JP4272576B2 - 磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、全周方向の磁束密度が極めて高く、鉄損が低い無方向性電磁鋼板を得られる製造方法を提供するものである。

無方向性電磁鋼板は、大型発電機、モータ、音響機器用や安定器などの小型静止器に使用される。図１に鋼板の板取りを示すが、小、中型モータの一体コアでは磁路は全周方向となり、これらのような用途の場合、全周方向の磁束密度が高く鉄損が低い、磁気特性が優れた無方向性電磁鋼板が求められる。

全周方向の磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法の一つに急冷凝固法がある。すなわち、移動更新する冷却体表面によって溶鋼を凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで該当鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上焼鈍して無方向性電磁鋼板を得る方法である。特許文献１、特許文献２には、急冷凝固鋳片の中心層の｛１００｝面Ｘ線回折強度を対ランダム試料で２．３倍以上とし、冷間圧延の圧下率を５〜４０％とすることを特徴とする磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法が提案されている。
特開平５−３０６４３８号公報 特開平６−３０６４６７号公報

しかしながら近年、省エネルギー、省資源が求められるなか、小、中型モータの一体コアでは全周方向の磁束密度の更に高い鋼板が求められるようになり、上記特許文献１、２に記載の方法よりも更に磁束密度が高い無方向性電磁鋼板が求められていた。また急冷凝固鋳片は大変もろく、常温で圧延すると割れが発生する場合があった。
そこで本発明は、上記の課題を有利に解決して、全周方向の磁束密度の高い無方向性電磁鋼板を、冷間圧延時に割れなく製造する方法を提供することを目的とするものである。

本発明の要旨は下記のとおりである。
（１） 質量％で、
Ｃ ：０．００８％以下、 Ｍｎ：０．０２〜１．０％、
Ｓ ：０．００５％以下、 Ｎ ：０．０１％以下
を含有し、かつ、ＳｉとＡｌを１．８％≦（Ｓｉ＋２×Ａｌ）≦７％
の関係を満たす範囲で含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる溶鋼を、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、その際の溶鋼の過熱度（鋳造時の溶鋼温度−溶鋼の液相線温度）を７０℃以上とすることで、鋳片全厚を柱状晶とし、次いで、該鋳造鋼帯の鋳片厚中心層での鋳片の表面に平行な｛１００｝面のＸ線回折強度が対ランダム試料で４倍以上の鋳造鋼帯を、１８０〜３５０℃の温度域で、かつ、圧下率１５〜４０％で冷間圧延して所定の厚さとし、さらに仕上焼鈍することを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、小、中型モータの一体コアなど、全周方向を使用する鉄心に、冷間圧延で割れがなく、磁束密度が高く、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供できる。

以下、本発明の詳細について説明する。
本発明者らは冷間圧延で割れがなく、磁束密度の高い無方向性電磁鋼板用の製造方法を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、急冷凝固法において、鋳造鋳片の組織、集合組織と冷延率、冷間圧延温度を狭い範囲に制御することが非常に有効であることを見出した。

図２は、本発明者が行なった実験結果の一例である。
Ｃ：０．００１６〜０．００１７％、Ｓｉ：３．１％、Ａｌ：１．２％、Ｍｎ：０．２４％、Ｓ：０．００２２〜０．００２３％、Ｎ：０．００１３〜０．００１４％を含む溶鋼を、２条件で双ロール法により急冷凝固させ、０．５０ｍｍ厚の鋳片を作成した。
この時の鋳片１／２層の鋳片の表面に平行な｛１００｝面Ｘ線回折強度の対ランダム試料比（以下、ある面のＸ線回折強度の対ランダム試料比を単に面強度ということもある。）は２．６と４．２であった。
これを０．３５ｍｍ厚に３０％の冷間圧延率で種々の温度で冷間圧延し、１０７５℃×３０秒の仕上焼鈍を行い、磁気測定した。全周方向のＢ₅₀は、Ｘ度方向のＢ₅₀をＢ₅₀−Ｘとすると、全周Ｂ₅₀＝［Ｂ₅₀−０＋Ｂ₅₀−９０＋２×（Ｂ₅₀−２２．５＋Ｂ₅₀−４５＋Ｂ₅₀−６７．５）］／８により求めた。

