JP5088144B2

JP5088144B2 - 時効熱処理用無方向性電磁鋼板ならびに無方向性電磁鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP5088144B2
Application number: JP2008003373A
Authority: JP
Inventors: 浩志藤村; 裕義屋鋪; 一郎田中
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2008-01-10
Filing date: 2008-01-10
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-01-10
Also published as: JP2009167434A

Description

本発明は、高速で回転するモータのロータ用鉄心の素材として好適な無方向性電磁鋼板を得るための時効熱処理用無方向性電磁鋼板ならびに無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。特に、本発明は、回転時の応力または加減速時の応力変動に耐え、優れた強度特性および磁気特性が要求される、磁石埋め込み型モータ（ＩＰＭモータ）や突極型表面磁石モータ（突極型ＳＲＭモータ）のロータ用鉄心の素材として好適な無方向性電磁鋼板を得るための時効熱処理用無方向性電磁鋼板ならびに無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。

地球温暖化ガスを削減するため、自動車や家電製品などの分野では消費エネルギーの少ない新製品開発が必要である。例えば、自動車分野では、低燃費化するためガソリンエンジンとモータとのハイブリッド駆動自動車（ＨＥＶ）あるいはモータ駆動の電気自動車がある。また、家電製品分野では、年間電気消費量の少ない高効率エアコンや冷蔵庫などがある。それらの共通した技術はモータであり、モータの高効率化が重要な技術となっている。モータ高効率化の過程において、モータの駆動システムは高度化し、さまざまな回転駆動制御が可能になっている。すなわち、駆動電源の周波数制御により、可変速運転、商用周波数以上での高速運転を可能としたモータが増加してきている。

このような高速回転機の実現には、高速回転に耐え得る構造のロータを開発する必要がある。一般に、ロータに作用する遠心力は回転半径に比例し、回転速度の二乗に比例する。このため高速回転で運転する際には、そのロータに作用する力が例えば５００ＭＰａを超える場合もある。したがって、ロータには降伏強度の高い材料が必要となる。さらに、ロータ高速回転運転中には、外部からの振動や頻繁な加減速といった繰り返し応力が発生する場合も想定されるので、ロータ材料には、単に降伏強度が高いだけでなく疲労強度が高いことも必要とされる。疲労強度を高める手段としては引張強度を高めることが最も有効であることから、高速回転するロータの材料には高い降伏強度と高い引張強度とが必要であると言い換えることができる。

通常、モータロータには、積層した無方向性電磁鋼板が使用されるが、上記のような高速回転するモータでは所要の強度を満足できない場合がある。その際にはロータ材料として高強度の鋳鋼などが用いられている。しかしながら、モータロータは、回転時に磁気的性質を利用するものであるから、その材料としては、上述のように、機械特性とともに磁気特性に優れていることが要求される。すなわち、一体物の鋳鋼製ロータでは、渦電流損が非常に大きくなるのでモータの効率が低下してしまうという問題があるのである。また、ＩＰＭモータの場合はそのロータでの損失による発熱で磁石特性が劣化するという問題も生じる。

このように、上記のような高速回転するモータのロータ鉄心材料としては、機械的には高い強度を有し、かつ磁気的には高周波低鉄損を有するものでなければならない。鋼板の強度を高める手段として、冷延鋼板の分野では一般に、固溶強化、析出強化、細粒化強化、変態強化などの方法が用いられるが、高い強度および高周波低鉄損という優れた磁気特性は一般に相反する関係にあり、これらを同時に満足させることは極めて困難であった。

このような問題を解決するため、最近では、高い抗張力を有する無方向性電磁鋼板についてのいくつかの提案がなされてきている。例えば特許文献１では、Ｓｉ含有量を３．５〜７．０％と高め、これに固溶硬化の大きい元素を添加し、抗張力を高める方法が提案されている。特許文献２では、通常の無方向性電磁鋼板に２．０％以上４．０％未満のＳｉを含有させると同時に、Ｎｂ，Ｚｒの１種または２種、もしくはＴｉ，Ｖの１種または２種の炭窒化物を活用し、さらには熱間圧延条件および仕上げ焼鈍条件を制御することにより、機械特性および磁気特性を兼備した降伏強度の高い無方向性電磁鋼板を製造する方法が提案されている。特許文献３では、鋼材内部に直径１．０μｍ以下のＣｕからなる金属相を含有させることにより、抗張力を高める方法が提案されている。特許文献４では微細なＣｕ析出相を分散させることにより、特許文献５および特許文献６ではＣｕ析出相とＴｉ，Ｎｂを含む炭窒化物相とを分散させることにより、それぞれ抗張力を高める方法が提案されている。

