(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
平均結晶粒径が１２０μｍ以上のフェライト粒からなる単相の鋼組織を有し、
平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度が１×１０10個／ｍｍ3以下であり、
式１で表されるヒステリシス損失Ｗh：０．７０Ｗ／ｋｇ以下、かつ
式２で表される渦電流損失Ｗe／ｔ2：１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下、
で表される磁気特性を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｗh＝５×｛Ｗ10/50×（６０／５０）−Ｗ10/60×（５０／６０）｝  ・・・式１
Ｗe／ｔ2＝２５０×（Ｗ10/60／６０−Ｗ10/50／５０）／ｔ2  ・・・式２
（Ｗ10/50は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が５０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、Ｗ10/60は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が６０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、ｔは前記無方向性電磁鋼板の板厚［ｍｍ］である。）
【請求項２】
前記化学組成において、
Ｐ：０．０１％〜０．２％、
Ｓｎ：０．０１％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．０１％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００１％〜０．０３％、若しくは
Ｃａ：０．０００３％〜０．０１％、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
板厚が０．４９ｍｍ以上で、最大磁束密度が１．０Ｔ、励磁周波数が５０Ｈｚの鉄損Ｗ10/50が１．００Ｗ／ｋｇ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
鋼の鋳造を行ってスラブを得る工程と、
前記スラブを１５０℃〜４００℃の温度まで冷却する工程と、
前記スラブを加熱炉に挿入して１０３０℃〜１１３０℃の温度まで加熱する工程と、
前記スラブに熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延鋼板に焼鈍を施して熱間圧延焼鈍鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る工程と、
前記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す工程と、
を有し、
前記鋼は、質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
前記冷間圧延鋼板は式３を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
０．００５ｍｍ  ≦  ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２  ≦  ０．０１５ｍｍ  ・・・式３
（ｔcは前記冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw1は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の一方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw2は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の他方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］である。）
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
鋼の鋳造を行ってスラブを得る工程と、
前記スラブを１５０℃〜４００℃の温度まで冷却する工程と、
前記スラブを加熱炉に挿入して１０３０℃〜１２５０℃の温度まで加熱する工程と、
前記スラブに熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延鋼板に焼鈍を施して熱間圧延焼鈍鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る工程と、
前記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す工程と、
を有し、
前記鋼は、質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
前記化学組成において、
ＲＥＭ：０．００１％〜０．０３％、若しくは
Ｃａ：０．０００３％〜０．０１％、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされ、
前記冷間圧延鋼板は式３を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
０．００５ｍｍ  ≦  ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２  ≦  ０．０１５ｍｍ  ・・・式３
（ｔcは前記冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw1は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の一方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw2は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の他方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］である。）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄損の小さい無方向性電磁鋼板に関する。本発明で得られる無方向性電磁鋼板は、大型回転機や発電機の鉄心に好適である。
【背景技術】
【０００２】
各種電気機器の効率向上の要求に従い、鉄心に用いられる無方向性電磁鋼板に対しては、ますます低い鉄損が求められている。大型回転機や発電機用途では、特に、比較的厚い板厚と低い鉄損への要求が強い。
【０００３】
鉄損低減のために、結晶粒径を大きくしたり、鋼の不純物の量を低減したりしてヒステリシス損失を低減させることはよく行われる。たとえば、特許文献１では、鋼中不純物Ｓ、Ｏ、Ｎを低減し、平均結晶粒径を所定の範囲とすることで、ヒステリシス損を改善し、非常に小さい鉄損を実現した。また、介在物を制御し粒成長性を改善することで、大きな粒径を得、ヒステリシス損を低減し、小さな鉄損を得やすくする方法が、特許文献２〜特許文献４に示されている。
【０００４】
しかしながら、従来の無方向性電磁鋼板では、比較的厚い板厚と低い鉄損との両立が困難である。また、例えば数１０トン単位の実機で安定的に製造することも困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭５９−７４２５８号公報
【特許文献２】特開２００１−２７１１４７号公報
【特許文献３】特開平８−３３３６５８号公報
【特許文献４】特開２００５−３３６５０３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】L. J. Dijkstra and C. Wert  "Effect of inclusions on coercive force of iron," Phys. Rev., vol. 79, pp. 979-985, Sep. 1950.
