(57)【要約】  無方向性電磁鋼板は、Ｃ：０．００３質量％以上０．０５質量％以下、Ｎ：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、及びＳｉ：２．８質量％以上３．５質量％以下を含有する。無方向性電磁鋼板は、更に、Ｎｉ：４．０質量％以下及びＭｎ：２．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を、総量で０．５質量％以上含有し、更に、Ｔｉ：Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｎの含有量を［Ｎ］質量％としたとき、［Ｔｉ］／４（［Ｃ］＋［Ｎ］）で表わされる値ＲＴｉが１以上１０以下を含有する。Ａｌの含有量が３．０質量％以下であり、Ｐの含有量が０．２質量％以下である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．００３質量％以上０．０５質量％以下、
Ｎ：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、及び
Ｓｉ：２．８質量％以上３．５質量％以下、
を含有し、
更に、Ｎｉ：４．０質量％以下及びＭｎ：２．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を、総量で０．５質量％以上含有し、
更に、Ｔｉ：Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｎの含有量を［Ｎ］質量％としたとき、［Ｔｉ］／４（［Ｃ］＋［Ｎ］）で表わされる値ＲＴｉが１以上１０以下を含有し、
Ａｌの含有量が３．０質量％以下であり、
Ｐの含有量が０．２質量％以下であり、
残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
Ｔｉの含有量が０．１質量以上０．３質量以下であ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。
【請求項３】
Ｂ：０．００１質量％以上０．００７質量％以下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。
【請求項４】
Ｂ：０．００１質量％以上０．００７質量％以下を含有することを特徴とする請求項２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
Ｃｕ：０．０２質量％以上１．０質量％以下、
Ｓｎ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｓｂ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｃｒ：０．０２質量％以上３．０質量％以下、及び
希土類金属：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、
からなる群から選択された少なくとも１種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。
【請求項６】
Ｃｕ：０．０２質量％以上１．０質量％以下、
Ｓｎ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｓｂ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｃｒ：０．０２質量％以上３．０質量％以下、及び
希土類金属：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、
からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項７】
Ｃｕ：０．０２質量％以上１．０質量％以下、
Ｓｎ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｓｂ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｃｒ：０．０２質量％以上３．０質量％以下、及び
希土類金属：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、
からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項３に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項８】
Ｃｕ：０．０２質量％以上１．０質量％以下、
