JPH11297522A - 飽和磁化が高く鉄損の低い無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 飽和磁化が高く、しかも低鉄損である無方向
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〜
3.0％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、SiとAlの少なくと
も一方をSi＋Alで3.5％以下、Ｓ：0.0009％以下（０を
含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb＋Sn/2で0.001〜
0.05％含有し、残部が実質的にFeである飽和磁化が高く
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】高効率エアコン用モータや電気自動車用
モータのコア材には省エネルギーの観点から低鉄損特性
が要求されるため、一般にSi＋Al＝４％程度の最高級電
磁鋼板が使用されている。

【０００２】

【発明が解決使用とする課題】ところで、このようなモ
ータにおいては、小型化および高トルク化の観点からモ
ータの設計磁束密度を非常に高くするケースがある。例
えば、電気自動車用モータにおいては、ティース部の設
計磁束密度を1.9〜2.0Ｔ程度とする場合もある。このよ
うな用途に、飽和磁化の低いSi＋Al＝４％程度の電磁鋼
板を使用した場合には、磁束の漏洩が生じる可能性があ
る。このため、従来の最高級電磁鋼板では期待されるほ
どモータの効率が向上しないという問題点を有してい
る。

【０００３】一方、飽和磁化確保の観点からは、上述の
モータコア材として低Si電磁鋼板を使用することも考え
られる。しかし、この場合には、磁束の漏洩は防止でき
るものの鉄損が大幅に増大するので、モータの高効率化
を達成することは不可能である。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、飽和磁化が高く、しかも低鉄損である無方向性
電磁鋼板を提供することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、SiとAl
の少なくとも一方をSi＋Alで3.5％以下含有させ、Ｓ含
有量を0.0009％以下（０を含む）とし、かつSbとSnの少
なくとも一方をSb＋Sn/2で0.001〜0.05％含有させるこ
とにより、飽和磁化が高く、しかも低鉄損である無方向
性電磁鋼板を得ることにある。

【０００６】すなわち、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.
005％以下、Si：1.0〜3.0％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.
2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0
％、SiとAlの少なくとも一方をSi＋Alで3.5％以下、
Ｓ：0.0009％以下（０を含む）、SbとSnの少なくとも一
方をSb＋Sn/2で0.001〜0.05％含有し、残部が実質的にF
eである飽和磁化が高く鉄損の低い無方向性電磁鋼板
（請求項１）により解決される。なお、Sb＋Sn/2の範囲
を0.001〜0.005％に制限すること（請求項２）により、
さらに低鉄損のものが得られる。

【０００７】ここに、「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
をはじめとする他の微量元素を含むものが本発明の範囲
に含まれることを意味する。なお、本明細書において
は、特に断らない限り、鋼の成分を示す％は重量％であ
り、ppmも重量ppmである。

【０００８】（発明に至る経緯と、Si＋Al、Ｓ、Sb＋Sn
/2の限定理由）本発明者らは、飽和磁化が高く、しかも
低鉄損である無方向性電磁鋼板を得るために鋭意検討を
行った。以下、本発明を実験結果に基づいて詳細に説明
する。

【０００９】最初に、飽和磁化に及ぼすSi、Al量の影響
を調査するため、Ｃ：0.0015％、Mn：0.15％、Ｐ：0.01
％、Ｎ：0.0018%、Ｓ：0.002％とし、Si＋Al量を1〜4％
とした鋼を実験室にて真空溶解し、熱延後、酸洗を行っ
た。引き続きこの熱延板にSi＋Al＝１〜２％の鋼種につ
いては740℃×３hr、Si＋Al＝２〜３％の鋼種について
は800℃×３hr、Si＋Al＝３〜４％の鋼種については890
℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.35mmまで
冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で1000℃×２min間
の仕上焼鈍を行った。

