JPH11229098A

JPH11229098A - 磁性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JPH11229098A
Application number: JP10046312A
Authority: JP
Inventors: Akira Hiura; 昭日裏; Yoshihiko Ono; 善彦小野; Yasushi Tanaka; 靖田中
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-02-13
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｖを含んだ鋼においてもコストアップを伴う
ことなく、しかも磁束密度の低下を招くことなく、磁性
焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.0％
以下、Mn：0.1〜1.0％、Al：0.001〜0.05％、Ｓ：0.02
％以下（０を含む）、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下
（０を含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb+Sn/2で0.0
02〜0.02％、Ｖ：0.002〜0.02％を含み、さらにＢをＢ
／Ｎ（重量比）＝0.5〜2.0の範囲で含有し、残部が実質
的にFeであることを特徴とする磁性焼鈍後の鉄損の低い
無方向性電磁鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板は面内の磁気異方性が
小さいという特徴を活かして、各種モータの鉄心材料と
して多量に使用されている。無方向性電磁鋼板は、フル
プロセス材とセミプロセス材に分けられる。このうち、
フルプロセス材は鉄鋼メーカー側の仕上焼鈍により所定
の磁気特性を得るものである。セミプロセス材は、需要
家において打抜き加工後に歪取り焼鈍（Stress-relief
Annealing、略してＳＲＡ）を行うことにより、所定の
磁気特性を得るものである。セミプロセス材では、ＳＲ
Ａ時に、加工歪みの除去と同時に結晶粒も成長すること
から、より一層の鉄損低減が可能となる。このため歪取
り焼鈍は「磁性焼鈍」とも呼ばれており、特に、エアコ
ンや冷蔵庫のコンプレッサーモータの高効率化に必要な
ものとして、ニーズが高まってきている。

【０００２】「磁性焼鈍」の熱処理は、需要家によりさ
まざまである。例えば温度は700〜850℃、焼鈍時間は２
分程度から３時間であり、焼鈍雰囲気は100％窒素やＤ
Ｘガス（Ｈ₂：４％、ＣＯ：７％、ＣＯ₂：８％、Ｎ₂：B
al）、又は水素-窒素混合ガスが用いられ、露点は−30
〜+20℃等である。そのため、磁性焼鈍による特性付与
の際に、温度-時間以外に焼鈍雰囲気による影響を受け
る。すなわち、鋼板表層部が窒化や酸化されることによ
り、粒成長が阻害されて所望の磁気特性が得られないと
いう問題が生じている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】近年、鉄鋼製造では、
合理化や資源有効活用の観点から、製銑プロセスでは低
品位鉱石の活用が進められている。こうした鉱石をベー
スにした銑鉄はＶ含有率が高いために、製鋼プロセス
で、酸素吹き込み量を増加してＶを低減している。しか
しながら、この方法では精練時間が長くなり生産効率の
低下を招くことから、Ｖを十分に低減することができ
ず、スラブ中のＶ量の上昇は避けられないのが実情であ
る。

【０００４】一方、電磁鋼板の磁性焼鈍時の粒成長性を
良好にするためには、鋼板中のＶ量を低減する必要のあ
ることが明らかになっており、例えば、特開平３−２０
４１３号公報には、鋼中のＶ、Ｎ量をＶ：0.01％以下、
Ｎ：0.005％以下と規定することによりＶＮの析出を防
止し、磁性焼鈍時の粒成長性を向上させる技術が開示さ
れている。しかし、前述した理由により、Ｖを低減する
ためにはＶの混入量の低い鉱石を選別する必要があり、
大幅なコストアップとなることは避けられない。

【０００５】このＶＮの析出を抑制するためにはＶ、Ｎ
量を低減する方法以外にAlを添加してＮをAlＮとして固
定する方法もある。しかし、Alを0.1％未満の範囲で微
量に添加した場合にはＶＮの析出は防止できるものの、
熱間圧延時に析出するAlＮが粒成長を阻害するため、磁
性焼鈍時の粒成長性は向上しない。一方、Alを0.1％以
上添加した場合には粒成長性は向上するもののコストア
ップとなることは避けられない。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、Ｖを含んだ鋼においてもコストアップを伴う
ことなく、しかも磁束密度の低下を招くことなく、磁性
焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供することを
課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、Ｂを添
加してＮをＢＮとして固定することにより、ＶＮの析出
を防止し、結晶粒を粗大化させて鉄損を低下させると共
に、Ｂ添加により発生しやすくなる鋼板表層部の窒化・
酸化をSbの極微量添加により防止し、これに加えてAl量
を制限することによって更に鉄損を低下させるものであ
る。

