(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％（ただし、Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％を除く）、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、加熱時の平均昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上とし、均熱温度を７５０〜１１００℃の温度域とする仕上焼鈍を施した後、脱炭焼鈍することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】
上記鋼スラブは、ＳｎおよびＳｂのうちのいずれか１種または２種をそれぞれ０．００５〜０．１ｍａｓｓ％以下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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無方向性電磁鋼板の製造方法に関し、詳しくは、鋼板圧延方向の磁束密度に優れる無方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力をはじめとするエネルギーの削減という世界的な流れの中において、電気機器の高効率化・小型化が強く要求されるようになってきている。その結果、電気機器の鉄心材料等として広く使用されている無方向性電磁鋼板にも、電気機器の小型化・高効率化を達成するため、磁気特性の向上、すなわち高磁束密度化・低鉄損化が不可欠な課題となってきている。
【０００３】
斯かる要求に対して、無方向性電磁鋼板は、従来、添加する合金元素を適正化し、さらに、冷間圧延する前の結晶粒径を大きくしたり、冷延圧下率を最適化したりすることなどで高磁束密度化を図る一方、電気抵抗増大元素を添加したり、板厚を低減したりすることなどで低鉄損化を図ってきている。
【０００４】
ところで、ハイブリッド自動車などの駆動モータでは、歩留りを向上する観点から、分割コアが採用されている。この分割コアは、従来のように素材鋼板から一体としてコアを打ち抜くのではなく、コアを幾つかの部分に分割し、それぞれの部分のティースの長さ方向が鋼板の圧延方向となるように打ち抜いてコアを組み立てるものである。この分割コアでは、磁束が集中するティースの長さ方向が電磁鋼板の圧延方向となるため、モータの特性向上を図るためには、電磁鋼板の圧延方向の特性が極めて重要となる。
【０００５】
圧延方向の磁束密度を高めた材料としては、圧延方向にＧｏｓｓ方位を揃えた方向性電磁鋼板が挙げられる。しかし、方向性電磁鋼板は、二次再結晶プロセスを経て製造されるものであるため、製造コストが高く、分割コアにはほとんど採用されていないのが実情である。したがって、安価な無方向性電磁鋼板において、圧延方向の磁束密度を向上させることができれば、分割コアの最適材料となり得ると考えられる。
【０００６】
このような要求に応える技術としては、たとえば、特許文献１には、Ｃ：０．００２ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：０．１ｍａｓｓ％以上０．８ｍａｓｓ％未満、Ａｌ：０．３〜２．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１〜１．５ｍａｓｓ％、かつＳｉ＋２Ａｌ−Ｍｎ：２％以上を含有する鋼を熱間圧延後、熱延板焼鈍を施して平均結晶粒径を３００μｍ以上とし、一回の冷間圧延を圧下率８５〜９５％として最終板厚とし、仕上焼鈍を７００〜９５０℃で１０ｓｅｃ〜１分施す無方向性電磁鋼板の製造方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、Ｃ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２〜４ｍａｓｓ％、Ａｌ：１ｍａｓｓ％超２ｍａｓｓ％以下含有する熱延板に焼鈍を施した後、冷間圧延を一回施し、次いで、再結晶焼鈍を施すことで、平均結晶粒径が４０〜２００μｍの再結晶組織を有し、かつ、圧延方向（Ｌ方向）と９０°の方向（Ｃ方向）の磁束密度Ｂ５０（Ｃ）と、圧延方向（Ｌ方向）と４５°の方向（Ｘ方向）の磁束密度Ｂ５０（Ｘ）および板圧ｔ（ｍｍ）が、下記式；
Ｂ５０（Ｃ）／Ｂ５０（Ｘ）≧−０．５３３３×ｔ２＋０．３９０７×ｔ＋０．９４５を満たす磁気特性を有する板厚：０．１５〜０．３ｍｍの分割コア用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】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３３２０４２号公報
