JPH03274247A - 磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｓｉ含有量が１．５〜３．５％のいわゆる高
級無方向性電磁鋼板に関し、特に大型モーターや発電機
などの大型回転機の鉄心に適した低鉄損の無方向性ｉｉ
ｍ鋼板に関するものである。

（従来の技術） 無方向性電磁鋼板は、磁気特性の板面内異方性が小さい
という特徴を活かして、モーターなどの回転機の鉄心材
料として用いられている。磁気特性としては、特に鉄損
が重要であり、ＪＩＳ規格（Ｃ−２５５２改）では板厚
と鉄ｔｉ値により種類分けされている。鉄損は鉄を磁化
するときに発生する熱損失を表し、この値は小さいほど
良いことはもちろんであるが、経済性とａ器のサイズな
どから目的に応じたグレードが選ばれる．一般に機器が
大きくなると、鉄損による発熱量は体積に比例して増加
するのに対し、放熱量は表面積にしか比例しないので、
機器の冷却が難しくなる。このため大型の機器になるほ
ど鉄損の低い材料が必要とされるのである。

鉄損は渦電流損とヒステリシス損の２つの要因に支配さ
れる．渦電ｆｊｔｉは磁化によって誘起される渦ｆｆｌ
沫による損失で、板厚と鋼の電気抵抗に依存する．板厚
は薄いほうが良いが、あまり薄いと鉄心の積層作業に手
間が掛かるなどの問題がでてくるので、ＪＩＳ規格では
０．６５、０．５０、０．３５＋ｕ＋の３種のものが規
定されている。鋼の電気抵抗は高いほど良好で、合金元
素としては単位添加量あたりの電気抵抗増加率が大きく
しかも安価であることからＳｉが多く用いられる。電磁
鋼板が別名珪素鋼板と呼ばれるのはこのためで、Ｓｉ含
有量が多いはど鉄損の低い高級を磁ｍ板となる。Ａｌや
ＪＩｎなども同様の効果を有していることから、高級電
磁ｔｍ板ではよく使用される。

一方、ヒステリシス損は磁化の過程において磁壁の移動
を妨げる微細な析出物や結晶粒界が少ないほど小さくな
る。従って、できるだけ高純度の鋼を用いたうえで結晶
粒を成長させることがポイントとなる。Ｆｉ、量的には
、ＣやＮ１０（酸素〉、Ｓのような微細析出物の原因と
なる不純物元素をできるだけ低くする必要がある。また
、ＴｉやＮｂ、■、Ｚｒなどは微細な炭窒化物を生成す
る元素で、析出物の害に加えて析出物が結晶粒成長を阻
害し、ヒステリシス損を劣化させるので、これらの元素
の混入を厳重に制限する必要がある。

＾ｅも微細なＡＩ！、Ｎを生威し、同しような悪影響を
与えるので、低級電磁鋼板では一般に添加しない、中〜
高級ｉｔ磁鋼板では電気抵抗を上げるためＡｌを添加す
るが、この場合には通常０．１％以上の多量添加を行い
、析出物を粗大化させることにより、ヒステリシス損へ
の悪影響を避けている。即ち、Ａｎに関しては全く添加
しないか、或いは逆に多量に含有させるのがよいという
のが一般的な常識となっている。また、Ｂ（ボロン）も
強い窒化物を形成する元素であるが、ＢＮは＾ＩＮより
も結晶粒成長を回置する程度は弱いとされており、Ａｌ
含有量が０．１％以下の鋼にＢを含有Ｎ量との量的バラ
ンスを一定範囲にして添加すると良好な磁気特性が得ら
れるという報告がなされている　（例えば、特公昭５８
−１１７２公報）、シかし、Ｂの添加効果については、
八ｌと複合して用いると＾ｅ添加量が削減できるという
経済的メリット以外にはあまり顕著な有効性は見出され
ておらず、Ａｌ含有量が０．１％を超える材料にＢを添
加しても、コスト上昇を招くだけでＢの効果が十分に得
られないとされている。

