(57)【要約】【課題】  高周波鉄損のすぐれた電磁鋼板を、例えば冷間圧延性など通常の電磁鋼板と変わることなく、安定して製造することを目的とする。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．５〜６．５％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．３０％以下、ＳまたはＳｅ：０．０４０％以下、Ａｌ：２．５０％以下、Ｃｕ：２．０〜３０．０％、Ｎ：０．００４０％以下を含有し、鋼材内部にＣｕからなる金属相を含有しないことを特徴とする高周波鉄損のすぐれた電磁鋼板。その製造方法としては、最高到達温度においても鋼材内にオーステナイト相が生成しないような８００℃以上の温度域からの冷却工程を、４０℃／秒以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却する熱処理を行う。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．５〜６．５％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．３０％以下、ＳまたはＳｅ：０．０４０％以下、Ａｌ：２．５０％以下、Ｃｕ：２．０〜３０．０％、Ｎ：０．０４００％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ鋼材内部にＣｕからなる金属相を含有しないことを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項２】
質量％で、さらに、Ｎｂ：８％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１５．０％以下の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に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項３】
室温から１１５０℃の温度域においてフェライト単相であるか、または質量％で、
９８０−４００×Ｃ＋５０×Ｓｉ−３０×Ｍｎ＋４００×Ｐ＋１００×Ａｌ−２０×Ｃｕ−１５×Ｎｉ−１０×Ｃｒ＞９００
を満たすことを特徴とする請求項１または２に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項４】
質量％で、さらに、Ｂｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｃｏの１種または２種以上を合計で０．５％以下含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの項に記載の鋼板のうち、Ｃｕ以外の鋼成分が実質的に同じで、かつＣｕ：０．１％かつ結晶粒径が同等である鋼板との比較において、鉄損Ｗ10/400が０．８０倍以下であることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの項に記載の鋼板のうち、Ｃｕ以外の鋼成分が実質的に同じで、かつＣｕ：０．１％かつ結晶粒径が同等である鋼板との比較において、引張強度が２．０倍以下であることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項７】
４５０℃３０分の熱処理により鋼材内部の直径０．０２μｍ以下の主としてＣｕからなる金属相の数密度が２０個／μｍ3以上に増加することを特徴とする請求項１〜６のいずれかの項に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項８】
４５０℃３０分の熱処理により引張強度が１００ＭＰａ以上上昇することを特徴とする請求項１〜７のいずれかの項に記載の磁気特性の著しく優れた高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかの項に記載の鋼板を製造する過程において、冷延以降の最終熱処理を、８００℃以上の温度域で５秒以上保持し、かつ、この熱処理における最高到達温度においても鋼材内にオーステナイト相が生成しないような熱処理とすることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの項に記載の鋼板を製造する過程において、８００℃以上の温度域で５秒以上保持した後の冷却工程を、４０℃／秒以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却するものであることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１１】
