(57)【要約】  質量％で、C：0.005％以下、Si：1.0〜4.5％、Mn：0.02〜2.0％、Sol. Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S＋Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下およびCu：0.02〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分を有する鋼（低Al鋼）とすることで、高温の仕上焼鈍でも、低鉄損でかつ高磁気特性の無方向性電磁鋼板を得る。
2016067568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.005％以下、Si：1.0〜4.5％、Mn：0.02〜2.0％、Sol. Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S＋Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下およびCu：0.02〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記鋼板が、さらに、Sn、Sbから選んだ1種もしくは2種を質量％で合計0.01〜0.20％含有する請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記鋼板が、さらに、Ca、REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を質量％で合計0.0001〜0.01％含有する請求項1または2に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
質量％で、C：0.005％以下、Si：1.0〜4.5％、Mn：0.02〜2.0％、Sol. Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S＋Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下およびCu：0.02〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、ついで、熱間圧延した熱延板に、熱延板焼鈍を施しまたは施さずに、1回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により目標の板厚とし、ついで仕上焼鈍を行う一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
上記仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度を40℃/s以上とし、かつ仕上焼鈍温度を900〜1100℃の範囲とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】
前記鋼スラブが、さらに、Sn、Sbから選んだ１種もしくは２種を質量％で合計0.01〜0.20％含有する請求項4に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項６】
前記鋼スラブが、さらに、Ca、REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を質量％で合計0.0001〜0.01％含有する請求項4または5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、無方向性電磁鋼板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無方向性電磁鋼板は、電気機器の鉄心材料に用いられる材料であり、電気機器の高効率化には電磁鋼板を低鉄損化することが有効である。そして、鉄損の低減にはSi, Al, Mnなどの比抵抗が大きい元素の添加が有効であり、中でもAlは比抵抗の上昇が大きい割に強度上昇が小さく、鉄損低減と打ち抜き性改善を両立させるのに適した元素である。【０００３】
しかしながら、Al添加鋼にはリサイクル性が悪いという課題がある。すなわち、Al添加鋼をスクラップ材として処理すると、電気炉の電極が劣化するために、製品のリサイクル性が損なわれるという課題があった。【０００４】
したがって、リサイクル性改善のためには、鋼板中のAlを低減することが好ましく、Al含有量が低くても優れた磁気特性を有する電磁鋼板が望まれていた。【０００５】
この問題に対して、例えば、特許文献１では、低Al鋼においてCu硫化物を制御することで優れた磁気特性を得る技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２７７７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
昨今では、無方向性電磁鋼板に要求される低鉄損化の要求は厳しくなっている。そして、その低鉄損化の要求に応えるためには、900℃以上の高温での仕上焼鈍が望まれている。仕上焼鈍を900℃以上の高温で行うと、鋼板内の結晶粒径が粗大化して磁壁移動を阻害する結晶粒界が減少し、鉄損が低減するからである。【０００８】
この点、特許文献1で提案された技術は、比較的低温の仕上焼鈍や歪取焼鈍での粒成長改善を主眼に置いたものであるため、900℃以上の高温での仕上焼鈍を適用した場合には、十分な磁気特性の改善効果は望めなかった。【０００９】
