WO2018097006A1 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 2 As a method for producing a non-oriented electrical steel sheet excellent in iron loss, substantially free of Al, there is a technique disclosed in Patent Document 2. This is because Si: 0.01-1% and Mn: 1.5% or less are added, and the amount of dissolved oxygen in the preliminary deoxidation is adjusted appropriately to make the SiO 2 -MnO-Al 2 O 3 inclusions non-ductile. This is a technique that improves grain growth in finish annealing. The addition amount of Si and Mn applied in this technique is relatively small, and further reduction of iron loss is desired by increasing the addition amount of Si and / or Mn.
- the gist configuration of the present invention is as follows. 1. % By mass C: 0.0050% or less, Si: 2.0-6.0% Mn: 1.0-3.0% P: 0.20% or less, S: 0.0050% or less, N: 0.0050% or less and Al: 0.0050% or less, the composition of the remaining Fe and inevitable impurities, the number density of Si-Mn nitride having an average diameter of 50 to 500 nm is 1 piece / ⁇ m 3 or less A non-oriented electrical steel sheet characterized by being.
- P 0.20% or less
- P is an element effective for adjusting the hardness and improving the punching workability because of its excellent solid solution strengthening ability. If it exceeds 0.20%, embrittlement becomes significant, so the upper limit is made 0.20%. Preferably it is 0.050% or less. On the other hand, in order to suppress P to less than 0.0005%, a great amount of manufacturing cost is required. Therefore, the amount of P is preferably set to 0.0005% or more from the viewpoint of cost.
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Abstract
Description
<実験1>
発明者らは、鉄損に優れる無方向性電磁鋼板を開発するべく、Mn量増加による鉄損低減効果に改めて着目し、鉄損に及ぼすMnの影響を調査した。なお、以下の成分組成に関する「%」表示は特に断らない限り「質量%」を意味する。
C:0.002%、Si:2.0%、P:0.01%、S:0.002%、Al:0.001%およびN:0.0015%を含有する鋼をベースとし、これらにMnを0.5~3.0%の範囲で変化させて添加した鋼塊を供試材とした。これらの供試材を熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とした。その際、熱間圧延後の冷却は、800℃~650℃の間の平均冷却速度を35℃/sとして行った。次いで、650℃の温度で巻き取り処理を施した後、1000℃×10sの熱延板焼鈍を実施した。なお、熱延板焼鈍後の800~650℃の間の平均冷却速度は35℃/sとした。その後、冷間圧延して板厚0.25mmの冷延板とし、最後に、20vol%H2-80vol%N2雰囲気下で1000℃×10sの仕上焼鈍を施した。かくして得られた鋼板の鉄損W15/50を25cmエプスタイン装置で測定した。
高Mn鋼のSi-Mn窒化物の個数密度を低減するため、引き続いて、鉄損に及ぼす熱延板の巻き取り温度の影響を調査した。すなわち、C:0.002%、Si:2.0%、Mn:2.0%、P:0.02%、S:0.002%、Al:0.001%およびN:0.0015%を含有する鋼塊を供試材とした。この供試材を熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とした。その際、熱間圧延後の冷却は800℃~650℃の間の平均冷却速度を35℃/sとした。次いで、500~700℃の温度で巻き取り処理を施した後、1000℃×10sの熱延板焼鈍を実施した。なお、熱延板焼鈍後の800~650℃の間の平均冷却速度は35℃/sとした。その後、冷間圧延して板厚0.25mmの冷延板とし、最後に、20vol%H2-80vol%N2雰囲気下で1000℃×10sの仕上焼鈍を施した。かくして得られた鋼板の鉄損W15/50を25cmエプスタイン装置で測定した。