この時の冷間圧延温度と全周方向の磁束密度Ｂ₅₀、冷間圧延時の耳割れ深さを図２に示す。これより、冷間圧延温度を高めると耳割れ深さが小さくなり、１８０℃以上で耳割れがなくなる。そして１８０℃以上で冷間圧延すると、｛１００｝面強度が４．２の鋳片では、２０℃の常温で冷間圧延するよりも０．０１Ｔ磁束密度が高くなることが分かる。 ｛１００｝面強度が２．６の鋳片では磁束密度の向上は小さい。

図３には、図２に実験の｛１００｝面強度が４．２の０．５０ｍｍ厚の鋳片を常温の２０℃と２２０℃で種々冷間圧延率で冷間圧延し、１０７５℃×３０秒の仕上焼鈍を行い、全周方向の磁束密度Ｂ₅₀を評価した。そして、冷間圧延率とΔ全周Ｂ₅₀（全周Ｂ₅₀・２２０℃冷延−全周Ｂ₅₀・２０℃冷延）の関係を図３に示す。
これより、冷間圧延率が１５〜４０％の場合に冷間圧延を２２０℃とすると、常温の２０℃の場合よりも磁束密度が高くなることが分かる。
鋳片の｛１００｝面強度が４以上、冷間圧延温度が１８０〜３５０℃、冷間圧延率が１５〜４０％の場合に高い全周の磁束密度を得られる理由は、未解明の部分もあるが次のように考えている。

図４には、Ｃ：０．００１１〜０．００１３％、Ｓｉ：３．１％、Ａｌ：１．１％、Ｍｎ：０．２６％、Ｓ：０．００２２〜０．００２６％、Ｎ：０．００１３〜０．００１６％を含む溶鋼を双ロール法により急冷凝固し、１．６ｍｍ厚の鋳片を作成し、｛１００｝面強度が６．４倍と１．３倍の試料の鋳片の凝固組織を示す。
６．４倍の試料は表面から中心層に伸びた柱状晶が非常によく発達しているのに対し、１．３倍の試料は柱状晶は殆ど認められず、球状の等軸晶が多数認められる。

これより、できるだけ柱状晶を発達させ、鋳片の集合組織を｛１００｝＜０ｖｗ＞ｒｉｃｈとすることが非常に重要であると判断される。冷間圧延温度を１８０〜３５０℃とすると冷間圧延時の耳割れが少なくなることから、冷間圧延時の変形モードが変化し、鋳片の集合組織を｛１００｝＜０ｖｗ＞ｒｉｃｈが冷間圧延で温存され、冷間圧延率を１５〜４０％については、冷間圧延率が１５％未満では圧下率が低すぎ、冷間圧延を１８０〜３５０℃で行っても効果が小さすぎ、圧下率が４０％超では、圧下率が大きすぎ鋳片の集合組織を｛１００｝＜０ｖｗ＞ｒｉｃｈが温存されなくなってしまうと考えている。

以下に本発明の成分限定理由を説明する。
Ｃは、オーステナイト、フェライト２相域とせず、フェライト１相とし、柱状晶をできるだけ発達させるため０．００８％以下とした。

Ｓｉ＋２×Ａｌ：Ｓｉ＋２×Ａｌが１．８％以上でかつＣが０．００８％以下であれば、オーステナイト、フェライト２相域とならずフェライト１相となるため、柱状晶が発達しやすい。更に、Ｓｉ＋２×Ａｌが７％を超えると冷延性が劣化するため、上限は７％とした。

