JPWO2017122761A1 - 無方向性電磁鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のように、Alの含有量を低減した場合には、新たな設備対応や煩雑な工程管理を必要とせずに、高磁束密度で低鉄損の無方向性電磁鋼板を低コストで生産性よく製造することが難しいのが実情である。
次いで、上記スラブを、1100℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とし、酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、1000℃の温度で仕上焼鈍を施した。
次いで、上記スラブを、1100℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とし、酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、1000℃の温度で仕上焼鈍を施した。
SiO2、Al2O3およびCaOの酸化物標準生成エネルギーは、CaOが最も低く、次いでAl2O3で、最も高いのがSiO2であるため、鋼中の酸素はまずCaOを生成し、残った酸素がAl2O3を生成し、最後にSiO2を生成すると考えられる。したがって鋼中の酸素量を低減すれば、酸化物系介在物中の(CaO/SiO2)が上昇すると考えられ、また、鋼中の(T.Ca/T.O)を高めれば、酸化物系介在物中の(CaO/SiO2)も上昇すると考えられる。
本発明は、上記の新規な知見に基いて、開発したものである。
C:0.0050mass%以下
Cは、磁気時効を起こして製品板の鉄損を劣化させる有害元素であり、特に、0.0050mass%を超えると、上記劣化が顕著となるので、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
Siは、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素であり、また、鋼の脱酸剤として添加する元素でもあるため、0.1mass%以上含有させる。しかし、Siが5.0mass%を超えると、磁束密度が低下する他、鋼が脆化し、冷間圧延中に亀裂を生じる等、製造性を大きく低下させる。よって、上限は5.0mass%とする。好ましくは1.5〜5.0mass%の範囲である。さらに好ましくは1.6〜3.8mass%の範囲である。
Mnは、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素であり、また、熱間脆性を防止する効果を有するため、0.02mass%以上含有させる。一方、3.0mass%を超えると、磁束密度が低下するため、上限は3.0mass%とする。好ましくは0.15〜2.5mass%、より好ましくは0.15〜1.0mass%の範囲である。
Pは、微量の添加で鋼の硬さを高める効果が大きいため、打抜加工性を向上するのに有用な元素であり、要求される硬さに応じて適宜添加することができる。しかし、Pの過剰な添加は、冷間圧延性の低下をもたらすので、上限は0.2mass%とする。好ましくは、0.04〜0.15mass%の範囲である。
Sは、硫化物となって析出物や介在物を形成し、製品板の磁気特性を低下させるのみならず、製造性(熱間圧延性)を害するので、少ないほど好ましい。そこで、本発明では0.0050mass%以下に制限する。特に、磁気特性を重視する場合には0.0025mass%以下とするのが好ましい。なお、Sは少ないほど好ましいので、下限は特に規定しない。
Alは、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素であり、また、鋼の脱酸剤としても添加される元素である。しかし、前述したように、スクラップを鋳物銑の原料としてリサイクルする観点から、Alは0.05mass%未満であることが望まれており、低いほど好ましい。さらに、本発明では、集合組織を改善し、磁束密度を高めるため、Alをさらに低減し、sol.Al(酸可溶Al)で0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.0020mass%以下である。
Nは、前述したCと同様、磁気特性を劣化させる有害元素であり、特に、低Al材では、上記の悪影響が顕著となるので、0.0040mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
Caは、CaSとなって粗大な析出物を形成し、MnS等の微細な硫化物の析出を抑制するため、粒成長を改善し、鉄損を低減する効果がある。上記効果を得るため、本発明では、T.Ca(鋼中の全Ca濃度)で0.0010mass%以上含有させる。しかし、0.0080mass%を超える添加は、Ca硫化物やCa酸化物の量が増加し、却って粒成長を阻害して鉄損特性が劣化するため、上限は0.0080mass%とする。好ましくは0.0015〜0.0050mass%の範囲である。ここで、上記全Ca濃度(T.Ca)とは、鋼中の酸可溶Caと酸不可溶Caの和からなるCaの濃度である。