【特許文献２】特開２００８−１２７６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１の方法によれば、熱延板焼鈍後の結晶粒径と冷間圧延の圧下率を制御することによって、圧延方向とその板面内垂直方向の磁気特性に優れた電磁鋼板を得ることができる。しかし、この方法は、３００μｍ以上の冷延前結晶粒径を得るため、鋼内の不純物含有量を著しく低減し、熱延板焼鈍を高温で行う必要があるなど、製造性、コスト面で問題がある。また、特許文献２の方法は、熱延板焼鈍温度を高温にする必要があり、Ａｌを多量に添加する必要もあるため、製造面およびコスト面で問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来技術が抱える問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼板圧延方向の磁束密度を著しく高めることができる無方向性電磁鋼板の有利な製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、Ｃを適正量以上含有させ、最終板厚まで圧延した冷延鋼板を、従来の仕上焼鈍における昇温速度よりもさらに速い速度で加熱することで、鋼板圧延方向の磁気特性が著しく向上することを見出し、本発明を完成させた。
【００１２】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％（ただし、Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％を除く）、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、加熱時の平均昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上とし、均熱温度を７５０〜１１００℃の温度域とする仕上焼鈍を施した後、脱炭焼鈍することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法である。
【００１３】
本発明の製造方法に用いる上記鋼スラブは、ＳｎおよびＳｂのうちのいずれか１種または２種をそれぞれ０．００５〜０．１ｍａｓｓ％以下含有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、鋼板圧延方向に優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を提供することができる。したがって、本発明の鋼板は、分割コアやトランス用コアなど圧延方向に優れた磁気特性が要求される用途に適用することで、モータや変圧器の効率向上に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】仕上焼鈍での昇温速度が圧延方向の磁束密度に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】固溶Ｃ量が圧延方向の磁束密度に及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
仕上焼鈍加熱時の昇温速度が鋼板圧延方向の磁束密度に及ぼす影響を調査するため、Ｃ：０．００２５ｍａｓｓ％および０．０２ｍａｓｓ％を含有し、さらにＳｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１９ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００１０ｍａｓｓ％を基本成分組成とする鋼スラブを１１００℃で３０分加熱後、熱間圧延して板厚２．６ｍｍの熱延板とし、１０００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間圧延で最終板厚が０．３５ｍｍの冷延板とし、その後、この冷延板を、直接通電加熱炉で昇温速度を３０〜３００℃／ｓｅｃの範囲で変化させて加熱し、９００℃×１０ｓｅｃの仕上焼鈍を施した後、露点が３０℃の雰囲気中で８５０℃×３０ｓｅｃの脱炭焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を作製した。
【００１８】
斯くして得られた各無方向性電磁鋼板から、圧延方向（Ｌ方向）：１８０ｍｍ×圧延直角方向（Ｃ方向）：３０ｍｍの試験片を切り出し、単板磁気試験によってＬ方向の磁束密度Ｂ５０を測定し、その結果を図１に示した。図１から、Ｃを０．０２ｍａｓｓ％含有する冷延板を、昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で加熱して仕上焼鈍することで、圧延方向の磁束密度を高めることができることがわかる。
【００１９】
次に、固溶Ｃ量が圧延方向の磁束密度に及ぼす影響を調査するため、Ｃ：０．００５〜０．５ｍａｓｓ％の範囲で含有し、さらにＳｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２２ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００１３ｍａｓｓ％を含有する鋼スラブを１１００℃で３０分加熱後、熱間圧延して板厚２．３ｍｍの熱延板とし、１０００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間圧延で最終板厚が０．３５ｍｍの冷延板とし、その後、この冷延板を、直接通電加熱炉で昇温速度を２０℃／ｓｅｃおよび３００℃／ｓｅｃとして加熱し、９５０℃×１０ｓｅｃの仕上焼鈍を施した後、露点が３０℃の雰囲気中で８５０℃×３０ｓｅｃの脱炭焼鈍を施し無方向性電磁鋼板を作製した。