【００１０】図１に、このようにして得られたサンプル
のSi＋Al量とＪ₅₀₀（磁化力50000Ａ/ｍでの磁化）との
関係を示す。ここで、Ｊ₅₀₀の測定は、25cmエプスタイ
ン枠の1次側コイルの巻き数を1700turnとすることによ
り行った。飽和磁化をＪ₅₀₀で評価したのは、磁化力500
00Ａ/ｍ以上では磁化の増大が認められなかったためで
ある。○印に対応する測定点のSi＋Al量は、左から、1.
0、1.4、2.0、2.6、3.0、3.2、3.38、3.48、4.0％であ
る。

【００１１】図１よりSi＋Al≦3.5％とすることにより
2.0Ｔ以上のＪ₅₀₀が得られることがわかる。以上のこと
より、本発明においては、Si＋Al量を3.5％以下とす
る。

【００１２】なお、本実験において磁気特性の一般的な
評価項目であるＢ₅₀（磁化力5000Ａ／ｍにおける磁束密
度）に関しても測定を行ったが、Ｂ₅₀はSi、Al量以外に
熱延板の組織および仕上焼鈍後の組織等の影響も受ける
ため、Ｂ₅₀の高い材料が必ずしもＪ₅₀₀の高い材料とな
っておらず、Ｂ₅₀の高い材料をそのまま高飽和磁化材と
して用いることは適切でないことも判明した。

【００１３】ところで、Si＋Al≦3.5％の鋼板において
は、Si＋Al＞3.5％の鋼板に比べ固有抵抗が低下するこ
とから渦電流損が増大し、全鉄損が増大することとな
る。このため、従来Si＋Al＞3.5％の電磁鋼板が使用さ
れていた電気機器にSi＋Al≦3.5％の鋼板を使用した場
合には鉄損増大に起因する効率低下が問題となる。そこ
で、Si＋Al≦3.5％の鋼板の低鉄損化を図るべく鋼中の
不純物低減に関して検討を行った。

【００１４】まず、鉄損に及ぼすＳの影響を調査するた
め、Ｃ：0.0015％、Si：2.80％、Mn：0.18％、Ｐ：0.01
％、Al：0.30％、Ｎ：0.0018％としＳ量をtr.〜15ppm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。引き続きこの熱延板に100％Ｈ₂雰囲気で
890℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.35mm
まで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で950℃×２mi
n間の仕上焼鈍を行った。

【００１５】図２に、このようにして得られたサンプル
のＳ含有量と鉄損Ｗ_15/50の関係を示す（図中×印）。
図２より、Ｓ含有量を低減することにより、鉄損が徐々
に低減することがわかる。これは、Ｓ含有量の低減によ
り粒成長性が向上したためである。

【００１６】しかし、Ｓ含有量を０ppm近くにしたとし
ても、鉄損は2.5Ｗ／kg程度にしかならない。本発明者
らは、さらに鉄損を低下する方法がないかと考え、光学
顕微鏡にて組織観察を行った。その結果、Ｓ≦９ppmの
領域で鋼板表層に顕著な窒化層が認められた。これに対
し、Ｓ＞９ppmの領域では窒化層は軽微となっていた。
この窒化層は窒化雰囲気で行った熱延板焼鈍時および仕
上焼鈍時に生じたものと考えられる。

【００１７】このＳ低減に伴う窒化反応促進の原因に関
しては次のように考えられる。すなわち、Ｓは表面およ
び粒界に濃化しやすい元素であることから、Ｓ＞９ppm
の領域では、Ｓが鋼板表面へ濃化し、熱延板焼鈍時およ
び仕上焼鈍時の窒素の吸着を抑制しており、一方、Ｓ≦
９ppmの領域ではＳによる窒素吸着の抑制効果が低下し
たためと考えられる。

【００１８】本発明者らは、この極低Ｓ材において顕著
に生じる窒化層が鋼板表層部の結晶粒の成長を妨げ、鉄
損の低下を抑制するのではないかと考えた。このような
考えの下に、本発明者らは窒素吸着の抑制が可能でかつ
極低Ｓ材の優れた粒成長性を妨げることのない元素を添
加することができれば、極低Ｓ材の鉄損はさらに低減す
るのではないかという着想を抱き、種々の検討を加えた
結果、Sbの極微量添加が有効であることを発見した。

