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JP7047987B2 - 無方向性電磁鋼板用熱延鋼板 - Google Patents

無方向性電磁鋼板用熱延鋼板 Download PDF

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Description

本発明は、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板に関する。
本願は、２０２０年２月２０日に、日本に出願された特願２０２０－０２７００２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
近年、電気機器、特に、無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用されるモータ、回転機、中小型変圧器、電装品等の分野においては、世界的な電力・エネルギー節減、ＣＯ２削減等に代表される地球環境保全の動きの中で、高効率化、小型化の要請はますます強まりつつある。このような社会環境下において、当然、無方向性電磁鋼板に対しても、その性能向上は、喫緊の課題である。
モータの特性向上のため、無方向性電磁鋼板には、鉄損や磁束密度等の磁気特性の向上が求められる。磁気特性を向上させるため、鋼成分はもちろん、鋼板中の結晶粒径、及び結晶方位などの金属組織の制御、並びに析出物の制御等、様々な取り組みがなされている。
例えば、特許文献１には、質量％で、Ｐを０．１０％～０．３０％含有し、磁束密度がＢ５０で１．７０Ｔ以上である無方向性電磁鋼板が開示されている。
また、例えば、特許文献２～４には、Ｐを冷間圧延の前の鋼板の粒界に偏析させておくことで、冷間圧延および再結晶焼鈍後の結晶方位を制御し磁気特性を改善する技術が開示されている。
日本国特開２００２－３７１３４０号公報 日本国特開２０１２－０３６４５４号公報 日本国特開２００５－２００７５６号公報 日本国特開２０１６－２１１０１６号公報
しかしながら、特許文献１～４に記載の技術では、偏析元素の添加により靱性が著しく劣化し、酸洗工程における通板時の際に破断することが課題であった。すなわち、無方向性電磁鋼板用鋼板の靱性向上と無方向性電磁鋼板における低鉄損および高磁束密度を両立することが出来なかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、熱延板靱性と、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性と、を両立する、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、無方向性電磁鋼板において、熱延板靱性と、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性とを両立させる手法について鋭意研究を重ねた。その結果、熱延板焼鈍時の均熱温度と時間を特定の範囲に制御し、かつ冷却速度を幅方向で変化させることで熱延板靱性に優れかつ磁気特性の優れた材料を実現できることを知見した。すなわち、熱延板焼鈍後の熱延コイルを焼鈍し、当該熱延コイルの搬送中に保温することで熱延板靱性と、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性を両立できることを知見した。本発明において、熱延板靭性とは、熱延板焼鈍工程又は保熱工程後に冷却工程を経た、酸洗工程前の無方向性電磁鋼板用鋼板の靭性を意味する。
上記知見に基づいてなされた本発明の要旨は以下の通りである。
［１］ 質量％で、
Ｃ：０．００４０％以下、
Ｓｉ：１．９％以上３．５％以下、
Ａｌ：０．１０％以上３．０％以下、
Ｍｎ：０．１０％以上２．０％以下、
Ｐ：０．０９％以下、
Ｓ：０．００５％以下、
Ｎ：０．００４０％以下、
Ｂ：０．００６０％以下
を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、
板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満であり、
板幅をＷとするとき、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上である、ことを特徴とする、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
［２］ さらに、質量％で、
Ｓｎ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、
Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下
の１種または２種以上を含有する、ことを特徴とする、［１］に記載の無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
［３］ さらに、質量％で、
ＲＥＭから選択される１種または２種以上：０．０００５０％以上０．０４０％以下、
Ｃａ：０．０００５０％以上０．０４０％以下、
Ｍｇ：０．０００５０％以上０．０４０％以下
の１種または２種以上を含有する、ことを特徴とする、［１］または［２］に記載の無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