特開昭６０−２３８４２１号公報特開平６−３３０２５５号公報特開２００４−８４０５３号公報特開２００４−３００５３５号公報特開２００５−３４４１５６号公報特開２００７−３１７５４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された発明により得られる鋼板は非常に脆いため、冷間圧延時に破断しやすく歩留まりが非常に低いという問題がある。
上記特許文献２に記載された発明では、仕上げ焼鈍温度が低いために、鋼板の結晶粒径が非常に小さく、鉄損が非常に劣るという問題がある。
上記特許文献３に記載された発明では、仕上げ焼鈍条件を適正化していないために、さらに強度を向上させる余地がある。また、熱間圧延鋼板に焼鈍を実施しないか、あるいは９８０℃の高温で焼鈍するため、熱間圧延鋼板内部にＣｕが微細分散し、熱間圧延鋼板が非常に硬質となる。そのため、その後の冷間圧延が困難となり、生産性に劣る問題がある。
また、上記特許文献４、特許文献５および特許文献６に記載された発明では、強度と磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板が製造できるものの、熱間圧延後の工程、例えば調質圧延、酸洗、焼鈍、および冷間圧延において熱間圧延鋼板が破断して、歩留まりを低下させる場合がある。さらに、特許文献４に記載された発明では、Ｎｉを強度向上と表面欠陥抑制のために不可欠の成分としているため、原料コストの大幅な増加が避けられない。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、時効熱処理によって強度上昇を図ることができ、高周波での鉄損が低く、製造性に優れ、原料コストの低減が可能な時効熱処理用無方向性電磁鋼板ならびに無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することを主目的とする。

本発明者らは、時効熱処理による析出強化で強度を高め、かつ優れた磁気特性を有する鋼板ができないかとの観点から鋭意研究を積み重ねた結果、磁気特性および強度特性の両方に有利なＳｉ，Ａｌ含有の鋼をベースに、析出強化元素としてＣｕを活用し、必要に応じてＴｉ，Ｎｂ，Ｖ，Ｚｒの炭化物をも活用し、さらに仕上げ焼鈍条件を適正化することにより、強度特性および磁気特性を兼ね備えた無方向性電磁鋼板が得られることを見出した（上記特許文献５および特許文献６参照）。

しかしながら、その熱間圧延鋼板は非常に硬質であるため、熱間圧延後の製造工程において破断することがあり、歩留まりを低下させる場合があることが判明した。また、場合によっては表面欠陥が発生することがあり、これを抑制するために高価な元素であるＮｉを含有させる必要が生じる場合があることが判明した。そこで本発明者らは、熱間圧延鋼板の破断および原料コストを考慮しつつ、製品としての優れた強度特性・磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を開発するため、さらに鋭意研究を積み重ねた結果、磁気特性向上に有用なＳｉの含有量を極力減らし、Ａｌ含有量を高め、かつＴｉの析出物を活用することにより、製造性に優れ、原料コストの面でも優位な高強度無方向性電磁鋼板が得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：２％以上４％以下、Ｎｉ：０．１０％未満、Ｃｕ：１％超３％以下ならびに、Ｔｉ：０．００１％以上０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする時効熱処理用無方向性電磁鋼板を提供する。

本発明によれば、鋼板の鋼組成を適正に制御することにより、製造性および磁気特性が良好であり、原料コストの低減が可能な時効熱処理用無方向性電磁鋼板とすることができる。また、本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことにより、強度特性も改善された無方向性電磁鋼板を得ることができる。このように本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板を用いることにより、運転中に変形や破壊が生じることなく安定して使用可能なモータロータに好適な無方向性電磁鋼板を提供することが可能である。

また本発明は、上述の鋼組成を有し、降伏強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板を提供する。
本発明によれば、優れた磁気特性および強度特性を兼備し、製造性およびコストが改善された無方向性電磁鋼板とすることができる。

さらに本発明は、上記の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、上述の時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
本発明によれば、磁気特性および強度特性に優れた無方向性電磁鋼板を、コストの増加を伴うことなく、歩留まり良く製造することができる。

