(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｍｎを多量に含有する場合でも、安定して優れた高周波鉄損特性を有する無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：１．５〜４％、Ｍｎ：１．０〜５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：３％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｂｉ：０．００３０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物の成分組成からなる、あるいは、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：１．５〜４％、Ｍｎ：１．０〜５％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：３％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｂｉ：０．００３０％以下を含有し、さらに、Ｃａ:０．０００５〜０．００５％およびＭｇ:０．０００２〜０．００５％のうちから選ばれる１種または２種を含有する成分組成からなる無方向性電磁鋼板。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．５〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｂｉ：０．００３０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成からなる無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．５〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｂｉ：０．００３０ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃａ:０．０００５〜０．００５ｍａｓｓ％およびＭｇ:０．０００２〜０．００５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成からなる無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
上記成分組成に加えてさらに、Ｓｂ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％およびＳｎ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種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。
【請求項４】
上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏ:０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
Ｔｉの含有量が０．００２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波鉄損特性に優れる無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車用のモータは、小型化、高効率化の観点から、４００〜２ｋＨｚの高周波域で駆動されている。このような高周波モータのコア材に使用される無方向性電磁鋼板には、高周波における鉄損が低いことが望まれている。
【０００３】
高周波における鉄損を低減するためには、板厚低減と固有抵抗の増大が効果的である。しかし、板厚を低減する方法は、材料の剛性低下により、取り扱いが難しくなるばかりでなく、打ち抜き工数や積み工数が増加するため、生産性が低下するという問題がある。これに対して、固有抵抗を高める方法は、上記のような不利な点がないため、高周波鉄損低減手法として望ましいものと言える。
【０００４】
固有抵抗を高めるためには、Ｓｉの添加が効果的である。しかし、Ｓｉは、固溶強化能の大きい元素であるため、Ｓｉ添加量の増加に伴って材料が硬化し、圧延性が低下するという問題がある。この問題を解決する手段の一つとして、Ｓｉの代わりにＭｎを添加する方法がある。Ｍｎは、Ｓｉに比べて固溶強化能が小さいため、製造性の低下を抑制しつつ高周波鉄損を低減することができる。
【０００５】
上記Ｍｎの添加効果を活用した技術としては、例えば、特許文献１には、Ｓｉ：０．５〜２．５ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜３．５ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．０〜３．０ｍａｓｓ％を含有する無方向性電磁鋼板が開示されている。また、特許文献２には、Ｓｉ：３．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ:１．０〜４．０ｍａｓｓ％、Ａｌ:１．０〜３．０ｍａｓｓ％を含有する無方向性電磁鋼板が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−  ４７５４２号公報
【特許文献２】特開２００２−  ３０３９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１および２に開示の技術は、いずれも、Ｍｎ添加量の増加に伴って、ヒステリシス損が増加し、所期した鉄損低減効果が得られない場合があるという問題があった。
