(57)【要約】  高磁場域の鉄損が低い無方向性電磁鋼板を提供する。  本発明による無方向性電磁鋼板は、質量％でC：0.005％以下、Si：5％以下、Al：3％以下、Mn：5％以下、S：0.005％以下、P：0.2％以下、N：0.005％以下、Mo：0.001〜0.04％、Ti：0.0030％以下、Nb：0.0050％以下、V：0.0050％以下、およびZr：0.0020％以下を含み、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％含有し、残部鉄および不可避不純物の成分組成からなる。
2013046661.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でC：0.005％以下、Si：5％以下、Al：3％以下、Mn：5％以下、S：0.005％以下、P：0.2％以下、N：0.005％以下、Mo：0.001〜0.04％、Ti：0.0030％以下、Nb：0.0050％以下、V：0.0050％以下、およびZr：0.0020％以下を含み、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％含有し、残部鉄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。
【請求項２】
前記成分組成は、さらに、質量％でCa：0.001〜0.01％、Mg：0.0005〜0.005％およびREM：0.001〜0.05％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記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記成分組成は、さらに、質量％でCr：0.4〜5％を含有することを特徴とする請求項1または２記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記成分組成は、さらに、質量％でNi:0.1〜5％、Co：0.1〜5％およびCu：0.05〜2%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記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
前記成分組成は、さらに、質量％でNi:0.1〜5％、Co：0.1〜5％およびCu：0.05〜2%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３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、鉄損、特に高磁場での鉄損特性に優れた無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車用モータや電気自動車用のモータでは、発進時や登坂時に大きなトルクが要求される。モータのトルクアップを図るにはモータサイズの大型化が効果的であるが、車両重量が増加することから燃費の悪化につながるという問題がある。このため、これらモータでは発進時や登坂時に、従来にない1.9〜2.0Tといった高磁束密度域で使用するように設計される場合がある。【０００３】
ところで、電磁鋼板は、モータのロータを構成するコアの形状に打ち抜き加工して該コア材として供するが、この打ち抜き加工に伴う歪の導入により該加工前に比して鉄損が劣化する。そのため、モータにした場合、素材特性から予測された鉄損に比べ大幅にモータ損失が増加する場合がある。この対策として、750℃×2h程度の歪取り焼鈍が施される場合がある。また、歪取り焼鈍により結晶粒を成長させることにより、一層の磁気特性向上も期待できる。例えば、特許文献１にはAl添加量を高めることにより歪取り焼鈍時の粒成長性を向上させ鉄損を低下させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許３４５８６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、本発明者らが調査したところ、従来の磁束密度1.0〜1.5T程度の領域では歪取り焼鈍により鉄損は低下するものの、高磁場域ではむしろ鉄損が増加する場合があることが明らかとなり、ここに、高磁場鉄損を安定して低減する技術が求められている。そこで、本発明は、特に高磁場域の鉄損が低い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】
【０００６】
本発明者らが上記課題の解決に向けて鋭意検討したところ、高磁場特性を改善するためにはSnもしくはSbとMoとの複合添加により鋼板表層部における窒化層および酸化物層の生成を抑制するのが効果的であることを知見した。【０００７】
本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下の構成を有する。
（１）質量％でC：0.005％以下、Si：5％以下、Al：3％以下、Mn：5％以下、S：0.005％以下、P：0.2％以下、N：0.005％以下、Mo：0.001〜0.04％、Ti：0.0030％以下、Nb：0.0050％以下、V：0.0050％以下、およびZr：0.0020％以下を含み、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％含有し、残部鉄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。【０００８】
（２）前記成分組成は、さらに、質量％でCa：0.001〜0.01％、Mg：0.0005〜0.005％およびREM：0.001〜0.05％の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（１）記載の無方向性電磁鋼板。【０００９】