前記冷却工程において、７００〜４００℃の滞在時間を５秒以下とすることを特徴とする請求項１０記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれかの項に記載の熱処理の後、４００℃を超える温度域に３０秒以上保持しないことを特徴とする高周波磁気特性の優れた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、特定成分を有する電磁鋼板に、さらにＣｕを含有させ適切な工程処理を施すことにより鋼中Ｃｕのほぼ全量を固溶Ｃｕとして存在させ、特に高周波領域での磁気特性が良好な電磁鋼板、特に無方向性電磁鋼板を提供するものである。本発明により得られる電磁鋼板は、鋼板中を高周波磁界が透過する高速回転機や、リアクトル等への使用に好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来、モーター部品である回転子および固定子用材料には積層された電磁鋼板が用いられてきた。最近、モーターの高速回転化のみならず、モーター構造の複雑化により、鋼板中に高周波磁束が透過するようになり、高周波での磁気特性、特に鉄損上昇が問題となることが多くなっている。
【０００３】
鋼板の鉄損は一般的には、ヒステリシス損と渦電流損に分けられるが、ヒステリシス損は周波数の１乗に比例するのに対し、渦電流損は周波数の２乗に比例しているため、高周波領域では渦電流損が鉄損の大半を占めるようになり、渦電流による鉄損をいかに抑えるかが重要となる。
【０００４】
この目的では、鋼板の電気抵抗を高めることが有効であることがよく知られており、一般的にはＳｉ、Ａｌ、Ｃｒ等を高濃度で含有した鋼が使用され、いくつか提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２では、Ｓｉ含有量を高め、さらにＭｎ，Ｎｉ，Ｍｏ，Ｃｒなどの固溶体強化成分の１種または２種以上を含有させたスラブを素材とすることが提案されているが、鋳造性の劣化、圧延時の板破断の発生が頻発等による生産性の低下、歩留りの低下をもたらすなど改善の余地がある。また、これらの成分を多量に含有させた場合、磁束密度が大幅に低下するという問題点がある。
【０００５】
また、Ｃｕを多量に含有させた電磁鋼板に関する技術が特許文献３、４で開示しているが、鋼中に析出したＣｕ相が原因となり、渦電流損の低減は十分とは言えず、高周波特性が問題となる用途への適用には改善の余地があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平１−１６２７４８号公報
【特許文献２】特開昭６１−８４３６０号公報
【特許文献３】特開２００４−８４０５３号公報
【特許文献４】特開２００４−９９９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、合金元素を多量に含有する電磁鋼板について多くの提案がなされているが、必要な磁気特性を確保しつつ、工業的に安定して製造するまでに到っていないというのが実情である。
【０００８】
本発明は、磁束密度が良好で、特に高周波鉄損が優れ、かつ鋳造性、冷間圧延性などを大きく劣化させず、安定して製造できる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】
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、Ｃｕを含有させて適切な熱処理を電磁鋼板に施すことにより、添加したＣｕの大部分を固溶Ｃｕとして含有させ、従来の合金元素添加に伴なう磁気特性あるいは製造性の劣化を招くことなく、高周波磁気特性に優れた電磁鋼板を得るものである。その要旨は以下のとおりである。
（１）従来、見られないほど多量のＣｕを添加する。
（２）高温領域でオーステナイト相の生成を抑制する。
（３）高温熱処理をフェライト領域で行うことで、多量のＣｕを固溶させる。
（４）冷却中に過飽和となるＣｕが析出しないよう、冷却を制御する。
これにより、添加したＣｕは最終製品でも固溶Ｃｕとして存在し、従来では考えられないほどの渦電流損の抑止効果を発現し、良好な高周波鉄損を得ることができるとともに、磁束密度劣化への影響は比較的小さく抑えることが可能となる。
