JPH0450380B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 この発明は、とくに鉄損および磁束密度がとも
にすぐれた無方向性電磁鋼板に関する。 〔従来の技術〕 無方向性電磁鋼板は、主として小型モータや小
型変圧器等の鉄心材料として使用され、その磁気
特性としては鉄損が低いこととともに磁束密度の
高いことが要求される。 ところで、鉄損と磁束密度は、一般に相反する
ものとして位置づけられ、このため両特性を同時
にすぐれたものとすることは、経済性との兼合い
もあつて、きわめて困難なこととして把えられて
いる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 無方向性電磁鋼板の特性を向上させるための手
段としては、従来より種々明らかにされている
が、鉄損と磁束密度の両立を図るという意味で有
効な対策となると、十分なものが見当たらないの
が実状である。 一般に鉄損については、SiやAl等の合金元
素を添加すること、および結晶粒の粗大化等
が、その低減に有効であることが明らかにされて
いる。鉄損は主として渦電流損と履歴損とに分け
られる。上記は、このうち渦電流損を低減させ
るもので、は履歴損の方を低減させるものであ
る。 の方法は、SiやAl等の添加によつて鋼の固
有電気抵抗を増大させるのであるが、これらの合
金元素の多量添加は、磁束密度を低下させること
になるのみならず、コストアツプの要因となる。 の方法としては、Alの添加量を増し粒成長
を阻害するAlN析出物を凝集粗大化させる方法
がよく知られている。しかしこの方法でも、析出
物の量が増加するため磁束密度の低下を伴い、コ
ストの点でも好ましくない。 また、製造プロセスの面では、２回冷延法や２
回焼鈍法の採用が、結晶粒の粗大化や集合組織制
御による磁気特性改善に有効であるとされてい
る。しかしこれらの方法は、製造工程が複雑にな
つてコストが著しく上昇する上、高磁束密度が期
待できないという問題がある。 一方、最近になつて、Zrの有効性が確認され、
これを利用して磁気特性の良好な無方向性電磁鋼
板を製造する方法が種々提案されている（特公昭
58−19726号、特開昭58−25426号、同59−83723
号）。AlNやMnSなどの微細析出物は、粒成長性
に関しインヒビターとして作用し有害であるが、
Zrには、この有害な微細析出物の形成を防止す
る効果があるのである。しかしながら、かかる
Zrの効果を利用した方法も、鉄損、磁束密度の
両特性のすぐれたものを工業的に低コストにて得
るという立場からは、未だ満足のゆくものでなか
つた。 本発明は、低鉄損でかつ磁束密度が高く、しか
も低コストな無方向性電磁鋼板の提供を目的とす
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明者らは、とくに上記Zrの有効性に注目
し、組成面から総合的に実験、研究を行つた結
果、Zrを利用して鉄損、磁束密度を同時に良好
となすに有効な成分組成を知見し、本発明の完成
に至つたものである。 すなわち、本発明は、次のような無方向性電磁
鋼板を要旨とする。 重量％で、C0.004％未満、Si3.5％以下、Mn1.0
％以下、P0.15％以下、Al0.01〜0.10％、Zr0.01〜
0.10％で、更に必要に応じB0.0001〜0.0015％を
含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、
不可避的不純物としてのＳ，Ｎ，Ｏは、Ｓ≦0.01
％，Ｎ≦0.005％，Ｏ≦0.005％であり、かつZr
（％）／6.5×Ｎ（％）の値が１〜３であることを
特徴とする磁気特性の良好な無方向性電磁鋼板。 〔作用〕 本発明の骨子とするところは、 Al含有量を所定のレベル以下に規制した上
で、Zrまたは更にＢを適量添加することによ
つて、粒成長を阻害する微細AlNの析出を可
及的に阻止すること、 更に不純物としてのＳ，Ｎ，Ｏを一定レベル
以下に制限することによつて、析出物の総量を
減じること、 にあり、これによつて鉄損と磁束密度の高いレベ
ルでの両立を可能にするものである。 以下、本発明における鋼成分限定の理由につい
て詳しく述べる。 Ｃ：磁気特性、とくに鉄損に影響し、鉄損以下の
観点から少ない方がよい。とくに、0.004以上
になると、磁気時効による鉄損増加が大きくな
ることから、0.004％未満とした。なお下限に
ついては、上記のとおりＣは少ないほどよいの
で特に限定しない。 Si：電磁鋼板において最も重要な元素であり、磁
気特性に対し支配的影響を及ぼす。Si量が増す
ほど、鉄損は低くなるが、磁束密度も低下する
傾向となる。 Siの添加量は、実際にはこのような傾向を考
慮し、用途上求められる磁気特性に応じて選定
