JPWO2019188940A1 - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Abstract

C:0.0030%以下、Si:2.00%〜4.00%、Al:0.01%〜3.00%、Mn:0.10%〜2.00%、P:0.005%〜0.200%、S:0.0030%以下、Cu:1.0%超3.0%以下、Ni:0.10%〜3.0%、粗大析出物生成元素を一種以上:総計で0.0005%超0.0100%以下、Si含有量(質量%)を[Si]、Al含有量(質量%)を[Al]、Mn含有量(質量%)を[Mn]としたときにパラメータQ(Q=[Si]+2[Al]−[Mn]):2.00以上、Sn:0.00%〜0.40%、Cr:0.0%〜10.0%、かつ残部:Fe及び不純物、で表される化学組成を有し、100nm未満の径を有するCu単体の粒子が10μm2あたりに5個以上、{100}結晶方位強度が2.4以上、厚さが0.10mm〜0.60mm、平均結晶粒径が70μm〜200μmであることを特徴とする無方向性電磁鋼板。

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板に関する。
本願は、2018年3月26日に、日本に出願された特願2018−058264号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
無方向性電磁鋼板は、例えばモータの鉄心に使用される。無方向性電磁鋼板には、その板面に平行なすべての方向(以下、「板面内の全方向」ということがある)において優れた磁気特性、例えば低鉄損及び高磁束密度が要求される。特にHEV(Hybrid Electric Vehicle)用モータに使われる無方向性電磁鋼板は、1万rpm近くの超高速回転において良好な性能が求められている。
この回転数では、遠心力に耐えられる強度を有し、高周波鉄損に優れ、かつ磁束密度の高い材料が求められている一方で、加工時に欠けが発生しないよう材料の伸びも要求される。
日本国特開平03−126845号公報 日本国特開2006−124809号公報 日本国特開昭61−231120号公報 日本国特開2004−197217号公報 日本国特開平05−140648号公報 日本国特開2008−132534号公報 日本国特開2004−323972号公報 日本国特開昭62−240714号公報 日本国特開2011−157603号公報 日本国特開2008−127659号公報
本発明は、磁気特性に優れ、かつ強度及び伸びがともに優れた無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。この結果、化学組成、厚さ及び平均結晶粒径を適切なものとすることが重要であることが明らかになった。このような無方向性電磁鋼板の製造には、熱延鋼帯等の冷間圧延に供する鋼帯を得る際に、溶鋼の鋳造又は急速凝固における柱状晶率及び平均結晶粒径を制御し、冷間圧延の圧下率を制御し、仕上げ焼鈍時の通板張力及び冷却速度を制御することが重要であることも明らかになった。
本発明者らは、このような知見に基づいて更に鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
(1)本発明の一態様に係る無方向性電磁鋼板は、
質量%で、
C:0.0030%以下、
Si:2.00%〜4.00%、
Al:0.01%〜3.00%、
Mn:0.10%〜2.00%、
P:0.005%〜0.200%、
S:0.0030%以下、
Cu:1.0%超3.0%以下、
Ni:0.10%〜3.0%、
Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdからなる群から選択された一種以上:総計で0.0005%超0.0100%以下、
Si含有量(質量%)を[Si]、Al含有量(質量%)を[Al]、Mn含有量(質量%)を[Mn]としたときに式1で表されるパラメータQ:2.00以上、
Sn:0.00%〜0.40%、
Cr:0.0%〜10.0%、かつ
残部:Fe及び不純物、
で表される化学組成を有し、
100nm未満の径を有するCu単体の粒子が10μm2あたりに5個以上であり、
{100}結晶方位強度が2.4以上であり、
厚さが0.10mm〜0.60mmであり、
平均結晶粒径が70μm〜200μmであることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Q=[Si]+2[Al]−[Mn] (式1)
(2)上記(1)に記載の無方向性電磁鋼板は、
前記化学組成において、
Sn:0.02%〜0.40%
が満たされてもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載の無方向性電磁鋼板は、
前記化学組成において、
Cr:0.2%〜10.0%
が満たされてもよい。
本発明によれば、化学組成、厚さ及び平均結晶粒径が適切であるため、磁気特性に優れ、かつ強度及び伸びがともに優れた無方向性電磁鋼板を提供できる。
Cu含有量が1.5%の場合のNi含有量とELとの関係を示す図である。 Cu含有量が0.1%の場合のNi含有量とELとの関係を示す図である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定して解釈されるものではないことは自明である。
先ず、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板及びその製造に用いる溶鋼の化学組成について説明する。詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、溶鋼の鋳造及び熱間圧延又は溶鋼の急速凝固、冷間圧延、並びに仕上げ焼鈍等を経て製造される。従って、無方向性電磁鋼板及び溶鋼の化学組成は、無方向性電磁鋼板の特性のみならず、これらの処理を考慮したものである。
以下の説明において、無方向性電磁鋼板又は溶鋼に含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。
また、下記する数値限定範囲には、下限値及び上限値がその範囲に含まれる。「超」または「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。各元素の含有量に関する「%」は、「質量%」を意味する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、C:0.0030%以下、Si:2.00%〜4.00%、Al:0.01%〜3.00%、Mn:0.10%〜2.00%、P:0.005%〜0.200%、S:0.0030%以下、Cu:1.0%超3.0%以下、Ni:0.10%〜3.0%、Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdからなる群から選択された一種以上:総計で0.0005%超0.0100%以下、Si含有量(質量%)を[Si]、Al含有量(質量%)を[Al]、Mn含有量(質量%)を[Mn]としたときに式1で表されるパラメータQ:2.00以上、Sn:0.00%〜0.40%、Cr:0.0%〜10.0%、かつ残部:Fe及び不純物で表される化学組成を有している。
Q=[Si]+2[Al]−[Mn] (式1)
不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。
(C:0.0030%以下)
Cは、鉄損を高めたり、磁気時効を引き起こしたりする。従って、C含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、C含有量が0.0030%超で顕著である。このため、C含有量は0.0030%以下とする。C含有量の低減は、板面内の全方向における磁気特性の均一な向上にも寄与する。
C含有量の上限値は、0.0020がより好ましい。C含有量の下限値は低いほど良いが、特に制限はされず、鋼中からCを除去するコストを考慮すると、0.0005以上が望ましい。
(Si:2.00%〜4.00%)
Siは、電気抵抗を増大させて、渦電流損を減少させ、鉄損を低減したり、降伏比を増大させて、鉄心への打ち抜き加工性を向上したりする。
Si含有量が2.00%未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Si含有量は2.00%以上とする。一方、Si含有量が4.00%超では、磁束密度が低下したり、硬度の過度な上昇により打ち抜き加工性が低下したり、冷間圧延が困難になったりする。従って、Si含有量は4.00%以下とする。
Si含有量の下限値は2.30%が好ましく、2.50%がより好ましい。Si含有量の上限値は3.70%が好ましく、3.50%がより好ましい。
(Al:0.01%〜3.00%)
Alは、電気抵抗を増大させて、渦電流損を減少させ、鉄損を低減する。
Alは、飽和磁束密度に対する磁束密度B50の相対的な大きさの向上にも寄与する。ここで、磁束密度B50とは、5000A/mの磁場における磁束密度である。Al含有量が0.01%未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Al含有量は0.01%以上とする。一方、Al含有量が3.00%超では、磁束密度が低下したり、降伏比を低下させて、打ち抜き加工性を低下させたりする。従って、Al含有量は3.00%以下とする。
Al含有量の下限値は0.10%が好ましく、0.20%がより好ましい。Al含有量の上限値は2.50%が好ましく、2.00%がより好ましい。
(Mn:0.10%〜2.00%)
Mnは、電気抵抗を増大させて、渦電流損を減少させ、鉄損を低減する。Mnが含まれると、一次再結晶で得られる集合組織が、板面に平行な面が{100}面の結晶(以下、「{100}結晶」ということがある)が発達したものになりやすい。{100}結晶は、板面内の全方向における磁気特性の均一な向上に好適な結晶である。
