(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.0050％以下、
Si：1.0％以上4.0％以下、
Mn：0.10％以上3.0％以下、
Sol.Al：0.0050％未満、
Ｐ：0.01％超え0.20％以下、
Ｓ：0.0050％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
Cu：0.02％以上0.10％未満および
Ca：0.0005％以上0.0100％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記成分組成は、更に、SnおよびSbのうちから選んだ１種または２種を合計で0.01質量％以上0.1質量％以下にて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３】
質量％で、
Ｃ：0.0050％以下、
Si：1.0％以上4.0％以下、
Mn：0.10％以上3.0％以下、
Sol.Al：0.0050％未満、
Ｐ：0.01％超え0.20％以下、
Ｓ：0.0050％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
Cu：0.02％以上0.10％未満および
Ca：0.0005％以上0.0100％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有するスラブに熱間圧延を施し、得られた熱延板に焼鈍を行うことなく酸洗、そして冷間圧延を施し、引き続き仕上焼鈍を施す、無方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記熱間圧延の仕上圧延後に前記熱延板を650℃以上の温度でコイル状に巻き取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４】
前記成分組成は、更に、SnおよびSbのうちから選んだ１種または２種を合計で0.01質量％以上0.1質量％以下にて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の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に電気機器の鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板、特に再資源化の阻害要因を排除したリサイクル性に優れる無方向性電磁鋼板および、その製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球資源の枯渇や廃棄物の増加に対する懸念が強まり、様々な分野で資源をリサイクルする動きが活発になってきている。鉄鋼業では各種の鉄スクラップ、例えば自動車、洗濯機、エアコンなどを製鉄原料の一部として利用してきているが、今後鉄スクラップの量は更に増加していくと予想される。製鉄においてスクラップの量が増加することは、リサイクル性が良好になるということであるが、一方でスクラップには従来有害とされてきたＣｕなどが含まれるため、鉄鋼製品の品質が劣化するという問題がある。【０００３】
また、地球資源の観点から、省エネルギーに対する関心も高まってきている。モータの分野、例えば家庭用エアコンに用いるモータでは、消費電力が少なくエネルギー損失の小さいものが要求されている。そこで、モータの鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板に対しても高性能な特性が要求され、モータの鉄損を低減するために鉄損が低い無方向性電磁鋼板や、モータの銅損を低減するために磁束密度が高い無方向性電磁鋼板が、要求されている。
さらに、最近では鉄心材の打抜き時に発生するスクラップを鋳物の原料に活用する需要家が増えてきている。スクラップの鋳造性確保の観点からは、鋼板のAl含有量を0.05％未満に低減する必要が生じている。なぜなら、Al含有量が0.05％以上になると、鋳物中に鋳巣が生じ易くなるためである。【０００４】