される。 Si3.5％までは、その量が多いほど、鉄損に
ついてよりすぐれたものが得られるが、3.5％
をこえるとその効果は飽和し、また冷間加工性
の劣化が顕著となる。よつて、3.5％以下とし
た。 なお、Siの下限値については、磁気特性の要
求レベルにより適正量が変化し一概に言えない
ので特に規定しない。 Mn：熱間圧延時のＳによる脆化割れを防止する
意味において、また硬度等、機械的性質の改善
のために必要である。しかし1.0％をこえると、
磁気特性を劣化させる。よつて、Mnは1.0％以
下とした。なお、Mnの下限については、一般
に熱間脆性防止の観点から0.05％以上必要とさ
れる場合が多いが、本発明ではZrによるＳ固
定効果もあるので、それ以下でもよく、特に限
定しない。 Ｐ：鋼板の硬度を高め鉄心打抜き時の加工性を改
善するのに有効な元素であるが、0.15％をこえ
ると加工性が劣化する。よつて、0.15％以下に
限定した。なお、下限については不可避的不純
物程度の量でもをとくに問題を生じることはな
いので、規定しない。 Al：脱酸剤として添加される。AlはＮとの親和
力が非常につよい。このため、通常無方向性電
磁鋼板で用いられるレベル（0.1〜0.5％程度）
の含有では、鋼中Ｎと結合して微細なAlNを
多量に析出し、粒成長を妨げる。その結果、と
くに鉄損が上昇することになる。 このような傾向を解消して良好な磁気特性を
実現する意味から、Alは極力少なくする必要
がある。ただし、Al量を余り低くしすぎると、
鋼中Ｏの固定が不十分となつて、添加ZrのＯ
との結合量が多くなり、結果ZrによるＮの固
定が十分に行われず、磁気特性の劣化を来す。 第１図は、Al量と磁気特性との関係を実験
により調査した結果である。これは、0.003％
Ｃ−5.0％Si−0.5％Mn−0.02％Ｐ−0.03％Zr−
0.003％Ｓ−0.002％Ｎ−0.002％Ｏ系で、Al含有
量を0.02％以下の範囲で変化させて磁気特性へ
の影響をみせたもので、供試材は後述実施例に
示した製造プロセスによつた0.5mm厚の冷延焼
鈍板である。図の特性は、鉄損、磁束密度とも
単板磁気測定器による測定値である。 図によると、Al量が0.01〜0.10％の範囲にお
いて、鉄損、磁束密度がともにすぐれた値とな
つている。Al量が0.01％未満、あるいは0.10％
をこえるところでは、鉄損、磁束密度ともに急
激に劣化する傾向が認められる。 このようなことから、本発明ではAl0.01〜
0.10％に限定した。 Zr：強力な窒化物形成元素であり、鋼中Ｎを固
定して微細なAlNの析出を防止することによ
り、粒成長性の改善を通して磁気特性の向上に
有効に寄与する。0.01％未満では、Ｎ固定の効
果が十分でなく磁気特性が有効に改善されな
い。一方0.10％をこえると、析出物が増加し磁
束密度が劣化する。したがつて、Zrは0.01〜
0.10％に限定した。 Zr量についてはまた、鋼中Ｎ量とのバラン
スを考慮することが重要で、良好な磁気特性を
得るには、Ｎ量に対し一定の関係を満たすよう
に添加されなければならない。Ｎに対するZr
の適正添加量は、Zr（％）／6.5×Ｎ（％）の比
（以下、Ｘ値とする）によつて規定でき、この
比の値が１〜３となる範囲として表わされる。 第２図に、Ｘ値と磁気特性の関係を示す。こ
のデータは、0.003％Ｃ−1.5％Si−0.25％Mn−
0.04％Ｐ−0.05％Al−0.003％Ｓ−0.002％Ｏ系
で、0.005％以下のＮ量に対しZr量を0.01〜0.10
％の範囲で変化させて磁気特性を調査した結果
であり、供試材料は製造プロセスを適用した
0.5mm厚の冷延焼鈍板である。磁気特性の値は、
単板磁気測定器による測定値である。 図によると、Ｘ値が１未満、または３をこえ
る領域において、鉄損、磁束密度がともに劣化
する傾向が認められ、Ｘ値１〜３の領域での
み、鉄損、磁束密度がすぐれた値となることが
理解される。 本発明ではこのようなことから、Ｘ値を導入
し、その範囲を１〜３と規定した。 Ｂ：Zr同様Ｎの固定により鉄損、磁束密度の改
善に寄与する元素で、必要に応じ添加される。
0.0001％未満ではＮ固定の効果が発揮されず、
磁気特性の改善が期待できない。一方0.0015％
をこえると、析出物が増加しかえつて磁気特性
が劣化する。よつて、Ｂは0.0001〜0.0015％と
した。 Ｎ：一般には、Alと結合して微細なAlNを生成
し、磁気特性を劣化させる元素であり、少なけ
れば少ないほど良い。本発明の場合、Zrある
いは更にＢと結合してZrNまたはBNとして析
出するが、その量が多いとやはり磁気特性を害
する。このため、0.05％以下に限定した。 Ｓ：一般に硫化物系介在物を生成し磁気特性を劣
化させるので、少なければ少ないほど良い。特
に本発明の場合、Ｓ量が多いと添加したZrが