また、Mn含有量が高いほど、MnSの析出温度が高くなり、析出してくるMnSが大きなものとなる。このため、Mn含有量が高いほど、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長を阻害する粒径が100nm程度の微細なMnSが析出しにくい。
Mn含有量が0.10%未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Mn含有量は0.10%以上とする。一方、Mn含有量が2.00%超では、仕上げ焼鈍において結晶粒が十分に成長せず、鉄損が増大する。従って、Mn含有量は2.00%以下とする。
Mn含有量の下限値は0.15%が好ましく、0.20%がより好ましい。Mn含有量の上限値は1.50%が好ましく、1.00%がより好ましい。
(P:0.005%〜0.200%)
Pは、無方向性電磁鋼板の強度を向上させる効果がある。P含有量が0.005%未満では、強度を高める効果が得られない。また、P含有量が0.200%を超えると、加工性が低下するため、P含有量は0.005%〜0.200%とする。
P含有量の下限値は0.008%が好ましく、0.010%がより好ましい。P含有量の上限値は0.180%が好ましく、0.150%がより好ましい。
(S:0.0030%以下)
Sは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。
Sは、微細なMnSの析出により、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長を阻害する。従って、S含有量は低ければ低いほどよい。このような再結晶及び結晶粒成長の阻害による鉄損の増加及び磁束密度の低下は、S含有量が0.0030%超で顕著である。このため、S含有量は0.0030%以下とする。
S含有量の上限値は0.0025%が好ましく、0.0020%がより好ましい。S含有量の下限値は低ければ低いほど良いため、特に制限はしないが、鋼中からSを除去するコストがいたずらにかかることから、0.0005以上が望ましい。
(Cu:1.0%超3.0%以下)
Cuは高強度の無方向性電磁鋼板を得るために必須の元素である。
Cu含有量が1.0%以下では、強度が不足してしまう。また、Cu含有量が3.0%を超えると、靱性が著しく低下し、破断しやすくなる。したがって、Cu含有量は、1.0%超3.0%以下とする。
Cu含有量の下限値は1.2%が好ましく、1.5%がより好ましい。Cu含有量の上限値は2.5%が好ましく、2.0%がより好ましい。
(Ni:0.10%〜3.0%)
Niは伸びを向上させるために必要な元素である。
詳細は後述するが、特に{100}結晶方位強度が2.4以上で、Cuを1.0%超3.0%以下含有し、かつMg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdからなる群から選択された一種以上を0.0005%超0.0100%以下含有する場合に、Niを0.10%〜3.0%の範囲で添加することで、伸びを向上させる効果が発揮される。
Niが0.10%未満ではその効果が得られない。一方、Ni含有量が3.0%を超えると、逆に伸びが低下してしまう。このため、Ni含有量は0.10%〜3.0%とする。
また、Ni含有量の下限値は0.15%が好ましく、0.20%がより好ましい。Ni含有量の上限値は2.5%が好ましく、2.2%がより好ましい。
(Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdからなる群から選択された一種以上:総計で0.0005%超0.0100%以下)
Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdは、溶鋼の鋳造又は急速凝固時に溶鋼中のSと反応して硫化物若しくは酸硫化物又はこれらの両方の析出物を生成する。
以下、Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdを総称して「粗大析出物生成元素」ということがある。
粗大析出物生成元素を含む析出物の粒径は1μm〜2μm程度であり、MnS、TiN、AlN等の微細析出物の粒径(100nm程度)よりはるかに大きい。このため、粒界に生成したこれら微細析出物は粗大析出物生成元素の析出物に付着し、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長を阻害しにくくなる。
粗大析出物生成元素の含有量が総計で0.0005%以下では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、粗大析出物生成元素の含有量は総計で0.0005%超とする。一方、粗大析出物生成元素の含有量が総計で0.0100%超では、硫化物若しくは酸硫化物又はこれらの両方の総量が過剰となり、仕上げ焼鈍における再結晶及び結晶粒の成長が阻害される。従って、粗大析出物生成元素の含有量は総計で0.0100%以下とする。
粗大析出物生成元素の含有量の下限値は0.0010%が好ましく、0.0020%がより好ましい。粗大析出物生成元素の含有量の上限値は0.0090%が好ましく、0.0080%がより好ましい。
(パラメータQ:2.00以上)
フェライト−オーステナイト変態(α−γ変態)の発生を抑制するために、パラメータQの値は2.00以上とする。
式1で表されるパラメータQが2.00未満では、フェライト−オーステナイト変態(α−γ変態)が生じ得る。そのため、溶鋼の鋳造又は急速凝固に際し、一旦生成した柱状晶がα−γ変態により壊されたり、平均結晶粒径が小さくなったりする。また、仕上げ焼鈍時にα−γ変態が生じることもある。このため、パラメータQが2.00未満では、所望の磁気特性が得られない。
パラメータQは、2.00以上であればα−γ変態しないため上限は特に定めないが、本発明のSi、Al、及びMnの規定範囲からおのずと10以下となる。
パラメータQの下限値は、好ましくは2.50である。
Sn及びCrは、必須元素ではなく、無方向性電磁鋼板に所定量を限度に適宜含有されていてもよい任意元素である。
(Sn:0.00%〜0.40%)
Snは、磁気特性の向上に好適な結晶を一次再結晶で発達させる。このため、Snが含まれると、板面内の全方向における磁気特性の均一な向上に好適な{100}結晶が発達した集合組織が一次再結晶で得られやすい。Snは、仕上げ焼鈍時の鋼板の表面の酸化及び窒化を抑制したり、結晶粒の大きさのばらつきを抑制したりする。従って、Snが含有されていてもよい。
これらの作用効果を十分に得るために、好ましくは、Sn:0.02%以上とする。一方、Snが0.40%超では、上記作用効果が飽和して徒にコストが高くなったり、仕上げ焼鈍において結晶粒の成長が抑制されたりする。従って、Sn含有量は0.40%以下とする。
Sn含有量の下限値は0.05%がより好ましい。Sn含有量の上限値は0.30%が好ましく、0.20%がより好ましい。
(Cr:0.0%〜10.0%)
Crは、高周波鉄損を低減する。高周波鉄損の低減は回転機の高速回転化に寄与し、高速回転化は回転機の小型化及び高効率化に寄与する。Crは、電気抵抗を増大させて、渦電流損を減少させ、高周波鉄損等の鉄損を低減する。Crは、応力感受性を低下させ、鉄心を形成する際に導入される圧縮応力に伴う磁気特性の低下及び高速回転時に作用する圧縮応力に伴う磁気特性の低下の軽減にも寄与する。従って、Crが含有されていてもよい。
これらの作用効果を十分に得るために、好ましくは、Cr:0.2%以上とする。一方、Cr含有量が10.0%超では、磁束密度が低下したり、コストが高くなったりする。従って、Cr含有量は10.0%以下とする。
Cr含有量の下限値は0.4%がより好ましい。Cr含有量の上限値は5.0%が好ましく、3.0%がより好ましい。
残部に含まれる不純物とは、鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石やスクラップから、または製造環境等から混入するものを指す。これらの不純物は、本実施形態の効果を十分に発揮させるために、制限されることが好ましい。また、不純物の含有量は少ないことが好ましいので、下限値を制限する必要がなく、不純物の下限値が0%でもよい。
上記した鋼成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、鋼成分は、JIS G 1211−1258に記載の方法で測定すればよい。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の集合組織について説明する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、{100}結晶方位強度が2.4以上である。{100}結晶方位強度が2.4未満では、磁束密度の低下及び鉄損の増加が生じたり、板面に平行な方向間での磁気特性のばらつきが生じたりする。
なお、{100}強度は高ければ高いほど良いため、上限は特に定めない。
{100}結晶方位強度は、X線回折法又は電子線後方散乱回折(electron backscatter diffraction:EBSD)法により測定することができる。X線及び電子線の試料からの反射角等が結晶方位毎に異なるため、ランダム方位試料を基準にしてこの反射強度等で結晶方位強度を求めることができる。
具体的には、{100}結晶方位強度は、ランダム方位試料の{100}結晶方位の反射強度(I(100))に対する対象試料の{100}結晶方位の反射強度(i(100))、すなわち、i(100)/I(100)として求めることができる。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板のCu単体の粒子について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板では、100nm未満の径(粒子径)を有するCu単体の粒子が10μm2あたりに5個以上である。
ここで、Cu単体の粒子のうち、その粒子径が100nm未満の粒子は機械強度を上げることができ、かつ磁気特性を悪化させない作用がある。一方、Cu単体の粒子のうち、その粒子径が100nm以上の粒子は機械強度は上げるが、磁気特性を悪化させる作用がある。