以上の効果は、具体的には
（１）  質量％で、Ｃ：０．０６％以下、Ｓｉ：１．５〜６．５％、Ｍｎ：０．０５〜３．０％、Ｐ：０．３０％以下、ＳまたはＳｅ：０．０４０％以下、Ａｌ：２．５０％以下、Ｃｕ：２．０〜３０．０％、Ｎ：０．０４００％以下を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ鋼材内部にＣｕからなる金属相を含有しないことを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（２）  質量％で、さらに、Ｎｂ：８％以下、Ｔｉ：１．０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１５．０％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする（１）に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（３）  室温から１１５０℃の温度域においてフェライト単相であるか、または質量％で、
９８０−４００×Ｃ＋５０×Ｓｉ−３０×Ｍｎ＋４００×Ｐ＋１００×Ａｌ−２０×Ｃｕ−１５×Ｎｉ−１０×Ｃｒ＞９００
を満たすことを特徴とする（１）または（２）に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（４）  質量％で、さらに、Ｂｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｌａ，Ｃｏの１種または２種以上を合計で０．５％以下含有することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかの項に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（５）  （１）〜（４）のいずれかの項に記載の鋼板のうち、Ｃｕ以外の鋼成分が実質的に同じでかつＣｕ：０．１％かつ結晶粒径が同等である鋼板との比較において、鉄損Ｗ10/400が０．８０倍以下であることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（６）  （１）〜（５）のいずれかの項に記載の鋼板のうち、Ｃｕ以外の鋼成分が実質的に同じでかつＣｕ：０．１％かつ結晶粒径が同等である鋼板との比較において、引張強度が２．０倍以下であることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（７）  ４５０℃３０分の熱処理により鋼材内部の直径０．０２μｍ以下の主としてＣｕからなる金属相の数密度が２０個／μｍ3以上に増加することを特徴とする（１）〜（６）のいずれかの項に記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（８）  ４５０℃３０分の熱処理により引張強度が１００ＭＰａ以上上昇することを特徴とする（１）〜（７）のいずれかの項に記載の磁気特性の著しく優れた高周波磁気特性の優れた電磁鋼板。
（９）  （１）〜（８）のいずれかの項に記載の鋼板を製造する過程において、冷延以降の最終熱処理を、８００℃以上の温度域で５秒以上保持し、かつ、この熱処理における最高到達温度においても鋼材内にオーステナイト相が生成しないような熱処理とすることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
（１０）  （１）〜（９）のいずれかの項に記載の鋼板を製造する過程において、８００℃以上の温度域で５秒以上保持した後の冷却工程を、４０℃／秒以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却するものとすることを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
（１１）  前記冷却工程において、７００〜４００℃の滞在時間を５秒以下とすることを特徴とする（１０）記載の高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
（１２）  （９）〜（１１）のいずれかの項に記載の熱処理の後、４００℃を超える温度域に３０秒以上保持しないことを特徴とする高周波磁気特性の優れた電磁鋼板の製造方法。