本発明は、上記した問題を有利に解決するもので、低Al鋼に対し低鉄損化を企図して高温の仕上焼鈍を行った場合でも、低鉄損化を達成することができる、磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板を、その製造方法とともに提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以下、本発明を提案するに至った経緯を説明する。
質量％で、C：0.003％以下、Si：1.9％、Mn：0.5％、Sol. Al：0.001％以下、P：0.02％以下、N：0.005％以下およびO：0.005％以下を含む鋼をベースとし、Cuを0.01〜0.10％、Sを0.0001〜0.005％、Seを0.0001〜0.002％の種々の範囲で含む鋼を、実験室的に真空溶解してインゴットを作り、これを熱間圧延および冷間圧延して0.5mm厚とし、100〜700℃の昇温速度を80℃/sとし、970℃で10s保定する仕上焼鈍を実施して製品板（無方向性電磁鋼板）とした。
得られた製品板の磁気特性を図１および２に示す。なお、図中の％表示は、質量％である。【００１１】
ここで、鋼板組織に、微細なCu硫化物やCuセレン化物が存在すると、仕上焼鈍時など熱処理時においては、ピン止め効果を生じる。そして、ピン止め効果が生じると、仕上焼鈍時の二次再結晶粒の粒成長を妨げることになるため、鋼板の鉄損改善の妨げとなる。【００１２】
図１、２に示したとおり、Cu量が0.02質量％未満の領域では、SおよびSeの含有の明確な影響は認められない。これは、鋼中に、微細なCu硫化物やCuセレン化物が存在したとしても、仕上焼鈍を高温で実施すると、微細なCu硫化物やCuセレン化物は固溶して無くなるため、ピン止め効果の影響がなくなるためと考えられる。【００１３】
一方、Cu量が0.02質量％以上の領域では、SおよびSeの含有量を低減することで大きな鉄損改善効果が認められた。
一般に、Cuの含有量が高い場合は、Cu硫化物やCuセレン化物の生成量が増大するため、高温焼鈍を施したとしても、Cu硫化物やCuセレン化物を、完全に固溶させることは難しく、鋼板中に、微細なCu硫化物やCuセレン化物が残存する。かような微細なCu硫化物やCuセレン化物が残存すると、ピン止め効果が生じ、二次再結晶粒の効果的な粒成長が妨げられるため、鋼板の鉄損が劣化すると考えられる。そのため、かかる場合には、SおよびSeの含有量を低減することにより、鋼中に微細なCu硫化物やCuセレン化物を存在させなくすることで、ピン止め力が低減され、その結果、鉄損が改善されたものと考えられる。特に、S＋Se量が0.0010質量％以下の場合、その改善効果は著しい。【００１４】
また、Cuが0.02質量％以上の領域では、SおよびSeを低減すると、磁束密度（Ｂ50）の向上が認められた。この理由は明らかではないが、SおよびSeを低減したことにより、粒界内のSおよびSeが減少してCuが偏析可能なサイトが増加し、Cuの粒界偏析が促進することで、鋼板の再結晶集合組織が改善されたためと推定している。
発明者らは、以上の知見にさらに、検討を加えて本発明を完成させた。【００１５】
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：0.005％以下、Si：1.0〜4.5％、Mn：0.02〜2.0％、Sol.Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S＋Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下およびCu：0.02〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる無方向性電磁鋼板。【００１６】
２．前記鋼板が、さらに、Sn、Sbから選んだ1種もしくは2種を質量％で合計0.01〜0.20％含有する前記1に記載の無方向性電磁鋼板。【００１７】
３．前記鋼板が、さらに、Ca、REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を質量％で合計0.0001〜0.01％含有する前記1または2に記載の無方向性電磁鋼板。【００１８】
４．質量％で、C：0.005％以下、Si：1.0〜4.5％、Mn：0.02〜2.0％、Sol. Al：0.001％以下、P：0.2％以下、S＋Se：0.0010％以下、N：0.005％以下、O：0.005％以下およびCu：0.02〜0.30％を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、ついで、熱間圧延した熱延板に、熱延板焼鈍を施しまたは施さずに、1回の冷間圧延もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により目標の板厚とし、ついで仕上焼鈍を行う一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
上記仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度を40℃/s以上とし、かつ仕上焼鈍温度を900〜1100℃の範囲とする無方向性電磁鋼板の製造方法。【００１９】
５．前記鋼スラブが、さらに、Sn、Sbから選んだ1種もしくは2種を質量％で合計0.01〜0.20％含有する前記3に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。【００２０】
６．前記鋼スラブが、さらに、Ca、REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を質量％で合計0.0001〜0.01％含有する前記4または5に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、Alを低減した系に対して高温焼鈍を適用しても優れた磁気特性を得ることが可能な無方向性電磁鋼板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】ＳおよびSeの含有量と製品板の磁気特性（鉄損）との関係を示した図である。