Al含有量を低減した無方向性電磁鋼板について、特許文献１には、Al含有量を0.017％以下、好ましくは0.005％以下とすれば、集合組織の改善によって磁束密度が向上することが記載されている。一方で、かような極低Al材では、鉄損が劣化して磁気特性が不安定となることも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第4126479号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の様に、無方向性電磁鋼板を鉄スクラップとして再利用することを所期して、Al含有量を低くした場合に、磁気特性が不安定になることが、無方向性電磁鋼板をリサイクルする際の課題であった。本発明ではこの課題を解決し、リサイクル性に優れた無方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者らは、上記の課題を解決するために、リサイクル性に優れた無方向性電磁鋼板について鋭意研究したところ、後述のとおり極低Al材に、スクラップ材の利用等に起因するCuが混入した場合に磁気特性が大きくばらつくことを見出した。さらに、かような極低Al材にCuが混入した鋼は、磁気特性のばらつき抑制に、Caの添加が極めて有効であることを知見し、本発明を導くに到った。本発明は、上記の知見に立脚するものである。【０００８】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１.質量％で、
Ｃ：0.0050％以下、
Si：1.0％以上 4.0％以下、
Mn：0.10％以上 3.0％以下、
Sol.Al：0.0050％未満、
Ｐ：0.01％超え0.20％以下、
Ｓ：0.0050％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
Cu：0.02％以上0.10％未満および
Ca：0.0005％以上 0.0100％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。【０００９】
２．前記成分組成は、更に、SnおよびSbのうちから選んだ１種または２種を合計で0.01質量％以上0.1質量％以下にて含有することを特徴とする前記１に記載の無方向性電磁鋼板。【００１０】
３.質量％で、
Ｃ：0.0050％以下、
Si：1.0％以上 4.0％以下、
Mn：0.10％以上 3.0％以下、
Sol.Al：0.0050％未満、
Ｐ：0.01％超え0.20％以下、
Ｓ：0.0050％以下、
Ｎ：0.0050％以下、
Cu：0.02％以上0.10％未満および
Ca：0.0005％以上 0.0100％以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成を有するスラブに熱間圧延を施し、得られた熱延板に焼鈍を行うことなく酸洗、そして冷間圧延を施し、引き続き仕上焼鈍を施す、無方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記熱間圧延の仕上圧延後に前記熱延板を650℃以上の温度でコイル状に巻き取ることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。【００１１】
４．前記成分組成は、更に、SnおよびSbのうちから選んだ１種または２種を合計で0.01質量％以上0.1質量％以下にて含有することを特徴とする前記３に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、地球規模での環境および資源の保護に寄与するところが大きい、リサイクル性に優れた無方向性電磁鋼板を安定して提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】極低Al材においてCuが磁気特性に与える影響を示すグラフである。
【図２】Al添加材においてCuが磁気特性に与える影響を示すグラフである。
【図３】Caを添加した極低Al材においてCuが磁気特性に与える影響を示すグラフである。
【図４】Caを添加したAl添加材においてCuが磁気特性に与える影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明を実験結果に基づいて詳細に説明する。
なお、成分に関する「％」および「ppm」表示は、特に断らない限り「質量％」および「質量ppm」を意味するものとする。また、磁気特性は圧延方向（Ｌ）および圧延直角方向（Ｃ）にエプスタイン試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｃ2550に記載のエプスタイン法で測定し、Ｂ50(磁化力5000 A/m における磁束密度)およびＷ15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)で評価した。
【００１５】
最初に、無方向性電磁鋼板において極低Alとすることの磁気特性への影響を確認するため、以下の実験を行った。