【００２０】
斯くして得られた各無方向性電磁鋼板から、上記実験と同様にして、圧延方向（Ｌ方向）：１８０ｍｍ×圧延直角方向（Ｃ方向）：３０ｍｍの試験片を採取し、Ｌ方向の磁束密度Ｂ５０を測定し、その結果を図２に示した。図２から、Ｃを０．０１ｍａｓｓ％以上含有する冷延板を、昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で加熱して仕上焼鈍することで、圧延方向の磁束密度を高めることができることがわかる。
【００２１】
上記理由も、現時点では明確になっていないが、Ｃが０．０１ｍａｓｓ％以上とすることで、固溶Ｃ量が増加し、冷間圧延時に変形帯を形成しやすくなり、焼鈍後にＧｏｓｓ組織が発達すること、さらに、急速加熱を行うことによって、（１１１）方位の発達が抑制される結果、圧延方向に（１１０）方位や（１００）方位が向いた結晶組織が発達して、圧延方向の磁束密度が向上したものと考えられる。この結果から、圧延方向の磁束密度を高めるには、仕上焼鈍加熱時の昇温速度は１００℃／ｓｅｃ以上とするに加えて、仕上焼鈍前における固溶Ｃを確保する観点から、素材鋼板中のＣは０．０１ｍａｓｓ％以上とする必要があることがわかった。
本発明は、上記知見にさらに検討を加えてなされたものである。
【００２２】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成を限定する理由について説明する。
Ｃ：０．０１〜０．１ｍａｓｓ％
鋼中に固溶したＣは、冷間圧延時に導入された転位を固着し変形帯を形成しやすくする。この変形帯は、仕上焼鈍時の再結晶によってＧｏｓｓ方位｛１１０｝＜００１＞を優先的に成長させるため、圧延方向の磁気特性を向上する効果がある。この固溶Ｃの効果を得るためには、冷間圧延前の鋼板中のＣ含有量は０．０１ｍａｓｓ％以上としておくことが必要である。一方、製品鋼板中の固溶Ｃが多いと、磁気時効を起こして磁気特性を劣化させるため、冷間圧延後の焼鈍工程で脱炭し、Ｃを０．００５ｍａｓｓ％以下に低減する必要があるが、鋼中Ｃが０．１ｍａｓｓ％を超えると、上記脱炭焼鈍で十分に脱炭できないおそれがある。よって、Ｃは０．０１〜０．１ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは、０．０１５〜０．０５ｍａｓｓ％の範囲である。なお、脱炭焼鈍は、急速加熱後であれば、何時行っても構わない。
【００２３】
Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高めて、鉄損特性を改善するために添加される元素であり、斯かる効果を得るためには、１．０ｍａｓｓ％以上添加することが好ましい。一方、４ｍａｓｓ％を超える添加は、鋼を硬質化し、圧延することを困難とするので、上限は４ｍａｓｓ％とする。好ましくは、１．０〜４．０ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２４】
Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、
Ｍｎは、Ｓに起因する熱間圧延での割れを防止するために必要な元素であり、斯かる効果を得るためには、０．０５ｍａｓｓ％以上の添加が必要である。一方、３ｍａｓｓ％を超える添加は、原料コストの上昇を招く。よって、Ｍｎは、０．０５〜３ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００２５】
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼の固有抵抗を高めて、鉄損特性を改善するために添加される元素である。しかし、３ｍａｓｓ％を超える添加は、圧延性を低下させるので、上限は３ｍａｓｓ％とする。
【００２６】
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下
ＳおよびＮは、鋼中に不可避的に混入してくる不純物元素であり、それぞれ０．００５ｍａｓｓ％を超えると磁気特性を劣化させる。よって、本発明においては、Ｓ，Ｎはそれぞれ０．００５ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００２７】
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記必須とする成分の他に、ＳｎおよびＳｂを下記の範囲で含有させてもよい。
Ｓｎ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜０．１ｍａｓｓ％
ＳｎおよびＳｂは、仕上焼鈍後の集合組織を改善して圧延方向の磁束密度を向上させるだけでなく、鋼板表層の酸化や窒化を防止して鋼板表層の微細粒の生成を抑制し、磁気特性の低下を防止する効果のある元素である。かかる効果を発現させるには、ＳｎおよびＳｂいずれか１種または２種を０．００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。しかし、それらの元素の含有量が、いずれも０．１ｍａｓｓ％を超えると、結晶粒の成長が阻害され、却って磁気特性の劣化を招くおそれがある。よって、ＳｎおよびＳｂは、それぞれ０．００５〜０．１ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましい。
