(57)【要約】【課題】高磁束密度でかつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を安価にかつ安定して提供する。【解決手段】ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０％、Ｓ：０．０１％以下およびＳｅ：０．００２％以下を含有する、あるいは、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：１〜４％、Ｍｎ：０．０５〜３％、Ａｌ：０．００４％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０％、Ｓ：０．０１％以下およびＳｅ：０．００３％以下を含有し、さらに、Ｓｎ：０．００１〜０．１％およびＳｂ：０．００１〜０．１％のうちから選ばれる１種または２種を含有する、無方向性電磁鋼板。【選択図】図２
2015131993.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００４ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる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】
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００４ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００３ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｓｎ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
上記成分組成に加えてさらに、Ｃａ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％およびＭｇ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
板厚が０．０５〜０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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、磁気特性、特に磁束密度に優れる無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、省エネルギーに対するニーズへの高まりから、高効率誘導モータが使用されるようになってきている。この高効率誘導モータでは、効率を高めるために、鉄心の積層厚を厚くしたり、巻線の充填率を高くしたり、鉄心に用いる電磁鋼板を、従来の低グレード材から、より鉄損の低い高グレード材に変更することが行われている。
【０００３】
また、上記の誘導モータに用いる鉄心材料には、低鉄損であることに加えて、励磁実効電流を低くして銅損を低減するため、設計磁束密度での励磁実効電流が低いことが要求されている。励磁電流を低減するには、鉄心材料の磁束密度を高めることが有効である。さらに、昨今、急速に普及が進んでいるハイブリッド自動車や電機自動車の駆動モータでは、発進時や加速時に高トルクが必要となることから、磁束密度のより一層の向上が望まれている。
【０００４】
磁束密度を高めた電磁鋼板としては、例えば、特許文献１に、Ｓｉが４ｍａｓｓ％以下の鋼に、Ｃｏを０．１〜５ｍａｓｓ％添加した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】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２９４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示の技術は、Ｃｏが非常に高価な元素であるため、一般のモータに適用すると、著しい原料コストの上昇を招くという問題がある。そのため、著しい原料コストの上昇を招くことなく、電磁鋼板の磁束密度を高める技術の開発が望まれている。
【０００７】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高磁束密度でかつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を安価にかつ安定して提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、Ａｌを低減し、Ｐを添加した鋼において、不可避的に混入してくるＳｅを極微量に低減することにより、磁束密度を大幅に高めることができることを見出し、本発明を開発するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００４ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
【００１０】
また、本発明は、Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１〜４ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００４ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％、Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下およびＳｅ：０．００３ｍａｓｓ％以下を含有し、さらに、Ｓｎ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％およびＳｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