Oは、T.O(鋼中の全O濃度)で0.0100mass%を超えると、酸化物の量が増加して粒成長を阻害し、鉄損特性を劣化させるため、上限は0.0100mass%とする。好ましくは0.0060mass%以下である。ここで、上記全O濃度(T.O)とは、酸可溶Oと酸不可溶Oの和からなるOの濃度である。
先述したように、鋼中の全O濃度に対する全Ca濃度の比(T.Ca/T.O)は、0.50以上2.0以下とする必要がある。上記比が0.50未満では、酸化物系介在物が圧延方向に延伸した形態を示すようになるため、粒成長を阻害し、鉄損特性が劣化するためである。また、上限を2.0とするのは、2.0を超えると、粗大化した酸化物系介在物が割れの起点となり、製造性を著しく損なうようになるためである。好ましくは0.60以上1.8以下である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、鉄損特性をさらに改善するため、上記成分組成を満たすことに加えて、鋼中のSi濃度に対するsol.Al濃度の比(sol.Al/Si)を、0.0020以下に制限することが好ましい。(sol.Al/Si)が0.0020を超えると、酸化物系介在物が圧延方向に延伸した形態となり、粒成長を阻害し、鉄損特性が劣化するおそれがあるためである。より好ましくは0.0015以下である。ここで、上記sol.Alは、酸可溶Alを表す。正確には、(T.Al−sol.Al)/Siで規定すべきであるが、(sol.Al/Si)で規定する理由は、sol.AlとT.Alは相関があり、sol.Alの方が容易に分析できるからである。
Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
SnおよびSbは、いずれも集合組織を改善し、磁気特性を向上する効果を有する。上記効果を得るためには、単独または複合して、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。しかし、過剰に添加すると、鋼が脆化し、鋼板製造の過程で板破断やヘゲ等の表面欠陥を引き起こすため、上限はそれぞれ0.1mass%とするのが好ましい。より好ましくは、それぞれ0.02〜0.05mass%の範囲である。
Cu,NiおよびCrは、鋼板の比抵抗を高めて鉄損を低減すのに有効な元素であるため、含有させることができる。上記効果を得るためには、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。一方、これらの元素は、SiやAlと比較して高価であるため、それぞれの添加量は0.5mass%以下とするのが好ましい。
MgおよびREMは、高温でMnSやCu2Sよりも安定な硫化物を形成し、磁気特性を向上させる効果を有する元素であるため、含有させることができる。上記効果を得るためには、MgおよびREMを、それぞれ0.0001mass%以上添加するのが好ましい。一方、過剰に含有させても、効果が飽和し、経済的に不利となるため、上限はそれぞれ0.0050mass%とするのが好ましい。
優れた磁気特性を得るためには、製品板の圧延方向の板厚断面内に存在する、板厚方向の大きさが0.2μm以上の酸化物系介在物の(CaO/SiO2)を0.50以上とし、また、(Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO))を0.15以下とすることが好ましい。上記範囲を外れると、酸化物系介在物が熱間圧延により延伸し、熱延後の自己焼鈍や熱延板焼鈍、仕上焼鈍における粒成長性を阻害して、磁気特性を劣化させるからである。より好ましくは、CaO/SiO2が0.60以上で、(Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO))が0.10以下である。なお、鋼板中に存在する酸化物系介在物の成分組成は、鋼板の圧延方向に平行な断面(L断面)に存在する酸化物系介在物をSEM(走査型電子顕微鏡)で100個以上分析したときの平均値である。なお、本発明の酸化物系介在物には、硫化物等の他の化合物と複合して存在するものも含まれる。
なお、本発明の無方向性電磁鋼板は、無方向性電磁鋼板の製造に用いられている通常の設備および通常の工程で製造することができる。
まず、溶銑予備処理等を施してS濃度を低減した溶銑を、転炉で脱炭処理して炭素濃度を低減した後、さらに、真空脱ガス処理装置で、Cを極低濃度領域まで脱炭すると同時に脱窒処理する。その後、好ましくはC濃度が0.0050mass%以下に達した後、SiやSi合金を添加し、脱酸を兼ねてSi濃度を所定の濃度に調整した後、金属Mnなど成分調整用の他の元素や合金を添加して最終成分調整を行う。また、S濃度を低減するために、真空脱ガス処理中にCaOなどの脱硫剤を添加してもよい。なお、合金の一部は転炉出鋼時に添加してもよい。
ここで重要なことは、成分調整した溶鋼中の(T.Ca/T.O)を0.50以上2.0以下に制御する必要があることである。これにより、鉄損特性を改善することができる。
上記(T.Ca/T.O)を0.50以上に制御するには、溶鋼中に添加するCa合金(CaSi合金)を高めたり、真空脱ガス装処理で脱酸時間等を十分に確保して、酸素量を低減したりすることが有効である。もちろん、これらは(T.Ca/T.O)が2.0を超えない範囲内で行う必要がある。