によって得ることが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、含有するＣｕの大部分を固溶Ｃｕとして電磁鋼板内に存在させることにより、Ｃｕ以外の固溶元素添加による生産性の諸問題を伴なうことなく、安定した製造方法により高周波磁気特性の優れた電磁鋼板を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
先ず、本発明による電磁鋼板の成分組成について説明する。
【００１２】
Ｃは磁気特性を劣化させるので０．０６％以下とする。高強度化、特に降伏応力の上昇や温間強度、クリープ強度の向上、温間での疲労特性を向上させる観点からは有効な元素である。また集合組織改善に有効に働き、磁性にとって好ましくない｛１１１｝方位の発達を抑制し、好ましい｛１１０｝や｛１００｝、｛１１４｝等の方位の発達を促進する効果もある。この観点からは好ましくは０．０４％以下、さらに好ましくは０．００３１〜０．０３０１％、さらに好ましくは０．００５１〜０．０２２１％、さらに好ましくは０．００７１〜０．０１８１％、さらに好ましくは０．００８１〜０．０１５１％である。本発明範囲内であれば４００℃以下の温度域での緩冷却、低温保持等の熱履歴等により磁気時効もそれほど大きな問題とはならない程度に抑制することも可能である。
【００１３】
一方、特に磁気時効に対する要求が非常に厳しい場合は、スラブの段階までは脱酸効率の観点からより高いＣを含有させておき、コイルとした後の脱炭焼鈍により０．００４０％以下までＣを減じることも可能である。この場合において、製造コストの観点からは溶鋼段階で脱ガス設備によりＣ量を低減しておくことが有利で、０．００２０％以下とすれば磁気時効抑制の効果が著しく、高強度化のために炭化物等の非金属析出物を用いない場合は０．００１５％以下とすることがさらに好ましく、０．００１０％以下がさらに好ましい。
【００１４】
Ｓｉは鋼の固有抵抗を高めて渦電流を減らし、鉄損を低下せしめ、抗張力を高めるとともに、本発明鋼では高温でのオーステナイト相生成を抑制し、高温でもフェライト相を安定とし、固溶Ｃｕによる渦電流損低減効果を顕著にするのに有効であるが、添加量が１．５％未満ではその効果が小さい。また、Ｓｉ含有量を増大させれば磁気特性を劣化させず、特に鉄損を低減しつつ強度を高めることが可能であるばかりでなく、本発明では特に、低Ｓｉ鋼においては、固溶Ｃｕによる渦電流損の低減効果が弱くなる傾向があるため、好ましくは２．１％以上、さらに好ましくは２．６％以上Ｓｉを含有する鋼を対象とする。また６．５％を超えると鋼を脆化させ、さらに製品の磁束密度を低下させるため６．５％以下、好ましくは５．０％以下とする。脆化の懸念をさらに小さくするには４．５％以下が好ましく、４．０％以下であれば他の元素量との兼ね合いもあるが、Ｃｕを固溶状態で多量に含有する本発明鋼では、脆化に関してはほとんど考慮する必要がなくなる。
【００１５】
Ｍｎは鋼の強度を高めるため積極的に添加してもよいが、高強度化の主たる手段として微細金属相を活用する本発明鋼ではこの目的のためには特に必要としない。固有抵抗を高めまたは硫化物を粗大化させ結晶粒成長を促進することで鉄損を低減させる目的で添加するが過剰な添加は磁束密度を低下させるばかりでなく、高温でのオーステナイト相の生成を助長するので、０．０５〜３．０％とする。好ましくは０．５％〜１．２％である。
【００１６】
Ｐは抗張力を高める効果の著しい元素であるが、上記のＭｎと同様、本発明鋼ではこの目的ではあえて添加する必要はない。むしろ、高温でのフェライト相安定化に寄与するが、鋼を著しく脆化させるため、本発明鋼でフェライト相安定化のための主要な元素となるほど多量に含有させることはできない。０．３０％を超えると脆化が激しく、工業的規模での熱延、冷延等の処理が困難になるため、上限を０．３０％とする。
【００１７】
Ｓは本発明鋼で必須の元素であるＣｕと結合し易くＣｕ硫化物を形成し本発明で重要となる固溶Ｃｕを低下させる場合があるので多量に含有させる場合には注意が必要である。また熱処理条件によっては微細なＣｕ硫化物を積極的に形成させ、高強度化させることも可能である。生成された硫化物は磁気特性、特に鉄損を劣化させる場合があり、特に無方向性電磁鋼板の場合、Ｓの含有量は低いことが好ましく、０．０４０％以下と限定する。好ましくは０．０２０％以下、さらに好ましくは０．０１０％以下である。ＳｅもＳとほぼ同様な効果がある。
【００１８】