【０００８】即ち、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.005
％以下、Si：1.0％以下、Mn：0.1〜1.0％、Al：0.001〜
0.05％、Ｓ：0.02％以下（０を含む）、Ｐ：0.2％以
下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、SbとSnの少なくと
も一方をSb+Sn/2で0.002〜0.02％、Ｖ：0.002〜0.02％
を含み、さらにＢをＢ／Ｎ（重量比）＝0.5〜2.0の範囲
で含有し、残部が実質的にFeであることを特徴とする磁
性焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板により解決され
る。Ｂ／Ｎの範囲は、0.7〜1.5とすることが更に望まし
い。

【０００９】「残部が実質的にFeであるとは、本発明の
作用効果を無くさない限り、不可避不純物をはじめ他の
微量元素を含むものが本発明の範囲に入ることを意味す
るものである。なお、本明細書、表、図において、鋼の
成分を表す％は、特にことわらないかぎり重量％を意味
し、ppmも重量ppmを意味する。

【００１０】（発明に至る経緯と、Ｂ、Sb、Al含有量の
限定理由）本発明者らはＶを含んだ電磁鋼板において、
磁性焼鈍後の鉄損を低減する手法に関し検討したとこ
ろ、Ｂを添加することによりＶＮの析出を抑制すること
が可能となること、こうしたＢ添加鋼は磁性焼鈍時に鋼
板表層部での窒化・酸化が著しく生じるが、これを防止
するためには微量のSb添加が有効であること、更に、Al
量を適正化することにより磁性焼鈍後の鉄損が大幅に低
減することを見出した。

【００１１】次に、本発明を実験結果に基づいて詳細に
説明する。最初に、磁性焼鈍後の鉄損に及ぼすＢ、Ｖと
Sbの影響を調査した。この時の磁性焼鈍の雰囲気ガス
は、需要家で使用されるＤＸガス（Ｈ₂：４％、ＣＯ：
７％、ＣＯ₂：８％、Ｎ₂：Bal、露点+5℃）を用いた。

【００１２】Ｃ：0.0020％、Si：0.15％、Mn：0.40％、
Ｐ：0.10％、Al：0.0030％、Ｓ：0.005％、Ｎ：0.0018
％、Ｖ：0.0060％とし、ＢをＢ／Ｎ（重量比）で0〜3.0
含有させた鋼、およびそれぞれにSbを80ppm添加した鋼
を、50kg高周波真空溶解炉にて溶製し鋳造した。そし
て、インゴットを熱延後、酸洗を行った。引き続き板厚
0.5mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で750℃
×１min間の仕上焼鈍を行い、その後ＤＸガスにて750℃
×２hrの磁性焼鈍を施した。

【００１３】図１は、このようにして得られたサンプル
の磁気特性とＢ／Ｎとの関係を示すものである。ここ
で、磁気測定は25 cmエプスタイン法により行った。図
１より、磁性焼鈍後の鉄損は、Ｂフリー材に比べて、Ｂ
をＢ／Ｎで0.5以上含有させることにより低下すること
がわかる。特にSb添加鋼ではさらに低下することがわか
る。一方、Ｂの含有量がＢ／Ｎで2.0を越えた場合には
いずれも鉄損が増大することもわかる。

【００１４】この原因を調査するため光学顕微鏡にて組
織観察を行った。その結果、Ｂフリー材ではSbの有無に
よらず磁性焼鈍による結晶粒の粗大化は認められず、Ｂ
／Ｎ＝0.5以上では結晶粒は粗大化することが明らかと
なった。また、Ｂ添加-Sbフリー鋼には、Ｂ／Ｎの量に
よらず鋼板表層部に微細組織が認められ、Sb添加鋼には
こうした鋼板表層部の微細組織は認められなかった。