このように作用する100nm未満の径を有するCu単体の粒子が10μm2あたりに5個未満であると機械強度の向上が不十分であったり、磁気特性の悪化を招いたりする。したがって、100nm未満の径を有するCu単体の粒子は10μm2あたりに5個以上とする。なお、100nm未満の径を有するCu単体の粒子は多ければ多いほど鉄損に悪影響を与えず強度の向上できるため、上限は特に規定しない。
100nm未満の径を有するCu単体の粒子は10μm2あたりに100個以上であることがより好ましい。
100nm未満の粒子は、例えば透過型電子顕微鏡(TEM)で観察することができる。走査型電子顕微鏡(SEM)では、機種にはよるが、100nm未満の粒子は観察しづらくなる。TEM観察時の試料調整は、例えば観察箇所を薄膜化する方法や、析出物を有機膜に転写させるレプリカ法を用いる。Cu単体の粒子の観測はレプリカ法では観察が難しいため、薄膜化する試料調整法が好ましく用いられる。
本実施形態に係るCu単体の粒子の径は、具体的には、TEMにより10μm以上の範囲を観察し、その観察範囲で個数をカウントし、測定した面積で平均化する。TEMによる観察範囲は、20μm以上の範囲であることがより好ましく、30μm以上の範囲であることがさらに好ましい。粒子の成分はTEMの回折パターンで代表的なものを同定する。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径について説明する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の平均結晶粒径は70μm〜200μmである。平均結晶粒径が70μm未満では、鉄損W10/400が高い。ここで、鉄損W10/400とは、1.0Tの磁束密度、400Hzの周波数における鉄損である。一方、平均結晶粒径が200μmより大きいと、鉄損W10/400の悪化や、加工時に割れを誘発する。
本実施形態で、結晶粒径とは結晶粒の円相当直径を意味する。
平均結晶粒径は、1個あたりの結晶粒径を意味する。例えばEBSDの測定を行い、5mmの範囲で観察を行い、観察視野の平均結晶粒径をプログラム(例えば、OIMAnalysis)によって求めることができる。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の厚さについて説明する。
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の厚さは、例えば0.10mm以上0.60mm以下である。無方向性電磁鋼板の厚さが0.60mm超であると、優れた高周波鉄損を得ることができない。従って、無方向性電磁鋼板の厚さは0.60mm以下とする。
無方向性電磁鋼板の厚さが0.10mm未満であると、安定性が低い無方向性電磁鋼板の表面における磁気特性が、安定性が高い内部における磁気特性よりも支配的になる。また、無方向性電磁鋼板の厚さが0.10mm未満であると、仕上げ焼鈍の焼鈍ラインの通板が困難になったり、一定の大きさの鉄心に必要とされる無方向性電磁鋼板の数が増加して、工数の増加に伴う生産性の低下及び製造コストの上昇が引き起こされたりする。従って、無方向性電磁鋼板の厚さは0.10mm以上とする。
無方向性電磁鋼板の厚さの下限値は0.20mmがより好ましい。無方向性電磁鋼板の厚さの上限値は0.50mmがより好ましい。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の磁気特性及び機械特性について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、例えば、リング磁気測定での磁束密度B50:1.63T以上、かつ、鉄損W10/400:無方向性電磁鋼板の厚さをt(mm)と表したときに11×[0.45+0.55×{0.5×(t/0.20)+0.5×(t/0.20)2}]W/kg以下、で表される磁気特性を呈することができる。
リング磁気測定では、無方向性電磁鋼板から採取したリング状の試料、例えば外径が5インチ(12.70cm)、内径が4インチ(10.16cm)のリング状の試料を励磁し、磁束を試料の全周に流す。リング磁気測定により得られる磁気特性は、板面内の全方向の構造を反映したものとなる。
また、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、強度(引張強度TS)が590MPa以上、かつ全伸び(EL)が10%以上の機械特性を得ることができる。
ここで、機械特性はJIS Z 2241に記載の方法で試験を行うことができる。用いる試験片は、鋼板の圧延方向に試験片の平行部を合わせたJIS Z 2201記載のJIS5号試験片である。以下、引張試験した際の引張強度をTS、全伸びをELと記述することもある。
続いて、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板における化学組成と、磁気特性及び機械特性との関係について説明する。前述したように本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、良好な磁気特性を得るために{100}結晶方位強度が2.4以上とし、さらに強度と伸びとを両立させる必要がある。{100}結晶方位強度は高ければ高いほど望ましいため、特に上限は規定しない。
高強度の無方向性電磁鋼板を得るためには、Cu含有量を1.0%超とする必要がある。また、鉄損を少なくするためには、結晶粒が成長しやすい条件、すなわち、粗大析出物生成元素を0.0005%超0.0100%以下含有する必要がある。
図1に示すように、{100}結晶方位強度が2.9という条件で、上述した粗大析出物生成元素であるMgを0.004%含む場合(図1のグラフの「◆」のデータ)と、Mgを含まない場合(図1のグラフの「◇」のデータ)とを比較すると、Ni含有量が少ないと、粗大析出物生成元素であるMgを含む場合、ELが低下してしまうことがわかった。
一方、図2に示すように、Cu含有量が少ない場合には、そのような傾向は見られなかった。すなわち、Ni含有量を変化させた場合でも、粗大析出物生成元素であるMgの有無、{100}結晶方位強度がELに影響しない。
以上の結果から、Cu含有量を1.0%超含む場合には、粗大析出物生成元素を含有させると、Cu含有量とNi含有量との関係が変化することがわかる。
以上のように、強度と伸びとを両立させ、かつ良好な磁気特性を得るためには、図1からわかるとおり、粗大析出物生成元素を0.0005%超0.0100%以下、Cuを1.0%超3.0%以下、Niを0.10%〜3.0%、かつ{100}結晶方位強度を2.4以上のすべての条件を満たすことが重要である。
上述した実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法としては、特に限定されるものではないが、次の(1)高温熱延板焼鈍+冷延強圧下法、(2)薄スラブ連続鋳造法、(3)潤滑熱延法、及び(4)ストリップキャスティング法等を挙げることができる。
なお、いずれの方法においても、スラブ等の開始材料の化学組成ついては、上記の項目に記載された化学組成である。以下に、上記の無方向性電磁鋼板の製造方法の実施形態を例示する。
(1)高温熱延板焼鈍+冷延強圧下法
まず、製鋼工程でスラブを製造する。スラブを再加熱炉で加熱した後、熱間圧延工程で連続的に粗圧延及び仕上げ圧延し、熱延コイルを得る。熱延条件は特に制限されない。
一般的な製造方法、すなわち1000〜1200℃に加熱したスラブを700〜900℃で仕上げ熱延を完了させ、500〜700℃で巻き取る製造方法でもよい。
次に、熱延コイルの鋼板に対して、熱延板焼鈍を実施する。熱延板焼鈍により、再結晶させ、結晶粒を結晶粒径300〜500μmまで粗大に成長させる。
熱延板焼鈍は、連続焼鈍でも、バッチ焼鈍でもよい。コストの観点から、熱延板焼鈍は連続焼鈍で実施するのが好ましい。連続焼鈍を実施するには、高温短時間で結晶粒成長させる必要があり、Si等の含有量を、上述したパラメータQの値が2.00以上となるように調整することで、高温でフェライト−オーステナイト変態を起こさない成分にすることができる。
次に、鋼板に対して、冷間圧延前の酸洗を実施する。
酸洗は、鋼板表面のスケールを除去するために必要な工程である。スケール除去の状況に応じて、酸洗条件を選択する。なお、酸洗の代わりに、グラインダでスケールを除去してもよい。また、さらに水洗を実施してもよい。
次に、鋼板に対して、冷間圧延を実施する。
ここで、Si含有量の高い高級無方向性電磁鋼板では、結晶粒径を粗大にしすぎると鋼板が脆化し、冷間圧延での脆性破断懸念が生じる。そのため、冷間圧延前の鋼板の平均結晶粒径を、通常200μm以下に制限する。一方、本製造方法では、冷間圧延前の平均結晶粒径を300〜500μmとし、続く冷間圧延を圧下率90〜97%で実施する。圧下率(%)は、「圧下率=(1−(冷延後板厚)/(冷延前板厚))×100」として計算できる。
なお、冷間圧延の代わりに、脆性破断回避の観点から、材料の延性/脆性遷移温度以上の温度で、温間圧延を実施しても良い。
その後、仕上焼鈍を実施すると、ND//<100>再結晶粒が成長する。それにより、{100}面強度が増加し、{100}方位粒の存在確率が高まる。
次に、鋼板に対して、仕上焼鈍を実施する。
仕上焼鈍は、所望の磁気特性が得られる結晶粒径を得るために条件を決める必要があるが、通常の無方向性電磁鋼板の仕上焼鈍条件の範囲であれば良い。
仕上焼鈍は、連続焼鈍でも、バッチ焼鈍でもよい。コストの観点から、仕上焼鈍は連続焼鈍で実施するのが好ましい。
本製造方法では、仕上げ焼鈍により、一次再結晶及び結晶粒の成長を生じさせ、平均結晶粒径を70μm〜200μmとすることができる。この仕上げ焼鈍により、板面内の全方向における磁気特性の均一な向上に好適な{100}結晶が発達した集合組織が得られる。仕上げ焼鈍では、例えば、保持温度を900℃以上1000℃以下とし、保持時間を10秒間以上60秒間以下とすることが好ましい。
本製造方法では、Cuの析出処理として、さらに500〜700℃の焼鈍を行ってもよい。この焼鈍では、焼鈍温度や、焼鈍時間を変化させることで、析出量や析出物の径を変更することができる。