本発明によれば、熱延板靱性と、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性と、を両立する、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板を提供することが可能となる。
（Ａ）は本実施形態に係る無方向性電磁鋼板用鋼板の金属組織を説明するための模式図であり、（Ｂ）は比較材の金属組織を説明するための模式図である。 実施例におけるシャルピー試験の結果を示すグラフ図である。
以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は本実施形態に開示の構成のみに制限されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。また、以下の実施形態の各構成要素は、互いに組み合わせることができる。
＜無方向性電磁鋼板用鋼板＞
［化学成分］
まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板用鋼板（以下、無方向性電磁鋼板用鋼板を単に鋼板とも言う。）の化学成分について説明する。なお、以下では特に断りのない限り、「％」の表記は、「質量％」を表すものとする。また、下記する数値限定範囲には、下限値及び上限値がその範囲に含まれる。「超」または「未満」と示す数値は、その値が数値範囲に含まれない。
（Ｃ：０．００４０％以下）
Ｃは、最終製品である無方向性電磁鋼板の鉄損を増大させ、また、磁気時効の原因となる。本実施形態に係る鋼板のＣ含有量は、０．００４０％以下である。Ｃ含有量は、好ましくは０．００３０％以下であり、より好ましくは、０．００２０％以下である。Ｃ含有量の下限は、０％を含むが、生産技術上Ｃ含有量を０％にすることは困難であり、実用上、０．０００１％が実質的な下限である。
（Ｓｉ：１．９％以上３．５％以下）
Ｓｉは、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させることにより、鉄損を低減する効果を有する。また、Ｓｉは、降伏比を増大させることにより、鉄心への打ち抜き加工精度を向上させる効果も有する。鋼板のＳｉ含有量が１．９％以上であれば、上記効果を得ることができる。鋼板のＳｉ含有量は、好ましくは２．０％以上であり、より好ましくは、２．１％以上である。一方、Ｓｉ含有量が過剰であると、無方向性電磁鋼板の磁束密度が低下し、かつ、無方向性電磁鋼板の製造工程そのものにおいても、降伏比の増大による冷延等の作業性の低下、コスト高ともなるので、Ｓｉ含有量は、３．５％以下である。鋼板のＳｉ含有量は、好ましくは３．０％以下であり、より好ましくは、２．５％以下である。
（Ａｌ：０．１０％以上３．０％以下）
Ａｌは、Ｓｉと同様に、無方向性電磁鋼板の電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させることにより鉄損を低減する作用を有するが、Ｓｉと比較して降伏強度の上昇が小さい。Ａｌ含有量が０．１０％以上であれば、鉄損を低減し、かつ、降伏強度が上昇し、降伏比が増大して鉄心への打ち抜き加工性が向上する。鋼板のＡｌ含有量は、好ましくは、０．２０％以上である。一方、鋼板のＡｌ含有量が過剰であると、飽和磁束密度が低下し、磁束密度の低下を招く。さらに、鋼板のＡｌ含有量が過剰であると、降伏比が減少し、無方向性電磁鋼板の打ち抜き精度が低下する。よって、鋼板のＡｌ含有量は、３．０％以下である。鋼板のＡｌ含有量は、好ましくは２．５％以下である。なお、Ａｌ含有量が０．１％以上であってもよく、０．２％以上であってもよい。
（Ｍｎ：０．１０％以上２．０％以下）
Ｍｎは、電気抵抗を増大させて渦電流損を減少させるとともに、一次再結晶集合組織を改善して圧延方向磁気特性の向上に望ましい｛１１０｝＜００１＞結晶方位を発達させる効果を有する。さらに、Ｍｎは、結晶粒成長に有害なＭｎＳ等の微細硫化物の析出を抑制する。これらの目的のためには、鋼板のＭｎ含有量は、０．１０％以上である。鋼板のＭｎ含有量は、好ましくは０．２０％以上である。一方、Ｍｎ含有量が過剰であると、焼鈍時の結晶粒成長性そのものが低下し、鉄損が増大する。そのため、鋼板のＭｎ含有量は、２．０％以下である。鋼板のＭｎ含有量は、好ましくは１．５％以下である。なお、Ｍｎ含有量が０．１％以上であってもよく、０．２％以上であってもよい。
（Ｐ：０．０９％以下）
Ｐは、無方向性電磁鋼板の打ち抜き精度を上げる効果があるが、Ｐ含有量が増えると非常に脆くなる。Ｓｉ≧２％の鋼板では、その傾向が顕著である。そのため、鋼板のＰ含有量は、０．０９％以下である。鋼板のＰ含有量は、好ましくは０．０５％以下である。なお、Ｐ含有量の下限は特に限定しないが、Ｐ低減による磁束密度劣化の観点から、０．００５％以上とすることが好ましい。
（Ｓ：０．００５％以下）
Ｓは、ＭｎＳ等の硫化物として微細析出し、仕上焼鈍時等における再結晶および結晶粒成長を阻害する。そのため、鋼板のＳ含有量は、０．００５％以下である。鋼板のＳ含有量は、好ましくは０．００４％以下である。なお、Ｓ含有量の下限は特に限定しないが、脱硫によるコスト増加の観点から、０．０００５％以上とすることが好ましい。
（Ｎ：０．００４０％以下）