【非特許文献２】近角「強磁性体の物理」
【非特許文献３】大田「磁気工学の基礎」
【非特許文献４】R.A.McCurrie,“Ferromagnetic Materials"
【非特許文献５】黒沢文夫、田口  勇、松本龍太郎：日本金属学会誌、４３（１９７９），ｐ．１０６８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、比較的厚い場合でも低い鉄損を得ることができる無方向性電磁鋼板及びその製造方法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】
【０００８】
本発明は、ヒステリシス損失と渦電流損失を低減した無方向性電磁鋼板であり、それを製造する方法である。ヒステリシス損失の低減のためには、化学組成、フェライトの平均結晶粒径、微細析出物の個数密度を適切に制御する。また、渦電流損失の低減のためには、無方向性電磁鋼板に残留する歪みを低減することが重要である。
【０００９】
本発明の概要は以下の通りである。
【００１０】
（１）  質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
平均結晶粒径が１２０μｍ以上のフェライト粒からなる単相の鋼組織を有し、
平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度が１×１０10個／ｍｍ3以下であり、
式１で表されるヒステリシス損失Ｗh：０．７０Ｗ／ｋｇ以下、かつ
式２で表される渦電流損失Ｗe／ｔ2：１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下、
で表される磁気特性を有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｗh＝５×｛Ｗ10/50×（６０／５０）−Ｗ10/60×（５０／６０）｝  ・・・式１
Ｗe／ｔ2＝２５０×（Ｗ10/60／６０−Ｗ10/50／５０）／ｔ2  ・・・式２
（Ｗ10/50は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が５０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、Ｗ10/60は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が６０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、ｔは前記無方向性電磁鋼板の板厚［ｍｍ］である。）
【００１１】
（２）前記化学組成において、
Ｐ：０．０１％〜０．２％、
Ｓｎ：０．０１％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．０１％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００１％〜０．０３％、若しくは
Ｃａ：０．０００３％〜０．０１％、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされることを特徴とする（１）に記載の無方向性電磁鋼板。
【００１２】
（３）  板厚が０．４９ｍｍ以上で、最大磁束密度が１．０Ｔ、励磁周波数が５０Ｈｚの鉄損Ｗ10/50が１．００Ｗ／ｋｇ以下であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の無方向性電磁鋼板。
【００１３】
（４）（１）〜（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
鋼の鋳造を行ってスラブを得る工程と、
前記スラブを１５０℃〜４００℃の温度まで冷却する工程と、
前記スラブを加熱炉に挿入して１０３０℃〜１１３０℃の温度まで加熱する工程と、
前記スラブに熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延鋼板に焼鈍を施して熱間圧延焼鈍鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る工程と、
前記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す工程と、
を有し、
前記鋼は、質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
前記冷間圧延鋼板は式３を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
０．００５ｍｍ  ≦  ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２  ≦  ０．０１５ｍｍ  ・・・式３
（ｔcは前記冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw1は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の一方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw2は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の他方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］である。）