（３）前記成分組成は、さらに、質量％でCr：0.4〜5％を含有することを特徴とする上記（1）または（2）記載の無方向性電磁鋼板。【００１０】
（４）前記成分組成は、さらに、質量％でNi:0.1〜5％、Co：0.1〜5％およびCu：0.05〜2%の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（1）または（2）に記載の無方向性電磁鋼板。【００１１】
（５）前記成分組成は、さらに、質量％でNi:0.1〜5％、Co：0.1〜5％およびCu：0.05〜2%の１種または２種以上を含有することを特徴とする上記（3）に記載の無方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に従って、SnおよびSbのいずれか１種又は２種とMoとの複合添加により鋼板表層部の窒化層および酸化物層の生成を抑制して無方向性電磁鋼板を製造することで、高磁場域の鉄損が低い材料を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】Sb添加量と鉄損との関係を示すグラフである。
【図２】Mo添加量と鉄損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】
【００１４】
以下、本発明の詳細をその限定理由と共に説明する。なお、以下に示す鋼板成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。
【００１５】
最初に、本発明を導くに至った実験結果について詳述する。すなわち、磁気特性に及ぼすSbの影響について調査するため、C：0.0015％、Si：3.3％、Al：1.0％、Mn：0.2％、S：0.0005％、P：0.01％、N：0.0020％、Ti：0.0010％、Nb：0.0005％、V：0.0010％、およびZr：0.0005％を含む組成と、C：0.0013％、Si：3.3％、Al：1.0％、Mn：0.2％、S：0.0006％、P：0.01％、N：0.0018％、Mo：0.005％とし、Ti：0.0010％、Nb：0.0005％、V：0.0010％、およびZr：0.0005％を含む組成とにおいて、それぞれSbを0〜0.1％の範囲で変化させた鋼、を実験室にて溶解し、熱間圧延を行った。引き続きこの熱間圧延板に100％N２雰囲気で1000℃×30ｓの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35ｍｍまで冷間圧延し、10％Ｈ２-90％Ｎ２雰囲気で1000℃×10ｓ間の仕上焼鈍を行ない、DXガス中(Ｈ2：４％、ＣＯ：７％、ＣＯ2：８％、Ｎ2：残部)にて750℃×2ｈの歪取り焼鈍を行った。
【００１６】
このようにして得られた供試材のSb添加量とW19/100およびW15/100値との関係を図１に示す。ここで、鉄損を1.9T、100Hzの特性で評価したのは、ハイブリッド電気自動車において大トルクが要求される発進並びに登坂時に、この程度の磁束密度、周波数で使用されるためであり、W15/100は従来の評価点である。図1より、特にMo添加鋼にてSbが0.001％以上でW19/100が大きく低下していることがわかる。一方、W15/100はSbが0.001％以上で低下するものの、W19/100に比べるとその低下代は少ないことがわかる。
【００１７】
次に、SbおよびMoの複合添加の効果が磁束密度レベルにより異なったことの原因を調査するため、SEMにて鋼板組織の調査を行った。その結果、SbおよびMoを添加しない材料では、鋼板表層部に窒化層および酸化層が認められ、Sbのみを添加した鋼では窒化層の生成が軽微となっており、さらにSbおよびMoを複合添加した鋼では窒化層および酸化層の生成はともに軽微となっていた。この窒化層、酸化層が高磁場域の鉄損をより大きく増加させた原因は、以下のように考えられる。
【００１８】
すなわち、1.5T程度の低磁場域では磁束密度が高くないため、鋼板内部の磁壁移動の容易な結晶粒のみが磁化することにより十分に磁束を通すことが可能であるが、1.9Tの高磁場域まで磁化するためには鋼板全体を磁化する必要があるため、鋼板表層部の窒化層、酸化層を含む磁壁移動の困難な結晶粒をも磁化させる必要がある。そして、このような磁壁移動の困難な結晶粒を高磁場域まで磁化するためには大きなエネルギーを必要とするため、鉄損が高くなったものと考えられる。
【００１９】
ここで、表層の窒化層および酸化層は仕上げ焼鈍時、および歪取り焼鈍時に生じたと考えられるが、Sb添加により窒化が抑制され、さらにMo添加により酸化が抑制されたため、高磁場での鉄損が大きく低下したものと考えられる。以上のことからSbの下限を0.001％とする。一方、Sbが0.1％を超えた場合にはいたずらにコストアップとなるため上限を0.1％とした。Snについても同様の実験を実施し、同様の結果を得た。すなわち、SbとSnとは等価な成分であった。
【００２０】
さらに、Moの最適添加量について調査を行った。すなわち、C：0.0015％、Si：3.3％、Al：1.0％、Mn：0.2％、S：0.002％、P：0.01％、N：0.0020％、Ti：0.0010％、Nb：0.0005％、V：0.0010％、Zr：0.0005％、およびSb：0.005％を含み、Moを0〜0.1％の範囲で変化させて添加した鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延を行った。引き続きこの熱間圧延板に100％N２雰囲気で1000℃×30ｓの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.20ｍｍまで冷間圧延し、２０％H２-８０％N２雰囲気で1000℃×10ｓ間の仕上焼鈍を行ない、DXガス中にて750℃×2ｈの歪取り焼鈍を行った。