本発明によれば、高周波での鉄損の低い時効熱処理用無方向性電磁鋼板を得ることができ、この時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施した場合には、鉄損が低いだけでなく強度が高い無方向性電磁鋼板を効率良く製造することが可能である。このような無方向性電磁鋼板を用いて製造した鉄心が高速回転するモータロータに組み込まれれば、モータ効率が高くなることはもちろん、運転中に変形や破壊することなく長期間にわたり安定して使用可能となる。このような省エネルギー効果により地球環境に負荷の少ない未来社会創造に貢献できる。

以下、本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板ならびに無方向性電磁鋼板およびその製造方法について詳細に説明する。

Ａ．時効熱処理用無方向性電磁鋼板
本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：２％以上４％以下、Ｎｉ：０．１０％未満、Ｃｕ：１％超３％以下ならびに、Ｔｉ：０．００１％以上０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とするものである。
なお、各元素の含有量を示す「％」は、特に断りのない限り「質量％」を意味するものである。

本発明によれば、鋼板の鋼組成を適正に制御することにより、特にＳｉ含有量、Ａｌ含有量ならびに、Ｔｉ含有量を適正に制御することにより、製造性の改善および原料コストの低減が可能であり、優れた磁気特性を得ることができる。また、本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板は、時効熱処理に供する無方向性電磁鋼板であるので、本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことにより、強度特性にも優れたものとすることができる。
以下、本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板の鋼組成および製造方法について説明する。

１．鋼組成
（１）Ｃ
Ｃは鋼板の強度を高めるのに有効な元素である。しかしながら、Ｃ含有量が０．０２％を超えるとセメンタイト、εカーバイドなどの炭化物が析出し、磁気特性劣化が顕著になる場合がある。したがって、Ｃ含有量は０．０２％以下とする。また、より一層の磁気特性向上、特に鉄損を向上させるにはＣ含有量の上限を０．００５％にするのが好ましい。一方、Ｔｉを０．０１％以上含有させて析出強化を図る場合には、Ｃ含有量を０．００５％〜０．０２％に制御することが好ましい。

（２）Ｓｉ
Ｓｉは鋼板の強度を高め、磁気特性を改善するには有効な元素であるが、本発明のようにＣｕを含有することを必須とする鋼板においては、熱間圧延鋼板が熱間圧延以降の製造工程において破断する可能性がある。Ｓｉ含有量が１％超では熱間圧延鋼板の靭性が劣化して熱間圧延鋼板が破断することにより製品歩留まりが低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１％以下とする。さらに表面欠陥を抑制するには、Ｓｉ含有量を０．２％以下にするのが好ましい。なお、Ｓｉは不可避的不純物として含有される元素であるが、その含有量は低いほど好ましいので、その下限は特に限定する必要はない。

（３）Ｍｎ
Ｍｎは不可避的不純物であり、添加する必要はない。しかしながら、Ｍｎは鋼の比抵抗を高め、鉄損低減に有効である。その効果を得るには０．１％以上含有させることが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が１％を超えると原料コストが大きくなる場合がある。したがって、Ｍｎ含有量は１％以下に限定する。

（４）Ｐ
Ｐは不可避的不純物であり、添加する必要はない。しかしながら、Ｐは固溶強化により鋼板の強度を高めるのに有効な元素であり、その効果を得るには０．０５％以上含有させることが好ましい。一方、Ｐ含有量が０．２％を超えると鋼板の靱性が劣化し、熱間圧延鋼板が破断するおそれがある。したがって、Ｐ含有量は０．２％以下に限定する。

（５）Ｓ
Ｓは不可避的不純物であり、添加する必要はない。Ｓ含有量が０．０３％を超えると粗大なＭｎ，Ｃｕ含有硫化物が形成され、鋼の靭性が劣化し、冷間圧延時に破断するおそれがある。したがって、Ｓ含有量は０．０３％以下に限定する。また、磁気特性を改善するには、Ｓ含有量を０．００６％以下とすることが好ましい。

（６）Ａｌ
Ａｌは鋼の比抵抗を高め、鉄損低減に有効である。本発明では同様の効果を有するＳｉ含有量を低減しているので積極的に添加する必要がある。しかしながら、Ａｌ含有量が４％を超えると飽和磁束密度が著しく低下し、鉄心性能が劣化する可能性がある。一方、高周波の鉄損低減にはＡｌを２％以上含有させることが必要である。したがって、Ａｌ含有量は２％以上４％以下に限定する。さらに好ましくは、２．５％以上３．５％以下である。