以上の工程を経て、上述した本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板が得られる。
(2)薄スラブ連続鋳造法
薄スラブ連続鋳造法では、製鋼工程で30〜60mm厚さのスラブを製造し、熱間圧延工程の粗圧延を省略する。薄スラブで十分に柱状晶を発達させ、熱間圧延で柱状晶を加工して得られる{100}<011>方位を熱延板に残すことが望ましい。
この過程で、{100}面が鋼板面に平行になるように柱状晶が成長する。この目的のためには連続鋳造での電磁撹拌を実施しない方が望ましい。また、凝固核生成を促進させる溶鋼中の微細介在物は極力低減することが望ましい。
そして、薄スラブを再加熱炉で加熱した後、熱間圧延工程で連続的に仕上げ圧延して熱延コイルを得る。
その後、熱延コイルの鋼板に対して、上記「(1)高温熱延板焼鈍+冷延強圧下法」と同様にして、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍等を実施する。ただし、冷間圧延に関しては、圧下率は80〜97%で実施してもよい。
以上の工程を経て、上述した本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板が得られる。
(3)潤滑熱延法
まず、製鋼工程でスラブを製造する。スラブを再加熱炉で加熱した後、熱間圧延工程で連続的に粗圧延及び仕上げ圧延し、熱延コイルを得る。
通常、熱間圧延は無潤滑で実施するが、本実施形態に係る方法では、適切な潤滑条件で熱間圧延する。適切な潤滑条件で熱間圧延を実施すると、鋼板表層近傍に導入される剪断変形が低減する。それにより、通常鋼板中央で発達するαファイバと呼ばれるRD//<011>方位を持つ加工組織を鋼板表層近傍まで発達させることができる。
例えば、特開平10−036912号に記載があるように、熱間圧延時に潤滑剤として熱延ロール冷却水に0.5〜20%の油脂を混入し、仕上熱延ロールと鋼板との平均摩擦係数を0.25以下にすることで、αファイバを発達させることができる。熱間圧延の温度条件は特に指定せずともよく、上記「(1)高温熱延板焼鈍+冷延強圧下法」と同様の温度でもよい。
その後、熱延コイルの鋼板に対して、上記「(2)薄スラブ連続鋳造法」と同様にして、熱延板焼鈍、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍等を実施する。上述した方法により、熱延コイルの鋼板でαファイバを鋼板表層近傍まで発達させると、その後の熱延板焼鈍で{h11}<1/h 1 2>方位粒、特に{100}<012>〜{411}<148>方位粒が再結晶する。この鋼板を酸洗後、冷間圧延し、仕上焼鈍を実施すると、{100}<012>〜{411}<148>方位粒が再結晶する。それにより、{100}面強度が増加し、{100}方位粒の存在確率が高まる。
以上の工程を経て、上述した本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板が得られる。
(4)ストリップキャスティング法
まず、製鋼工程で、ストリップキャスティングにより、1〜3.5mm厚さの熱延コイルを製造する。
ストリップキャスティングでは、溶鋼を、水冷した1対のロール間で急速に冷却することで、直接熱延コイル相当厚さの鋼板を得ることができる。その際、水冷ロールに接触している鋼板最表面と溶鋼との温度差を十分に高めることで、表面で凝固した結晶粒が鋼板垂直方向に成長し、柱状晶を形成する。
上記のようなストリップキャスティングにより、上記化学組成を有する溶鋼を、移動更新する冷却体の表面で急速凝固させることができる。これにより、柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得ることができる。
柱状晶の割合が80%以上であることで、仕上げ焼鈍によって{100}結晶が発達した集合組織を得ることができる。本製造方法では、柱状晶の割合を80%以上とするために、例えば、移動更新する冷却体の表面に注入する溶鋼の温度を、凝固温度よりも25℃以上高める条件を採用してもよい。特に、移動更新する冷却体の表面に注入する溶鋼の温度を凝固温度よりも40℃以上高めた場合には、柱状晶の割合をほぼ100%にすることができるため、より好ましい。
このような柱状晶の割合が80%以上となる条件で溶鋼を凝固させた場合、Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn又はCdの硫化物若しくは酸硫化物、又はこれらの両方が容易に生成し、MnS等の微細硫化物の生成が抑制されるため、より好ましい。
BCC構造を持つ鋼では、柱状晶は{100}面が鋼板面に平行になるように成長する。柱状晶の割合が増加すると、{100}面強度が増加し、{100}方位粒の存在確率が高まる。そして、{100}面強度を増加させるためには、変態、加工又は再結晶で、{100}面からなるべく変化させないことが重要である。具体的には、フェライト促進元素であるSiを含有させ、かつオーステナイト促進元素であるMnの含有量を制限することで、高温でのオーステナイト相生成を経ずに、凝固直後から室温までをフェライト単相とすることが重要である。
オーステナイト−フェライト変態が生じても一部{100}面は維持されるが、Si等の含有量を、パラメータQの値が2.00以上となるように調整することで、高温でフェライト−オーステナイト変態を起こさない成分にすることができる。
また、鋼帯の平均結晶粒径が小さいほど、結晶粒の数が多く、結晶粒界の面積が広い。仕上げ焼鈍の再結晶では、結晶粒内及び結晶粒界から結晶が成長する。
結晶粒内から成長する結晶は磁気特性に望ましい{100}結晶であるのに対し、結晶粒界から成長する結晶は{111}<112>結晶等の磁気特性に望ましくない結晶である。従って、鋼帯の平均結晶粒径が大きいほど、仕上げ焼鈍にて磁気特性に望ましい{100}結晶が発達しやすく、特に鋼帯の平均結晶粒径が0.1mm以上の場合に、優れた磁気特性が得やすい。従って、鋼帯の平均結晶粒径は0.1mm以上とすることが好ましい。
次に、ストリップキャスティングにより得られた熱延コイルの鋼板を熱間圧延し、その後、得られた熱延板を焼鈍(熱延板焼鈍)する。なお、熱間圧延は実施せず、そのまま後工程を実施してもよい。また、熱延板焼鈍も実施せずに、そのまま後工程を実施してもよい。
ここで、熱間圧延で鋼板に30%以上の歪みを導入した場合、550℃以上の温度で熱延板焼鈍を実施すると歪み導入部から再結晶が生じ、結晶方位が変化することがある。そのため、熱間圧延で30%以上の歪みを導入した場合、熱延板焼鈍は、実施しないか、再結晶しない温度で実施する。
次に、鋼板に対して、酸洗後等を実施した後、冷間圧延を実施する。
冷間圧延は、本製造方法において所望の製品厚を得るために必須な工程である。ただし、冷間圧延の圧下率が過大になると、製品において望ましい結晶方位が得られなくなる。そのため、冷間圧延の圧下率は、好ましくは90%以下とし、より好ましくは85%以下とし、さらに好ましくは80%以下とする。冷間圧延の圧下率の下限は、特に設ける必要はないが、冷間圧延前の鋼板の板厚と所望の製品厚とから圧下率の下限を決める。
また、本製造方法において、冷間圧延の圧下率を40%未満とすると、無方向性電磁鋼板の厚さの精度及び平坦度の確保が困難になることがある。従って、冷間圧延の圧下率は好ましくは40%以上とする。
また、積層鋼板として求められる表面性状及び平坦度が得られていない場合も、冷間圧延が必要になるため、その目的で最小の圧下率で冷間圧延を行ってもよい。冷間圧延は、リバースミルで実施してもよいし、タンデムミルで実施しても良い。
なお、冷間圧延の代わりに、脆性破断回避の観点から、材料の延性/脆性遷移温度以上の温度で、温間圧延を実施しても良い。
なお、上述したストリップキャスティングの代わりに、溶鋼の鋳造及び熱間圧延を行い、熱延結晶組織の柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得て、これに上述したストリップキャスティングと同様の冷間圧延、仕上げ焼鈍等を行っても良い。
柱状晶の割合を80%以上とするためには、例えば、凝固時の鋳片の一方の表面と他方の表面との間の温度差を40℃以上とすることが好ましい。この温度差は、鋳型の冷却構造、材質、モールドテーパー、モールドフラックス等により制御することができる。
なお、本製造方法では、酸洗、仕上焼鈍等は、上記「(1)高温熱延板焼鈍+冷延強圧下法」と同様にして実施してよい。
以上の工程を経て、上述した本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板が得られる。
上述した実施形態に係る無方向性電磁鋼板において、柱状晶は、無方向性電磁鋼板の磁気特性、特に板面内の全方向における磁気特性の均一な向上に望ましい{100}<0vw>集合組織を有する。
{100}<0vw>集合組織とは、板面に平行な面が{100}面で圧延方向が<0vw>方位の結晶が発達した集合組織である(v及びwは任意の実数である(v及びwがともに0である場合を除く)。
柱状晶の割合が80%以上であることで、仕上げ焼鈍によって{100}結晶が発達した集合組織を得ることができるため、好ましい。柱状晶の割合は顕微鏡観察で特定することができる。
このような柱状晶の割合が80%以上となる条件で溶鋼を鋳造した場合、Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn又はCdの硫化物若しくは酸硫化物又はこれらの両方が容易に生成し、MnS等の微細硫化物の生成が抑制されるため、より好ましい。
柱状晶率は、例えば、以下の手順で測定可能である。
まず、鋼帯断面を研磨し、ピクリン酸系の腐食液で断面をエッチングして凝固組織を現出させる。ここで、鋼帯断面は、鋼帯長手方向に平行なL断面でも、鋼帯長手方向に垂直なC断面でも良いが、L断面とするのが一般的である。