【００１４】
（５）（１）〜（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
鋼の鋳造を行ってスラブを得る工程と、
前記スラブを１５０℃〜４００℃の温度まで冷却する工程と、
前記スラブを加熱炉に挿入して１０３０℃〜１２５０℃の温度まで加熱する工程と、
前記スラブに熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延鋼板に焼鈍を施して熱間圧延焼鈍鋼板を得る工程と、
前記熱間圧延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る工程と、
前記冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す工程と、
を有し、
前記鋼は、質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：２．０％〜３．５％、
Ｍｎ：０．１％〜１．５％、
Ａｌ：０．３％〜１．５％、
Ｓ：０．００４％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．００４％以下、
Ｐ：０．０％〜０．２％、
Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、
Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、
ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、
Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ
残部：Ｆｅ及び不純物、
で表される化学組成を有し、
前記化学組成において、
ＲＥＭ：０．００１％〜０．０３％、若しくは
Ｃａ：０．０００３％〜０．０１％、
又はこれらの任意の組み合わせが満たされ、
前記冷間圧延鋼板は式３を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
０．００５ｍｍ  ≦  ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２  ≦  ０．０１５ｍｍ  ・・・式３
（ｔcは前記冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw1は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の一方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw2は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の他方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］である。）
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、化学組成、鋼組織、所定のサイズの析出物の個数密度等が適切であるため、比較的厚い場合でも低い鉄損を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ヒステリシス損失Ｗh、渦電流損失Ｗe／ｔ2、鉄損Ｗ10/50の関係を示す図である。
【図２】フェライトの平均結晶粒径とヒステリシス損失Ｗhとの関係を示す図である。
【図３】個数密度Ｎと到達したヒステリシス損失Ｗhとの関係を示す図である。
【図４】焼鈍前後のヒステリシス損失Ｗhの変化を示す図である。
【図５】焼鈍前後の渦電流損失Ｗe／ｔ2の変化を示す図である。
【図６】冷間圧延鋼板の減厚量と渦電流損失Ｗe／ｔ2との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
先ず、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の磁気特性について、本発明者らが行った実験に基づいて説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、式１で表されるヒステリシス損失Ｗh：０．７０Ｗ／ｋｇ以下、かつ式２で表される渦電流損失Ｗe／ｔ2：１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下で表される磁気特性を有する。
Ｗh＝５×｛Ｗ10/50×（６０／５０）−Ｗ10/60×（５０／６０）｝  ・・・式１
Ｗe／ｔ2＝２５０×（Ｗ10/60／６０−Ｗ10/50／５０）／ｔ2  ・・・式２