また、結晶粒度の調整も鉄損低減の重要なポイントで、
ヒステリシス損は結晶粒が大きくなるほど低くなること
が知られている０粒成長のためにはできるだけ高温焼鈍
することが望ましく、Ｓｉを多く含む電磁鋼板はα／Ｔ
変態がないので原理的には焼鈍温度の制限はない、しか
しながら、ＳｉやＭｎ或いはＡｌを多く含む鋼板は、高
温で焼鈍するとｍ板表面で内部酸化や窒化が起こり、磁
気特性が逆に劣化する場合が多い、高級電磁鋼板では磁
気特性の改善を図るため、高温の熱延板焼鈍や２回冷延
法で高温の中間焼鈍を行うことも多く、窒化や内部酸化
の危険性は低級品よりはるかに大きい、高温での窒化防
止にはＳｂやＳｎなどが効果的とされている０例えば特
公昭５６− を含む電磁鋼板が、特公昭５８−３０２７公報にはＳｎ
を含むｔｉ！鋼板がそれぞれ開示されている。一方、内
部酸化の防止法としては、焼鈍雰囲気の露点調整が最も
一般的で、特殊な物質を鋼板表面に塗布する方法なども
提案されているが、必ずしも万全とは言いにくい。

高級無方向性電磁ｍ板の低鉄損化のため、従来から組成
や製造条件等に関する数多くの改善がされてきたが、必
ずしも十分とは言えない、鉄損の支配要因は複雑に絡み
合っており、ある−面から見ると効果的な方法であって
も現実には逆の結果を招く場合も多い、前述の高温焼鈍
などはよい例であり、窒化や内部酸化を防止しない限り
その効果は発揮されない、窒化や内部酸化を防止しつつ
適正な結晶粒度に調整しようとすると、鋼の＆［ｌ威や
焼鈍条件など数多くの因子を厳密にコントロールする必
要があり、工業的に低鉄損の高級品を安定して製造する
ことは極めて困難である。

（発明が解決しようとする課覇） 本発明は上記の実情に鑑み、製造方法を従来のように狭
い条件に精密に限定しなくても、工業的に且つ容易な方
法で製造することができる鉄損の低い高級無方向性電磁
鋼板を提供することを目的とするものである。

（ｉ１題を解決するための手段） 本発明者らは、電磁鋼板を高温ｉ鈍したときの結晶粒成
長性並びに窒化と内部酸化挙動に及ぼす各種合金元素の
影響について詳細な検討を行った。

その結果、比較的多量のＡ１を含む鋼をベースに微量の
Ｂを添加し、さらにＳｂまたはＳｎの１種以上を添加す
ることにより、高温焼鈍時の窒化と内部酸化が効果的に
防止できると同時に良好な結晶粒成長性が得られること
を見出した。

本発明の要旨は下記の無方向性電磁鋼板にある。

重量％で、 ＣＦ　０．００５％以下、　　Ｓｉ　：　１．５〜３．
５％、Ｈｎ　：　０．１％〜１．５％、　Ｓ　：　０．
００５％以下、＾１：０．１５〜１．５％、　Ｎ　：　
０．００５％以下、Ｂ　：　０．０００５％〜０．００
５０％、さらにＳｂおよびＳｎの１種または２種を合計
で０．Ｏ１〜０．２０％含み、残部Ｆｅおよび不可避不
純物からなることを特徴とする特許 磁鋼板。

従来、ＢはＢＮを通じて磁気特性を改善する効果がある
と考えられており、さらに＾ｊ！Ｎに比べて粒成長性に
対する悪影響が比較的少ないので、コストが安いが粒成
長性の悪い低ＡＮｌｉｌでは、Ｂを添加して磁気特性を
改善しようとする試みがなされている．また、ＳｂやＳ
ｎはＮと反発する元素であり、高温焼鈍時の窒化防止に
効果があるとされているが、これらの元素は結晶粒界に
偏析し逆に内部酸化を助長する場合がある。