【００１５】そこで、粒成長性の違いを調査するため、
磁性焼鈍後の鋼板中央部より薄膜を作製し，透過電磁顕
微鏡（ＴＥＭ）観察を行った。その結果、Ｂ／Ｎ＝0.5
以下の材料には、いずれも結晶粒界上に直径10〜50nmの
微細なＶＮが多数観察され、このＶＮが粒成長を阻害
し、高鉄損になることが判明した。

【００１６】一方、Ｂ／Ｎ＝0.5〜2.0の材料では、こう
した微細なＶＮは観察されず、直径200〜300 nmのＢＮ
がクラスター状に存在していた。このことよりＢ／Ｎ＝
0.5〜2.0の材料では、Ｂ添加によりＮがＢＮとして固定
されたため、微細なＶＮの析出が抑制され、粒成長性が
向上したものと考えられる。

【００１７】Ｂ／Ｎが2.0超の材料では、Ｂ／Ｎ＝0.5〜
2.0の材料と同様、微細なＶＮはほとんど認められず、
直径200〜300 nmのＢＮが観察された。Ｂ／Ｎ＞2.0の材
料で粒成長が低下した主な原因は、固溶Ｂによる粒界の
ドラック効果によるものと考えられる。以上より、本発
明においては、Ｂの含有量ははＢ／Ｎで0.5〜2.0に限定
するが、0.7〜1.5とすることが更に好ましい。

【００１８】次に、Sb添加による鉄損低減の原因調査の
ために、Sbフリー鋼とSb添加鋼の鋼板表層部の微細粒組
織領域におけるＴＥＭ観察を行った。鋼板表層を10μm
程度研磨した後、研磨後の表面より抽出レプリカ法を用
いて析出物を観察した。その結果、Sbフリー鋼では、Ｂ
／Ｎ＝1.0以下の材料にはAlＮが、Ｂ／Ｎ＝1.0〜2.5の
材料にはＢＮ、AlＮがそれぞれ観察された。一方、Sb添
加鋼にはこうした表層部の微細析出物は認められなかっ
た。これらの析出物は、微量の固溶Alや固溶Ｂが磁性焼
鈍時の窒化により窒化物を生成したものと推定される。

【００１９】そこで、Sbの最適添加量を調査するため、
Ｃ：0.0026％、Si：0.17％、Mn：0.40％、Ｐ：0.10％、
Al：0.0030％、Ｓ：0.005％、Ｎ：0.0017％、Ｖ：0.006
0％、Ｂ：25ppm（Ｂ／Ｎ＝1.13）とし，Sb量をtr.〜500
ppmの範囲で変化させた鋼を実験室にて真空溶解し、熱
延後、酸洗を行った。引き続き、板厚0.5mmまで冷間圧
延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で750℃×１min間の仕上
焼鈍を行い、その後、ＤＸガス中にて750℃×2hrの磁性
焼鈍を施した。

【００２０】図２に、Sb含有量と鉄損Ｗ_15/50との関係
を示す。図２より、Sb含有量が20ppm以上になると鉄損
は低下することがわかる。しかし、Sbをさらに添加して
もSb＞200ppmでは鉄損の低下は飽和する。

【００２１】また、表層部の光学顕微鏡による組織観察
の結果、Sbが20ppm未満では鋼板表層部に窒化に起因す
る微細粒が認められた。Sbが20ppm以上となると高露点
雰囲気での磁性焼鈍においても鋼板表層部の微細粒は認
められなかった。このことより、Sbが20ppm以上となる
と表層の窒化が抑制されると考えられる。

【００２２】このようなSbによる表層の窒化抑制効果
は、Snにおいても同様に認められ、Snの効果はSbの1/2
であることがわかった。以上より、本発明においては、
SbとSnの少なくとも一方をSb＋Sn/2で20ppm以上含有さ
せることとし、コストの観点より上限を200ppmとする。

【００２３】次に、Alの最適添加量を調査した。Ｎ量に
応じて、Ｂ／Ｎ（重量比）＝0.5〜2.0の範囲に微量Ｂ量
を調整するには、添加前に溶鋼中の酸素量を低くく押さ
える必要がある。本発明鋼板の主要構成元素であるAl、
Si、Mnは、いずれも溶鋼中の酸素量を低減する作用があ
り、添加順序によって生成する酸化物の組成が微妙に変
化する。