【００２１】
このようにして得られた供試材のMo添加量とW19/100およびW15/100値との関係を図2に示す。図2よりMoが0.001％以上でW19/100が低下し、0.04％以上でW19/100が増加していることがわかる。一方、W15/100はMo添加による鉄損低減は認められず、Moが0.04％以上で増加する結果となった。Moが0.001％以上で高磁場域の鉄損が低下した原因を調査するため、SEMにて鋼板組織の調査を行った。その結果、Moを添加しない材料では鋼板表層部に窒化層および酸化層の生成が認められたが、Mo添加材では窒化層および酸化層の生成認められなかった。このようにSnおよびMoの複合添加により窒化、酸化が抑制されたことが高磁場域の鉄損が低下した原因と考えられる。一方、Moが0.04％以上の材料の組織を観察したところ、Mo系の炭窒化物が観察された。このことからMoが0.04％以上の材料では炭窒化物の存在により磁壁移動が妨げられ、鉄損が増加したものと考えられる。以上のことからMoは0.001％以上、0.04％以下とする。
【００２２】
次に、各成分の限定理由について説明する。
【００２３】
C：0.005％以下
Cは磁気時効防止の観点から0.005％以下とする。なお、工業的にはCの含有量を0％とすることは困難であるので、Cは0.0005％以上含有されることが多い。
【００２４】
Si：5％以下
Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるため1％以上の添加が好ましい。一方、5％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限は5％とする。
【００２５】
Al：3％以下
AlもSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるため、0.1％以上の添加が好ましい。一方、3％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を3％とする。
【００２６】
Mn：5％以下
Mnは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるため0.1％以上の添加が好ましい。一方、5％以上になると磁束密度を低下させるので上限を5％とする。
【００２７】
S：0.005％以下
Sは0.005％を超えるとMnSの析出により鉄損が増大するため、上限を0.005％とする。なお、Sは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはSの含有量を0％とすることは困難であるので、Sは0.0005％以上含有されることが多い。
【００２８】
P：0.2％以下
Pは0.2％を超えて添加すると鋼板が硬くなるため0.2％以下、より好ましくは0.1％以下とする。なお、Pは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはPの含有量を0％とすることは困難であるので、Pは0.01％以上含有されることが多い。
【００２９】
N：0.005％以下
Nは、含有量が多い場合にはAlNの析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下とする。なお、Nは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはNの含有量を0％とすることは困難であるので、Nは0.001％以上含有されることが多い。
【００３０】
Ti:0.0030％以下
Tiは、0.0030%を超えるとTi系の炭窒化物を形成し、鉄損を増加させるため上限を0.0030％とする。なお、Tiは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはTiの含有量を0％とすることは困難であるので、Tiは0.0005％以上含有されることが多い。
【００３１】
Nb：0.0050％以下
Nbは、0.0050%を超えるとNb系の炭窒化物を形成し、鉄損を増加させるため上限を0.0050％とする。なお、Nbは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはNbの含有量を0％とすることは困難であるので、Nbは0.0001％以上含有されることが多い。
【００３２】
V:0.0050％以下
Vは、0.0050％を超えると、V系の炭窒化物を形成し、鉄損を増加させるため上限を0.0050％とする。なお、Vは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはVの含有量を0％とすることは困難であるので、Vは0.0005％以上含有されることが多い。
【００３３】
Zr:0.0020％以下
Zrが混入した場合には窒化物形成能が強いため、Sb、Sn、Moを添加したとしても表層の窒化を十分に抑制することができず、高磁場域の鉄損が高くなる。このためZrは0.002％以下とする。なお、Zrは下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはZrの含有量を0％とすることは困難であるので、Zrは0.0005％以上含有されることが多い。
【００３４】
SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％
SnはSb同様0.001％以上添加すると仕上げ焼鈍時の窒化を防止し、鉄損が低下するため下限を0.001％とする。一方、0.1％を超えるといたずらにコストアップとなるため上限を0.1％とする。
以下は添加成分である。