Ｎは、熱延板焼鈍や仕上げ焼鈍時に生成するＡｌＮ等の窒化物の微細析出により、熱延板の表面側に生成する内部酸化層の被覆率を下げ、さらに仕上焼鈍時等における再結晶および結晶粒成長を阻害する。そのため、鋼板のＮ含有量は、０．００４０％以下である。鋼板のＮ含有量は、好ましくは０．００３０％以下である。なお、Ｎ含有量の下限は特に限定しないが、Ｎを低減させるためのコスト増加の観点から、０．０００５％以上とすることが好ましい。
（Ｂ：０．００６０％以下）
Ｂは、ＢＮ等の窒化物の微細析出により、仕上焼鈍時等における再結晶および結晶粒成長を阻害する。そのため、鋼板のＢ含有量は、０．００６０％以下である。鋼板のＢ含有量は、好ましくは０．００４０％以下である。なお、Ｂ含有量の下限は特に限定しないが、Ｂを低減させるためのコスト増加の観点から、０．０００１％以上とすることが好ましい。
本実施形態に係る鋼板は、さらに、質量％で、Ｓｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下の１種または２種以上を含有することが好ましい。以下に、各元素の含有量について説明する。なお、Ｓｎ、ＳｂおよびＣｕは、鋼板において必須ではないことから、その含有量の下限値は０％である。また、これらの元素が不純物として含有されても、上記効果は損なわれない。
Ｓｎ、ＳｂおよびＣｕは、母材鋼板の一次再結晶集合組織を改善し、当該集合組織を圧延方向磁気特性の向上に望ましい｛１１０｝＜００１＞集合組織により一層発達させ、かつ、磁気特性に望ましくない｛１１１｝＜１１２＞集合組織等をより一層抑制する効果を有する。一方、Ｓｎ含有量、Ｓｂ含有量またはＣｕ含有量が増えても上記効果は飽和し、むしろ、鋼板の靱性を低下させることがある。よって、母材鋼板は、Ｓｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下の１種または２種以上を含有することが好ましい。
本実施形態に係る鋼板は、さらに、質量％で、ＲＥＭから選択される１種または２種以上：０．０００５０％以上０．０４０％以下、Ｃａ：０．０００５０％以上０．０４０％以下、Ｍｇ：０．０００５０％以上０．０４０％以下の１種または２種以上を含有することが好ましい。ＲＥＭから選択される１種または２種以上、Ｃａ、およびＭｇの１種または２種以上の含有量が０．０００５０％以上であれば、粒成長がより一層促進される。ＲＥＭから選択される１種または２種以上、Ｃａ、およびＭｇの１種または２種以上の含有量は、好ましくは０．００１０％以上であり、より好ましくは０．００５０％以上である。一方、ＲＥＭから選択される１種または２種以上、Ｃａ、およびＭｇの１種または２種以上の含有量が０．０４００％以下であれば、無方向性電磁鋼板の磁気特性の低下がより一層抑制される。ＲＥＭから選択される１種または２種以上、Ｃａ、およびＭｇの１種または２種以上の含有量は、好ましくは０．０３００％以下であり、より好ましくは０．０２００％以下である。なお、ＲＥＭ、ＣａおよびＭｇは、鋼板において必須ではないことから、その含有量の下限値は０％である。なお、ＲＥＭとは、Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌの略であり、Ｓｃ、Ｙおよびランタノイド系列に属する元素をさす。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
上記した鋼成分は、鋼の一般的な分析方法によって測定すればよい。例えば、鋼成分は、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ－Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いて測定すればよい。なお、ＣおよびＳは燃焼－赤外線吸収法を用い、Ｎは不活性ガス融解－熱伝導度法を用い、Ｏは不活性ガス融解－非分散型赤外線吸収法を用いて測定すればよい。
［金属組織］
次に、図１を参照して、本実施形態に係る鋼板の金属組織を説明する。図１の（Ａ）は、本実施形態に係る鋼板の金属組織を説明するための模式図である。図１の（Ｂ）は比較材の金属組織を説明するための模式図である。図１の（Ａ）に示す鋼板と図１の（Ｂ）に示す鋼板とは、同様の化学組成を有するが、図１の（Ａ）に示す鋼板と図１の（Ｂ）に示す鋼板では製造条件が異なる。
図１中、ＷＳは、熱延鋼板における一方の幅方向端部を指し、Ｃは、熱延鋼板における幅方向の中央部を指し、ＤＳは、熱延鋼板における他方の幅方向端部を指す。また、ＲＤは、圧延方向を指し、ＮＤは、圧延面法線方向（板厚方向）を指す。
本実施形態に係る鋼板の金属組織は、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満であり、板幅をＷとしたとき、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上である。ここで、Ｗは、８００ｍｍ以上である。よって、板幅方向の端部から１／４Ｗの位置は、板幅棒鋼の両端部から板幅中央方向へ１０ｍｍの位置よりも板幅中央側に位置する。ここで、板厚方向断面とは、鋼板の板厚方向と長手方向（又は圧延方向）に平行な断面を意味する。