【００２４】そこで、Ｃ：0.0023％、Si：0.20％、Mn：
0.40％、Ｐ：0.11％、Ｓ：0.005％、Ｎ：0.0021％、
Ｖ：0.0070％、Sb：tr.あるいは100ppm、Ｂ：30ppm（Ｂ
／Ｎ＝1.10）とし、Al量をtr.〜0.15％の範囲で変化さ
せた鋼を実験室にて真空溶解した。ここでは、Alは、種
々の元素の添加前の最初に投入して脱酸後の残留Al量を
調整した。次いでSi、Mn、Ｐ、Ｖ、Sb等を添加した。各
インゴットは熱延後、酸洗を行った。引き続き板厚0.5
mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂で750℃×１min間
の仕上焼鈍を行い、その後、露点＋５℃のＤＸガス中に
て750℃×２hrの磁性焼鈍を施した。

【００２５】図３に、Al量と磁性焼鈍後の鉄損の関係を
示す。図３よりSbフリー鋼ではAl量が0.01％を越えると
鉄損が増大することがわかる。一方、Sb添加鋼では、Al
が0.001％から0.05％の範囲において鉄損が大幅に低減
していることがわかる。

【００２６】そこで、こうした鉄損のAl量依存性を調査
するために、光学顕微鏡による組織観察を行った。その
結果、Sbフリー鋼のAl＞0.01％のサンプルでは、平均結
晶粒径が若干小さく、表層部には微細粒が形成されてい
た。この原因はAl量の増大に伴い磁性焼鈍時に微細なAl
Ｎが生成し、結晶粒成長が抑制されたと推定される。一
方、Sb添加鋼には、こうした微細組織は認められなかっ
た。

【００２７】また、Al量が0.001％以下の領域では、Sb
の有無にかかわらず、鉄損にばらつきが認められる。そ
こで、これらのサンプルについてＳＥＭによる酸化物を
分析したところ、一部の酸化物がSiＯ₂-MnＯ-Al₂Ｏ₃の
三元系組成になっており展伸していた。Al＞0.001％の
鋼の酸化物組成はAl₂Ｏ₃が主体であった。低Al領域での
鉄損のばらつきは、こうした酸化物形態が関係している
と考えられる。すなわち、Alは鋼中の酸素量を低減し、
微量に添加されたＢの歩留を向上させることから添加す
ることが望ましく、この場合、酸化物組成はAl₂Ｏ₃にす
ることが好ましい。

【００２８】図４に、図３に示したものと同じ鋼につい
て、Al量と磁性焼鈍後の磁束密度Ｂ₅₀の関係を示す。図
４より、Al量が0.05％を越えると磁束密度が低下するこ
とがわかる。これは飽和磁束密度が低下するためと考え
られる。

【００２９】以上より、Alの上限は、鉄損と磁束密度の
観点から0.05％とする。また、Alの下限は、鉄損安定化
の観点から0.001％とする。

【００３０】（その他の成分の限定理由）次に、成分の
限定理由について説明する。Ｃ：Ｃは磁気時効の問題があるため0.005％以下とす
る。 Si： Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素で
あるが、1.0％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁
束密度が低下するため上限を1.0％とする。 Mn： Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するために、0.
05％以上必要であるが、1.0％以上になると磁束密度を
低下させるので0.05〜1.0％とする。Ｓ：Ｓは含有量が多い場合にはMnＳの析出量が多くな
り、粒成長性が低下するため0.02％以下とする。

【００３１】Ｐ：Ｐは鋼板の打ち抜き性を改善するた
めに必要な元素であるが、0.2％を超えて添加すると鋼
板が脆化するため0.2％以下とする。Ｎ：Ｎは、含有量が多い場合にはＢＮの析出量が多く
なり、粒成長性が低下するため0.005％以下とする。Ｖ：Ｖは、鉱石から混入する元素であり、通常は転炉
での酸化により低減される。特に磁性焼鈍時にＶＮとし
て析出し鉄損を高めるため低い方が好ましいが、本発明
ではＢにより無害化できるので、混入しても問題はな
い。Ｖが0.002％未満のときは、ＶＮの析出量が少なく
なり、Ｂを添加する効果が薄くなる。従って、本発明で
はその下限を0.002％とする。Ｖ含有量が0.02％を越え
ると、ＶＣとして析出し粒成長性を阻害するため上限を
0.02％とする。