（ここで、Ｗ10/50は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が５０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、Ｗ10/60は磁束密度が１．０Ｔ、周波数が６０Ｈｚのときの鉄損［Ｗ／ｋｇ］であり、ｔは無方向性電磁鋼板の板厚［ｍｍ］である。）
【００１８】
（実験１）
本発明者らは、表１に示す化学組成を持ち、厚さが０．５ｍｍの冷間圧延鋼板を素材として、それに仕上げ焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を製造した。表１に示す化学組成の残部はＦｅ及び不純物である。仕上げ焼鈍は連続炉で行い、均熱温度を１０５０℃〜１０７５℃の範囲で変化させ、均熱時間を３０秒間の一定とし、また炉内で冷間圧延鋼板に付与される張力を２．０Ｎ／ｍｍ2〜４．０Ｎ／ｍｍ2の範囲で変化させた。無方向性電磁鋼板の断面組織はフェライト単相で、フェライトの平均結晶粒径は１００μｍ〜２００μｍの範囲であった。得られた無方向性電磁鋼板から磁気測定用試料を切り出し、磁気測定に供した。そして、鉄損Ｗ10/50、鉄損Ｗ10/60を測定し、式１及び式２からヒステリシス損失Ｗh及び鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2を求めた。
【００１９】
【表１】
0006679948.tif 000002
【００２０】
ヒステリシス損失Ｗh、渦電流損失Ｗe／ｔ2、鉄損Ｗ10/50の関係を図１に示す。図１に示すように、ヒステリシス損失Ｗh及び渦電流損失Ｗe／ｔ2のいずれもが、上記仕上げ焼鈍条件を変化させることで変化した。化学組成すなわち固有抵抗が一定、板厚が一定であっても、渦電流損失Ｗe／ｔ2は変化した。
【００２１】
図１から、渦電流損失Ｗe／ｔ2が同じであれば、ヒステリシス損失Ｗhが０．７０Ｗ／ｋｇ以下になると鉄損Ｗ10/50は急激に小さくなり、また、渦電流損失Ｗe／ｔ2が１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下で、鉄損Ｗ10/50は効果的に小さくなることが分かる。そこで、本発明の実施形態では、低い鉄損Ｗ10/50を得るため、ヒステリシス損失Ｗhを０．７０Ｗ／ｋｇ以下、かつ、渦電流損失Ｗe／ｔ2を１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下とする。
【００２２】
＜ヒステリシス損失低減＞
次に、０．７０Ｗ／ｋｇ以下のヒステリシス損失Ｗhを実現する条件について説明する。
【００２３】
（実験２）
本発明者らは、実験室の真空溶解炉で、表２に示す化学組成の鋼を溶製し、これを鋳造してスラブとし、このスラブの熱間圧延を表３に示す条件で実施し、複数の熱間圧延鋼板を得た。表２に示す化学組成の残部はＦｅ及び不純物である。そして、各熱間圧延鋼板における平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度Ｎを、後述の方法で求めた。この結果も表３に示す。
【００２４】
【表２】
0006679948.tif 000003
【００２５】
【表３】
0006679948.tif 000004
【００２６】
また、熱間圧延鋼板を酸洗後に冷間圧延し、０．５ｍｍ厚の冷間圧延鋼板とし、均熱温度が９５０℃、１０００℃又は１０５０℃、均熱時間が３０秒間の仕上げ焼鈍を実施して、無方向性電磁鋼板を製造した。得られた無方向性電磁鋼板の磁気測定を行い、先に述べた方法でヒステリシス損失Ｗhを算出した。また、断面金属組織から、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に基づき単位面積当たりの結晶粒の平均数を測定することでフェライトの平均結晶粒径を求めた。
【００２７】
図２に、個数密度Ｎが０．６５×１０10個／ｍｍ3の熱間圧延鋼板Ｃ１と、１．２×１０10個／ｍｍ3の熱間圧延鋼板Ｃ３を素材にしたときの、フェライトの平均結晶粒径とヒステリシス損失Ｗhとの関係を示す。熱間圧延鋼板Ｃ１及びＣ３のいずれにおいても、フェライトの平均結晶粒径が大きくなると共に、ヒステリシス損失Ｗhは小さくなり、１２０μｍ以上の大きさで概ね一定の値に近づいた。個数密度Ｎが低い熱間圧延鋼板Ｃ１の方が、到達するヒステリシス損失Ｗhは小さかった。
【００２８】
熱間圧延鋼板Ｃ２及びＣ４についても、フェライトの平均結晶粒径とヒステリシス損失Ｗhとの関係を調査し、ヒステリシス損失Ｗhが概ね一定となるフェライトの平均結晶粒径を求めたところ、熱間圧延鋼板Ｃ１及びＣ３と同様に、１２０μｍ以上の大きさで概ね一定の値に近づいた。そこで、フェライトの平均結晶粒径が１８０μｍであれば、ヒステリシス損失Ｗhは一定の値に到達しているものと推定し、平均結晶粒径が１８０μｍのときの個数密度Ｎと到達したヒステリシス損失Ｗhとの関係を調査した。この結果を図３に示す。図３から、個数密度Ｎが１．０×１０10個／ｍｍ3以下になると、優位にヒステリシス損失Ｗhが低下することが分かる。
【００２９】
以上の結果から、本発明の実施形態では、フェライトの平均結晶粒径、及び平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度Ｎを下記のように限定する。
【００３０】