まず、極低Al材として、Ｃ：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、Ｐ：0.04％、Al：0.0005％以下、Ｎ：0.002％およびＳ：0.002％を含有する鋼組成とした、鋼を８チャージ出鋼し、熱間圧延により板厚2.8mmとした。引き続き、この熱延板を酸洗してから板厚0.5mmまで冷間圧延し、20％Ｈ2-80％Ｎ2雰囲気中で1000℃×10ｓ間の仕上焼鈍を行った。その後、得られた材料の磁気特性を、チャージ毎に試験片を作製して調査したところ、チャージ間で磁気特性が大きくばらつくことが明らかとなった。また、成分分析を行ったところ、磁気特性が劣化した材料は、Cuが0.02％以上と他の材料よりも高く、従って、Cuが微細析出するなどして磁気特性が劣化したものと推察された。
ここで、スクラップ源には、例えば洗濯機やエアコン等の電化製品が用いられるため、導線のCuはスクラップ中に不可避的に含まれる。したがって、近年、製鉄原料としてスクラップの使用比率が高まっているために、磁気特性が劣化した材料にはスクラップ起因のCuが混入したものと考えられる。
【００１６】
そこで、磁気特性に及ぼすCuの影響を調査することとした。まず、極低Al材である、Ｃ：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、Ｐ：0.04％、Al：0.0005％以下、Ｎ：0.002％およびＳ：0.002％を含有する鋼と、比較のAl添加材である、Ｃ：0.002％、Si：1.3％、Mn：0.5％、Ｐ：0.04％、Al：0.3％、Ｎ：0.002％およびＳ：0.002％を含有する鋼とを、それぞれについてCu：0.005％〜0.04％の範囲で変化させて溶製した（いずれもCa無添加）。その後、熱間圧延により板厚2.8mmとした。引き続き、この熱延板を酸洗し板厚0.5mmまで冷間圧延し、20％Ｈ2-80％Ｎ2雰囲気中で1000℃×10ｓの仕上焼鈍を行った。これら仕上焼鈍板の磁気特性について調査した結果を、図１（極低Al＋Ca無添加）および図２（Al添加＋Ca無添加）に示す。なお、図１および２において、（ａ）は鉄損および（ｂ）は磁束密度の測定結果を示す。
図２に示すAl添加材では、Cu増加による磁気特性の劣化は比較的小さかった。一方、図１に示す極低Al材では、Cuが増加すると磁気特性が大きくばらつき、同じCu量の中で最も劣化した場合の磁気特性は非常に劣位にあることが明らかとなった。ただし、Cuが0.01％付近の材料では、極低Al材の方がAl添加材よりも磁気特性が良好であった。このように、極低Al材では優れた特性となるポテンシャルはあるものの、Cu増加による磁気特性の劣化量やばらつきが大きいことが問題であった。
【００１７】
この原因は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、極低Al材では窒化物を粗大化させる元素がないために窒化物は微細となり、この微細な窒化物とCuの硫化物との間で何らかの相互作用があり、特性がばらついたとものと考えられる。実際に、極低Al材において、Cuを十分に低減すれば良好な特性が得られている。従って、極低Al材ではCuを低減することが磁気特性を安定化させる一つの手段となり得る。しかしながら、そのためには鉄スクラップの使用比率を減少させる必要があり、環境および資源の保護に対する近年の流れに逆行することになる。
【００１８】
そこで、Cuを無害化するべく、Caを利用することを検討した。
極低Al材(Ca添加)として、Ｃ：0.002％、Si：1.6％、Mn：0.5％、Ｐ：0.04％、Al：0.0005％以下、Ｎ：0.002％、Ｓ：0.002％、Ca：0.003％を含有する鋼と、比較のためのAl添加材(Ca添加)として、Ｃ：0.002％、Si：1.3％、Mn：0.5％、Ｐ：0.04％、Al：0.3％、Ｎ：0.002％、Ｓ：0.002％およびCa：0.003％を含有する鋼とを、Cu：0.005〜0.04％の範囲で変化させて溶製した。その後、熱間圧延により板厚2.8mmとした。引き続き、この熱延板を酸洗し板厚0.5mmまで冷間圧延し、20％Ｈ2-80％Ｎ2雰囲気中で1000℃×10ｓの仕上焼鈍を行った。これら仕上焼鈍板の磁気特性について調査した結果を、図３（極低Al＋Ca添加）および図４（Al添加＋Ca添加）に示す。
図３および図４に示すように、Cu増加による磁気特性の劣化やばらつきが、Caの添加により抑制されることがわかった。この効果は、図３に示す極低Al材で極めて顕著であり、極低Al材はCu量に依存することなくAl添加材よりも良好な磁気特性が得られた。
以上の知見に基づいて、特にAl、CuおよびCaの量を規制することによって、極低Al材であっても良好な磁気特性が確実に保証された、リサイクル性に優れた無方向性電磁鋼板の提供が可能となった。
【００１９】