本実施形態に係る鋼板は、図１の（Ａ）に示すように、その表裏面（ＮＤ方向端部）は再結晶して結晶粒が確認されるが、板厚方向中央は、圧延方向に延び、板厚方向に層状になっている加工組織が確認される。一方、図１の（Ｂ）に示すような従来の鋼板の場合、板厚方向中央において、圧延方向に層状になっている加工組織は確認されない。このように、再結晶組織は、アスペクト比が２．５以下の組織を言い、加工組織は、アスペクト比が２．５超の組織を言う。なお、アスペクト比は、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて長軸の長さおよび短軸の長さを測定して算出することができる。
一般に、鋼板の再結晶率が小さいと、最終製品である無方向性電磁鋼板の鉄損が大きくなり、磁束密度が低下する。本実施形態に係る鋼板は、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満であり、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置までの部分は、さらに再結晶率は小さく、鉄損増大の原因となり得る部分である。しかしながら、本実施形態に係る鋼板を用いて無方向性電磁鋼板を製造する場合、当該部分は最終的に切り落とされ、当該部分以外の残った部分が最終製品である無方向性電磁鋼板となる。従って、本実施形態に係る鋼板の板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置までの部分の再結晶率が５０％未満であっても、当該部分が無方向性電磁鋼板の磁気特性を低下させることはない。一方、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上であると、靭性が低下し、後工程の酸洗工程におけるレベラー等による曲げ処理により付与される応力に耐えられず、破断等が生じ、安定して通板することができなくなる。板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率は、好ましくは、４５％以下であり、より好ましくは、４０％以下である。
一方、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上であると、製品板において磁気特性を劣化させる結晶方位｛１１１｝強度が減少する。その結果、鉄損が低減され、高い磁束密度が得られる。板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率は、好ましくは、５５％以上であり、より好ましくは、６０％以上である。
本発明に係る再結晶率は、鋼板の板厚方向断面の面積に対する加工組織を除いた部分の面積を言う。再結晶率は、冷延前（酸洗前）の鋼板の断面を光学顕微鏡を用いて観察して算出することができる。具体的には、冷間圧延前の鋼板の板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面をナイタール腐食液を用いて研磨し、光学顕微鏡を用いて研磨後の断面写真を取得する。組織写真に板厚方向および圧延方向に２００μｍピッチで複数の直線を引き、板厚方向の直線と圧延方向の直線の交点の全数に対する再結晶相に位置する当該交点の割合を再結晶率とした。
以上のように、本発明の鋼板によれば、熱延板靱性向上と低鉄損、高磁束密度を両立する無方向性電磁鋼板を提供できる。本発明は、電気機器鉄心材料、特に、回転機、中小型変圧器、電装品等の鉄心材料として望ましい、低鉄損・高磁束密度である無方向性電磁鋼板を破断させず安定生産し提供できる。そのため、無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用されるこれら電気機器の分野における喫緊の大量生産化に十分に応えることができ、その工業的価値は極めて高いものである。
＜無方向性電磁鋼板用鋼板の製造方法＞
次に、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板用鋼板の製造方法（以下、無方向性電磁鋼板用鋼板の製造方法を単に鋼板の製造方法とも言う。）を説明する。本実施形態に係る鋼板の製造方法は、上記化学組成を有するスラブを熱間圧延する熱間圧延工程、熱間圧延工程後の鋼板を焼鈍する熱延板焼鈍工程および冷却工程、または、熱延板焼鈍工程に代えて保熱工程を有する。本実施形態に係る鋼板の製造方法では、鋼板が上記の金属組織となるために、冷却工程が特に重要である。以下に、本実施形態に係る鋼板の製造方法が熱延焼鈍工程および冷却工程を有する場合（第１の製造方法）、および、本実施形態に係る鋼板の製造方法が保熱工程および冷却工程を有する場合（第２の製造方法）のそれぞれについて説明する。
なお、上記第１の製造方法で本実施形態に係る鋼板を製造する場合、無方向性電磁鋼板の製造方法は、上記化学組成を有するスラブを熱間圧延する熱間圧延工程、熱間圧延工程後の鋼板を焼鈍する熱延板焼鈍工程、冷却工程、酸洗工程、冷間圧延工程、仕上げ焼鈍工程、および絶縁被膜形成工程を有する。また、上記第２の製造方法で本実施形態に係る鋼板を製造する場合、無方向性電磁鋼板の製造方法は、上記化学組成を有するスラブを熱間圧延する熱間圧延工程、保熱工程、冷却工程、酸洗工程、冷間圧延工程、仕上げ焼鈍工程、および絶縁被膜形成工程を有する。
また、本実施形態において、無方向性電磁鋼板用鋼板とは、熱延板焼鈍工程又は保熱工程後に冷却工程を経た、酸洗工程前の鋼板を意味する。なお、本発明に係る無方向性電磁鋼板用鋼板は、例えば、以下に説明する第１の製造方法で得た場合「無方向性電磁鋼板に用いられる熱延板焼鈍板」とも換言できる。また、以下に説明する第２の製造方法で得た場合「無方向性電磁鋼板に用いられる熱延板」とも換言できる。