【００１１】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、Ｃａ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％およびＭｇ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％のうちから選ばれる１種または２種を含有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、板厚が０．０５〜０．３０ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、磁束密度の高い無方向性電磁鋼板を、安価にかつ安定して提供することができるので、高効率誘導モータや高トルクが要求されるハイブリッド自動車および電気自動車の駆動モータ、高い発電効率が要求される高効率発電機のコア材料として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ｐの含有量が仕上焼鈍後の磁束密度Ｂ５０に及ぼす影響を示すグラフである。
【図２】Ｓｅの含有量が仕上焼鈍後の磁束密度Ｂ５０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】
【００１５】
本発明を開発する契機となった実験について説明する。
＜実験１＞
まず、磁束密度に及ぼすＰの影響を調査するため、Ｃ：０．００２０ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．０７ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２４ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２１ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％、Ｓ：０．００２１ｍａｓｓ％のＡｌレス鋼と、Ｃ：０．００２２ｍａｓｓ％、Ｓｉ：２．７０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２４ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．３０ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１８ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％およびＳ：０．００１３ｍａｓｓ％のＡｌ添加鋼において、Ｐの添加量をｔｒ．〜０．１６ｍａｓｓ％の範囲で種々に変化させた鋼を実験室で溶解し、鋼塊とした後、熱間圧延し、板厚１．６ｍｍの熱延板とした。次いで、上記熱延板に、９８０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２０ｍｍの冷延板とし、その後、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気下で１０００℃×１０秒の仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
【００１６】
斯くして得た冷延焼鈍板から、長さ方向を圧延方向（Ｌ方向）および圧延方向に直角方向（Ｃ方向）とする幅３０ｍｍ×長さ２８０ｍｍの試験片を、それぞれの方向から採取し、ＪＩＳ  Ｃ２５５０に記載の２５ｃｍエプスタイン法で磁束密度Ｂ５０を測定し、その結果を、Ｐの含有量との関係として図１に示した。図１から、Ａｌ添加鋼では、Ｐの含有量が増加しても、磁束密度の向上は認められないが、Ａｌレス鋼では、Ｐの含有量が増加するのにともなって、磁束密度が向上していることがわかる。
【００１７】
上記のように、Ａｌレス鋼でＰ含有量の増加に伴って磁束密度が向上する理由については、現在、まだ明らかとなっていないが、Ａｌが冷延前のＰの偏析挙動に何らかの影響を及ぼし、Ａｌを含まないことによって、Ｐの拡散速度が大きくなり、結晶粒界へのＰの偏析が促進され、集合組織が改善されるためであると考えられる。
【００１８】
＜実験２＞
次に、Ｐ添加鋼の製造安定性を調査するため、Ｃ：０．００１８ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．１０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．２０ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１５ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０６ｍａｓｓ％およびＳ：０．００１４ｍａｓｓ％を含有するＡｌレス鋼を１０チャージ出鋼し、熱間圧延して板厚１．６ｍｍの熱延板とした。次いで、これらの熱延板に、９８０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２０ｍｍの冷延板とした後、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気下で１０００℃×１０秒の仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
【００１９】
斯くして得た冷延焼鈍板について上記実験と同様にして磁束密度Ｂ５０を測定したところ、測定結果が大きくばらつくことが明らかになった。そこで、磁束密度が低い鋼板についての成分分析を行ったところ、Ｓｅが０．００２２〜０．００３５ｍａｓｓ％含まれていることがわかった。この結果から、Ｓｅが粒界に偏析することによって、Ｐの粒界偏析が抑制され、磁束密度が低下したものと推察された。Ｓｅは、スクラップ等に含まれる元素であり、近年のスクラップ使用比率の高まりによって不可避的に混入してきたものと考えられる。
【００２０】
＜実験３＞
そこで、磁束密度に及ぼすＳｅの影響を調査するため、Ｃ：０．００１３ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．２１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００２ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１８ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０５ｍａｓｓおよびＳ：０．０００９ｍａｓｓ％の成分組成を有し、Ｓｅ添加量をｔｒ．〜０．００７ｍａｓｓ％の範囲で種々に変化させた鋼を実験室で溶解し、鋼塊とした後、熱間圧延し、板厚１．６ｍｍの熱延板とし、次いで、上記熱延板に１０００℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２０ｍｍの冷延板とし、その後、２０ｖｏｌ％Ｈ２−８０ｖｏｌ％Ｎ２雰囲気下で１０００℃×１０秒の仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板とした。