次に、本発明において、鋼成分を前記の組成範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.0050％以下
Ｃは、鉄損を劣化させるので少なければ少ないほど良い。Ｃが0.0050％を超えると鉄損増加がとくに顕著になることから、Ｃは0.0050％以下に限定する。Ｃは少なければ少ないほど好ましいので、下限はとくに限定する必要はないが、工業的規模の生産において0.0003％未満まで低減するには多大なコストを要することから、下限を0.0003％とすることが好ましい。
【００２０】
Si：1.0％以上4.0％以下
Siは、電気抵抗を高めて鉄損を低減する効果を有するため、下限を1.0％とする。一方、4.0％を超えると、圧延性の低下をもたらすため、Si量は4.0％以下に制限する。好ましくは、1.5〜3.3％である。
【００２１】
Al：0.0050％未満
Alは、需要家でのスクラップ活用の観点からは、スクラップ原料からの鋳造性確保のために0.05％未満が推奨されているが、本発明では、Alをさらに低減することにより集合組織を改善し磁束密度を向上させるために、0.0050％未満にする必要がある。従って、Alは0.0050％未満とした。好ましくは、0.0020％以下である。
【００２２】
Ｐ：0.01％超え0.20％以下
Ｐは、微量の添加で硬度を向上させるのに有用な元素である。需要家によって最適な硬度が異なるため、Ｐを0.01％超えの範囲で適宜含有させる。一方、Ｐの過剰な添加は圧延性の低下をもたらすので、Ｐ量は0.20％以下に制限する。好ましくは、0.03〜0.10％の範囲である。
【００２３】
Ｎ：0.0050％以下
Ｎは、前述したＣと同様、磁気特性を劣化させるので0.0050％以下に制限する。Ｎは少なければ少ないほど好ましいため、下限はとくに限定する必要はない。
【００２４】
Ｓ：0.0050％以下
Ｓは、析出物や介在物を形成し製品の磁気特性を劣化させるので少なければ少ないほど良い。磁気特性を劣化させないため、0.0050％以下に制限する。Ｓは少なければ少ないほど好ましいため、下限はとくに限定する必要はない。
【００２５】
Mn：0.10％以上3.0％以下
Mnは、Siと同様、電気抵抗を増加して鉄損を低減するのに有効な元素である。また、熱間脆性を防止するために0.10％以上は必要である。一方、3.0％を超えると飽和磁束密度の低下により磁束密度が低下するため、上限は3.0％とした。好ましくは、0.20〜1.0％の範囲である。
【００２６】
Ca：0.0005％以上0.0100％以下
本発明では、Cu量が高くAl量がごく低い材料であるため、磁気特性の安定化のためにCaを添加する。0.0005％未満ではその効果は充分でなく、一方、0.0100％を超えると、Ca酸化物が増えてかえって鉄損が劣化するため、0.0005％以上0.0100％以下とする。好ましくは、0.001％以上0.005％以下である。
【００２７】
Cu：0.02％以上0.1％未満
本発明では、資源のリサイクルを推進するために、製鉄原料のスクラップ比率を出来るだけ高くすることを所期している。このスクラップ比率を高めると、無方向性電磁鋼板の素材中にはCuが0.02％以上含まれることになる。なぜなら、スクラップ源には、例えば洗濯機やエアコン等の電化製品が用いられるため、導線のCuはスクラップ中に不可避的に含まれるからである。しかしながら、Cuが0.1％以上となると、Caの添加によっても特性の劣化を回避することが難しくなるため、上限は0.1％未満とした。
【００２８】
上記した基本成分に加えて、必要に応じて、SnおよびSbのうちから選んだ１種または２種を合計で0.01％以上0.1％以下添加することができる。
Sn，Sb：合計で0.01％以上0.1％以下
SnおよびSbはいずれも、集合組織を改善し磁気特性を高める効果を有する。この効果を得るために、SbおよびSnを単独添加または複合添加することができる。いずれの場合も、合計で0.01％以上添加することが好ましい。一方、過剰に添加すると鋼が脆化し、鋼板製造中の板破断やヘゲが増加するため、SnおよびSbは単独添加または複合添加のいずれの場合も合計で0.1％以下とすることが好ましい。より好ましくは、0.02〜0.08％の範囲である。
【００２９】
以上の成分のほかの残部は、鉄および不可避的不純物であり、不可避的不純物としては、Ｖ≦0.004％、Ｎｂ≦0.004％、Ｂ≦0.0005％、Ｎｉ≦0.05％、Ｃｒ≦0.05％、Ｔｉ≦0.002％等がある。
【００３０】
次に、本発明に従う製造方法について述べる。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造では、熱延板焼鈍を省略する場合に熱間圧延後のコイル巻取り温度を規制する必要があるが、それ以外は一般の無方向性電磁鋼板に適用されている工程および設備を用いて実施することができる。
