JP6319574B2 - 磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
このような背景から、著しいコストアップを招くことなく、磁束密度が高くかつ鉄損が低い電磁鋼板の開発が望まれている。
<実験1>
まず、磁束密度に及ぼすPの影響を調査するため、C:0.002mass%、Si:3.1mass%、Mn:0.2mass%、Al:0.001mass%、N:0.002mass%およびS:0.002mass%の成分組成を有するAlレス鋼と、C:0.002mass%、Si:2.7mass%、Mn:0.2mass%、Al:0.30mass%、N:0.002mass%およびS:0.002mass%の成分組成を有するAl添加鋼において、Pの添加量を0.01〜0.16mass%の範囲で種々に変化させた鋼を実験室で溶解し、鋼塊とした後、1100℃の温度に加熱後、熱間圧延し、板厚1.6mmの熱延板とした。次いで、上記熱延板に、980℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚0.20mmの冷延板とし、その後、1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
次に、P添加鋼の製造安定性を調査するため、C:0.002mass%、Si:3.1mass%、Mn:0.2mass%、P:0.06mass%、Al:0.001mass%、N:0.002mass%およびS:0.002mass%を含有するAlレス鋼を10チャージ出鋼し、熱間圧延して板厚1.6mmの熱延板とした。次いで、これらの熱延板に、980℃×30秒の熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚0.20mmの冷延板とした後、1000℃×10秒の仕上焼鈍を施して冷延焼鈍板とした。
斯くして得た冷延焼鈍板について上記と同様にして磁束密度B50を測定したところ、測定結果が大きくばらつくことが明らかになった。そこで、磁束密度が低い鋼板の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察したところ、結晶粒界に微細な窒化物の析出が多数認められた。
そこで、発明者らは、微細な窒化物の粗大化を図るため、Tiの添加効果について調査した。
C:0.001mass%、Si:3.2mass%、Mn:0.2mass%、P:0.06mass%P、Al:0.001mass%、N:0.002mass%およびS:0.001mass%の成分組成を有し、Ti添加量を0.0014〜0.0050mass%の範囲で種々に変化させた鋼を実験室で溶解し、鋼塊とした後、1100℃に加熱後、熱間圧延し、板厚1.6mmの熱延板とした。
次いで、上記熱延板に1020℃×30秒の熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚0.20mmの冷延板とし、その後、1000℃×10秒の仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
Al添加鋼では、Nは多量のAlと結合して主にAlNとして粗大に析出し、一方、Tiは主に微細なTiCとして析出する。したがって、Al添加鋼においては、磁気特性の観点からはTi含有量は少ないほど好ましいといえる。
一方、低Al鋼(Alレス鋼)では、TiはTiNとして析出する。この際、Ti含有量が少量では、TiNは微細に析出するものの、所定量以上のTiを添加すると、Al含有量が少ないが故に、窒化物は主にTiNとなって粗大に析出する。その結果、粒界へのAlNの微細な析出が抑制され、Pの粒界への析出が促進された結果、磁束密度が向上したものと考えられる。
本発明は、上記の知見に基くものである。
C:0.01mass%以下
Cは、鉄損を劣化させる有害元素であるので少ないほど好ましい。Cが0.01mass%を超えると、鉄損増加が顕著になることから、Cの上限は0.01mass%とする。好ましくは、0.005mass%以下である。なお、下限については、Cは少なければ少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
Siは、鋼の脱酸剤として一般的に添加されるが、電磁鋼板においては、電気抵抗を高めて高周波数での鉄損を低減する効果を有するため重要な元素であり、斯かる効果を得るためには1.3mass%以上の添加を必要とする。しかし、5.0mass%を超えると、冷間圧延中に亀裂を生じるようになり、製造性が低下する他、磁束密度も低下するため、その上限は5.0mass%とする。好ましくは1.5〜4.0mass%の範囲である。
Mnは、鋼の熱間加工性を改善し、表面疵の発生を防止する働きがある。また、SiやAlほどの効果はないが、電気抵抗を増加して鉄損を低減する効果がある。そこで、Mnは0.001mass%以上を添加する。一方、Mn含有量が多くなると、磁束密度や飽和磁束密度が低下するため、Mn含有量の上限は3mass%とする。好ましくは0.01〜2mass%の範囲である。
Alは、低減すると仕上焼鈍板の集合組織を改善し、磁束密度を高める効果がある。また、P添加による磁束密度向上効果を得るためには、Alの低減は必須である。しかし、Alが0.004mass%を超えると、Pの添加効果が得られなくなる。よって、Pの上限は0.004mass%とする。好ましくは0.003mass%以下である。なお、下限については、Alは少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
