(57)【要約】【課題】  本発明は、昨今の省エネルギーの要請にこたえうるためには更なる低鉄損の無方向性電磁鋼板が求められている。本発明の課題は、このような需要家の要求にこたえ、電気機器の鉄心材料として用いられる、鉄損が特に低く、同時に磁束密度の高い、これまでにない優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板および製造方法を提供するものである。【解決方法】  鋼にＲＥＭを適正量添加するとともに、Ｓｎを添加することにより鋼板の集合組織を改善して磁束密度の低下を避けつつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を得る。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼中にＳｉ、sol.Ａｌ、ＭｎおよびＳｎを質量％で
２．０％≦Ｓｉ≦３．５％
０．８％≦sol.Ａｌ≦２．５％
０．１％≦Ｍｎ≦１．５％
０．０１％≦Ｓｎ≦０．３％
の範囲で含有し、さらに、
０．００１％≦ＲＥＭ≦０．０５％
の範囲で含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする低鉄損無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
さらに不可避不純物として、質量％で、
Ｃ≦０．００５％
Ｓ≦０．００３％
Ｔｉ≦０．００３％
Ｎ≦０．００３％
に低減したことを特徴とする請求項１記載の低鉄損無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の鉄心材料として用いられる、鉄損の低い無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板がその鉄心材料として使用される回転機および中、小型変圧器等の分野においては、世界的なＣＯ２削減、電力、エネルギー節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動きの中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。このため、無方向性電磁鋼板に対しても、その特性向上、すなわち、高磁束密度かつ低鉄損化への要請がますます強まってきている。
【０００３】
無方向性電磁鋼板の低鉄損化は主としてＳｉ、Ａｌ添加による電気抵抗率の増加により、使用時に鉄心を形成する各々の鋼板に流れる渦電流損によるジュール熱損失を低減することにより行われてきた。
このように、低鉄損無方向性電磁鋼板が実現することにより、鉄心及び回転機の動作時のエネルギー損失を低減できるのみならず、それを含めた装置全体の系への波及効果も計り知れないものがある。
【０００４】
本発明は、従来技術における磁束密度向上と鉄損改善の両立という問題点を解決し、特に低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供することを目的とするものである。
無方向性電磁鋼板の結晶粒成長を阻害する介在物としてはシリカやアルミナなどの酸化物、硫化マンガンなどの硫化物、窒化アルミや窒化チタンなどの窒化物が知られている。
酸化物に関しては、技術進歩により、強脱酸元素であるＡｌを十分添加し、酸化物の浮上除去時間を十分にとることにより、溶鋼段階で酸化物を除去し無害化することが可能となっている。
【０００５】
硫化物については、次に述べるＣａ添加もしくはＲＥＭ添加により脱硫を行う方法が知られている。
例えば特許文献１においてはＣａとそれに適した上限をもつＳに鋼組成を調整することにより、ＣａＳを形成させ硫化物を減少させ低鉄損を得る方法が提案されている。
硫化物に関しては上述のように溶鋼段階で高純化を図るほか、特許文献２、特許文献３、特許文献４などに開示されているように脱硫元素としてＲＥＭなどの添加によりＳを固定する方法が知られている。
【０００６】
また窒化物に対しても、特許文献５、あるいは特許文献６などに開示されるようにＢの添加により粗大介在物としてＮを固定する方法が知られている。
特に記すべきは、溶鋼段階での高純化は製鋼コストアップが避けられないので好ましくなく、上述のＲＥＭなどの脱硫元素、Ｎを固定するＢの添加による方法も、粒成長の良好化ならびに鉄損の低減には不十分であった。
【０００７】
また、集合組織との関連で従来の低鉄損無方向性電磁鋼板について概観すると、特許文献７のごとくＳｎ添加技術があるが、Ｓｎ単独での添加では磁束密度の向上は図れても、Ｓｎによる結晶粒成長の抑制効果により、鉄損の低減が不十分になる。特許文献８のごときＳｎ、Ｃｕ添加、もしくは特許文献９のごときＳｂ添加による集合組織の改善による磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の製造法も開示されている。
しかしながら、これら特許文献７乃至９ように集合組織を改善させるのみでは鉄損の低減が不十分であり、鉄損低減に対する需要家の強い要求を満たすことが出来なかった。