Ａｌは通常、脱酸剤として添加されるが、Ａｌの添加を抑えＳｉにより脱酸を図ることも可能である。特に無方向性電磁鋼板の場合、Ａｌ量が０．００５％程度以下のＳｉ脱酸鋼ではＡｌＮが生成しないため鉄損を低減する効果もある。本発明鋼ではこれらの脱酸、窒化物形成の観点よりも、固溶Ａｌとして、高温でのフェライト相安定化および電気抵抗増大による渦電流損抑制のため積極的に添加する。また、本発明の特徴である、固溶Ｃｕによる渦電流損の顕著な低減効果を促進する効果も有しており、Ｓｉと同様に、積極的に添加することが好ましい好ましくは０．３％以上、さらに好ましくは０．６％以上、さらに好ましくは１．１％以上、さらに好ましくは１．６％以上、さらに好ましくは２．１％以上とする。しかし、２．５０％を超えると鋳造性および脆化が問題になるため、２．５０％以下とする。
【００１９】
Ｃｕは本発明では必須の元素である。鋼板中に固溶Ｃｕとして存在することで、良好な高周波特性を発現させるための範囲として２．０〜３０．０％に限定する。Ｃｕの含有量が低いと渦電流損低減効果が小さくなる。一方、Ｃｕの含有量があまりに高いとＣｕを主体とする金属相の生成を抑えることが困難になり、渦電流損低減効果が小さくなるばかりでなく、比較的粗大なＣｕ金属相が生成した場合、ヒステリシス損を大幅に上昇させると共に、熱延時の鋼板の割れ、疵がひどくなる懸念もある。
【００２０】
Ｃｕの含有量は、好ましくは２．１％以上、さらに好ましくは２．６％以上、さらに好ましくは３．１％以上、さらに好ましくは３．６％以上、さらに好ましくは４．１％以上、さらに好ましくは４．６％以上である。上限は、Ｃｕそのものの添加コストや、Ｃｕに起因する熱延時の表面疵（Ｃｕへげ）の抑制を目的とし添加するＮｉの添加コストも考えると、好ましくは２０．０％、さらに好ましくは１５．０％、さらに好ましくは１２．０％、さらに好ましくは１０．０％である。なお、本発明鋼のように高Ｓｉ鋼において添加されるＣｕは固溶状態であれば、ＳｉやＡｌのように、鋼を脆化させ冷延性を劣化させることはなく、むしろ、Ｓｉ等による脆化を抑制する好ましい作用も有し、また、後述のＣｒのように磁束密度を大幅に劣化させることもなく、比較的多量に含有させても害は小さい。
【００２１】
ＮはＣと同様に磁気特性を劣化させるので０．０４００％以下とする。Ａｌが０．００５％程度以下のＳｉ脱酸鋼ではＣと同様に高強度化、特に降伏応力の上昇や温間強度、クリープ強度の向上、温間での疲労特性を向上させる他に、集合組織改善の観点から有効な元素である。この観点からは好ましくは０．００３１〜０．０３０１％、さらに好ましくは０．００５１〜０．０２２１％、さらに好ましくは０．００７１〜０．０１８１％、さらに好ましくは０．００８１〜０．０１５１％である。ただし、Ａｌが０．０１０％程度以上の場合に多量のＮを含有させると微細なＡｌＮを形成し磁気特性を顕著に劣化させるため避けなくてはならない。Ａｌ脱酸鋼においては０．００４０％以下とすべきで、窒化物による強度上昇を期待しない本発明鋼では低いほど好ましく、０．００２７％以下とすれば磁気時効やＡｌ含有鋼でのＡｌＮによる特性劣化の抑制効果は顕著で、さらに好ましくは０．００２２％、さらに好ましくは０．００１５％以下とする。
【００２２】
これまでの高合金電磁鋼板で電気抵抗上昇のために利用されている上記以外の殆どの元素は添加コストや脆化が問題視されるだけではなく磁束密度に少なからず悪影響を及ぼすため、本発明ではあえて添加する必要はない。あえて添加する場合にはコスト上昇と磁気特性劣化との兼ね合いからＮｂ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｉ，Ｃｒの１種または２種以上を添加するが、その添加量は、Ｎｂ：８％以下、好ましくは０．０２％以下、Ｔｉ：１．０％以下、好ましくは０．０１０％以下、Ｂ：０．０１０％以下、Ｎｉ：１５．０％以下、Ｃｒ：１５％以下、好ましくは１０．０％以下程度とする。特に、Ｎｉは本発明鋼で必須元素であるＣｕによる熱延時の表面荒れ（Ｃｕヘゲ）の防止に有効であることが知られており、この目的を兼ねて積極的に添加することは可能である。
【００２３】
Ｂは結晶粒界に偏折し、Ｐの粒界偏折による脆化を抑制する効果があるが、本発明鋼では従来の高合金電磁鋼板のように脆化は特に問題とはならないことからこの目的での添加は重要ではない。むしろ固溶Ｂによる集合組織への影響により磁束密度を向上させる目的で添加する。０．０１０％を超えると著しく脆化するため、上限を０．０１０％とする。
【００２４】