【０００８】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｍｎを多量に含有する場合でも、安定して優れた高周波鉄損特性を有する無方向性電磁鋼板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、上記課題の解決に向けて、鋼板に含まれる不純物成分に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、高Ｍｎ添加鋼の高周波鉄損特性の劣化は、不純物として含まれるＢｉの存在によるものであること、したがって、Ｂｉの含有量を抑制することによって、高いＭｎ含有量でも高周波鉄損を安定して低減し得ることを見出し、本発明を開発するに至った。
【００１０】
上記知見に基く本発明は、Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．５〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｂｉ：０．００３０ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物の成分組成からなる無方向性電磁鋼板である。
【００１１】
また、本発明は、Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．５〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．０〜５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｂｉ：０．００３０ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｃａ:０．０００５〜０．００５ｍａｓｓ％およびＭｇ:０．０００２〜０．００５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物の成分組成からなる無方向性電磁鋼板である。
【００１２】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、Ｓｂ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％およびＳｎ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、Ｍｏ:０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％を含有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、Ｔｉの含有量が０．００２ｍａｓｓ％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、不純物として含まれるＢｉの含有量を抑制することによって、高Ｍｎ添加量でも、安定して高周波鉄損特性に優れる無方向性電磁鋼板を生産性よく製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】Ｍｎ含有量と高周波鉄損Ｗ１０/４００との関係に及ぼす、Ｂｉ含有の影響を示すグラフである。
【図２】Ｂｉ含有量と高周波鉄損Ｗ１０/４００との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
Ｃ：０．００１６ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１３ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００４ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．４ｍａｓｓ％およびＮ：０．００１８ｍａｓｓ％を含有する鋼をベースとし、これにＭｎを０．１〜５．２ｍａｓｓ％の範囲で種々に変化させて添加した鋼を実験室にて溶解し、鋼塊とし、熱間圧延し、１００ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気下で１０００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して板厚０．３０ｍｍの冷延板とし、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気中で１０００℃×３０ｓｅｃの仕上焼鈍を施した。
【００１８】
図１の●印は、上記実験結果を、Ｍｎ添加量と鉄損Ｗ１０／４００との関係として示したものである。この結果から、Ｍｎが１ｍａｓｓ％未満では、鉄損がＭｎ添加量の増大に伴い低下するが、１ｍａｓｓ％以上では鉄損低下が緩やかとなり、４ｍａｓｓ％を超えると逆に鉄損が増加することがわかった。この原因を調査するため、Ｍｎを２ｍａｓｓ％含有する鋼板をＴＥＭで観察したところ、粒界に粒状のＢｉが観察された。
【００１９】
そこで、磁気特性に及ぼすＢｉの影響をさらに調査するため、Ｃ：０．００１４ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３３ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．２ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１４ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００６ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２０ｍａｓｓ％を含有し、Ｂｉの含有量が０．００１０ｍａｓｓ％以下の高純度鋼をベースとし、これにＭｎを０．１〜５．２ｍａｓｓ％の範囲で種々に変えて添加した鋼を実験室にて溶解し、上記実験と同様にして、冷延焼鈍板とし、鉄損Ｗ１０／４００を測定した。
【００２０】
斯くして得た実験結果を図１中に▲印で示した。この結果から、Ｂｉを低減した高純度鋼を用いた冷延焼鈍板では、Ｍｎ添加量を高めるほど、●印で示した鋼板に対して鉄損が低下していることがわかる。また、Ｍｎを２ｍａｓｓ％含有する鋼板をＴＥＭで観察したところ、粒界には粒状のＢｉは観察されなかった。この結果から、上記●印の鋼板におけるＭｎ添加量の増加に伴う鉄損の増大は、Ｂｉの微細析出によるヒステリシス損の増加によるものであると推定された。