この断面において、板厚方向にデンドライトが発達し、板厚全厚を貫通している場合、柱状晶率が100%であると判断する。また、この断面において、デンドライト以外に粒状の黒い組織(等軸粒)が見える場合は、鋼板の全厚からこの粒状組織の厚みを引いた値を鋼板の全厚で除した値を、鋼板の柱状晶率とする。
さらに、上述した実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、たとえば、スラブを製造する工程と、このスラブを粗圧延する工程と、粗圧延を行った鋼板を仕上圧延して熱延コイルを得る工程と、この熱延コイルに対して熱延板焼鈍を行う工程と、熱延板焼鈍された鋼板に冷間圧延又は温間圧延を行う工程と、冷間圧延又は温間圧延された鋼板に仕上焼鈍を行う工程とを含む、無方向性電磁鋼板の製造方法によって製造されてもよい。
上記熱延コイルを得る工程では、粗圧延を省略してもよく、ストリップキャスティングにより熱延コイルを得てもよい。熱延コイルに上記潤滑剤を用いた潤滑熱延を行ってもよい。また、この製造方法は、熱延焼鈍された鋼板のスケールを除去する工程をさらに含んでもよい。
また、上述した各製造方法において、粗大析出物生成元素は、製鋼工程における鋳造前の最後の鍋の底に投入しておき、当該鍋に粗大析出物生成元素以外の元素を含んだ溶鋼を注入し、溶鋼中に粗大析出物生成元素を溶解させることが好ましい。これにより、粗大析出物生成元素を溶鋼から飛散しにくくすることができ、また、粗大析出物生成元素とSとの反応を促進することができる。
製鋼工程における鋳造前の最後の鍋は、例えば連続鋳造機のタンディッシュ直上の鍋である。
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板について、実施例を示しながら具体的に説明する。以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板のあくまでも一例にすぎず、本発明に係る無方向性電磁鋼板が下記の例に限定されるものではない。
(第1の試験)
第1の試験では、以下の方法で無方向性電磁鋼板を作製した。
表1に示す化学組成を有する250mm厚のスラブを準備した。次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施して、6.5mm厚と2.0mm厚の熱延板をそれぞれ作製した。
スラブ再加熱温度は1200℃、仕上げ温度は850℃、巻き取り温度は650℃で行った。
得られた熱延板を1050℃で30分焼鈍後、酸洗で表層スケールを除去した。その後、それぞれ、0.65mm及び0.20mmの厚さとなるように上記の熱延板を冷間圧延した。冷延での圧下率は、いずれの熱延板でも90%とした。仕上げ焼鈍では、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。
表1から表20中の「---」は、当該元素の含有量が検出限界未満であったことを示し、残部はFe及び不純物である。
さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。なお、試料No.12はCuの析出処理を省略した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表2に示す。
各試料について、各無方向性電磁鋼板の磁気特性及び機械特性を測定した。この測定には、外径が5インチ、内径が4インチのリング試験片を用いた。つまり、リング磁気測定を行った。この結果を表2に示す。
鉄損W10/400は、式2で表される評価基準W0(W/kg)以下であれば、優れた値であることを示す。つまり、厚さが0.20mmの場合は11.0(W/kg)以下、厚さが0.65mmの場合は46.7(W/kg)以下で優れていると評価した。また、磁束密度B50は、1.63T以上で優れていると評価した。
W0=11×[0.45+0.55×{0.5×(t/0.20)+0.5×(t/0.20)2}] (式2)
機械特性に関しては、HEV用モータに使われる無方向性電磁鋼板は、1万rpm近くの超高速回転に耐えられる必要があるため、TS≧590MPa、EL≧10%を良好である基準とした。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表1および表2に示すように、試料No.1〜No.10、No.14〜No.16、No.19及びNo.32〜No.44では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.11では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.12では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.13では、Cu含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.17では、板厚が厚すぎたため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.18では、規定量のAlを含まず、パラメータQが2.00未満であるため、引張強度(TS)が低く、鉄損W10/400が高かった。
試料No.20では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.21では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.22では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.23では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.24では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.25では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.26では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.27では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.28では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.29では、Sn含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.30では、Cr含有量が多すぎたため、全伸びELが低く、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.31では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第2の試験)
第2の試験では、表3に示す化学組成を有する溶鋼を鋳造してスラブを作製し、これ以降の工程では、第1の試験と同様の方法で無方向性電磁鋼板を作製した。ただし、熱延板厚は2.0mm、冷延板厚は0.20mmに限定した。製造条件を様々に変更し、{100}結晶方位強度Iが異なる無方向性電磁鋼板を作製した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表4に示す。
また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度B50、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表4に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表3および表4に示すように、試料No.203〜No.208及びNo.265〜No.270では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.201及びNo.202では、Ni含有量が少なすぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.209では、Ni含有量が多すぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.210〜No.218では、{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、磁束密度B50が不足した。
試料No.219〜No.227では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が劣化した。
試料No228〜No.236では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.237〜No.245では、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.246〜No.254では、粗大析出物生成元素をほとんど含有しておらず、さらにCu含有量が少なすぎたため、鉄損W10/400が劣化し、引張強度(TS)が不足した。
試料No.255では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.256では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.257では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.258では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.259では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.260では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.261では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.262では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.263では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.264では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第3の試験)