ＮｂおよびＴｉは含有Ｃ、Ｎ、Ｓ量にもよるが、鋼板中で炭化物、窒化物または硫化物等の微細な析出物を多量に形成し、鉄損を顕著に劣化させるとともに、冷延・焼鈍後の｛１１１｝集合組織の発達を促進し磁束密度を低下させるため、本発明鋼ではあえて添加する必要はない。このため上限をＮｂは８％以下、好ましくは０．０２％以下、Ｔｉは１．０％以下、好ましくは０．０１０％とする。両者とも、さらに好ましくは０．００５０％以下、さらに好ましくは０．００３０％以下で、良好な鉄損を得ることが可能となる。
【００２５】
Ｎｉは本発明鋼で必須元素であるＣｕによる熱延時の表面荒れ（Ｃｕヘゲ）の防止に有効であることが知られており、この目的を兼ねて積極的に添加することもできる。また、脆化等の悪影響が比較的小さく、渦電流損低減にも効果が認められるため高合金電磁鋼板では使用されることが多い元素である。Ｃｕヘゲの防止を目的とする場合、Ｃｕ量の１／８から１／２程度を目安として添加する。しかし、本発明鋼のようにＣｕ金属相を活用し高強度化した鋼板では、Ｎｉを複合して含有させることにより、従来には見られない著しく顕著な渦電流損低減の効果を発揮する。この原因は明確ではないが、固溶Ｃｕと固溶ＮｉのＦｅ結晶格子上での占有位置による影響や、何らかのＮｉ、Ｃｕと関連した規則格子の形成が予想される。また、耐食性の向上にも有効であるが、添加コストや磁気特性への悪影響を考え上限を１５％、さらには１０％とすることが好ましい。
【００２６】
Ｃｒは一般的には耐食性の向上や、高周波域での磁気特性向上のため添加される元素であるが、本発明では、これらの役割はＣｕ、Ｎｉといった他元素で十分に発揮されているため、この目的ではあえて添加する必要はない。むしろ、高温でのフェライト相の安定性を制御するため添加するが、本発明鋼においては、添加による磁束密度の低下が著しく、むしろ有害な元素となる。また、本発明で特徴的に見られる固溶Ｃｕによる渦電流損の低減効果は、低Ｃｒ鋼で顕著に表れるため、何らかの必要性がなければ、添加しないことが好ましい。この理由は明確ではないが、本発明での固溶Ｃｕ効果は、上述のＳｉ、ＡｌやＮｉに加え、Ｃｒも含めた他の元素との相互作用的な現象により、顕著になっているものと考えられる。添加コストも考え上限を１５％、好ましくは８．０％、さらに好ましくは４．９％、さらに好ましくは２．９％、さらに好ましくは１．９％、さらに好ましくは０．９％、さらに好ましくは０．４％とすることが好ましい。
【００２７】
また、その他の微量元素については、鉱石やスクラップなどから不可避的に含まれる程度の量に加え、様々な目的で添加しても本発明の効果は何ら損なわれるものではない。これらの微量元素についての不可避的な含有量は通常、各元素とも０．００５％以下程度であるが、様々な目的で０．０１％程度以上に添加することが可能である。この場合もコストや磁気特性の兼ね合いからＢｉ、Ｍｏ，Ｗ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｃｅ，Ｌａ、Ｃｏの１種または２種以上を合計で０．５％以下含有することができる。
【００２８】
以上の成分的な特徴は、基本的には固溶元素を増量することにあるが、特に固溶Ｃｕ量が多くなるような成分系にしておく必要がある。また、固溶Ｃｕ量が増大した際の、渦電流損の低減効果と脆化効果は、単に固溶元素量だけによるのではなく、前述のように相互作用的な効果が見られるため、これも勘案して上述のように好ましい成分範囲に規定されるものである。さらに、本発明が対象とする鋼板は、最終的には再結晶・粒成長をさせるための熱処理を施すことを前提としているので、この熱処理時のＣｕを含有する析出物形成等による固溶Ｃｕ量の変化についても考慮した成分とする必要がある。特に、熱処理時の鋼母相の変態は、Ｃｕの溶解度が大きく変化するばかりでなく、磁束密度にとり好ましい集合組織が消失してしまうため、本発明鋼では、基本的に、熱処理時の変態は避けるべきものである。本発明鋼は、室温から１１５０℃の温度域においてフェライト単相であるか、または質量％で、
９８０−４００×Ｃ＋５０×Ｓｉ−３０×Ｍｎ＋４００×Ｐ＋１００×Ａｌ−２０×Ｃｕ−１５×Ｎｉ−１０×Ｃｒ＞９００  ・・・・式１
を満たすことを特徴とする。この範囲をはずれると、熱処理中に好ましくない変態が起き、本発明の効果を少なからず阻害する可能性が増大する。
【００２９】