そこで、抽出レプリカ法を用いてTEMで仕上焼鈍板の析出物の観察を行った。図4に熱延板の巻き取り温度と平均直径50nm~500nmのSi-Mn窒化物の個数密度との関係を示す。同図に示すように、巻き取り温度を650℃以下にすると、Si-Mn窒化物が1個/μm3以下に減少することがわかる。
以上のとおり、巻き取り温度を650℃以下にすると、Mn量が1.0%以上の場合にあっても巻き取り処理中のSi-Mn窒化物の析出が抑制され、仕上焼鈍における粒成長性を向上できることが分かった。ここで、巻き取り温度を650℃以下にすると、Si-Mn窒化物の析出が抑制される理由は明らかではないが、巻き取り温度を低下することでSiおよびMnの拡散が十分に起こらず、Si-Mn窒化物の析出が起こらなかったためと考えられる。
1.質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:2.0~6.0%、
Mn:1.0~3.0%、
P:0.20%以下、
S:0.0050%以下、
N:0.0050%以下および
Al:0.0050%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有し、平均直径50~500nmのSi-Mn窒化物の個数密度が1個/μm3以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Sn:0.01~0.50%および
Sb:0.01~0.50%
から選ばれる1種または2種を含有する前記1に記載の無方向性電磁鋼板。
Ca:0.0001~0.0300%、
Mg:0.0001~0.0300%および
REM:0.0001~0.0300%
から選ばれる1種または2種以上を含有する前記1または2に記載の無方向性電磁鋼板。
Ni:0.01~5.00%および
Co:0.01~5.00%
から選ばれる1種もしくは2種を含有する前記1、2または3に記載の無方向性電磁鋼板。
前記熱間圧延後の熱延板に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施してから、前記巻き取りを650℃以下で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
前記熱間圧延後の熱延板に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施してから、前記巻き取りを650℃以下で行い、
前記熱延板焼鈍後に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
C:0.0050%以下
Cは、製品板における磁気時効を引き起こすため0.0050%以下に制限する。好ましくは、0.0040%以下である。一方、Cを0.0005%未満に抑制するには、多大の製造コストを要するため、コスト面からはC量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Siは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損低減に有効な元素であるため、2.0%以上で積極的に添加する。ただし、過剰に添加すると著しく脆化して冷間圧延することが困難となるため、上限は6.0%とする。好ましくは2.5~4.0%の範囲である。
Mnは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損低減に有効な元素であるため、1.0%を超えて積極的に添加する。しかし、3.0%を超えると冷間圧延性が低下したり、磁束密度の低下を招いたりするため、上限は3.0%とする。好ましくは1.0~2.0%の範囲である。より好ましくは、1.2%以上、さらに好ましくは1.4%以上である。
Pは、固溶強化能に優れるため、硬さ調整、打抜加工性の改善に有効な元素である。0.20%を超えると、脆化が顕著となるため、上限は0.20%とする。好ましくは0.050%以下である。一方、Pを0.0005%未満に抑制するには、多大の製造コストを要するため、コスト面からはP量を0.0005%以上とすることが好ましい。
Sは、硫化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050%とする。好ましくは0.0040%以下である。一方、Sを0.0001%未満に抑制するには、多大の製造コストを要するため、コスト面からはS量を0.0001%以上とすることが好ましい。
Nは、上記したようにSi-Mn窒化物を生成して、鉄損を増加させる有害元素であるため、上限を0.0050%とする。好ましくは0.0030%以下で、さらに好ましくは0.0015%以下である。一方、Nを0.0001%未満に抑制するには、多大の製造コストを要するため、コスト面からはN量を0.0001%以上とすることが好ましい。
Alは、リサイクルの観点から実質無添加であることが望ましく、また、微量に存在すると、微細なAlNを形成して粒成長を阻害し、磁気特性を害するため、上限を0.0050%とする。好ましくは0.0030%以下である。
なお、上記の実質無添加であるとは、ゼロを含み、不可避混入分を許容する範囲でAlが存在することを意味する。
SnおよびSbは、集合組織を改善するため、磁束密度向上に有効な元素である。両元素とも、0.01%以上添加しなければ効果がないが、0.50%を超えて添加しても、上記効果が飽和する。よって、それぞれ0.01~0.50%の範囲とする。好ましくは0.03~0.50%の範囲である。