上記スラブは、その後、熱間圧延を行うが、上記熱間圧延に先だつスラブの再加熱温度SRTは、1000〜1250℃の範囲とするのが好ましい。SRTが1250℃を超えると、エネルギーロスが大きく、不経済となるだけでなく、スラブの高温強度が低下し、スラブ垂れなどの製造上のトラブルが生じるおそれがある。一方、1000℃を下回ると、熱間における変形抵抗が増大し、熱間圧延することが困難となるためである。
なお、熱延板焼鈍を行う場合でも、コイル巻取温度を550℃以上としてもよいことは勿論である。
次いで、上記スラブを1080〜1180℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とした。この際、コイル巻取温度はすべて600℃(一定)とした。
次いで、上記熱延板を酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、均熱温度1000℃に10sec間保持する仕上焼鈍した後、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。
また、上記製品板の圧延方向(L)および圧延方向に対して直角方向(C)からエプスタイン試験片を切り出して、磁束密度B50(磁化力5000A/mにおける磁束密度)および鉄損W15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)をJIS C2552に準拠して測定した。
上記測定の結果を表1に併記した。この結果から、本発明に適合する鋼板は、鉄損W15/50が低くて、磁束密度B50も高く、優れた磁気特性を有していることがわかる。
Claims (10)
- C:0.0050mass%以下、Si:0.1〜5.0mass%、Mn:0.02〜3.0mass%、sol.Al:0.0050mass%以下、P:0.2mass%以下、S:0.0050mass%以下およびN:0.0040mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する無方向性電磁鋼板であって、
鋼中の全Ca濃度(T.Ca)が0.0010〜0.0080mass%、全酸素濃度(T.O)が0.0100mass%以下で、全酸素に対する全Caの濃度比(T.Ca/T.O)が0.50以上2.0以下である無方向性電磁鋼板。 - Siに対するsol.Alの濃度比(sol.Al/Si)が0.0020以下であることを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
- C:0.0050mass%以下、Si:0.1〜5.0mass%、Mn:0.02〜3.0mass%、sol.Al:0.0050mass%以下、P:0.2mass%以下、S:0.0050mass%以下およびN:0.0040mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する無方向性電磁鋼板であって、
鋼中の全Ca濃度(T.Ca)が0.0010〜0.0080mass%、全酸素濃度(T.O)が0.0100mass%以下で、圧延方向の板厚断面内に存在する、板厚方向の大きさが0.2μm以上の酸化物系介在物中におけるSiO2に対するCaOの組成比(CaO/SiO2)が0.50〜4.0である無方向性電磁鋼板。 - 圧延方向の板厚断面内に存在する、板厚方向の大きさが0.2μm以上の酸化物系介在物中における(CaO+SiO2+Al2O3)に対するAl2O3の組成比(Al2O3/(CaO+SiO2+Al2O3))が0.15以下であることを特徴とする請求項3に記載の無方向性電磁鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、REM:0.0001〜0.0050mass%およびMg:0.0001〜0.0050mass%のうちから選ばれる1種または2種を含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の成分組成と酸化物系介在物を含有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を550℃以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の成分組成と酸化物系介在物を含有するスラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
上記熱延板焼鈍を900〜1150℃の温度で施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
溶銑に脱硫処理および脱燐処理を施した後、転炉で精錬した溶鋼を真空脱ガス処理してCを0.0050mass%以下まで脱炭した後、成分調整用の元素および/または合金を添加し、その後、取鍋内にCaSi合金を添加し、鋼中の全Ca濃度(T.Ca)を0.0010〜0.0080mass%、全酸素濃度(T.O)を0.0100mass%以下、全酸素に対する全Caの濃度比(T.Ca/T.O)を0.50以上、2.0以下とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
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