Ｍｎは、脆性を改善するため０．０２％以上とする。上限の１％はこれ以上添加すると磁束密度が劣化するためである。

Ｓは、微細な硫化物をつくり、鉄損に有害な作用を演ずるため、０．００５％以下とする。

Ｎは、ＡｌＮなど微細な窒化物をつくり、鉄損に有害な作用を演ずるため、０．０１％以下とする。

溶鋼は、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とする。単ロール法、双ロール法などが用いられる。
鋳片厚中心層での鋳片の表面に平行な｛１００｝面Ｘ線回折強度を対ランダム試料で４倍以上とする。図２及び図４に示すように、鋳造鋳片に柱状晶をできるだけ発達させ、 ｛１００｝面強度を対ランダムで４倍以上とすると高い磁束密度を得られる。

｛１００｝面強度を制御するには、溶鋼の過熱度を調整するのが有効である。溶鋼の過熱度は鋳造時の「溶鋼温度−溶鋼の液相線温度」を表し、実施例に示すように過熱度を７０℃以上とすると｛１００｝面強度を４倍以上にすることができる。

冷間圧延の圧下率は１５〜４０％とする。図３に示すように１５％未満や４０％を超えると高い磁束密度を得られない。
冷間圧延は１８０〜３５０℃で行う。図２に示すように１８０℃より低いと冷間圧延で耳割れが発生し、磁束密度も高くできない。３５０℃を超えると磁束密度の向上が飽和する。
鋼板の温度を１８０℃以上にする方法としては、急冷凝固鋳片を１８０℃以上で鋳造し、それを冷間圧延に供する方法がある。また、電気炉、ガス炉などの外部加熱を利用する方法もある。

Ｃ：０．００１８％、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：０．２１％、Ａｌ：１．２％、Ｓ：０．０００５〜０．００１１％、Ｎ：０．００１２〜０．００２０％、を含有する溶鋼を双ロール法により鋳造する際に、過熱度を変更して種々の板厚に鋳造した。この成分系における融点は１４９０℃である。続いて酸洗し、０．３５ｍｍに種々の温度で冷延し、１０７５℃×３０秒の連続焼鈍し、絶縁皮膜を塗布して製品とした。

この時の、鋳片の表面に平行な｛１００｝面Ｘ線回折強度の対ランダム試料比、冷間圧延温度、冷延率と冷延板の耳割れ深さ、磁気特性の関係を表１に示す。
これより、｛１００｝面Ｘ線回折強度を４倍以上とし、冷間圧延温度を１８０〜３５０℃かつ冷延率を１５〜４０％とすることにより、冷間圧延で耳割れなく、高い磁束密度を得られることが分かる。

無方向性電磁鋼板の用途と板取りを示す図である。 冷間圧延温度、｛１００｝面Ｘ線回折強度（対ランダム試料比）と全周Ｂ₅₀、冷延板耳割れ深さの関係を示す図である。 冷延率とΔ全周Ｂ₅₀（２００℃冷延の全周Ｂ₅₀−２０℃冷延の全周Ｂ₅₀）の関係を示す図である。 ｛１００｝面Ｘ線回折強度（対ランダム試料比）が（ａ）１．３倍と（ｂ）６．４倍の鋳片の凝固組織を示す写真である。

Claims (1)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．００８％以下、 Ｍｎ：０．０２〜１．０％、
   Ｓ ：０．００５％以下、 Ｎ ：０．０１％以下
   を含有し、かつ、ＳｉとＡｌを１．８％≦（Ｓｉ＋２×Ａｌ）≦７％
   の関係を満たす範囲で含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物よりなる溶鋼を、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、その際の溶鋼の過熱度（鋳造時の溶鋼温度−溶鋼の液相線温度）を７０℃以上とすることで、鋳片全厚を柱状晶とし、次いで、該鋳造鋼帯の鋳片厚中心層での鋳片の表面に平行な｛１００｝面のＸ線回折強度が対ランダム試料で４倍以上の鋳造鋼帯を、１８０〜３５０℃の温度域で、かつ、圧下率１５〜４０％で冷間圧延して所定の厚さとし、さらに仕上焼鈍することを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。

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