【００２１】
一方、Ｍｎが１ｍａｓｓ％未満の鋼板では、Ｂｉ低減による鉄損の改善効果は認められるものの、その割合は小さい理由は、まだ十分に明らかとなっていないが、Ｍｎを高めた鋼では、Ｍｎのｓｏｌｕｔｅ  ｄｒａｇによって、粒成長の駆動力が低下しているため、微量なＢｉの存在によって、粒成長が大きな影響を受け易くなっているためではないかと考えている。
【００２２】
Ｂｉは、一般に、スクラップから混入してくる不純物であり、近年におけるスクラップの使用比率の高まりに伴って、混入してくる量のみならず、ばらつきも徐々に大きくなってきている。このようなＢｉ含有量の増加は、Ｍｎ含有量の低い電磁鋼板では大きな問題となっていないが、Ｍｎ含有量が高い鋼では、Ｍｎのｓｏｌｕｔｅ  ｄｒａｇによって粒成長性が低下しているため、微量なＢｉにより大きな影響を受けるものと考えられる。
【００２３】
次に、鉄損に及ぼすＢｉ含有量の影響を調査するため、Ｃ：０．００２２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．２０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：１．７ｍａｓｓ％、Ａｌ：１．３ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１４ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０００５ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２０ｍａｓｓ％を含有する鋼をベースとし、これにＢｉの含有量をｔｒ．〜０．００４５ｍａｓｓ％の範囲で種々に変化させた鋼を実験室にて溶解し、上記実験と同様にして、板厚０．３０ｍｍの冷延焼鈍板とし、鉄損Ｗ１０／４００を測定した。
【００２４】
図２に、上記実験結果を、Ｂｉ含有量と鉄損Ｗ１０／４００との関係として示した。この図から、Ｂｉ含有量が０．００３０ｍａｓｓ％以下で鉄損が大きく低下していることがわかる。これは、Ｂｉを低減したことにより、粒成長性が向上したためと考えられる。この結果から、Ｂｉによる粒成長に及ぼす悪影響を抑止するためには、Ｂｉの含有量を０．００３０ｍａｓｓ％以下に低減する必要があることがわかった。本発明は、上記新規な知見に基くものである。
【００２５】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成について説明する。
Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｃは、Ｍｎと炭化物を形成する元素であり、０．００５ｍａｓｓ％を超えると、上記Ｍｎ系炭化物の量が増加し粒成長を阻害するため、上限を０．００５ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．００２ｍａｓｓ％以下である。
【００２６】
Ｓｉ：１．５〜４ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であるため、１．５ｍａｓｓ％以上添加する。一方、４ｍａｓｓ％を超えて添加すると、磁束密度が低下するため上限は４ｍａｓｓ％とする。好ましくは２．０〜３．０ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２７】
Ｍｎ：１．０〜５ｍａｓｓ％
Ｍｎは、加工性を大きく害することなく、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な、本発明においては重要な成分であり、１．０ｍａｓｓ％以上を添加する。鉄損低減効果をより得るためには、１．６ｍａｓｓ％以上の添加が好ましい。一方、５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、磁束密度を低下させるので、上限は５ｍａｓｓ％とする。好ましくは２〜３ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２８】
Ｐ：０．１ｍａｓｓ％以下
Ｐは、固溶強化能が大きい元素であり、０．１ｍａｓｓ％を超えて含有すると、鋼板が硬質化し過ぎて製造性が低下するため０．１ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは０．０５ｍａｓｓ％以下である。
【００２９】
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｓは、不可避的不純物であり、０．００５ｍａｓｓ％を超えて含有すると、ＭｎＳの析出により粒成長が阻害され、鉄損が増大するため、上限は０．００５ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．００１ｍａｓｓ％以下である。
【００３０】
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であるが、３ｍａｓｓ％を超えて添加すると、磁束密度が低下するため、上限は３ｍａｓｓ％とする。好ましくは２ｍａｓｓ％以下である。ただし、Ａｌの含有量が０．１ｍａｓｓ％未満になると、微細なＡｌＮが析出して粒成長が阻害され、鉄損が増加するため、下限は０．１ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
【００３１】
Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｎは、大気中から鋼中に侵入してくる不可避的不純物であり、含有量が多い場合には、ＡｌＮの析出により粒成長が阻害されて鉄損が増加するため、上限を０．００５ｍａｓｓ％に制限する。好ましくは０．００３ｍａｓｓ％以下である。
【００３２】
Ｂｉ：０．００３０ｍａｓｓ％以下