【００１９】図２に、前記×印で示したサンプルの成分
に40ppmのSbを添加したサンプルについて同一の条件で
試験をした結果を○印で示す。○印に対応する測定点の
Ｓ量は、左から、１、２、６、７、８、９、11.2、14pp
mである。Sbの鉄損低減効果に着目すると、S＞11ppmの
領域では、Sb添加により鉄損は0.02〜0.04Ｗ／kg程度し
か低下しないが、S≦９ppmの領域では、Sb添加により鉄
損は0.20Ｗ／kg程度低下しており、この間、Ｓ量に応じ
てSb添加による鉄損の低減効果に臨界的な性質が認めら
れる。そして、Ｓ＝９ppmに至って、この臨界的効果が
飽和する。また、このサンプルではＳ量によらず窒化層
は認められなかった。これはSbが鋼板表層部に濃化し窒
素の吸着を抑制したためと考えられる。このような、Sb
の鉄損低減効果における臨界的性質に鑑みて、本発明に
おいては、Ｓ含有量の範囲を９ppm以下に限定する。

【００２０】次にSbの最適添加量を調査するため、Ｃ：
0.0015％、Si：2.70％、Mn：0.15％、Ｐ：0.010％、A
l：0.30％、Ｓ：0.0004％、Ｎ：0.0018％とし、Sb量をt
r.〜600ppm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。引き続きこの熱延板に100
％Ｈ₂雰囲気で890℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その
後、板厚0.35mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲
気で950℃×２min間の仕上焼鈍を行った。

【００２１】図３に、Sb量と鉄損Ｗ_15/50の関係を示
す。○印に対応する点のSb量は、左から、０、12、25、
35、45、60、81、96、250、340、430、620ppmである。
図３より、Sb含有量が10ppm以上の領域で鉄損が低下
し、Ｗ_15/50＝2.05Ｗ／kgが達成されることがわかる。
しかし、Sb含有量をさらに増加し、Sb＞50ppmとなった
場合には、鉄損は再び増大することもわかる。

【００２２】このSb＞50ppmの領域での鉄損増大原因を
調査するため、光学顕微鏡による組織観察を行った。そ
の結果、表層細粒組織は認められなかったものの、平均
結晶粒径が若干小さくなっていた。この原因は明確では
ないが、Sbが粒界に偏析しやすい元素であるため、Sbの
粒界ドラッグ効果により粒成長性が低下したものと考え
られる。但し、Sbを600ppmまで含有させてもSbフリー鋼
と比べると鉄損は良好である。以上のことより、請求項
1の発明においては、Sb含有量は10ppm以上とし、コスト
の問題から上限を500ppmとする。また、鉄損の観点よ
り、10ppm以上、50ppm以下とすることが好ましい（請求
項２）。

【００２３】以上の鉄損低減効果はSbと同様な表面偏析
型元素であるSnを20ppm以上含有させた場合にも認めら
れ、100ppm以上の含有量で鉄損が若干増大した。このこ
とより、請求項１の発明においては、Sn含有量は20ppm
以上とし、コストの問題から上限を1000ppmとする。ま
た鉄損の観点より、20ppm以上、100ppm以下とすること
が好ましい（請求項２）。

【００２４】さらに、SbとSnを複合して含有させた場合
にも、Sb＋Sn/2で10ppm以上含有した場合に鉄損が低下
し、Sb＋Sn/2で50ppm以上含有した場合に若干の鉄損増
大が認められた。このことより、請求項１の発明におい
ては、SbとSnを複合して含有させた場合には、Sb＋Sn/2
で10ppm以上とし、コストの問題から上限を500ppmとす
る。また鉄損の観点より、10ppm以上、50ppm以下とする
ことが好ましい（請求項２）。

【００２５】（その他の成分の限定理由）次に、その他
の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
あるため、下限を1.0％とする。一方、3.0％を超えると
飽和磁化が低下するため上限を3.0％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％以上になると飽和磁化を
低下させるので0.05〜1.0％とする。 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。