【０００８】
本発明者らは、鋭意検討の結果、鉄損の低下のためにＲＥＭを添加し、集合組織改善元素としてＳｎを同時に添加することで、高磁束密度かつ低鉄損の磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を製造できることを見出した。
【特許文献１】特開２００１−２７１１４７号公報
【特許文献２】特開昭５１−６２１１５号公報
【特許文献３】特開昭５６−１０２５５０号公報
【特許文献４】特許第３０３７８７８号公報
【特許文献５】特許第１１６７８９６号公報
【特許文献６】特許第１２４５９０１号公報
【特許文献７】特開昭５５−１５８２５２号公報
【特許文献８】特開昭６２−１８００１４号公報
【特許文献９】特開昭５９−１００２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の技術では無方向性電磁鋼板の結晶粒成長を促進させた場合、粒成長の進展に伴い＜１１１＞系の方位粒が成長しやすいため、その結果として磁束密度が低下してしまうという問題があった。本発明は、磁束密度の低下を伴わずに結晶粒成長性を高め、低鉄損かつ高磁束密度の無方向性電磁鋼板を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
無方向性電磁鋼板の結晶粒成長を促進した場合、ヒステリシス損は低下する。しかしながら従来の方法では、結晶粒成長の進展に伴い、＜１１１＞系の方位が成長してしまうので、磁束密度が低下する問題があった。
そこで、本発明者らは検討を行った結果、Ｓｎを適正量添加することで、＜１１０＞集合組織を形成させ、磁束密度の低下を防止する方法を見出したのである。しかしながら、Ｓｎは粒界に析出するので、不必要に多く添加すると結晶粒成長を妨げてかえってヒステリシス損を増加させてしまう。そこで検討を重ねた結果、ＲＥＭ添加により微細析出物を低減すると同時に、適正量のＳｎを添加することで、磁束密度の低下を抑制できることを見出した。
【００１１】
本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
（１）  鋼中にＳｉ、sol.Ａｌ、Ｍｎを質量％で
２．０％≦Ｓｉ≦３．５％
０．８％≦sol.Ａｌ≦２．５％
０．１％≦Ｍｎ≦１．５％
０．０１％≦Ｓｎ≦０．３％
の範囲で含有し、さらに、
０．００１％≦ＲＥＭ≦０．０５％
の範囲で含有することを特徴とする低鉄損無方向性電磁鋼板。
（２）  請求項１の鋼において、さらに、質量％で、
Ｃ≦０．００５％
Ｓ≦０．００３％
Ｔｉ≦０．００３％
Ｎ≦０．００３％
である低鉄損無方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、特定の範囲でＲＥＭを添加して、硫化物、酸化物、窒化物などを粗大析出させて粒成長性を確保し、同時にＳｎを適量添加することによって、再結晶集合組織を改善した結果、低鉄損化を磁束密度の低下を伴うことなく実現することが出来た。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、成分について説明すると、
Ｓｉは本発明においては電気抵抗率を確保するため、２．０％以上３．５％以下の範囲で添加される。２．０％未満ではその鉄損低減効果が不足し、３．５％超では熱延中に耳割れが生じやすくなるため、３．５％以下にする。
【００１４】
Ｍｎは本発明においては電気抵抗率と熱間脆性を改善するため、０．１％以上１．５％以下の範囲で添加する。０．１％未満ではその効果がなく、１．５％超ではその効果が飽和するので、０．１％以上１．５％以下に定める。
【００１５】
sol.Ａｌは電気抵抗を増大させ渦電流損を低下させるので、０．８％以上２．５％以下添加する。０．８％未満ではその効果が十分でなく、２．５％以上ではその効果が飽和するので０．８％以上２．５％以下と定める。
【００１６】
本発明ではＳｎ添加と同時にＲＥＭ添加が技術の重要なポイントである。本発明では、ＲＥＭを添加することにより、鋼中の不純物をスカベンジし、Ｓｎ添加することにより磁束密度の向上を狙う。その作用は以下のとおりであると考えられる。
【００１７】
ＲＥＭはＳ、酸素と結合して粗大なオキシサルファイド系介在物を形成する。ＲＥＭは酸硫化物となった後、ＴｉＮなどの析出物の核となりスカベンジングを行い鋼中の微細析出物を低減し、鉄損低下に効果があるので、一種または２種以上を０．００１％以上０．０５％以下添加する。０．００１未満ではその効果が十分でなく、０．０５％超ではその効果が飽和するので０．００１％以上０．０５％以下とする。ここでＲＥＭとは原子番号が５７のランタンから７１のルテシウムの１５元素に原子番号が２１のスカンジウムと原子番号が３９のイットリウムを加えた合計１７元素の総称である。
【００１８】
