JP6801464B2 - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
Al含有量を[Al]、Cr含有量を[Cr]とした時に
[Cr]−2×[Al]≧0であり、
未再結晶組織を含まないフェライト粒からなる金属組織を有し、
前記フェライト粒の平均結晶粒径が30μm以上、180μm以下であり、
前記フェライト粒の内部に個数密度1.0×104〜1.0×107個/μm3の金属Cu粒子を含有し、前記フェライト粒の内部の前記金属Cu粒子の平均粒径が1.0nm以上、10.0nm以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
表1に示す成分を持つ鋼を真空溶解し、できたインゴットに粗熱延を施し、粗バーから10mm×20mm×30mmの試験片を切り出し、大気中焼鈍に供した。加熱温度を1050℃〜1200℃の範囲で変化させ、均熱時間は30分とした。焼鈍前後の試料の重量を測定した。その増加分は酸化に伴う酸化増量である。加熱温度と酸化増量の関係を図1に示す。Si、Alを含まない合金a1に対して、Siを3.2%とした合金a2では、1150℃以下の酸化は効果的に抑制される。そこにAlを0.7%含有させた合金a3では、酸化増量が増え、耐酸化性は劣化する。また、合金a2、a3共、1160℃を超えると、急激に酸化増量は増加する。
Alは電磁鋼板の固有抵抗を上昇させ、鉄損を低減させるために有効な元素であるので、添加量が制限されるのは好ましくない。SiとAlを含有する鋼にCrを添加した合金について調査した。表2の成分組成の合金を真空溶解し、上記と同じように大気中焼鈍に供した。Siを3.2%、Alを0.7%含有する合金にCrを0〜3%添加した時の酸化増量の変化を図2に示す。Cr添加量の増加と共に酸化が抑制される。図3は、Alを0.3%含有する合金に、Cr添加した場合の1100℃加熱の場合酸化増量である。Al含有量が多い方が、酸化増量を抑えるためのCr添加量が増加する。表2にも、各成分における1100℃の酸化増量を記載した。
表2の成分組成の鋼塊を供試材にして、加熱温度1100℃の粗熱延、加熱温度1150℃、仕上げ温度850℃、仕上げ厚2.5mmmの仕上げ圧延を施し、熱延板を得た。各材料における、熱延板表面のヘゲ疵の有無を表2に示す。Cr添加量が増え、1100℃の酸化増量が0.05mg/mm2以下になると、熱延板のヘゲ疵の発生がないことが分かった。図3を見ると、1100℃の酸化増量を0.05mg/mm2以下にするのに必要なCr添加量は、Alが0.3%の時は0.5%、Alが0.7%の時は1.5%で、Al量の約2倍である。
[鋼の化学組成、組織]
以下の説明において、鋼に含まれる各元素の含有量の単位である「%」は、特に断りがない限り「質量%」を意味する。
Cは鉄損を劣化させるため、C含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、C含有量が0.005%超で顕著である。従って、C含有量は0.005%以下とし、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.002%以下とする。
Siは、先の実験で示したように、スラブ加熱時の鋼の酸化を抑えて、Cuの析出を抑制する作用を持つ。更に、Siは固有抵抗を上昇させ、鉄損を低減させる作用も持つ。Si含有量が1.0%未満では、これらの作用効果が十分に得られない。従って、Si含有量は1.0%以上とし、好ましくは2.0%以上、より好ましくは2.5%以上とする。
一方、Si含有量が4.0%超では、鋼が脆化し、圧延性が低下する。従って、Si含有量は4.0%以下とし、好ましくは3.8%以下とし、より好ましくは3.5%以下とする。
Mnは鋼の固有抵抗を高める作用と共に、MnSの溶体化温度を高めることで、熱間圧延中の硫化物の微細析出を防止する作用を持つ。Mn含有量が0.05%未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Mn含有量は0.05%以上とし、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.2%以上とする。一方、Mn含有量が1.5%超では、鋼が脆化することがある。従って、Mn含有量は1.5%以下とし、好ましくは1.0%以下、より好ましくは0.5%以下とする。