図２から分かるように、フェライトの平均結晶粒径が１２０μｍ以上でヒステリシス損失Ｗhは一定の値になるので、鋼組織がフェライト単相からなり、フェライトの平均結晶粒径は１２０μｍ以上とし、好ましくは１５０μｍ以上とする。上限は規定しないが、平均結晶粒径が大きすぎると渦電流損失が増加してしまうので、２００μｍ以下が好ましい。応用先の駆動周波数によって、最適な大きさに調整することも有効である。フェライトの平均結晶粒径は、ＪＩＳ  Ｇ０５５１に基づき断面金属組織の単位面積当たりの結晶粒の平均数を測定し求める。
【００３１】
平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度Ｎは１．０×１０10個／ｍｍ3以下とする。ヒステリシス損失Ｗhが析出物の影響を受けるのは、磁壁移動が析出物によって妨げられることによる。非特許文献１は、ヒステリシス損失Ｗhが最も大きくなるのは、析出物のサイズが磁壁厚と同等のときであるとしている。Ｆｅの磁壁厚は、４０ｎｍ〜１００ｎｍ（非特許文献２、非特許文献３、非特許文献４）であることから、平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度Ｎが、ヒステリシス損失Ｗhに大きな影響を与えたと考えられる。析出物の個数密度Ｎは、例えば、非特許文献５に記載された方法により、供試材にエッチングを施した後にレプリカを採取し、透過型電子顕微鏡を用いて析出物を観察し、計測する。
【００３２】
＜渦電流損失低減＞
次に、１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下の渦電流損失Ｗe／ｔ2を実現する条件について説明する。
【００３３】
（実験３）
本発明者らは、実験１で製造した厚さが０．５ｍｍの無方向性電磁鋼板から、エプスタイン試験片を切り出し、結束し、箱型炉を用いて、均熱温度が７５０℃及び８５０℃、均熱時間が２時間の歪み取り焼鈍を行った。焼鈍前後のヒステリシス損失Ｗhの変化を図４に示し、焼鈍前後の鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2の変化を図５に示す。ヒステリシス損失Ｗhには、歪み取り焼鈍を行っても顕著な変化は見られないが、鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2は、歪み取り焼鈍と共に、最大値が小さくなりばらつきが小さくなった。供試した無方向性電磁鋼板を製造する際には、仕上げ焼鈍を１０５０℃以上で行っており、８５０℃以下の歪み取り焼鈍では、結晶粒は成長しない。歪み取り焼鈍では、鋼組織の変化はなく、無方向性電磁鋼板内の残留歪が消失しただけである。従って、製造過程で無方向性電磁鋼板に導入される残留歪を低減させることが、渦電流損失Ｗe／ｔ2の低下に有効である。製造過程において残留歪を低減させるためには、仕上げ焼鈍に供する冷間圧延鋼板の形状、冷却速度やその鋼板内でのばらつき、張力、カテナリなど適切な制御をすることが好ましい。製造方法の詳細については後述する。
【００３４】
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板及びその製造に用いる鋼の化学組成について説明する。詳細は後述するが、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、鋼の鋳造、冷却、加熱、熱間圧延、焼鈍、冷間圧延、仕上げ焼鈍等を経て製造される。従って、無方向性電磁鋼板及び鋼の化学組成は、無方向性電磁鋼板の特性のみならず、これらの処理を考慮したものである。以下の説明において、無方向性電磁鋼板又は鋼に含まれる各元素の含有量の単位である「％」は、特に断りがない限り「質量％」を意味する。本実施形態に係る無方向無方向性電磁鋼板又はその製造に用いる鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：２．０％〜３．５％、Ｍｎ：０．１％〜１．５％、Ａｌ：０．３％〜１．５％、Ｓ：０．００４％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｔｉ：０．００４％以下、Ｐ：０．０％〜０．２％、Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、Ｓｂ：０．００％〜０．１５％、希土類金属（rare earth metal：ＲＥＭ）：０．００％〜０．０３％、Ｃａ：０．００％〜０．０１％、かつ残部：Ｆｅ及び不純物、で表される化学組成を有する。ＲＥＭとは、原子番号が５７のＬａから７１のＬｕまでの１５元素に原子番号が２１のＳｃと原子番号が３９のＹを加えた合計１７元素の総称である。不純物としては、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれるもの、製造工程において含まれるもの、が例示される。
【００３５】
＜Ｃ：０．００５％以下＞
Ｃは鉄損を劣化させ、磁気時効の原因にもなる。従って、Ｃ含有量は低ければ低いほどよい。このような現象は、Ｃ含有量が０．００５％超で顕著である。従って、Ｃ含有量は０．００５％以下とし、好ましくは０．００３％以下、更に好ましくは０．００２％以下とする。