［第１の製造方法］
（熱間圧延工程）
熱間圧延工程では、上記化学成分を含有するスラブを熱間圧延して熱延鋼板とする。スラブの加熱温度は、１０８０℃以上１２００℃以下である。スラブの加熱温度が１２００℃以下であれば、硫化物等の固溶または微細析出が抑制され、鉄損の増大が抑制される。スラブの加熱温度の上限は、好ましくは、１１８０℃である。一方、スラブの加熱温度が１０８０℃以上であれば、高い熱間加工性が得られる。スラブの加熱温度の下限は、好ましくは、１１００℃である。
仕上げ温度は、８５０℃以上１０００℃以下である。仕上げ温度が８５０℃未満であると、熱間加工性が低下し、板幅方向の板厚精度が低下する。仕上げ温度の下限は、好ましくは、８６０℃である。一方、仕上げ温度が１０００℃超であると、熱間圧延後の鋼板の再結晶率が高くなり、靭性が低下する。仕上げ温度の上限は、好ましくは、９９０℃である。
（熱延板焼鈍工程）
熱延板焼鈍工程では、熱間圧延工程後の鋼板に対して焼鈍を行い、焼鈍後の鋼板を巻き取ってコイルとする。焼鈍温度は、９００℃以上９５０℃以下であり、焼鈍時間は、３０秒以上１００秒以下である。焼鈍温度が、９００℃未満であると、十分な再結晶が起こらず、再結晶が不十分な鋼板を用いて電磁鋼板を製造した場合、｛１１１｝方位の結晶粒が発達して磁気特性が低下する。焼鈍温度の下限は、好ましくは、９１０℃である。一方、焼鈍温度が９５０℃超であると、再結晶率が増大し、次工程の冷却工程における組織制御の効果が十分に得られない。焼鈍温度の上限は、好ましくは、９４０℃である。
焼鈍雰囲気は、特段制限されず、一般の熱延板焼鈍が実施される雰囲気であればよい。焼鈍雰囲気は、例えば、不活性雰囲気または酸化性雰囲気であればよく、具体的には、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空雰囲気、大気雰囲気、酸素雰囲気等である。
（冷却工程）
冷却工程では、熱延板焼鈍後のコイルを０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度で冷却する。詳細には、熱延板を高温で巻き取って形成されたコイルの側面（熱延板焼鈍後の鋼板の側面が積層した面）へ向けて１５～２０℃程度の空気を例えばブロワーで吹き付けて当該コイルを側面から冷却する。
冷却工程では、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度よりも大きくなるように冷却する。板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度であることが好ましい。板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度である場合、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度が、冷却速度が０．５℃／分未満であることがより好ましく、０．４℃／分以下であることがさらに好ましい。本実施形態に係る冷却工程では、上述のように、熱延板を高温で巻き取って形成されたコイルの側面に対して、ブロワーで空気を送り冷却を実施する。そのため、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度よりも大きくなる。ブロワーを吹き付けるなどの操作により冷却速度を制御しない場合は、本願の冷却速度条件を実現することは難しい。
なお、上述の板幅方向の各位置における冷却速度は、板幅方向の各位置の表面温度を測定した。ブロワーでコイルの側面に空気を吹き付けている時間を冷却工程における冷却時間とする。
再結晶率を下げるために冷却速度は速い方が好ましいが、冷却速度が２．０℃／分超であると、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が低下し、この鋼板を用いて製造された無方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する。冷却速度の上限は、好ましくは、１．８℃／分である。一方、冷却速度が０．５℃／分未満であると、冷却中にＰ，Ｓｎ等の元素が粒界に偏析し、靱性が劣化する。冷却速度の下限は、好ましくは、０．６℃／分である。
冷却工程は、例えば、無方向性電磁鋼板の製造方法において、鋼板を冷間圧延する前の酸洗工程で使用する酸洗装置へのコイルの運搬中に実施されてもよい。この場合、コイルは、その軸方向が略水平の状態で運搬されることが好ましい。コイルが、その軸方向が略水平の状態で運搬されることで、コイルエッジ両端で冷却速度がほぼ同じとなり、ほぼ同じ金属組織が得られる。
第１の製造方法によれば、コイルがその側面から冷却されるため、コイルの端部の冷却速度が幅方向の中央部よりも大きくなり、コイルの端部に与えられる熱量が小さくなる。その結果、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満となる。一方、コイル中央部の冷却速度は小さく、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上となる。ここまで、第１の製造方法を説明した。
［第２の製造方法］
続いて、第２の製造方法を説明する。第２の製造方法は、上記化学組成を有するスラブを熱間圧延する熱間圧延工程、および保熱工程を含む。第２の製造方法における熱間圧延工程は、第１の製造方法における熱間圧延工程と同様であるため、ここでの説明は省略する。以下に、保熱工程について詳細に説明する。