本発明の特徴は、一般的な材料との特性を比較によっても明確に示すことが可能である。比較すべき対象はＣｕ以外の鋼成分が実質的に同じでかつＣｕ：０．１％かつ結晶粒径が同等である鋼板であり、これとの比較において、鉄損Ｗ10/400が０．８０倍以下であることが特徴となる。より好ましい発明鋼では０．７０倍以下、さらに好ましい発明鋼では０．６０倍以下、さらに好ましい発明鋼では０．５０倍以下、さらに好ましい発明鋼では０．４０倍以下、さらに好ましい発明鋼では０．３０倍以下にもなる。
【００３０】
また、同様に引張強度が２．０倍以下であることも特徴となる。一般には固溶元素量が増えると固溶体強化により強度は上昇し、本発明のように固溶量が多い場合、元素によっては強度の上昇も著しいものとなるが、本発明鋼で特徴的な高Ｓｉ鋼における固溶Ｃｕは材料をそれほど硬質化させない。より好ましい発明鋼では１．７倍以下、さらに好ましい発明鋼では強度は１．５倍以下に抑えられる。固溶Ｃｕ量が多くなれば本発明鋼とはいえども強度は高くなるので、強度上昇が小さいほど好ましいというわけでもないが、通常、固溶元素として用いられるＳｉ、Ｃｒ等に比較すれば、強度の上昇は小さく、脆化も抑制されることが特徴となっている。
【００３１】
また、本発明鋼の特徴は特定の熱処理をした際の、組織的な、または特性的な変化によっても記述できる。組織的な変化としては、本発明鋼が過剰なＣｕを固溶していることに起因した、金属Ｃｕ相の顕著な析出が観察されることである。また、特性的には、金属Ｃｕ相の析出に伴い、大幅な強度上昇が観察される。また、本発明では特に記述しないが、同時に、鉄損、特に渦電流損の上昇を伴うものである。具体的には、本発明鋼は、４５０℃３０分の熱処理により、鋼材内部の直径０．０２μｍ以下の主としてＣｕからなる金属相の数密度が２０個／μｍ3以上に増加する、または引張強度が１００ＭＰａ以上上昇することを特徴とする。注意すべき点は、上述のようにこのような熱処理は、渦電流損を大幅に上昇させ、本発明の目的である高周波磁気特性を劣化させるので、鋼板の材質を制御するために行うものではなく、例えば成分分析と同様に、発明鋼の判定のために行うものである。
【００３２】
前記成分を含む鋼は、通常の電磁鋼板と同様に転炉で溶製され、連続鋳造でスラブとされ、ついで熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、仕上焼鈍などの工程で製造される。これらの工程に加え絶縁皮膜の形成や脱炭工程などを経ることも本発明の効果を何ら損なうものではない。また、通常の工程ではなく急冷凝固法による薄帯の製造や熱延工程を省略する薄スラブ、連続鋳造法などの工程によって製造しても問題ない。
【００３３】
本発明で特徴的な多量の固溶Ｃｕを含有させるには以下のような熱履歴を経ることが効果的である。それは、製品板を製造する過程の最終熱処理、通常は冷延後の再結晶焼鈍において、８００℃以上の温度域で５秒以上保持し、かつ、この熱処理における最高到達温度においても鋼材内にオーステナイト相が生成しないような設定とするものである。好ましくは、９００℃以上、さらに好ましくは１０００℃以上、さらに好ましくは１０５０℃以上、また、時間は好ましくは１０秒以上、さらに好ましくは３０秒以上、さらに好ましくは６０秒以上、であるが、Ｃｕ含有量との兼ね合いでＣｕの十分な溶解が起きる温度と時間であれば、本発明の特徴的な効果を得るには十分である。ただし、磁気特性に大きな影響を及ぼす結晶粒径を制御するという観点も加味して制御する必要があることは言うまでもない。
【００３４】
結晶粒径は微細すぎても粗大すぎても磁気特性を劣化させることがあり、使用条件に最適な粒径が存在することはよく知られている。また、最高到達温度はオーステナイト相が生成しない温度域に設定する必要がある。少量の生成であれば、特性上の悪影響は小さいが、好ましくは完全フェライト相で焼鈍を行う。この温度は、主として鋼成分にも依存するので、特定の温度を記述することはできないが、上述の式１が一応の目安となり、また、一般的なメタラジーに関する知識を有する当業者であれば、一般的に行われる熱処理および組織観察の実験、または近年、発展の著しい熱力学計算によって、何の困難もなく、適当な温度範囲を設定できるものである。
【００３５】
また、熱処理工程における冷却速度も重要な制御因子となる。その理由は、高温保持で十分に溶体化したＣｕは、冷却中に過飽和となるため、冷却速度によっては、金属Ｃｕ相として、析出してしまい、本発明の効果を減じる場合があるためである。本発明では好ましい条件を、８００℃以上の温度域で５秒以上保持した後の冷却工程を、４０℃／秒以上の冷却速度で３００℃以下まで冷却するものとする。本発明の目的からすれば、高冷却速度であるに越したことはないが、あまりに急冷却とすると熱歪等のため特性が劣化する場合があるので注意を要する。好ましくは６０℃／秒以上、さらに好ましくは８０℃／秒以上、さらに好ましくは１００℃／秒以上である。