Nは、窒化物を生成し、磁気特性を劣化させるので、0.005mass%以下に制限する。下限については、少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
Pは、本発明における重要元素の一つであり、図1に示したように、Alレス鋼において、粒界に偏析して磁束密度を高める効果がある。上記効果は0.03mass%以上の添加で得られる。一方、Pが0.20mass%を超えると、冷間圧延することが困難となる。よって、本発明では、Pの添加量を0.03〜0.20mass%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.15mass%の範囲である。
Sは、析出物や介在物を形成し、製品の磁気特性を劣化させる元素であるので、少ないほど好ましい。そこで、磁気特性を劣化させないためSの上限を0.005mass%とする。なお、下限については、少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
Tiは、Nと結合して粗大なTiNを形成し、AlがAlNとなって微細に析出するのを抑制することによって、磁束密度を向上する効果がある。Tiが0.0020mass%以下では上記効果は得られず、一方、0.1mass%を超える添加は、ヘゲと呼ばれる表面欠陥が発生し、製造性や歩留まりの低下を招く。よって、Tiは0.0020mass%超0.1mass%以下の範囲とする。好ましくは0.0020〜0.01mass%の範囲である。
Sn:0.001〜0.1mass%
Snは、粒界に偏析する元素であるが、Pの偏析に及ぼす影響は小さく、むしろ、粒内の変形帯の形成を促進し、磁束密度を高める効果を有する。上記効果は、0.001mass%以上の添加で得られる。一方、0.1mass%を超える添加は、鋼が脆化し、製造工程での板破断やヘゲ等の表面欠陥を増加させる。よって、Snを添加する場合は0.001〜0.1mass%の範囲とするのが好ましい。
Sbは、Snと同様、粒界に偏析する元素であるが、Pの偏析に及ぼす影響は小さく、むしろ、焼鈍時の窒化を抑制することにより磁気特性を高める効果を有する。上記効果は、0.001mass%以上の添加で得られる。一方、0.1mass%を超える添加は、鋼が脆化し、製造工程での板破断やヘゲ等の表面欠陥を増加させる。よって、Sbを添加する場合は0.001〜0.1mass%の範囲とするのが好ましい。
Caは、硫化物を粗大化し、鉄損を低減する効果を有するため、0.001mass%以上添加することができる。一方、過剰に添加しても、上記効果は飽和し、経済的に不利となるだけであるため上限は0.02mass%とする。
Mgは、Caと同様、硫化物を粗大化し、鉄損を低減する効果を有するため、0.001mass%以上添加することができる。一方、過剰に添加しても、上記効果は飽和し、経済的に不利となるだけであるため上限は0.02mass%とする。
本発明の無方向性電磁鋼板は、その素材としてAl,PおよびTiの含有量が上記した適正範囲内のスラブを用いる限り、公知の無方向性電磁鋼板の製造方法を用いることができ、特に制限はないが、例えば、以下の方法、すなわち、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、仕上焼鈍した後、絶縁被膜を塗布・焼付ける方法を採用することができる。
なお、本発明において箱焼鈍を採用しない理由は、コスト的に不利だからである。
斯くして得た無方向性電磁鋼板の製品コイルから、長さ方向を圧延方向(L方向)および圧延方向に直角方向(C方向)とする幅30mm×長さ280mmの試験片を、それぞれの方向から採取し、JIS C2550に記載の25cmエプスタイン法で、磁化力5000A/mにおける磁束密度B50(T)および磁束密度1.0T、周波数800Hzで励磁したときの鉄損W10/800(W/kg)を測定した。上記磁気特性の測定結果を表1に併記した。
Claims (4)
- C:0.01mass%以下、
Si:1.30〜5.0mass%、
Mn:0.001〜3mass%、
sol.Al:0.004mass%以下、
P:0.05〜0.20mass%、
S:0.005mass%以下、
N:0.005mass%以下、
Ti:0.0031〜0.01mass%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。 - 上記成分組成に加えてさらに、Sn:0.001〜0.1mass%およびSb:0.001〜0.1mass%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、Ca:0.001〜0.02mass%およびMg:0.001〜0.02mass%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または2に記載の無方向性電磁鋼板。
- 板厚が0.1〜0.3mmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
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