Ｓｎ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｓｂ：０．０２質量％以上０．５質量％以下、
Ｃｒ：０．０２質量％以上３．０質量％以下、及び
希土類金属：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、
からなる群から選択された少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項４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、高速回転機のロータに好適な無方向性電磁鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
無方向性電磁鋼板は、例えば回転機のロータ等に用いられる。一般的に、ロータに作用する遠心力は、回転半径に比例し、かつ、回転速度の二乗に比例する。このため、高速回転機のロータには非常に大きな応力が作用する。従って、ロータ用の無方向性電磁鋼板の引張強度は高いことが好ましい。つまり、ロータ用の無方向性電磁鋼板は高張力を備えていることが好ましい。このように、ロータ用の無方向性電磁鋼板には、高い引張強度（高張力）が要求される。【０００３】
その一方で、回転機のロータに限らず、鉄心に用いられる無方向性電磁鋼板では、鉄損が低いことが重要である。特に、高速回転機のロータ用の無方向性電磁鋼板では、高周波鉄損が低いことが重要である。このように、ロータ用の無方向性電磁鋼板には、低い高周波鉄損も要求される。つまり、回転機が高周波で使用される際の効率が高いことも要求される。【０００４】
しかしながら、高張力及び低高周波鉄損は、物理的に相反する関係にあり、これらを両立させることは極めて困難である。【０００５】
これらの両立を図った技術が提案されているが、これまで、容易に製造することができるものはない。例えば、Ｓｉ含有量が高い熱間圧延鋼板を得て、その後に種々の温度制御を行う技術が提案されているが、Ｓｉ含有量が高いために、冷間圧延が非常に困難である。また、冷間圧延を可能とするために、種々の温度制御を行っているが、この温度制御が非常に特殊であるため、そのために要する時間、労力及びコストが多大となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６０−２３８４２１号公報
【特許文献２】特開昭６１−９５２０号公報
【特許文献３】特開昭６２−２５６９１７号公報
【特許文献４】特開平２−８３４６号公報
【特許文献５】特開２００７−１８６７９１号公報
【特許文献６】特開２００７−１８６７９０号公報
【特許文献７】特開２００８−２４０１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、容易に製造することができ、高い引張強度及び低い高周波鉄損を得ることができる無方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、無方向性電磁鋼板において、固溶強化、析出強化、加工強化、細粒化強化、変態組織による強化等により、鉄損を低く抑えながら良好な機械特性を得るという観点から鋭意研究を行った。更に、本発明者らは、実際の高速回転機において重要となる高周波鉄損はどのような指標であるか、言い換えれば、どの周波数の鉄損を低減することが重要であるかについての調査及び解析を積み重ねた。また、製造過程における冷間圧延等の処理が容易であること及び処理の複雑化の回避も重視した。【０００９】
この結果、詳細は後述するが、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮｉ等の含有量を適切なものとし、Ｔｉの含有量のＣ及びＮの総含有量に対する割合を適切なものとすることにより、例えば９００ＭＰａ以上の高い引張強度を得ながら、高周波鉄損を低く抑えることができることを見出した。また、高周波鉄損としては、磁束密度が１．０Ｔ、励磁周波数が１０００Ｈｚの場合の鉄損Ｗ１０／１０００が低いことが重要であることにも見出した。そして、次の無方向性電磁鋼板に想到した。【００１０】