【００３５】
Ca：0.001〜0.01％、Mg：0.0005〜0.005％およびREM：0.001〜0.05％の１種または２種以上
CaはCaSとして析出して微細な硫化物の析出を抑制し鉄損を低減するのに有効な成分であり、そのためには0.001％以上で添加することが好ましい。一方、0.01％を超えるとCaSの析出量が多くなり却って鉄損が増加するため、上限を0.01％とすることが好ましい。
【００３６】
Mgは介在物形態を球形として鉄損を低減するのに有効な成分であり、そのためには0.0005％以上で添加することが好ましい。一方、0.005％を超えるとコストアップとなるため上限を0.005％とすることが好ましい。
【００３７】
REMは希土類元素であり、硫化物を粗大化して鉄損を低減するのに有効な成分であり、そのためには0.001％以上で添加することが好ましい。一方、0.05％を超えて添加しても効果が飽和し、いたずらにコストアップとなるため上限を0.05％とすることが好ましい。
【００３８】
Cr：0.4〜5％
Crは固有抵抗アップにより鉄損を低減するのに有効な成分であり、そのためには0.4％以上で添加することが好ましい。一方、5％を超えると磁束密度が低下するため上限を5％とすることが好ましい。なお、Crを微量に含有する場合に生成され易い微細なCr炭窒化物の形成を抑止して、磁気特性を改善する観点からはCrを0.05％以下に低減するか、もしくは0.4〜5％の範囲で添加するかのいずれかとすることがより好ましい。なお、Crを0.05％以下に低減する場合においては、下限を0％とすることが好ましいが、工業的にはCrの含有量を0％とすることは困難であるので、Crは0.005％以上含有されることが多い。
【００３９】
さらに、磁気特性向上の観点でNi、Co、Cuを添加しても構わない。範囲はNi:0.1〜5％、Co：0.1〜5％、Cu：0.05〜2%であることが好ましい。
【００４０】
次に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
本発明においては、上記した成分組成の範囲に規制することが肝要であり、製造条件については特に限定する必要はなく、無方向性電磁鋼板の一般に従って製造することができる。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、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た後に、仕上焼鈍を行う。
【実施例】
【００４１】
転炉で吹練して得た溶鋼を脱ガス処理したのちに鋳造して、表1−1及び1−2に示す成分の鋼スラブを作製した。その後、１１４０℃×１ｈのスラブ加熱を行った後、板厚２．０ｍｍまで熱間圧延を行った。ここで、熱間圧延仕上げ温度は８００℃であり、仕上げ圧延後６１０℃で巻取りを行った。この巻取り後、100％N2雰囲気で1000℃×30ｓの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.30〜0.35ｍｍまで冷間圧延を行い、10％Ｈ2-90％Ｎ2雰囲気で表2−1及び2−2に示す条件において仕上焼鈍を行い、仕上げ焼鈍まま、もしくは歪取り焼鈍を行った後、磁気特性を評価した。磁気測定は圧延方向および圧延直角方向よりエプスタインサンプルを切り出しエプスタイン測定を行った。【００４２】
【表１−１】
2013046661.tif 000003
【表１−２】
2013046661.tif 000004
【表２−１】
2013046661.tif 000005
【表２−２】
2013046661.tif 000006
【００４３】
表2−1にNo.1〜3として示した比較例では、SnおよびSbのいずれか１種又は２種ならびにMoの含有量が本発明範囲より低く、その結果、W19/100の値が高い。No.７として示した比較例では、Moの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果、W19/100の値が高い。No.23として示した比較例では、Tiの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W15/100およびW19/100の値が高い。No.26として示した比較例では、Nbの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W19/100の値が高い。No.29として示した比較例ではVの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W19/100の値が高い。表2−2にNo.31として示した比較例ではZrの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W19/100の値が高い。No.36として示した比較例ではCの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W15/100およびW19/100の値が高い。No.38として示した比較例では、Alの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果、磁束密度B50の値が低い。No.43として示した比較例では、Nの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W15/100およびW19/100の値が高い。No.44として示した比較例では、Sの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果W15/100およびW19/100の値が高い。No.47として示した比較例では、Mnの含有量が本発明範囲よりも多く、その結果、磁束密度B50の値が低く、W15/100およびW19/100の値も共に高い。また、No.1〜47として示した例とは板厚が異なるNo.48として示した比較例では、SnおよびSbのいずれか１種又は２種ならびにMoの含有量が本発明範囲より低く、No.49として示す同様の板厚の発明例よりも、W15/100およびW19/100の値が高い。【００４４】