表5に示す化学組成を有する30mm厚のスラブを準備した。
次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し、6.5mm厚と2.0mm厚の熱延板を作製した。スラブ再加熱温度は1200℃、仕上げ温度は850℃、巻き取り温度は650℃で行った。その後、酸洗で表層スケールを除去した。その後、0.20mm、又は0.65mmの厚さとなるように冷間圧延した。仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。
なお、試料No.312はCuの析出処理を省略した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表6に示す。また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表6に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表5および表6に示すように、試料No.301〜No.310、No.314〜No.316、No.319及びNo.332〜No.344では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.311では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.312では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.313では、Cu含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.317では、板厚が厚すぎたため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.318では、規定量のAlを含まず、パラメータQが2.00未満であるため、引張強度(TS)が低く、鉄損W10/400が高かった。
試料No.320では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.321では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.322では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.323では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.324では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.325では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.326では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.327では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.328では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.329では、Sn含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.330では、Cr含有量が多すぎたため、全伸びELが低く、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.331では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第4の試験)
第4の試験では、表7に示す化学組成を有する30mm厚のスラブを準備した。
次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し2.0mm厚の熱延板を作製した。その時のスラブ再加熱温度は1200℃、仕上げ温度は850℃、巻き取り温度は650℃で行った。その後、酸洗で表層スケールを除去した。その後、0.20mmに冷間圧延した。
製造条件を様々に変更し、{100}結晶方位強度Iが異なる無方向性電磁鋼板を作製した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表8に示す。
また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表8に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表7および表8に示すように、試料No.403〜No.408及びNo.465〜No.470では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.401及びNo.402では、Ni含有量が少なすぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.409では、Ni含有量が多すぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.410〜No.418では、{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、磁束密度B50が不足した。
試料No.419〜No.427では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が劣化した。
試料No.428〜No.436では、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.437〜No.445では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.446〜No.454では、粗大析出物生成元素をほとんど含有しておらず、さらにCu含有量が少なすぎたため、鉄損W10/400が劣化し、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.455では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.456では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.457では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.458では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.459では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.460では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.461では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.462では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.463では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.464では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第5の試験)
表9に示す化学組成を有する250mm厚のスラブを準備した。次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し6.5mm厚と2.0mm厚の熱延板をそれぞれ作製した。
スラブ再加熱温度は1200℃、仕上げ温度は850℃、巻き取り温度は650℃で行った。そして、熱延時にはその冷却水に10%の油脂を添加し、潤滑圧延を実施した。その熱延板を950℃で1分焼鈍後、酸洗で表層スケールを除去した。
その後、0.65mm及び0.20mmにそれぞれ冷間圧延した。冷延圧下率はいずれの熱延板でも90%とした。仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。
なお、試料No.512はCuの析出処理を省略した。
そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表10に示す。また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表10に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表9および表10に示すように、試料No.501〜No.510、No.514〜No.516、No.519及びNo.532〜No.544では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.511では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.512では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.513では、Cu含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.517では、板厚が厚すぎたため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.518では、規定量のAlを含まず、パラメータQが2.00未満であるため、引張強度(TS)が低く、鉄損W10/400が高かった。