本発明に係る無方向性電磁鋼板は、Ｃ：０．００３質量％以上０．０５質量％以下、Ｎ：０．００１質量％以上０．０１質量％以下、及びＳｉ：２．８質量％以上３．５質量％以下、を含有し、更に、Ｎｉ：４．０質量％以下及びＭｎ：２．０質量％以下からなる群から選択された少なくとも１種を、総量で０．５質量％以上含有し、更に、Ｔｉ：Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｎの含有量を［Ｎ］質量％としたとき、［Ｔｉ］／４（［Ｃ］＋［Ｎ］）で表わされる値ＲＴｉが１以上１０以下を含有し、Ａｌの含有量が３．０質量％以下であり、Ｐの含有量が０．２質量％以下であり、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｓｉ、Ｍｎ及びＮｉ等の含有量並びに値ＲＴｉが適切であるので、高い引張強度及び低い高周波鉄損を得ることができる。また、Ｓｉ等の含有量が適切であるため、製造過程における処理が容易であり、脆化等に基づく複雑な処理の追加を回避することもできる。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明について詳細に説明する。先ず、本発明に係る無方向性電磁鋼板の成分について説明する。
【００１３】
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低減することにより高周波鉄損等の鉄損を低減する作用を有する。また、Ｓｉは、固溶強化により無方向性電磁鋼板の張力を高める作用を有する。Ｓｉの含有量が２．８質量％未満であると、これらの作用が不十分となる。一方、Ｓｉの含有量が３．５質量％を超えると、磁束密度の低下、脆化、冷間圧延等の処理の困難化、及び材料コストの上昇が引き起こされる。従って、Ｓｉの含有量は２．８質量％以上３．５質量％以下とする。
【００１４】
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することにより、高周波鉄損等の鉄損を低減する作用を有する。従って、高周波鉄損の更なる低減を目的として含有されていてもよい。但し、Ａｌの含有量が３．０質量％を超えると、磁束密度の低下、脆化、冷間圧延等の処理の困難化、及び材料コストの上昇が引き起こされる。従って、Ａｌの含有量の上限は３．０質量％とする。また、Ａｌの含有量が０．１質量％未満であると、ＡｌＮの微細析出が顕在化し、鉄損が増大するので、Ａｌの含有量は０．１質量％以上であることが好ましい。
【００１５】
Ｎｉ及びＭｎは、無方向性電磁鋼板の張力の向上に寄与する。即ち、Ｎｉは、固溶強化により張力を高める作用を有し、Ｍｎは、固溶強化及び細粒化強化により張力を高める作用を有する。また、Ｎｉ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低減することにより高周波鉄損等の鉄損を低減する作用も有する。更に、Ｎｉは、無方向性電磁鋼板の飽和磁気モーメントの増大に伴う磁束密度の向上にも寄与する。Ｍｎ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低減することにより高周波鉄損等の鉄損を低減する作用を有する。Ｎｉの含有量及びＭｎの含有量の総量が０．５質量％未満であると、これらの作用が不十分となり、９００ＭＰａ以上の引張強度を得ることができなくなる。一方、Ｎｉの含有量が４．０質量％を超えると、飽和磁気モーメントの低下に起因した磁束密度の低下が生じる。また、Ｍｎの含有量が２．０質量％を超えると、磁束密度が低下し、また、材料コストが上昇する。従って、４．０質量％以下のＮｉ、及び／又は２．０質量％以下のＭｎが総量で０．５質量％以上含有されていることとする。
【００１６】
Ｐは、無方向性電磁鋼板の張力を大きく高める作用を有する。従って、張力の更なる向上を目的として含有されていてもよい。この作用を奏するために、Ｐは０．００１質量％以上含有されていることが好ましい。但し、Ｐの含有量が０．２質量％を超えると、製造過程でＰが結晶粒界に偏析して熱間圧延鋼板が脆化し、その後の冷間圧延が非常に困難になる。従って、Ｐの含有量の上限は０．２質量％とする。
【００１７】
Ｔｉは、Ｃ及びＮと反応してＴｉ炭窒化物を含む微細な析出物を生成し、析出強化及び細粒化強化により無方向性電磁鋼板の張力を高める作用を有する。また、無方向性電磁鋼板に固溶しているＴｉは、冷間圧延及び仕上焼鈍等の際に無方向性電磁鋼板の表面の結晶方位を｛１１１｝に揃え、無方向性電磁鋼板の張力を高める作用も有する。これらの作用を十分に発揮させるためには、Ｔｉ炭窒化物として析出するＴｉ、及び無方向性電磁鋼板に固溶しているＴｉの双方が適切な量だけ含まれていることが重要である。
【００１８】
Ｔｉの含有量を［Ｔｉ］質量％、Ｃの含有量を［Ｃ］質量％、Ｎの含有量を［Ｎ］質量％としたとき、［Ｔｉ］／４（［Ｃ］＋［Ｎ］）で表わされる値ＲＴｉが１未満であると、上記の作用を十分に発揮させることができない。従って、値ＲＴｉは１以上とする。値ＲＴｉが１の場合、理論上はＴｉの全てがＣ及び／又はＮと結合するが、実際にはＴｉの一部はＣ及びＮのどちらとも結合せずに、固溶Ｔｉとして無方向性電磁鋼板に含まれる。なお、値ＲＴｉは２以上であることが好ましく、３以上であることがより好ましい。