（保熱工程）
保熱工程は、熱間圧延工程後の高温状態の鋼板の熱を保持する工程である。保熱工程では、この熱を利用して金属組織を制御する。保熱工程では、具体的には、熱延鋼板を巻き取り形成したコイルに、当該コイルの熱を維持する保熱カバーを被せて、コイルを保熱する。なお、熱間圧延工程後の鋼板を巻き取ってコイルにする巻き取り方法は、第１の製造方法の熱延板焼鈍工程における巻き取り方法と同様であるため、ここでの説明は省略する。
保熱時のコイルの温度である保熱温度は、６００℃以上８５０℃以下である。保熱温度が８５０℃超であると、コイル側面の再結晶率が増大する。保熱温度の上限は、好ましくは、８４０℃である。一方、保熱温度が６００℃未満であると、コイルの幅方向（板幅方向）の中央部は、再結晶が十分でなく、鉄損が増大して磁束密度が低下する。保熱温度の下限は、好ましくは６５０℃以上、より好ましくは７００℃以上である。なお、上述のカバーをコイルにかぶせてから取り外すまでの時間を保熱工程における保熱時間とする。保熱時間は、１分～２時間が好ましい。
なお、保熱温度が高い場合には、上述のカバーをせずに保熱工程を実施してもよい。この場合、保熱工程とは、熱延鋼板を巻き取り、コイルを形成した時点から、コイルの温度が下がり始める時点までを意味する。コイルを形成した時点とは、一帯の熱延鋼板から一巻きのコイルを巻き終えた時点である。また、コイルの温度が下がり始める時点とは、コイルの冷却速度が変化する時点であり、換言すれば冷却速度曲線上の変曲点である。保熱温度によっては、コイルを巻き終えた時点から所定の時間は、コイルの温度変化が極めて小さい場合があり、所定の時間を過ぎるとコイルの温度が急速に下がり始める。
鋼板の製造に用いるスラブがＳｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、および、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下からなる群より選択される１種または２種以上を含有する場合、これらの元素は、低鉄損、高磁束密度化に寄与するので、保熱温度を低くすることができるため、より一層、鋼板の靭性向上させることができる。したがって、Ｓｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、および、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下からなる群より選択される１種または２種以上を含有する場合、保熱工程の温度を８５０℃以下とすることにより、適切な靭性と、低鉄損化、高磁束密度化をより高度に両立させることが可能となる。
もちろん、スラブがＳｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、および、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下からなる群より選択される１種または２種以上を含有する場合でも、熱間圧延工程における加熱温度または仕上げ温度を高くすると、再結晶率が高くなり、磁気特性は向上するが、靭性が低下することがある。その場合には、例えば、巻き取り温度を制御して、再結晶率を調整することが可能である。
なお、スラブがＳｎ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、および、Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下からなる群より選択される１種または２種以上を含有することにより、低鉄損、高磁束密度化するメカニズムについては、必ずしも明らかではないが、これらの元素が、磁気特性に悪影響を与える｛１１１｝方位粒の成長を抑制するためと考えられる。
コイルの温度が上記温度に保たれる時間である保熱時間は、再結晶の観点から１分以上であることが好ましい。保熱時間の下限は、より好ましくは、１５分である。一方、保熱時間が２時間超であると、コイルの側面近傍の再結晶率が増大し、無方向性電磁鋼板の製造における酸洗工程または冷間圧延工程で破断が生じやすくなる。よって、保熱時間は、２時間以下であることが好ましい。保熱時間は、より好ましくは、１．５時間以下である。
保熱雰囲気は、特段制限されず、一般の熱延板焼鈍が実施される雰囲気で行われてよい。保熱雰囲気は、例えば、不活性雰囲気または酸化性雰囲気であればよく、具体的には、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、真空雰囲気、大気雰囲気、酸素雰囲気等である。
上述したような保熱工程を経ることで、粒界に元素が偏析し、冷間圧延および焼鈍後に粒界から現れる｛１１１｝方位粒の再結晶が抑制されるという効果がある。よって、保熱工程を有する第２の製造方法によって製造された無方向性電磁鋼板は、焼鈍工程を有する第１の製造方法によって製造された無方向性電磁鋼板と比べて、磁気特性が優れる。
（冷却工程）
冷却工程では、保熱工程を経たコイルを０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度で冷却する。詳細には、保熱工程を経たコイルの側面（保熱工程後の鋼板の側面が積層した面）へ向けて１５～２０℃程度の空気を例えばブロワーで吹き付けて当該コイルを側面から冷却する。