【００３２】（製造方法）本発明においては、Ｖ、Ｂ、
Sb、Alをはじめ、規定の成分が所定の範囲内であれば、
製造方法は通常の無方向性磁性鋼板を製造する方法でか
まわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理
し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行
う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定
する必要はなく、通常の無方向性電磁鋼板を製造すると
きに採用される温度でかまわない。また、熱延後の熱延
板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで１回の冷
間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ２回以上の冷間圧
延により所定の板厚とした後に、最終焼鈍を行い、さら
に磁性焼鈍を行う。

【００３３】

【実施例】表１に示す鋼を用い、転炉で吹練した後に脱
ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後鋳造し、
スラブを1200℃で加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延
を行った。熱延仕上げ温度は800℃、巻取り温度は690℃
とした。酸洗後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行い、表１
に示す仕上焼鈍条件で焼鈍を行い、その後、ＤＸガス雰
囲気にて750℃×２hrの磁性焼鈍を施した。磁気測定は2
5cmエプスタイン試験片を用いて行った。各鋼板の磁気
特性を表１に併せて示す。

【００３４】表１より、鋼板成分が本発明の範囲に入る
本発明鋼は、比較鋼に比して磁性焼鈍後の鉄損Ｗ_15/50
が低く、磁束密度Ｂ₅₀が低下していないことがわかる。

【００３５】これに対し、No.10の鋼板はＢ／Ｎの範囲
が本発明の範囲を超え、No.11の鋼板はＢ／Ｎの範囲が
本発明の範囲を下回っているため、共に鉄損が高くなっ
ている。No.12の鋼板は、Sb+1/2Sn含有量が本発明の範
囲を下回っているので、やはり鉄損が高くなっている。
No.13の鋼板は、Al含有量が本発明の範囲を超えている
ので、鉄損が高くなっている。

【００３６】No.14の鋼板は、Mn含有量が本発明の範囲
を下回っているので鉄損が高くなっている。No.15の鋼
板は、Mn含有量が本発明の範囲を超えているので、鉄損
は本発明に対してそれほど遜色が無いものの、磁束密度
が低くなっている。No.16の鋼板は、Ｓ含有量が本発明
の範囲を超えているので、鉄損が大幅に高くなってい
る。No.17の鋼板は、Ｖ含有量が本発明の範囲を超えて
いるので、鉄損が大幅に高くなっている。No.18の鋼板
は、Ｎ含有量が本発明の範囲を超えているので、やはり
鉄損が大幅に高くなっている。No.19の鋼板は、Si含有
量が本発明の範囲を超えているので、鉄損は低いものの
磁束密度が大幅に低下している。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、Ｂを添加してＮをＢＮとして固定することにより、
ＶＮの析出を防止し、結晶粒を粗大化させて鉄損を低下
させ、Ｂ添加により発生しやすくなる鋼板表層部の窒化
・酸化をSbの極微量添加により防止し、これに加えてAl
量を制限することによって更に鉄損を低下させるもので
あるので、Ｖを含んだ鋼においてもコストアップを伴う
ことなく、しかも磁束密度の低下を招くことなく、磁性
焼鈍後の鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得ることができ
る。

【００３９】本発明に係る無方向性電磁鋼板は、磁性焼
鈍後に低鉄損が要求される電気材料に広く使用するのに
好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｂ／Ｎ（重量比）と磁性焼鈍後の鉄損との関
係を示す図である。

【図２】 Sb量と磁性焼鈍後の鉄損との関係を示す図で
ある。

【図３】 Al量と磁性焼鈍後の鉄損との関係を示す図で
ある。

【図４】 Al量と磁性焼鈍後の磁束密度との関係を示す
図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.0％
以下、Mn：0.1〜1.0％、Al：0.001〜0.05％、Ｓ：0.02
％以下（０を含む）、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下
（０を含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb+Sn/2で0.0
02〜0.02％、Ｖ：0.002〜0.02％を含み、さらにＢをＢ
／Ｎ（重量比）＝0.5〜2.0の範囲で含有し、残部が実質
的にFeであることを特徴とする磁性焼鈍後の鉄損の低い
無方向性電磁鋼板。