【００１９】
一方、値ＲＴｉが１０を超えると、再結晶が生じにくく、また、脆化しやすくなる。また、固溶Ｔｉの増加に伴って｛１１１｝への配向が強くなり、鉄損が上昇してしまうこともある。従って、値ＲＴｉは１０以下とする。なお、値ＲＴｉは９以下であることが好ましく、７以下であることがより好ましい。
【００２０】
また、値ＲＴｉを上記の範囲にするために、Ｃの含有量は０．００３質量％以上０．０５％以下とし、Ｎの含有量は０．００１％以上０．０１％以下とする。なお、Ｃの含有量が０．０５％を超えているか、又はＮの含有量が０．０１質量％を超えている場合、磁気時効等により鉄損特性が著しく低下する。
【００２１】
また、値ＲＴｉを上記の範囲にするために、Ｔｉの含有量は０．１％以上０．３％以下であることが好ましく、Ｔｉの含有量の上限は０．２５質量％であることがより好ましい。
【００２２】
なお、無方向性電磁鋼板において炭窒化物を形成する金属元素として、Ｔｉの他に、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、及びＭｏも挙げられる。これらの中で、Ｔｉ炭窒化物の析出強化は顕著である。
【００２３】
無方向性電磁鋼板の上述の成分以外は、例えばＦｅ及び不可避不純物である。なお、高張力化に伴う結晶粒界の脆化を回避する目的で、Ｂが含有されていてもよい。この場合、Ｂの含有量は０．００１質量％以上であることが好ましい。一方、Ｂの含有量が０．００７質量％を超えると、磁束密度の低下、及び熱間圧延時の脆化等が引き起こされる。このため、Ｂの含有量は０．００７質量％以下であることが好ましい。
【００２４】
更に、種々の磁気特性を更に向上させる目的で、Ｃｕ：０．０２％以上１．０％以下、Ｓｎ：０．０２％以上０．５％以下、Ｓｂ：０．０２％以上０．５％以下、Ｃｒ：０．０２％以上３．０％以下、及び／又は希土類金属（ＲＥＭ：rare earth metal）：０．００１％以上０．０１％以下が含有されていてもよい。即ち、これらの複数種類の元素からなる群から選択された１種以上の元素が含有されていてもよい。
【００２５】
そして、これらの成分からなる無方向性電磁鋼板の引張強度は、例えば９００ＭＰａ以上となる。このため、この無方向性電磁鋼板を用いて製造された高速回転機のロータは、十分な高速回転を実現することができる。
【００２６】
また、これらの成分からなる無方向性電磁鋼板の高周波鉄損Ｗ１０／１０００は、例えば１００Ｗ／ｋｇ以下となる。このため、この無方向性電磁鋼板を用いて製造された高速回転機のロータは、回転機の高効率化及び小型化に寄与することができる。即ち、電気エネルギから機械エネルギへの変換に伴うエネルギの損失及びこれに付随する発熱を抑制することができる。そして、渦電流損を低減して、高周波鉄損Ｗ１０／１０００を１００Ｗ／ｋｇ以下とするために、無方向性電磁鋼板の厚さは０．３０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００２７】
本発明者らは、次のような実験によりこれらの効果を確認した。先ず、Ｃ：０．０１７質量％、Ｓｉ：３．１２質量％、Ａｌ：０．６５質量％、Ｎｉ：２．５４質量％、Ｐ：０．０２質量％、Ｎ：０．００３質量％、Ｔｉ：０．１８質量％を含有するスラブを熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得た。この熱間圧延鋼板の値ＲＴｉは２．３である。次いで、熱間圧延鋼板を表１に示す４種類の厚さに冷間圧延し、冷間圧延鋼板を得た。その後、冷間圧延鋼板に７８０℃で２０秒間の連続仕上焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を得た。そして、無方向性電磁鋼板からエプスタイン試料及び引張試験片を切り出し、これらを用いて磁気特性及び機械特性を測定した。この結果も表１に示す。以下の表中の「Ｗ１５／５０」は鉄損Ｗ１５／５０を示し、「Ｂ５０」は磁束密度Ｂ５０を示し、「Ｗ１０／１０００」は、鉄損Ｗ１０／１０００を示している。また、「ＹＰ」は降伏点を示し、「ＴＳ」は引張強度を示し、「ＥＬ」は伸びを示している。
【００２８】
【表１】
2010084847.tif 000002
【００２９】
表１に示すように、試料Ｎｏ．１及びＮｏ．２では、９００ＭＰａ以上の引張強度が得られ、試料Ｎｏ．１及びＮｏ．２は高張力であるが、高周波鉄損Ｗ１０／１０００が１００Ｗ／ｋｇを超えている。これは、無方向性電磁鋼板の厚さが０．３０ｍｍを超えているためである。