（７）Ｎｉ
Ｎｉは、鋼板の表面欠陥を防止するのに有効である。しかしながら、本発明においては、Ｓｉの含有量を極力減らし、Ａｌ含有量を高めた鋼組成とすることにより、表面欠陥を抑制しているため、従来のように相当量のＮｉを含有させる必要はない。特にＳｉ含有量が０．２％以下の場合には、表面欠陥抑制の観点からはＮｉを添加する必要がなく、Ｎｉ含有量は不純物レベルであっても構わない。一方、Ｎｉは固溶強化により鋼板の強度を高めるのに有効でもあるので添加しても構わない。しかしながら、Ｎｉは高価な元素であるので、製造コストの観点からその含有量を０．１０％未満とする。もちろん、Ｎｉ含有量が０．１０％以上であったとしても強度や磁気特性が損なわれることはない。

（８）Ｃｕ
Ｃｕは本発明において必須の元素である。上述したように、Ｃｕ析出物が非常に微細である場合には、磁気特性をほとんど劣化させることなく、強度特性を向上させる効果がある。しかしながら、Ｃｕ含有量が１％以下ではＣｕ析出による強度上昇が十分得られない可能性がある。一方、Ｃｕ含有量が増加するにつれて時効硬化量は大きくなるが、３％を超えると仕上げ焼鈍時にＣｕ析出物が不均一に分散して時効熱処理後の強度が低下し、また鋼板の磁束密度も低下する場合がある。したがって、Ｃｕ含有量は１％超３％以下に限定する。

（９）Ｔｉ
Ｔｉは、窒化物や硫化物を形成し、熱間圧延鋼板や、熱間圧延鋼板にさらに焼鈍を施した鋼板（以下、熱延焼鈍鋼板という場合がある。）の靭性を向上させる重要な元素である。ここで、靭性が向上する理由としては、上記窒化物や硫化物によって鋼組織が微細化されるためと推察される。Ｔｉ含有量が０．００１％未満では十分な靭性を確保することが困難となることから、Ｔｉ含有量を０．００１％以上とする。一方、Ｔｉ含有量が０．１％を超えると析出物が粗大分散して熱間圧延鋼板の靭性が著しく劣化する可能性がある。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１％以上０．１％以下とする。好ましくは、０．０１％以上０．１％以下である。
また、Ｔｉは、炭化物を形成して強度を向上させる作用も有する。この作用による効果を確実に得るには、Ｔｉ含有量を０．０１％以上０．１％以下とすることが好ましい。

２．時効熱処理用無方向性電磁鋼板の製造方法
本発明の時効熱処理用無方向性電磁鋼板は、例えば、上述した鋼組成を有する熱間圧延鋼板に６００℃以上９００℃以下の温度域で１０秒間以上保持する熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、熱延板焼鈍が施された上記熱間圧延鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板とする冷間圧延工程と、上記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程とを有する製造方法により製造することが好ましい。

上記製造方法によれば、鋼板の鋼組成を適正に制御し、さらに所定の条件で熱延板焼鈍を施すことにより、鋼板の延性を向上させ冷間圧延工程での破断を効果的に抑制することができ、磁気特性に優れ、時効熱処理による高強度化が可能な時効熱処理用無方向性電磁鋼板を歩留まり良く製造することができる。

上記製造方法において、熱間圧延鋼板は、通常、上述した鋼組成を有する鋼塊または鋼片（以下、スラブということもある。）を所定の温度としたのちに熱間圧延を施す熱間圧延工程により得られる。
以下、上記製造方法における各工程について説明する。

（１）熱間圧延工程
上記製造方法においては、上述した鋼組成を有するスラブを所定の温度としたのちに、熱間圧延を施す熱間圧延工程を行ってもよい。本工程により得られる熱間圧延鋼板は、後述する冷間圧延鋼板の素材となるものである。

熱間圧延としては一般的な方法を用いることができる。スラブ温度、熱間圧延での仕上げ温度、巻取り温度等の条件は、スラブの鋼組成、目的とする鋼板の板厚などにより適宜選択するものとする。なお、鋼板の表面性状を良好にするにはスラブ加熱炉内温度（スラブ表面温度にほぼ等しい）を１２００℃以下とすることが好ましい。また、熱間圧延鋼板の靱性を向上させるには、巻き取り温度を５５０℃以上とすることが好ましい。

（２）熱延板焼鈍工程
上記製造方法における熱延板焼鈍工程は、上述した鋼組成を有する熱間圧延鋼板に、６００℃以上９００℃以下の温度で１０秒間以上保持する熱延板焼鈍を施す工程である。熱延板焼鈍工程は、続いて行われる冷間圧延の能率を高めることを可能とするのに有用な工程である。