【００２６】Ｎ： Ｎは、含有量が多い場合にはAlＮの
析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下
とする。 Al： AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元
素であるが、1.0％を超えると飽和磁化が低下するため
上限を1.0％とする。また、0.1％未満の場合にはAlＮが
微細化し粒成長性が低下するため下限を0.1％とする。

【００２７】（製造方法）本発明においては、Si＋Al、
Ｓ、Sb＋Sn/2含有量をはじめとして、所定の成分が所定
の範囲内であれば、製造方法は通常の無方向性電磁鋼板
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
鋼板の製造に用いら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
一回の冷間圧延、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
う。

【００２８】

【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（表１の鋼成分値
は重量％）に調整後鋳造し、スラブを1140℃で１hr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℃とした。巻取り温度は550℃とし、表１に示
す条件で熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.35mm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っ
た。鉄損測定は25cmエプスタイン試験片を用いて行っ
た。また、磁化Ｊ₅₀₀の測定は25cmエプスタイン枠の1次
コイルを1700turnとすることにより行った。各鋼板の磁
気特性を表１に併せて示す。

【００２９】表１より、各成分値が請求項１に記載され
る範囲にある本発明鋼（No.１〜No.13）は、比較鋼に比
して、磁化Ｊ₅₀₀の高さと鉄損Ｗ_15/50の低さの両方を兼
ね備えていることがわかる。

【００３０】これに対し、No.14の鋼板は、Si＋Al、
Ｓ、Sb＋Sn/2の値が本発明の範囲を外れており、No.15
の鋼板はSi＋Alの値が本発明の範囲を外れているので、
いずれも磁化Ｊ₅₀₀が低い。No.16〜No.20の鋼板は、い
ずれもSb＋Sn/2の範囲が本発明の範囲を外れており、こ
の他にNo.16の鋼板はSiとＳが、No.17とNo.18の鋼板は
Ｓが本発明の範囲を外れているので、いずれも鉄損Ｗ
_15/50が高くなっている。

【００３１】No.21の鋼板は、Alが本発明の範囲を超え
ているので磁化Ｊ₅₀₀が低い。No.22の鋼板は、Mnが本発
明の範囲を下回っているので、鉄損Ｗ_15/50が高くなっ
ている。これに対し、No.23の鋼板はMnが本発明の範囲
を超えているので、磁化Ｊ₅₀₀が低い。No.24の鋼板は、
Ｃが本発明の範囲を超えているので、鉄損Ｗ_15/50が高
く、磁化Ｊ₅₀₀が低い。No.25の鋼板は、Ｎが本発明の範
囲を超えているので、鉄損Ｗ_15/50が高く、磁化Ｊ₅₀₀が
低い。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係る発明は、重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：
1.0〜3.0％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.
005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、SiとAlの少
なくとも一方をSi＋Alで3.5％以下、Ｓ：0.0009％以下
（０を含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb＋Sn/2で0.
001〜0.05％含有し、残部が実質的にFeである無方向性
電磁鋼板であるので、飽和磁化が高く、しかも低鉄損で
ある。Sb＋Sn/2の範囲を0.001〜0.005％に制限すること
（請求項２）により、さらに低鉄損のものが得られる。

【００３４】本発明に係る無方向性電磁鋼板は、電気自
動車用のモータコア等、高飽和磁化と低鉄損が必要とさ
れる電気材料として広く使用するのに好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 Si+Al量とＪ₅₀₀との関係を示す図である。

【図２】 Ｓ量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す
図である。

【図３】 Sb量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す
図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.0〜
   3.0％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
   以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、SiとAlの少なくと
   も一方をSi＋Alで3.5％以下、Ｓ：0.0009％以下（０を
   含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb＋Sn/2で0.001〜
   0.05％含有し、残部が実質的にFeである飽和磁化が高く
   鉄損の低い無方向性電磁鋼板。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.0〜
   3.0％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％
   以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、SiとAlの少なくと
   も一方をSi＋Alで3.5％以下、Ｓ：0.0009％以下（０を
   含む）、SbとSnの少なくとも一方をSb＋Sn/2で0.001〜
   0.005％含有し、残部が実質的にFeである飽和磁化が高
   く鉄損の低い無方向性電磁鋼板。