【図２】ＳおよびSeの含有量と製品板の磁気特性（磁束密度）との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の鋼成分の限定理由について説明する。
なお、以下、鋼成分に関する「％」表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
C：0.005％以下
Cは、炭化物として析出し鉄損を劣化させるため、できるだけ低減する必要がある。鋼板の磁気時効を抑制する観点から、C含有量は0.005％以下とする。下限の含有量は特に規定しないが、脱炭コストを抑制する観点から、C含有量は0.0001％以上が好ましい。
【００２４】
Si：1.0〜4.5％
Siは、鋼の比抵抗を高める元素であり、含有量が高いほど鉄損が低減する。鉄損低減効果を十分得るためには、Siを1.0％以上含有する必要がある。一方、Si含有量が4.5％を超えると磁束密度の低下、硬度の上昇が問題となる。このため、Si含有量は1.0〜4.5％とする。鉄損、磁束密度、打ち抜き性のバランスから考えて、Si含有量のより好ましい範囲は1.5〜3.0％である。
【００２５】
Mn：0.02〜2.0％
Mnは、鋼の熱間脆性を抑制する元素であり、鋼の比抵抗を高める元素でもある。その効果を得るためには0.02％以上の添加が必要である。一方、Mn含有量が2.0％を超えると炭化物が析出してかえって鉄損が悪くなる。このため、Mn含有量は0.02〜2.0％とする。より好ましい範囲は0.15〜0.8％である。
【００２６】
Sol.Al：0.001％以下
Sol.Al（酸可溶性Al）は、微細なAlNを形成し鉄損劣化の原因となるため、0.001％以下とする必要がある。より好ましくは0.0005％以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的にSol. Al量は0.00001％程度が好ましい。
【００２７】
P：0.2％以下
Pは、鋼の硬度を増加させる元素であり、製品の硬度調整に用いることができる。しかしながら、Pを、0.2％を超えて添加すると鋼が脆化し、冷間圧延で割れが発生しやすくなる。よって、P量は0.2％以下に制限する。より好ましくは0.1％以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的にP量は0.0001％程度が好ましい。
【００２８】
S＋Se：0.0010％以下
SおよびSeは、微細な硫化物やセレン化物を形成して、鉄損を劣化させる元素である。本発明では、Cuを含有するため、特にその影響が大きく、鉄損を低減するためには、S＋Seを0.0010％以下に低減しなければならない。より好ましくは0.0005％以下である。また、ＳおよびSeをこの範囲に制御することにより、Cu含有による磁束密度向上効果を効率よく得ることができる。
なお、SとSeは、それぞれ、0.0005％以下、0.0001％以下に低減することが好ましい。また、S＋Se量の下限値は特に規定しないが、工業的には0.00001％程度である。
【００２９】
N：0.005％以下
Nは、微細窒化物を形成して鉄損劣化の原因となるため、0.005％以下とする必要がある。より好ましくは0.003％以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的に、N量は0.0001％程度である。
【００３０】
O：0.005％以下
Oは、酸化物を増加させ鉄損劣化の原因となるため、0.005％以下とする必要がある。より好ましくは0.003％以下である。なお、下限値は特に規定しないが、工業的に、O量は0.0001％程度である。
【００３１】
Cu：0.02〜0.30％
Cuは、トランプエレメントの一種であり、鉄のリサイクルにともなって含有量が増加する元素である。本発明では、このCuを積極的に活用する。Cuは、微細な硫化物やセレン化物を生成し鉄損劣化の原因となるが、逆に再結晶集合組織を改善し鉄損を改善する効果もある。鉄損低減の効果を得るためには、Cuを0.02％以上含有することが必要である。一方、0.30％超のCuを含有すると表面疵の原因となる。このため、Cu含有量は0.02〜0.30％とする。より好ましい範囲は0.05〜0.10％である。
【００３２】
Sn, Sbから選んだ1種もしくは2種を合計で0.01〜0.20％
Sn, Sbは、再結晶集合組織を改善し、鋼の磁束密度を向上させる効果がある。
しかし、Sn, Sbから選んだ1種もしくは2種が0.01％未満では添加効果が薄い。一方、0.20％を超えると添加効果が飽和する。従って、Sn, Sbのうちから選んだ1種もしくは2種は合計で0.01〜0.20％の範囲で添加することが好ましい。
【００３３】
Ca, REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上を合計で0.0001〜0.01％
Ca, REMおよびMgは、安定な硫化物、セレン化物を形成する元素であり、本発明の鋼に添加することでさらに優れた鉄損特性を得ることができる。
しかし、Ca, REMおよびMgから選んだ1種もしくは2種以上が0.0001％未満では添加効果が薄い。一方、0.01％を超えるとかえって鉄損が増加する。従って、Ca, REMおよびMgのうちから選んだ1種もしくは2種以上は合計で0.0001〜0.01％の範囲で添加することが好ましい。
【００３４】
本発明において、微細なCu硫化物やCuセレン化物は、少ないほど望ましい。すなわち、直径が10〜200nmのCu硫化物やCuセレン化物の個数密度は、合計で10個/μｍ2以下とすることが好ましい。