【００２８】
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、本発明の効果を害しない範囲であれば、上記成分以外の元素を含有することを拒むものではない。
【００２９】
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、本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を転炉や電気炉、真空脱ガス装置等を用いた通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼スラブとし、この鋼スラブを通常公知の方法で熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍し、冷間圧延して最終板厚の冷延板とし、その後、仕上焼鈍し、脱炭焼鈍し、さらに必要に応じて各種の絶縁被膜を被成し、製品とする方法が好ましい。なお、この製造方法において、冷間圧延までは、素材成分組成を本発明の成分組成に適合させること以外に特に制限はなく、通常公知の製造プロセスを採用することができる。
【００３０】
以下、冷間圧延以降の製造方法について説明する。
冷間圧延
冷間圧延は、１回の冷間圧延または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延としてもよい。ただし、冷間圧延で変形帯を多数導入して圧延方向の磁気特性を向上させるためには、冷間圧延圧下率は高い方が好ましい。
【００３１】
仕上焼鈍
仕上焼鈍の昇温速度は、３００℃から８００℃までを１００℃／ｓｅｃ以上で加熱することが必要である。１００℃／ｓｅｃ未満の昇温速度では、磁気特性に好ましくない（１１１）方位の集合組織が発達するからである。好ましくは２００℃／ｓｅｃ以上である。
また、均熱温度は、７５０〜１１００℃の範囲とする必要がある。下限温度は、再結晶温度以上の温度であればよいが、連続焼鈍で十分な再結晶を起こさせるためには７５０℃以上とする必要があるからである。一方、均熱温度が１１００℃を超えると、再結晶粒が粗大化したり、焼鈍炉の負荷が大きくなったりするので好ましくない。好ましくは８００〜１０５０℃の範囲である。
【００３２】
また、均熱保持時間は、５〜１２０ｓｅｃの範囲が好ましい。５ｓｅｃ未満では、再結晶が不完全となるおそれがあり、一方、１２０ｓｅｃを超えると、その効果が飽和するからである。  なお、焼鈍後の冷却条件については、通常の条件であればよく、特に制限はない。また、上記仕上焼鈍加熱時の昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上とする方法についても、特に制限はなく、例えば、直接通電加熱法あるいは誘電加熱法などを好適に用いることができる。
【００３３】
脱炭焼鈍
上記仕上焼鈍した鋼板は、その後、脱炭焼鈍して、固溶Ｃ量を低減して磁気時効を防止するため、鋼中Ｃを０．００５０ｍａｓｓ％以下に低減するのが好ましい。Ｃ量が０．００５０ｍａｓｓ％超えでは、製品鋼板が磁気時効を起こすおそれがあるからである。この脱炭焼鈍の条件は、通常公知の条件でよく、例えば、露点を３０℃以上とした酸化性雰囲気下で、８００〜８５０℃×１０〜３０ｓｅｃの条件で行うことができる。
なお、この脱炭焼鈍は、仕上焼鈍に引き続いて行っても、あるいは、別途、他のラインで行ってもよい。脱炭焼鈍後の鋼板は、その後、必要に応じて各種の絶縁被膜を形成し、製品とするのが好ましい。
【実施例】
【００３４】
表１に記載した成分組成からなるＮｏ．１〜２９の鋼を通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造して鋼素材（スラブ）とし、そのスラブを１０８０℃×３０分加熱後、熱間圧延して板厚２．４ｍｍの熱延板とした。次いで、この熱延板に９００℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍を施してから１回の冷間圧延で最終板厚０．３５ｍｍの冷延板とし、その後、直接通電加熱炉で、３０℃／ｓｅｃ以上の種々の昇温速度で加熱し、均熱を表１に示す温度で１０ｓｅｃ間保持する仕上焼鈍を施し、その後、８５０℃×３０ｓｅｃ（露点：３０℃）の脱炭焼鈍し、無方向性電磁鋼板を作製した。
【００３５】
次いで、上記のようにして得た各無方向性電磁鋼板から、Ｌ：１８０ｍｍ×Ｃ：３０ｍｍのＬ方向試験片を切り出して単板磁気試験を行い、Ｌ方向の磁束密度Ｂ５０（５０００Ａ／ｍで磁化したときの磁束密度）を測定し、この測定結果を表１に併記した。表１の結果から、本発明に適合する成分組成の鋼板を、本発明に適合する条件で仕上焼鈍した鋼板は、いずれもＬ方向のＢ５０が１．７５Ｔ以上であり、高い磁束密度が得られていることがわかる。
【００３６】
【表１】
0005854182.tif 000002
【図１】
0005854182.tif 000003
【図２】
0005854182.tif 000004