Alは鋼の固有抵抗を高め、窒素をAlNとして固定し、鉄損を低減させる機能を持つ。Al含有量が0.2%未満では、これらの作用効果が十分に得られない。従って、Al含有量は0.1%以上とし、好ましくは0.2%以上、より好ましくは0.3%以上とする。一方、Al含有量が2.0%超では、鋼が脆化し、圧延性が低下する。従って、Al含有量は2.0%以下とし、好ましくは1.5%以下とし、より好ましくは1.2%以下、更に好ましくは1.0以下とする。
Cuは、冷延再結晶後に粒内に微細に析出させることで、鉄損の劣化なく、機械強度を上昇させる。Cu含有量が0.5%未満では、この効果を十分に得られない。従って、Cu含有量は0.5%以上とし、好ましくは0.7%以上とし、より好ましくは1.0%以上とする。一方、Cu含有量が2.5%超では、熱間圧延時の疵が生じやすく、脆化も生じやすい。従って、Cu含有量は2.5%以下とし、好ましくは2.0%以下とし、より好ましくは1.5%以下とする。
Crは先の実験で示した様に、Cuを含む鋼において、酸化を抑制し、熱延板の疵の発生を抑える。Crが0.1%未満では、この作用効果が十分に得られない。従ってCr含有量は0.1%以上とする。好ましくは0.2%以上であり、更に好ましくは0.5%以上である。一方で、Crが4.0%を超えると、ヒステリシス損失が劣化する。従って、Cr含有量は4.0%以下とする。好ましくは3.5%以下であり、より好ましくは3.0%以下であり、更に好ましくは2.5%であり、また更に好ましくは2.0%である。
Sは微細硫化物を生成し、結晶粒成長性を劣化させるため、S含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、S含有量が0.004%超で顕著である。従って、S含有量は0.004%以下とし、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.002%以下とする。
Nは微細窒化物を生成し、結晶粒成長性を劣化させるため、N含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、N含有量が0.004%超で顕著である。従って、N含有量は0.004%以下とし、好ましくは0.003%以下、より好ましくは0.002%以下とする。
図3で見られたように、Al含有量によって、酸化を抑制するのに必要なCr添加量が異なる。この図において、1100℃の酸化増量を0.05mg/mm2以下にするのに必要なCr添加量は、Alが0.3%の時は0.5%、Alが0.7%の時は1.5%であった。従って本発明では、[Al]、Cr含有量を[Cr]とした時に
[Cr]−2×[Al]≧0とする。
粗大な硫酸化物や硫化物を形成することでSを固定し、微細な硫化物の生成を抑制させるために、REMを0.03%以下の範囲で添加してもよい。REMとは、原子番号が57のLaから71のLuまでの15元素に原子番号が21のScと原子番号が39のYを加えた合計17元素の総称である。Caも同様の効果を持つので、0.005%以下の範囲で含有させてもよい。
また、機械強度上昇や集合組織改善のため、Pを0.1%以下の範囲で添加することもできる。
残部は、不可避不純物とFeである。
鋼板内に未再結晶組織が残留すると、鋼板の鉄損が著しく増大する。従って、本発明では、未再結晶組織を含まないフェライト粒からなる組織とする。
フェライト粒の平均結晶粒径は、鋼板のヒステリシス損失を低減させるために、30μm以上とする必要がある。ただし、フェライト粒の平均結晶粒径が大きすぎる場合、渦電流損失の増加により、鉄損が劣化する場合もある。従って、フェライト粒の平均結晶粒径は180μm以下とする。フェライト粒の平均結晶粒径の下限値は好ましくは30μm、より好ましくは50μm、更に好ましくは70μmである。フェライト粒の平均結晶粒径の上限値は、好ましくは170μm、より好ましくは160μm、更に好ましくは150μmである。なお、フェライト粒の平均結晶粒径は、JIS G 0551「鋼−結晶粒度の顕微鏡試験方法」に従って求めることができる。
再結晶粒内に析出したCu粒子は、転位の移動を妨げる。粒径が小さすぎる金属Cu粒子は、転位の移動に対する抵抗力が小さい。一方、粒径が大きい金属Cu粒子は、転位の移動に対する抵抗力が大きいが、金属Cu粒子の個数密度が減少するので、粒子間距離が大きくなり、転位の移動が容易となる。更に、粒子径が磁壁厚程度の100nm以上の金属Cu粒子は、磁壁移動を妨げ、ヒステリシス損失を増加させる。それ故、金属Cu析出粒子の平均粒径は1.0nm以上、10.0nm以下とする。好ましくは2.0nm以上、5.0nm以下、より好ましくは2.0nm以上、4.0nm以下、更に好ましくは2.0nm以上、3.0nm以下である。