他方、本発明例では、磁束密度B50の値およびW19/100の値が良好であり、高磁場域にて鉄損が低い材料が得られた。
【図１】
2013046661.tif 000007
【図２】
2013046661.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月14日(2014.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：0.005％以下、Si：2.3％以上５％以下、Al：３％以下、Mn：５％以下、Ｓ：0.005％以下、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下、Mo：0.001〜0.04％、Ti：0.0030％以下、Nb：0.0050％以下、Ｖ：0.0050％以下、およびZr：0.0020％以下を含み、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％含有し、残部鉄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。
【請求項２】
前記成分組成は、さらに、質量％でCa：0.001〜0.01％、Mg：0.0005〜0.005％およびREM：0.001〜0.05％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記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記成分組成は、さらに、質量％でCr：0.4〜５％を含有することを特徴とする請求項１または２記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
前記成分組成は、さらに、質量％でNi:0.1〜５％、Co：0.1〜５％およびCu：0.05〜２％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記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
前記成分組成は、さらに、質量％でNi：0.1〜５％、Co：0.1〜５％およびCu：0.05〜２％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３記載の無方向性電磁鋼板。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下の構成を有する。
（１）質量％でＣ：0.005％以下、Si：2.3％以上５％以下、Al：３％以下、Mn：５％以下、Ｓ：0.005％以下、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下、Mo：0.001〜0.04％、Ti：0.0030％以下、Nb：0.0050％以下、Ｖ：0.0050％以下、およびZr：0.0020％以下を含み、SbおよびSnのいずれか１種または２種を合計で0.001〜0.1％含有し、残部鉄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。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
このようにして得られた供試材のMo添加量とW19/100およびW15/100値との関係を図２に示す。図２よりMoが0.001％以上でW19/100が低下し、0.04％超でW19/100が増加していることがわかる。一方、W15/100はMo添加による鉄損低減は認められず、Moが0.04％超で増加する結果となった。Moが0.001％以上で高磁場域の鉄損が低下した原因を調査するため、SEMにて鋼板組織の調査を行った。その結果、Moを添加しない材料では鋼板表層部に窒化層および酸化層の生成が認められたが、Mo添加材では窒化層および酸化層の生成が認められなかった。このようにSnおよびMoの複合添加により窒化、酸化が抑制されたことが高磁場域の鉄損が低下した原因と考えられる。一方、Moが0.04％超の材料の組織を観察したところ、Mo系の炭窒化物が観察された。このことからMoが0.04％超の材料では炭窒化物の存在により磁壁移動が妨げられ、鉄損が増加したものと考えられる。以上のことからMoは0.001％以上、0.04％以下とする。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
Si：５％以下
Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるため、2.3％以上で添加する。一方、５％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため、上限は５％とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
[表1-1]
2013046661.tif 000009
[表1-2]
2013046661.tif 000010
[表2-1]
2013046661.tif 000011
[表2-2]
2013046661.tif 000012
【国際調査報告】
2013046661.tif 000013
2013046661.tif 000014
2013046661.tif 000015
2013046661.tif 000016