本発明者らはＳｉやｉ含有量の多い高級１ｔＫｆ鋼板を
対象に、Ｂ，ＳｂおよびＳｎが粒成長性と内部酸化に及
ぼす影響を詳細に検討した．その結果、＾ｌ含有量が０
．１５％以上の高Ａｌ鋼にＢを添加すると高温焼鈍での
内部酸化が防止されるとともに粒成長が一段と促進され
、しかもＳｂやＳｎの悪影響が現れないことを見出した
のである．この場合、ペースの＾Ｅ含有量が高いので、
大部分のＮは＾ｌで固定され、Ｂは固溶状態で存在する
確率が高い．固溶したＢはＳｂおよびＳｎより優先的に
結晶粒界に偏析しやすく、ＳｂおよびＳｎの悪影響を抑
えるとともに高温焼鈍時の内部酸化を防ぐものと考えら
れる。

また、製造工程の加熱、冷却過程で一部生成したＢＮが
核となってＡｌＮが戒長ずるため、一段と粒成長が促進
されるものと考えられる。

（作用） 以下、本発明の電磁鋼板における合金元素の作用効果を
含有量の限定理由とともに説明する。

■　Ｃ Ｃは炭化物を生成して、あらゆる磁気特性を劣化させる
元素であり、できるだけ低くすることが望ましい．特に
磁気時効を防止するため、０．００５％以下とする必要
があり、さらには０．００３％以下とすることが望まし
い。

■Ｓｉ Ｓｉは高級無方向性電磁鋼板として必要な鉄損を得るた
め１．５％以上の含有量とする．Ｓｉが１．５％未満で
は渦電流損が大きく鉄損が目標どおりに低くならない．
一方、Ｓｉが３．５％超えて含有されると冷間圧延性が
著しく劣化するので、これ以下とする。

■Ｍｎ ＭｎはＳによる熱間肌性を防ぐため０．１％以上の量を
含有させる．また、Ｍｎは電気抵抗を増して渦電流損を
小さくするのにも有効である．しかし、Ｍｎ含有量が１
．５％を超えると鋼が跪化し結晶粒の成長性も悪化する
ので、これ以下とする。

■　Ｓ Ｓは硫化物系の析出物を生し、ヒステリシス損を嘲大さ
せるので０．００５％以下、好ましくは０．００２％以
下に抑えるのがよい。

■　Ｎ Ｎは窒化物を生成して磁気特性を；員なうので、０、０
０５％以下、望ましくは０．００２％以下とする。

■　＾ｉ 高級無方向性電磁鋼板では、一般に電気抵抗の増加とＡ
ｆｆｉＮの粗大化の目的で０．１５％以上含有させるこ
とが多いが、本発明でもこれらの効果に加えてＮを完全
に固定し、Ｂの作用効果を十分に発揮させるため０．１
５％以上の量を含有させる，　　Ａｆｆｉ含有量がＯ．
ｔＳ％未満では、ＢはＢＮとなる確率が高くなり、高温
焼鈍時の内部酸化防止に有効な固ＩＢが不足する．一方
、１．５％を超えて含有させても効果が飽和し、価格の
上昇を招くだけなので、これ以下とする。

■　Ｂ 本発明鋼板ではＢはＮと結合することなく、その大部分
は固溶状態で存在する。固溶したＢは結晶粒界に偏析し
、高温焼鈍時の内部酸化を防止する。Ｂの含有量がｏ、
ｏｏｏｓ％未満では固ｉＢの量が不十分で内部酸化防止
の効果が小さい、一方、Ｂを０．００５０％を超えて含
有させても前記効果が飽和し、価格の上昇を招くだけな
ので、これ以下とする。

■Ｓｂ　、　Ｓｎ　： ＳｂおよびＳｎは鋼板の表面に偏析して高温焼鈍時の窒
化を防ぐ作用がある。これらの元素はＮと反発し合うの
で鋼板表面に窒素分子が吸着するのを妨げる結果、窒化
が防止されるものと考えられる。

ＳｂおよびＳｎの含有量が１種又は２種合計で０．０１
％より少ないと、前記効果が得られない、一方、１種又
は２種合計で０．２０％を超えて含有させても効果が飽
和するので、これ以下とする。

なお、ＳｂおよびＳｎは結晶粒界にも偏析しやすく、普
通は内部酸化を助長することが多いが、本発明のｉｔ電
磁鋼板は前記したようにＢが先に結晶粒界に偏析するた
め、内部酸化に対するＳｂやＳｎの悪影響は少ない。