【００３５】
本発明における微細なCu硫化物やCuセレン化物の個数密度は、試料の板厚中心層を電解し、そのレプリカをＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で観察し、析出物をＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光法）で分析することで測定できる。本発明では、レプリカ作製過程の電解工程で用いた全電荷がＦｅをＦｅ2+とするために消費され、かつ、電解工程で得られた全ての残渣（析出物）がレプリカに捕捉されるとして、上記析出物の個数密度を計算した。
なお、直径200nm以上の析出物については磁気特性に大きな影響を与えないため、測定しなくて良い。また直径10nm以下の析出物についてはＥＤＸによる分析が困難であり、さらに本発明の範囲では個数が少なく磁気特性への影響が小さいので測定しないでよい。
【００３６】
次に、本発明に従う製造方法について述べる。なお、以下に規定する以外の無方向性電磁鋼板の製造条件等は、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る。
上記の好適成分組成に調整した溶鋼から、通常の造塊−分塊法や連続鋳造法によってスラブを製造してもよいし、100 mm以下の厚さの薄鋳片を直接鋳造法で製造してもよい。ついで、スラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延に供して、熱延板とするが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱間圧延に供してもよい。熱間圧延後、熱延板を、700〜900℃の温度域で10min〜10ｈ、もしくは900〜1100℃の温度域で1s〜5min保定する熱処理（熱延板焼鈍）を実施することでさらに高い磁気特性を得ることができる。なお、本発明では、コスト削減の観点からかかる熱処理を省略することができる。
【００３７】
その後、上記熱延板に酸洗を施してから、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚に仕上げ、ついで仕上焼鈍を施して鋼板とする。鉄損改善の観点から、仕上焼鈍は900℃以上の高温で実施する。900℃以上で仕上焼鈍を施すと、結晶粒径が粗大化して磁壁移動を阻害する結晶粒界が減少し、鉄損の低減に有利だからである。一方、焼鈍温度が1100℃を超えるとピックアップ等の問題が発生する。このため、仕上焼鈍温度は900〜1100℃の範囲とする。
【００３８】
また、本発明においては、仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度を40℃/s以上とすることで、優れた鉄損低減効果を得ることができる。
この鉄損低減効果が得られる理由は明らかでないが、以下のとおりと考えている。
すなわち、仕上焼鈍の昇温過程における上記温度域での昇温速度が低いと、鋼中の｛111｝方位粒の再結晶が優先的に進むために、本発明で意図する磁気特性に有利な｛100｝および｛110｝方位の結晶が減少してしまうため、と考えている。この傾向は、特に鋼中の｛111｝方位粒が強くなる条件下、例えば、熱延板焼鈍を行わない場合や冷延圧下率が高い場合に顕著だからである。なお、100〜700℃の温度域での昇温速度は、好ましくは、100℃/s以上である。
【００３９】
一方、上記昇温速度の上限は特に規定されないが、IHや通電加熱などの加熱設備への投資を抑制する観点から、500℃/s以下とすることが好ましい。
仕上焼鈍ののち、前記鋼板に必要に応じて絶縁コーティングを施して製品板である無方向性電磁鋼板とする。本発明では、絶縁コーティングは公知のものを用いることができ、無機コーティング、有機コーティング、無機−有機混合コーティングなどを目的に応じて使い分けることができる。
【実施例】
【００４０】
表１に示す成分を含有する鋼スラブを、1120℃で20分間加熱後、熱間圧延を行って熱延板としたのち、かかる熱延板に熱延板焼鈍を行うかあるいは行わずに、冷間圧延を行い、板厚：0.35mmの冷延板に仕上げた。得られた冷延板に対して、H2（vol％）:N2（vol％）=20:80、露点：-40℃の雰囲気中で、温度：950℃、保定時間：10sの仕上焼鈍を行ったのち、絶縁コーティング処理を実施して製品板とした。
なお、熱延板焼鈍条件および仕上焼鈍の昇温過程における100〜700℃の温度域での昇温速度は、表１に記載した。また、得られた製品板から280mm×30mmの試験片を採取し、JIS C 2550-1：2011に規定するエプスタイン試験法に準拠して磁気測定を行った。
磁気測定の測定結果を表１に併記する。
さらに、Cu硫化物およびCuセレン化物の直径を既述の方法で測定し、その個数密度を表１に記載した。なお、表中、Cu硫化物の個数密度は、直径10〜200nmのCu硫化物の1μm2当たりの個数密度であり、Cuセレン化物の個数密度は、直径10〜200nmのCuセレン化物の1μm2当たりの個数密度である。【００４１】
【表１】
2016067568.tif 000003
【００４２】
表１に見られるように、本発明の要件を満足する製品板は、いずれもAlを低減した系に高温焼鈍を適用したとしても、優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板が得られている。
【図１】
2016067568.tif 000004
【図２】
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【国際調査報告】
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