冷却工程では、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度よりも大きくなるように冷却する。板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度であることが好ましい。板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が０．５℃／分以上２．０℃／分以下の冷却速度である場合、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度が、冷却速度が０．５℃／分未満であることがより好ましく、０．４℃／分以下であることがさらに好ましい。本実施形態に係る冷却工程では、上述のように、熱延板を高温で巻き取って形成されたコイルの側面に対して、ブロワーで空気を送り冷却を実施する。そのため、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度が板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度よりも大きくなる。
なお、上述の板幅方向の各位置における冷却速度は、板幅方向の各位置の表面温度を測定した。ブロワーでコイルの側面に空気を吹き付けている時間を冷却工程における冷却時間とする。
再結晶率を下げるために冷却速度は速い方が好ましいが、冷却速度が２．０℃／分超であると、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が低下し、この鋼板を用いて製造された無方向性電磁鋼板の磁気特性が低下する。冷却速度の上限は、好ましくは、１．８℃／分である。一方、冷却速度が０．５℃／分未満であると、冷却中にＰ，Ｓｎ等の元素が粒界に偏析し、靱性が劣化する。冷却速度の下限は、好ましくは、０．６℃／分である。
冷却工程は、例えば、無方向性電磁鋼板の製造方法において、鋼板を冷間圧延する前の酸洗工程で使用する酸洗装置へのコイルの運搬中に実施されてもよい。この場合、コイルは、その軸方向が略水平の状態で運搬されることが好ましい。コイルが、その軸方向が略水平の状態で運搬されることで、コイルエッジ両端で冷却速度がほぼ同じとなり、ほぼ同じ金属組織が得られる。
なお、冷却工程は、上述したカバーを取り外した直後に開始することがより好ましい。あるいは、冷却工程は、コイルの温度が下がり始める時点までの間に開始することがより好ましい。
第２の製造方法によれば、第１の製造方法と同様に、コイルがその側面から冷却されるため、コイルの端部の冷却速度が幅方向の中央部よりも大きくなり、コイルの端部に与えられる熱量が小さくなる。その結果、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満となる。一方、コイル中央部の冷却速度は小さく、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上となる。第２の製造方法は、熱延板焼鈍工程を省略可能な製造方法であるため、第１の製造方法よりも好ましい鋼板の製造方法である。ここまで、第２の製造方法を説明した。
なお、第１の製造方法および第２の製造方法のいずれにおいても、鉄損の増大を抑制可能な程度に結晶粒径を制御するために、熱間圧延工程後の鋼板に対して高温仕上げ処理を実施してもよい。高温仕上げ処理は、例えば、熱延板を再結晶させる処理である。
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例での条件は、本発明の実施可能性および効果を確認するために採用した一条件に係る例であり、本発明は、この例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
＜実施例１＞
表１に示す化学成分を有する鋼を鋳造し、表２、３に記載の条件で熱延し、板厚２．０ｍｍ、板幅１０００ｍｍの熱延板を作製した。その後、表２に記載の熱延板焼鈍温度での１秒～１００秒の熱処理（雰囲気：窒素１００％）（熱延板焼鈍工程）または表３に示す保熱工程を行い、表２、３に示す冷却速度で冷却して、鋼板を製造した。なお、ＲＥＭの含有量は、Ｓｃ、Ｙ、および希土類元素からなる群から選択される１種または２種以上の合計量である。
冷却工程はブロワーを用いて行った。冷却速度は、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１０ｍｍの各位置における冷却速度と、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央方向へ１／４Ｗの各位置における冷却速度とについて、表面温度をそれぞれ測定した。
Figure 0007047987000001
Figure 0007047987000002
Figure 0007047987000003
各条件で製造された鋼板について、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率と、板幅方向の両端部からそれぞれ５００ｍｍの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率を測定した。再結晶率は、以下の方法で算出した。まず、上記の各位置における板厚方向断面をアルミナを用いて研磨し、ナイタール腐食液にてエッチング後、光学顕微鏡を用いてエッチング後の断面写真を取得した。そして、組織写真に板厚方向および圧延方向に２００μｍピッチで複数の直線を引き、板厚方向の直線と圧延方向の直線の交点の全数に対する再結晶相に位置する当該交点の割合を再結晶率とした。