例えば、転炉あるいは電気炉などで所定の成分組成に溶製された鋼を、脱ガス設備で二次精錬し、鋳造したのち、熱間圧延を行う。熱間圧延後の熱延板焼鈍は、行ってもよいが必須ではない。熱延板焼鈍を施す場合の焼鈍温度は、再結晶を十分に生じさせる観点から800℃以上が好ましく、製造コストの観点から1200℃以下とすることが好ましい。なお、製造コストの抑制の観点からは、熱延板焼鈍は省略した方が有利である。ついで、酸洗、冷間圧延、仕上焼鈍および絶縁被膜形成といった工程を経て製造することができる。
【００３１】
ここで、特に熱延板焼鈍を省略する場合は、熱間圧延後のコイル巻取り温度を650℃以上とすることが必要である。冷間圧延前の鋼板が十分に再結晶していないと、リジングの発生や磁気特性が劣化するため、熱延板焼鈍を省略する場合は巻取り温度を650℃以上として再結晶化を促進する必要がある。好ましくは、670℃以上である。
なお、熱延板焼鈍を行う場合は、巻取り温度を650℃以上としなくともよい。
【００３２】
上記熱延板の厚さは特に問わないが、1.5〜3.0mmが好ましく、さらに好ましくは、1.7〜2.8mmである。なぜなら、1.５mm未満では熱間圧延での圧延トラブルが増加し、一方、3.0mm超えでは冷延圧下率が増加し集合組織が劣化するからである。同様に、冷延板の厚さは特に問わないが、0.20〜0.50mmが好ましい。なぜなら、0.20mm未満では、生産性が低下し、一方、0.50mm超えでは鉄損低減効果小さいからである。
【００３３】
上記冷間圧延は、板温が200℃程度の温間圧延としてもよい。次いで、上記仕上焼鈍の均熱温度は700℃以上1150℃以下とするのが好ましい。というのは、焼鈍の均熱温度が700℃未満では再結晶が十分に進行せず磁気特性が大幅に劣化する場合があることに加え、連続焼鈍における板形状の矯正効果が十分に発揮されない、おそれがある。一方、1150℃を超えると結晶粒が極めて粗大化してしまい、特に高周波数域での鉄損が増加する、おそれがある。
【実施例】
【００３４】
溶銑を転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことにより、表１に示す成分組成に調整後、連続鋳造機を用いてスラブを鋳造し、スラブを1120℃で１時間加熱後、板厚2.8mmまでの熱間圧延を行った。該熱間圧延における仕上げ圧延温度は900℃で、680℃にて巻取りを行った。その後、該熱間圧延後に熱延板焼鈍を施すことなしに酸洗し、板厚：0.50mmまで冷間圧延を施したのち、980℃で10秒間の仕上焼鈍を行った。【００３５】
ただし、鋼種ＦとＣ２は熱間圧延後の巻取り温度を550℃とし、さらに鋼種Ｃ２は熱間圧延後に均熱温度1000℃、均熱時間30秒の熱延板焼鈍を連続焼鈍にて施した。また、鋼種Ｈは熱間圧延時に割れが発生したため、熱間圧延以降の工程は施さなかった。その後の冷間圧延では、鋼種Ｍおよび鋼種Ｇは破断が発生し、鋼種Ｆはリジングが発生したため、冷間圧延以降の工程は施さなかった。【００３６】
さらに、得られた製品板の磁気特性を調査した。磁気特性は圧延方向（Ｌ）および圧延直角方向（Ｃ）にエプスタイン試験片を切り出し、ＪＩＳ  Ｃ2550に記載のエプスタイン法で測定し、Ｂ50（磁化力：5000A/mにおける磁束密度）およびＷ10/400（磁束密度：1.0Ｔ、周波数：400Hzで励磁したときの鉄損）で評価した。
得られた結果を表１に併記する。【００３７】
【表１】
0005920548.tif 000002
【００３８】
表１に示したとおり、本発明に従い製造した場合には、熱延および冷延での破断はなく、また良好な磁気特性を得ることができた。
【要約】
無方向性電磁鋼板を鉄スクラップとして再利用することを所期してAl含有量を低くした場合に、磁気特性が不安定になることのない、リサイクル性に優れた無方向性電磁鋼板を提供する。
質量％で、Ｃ：0.0050％以下、Si：1.0％以上 4.0％以下、Mn：0.10％以上 3.0％以下、Sol.Al：0.0050％未満、Ｐ：0.01％超え0.20％以下、Ｓ：0.0050％以下、Ｎ：0.0050％以下、Cu：0.02％以上0.10％未満およびCa：0.0005％以上 0.0100％以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の成分組成とする。【図１】
0005920548.tif 000003
【図２】
0005920548.tif 000004
【図３】
0005920548.tif 000005
【図４】
0005920548.tif 000006