磁気時効の
問題を有している。No.14のものは、Mnが本発明の範囲
を外れているので、鉄損Ｗ_15/50は低下するものの本発
明鋼よりは高く、かつ、磁束密度Ｂ₅₀が低くなってい
る。No.15のものは、Ｎが本発明の範囲を外れているの
で、鉄損Ｗ_15/50が高い。No.16のものは、仕上焼鈍時の
Ｈ₂濃度が、No.15、No.16のものは、仕上焼鈍時の均熱
時間が本発明の範囲を外れているので、鉄損Ｗ_15/50が
高い。

【００２８】Siのレベルが0.75％のものにおいても、N
o.25のものは、Ｓの値が本発明の範囲から外れているの
で、同じSiレベルの本発明品より鉄損Ｗ_15/50が高くな
っている。また、No.26のものは、仕上焼鈍時のＨ₂濃度
が、No.27、No.28のものは、仕上焼鈍時の均熱時間が本
発明の範囲を外れているので、鉄損Ｗ_15/50が高い。No.
29のものは、Siの範囲が本発明の範囲より高いので、鉄
損Ｗ_15/50は低く押さえられているものの、磁束密度Ｂ
₅₀が小さくなっている。

【００２９】これらの実施例、比較例を見てわかるよう
に、鋼板成分のＳ量および他の規定成分、最終連続焼鈍
時の焼鈍雰囲気および均熱時間を本発明の範囲とした場
合に、磁性焼鈍後の鉄損が非常に低く、かつ、磁束密度
の低下しない無方向性電磁鋼板が得られることがわか
る。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、重量％で、Ｃ：0.
005％以下、Si：1.5％未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2
％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0
％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含み、又はこれに
加えてSb＋1/2Sn：0.001〜0.05％を含み、残部が実質的
にFeからなるスラブを熱間圧延し、必要により熱延板焼
鈍を行なった後、一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍を
はさんだ二回以上の冷間圧延により、所定の板厚とし、
Ｈ₂濃度10％以上の雰囲気中で、均熱時間30秒〜5分の最
終連続焼鈍を実施することを特徴とするものであるの
で、磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得るこ
とができる。

【００３１】本発明に係る無方向性電磁鋼板は、鉄損が
低いことを要求される電気材料として、トランスの鉄
心、モータのコア等、広く種々の用途に使用するのに好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓ量と磁性焼鈍後の磁気特性（鉄損）との関係
を示す図である。

【図２】仕上焼鈍均熱時間と磁性焼鈍後の磁気特性（鉄
損）と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：0.005％以下、Si：1.5％
未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下
（０を含む）を含み、残部が実質的にFeからなるスラブ
を熱間圧延し、必要により熱延板焼鈍を行なった後、一
回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ二回以上の
冷間圧延により所定の板厚とし、Ｈ₂濃度10％以上の雰
囲気中で、均熱時間30秒〜５分の最終連続焼鈍を実施す
ることを特徴とする磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電
磁鋼板の製造方法。
【請求項２】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5％
未満、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下
（０を含む）、Sb＋1/2Sn：0.001〜0.05％を含み残部が
実質的にFeからなるスラブを熱間圧延し、必要により熱
延板焼鈍を行なった後、一回の冷間圧延、もしくは中間
焼鈍をはさんだ二回以上の冷間圧延により所定の板厚と
し、Ｈ₂濃度10％以上の雰囲気中で、均熱時間30秒〜５
分の最終連続焼鈍を実施することを特徴とする磁性焼鈍
後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法。