Ca、MgおよびREMは、いずれもSを固定し、硫化物の微細析出を抑制するため、鉄損低減に有効な元素である。いずれも0.0001%以上添加しなければ効果がないが、0.0300%を超えて添加しても、上記効果は飽和する。よって、それぞれ0.0001~0.0300%の範囲とする。好ましくは0.0020~0.0300%の範囲である。
Ni、Coは鋼の固有抵抗を高め、鉄損低減に有効な元素である。両元素とも、0.01%以上添加しなければ効果がないが、5.00%超えて添加すると、合金コストが上昇する。よって、それぞれ0.01~5.00%の範囲とする。好ましくは0.05~5.00%の範囲である。
ここで、Si-Mn窒化物は、抽出レプリカ法を用いてTEMで観察する。その際、Si-Mn窒化物の直径および数が偏らない程度の視野で計測する。具体的には、10000倍以上の視野にて1000μm2の範囲の観察を行うことが好ましい。この観察において、磁壁移動に大きな影響を及ぼす直径50nm~500nmのSi-Mn窒化物を対象とし、形状が等方的でないものについては長径と短径の平均をそのSi-Mn窒化物の直径とする。Si-Mn窒化物の個数密度はレプリカ作製過程における電解工程で試料表面を通電した全電荷が、Feの2価イオンに電解されるのに消費され,電解時に残滓として残る析出物がすべてレプリカ上に補足されるとして計算する。本発明者らの通常のレプリカ作製においては試料表面積において3C/cm2の電気量で電解を行うので、試料表面から約1.1μmの厚さ内にある析出物がレプリカ上で観察される。
本発明の無方向性電磁鋼板は、その製造に用いる鋼素材として、上記した成分組成を有するものを用い、かつ熱間圧延後の冷却条件および巻き取り温度が規定の範囲内であれば、公知の無方向性電磁鋼板の製造方法を用いて製造することができる。例えば、転炉あるいは電気炉などの精錬プロセスで上記所定の成分組成に調整した鋼を溶製し、脱ガス設備等で二次精錬し、連続鋳造して鋼スラブとした後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍した後、酸洗し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、さらに歪取焼鈍する方法を採用することができる。
熱延板焼鈍を施す場合には、均熱温度は900~1200℃の範囲とするのが好ましい。すなわち、均熱温度が900℃未満であると、熱延板焼鈍の効果が十分に得られないため、磁気特性が向上せず、一方、1200℃を超えると、コスト的に不利となる他、スケール起因の表面疵が発生する。熱延板焼鈍後はSi-Mn窒化物の析出を抑制するため、前記のとおり、800℃~650℃までの冷却速度を30℃/s以上とする冷却を施す。
なお、上記冷延板の板厚(最終板厚)は、0.1~0.5mmの範囲とするのが好ましい。なぜなら、0.1mm未満では、生産性が低下し、一方、0.5mm超えでは鉄損の低減効果が小さいからである。
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.0050%以下、
Si:2.0~6.0%、
Mn:1.0~3.0%、
P:0.20%以下、
S:0.0050%以下、
N:0.0050%以下および
Al:0.0050%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成を有し、平均直径50~500nmのSi-Mn窒化物の個数密度が1個/μm3以下である無方向性電磁鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Sn:0.01~0.50%および
Sb:0.01~0.50%
から選ばれる1種または2種を含有する請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Ca:0.0001~0.0300%、
Mg:0.0001~0.0300%および
REM:0.0001~0.0300%
から選ばれる1種または2種以上を含有する請求項1または2に記載の無方向性電磁鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Ni:0.01~5.00%および
Co:0.01~5.00%
から選ばれる1種もしくは2種を含有する請求項1、2または3に記載の無方向性電磁鋼板。 - 請求項1~4のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とする熱間圧延工程と、該熱延板をコイルに巻き取る巻取工程と、一回または中間焼鈍を挟む二回の冷間圧延を行って冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板に仕上焼鈍を行う仕上焼鈍工程と、を有し、
前記熱間圧延後の熱延板に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施してから、前記巻き取りを650℃以下で行う無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項1~4のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とする熱間圧延工程と、該熱延板をコイルに巻き取る巻取工程と、熱延板焼鈍を施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回の冷間圧延を行って冷延板とする冷間圧延工程と、該冷延板に仕上焼鈍を行う仕上焼鈍工程と、を有し、
前記熱間圧延後の熱延板に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施してから、前記巻き取りを650℃以下で行い、
前記熱延板焼鈍後に800℃~650℃の間の平均冷却速度が30℃/s以上の冷却を施す無方向性電磁鋼板の製造方法。
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