Ｂｉは、本発明においては高周波鉄損特性に悪影響を及ぼす重要な管理すべき元素であり、先述した図２からわかるように、Ｂｉの含有量が０．００３０ｍａｓｓ％を超えると、急激に鉄損が増大するようになる。よって、Ｂｉは０．００３０ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは０．００１０ｍａｓｓ％以下である。
【００３３】
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、ＣａおよびＭｇのいずれか１種または２種を含有するのが好ましい。
Ｃａ:０．０００５〜０．００５ｍａｓｓ％
Ｃaは、硫化物を形成し、Ｂｉと複合析出して粗大化することによって、Ｂｉの弊害を抑制し、鉄損を低減するのに有効な元素である。斯かる効果を得るためには０．０００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、０．００５ｍａｓｓ％を超えて添加すると、ＣaＳの析出量が多くなり過ぎ、逆に鉄損が増加するようになるので、上限は０．００５ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
【００３４】
Ｍｇ:０．０００２〜０．００５ｍａｓｓ％
Ｍｇは、酸化物を形成し、Ｂｉと複合析出して粗大化することによって、Ｂｉの弊害を抑制し、鉄損を低減するのに有効な元素である。斯かる効果を得るためには０．０００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、０．００５ｍａｓｓ％を超えて添加することは困難であり、いたずらにコストアップを招くだけであるため、上限は０．００５％とするのが好ましい。
【００３５】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、以下の成分を含有するのが好ましい。
Ｓｂ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％、Ｓｎ:０．０００５〜０．０５ｍａｓｓ％
ＳｂおよびＳｎは、集合組織を改善し、磁束密度を向上する効果があるため、単独または複合してそれぞれ０．０００５ｍａｓｓ％以上添加することができる。より好ましくは０．０１ｍａｓｓ％以上である。しかし、０．０５ｍａｓｓ％を超える添加は、鋼板の脆化を招くので、上限は０．０５ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
【００３６】
Ｍｏ:０．０００５〜０．００３０ｍａｓｓ％
Ｍｏは、形成される炭化物を粗大化し、鉄損を低減する効果があるため、０．０００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、０．００３０ｍａｓｓ％以上の添加は、炭化物の量が多くなり過ぎ、却って、鉄損が増加するようになるので、上限は０．００３０ｍａｓｓ％とするのが好ましい。
【００３７】
Ｔｉ:０．００２ｍａｓｓ％以下
Ｔｉは、炭窒化物を形成する元素であり、含有量が多いと、炭窒化物の析出量が多くなり過ぎて粒成長を阻害し、鉄損を増大させる。よって、本発明においては、Ｔｉは０．００２ｍａｓｓ％以下に制限するのが好ましい。
【００３８】
なお、本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の作用効果を害しない範囲内であれば、他の元素の含有を拒むものではない。
【００３９】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、鋼板の成分組成を上記した本発明の範囲内として製造すれば、それ以外の条件については特に制限はなく、通常の無方向性電磁鋼板と同様の条件で製造することができる。例えば、転炉や脱ガス処理装置等で、本発明に適合する成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造や造塊−分塊圧延等で鋼素材（スラブ）とした後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍し、１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、仕上焼鈍する方法で製造することができる。
【実施例】
【００４０】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理して表１に示した成分組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造してスラブとし、１１００℃×１ｈｒのスラブ加熱を行った後、熱間圧延仕上温度を８００℃とする熱間圧延し、６１０℃の温度でコイルに巻き取り、板厚１．８ｍｍの熱延板とした。次いで、この熱延板に、１００ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気中で１０００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して板厚０．３５ｍｍの冷延板とし、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気で、９８０℃×１５ｓｅｃの仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
斯くして得た冷延焼鈍板から、幅３０ｍｍ×長さ２８０ｍｍのエプスタイン試験片を圧延方向および圧延直角方向から切り出し、ＪＩＳ  Ｃ２５５０に準拠して、鉄損Ｗ１０／４００および磁束密度Ｂ５０を測定し、その結果を表１中に併記した。
【００４１】
【表１−１】
2014185365.tif 000003
【００４２】
【表１−２】
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【００４３】
表１からわかるように、本発明の成分組成を満たす鋼板、特にＢｉを低減した鋼板は、高いＭｎ含有量であるにも拘らず、高周波鉄損特性に優れていることがわかる。
【図１】
2014185365.tif 000005
【図２】
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