【００２１】
斯くして得た冷延焼鈍板から幅３０ｍｍ×長さ２８０ｍｍの試験片を採取し、上記実験と同様にして磁束密度Ｂ５０を測定し、その結果を、Ｓｅ含有量との関係として図２に示した。図２から、Ｓｅの添加量が０．００２０ｍａｓｓ％を超えると、磁束密度が低下すること、したがって、Ｓｅの含有量は０．００２０ｍａｓｓ％以下に制限する必要があることがわかった。
本発明は、上記の新規な知見に基くものである。
【００２２】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板における成分組成の限定理由を説明する。
Ｃ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ｃは、鉄損を劣化させる有害元素であるので少ないほど好ましい。Ｃが０．０１ｍａｓｓ％を超えると、磁気時効による鉄損増加が顕著となることから、Ｃの上限は０．０１ｍａｓｓ％とする。好ましくは、０．００５ｍａｓｓ％以下である。なお、下限については、Ｃは少なければ少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
【００２３】
Ｓｉ：１〜４ｍａｓｓ％
Ｓｉは、一般に、鋼の脱酸剤として添加される元素であるが、電磁鋼板においては、電気抵抗を高めて高周波数での鉄損を低減する効果を有する重要な元素であり、斯かる効果を得るためには１ｍａｓｓ％以上の添加を必要とする。しかし、４ｍａｓｓ％を超えると、励磁実効電流が著しく増大するため、上限は４ｍａｓｓ％とする。好ましくは１．０〜３．５ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２４】
Ｍｎ：０．０５〜３ｍａｓｓ％
Ｍｎは、鋼の熱間圧延時の赤熱脆性を防止することにより、表面疵の発生を防止する効果があるため、０．０５ｍａｓｓ％以上を添加する。一方、Ｍｎ含有量が多くなると、磁束密度や飽和磁束密度が低下するため、Ｍｎ含有量の上限は３ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．１〜１．７ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２５】
Ａｌ：０．００４ｍａｓｓ％以下
Ａｌは、低減することによって、仕上焼鈍板の集合組織を改善し、磁束密度を高めることができる。また、Ｐの粒界偏析を促進し、磁束密度を高めるためにも、Ａｌの低減は必須である。上記効果は、０．００４ｍａｓｓ％を超えると得られなくなる。よって、Ａｌの上限は０．００４ｍａｓｓ％とする。好ましくは０．００２ｍａｓｓ％以下である。なお、下限については、Ａｌは少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
【００２６】
Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下
Ｎは、窒化物を生成し、磁気特性を劣化させるので、０．００５ｍａｓｓ％以下に制限する。好ましくは０．００２ｍａｓｓ％以下である。下限については、少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
【００２７】
Ｐ：０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％
Ｐは、本発明における重要元素の一つであり、図１に示したように、Ａｌレス鋼においては、粒界に偏析して磁束密度を高める効果がある。上記効果は０．０３ｍａｓｓ％以上の添加で得られる。一方、Ｐが０．２０ｍａｓｓ％を超えると、冷間圧延することが困難となる。よって、本発明では、Ｐの添加量を０．０３〜０．２０ｍａｓｓ％の範囲とする。好ましくは０．０５〜０．１０ｍａｓｓ％の範囲である。
【００２８】
Ｓ：０．０１ｍａｓｓ％以下
Ｓは、ＭｎＳ等の硫化物を形成し、製品の磁気特性を劣化させる元素であるので、少ないほど好ましい。そこで、本発明では、磁気特性を劣化させないため、Ｓの上限を０．０１ｍａｓｓ％とする。Ｐの粒界偏析を促進する観点からは、好ましくは０．００５ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．００１ｍａｓｓ％以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、とくに限定しない。
【００２９】
Ｓｅ：０．００２ｍａｓｓ％以下
Ｓｅは、Ｐよりも早く粒界偏析することによって、Ｐの粒界偏析を抑制し、磁束密度を低下させる有害元素であるため、極力、低減する必要があり、本発明では、上限を０．００２ｍａｓｓ％に制限する。好ましくは０．００１ｍａｓｓ％以下である。
ただし、後述するＳｎおよびＳｂには、上記Ｓｅの弊害を抑止する効果があるので、ＳｎおよびＳｂを添加する場合には、Ｓｅの上限を０．００３ｍａｓｓ％まで拡大することができる。また、この場合のＳｅは０．００２５ｍａｓｓ％以下が好ましい。
【００３０】
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記必須とする成分に加えて、Ｓｎ，Ｓｂ，ＣａおよびＭｇのうちから選ばれる１種または２種以上を下記の範囲で含有していてもよい。
Ｓｎ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％
Ｓｎは、粒界に偏析する元素であるが、Ｐの偏析に及ぼす影響は小さく、むしろ、粒内の変形帯の形成を促進することによって、磁束密度を高める効果を有する。上記効果は、０．００１ｍａｓｓ％以上の添加で得られる。一方、０．１ｍａｓｓ％を超える添加は、鋼が脆化し、製造工程での板破断やヘゲ等の表面欠陥を増加させる。よって、Ｓｎを添加する場合は０．００１〜０．１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３１】
Ｓｂ：０．００１〜０．１ｍａｓｓ％