また、製造された鋼板の靭性を以下の方法で評価した。ＪＩＳ Ｚ ２２４２：２０１８に従ってシャルピー衝撃試験を行い、破面の延性破面率を確認した。そして延性脆性遷移温度（ＤＢＴＴ）が０℃以下の場合、評価結果を良好（Ａ）とし、０℃以上の場合、評価結果を不良（Ｂ）とした。
また、製造した鋼板に対して、８５℃の塩酸（７．５質量％）に３０秒浸けて酸洗した。その後、冷間圧延率７５％で０．３ｍｍ厚まで冷間圧延し、１０５０℃で３０秒間仕上焼鈍を施した。
仕上げ焼鈍の鋼板それぞれから５５ｍｍ角の試料を採取し、ＪＩＳ Ｃ ２５５６：２０１５に従ってＳｉｎｇｌｅ Ｓｈｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ（ＳＳＴ）によりＷ１５／５０（鋼板を５０Ｈｚで磁束密度１．５Ｔに磁化した時の鉄損）を測定した。
鉄損Ｗ１５／５０については、２．６０Ｗ／ｋｇ未満である例を評価結果が良好（Ａ）であると判定し、２．６０Ｗ／ｋｇ以上である例を評価結果が不良（Ｂ）であると判定した。
磁束密度は、５０００Ａ／ｍの磁化力を与えたときの磁束密度の値Ｂ５０（Ｔ）を測定した。Ｂ５０が１．６０Ｔ以上である例を評価結果が良好（Ａ）であると判定し、１．６０未満である例を評価結果が不良（Ｂ）であると判定した。
再結晶率、靭性、磁束密度を表４及び表５に示し、シャルピー試験の結果を図２に示す。
Figure 0007047987000004
Figure 0007047987000005
表４及び表５に示すように、質量％で、Ｃ：０．００４０％以下、Ｓｉ：１．９％以上３．５％以下、Ａｌ：０．１０％以上３．０％以下、Ｍｎ：０．１０％以上２．０％以下、Ｐ：０．０９％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎ：０．００４０％以下、Ｂ：０．００６０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満であり、板幅をＷとするとき、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上である鋼板は、熱延板靱性が良好であり、かつ、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性が良好であった。なお、Ｄ３１～Ｄ３４の鋼板は、熱延板靱性が良好であり、かつ、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性が良好であったが、その一部に所望の熱間圧延が施されなかった。これは、熱間圧延工程の条件が好ましくなかったためであると考えられる。
また、図２からも分かるように、本発明例では、０℃でも延性破面率が高い一方、比較例では、延性破面率が高くなり始める温度は０℃超であった。本発明例では、熱延板靭性が良好であった。
本発明によれば、熱延板靱性と、冷間圧延および焼鈍後の磁気特性と、を両立する、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板を提供できるため、産業上極めて有用である。

Claims (3)

  1. 質量％で、
    Ｃ：０．００４０％以下、
    Ｓｉ：１．９％以上３．５％以下、
    Ａｌ：０．１０％以上３．０％以下、
    Ｍｎ：０．１０％以上２．０％以下、
    Ｐ：０．０９％以下、
    Ｓ：０．００５％以下、
    Ｎ：０．００４０％以下、
    Ｂ：０．００６０％以下
    を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなり、
    板幅方向の両端部のそれぞれから板幅中央へ１０ｍｍの各位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％未満であり、
    板幅をＷとするとき、板幅方向の両端部からそれぞれ１／４Ｗの位置における板厚方向断面の組織の再結晶率が５０％以上である、ことを特徴とする、無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
  2. さらに、質量％で、
    Ｓｎ：０．０１％以上０．５０％以下、
    Ｓｂ：０．０１％以上０．５０％以下、
    Ｃｕ：０．０１％以上０．５０％以下
    の１種または２種以上を含有する、ことを特徴とする、請求項１に記載の無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
  3. さらに、質量％で、
    ＲＥＭから選択される１種または２種以上：０．０００５０％以上０．０４０％以下、
    Ｃａ：０．０００５０％以上０．０４０％以下、
    Ｍｇ：０．０００５０％以上０．０４０％以下
    の１種または２種以上を含有する、ことを特徴とする、請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板用熱延鋼板。
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