このＲＥＭ添加により、無方向性電磁鋼板の結晶粒成長は促進され、ヒステリシス損は低下する。しかしながら、この時結晶粒成長の進展に伴い、＜１１１＞系の方位が成長してしまうので、磁束密度が低下する問題があった。そこで、本発明者らは種々検討を行った結果、Ｓｎを適正量添加することで、再結晶集合組織における＜１１０＞集合組織を富化させ、磁束密度の低下を防止する方法を見出したのである。Ｓｎは０．０１％未満では効果がなく、０．３％超では結晶粒成長を妨げかえって悪影響を及ぼすので、０．０１％以上０．３％以下で添加する。
【００１９】
また、鋼中の不可避不純物としてのＣ、Ｓ、Ｔｉ，Ｎは下記の範囲に低減させることにより低鉄損化の効果を享受することができる。
Ｃ含有量が増大すると使用中に磁気時効が生じるので、Ｃ≦０．００５％以下に制限する。
Ｓ含有量が増大すると硫化物のＢ系介在物が増加して著しく粒成長を妨げるのでＳ≦０．００３％に制限する。
Ｔｉ含有量が増大するとＴｉＮなどの化合物が増大して鉄損が悪化するので、Ｔｉ≦０．００３％に制限する。
Ｎ含有量が増大すると窒化物が増大して粒成長を妨げ鉄損が悪化するので、Ｔｉ≦０．００３％に制限する。
【００２０】
次にプロセス条件について説明する。
前記成分からなる鋼スラブは、転炉等の製鋼炉で溶製され連続鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧延を施し所定の厚みとし、コイルに巻き取る。
より低鉄損、高磁束密度が求められる無方向性電磁鋼板の場合はその後熱延板焼鈍を施す。その後酸洗し、１回の冷間圧延工程に次いで仕上げ焼鈍を施して成品とする。
【実施例１】
【００２１】
次に、本発明の実施例について述べる。
表１に示した組成の鋼を連続鋳造しスラブとし、スラブ加熱温度１１５０℃にて一時間加熱し、粗圧延により３０ｍｍの粗バーにした。これを熱間圧延機で板厚３．０ｍｍに仕上げ、冷却してコイルに巻き取った。これを酸洗し、その後、冷間圧延し０．５ｍｍに仕上げ、１０５０℃で３０秒の焼鈍により成品に仕上げた。各試料の磁気特性を成分とともに表１示す。
【００２２】
【表１】
2006131946.tif 000002
【００２３】
表１の試料１から５までは本発明であり、磁束密度と鉄損のバランスが比較例に比べて優れている。
試料６はＳｉ含有量が範囲外であり、電気抵抗が不足するため鉄損の値が高いので不適である。
試料７はＳｎ含有量がｔｒ．で集合組織改善効果がないので、低鉄損になってはいるが磁束密度の値が低い。
試料８はＲＥＭ含有量がｔｒ．であるので微細析出物の低減が不十分、鉄損の値が高く不適である。
試料９はＳｎ含有量が適正範囲を超えているので、集合組織は改善するが、粒成長が妨げられるので、磁束密度は高いが、鉄損の値が高すぎて不適である。
【実施例２】
【００２４】
表２に示した組成の鋼を連続鋳造しスラブとし、１１５０℃で１時間加熱した。これを粗圧延により３０ｍｍの粗バーにした。これを熱間圧延機で板厚２．３ｍｍに仕上げ、冷却してコイルに巻き取った。これを酸洗し、１０５０℃で、３０秒の熱延板焼鈍を施した。その後、０．５０ｍｍに冷間圧延し、１０００℃で３０秒の焼鈍により成品に仕上げた。各試料の磁気特性を成分とともに表２に示す。
【００２５】
【表２】
2006131946.tif 000003
【００２６】
表２の試料１２から１５までは本発明であり、磁束密度と鉄損のバランスが比較例に比べて優れている。
試料１０はＳ含有量が高く、硫化物生成量が多いため結晶粒成長が不足し鉄損の値が悪い。
試料１１はＳｎ含有量がｔｒ．で集合組織の改善効果がないため、低鉄損になると同時に磁束密度の値が低下している。
試料１６はsol.Ａｌ含有量が低く、電気抵抗率が不足するため渦電流損の値が高く、鉄損の値が悪い。
試料１７はＲＥＭ含有量がｔｒ．で介在物、不純物のスカベンジングが不十分であるので、成品の粒成長性が悪く、鉄損の値が悪い。
試料１８はＳｎ含有量が多すぎるので、集合組織は改善するが、過剰のＳｎが粒成長を妨げるので、ヒステリシス損が悪化し、結果として鉄損の値が悪い。
【実施例３】
【００２７】
表３に示した組成の鋼を連続鋳造しスラブとし、加熱温度１１５０で一時間加熱後、粗圧延により３０ｍｍの粗バーにした。これを熱間圧延機で板厚２．３ｍｍに仕上げ、冷却してコイルに巻き取った。これを酸洗し、１０５０℃で、３０秒の焼鈍により熱延板焼鈍を施した。その後、冷間圧延し０．３５ｍｍに仕上げた。その後１０５０℃で３０秒の焼鈍により成品に仕上げた。各試料の磁気特性を成分とともに示す。
各材料の磁気特性を成分とともに示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
試料２０〜２４が発明例であり、比較例が試料１９、試料２５〜２７である。
試料１９はＳ含有量が発明の範囲を超えているので、硫化物のＢ系介在物により粒成長が妨げられるので鉄損が悪く不適である。
試料２５はＳｎ含有量がｔｒ．であるので、Ｓｎによる集合組織改善効果がないため低鉄損になると同時に磁束密度が低下している。
試料２６はＲＥＭ含有量が検出限界以下であり添加量が不適であるので、成品の結晶粒成長が十分でなく、結果として鉄損が高く不適である。
試料２７はＳｎ含有量が適正範囲を超えて不適であるので、結晶粒成長性が妨げられ、鉄損が高く不適である。