本発明では、フェライト粒内の体積1μm3当たりの金属Cu粒子の個数は1.0×104/μm3以上とする。好ましくは1.0×105/μm3以上、より好ましくは5.0×105/μm3以上である。一方、金属Cu粒子の個数密度が大きすぎる場合、鋼板の磁気特性を劣化させるおそれがある。従って、フェライト粒内の金属Cu粒子の個数密度の上限値は1.0×107/μm3とする。
N=n/(A×d)
本発明の無方向性電磁鋼板は、例えば以下の様な方法により製造できる。即ち、前記成分組成の鋼を溶製した後、連続鋳造などによりスラブとし、前記スラブを1180℃以下に加熱して熱間圧延を施して熱間圧延鋼板とし、必要に応じて熱延板焼鈍を施して熱延焼鈍鋼板とし、前記熱間圧延鋼板あるいは熱延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板とし、前記冷間圧延鋼板に再結晶焼鈍を施し、その後Cuを析出させて無方向性電磁鋼板製品とする無方向性電磁鋼板を製造する方法である。
熱延時のスラブ加熱温度は1000℃以上が好ましい。スラブ加熱温度が1000℃未満であると、熱間圧延が困難になる。スラブの表面温度は先の通り、1180℃を超えないように制御する。熱延仕上げ温度FTは900℃以下が好ましい。熱延鋼板の巻取温度CTは、高いと、巻取り後のコイル内でCuが析出し、熱延鋼板の靭性が低下するので、500℃以下が好ましい。熱延の仕上げ板厚は、冷間圧延時の高い圧下率によって、集合組織が劣化することを防ぐため、2.7mm以下が好ましい。ただし、あまり薄いと、熱延が困難となり、生産性が低下するので、熱延の仕上げ板厚は1.6mm以上が好ましい。
表3に示す成分組成の鋼を真空溶解し、得られたインゴットに加熱温度1150℃、仕上げ温度850℃、巻き取り温度400℃、仕上げ厚2.3mmの熱延を実施した。熱延板のへげ疵の有無を目視で確認して、結果を表3に示した。得られた熱延板に、均熱温度1000℃、保持時間30秒の熱延板焼鈍を施してから、冷間圧延に供し、板厚0.35mmの冷延板を得た。その冷延板に均熱温度1000℃、保持時間30秒、800℃から400℃までの平均冷却速度20℃/secの再結晶焼鈍を施し、その後、均熱温度550℃、保持時間60秒のCu析出焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板の製品板とした。得られた製品板の、平均のフェライト結晶粒径、析出Cuの個数密度と平均粒子径、機械特性と磁気特性を調査し、それぞれを表3に示した。製品特性として、W10/400は20W/kg以下、B50は1.60T以上、YP、TSはそれぞれ400MPa以上、500MPa以上を良好な特性とした。本発明によって、熱延板の疵なしに、良好な機械特性と良好な鉄損を両立することができる。
表3の合金c15の冷延板を供試材にして、均熱温度950〜1050℃、均熱時間30〜90秒の仕上げ焼鈍を施し、更に、均熱温度550〜650℃、均熱時間30秒のCu析出焼鈍を施して、無方向性電磁鋼板を得た。実施例1と同様に、平均のフェライト結晶粒径、析出Cuの個数密度と平均粒子径、機械特性と磁気特性を調査した。それぞれを表4に示した。本発明によって、良好な機械特性と良好な鉄損を両立することができる。
Claims (1)
- 質量%で、
C:0.005%以下
Si:1.0〜4.0%、
Mn:0.05〜1.5%、
Al:0.1〜2.0%、
Cu:0.5〜2.5%、
Cr:0.1〜4.0%、
S:0.004%以下、
N:0.004%以下、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
Al含有量を[Al]、Cr含有量を[Cr]とした時に
[Cr]−2×[Al]≧0であり、
未再結晶組織を含まないフェライト粒からなる金属組織を有し、
前記フェライト粒の平均結晶粒径が30μm以上、180μm以下であり、
前記フェライト粒の内部に個数密度1.0×104〜1.0×107個/μm3の金属Cu粒子を含有し、前記フェライト粒の内部の前記金属Cu粒子の平均粒径が1.0nm以上、10.0nm以下である
ことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
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