【００３６】
特に本発明で注意すべきは、金属Ｃｕ相の析出が起きる温度域の冷却であり、７００〜４００℃の滞在時間が、重要となる。７００℃以上ではＣｕの過飽和度が小さく析出は起き難く、４００℃以下ではＣｕの拡散が抑制されるため析出が起き難くなるためである。時間は５秒以下、好ましくは３秒以下、さらに好ましくは２秒以下とすれば、金属Ｃｕ相の析出を抑制し、発明の効果を得るのに十分な固溶Ｃｕ量を確保することができる。
【００３７】
そしてこの熱処理後は４００℃を超える温度域に３０秒以上保持しないことが好ましい。このような熱処理により金属Ｃｕ相の析出が促進され、渦電流損を増大させるためである。
【００３８】
以上のような成分、工程を経ることで、特徴的な多量の固溶Ｃｕによる渦電流損低減効果が効率的に発現し、鋳造性や圧延性を殆ど損なわず高Ｃｕ電磁鋼板を製造することができる。一方、このような固溶Ｃｕ量の維持を意識しない通常の成分、熱処理条件で製造した場合、添加したＣｕの少なからざる部分は渦電流損低減効果が小さい金属Ｃｕ相またはＣｕ硫化物として存在するばかりか、脆化が著しく正常な製造が困難となる。
【００３９】
本発明では金属Ｃｕ相が鋼材内に存在しないことを特徴とするが、これは電子顕微鏡などの回折パターンや付設されたＸ線分析機器などで同定し、確認が可能である。もちろん化学分析などこれ以外の方法によっても確認が可能なものである。本発明ではこのＣｕを主体とする金属相として、直径が０．０１０μｍ以上のものを対象とする。その理由は、０．００５μｍ未満とあまりに微細であると現状の最高精度の分析機器をもってしても、本発明が対象とする金属Ｃｕ相であるとの特定が困難になるためである。また、どのような処理を行ったとしても、Ｃｕを多量に含有する本発明鋼においては、局所的には何らかのＣｕを含有する析出物は存在するため、完全に金属Ｃｕ相を排除することは不可能であるためである。本発明はＣｕを相当量含有し、かつ本発明で記述される相当の熱処理により明らかに硬質化または金属Ｃｕ相が多量に形成される電磁鋼板に限定されるものであり、本発明の本質的な特徴が、多量の固溶Ｃｕにあることは言うまでもない。
【００４０】
なお、本発明の効果は通常電磁鋼板の表面に形成されている表面皮膜の有無および種類によらず、さらに製造工程にはよらないため無方向性または方向性の電磁鋼板に適用できる。
【００４１】
用途も特に限定されるものではなく、家電または自動車等で用いられるモーターのローター、ステーター用途の他、リアクトル、変圧器等、高周波での磁気特性が求められる全ての用途に適用される。
【００４２】
また、本発明の効果とは直接の関係はないが、電磁鋼板で測定される鉄損は、以下のような方法でヒステリシス損と渦電流損に分離することができる。鉄損は測定時の磁界の周波数に依存し、その関係はヒステリシス損と渦電流損に関してそれぞれ既知であるため、異なる２種の周波数で測定した鉄損が分かれば、鉄損と周波数の関係から、分離が可能となる。この方法は「二周波法」とも呼ばれ、一般的に、このような処理により鉄損分離が行われ、電磁鋼板の特性が詳細に検討されている。
【実施例】
【００４３】
表１に成分を示す鋼を２５０ｍｍ厚のスラブとし、表１、２の条件で製品板を製造した。５５ｍｍ角のＳＳＴ試験により磁束密度Ｂ10と鉄損Ｗ10/400を測定した。磁気特性はコイルの圧延方向、４５°方向およびその直角方向についての平均値を以下の式より求めた。
Ｘ＝（Ｘ0＋２×Ｘ45＋Ｘ90）／４
ここで、Ｘ0、Ｘ45、Ｘ90はコイルの圧延方向、４５°方向およびその直角方向の特性である。
【００４４】
表２に示された結果から明らかなように、本発明の条件にて製造した試料は冷間圧延工程での圧延性が良好かつ磁気特性も優れている。なお、本発明鋼での良好な鉄損は、主として渦電流損の低減によっていることを確認している。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上説明したように、本発明によれば、脆化を抑止し、冷延性等を問題にすることなく、渦電流損の低い高合金成分とし、高周波磁気特性のすぐれた電磁鋼板を安定して製造することができる。
【００４６】
【表１】
2006169615.tif 000002
【００４７】
【表２】
2006169615.tif 000003