ZrSとして消費され、Ｎの固定に有効なZrが減
少する。このため0.01％以下に限定した。 Ｏ：一般に酸化物系介在物を生成し、磁気特性を
劣化させるため、少なければ少ないほど良い。
本発明では、特にＯ量が多いとやはりZrを消
費するので、0.005％以下に限定した。 本発明電磁鋼板の成分限定理由は以上のとおり
であるが、このような電磁鋼板は、工業的には通
常一回冷延法にて製造される。 すなわち、一般的な製造法では、転炉で成分調
整した溶鋼を連続鋳造法で200mm厚程度の鋼片と
する。Ｃの調整に関しては、真空精錬法を用いる
場合が多いが、焼鈍工程など次工程で脱Ｃしても
よい。大型鋼塊に鋳込んだ後分塊圧延する方法も
あるが、経済性および偏析増大の観点から最近は
殆ど使われない。鋳込んだ鋼片は次に熱間圧延に
より２〜３mm圧程度のコイルとされる。加熱温度
は1100〜1300℃程度で十分均熱した後タンデム圧
延機で圧延される。圧延の仕上温度は800〜900
℃、コイルの巻取り温度は500〜700℃が普通であ
る。コイルに巻取つた後は、室温まで放冷され
る。次に鋼表面の酸化スケールを酸洗して除去す
る。必要に応じて酸洗いの前又は後に熱延板の焼
鈍を行う場合もある。これは熱延板の結晶組織を
再結晶させることを目的とするもので、冷間圧延
性や磁気特性の改善に効果がある。酸洗後は、冷
間圧延で0.35〜0.5mm厚の所定の板厚に仕上げる。
最終焼鈍は普通600〜1100℃の範囲で行なう。十
分再結晶させ、さらに結晶粒度を調整する必要が
あり、焼鈍温度は成分系によつても異なる。焼鈍
法は、バツチ式の箱焼鈍で行う場合もあるが、近
年は連続焼鈍が用いられるケースが多い。 電磁鋼板は、この段階で客先に出荷される。フ
ルプロセス材は、打ち抜き加工後、そのまま鉄心
に組み立てられる。セミプロセス材は、打ち抜き
後、鉄心に組み立てられる前又は後に歪取り焼鈍
を施される。本発明鋼はいずれに適用しても良
い。実施例では、フルプロセス材について説明す
るが、セミプロセス材では、打ち抜き歪の解放や
結晶粒成長で磁気特性は更に向上する。 〔実施例〕 次に本発明の実施例について述べる。 第１表に示す、Si量を0.5％、1.5％、2.5％の３
レベルとした種々の組成の鋼を、50Kgの高周波真
空溶解炉を用いて溶製し、これを鋳型に鋳込んで
鋳片となし、この鋳片を熱間鍛造により30mm厚と
し、その後1250℃に再過熱し仕上げ温度850℃で
2.3mm厚まで熱間圧延を行い、圧延後直ちに水ス
プレーで550℃まで冷却し、次いで550℃の炉中に
装入炉冷した。 このようにして得た熱延板を、酸洗後冷間圧延
により0.5mm厚に仕上げ、その後窒素雰囲気中で、
0.5％Si系：700℃×1min、1.5％Si系：800℃×
1min、2.5％Si系：900℃×1minの連続焼鈍パタ
ーン最終焼鈍を行つた。 得られた最終焼鈍材について、磁気特性（鉄損
値、磁束密度）を単板磁気測定器により測定し
た。 結果を第１表右欄に示す。

【表】

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明は無方向
性電磁鋼板において鉄損の低減と磁束密度の向上
を同時にかつ効果的に達成することができ、しか
も製造面では特別の措置をとる必要がないので、
工数の増加がなく、コストの点でも有利であり、
その実用価値はきわめて大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はAl量と磁気特性との関係を示す実験
結果、第２図はＸ値（Zr（％）／6.5×Ｎ（％））と
磁気特性との関係を示す実験結果である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、C0.004％未満、Si3.5％以下、
   Mn1.0％以下、P0.15％以下、Al0.01〜0.10％、
   Zr0.01〜0.10％を含み、残部Feおよび不可避的不
   純物からなり、不可避的不純物としてのＳ，Ｎ，
   Ｏは、Ｓ≦0.01％、Ｎ≦0.005％、Ｏ≦0.005％で
   あり、かつZr（％）／6.5×Ｎ（％）の値が１〜３
   であることを特徴とする磁気特性の良好な無方向
   性電磁鋼板。 ２ 重量％で、C0.004％未満、Si3.5％以下、
   Mn1.0％以下、P0.15％以下、Al0.01〜0.10％、
   Zr0.01〜0.10％で、更にB0.0001〜0.0015％を含
   み、残部Feおよび不可避的不純物からなり、不
   可避的不純物としてのＳ，Ｎ，Ｏは、Ｓ≦0.01
   ％，Ｎ≦0.005％，Ｏ≦0.005％であり、かつZr
   （％）／6.5×Ｎ（％）の値が１〜３であることを
   特徴とする磁気特性の良好な無方向性電磁鋼板。