Ｓｂは、Ｓｎと同様、粒界に偏析する元素であるが、Ｐの偏析に及ぼす影響は小さく、むしろ、焼鈍時の窒化を抑制することによって、磁気特性を高める効果を有する。上記効果は、０．００１ｍａｓｓ％以上の添加で得られる。一方、０．１ｍａｓｓ％を超える添加は、鋼が脆化し、製造工程での板破断やヘゲ等の表面欠陥を増加させる。よって、Ｓｂを添加する場合は０．００１〜０．１ｍａｓｓ％の範囲とするのが好ましい。
【００３２】
Ｃａ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％
Ｃａは、硫化物を粗大化し、鉄損を低減する効果を有するため、０．００１ｍａｓｓ％以上添加することができる。一方、過剰に添加しても、上記効果は飽和し、経済的に不利となるだけであるため、上限は０．００５ｍａｓｓ％とする。
【００３３】
Ｍｇ：０．００１〜０．００５ｍａｓｓ％
Ｍｇは、Ｃａと同様、硫化物を粗大化し、鉄損を低減する効果を有するため、０．００１ｍａｓｓ％以上添加することができる。一方、過剰に添加しても、上記効果は飽和し、経済的に不利となるだけであるため、上限は０．００５ｍａｓｓ％とする。
【００３４】
本発明の無方向性電磁鋼板における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内であれば、他の成分の添加を拒むものではない。
【００３５】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の板厚（製品板厚）について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板の板厚は、高周波における鉄損を低減する観点から、０．３０ｍｍ以下であることが好ましい。一方、板厚が０．０５ｍｍ未満となると、鉄心製作に要する積層枚数が増加する他、鋼板の剛性が著しく低下し、モータの振動が大きくなる等の問題を生じる。よって、板厚は０．０５〜０．３０ｍｍの範囲が好ましい。より好ましくは０．１０〜０．２０ｍｍの範囲である。
【００３６】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について述べる。
本発明の無方向性電磁鋼板は、その素材としてＡｌ，ＰおよびＳｅの含有量が上記した適正範囲内のスラブを用いる限り、公知の無方向性電磁鋼板の製造方法を用いることができ、特に制限はないが、例えば、以下の方法、すなわち、転炉あるいは電気炉などの精錬プロセスで上記所定の成分組成に調整した鋼を溶製し、脱ガス設備等で二次精錬し、連続鋳造して鋼スラブとした後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍した後、酸洗し、冷間圧延し、仕上焼鈍した後、絶縁被膜を塗布・焼付ける方法を採用することができる。
【００３７】
なお、上記の熱延板焼鈍を施す場合には、均熱温度は９００〜１２００℃の範囲とするのが好ましい。９００℃未満であると、熱延板焼鈍の効果が十分に得られず、磁気特性が向上せず、一方、１２００℃を超えると、コスト的に不利となる他、熱延板の粒径が粗大となり、冷間圧延時に割れが生じるおそれがあるからである。
【００３８】
また、熱延板から最終板厚とする冷間圧延は、１回または中間焼鈍を挟む２回以上とするのが好ましい。特に、最終の冷間圧延は、板温が２００℃程度の温度で圧延する温間圧延とすることは、磁束密度を向上する効果が大きいので、設備上や生産制約上、コスト的に問題がければ、温間圧延とするのが好ましい。
【００３９】
上記最終板厚とした冷延板に施す仕上焼鈍は、９００〜１１５０℃の温度で、５〜６０秒の均熱する連続焼鈍とするのが好ましい。均熱温度が９００℃未満では、再結晶が十分に進行せず良好な磁気特性が得られない。一方、１１５０℃を超えると、結晶粒が粗大化し、特に高周波数域での鉄損が増加するからである。
【００４０】
上記仕上焼鈍後の鋼板は、その後、鉄損を低減するため、鋼板表面に絶縁被膜を被成することが好ましい。上記絶縁被膜は、良好な打抜き性を確保するためには、樹脂を含有する半有機被膜を適用することが望ましい。
【００４１】
以上のようにして製造した無方向性電磁鋼板は、歪取焼鈍を施さずに使用するか、あるいは、歪取焼鈍を施してから使用してもよい。また、打抜工程を経て整形した後に、歪取焼鈍を施してもよい。ここで、上記歪取焼鈍は、７５０℃×２時間程度の条件で施すのが一般的である。
【実施例】
【００４２】
表１に示した各種成分組成を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を溶製し、連続鋳造して鋼スラブとした後、該スラブを１１４０℃の温度で１ｈｒ加熱した後、仕上圧延終了温度を８００℃、巻取温度を６１０℃とする熱間圧延して板厚１．６ｍｍの熱延板とし、１０００℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して表１に示した板厚の冷延板とした。次いで、上記冷延板に、同じく表１に示した温度で１０秒間保持する仕上焼鈍を施し、冷延焼鈍板（無方向性電磁鋼板）とした。
斯くして得た冷延焼鈍板から、長さ方向を圧延方向（Ｌ方向）および圧延方向に直角方向（Ｃ方向）とする幅３０ｍｍ×長さ２８０ｍｍのエプスタイン試験片をそれぞれの方向から採取し、ＪＩＳ  Ｃ２５５０に記載の２５ｃｍエプスタイン法で、磁束密度Ｂ５０（Ｔ）および鉄損Ｗ１０／4００（Ｗ／ｋｇ）を測定し、その測定結果を表１に併記した。
【００４３】
【表１−１】
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【００４４】
【表１−２】
2015131993.tif 000004
【００４５】
表１から、鋼成分を本発明に適合するＡｌ，ＰおよびＳｅの範囲に制御した本発明例の無方向性電磁鋼板は、上記範囲から外れる比較例の鋼板と比較して、高磁束密度でかつ鉄損特性に優れていることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明の無方向性電磁鋼板は、電動パワーステアリングモータや情報機器用ハードディスクモータ等にも適用することができる。
【図１】
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【図２】
2015131993.tif 000006