【００３０】
このことからも、無方向性電磁鋼板の厚さは０．３０ｍｍ以下であることが好ましいといえる。
【００３１】
なお、本発明に係る無方向性電磁鋼板は、例えば、次のようにして製造することができる。先ず、上記の組成を有するスラブを溶製し、このスラブに加熱及び熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る。次いで、この熱間圧延鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る。その後、仕上焼鈍を行う。なお、結晶粒の成長に伴う強度の低下及び脆化を回避するために、熱延板焼鈍は行わないことが好ましく、冷間圧延の中間焼鈍も行わないことが好ましい。上記の組成を有する熱間圧延鋼板を用いていれば、熱延板焼鈍及び中間焼鈍を行わずとも、張力の向上及び高周波鉄損の低減の効果を得ることができる。また、熱延板焼鈍の省略により曲げ加工性を向上させることもできる。つまり、本発明に係る無方向性電磁鋼板は上記の組成を有しているため、張力の向上及び高周波鉄損の低減を、比較的簡易な処理により実現することができる。
【実施例】
【００３２】
（第１の実験）
先ず、表２に示す成分を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得た。次いで、熱間圧延鋼板を冷間圧延し、厚さが０．２０ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。その後、冷間圧延鋼板に７５０℃で３０秒間の連続仕上焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を得た。【００３３】
【表２】
2010084847.tif 000003
【００３４】
そして、無方向性電磁鋼板からエプスタイン試料及び引張試験片を切り出した。次いで、エプスタイン試料を用いて磁気特性を測定し、引張試験片を用いて機械特性を測定した。この結果を表３に示す。【００３５】
【表３】
2010084847.tif 000004
【００３６】
表３に示すように、比較例Ｎｏ．１１及び１２では、高周波鉄損Ｗ１０／１０００が１００Ｗ／ｋｇ未満であったが、値ＲＴｉが１未満であるため、引張強度が９００ＭＰａ未満と低かった。特に、比較例Ｎｏ．１１では、Ｔｉが全く含まれていないため、引張強度が著しく低かった。【００３７】
一方、実施例Ｎｏ．１３及び１４では、値ＲＴｉ等が適切なものとなっているため、１００Ｗ／ｋｇ以下の高周波鉄損Ｗ１０／１０００、及び９００ＭＰａ以上の引張強度を得ることができた。また、降伏点も比較例Ｎｏ．１１及び１２と比較して高かった。【００３８】
（第２の実験）
先ず、表４に示す成分を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延し、熱間圧延鋼板を得た。次いで、熱間圧延鋼板を冷間圧延し、厚さが０．２５ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。その後、冷間圧延鋼板に７７５℃で３０秒間の連続仕上焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を得た。
【表４】
2010084847.tif 000005
【００３９】
そして、無方向性電磁鋼板からエプスタイン試料及び引張試験片を切り出した。次いで、エプスタイン試料を用いて磁気特性を測定し、引張試験片を用いて機械特性を測定した。この結果を表５に示す。【００４０】
【表５】
2010084847.tif 000006
【００４１】
表５に示すように、比較例Ｎｏ．２１及び２２では、高周波鉄損Ｗ１０／１０００が１００Ｗ／ｋｇ未満であったが、値ＲＴｉが１未満であるため、引張強度が９００ＭＰａ未満と低かった。特に、比較例Ｎｏ．２１では、Ｔｉが全く含まれていないため、引張強度が著しく低かった。【００４２】
一方、実施例Ｎｏ．２３及び２４では、値ＲＴｉ等が適切なものとなっているため、１００Ｗ／ｋｇ以下の高周波鉄損Ｗ１０／１０００、及び９００ＭＰａ以上の引張強度を得ることができた。また、降伏点も比較例Ｎｏ．２１及び２２と比較して高かった。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、例えば、電磁鋼板製造産業及び電磁鋼板利用産業において利用することができる。
【国際調査報告】
2010084847.tif 000007
2010084847.tif 000008