上記のとおりの組成を有する本発明の１ｉ磁鋼板は、下
記のような方法で製造することができる。

熱間圧延工程におけるスラブ加熱温度は１１００〜１２
５０°Ｃの範囲とするのがよい、ＭｎＳの微細析出によ
る磁気特性劣化を防ぐには低温加熱の方がよいが、余り
低温では熱延仕上温度の確保が困難となって、コイル内
での磁気特性のバラツキが増したり、表面疵が発生しや
すくなるので、１１５０〜！２００°Ｃ程度が好適であ
る。熱間圧延は仕上温度を高くとるほうが磁気特性は良
くなるので、８００”Ｃ以上で圧延を終了するのがよい
０巻取りも高温の方がよいが、酸洗性との兼ね合いで６
００’Ｃ前後が適当な巻取り温度になる。

熱間圧延の後、熱延の加工＆１１ｔＩｓを再結晶させる
ために熱延板焼鈍を行う、９通は８００’Ｃ以上で行わ
れる。この熱延板焼鈍は高温で行う方が結晶粒が大きく
なり、ヒステリシス槓低鍼に有利であるが、従来の電磁
鋼板は窒化や内部酸化のために、箱焼鈍の場合は上限は
８５０″Ｃに抑えられている。

これに対して、本発明のｉｌｔｍ鋼板は窒化および内部
酸化が生じにくいので高い温度で焼鈍することができる
。しかし、あまり高い温度になると結晶粒が粗大化し、
次の冷間圧延の隙に割れが発生しやすくなるから１１０
０’Ｃ以下に抑える方がよい。

冷間圧延は１回圧延法により６０〜９０％の圧下率で最
終板厚にする。鉄損を小さくすることを重視する場合は
、中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を行ってもよい、
最終焼鈍は８５０″Ｃ〜１１００″Ｃの温度で行うのが
よい。

（実施例〉 第１表に示す＆ｌＩ威の綱を実験室で溶解し、下記の製
造工程で０．５ｖ＋ｍ厚さの薄板とした。なお、この実
施例では製造条件によるヒステリシス損の変化を明確に
するため、電気抵抗値のレベルを合わせて渦電流損がほ
ぼ同一となるように成分調整した。

〔製造工程〕

■熱間圧延 加熱温度　　　：１１５０°Ｃ 圧延仕上げ温度：８５０”Ｃ 仕上げ板厚　　：　２．３ａ＋ｓ 巻取り温度　　：５５０”Ｃ ■酸洗後の熱延板焼鈍 第２表に示すとおり ■冷間圧延 圧下率　　＝７８％ 仕上げ板厚：　　０．５ｍｍ ■冷間圧延後の最１！焼鈍 第２表に示すとおり 最終焼鈍後の鋼板から、Ｌ方向（圧延方向）とＴ方向（
圧延方向に直角）の試験片を切り出し、鉄損を測定した
。第３表にＬ方向とＴ方向における鉄損値の平均値を示
す。

本発明鋼（１〜５）はいずれの焼鈍条件でも良好な鉄損
値を示し、熱延板焼鈍および最終焼鈍を高温で行うほど
特性が向上している。これに対し、比較鋼（６〜９）は
高温焼鈍を行っても特性の改善は見られず、逆に特性が
劣化する場合もあり、窒化や内部酸化の影響が大きいこ
とが明らかである。

（以下、余白〉 （発明の効果） 本発明の無方向性電磁鋼板は、高温で焼鈍しても窒化や
内部酸化が生じないので、磁気特性に優れたものを工業
的に安定して製造することができる。

本発明の電磁ｔＩ４板を鉄心に使用することにより、大
型モーターや発ｔｌＩａなどの性能を向上させることが
できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、 Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．５％、Ｍｎ
   ：０．１％〜１．５％、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：
   ０．１５〜１．５％、Ｎ：０．００５％以下、Ｂ：０．
   ０００５％〜０．００５０％、 さらにＳｂおよびＳｎの１種または２種を合計で０．０
   １〜０．２０％含み、残部Ｆｅおよび不可避不純物から
   なることを特徴とする磁気特性に優れた無方向性電磁鋼
   板。