試料No.520では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.521では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.522では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.523では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.524では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.525では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.526では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.527では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.528では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.529では、Sn含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.530では、Cr含有量が多すぎたため、全伸びELが低く、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.531では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第6の試験)
第6の試験では、表11に示す化学組成を有する250mm厚のスラブを準備した。次いで、上記スラブに対し、熱間圧延を施し2.0mm厚の熱延板を作製した。その時のスラブ再加熱温度は1200℃、仕上げ温度は850℃、巻き取り温度は650℃で行った。
そして、熱延時にはその冷却水に10%の油脂を添加し、潤滑圧延を実施した。その熱延板を950℃で1分焼鈍後、酸洗で表層スケールを除去した。
その後、0.20mmに冷間圧延した。この時の冷延圧下率はいずれの熱延板でも90%とした。仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。
この時、製造条件を様々に変更し、{100}結晶方位強度Iが異なる無方向性電磁鋼板を作製した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表12に示す。
また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表12に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表11および表12に示すように、試料No.603〜No.608及びNo.665〜No.670では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.601及びNo.602では、Ni含有量が少なすぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.609では、Ni含有量が多すぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.610〜No.618では、{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、磁束密度B50が不足した。
試料No.619〜No.627では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が劣化した。
試料No.628〜No.636では、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.637〜No.645では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.646〜No.654では、粗大析出物生成元素をほとんど含有しておらず、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、鉄損W10/400が劣化し、引張強度TS及び磁束密度B50が不足した。
試料No.655では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.656では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.657では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.658では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.659では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.660では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.661では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.662では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.663では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.664では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第7の試験)
下記表13に示す化学組成を有する1.0mm厚と3.25mm厚の熱延コイルをそれぞれ準備した。この熱延コイルは1対のロールの間に溶鋼を流して、凝固させて作製し、柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得た。次いで、上記熱延コイルに対し、酸洗で表層スケールを除去した。
その後、0.20mmと0.65mmに冷間圧延した。仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。なお、試料No.712はCuの析出処理を省略した。
そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表14に示す。また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表14に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表13および表14に示すように、試料No.701〜No.710、No.714〜No.716、No.719及びNo.732〜No.744では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.711では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.712では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.713では、Cu含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.717では、板厚が厚すぎたため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.718では、規定量のAlを含まず、パラメータQが2.00未満であるため、引張強度(TS)が低く、鉄損W10/400が高かった。
試料No.720では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.721では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.722では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.723では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.724では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.725では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.726では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.727では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.728では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.729では、Sn含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.730では、Cr含有量が多すぎたため、全伸びELが低く、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.731では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第8の試験)
第8の試験では、表15に示す化学組成を有する1.0mm厚の熱延コイルを準備した。この熱延コイルは1対のロールの間に溶鋼を流して、凝固させ、柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得た。次いで、上記熱延コイルに対し、酸洗で表層スケールを除去した。
その後、0.20mmに冷間圧延した。仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。
この時、製造条件を様々に変更し、{100}結晶方位強度Iが異なる無方向性電磁鋼板を作製した。そして、各無方向性電磁鋼板の、100nm未満の径を有するCu単体の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表16に示す。