熱延板焼鈍での焼鈍温度は、６００℃以上９００℃以下とする。焼鈍温度が上記範囲未満であると、かえって鋼板の強度が高くなりすぎ、冷間圧延が困難となる場合がある。一方、焼鈍温度が上記範囲を超えても、Ｃｕの固溶・再析出が起こり、鋼板の強度が高くなり、冷間圧延が困難となる可能性がある。さらに好ましい焼鈍温度は、６５０℃以上８５０℃以下である。

また、上記焼鈍温度での保持時間は１０秒間以上とする。保持時間が上記範囲未満の場合、熱間圧延鋼板の強度が高くなり、冷間圧延が困難となる場合がある。保持時間は２時間以上がより好ましい。一方、保持時間の上限は特に限定されないが、経済性の観点から４８時間以下にすることが望ましい。

熱間圧延鋼板は、通常、熱間圧延の際に鋼板表面に生成したスケールを酸洗により除去してから冷間圧延に供される。酸洗は、熱延板焼鈍前または熱延板焼鈍後のいずれに行ってもよい。

（３）冷間圧延工程
上記製造方法における冷間圧延工程は、熱延板焼鈍が施された上記熱間圧延鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板とする工程である。

本工程は、熱間圧延鋼板に中間焼鈍をはさんだ二回以上の冷間圧延を施す工程であってもよい。中間焼鈍は、必ずしも必須ではないが、中間焼鈍を行うことにより鋼板の延性が向上し冷間圧延での破断が少なくなるという利点を有する。
中間焼鈍での焼鈍温度等の条件は、熱延板焼鈍と同様にすることが好ましい。

（４）仕上げ焼鈍工程
上記製造方法における仕上げ焼鈍工程は、上記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す工程である。

時効熱処理後の強度特性および磁気特性をさらに改善するためには、仕上げ焼鈍条件を適正に制御することが好ましい。
仕上げ焼鈍温度は、９００℃以上１１００℃以下とすることが好ましい。仕上げ焼鈍温度が上記範囲未満では、再結晶粒成長が不十分となり磁気特性が著しく劣化する可能性がある。一方、仕上げ焼鈍温度が上記範囲を超えると、鋼板の粒径が著しく粗大化し、時効熱処理後のＣｕ析出物が不均一に分散し、強度が低下する場合がある。より一層の鉄損低減には仕上げ焼鈍温度が高ければ高いほどよく、９５０℃以上とすることがより好ましい。

（５）その他の工程
上記製造方法においては、上記仕上げ焼鈍工程後に、一般的な方法にしたがって、有機成分のみ、無機成分のみ、あるいは有機無機複合体からなる絶縁皮膜を鋼板表面に塗布するコーティング工程を行ってもよい。また、コーティング工程は、加熱・加圧することにより接着能を発揮する絶縁コーティングを施す工程であってもよい。接着能を発揮するコーティング材料としては、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂またはメラミン樹脂などを用いることができる。

また、上記製造方法により製造される時効熱処理用無方向性電磁鋼板に、時効熱処理を施すことにより無方向性電磁鋼板を製造することができる。

Ｂ．無方向性電磁鋼板
本発明の無方向性電磁鋼板は、上述した鋼組成を有し、降伏強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上述の時効熱処理用無方向性電磁鋼板と同一の鋼組成を有し、降伏強度が５００ＭＰａ以上であるので、磁気特性、強度特性および製造性が良好であり、製造コストの低減も可能である。

降伏強度は、５００ＭＰａ以上であり、好ましくは６００ＭＰａ以上とする。降伏強度を上記範囲とすることにより、本発明の無方向性電磁鋼板を用いて例えばモータロータとした際に、運転中に変形や破壊が発生することなく安定して使用することが可能となるからである。また、降伏強度の上限値としては特に限定されないが、遅れ破壊抑制の観点より１５００ＭＰａ以下とすることが好ましい。
ここで、上記降伏強度は、ＪＩＳ−Ｚ−２２４１に規定の方法にて測定することができる。

なお、鋼組成については、上記「Ａ．時効熱処理用無方向性電磁鋼板」に記載したので、ここでの説明は省略する。

Ｃ．無方向性電磁鋼板の製造方法
本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、上記無方向性電磁鋼板の製造方法であって、上述の時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことを特徴とするものである。