また、第1の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表16に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表15および表16に示すように、試料No.803〜No.808及びNo.865〜No.870では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.801及びNo.802では、Ni含有量が少なすぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.809では、Ni含有量が多すぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.810〜No.818では、{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、磁束密度B50が不足した。
試料No.819〜No.827では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が劣化した。
試料No.828〜No.836では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.837〜No.845では、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.846〜No.854では、粗大析出物生成元素をほとんど含有しておらず、Cu含有量が少なすぎ、鉄損W10/400が劣化し、引張強度TSが不足した。
試料No.855では、Si含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.856では、Si含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.857では、Mn含有量が少ないため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.858では、Mn含有量が多いため、鉄損W10/400が高く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.859では、Al含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.860では、P含有量が少ないため、引張強度(TS)が低く、磁束密度B50が劣る結果となった。
試料No.861では、P含有量が多いため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.862では、S含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.863では、Mg含有量が多いため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.864では、平均結晶粒径が大きいため、引張強度(TS)及び全伸びELが低く、鉄損W10/400が高かった。
(第9の試験)
第9の試験では、表17に示す化学組成を有する溶鋼を鋳造してスラブを作製し、このスラブの熱間圧延を行って柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得た。
次いで、鋼帯の冷間圧延、仕上げ焼鈍及びCuの析出処理を行って厚さ0.20mmと0.65mmの種々の無方向性電磁鋼板を作製した。なお、冷間圧延は冷延温度50℃、冷延圧下率80%で行い、仕上げ焼鈍は、昇温速度20℃/秒で鋼帯を加熱し、1000℃に到達後、15秒均熱後に空冷した。さらに、Cuの析出処理として、600℃に鋼板を加熱し、1分均熱後に空冷した。なお、試料No.912はCuの析出処理を省略した。そして、各無方向性電磁鋼板の、Cu単体の100nm未満の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表18に示す。
そして、各無方向性電磁鋼板の磁気特性及び機械特性を測定した。この測定には、外径が5インチ、内径が4インチのリング試験片を用いた。つまり、リング磁気測定を行った。この結果を表18に示す。鉄損W10/400は、式2で表される評価基準W0(W/kg)以下であれば、優れた値であることを示す。つまり、厚さが0.20mmの場合は11.0(W/kg)以下、厚さが0.65mmの場合は46.7(W/kg)以下で優れていると評価した。また、磁束密度B50は、1.63T以上で優れていると評価した。
W0=11×[0.45+0.55×{0.5×(t/0.20)+0.5×(t/0.20)2}] (式2)
ここで、機械特性はJISに記載の方法で試験をした。用いた試験片は、鋼板の圧延方向に試験片の平行部を合わせたJIS5号試験片である。
特にHEV用モータに使われる無方向性電磁鋼板は、1万rpm近くの超高速回転に耐えられるようにするため、TS≧590MPa、EL≧10%を良好である基準とした。
Figure 2019188940
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表17及び表18に示すように、試料No.901〜No.910、No.914〜No.916では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.911では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が高かった。
試料No.912では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.913では、Cu含有量が多すぎたため、試験中に破断が生じてしまった。
試料No.917では、板厚が厚すぎたため、鉄損W10/400が高かった。
(第10の試験)
第10の試験では、表19に示す化学組成を有する溶鋼を鋳造してスラブを作製し、このスラブの熱間圧延を行って柱状晶の割合が面積分率で80%以上、かつ、平均結晶粒径が0.1mm以上の鋼帯を得た。なお、残部はFe及び不純物である。次いで、鋼帯の冷間圧延、仕上げ焼鈍及びCuの析出処理を行って厚さ0.20mmの種々の無方向性電磁鋼板を作製した。この時、製造条件を様々に変更し、{100}結晶方位強度Iが異なる無方向性電磁鋼板を作製した。そして、各無方向性電磁鋼板の、Cu単体の100nm未満の粒子の10μm2あたりの個数、{100}結晶方位強度I、及び平均結晶粒径rを測定した。この結果を表20に示す。
また、第9の試験と同様の手順により、鉄損W10/400、磁束密度B50、引張強度(TS)及び全伸び(EL)も測定した。この結果を表20に示す。
Figure 2019188940
Figure 2019188940
表19および表20に示すように、試料No.923〜No.928では、化学組成が本発明の範囲内にあり、かつその他の条件が本発明の範囲内にあるため、磁気特性及び機械特性において良好な結果が得られた。
試料No.921及びNo.922では、Ni含有量が少なすぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.929では、Ni含有量が多すぎたため、全伸び(EL)が不足した。
試料No.930〜No.938では、{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、磁束密度B50が不足した。
試料No.939〜No.947では、粗大析出物生成元素をほとんど含有していなかったため、鉄損W10/400が劣化した。
試料No.948〜No.956では、Cu含有量が少なすぎたため、引張強度(TS)が不足した。
試料No.957〜No.965では、Cu含有量が少なすぎ、さらに{100}結晶方位強度Iが低すぎたため、引張強度(TS)と磁束密度B50が不足した。
試料No.966〜No.974では、粗大析出物生成元素をほとんど含有しておらず、さらにCu含有量が少なすぎたため、鉄損W10/400が劣化し、引張強度(TS)が不足した。
本発明によれば、磁気特性に優れ、かつ強度及び伸びがともに優れた無方向性電磁鋼板を提供できる。そのため、本発明は産業上の利用価値が高い。

Claims (3)

  1. 質量%で、
    C:0.0030%以下、
    Si:2.00%〜4.00%、
    Al:0.01%〜3.00%、
    Mn:0.10%〜2.00%、
    P:0.005%〜0.200%、
    S:0.0030%以下、
    Cu:1.0%超3.0%以下、
    Ni:0.10%〜3.0%、
    Mg、Ca、Sr、Ba、Ce、La、Nd、Pr、Zn及びCdからなる群から選択された一種以上:総計で0.0005%超0.0100%以下、
    Si含有量(質量%)を[Si]、Al含有量(質量%)を[Al]、Mn含有量(質量%)を[Mn]としたときに式1で表されるパラメータQ:2.00以上、
    Sn:0.00%〜0.40%、
    Cr:0.0%〜10.0%、かつ
    残部:Fe及び不純物、
    で表される化学組成を有し、
    100nm未満の径を有するCu単体の粒子が10μm2あたりに5個以上であり、
    {100}結晶方位強度が2.4以上であり、
    厚さが0.10mm〜0.60mmであり、
    平均結晶粒径が70μm〜200μmであることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
    Q=[Si]+2[Al]−[Mn] (式1)
  2. 前記化学組成において、
    Sn:0.02%〜0.40%
    が満たされ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。
  3. 前記化学組成において、
    Cr:0.2%〜10.0%
    が満たされることを特徴とする請求項1又は2に記載の無方向性電磁鋼板。
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