本発明によれば、上記時効熱処理用無方向性電磁鋼板を用いるので、磁気特性および強度特性に優れる無方向性電磁鋼板を効率良く製造することができる。

時効熱処理は、無方向性電磁鋼板の強度を高めるのに有効である。
時効熱処理での温度、時間、雰囲気等の条件は、所定の降伏強度が得られる条件であれば特に限定されるものではなく、鋼組成、目的とする強度などにより適宜選択するものとする。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以下、実施例を例示して、本発明を具体的に説明する。
下記表１に示す鋼組成を有するスラブを加熱炉で１２００℃まで加熱し、厚さ２．４ｍｍまで熱間圧延し、６００℃から徐冷して、熱間圧延鋼板を得た。その熱間圧延鋼板について、伸び率１％の調質圧延を施して酸洗により脱スケールし、８００℃で１０時間の焼鈍を施した。このようにして得られた熱間圧延鋼板および熱延焼鈍鋼板から、靱性を評価するためにシャルピー試験片（圧延直角方向に２ｍｍのＶノッチ）を採取し、２５℃にてシャルピー衝撃試験を行った。なお、靱性の評価は、衝撃値100J/cm²超を○、衝撃値70J/cm²以上100J/cm²以下を△、衝撃値70J/cm²未満を×とした。さらに、酸洗後の鋼板の表面を観察して疵の有無を調査した。

また、上記熱延焼鈍鋼板を、厚さ０．３５ｍｍまで冷間圧延し、１０００℃で仕上げ焼鈍した。このようにして得られた鋼板から５５ｍｍ角の単板磁気試験片を採取し、５００℃で２時間の時効熱処理を行った後、鉄損Ｗ_10/400および磁束密度Ｂ₅₀を測定した。それらの磁気特性は、圧延方向およびその直角方向についての平均値とした。さらに、時効熱処理後の鋼板からＪＩＳ１３Ｂ号の引張試験片を採取し、上記同様の時効熱処理後にＪＩＳ−Ｚ−２２４１に規定の引張試験を行い、降伏強度ＹＳおよび引張強度ＴＳを測定した。
下記の表２に強度、磁気特性、熱間圧延鋼板および熱延焼鈍鋼板の靭性のデータ、ならびに表面欠陥の有無の評価結果を示す。

本発明鋼板は、強度および磁気特性に優れることはもちろんのこと、熱間圧延鋼板の衝撃値がＣｕトレースの従来鋼（マークＧ）と同等であり、破断の可能性が小さい。一方、Ｓｉ含有量の高い比較鋼（マークＥ，Ｆ）は、従来の特許文献にあるように強度および磁気特性に優れるが、熱間圧延鋼板の衝撃特性が低く破断しやすい。さらに、Ｓｉ含有量の高い熱間圧延鋼板を酸洗した後の表面には、多数の表面欠陥が観察された。
図１に比較鋼（マークＥ）の表面欠陥（図１(a)）とその断面写真（図１(b)）を示す。この表面欠陥には金属Ｃｕが潜り込んでいることから、スラブ加熱時に生成した溶融Ｃｕが熱間圧延時に表面欠陥を誘発したと推察される。Ｓｉを殆ど含まない本発明鋼において表面欠陥が発生しなかった理由は明らかではないが、発明者らはスラブ加熱後のスケール観察より次のように推察する。スラブ加熱時に生成するスケール中にＳｉ系低融点酸化物がなく溶融Ｃｕがスラブの地鉄表面に接触しなかったため、熱間圧延で表面欠陥を誘発しにくかったと推察する。Ｓｉ含有量は少ないがＴｉを殆ど含まない比較鋼（マークＤ）は強度および磁気特性に優れるが、熱延板焼鈍後の靱性が低く破断しやすい。この鋼板にはＴｉ析出物が殆ど分散していないために、焼鈍後のミクロ組織が粗大化し靱性が低下したと推察される。

実施例における熱間圧延鋼板の表面欠陥とその断面の写真である。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：１％以下、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ａｌ：２％以上４％以下、Ｎｉ：０．１０％未満、Ｃｕ：１％超３％以下ならびに、Ｔｉ：０．００１％以上０．１％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる鋼組成を有することを特徴とする時効熱処理用無方向性電磁鋼板。
請求項１に記載の鋼組成を有し、降伏強度が５００ＭＰａ以上であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
請求項２に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、請求項１に記載の時効熱処理用無方向性電磁鋼板に時効熱処理を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。