【００３６】
＜Ｓｉ：２．０〜３．５％＞
Ｓｉは鋼の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる。Ｓｉ含有量が２．０％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ｓｉ含有量は２．０％以上とし、好ましくは２．５％以上、更に好ましくは２．９％以上とする。一方、Ｓｉ含有量が３．５％超では、鋼が脆化し、圧延性が低下する。従って、Ｓｉ含有量は３．５％以下とし、好ましくは３．２％以下とする。
【００３７】
＜Ｍｎ：０．１％〜１．５％＞
Ｍｎは鋼の固有抵抗を高める作用と共に、ＭｎＳの溶体化温度を高めることで熱間圧延中の硫化物の微細析出を防止する作用を持つ。Ｍｎ含有量が０．１％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ｍｎ含有量は０．１％以上とし、好ましくは０．２％以上、より好ましくは０．３％以上、更に好ましくは０．４％以上とする。一方、Ｍｎ含有量が１．５％超では、徒にコストが上昇する。従って、Ｍｎ含有量は１．５％以下とし、好ましくは１．４％以下、より好ましくは１．２％以下、更に好ましくは１．０％以下とする。
【００３８】
＜Ａｌ：０．３〜１．５％＞
Ａｌは脱酸材として有効であり、また、粗大なＡｌＮを形成することで、窒素を固定することができる。更にＳｉやＭｎと同様に鋼の固有抵抗を増加させ、鉄損を低減させる。Ａｌ含有量が０．３％未満では、これらの作用効果を十分に得られない。従って、Ａｌ含有量は０．３％以上とする。一方、Ａｌ含有量が１．５％超では、鋼が脆化し、圧延性が低下する。従って、Ａｌ含有量は１．５％以下とし、好ましくは１．０％以下とし、更に好ましくは０．７％以下とする。
【００３９】
＜Ｓ：０．００４％以下＞
Ｓは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Ｓは、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇなどと共に微細な析出物を形成し、磁気特性に悪影響を与える。従って、Ｓ含有量は低ければ低いほどよい。このような磁気特性への悪影響は、Ｓ含有量が０．００４％超で顕著である。従って、Ｓ含有量は０．００４％以下とする。
【００４０】
＜Ｎ：０．００４％以下＞
Ｎは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Ｎは、ＡｌやＴｉと共に微細な析出物を形成し、磁気特性に悪影響を与える。従って、Ｎ含有量は低ければ低いほどよい。このような磁気特性への悪影響は、Ｎ含有量が０．００４％超で顕著である。従って、Ｎ含有量は０．００４％以下とする。
【００４１】
＜Ｔｉ：０．００４％以下＞
Ｔｉは、必須元素ではなく、例えば鋼中に不純物として含有される。Ｔｉは窒化物や炭化物を形成し、磁気特性に悪影響を与える。従って、Ｔｉ含有量は低ければ低いほどよい。このような磁気特性への悪影響は、Ｔｉ含有量が０．００４％超で顕著である。従って、Ｔｉ含有量は０．００４％以下とする。
【００４２】
Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＲＥＭ及びＣａは、必須元素ではなく、無方向性電磁鋼板に所定量を限度に適宜含有されていてもよい任意元素である。
【００４３】
＜Ｐ：０．０％〜０．２％＞
Ｐは鋼の機械強度を高めたり、集合組織を改善したりする効果がある。従って、Ｐが含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｐ含有量は０．０１％以上である。一方、Ｐ含有量が０．２％超では、鋼が脆化する。従って、Ｐ含有量は０．２％以下とする。
【００４４】
＜Ｓｎ：０．００％〜０．１５％、Ｓｂ：０．００％〜０．１５％＞
Ｓｎ及びＳｂは、集合組織を改善し、磁束密度を上昇させる。従って、Ｓｎ若しくはＳｂ又はこれらの両方が含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、Ｓｎ含有量は０．０１％以上であり、Ｓｂ含有量０．０１％以上であり、より好ましくは、Ｓｎ含有量は０．０３％以上であり、Ｓｂ含有量０．０３％以上である。一方、Ｓｎ含有量が０．１５％超では、鋼が脆化したり、絶縁被膜の密着性が劣化したりする。従って、Ｓｎ含有量は０．１５％以下とする。Ｓｂ含有量が０．１５％超では、絶縁被膜の密着性が劣化する。従って、Ｓｂ含有量は０．１５％以下とする。
【００４５】
＜ＲＥＭ：０．００％〜０．０３％、Ｃａ：０．００％〜０．０１％＞
ＲＥＭ及びＣａは、粗大な硫酸化物や硫化物を形成することでＳを固定し、微細な硫化物の生成を抑制させる。その結果、粒成長性が良好になると共に、磁壁移動に対する障害がなくなりヒステリシス損失が改善される。従って、ＲＥＭ若しくはＣａ又はこれらの両方が含有されていてもよい。この作用効果を十分に得るために、好ましくは、ＲＥＭ含有量は０．００１％以上であり、Ｃａ含有量０．０００３％以上であり、より好ましくは、ＲＥＭ含有量は０．００３％以上であり、Ｃａ含有量０．００１％以上である。一方、ＲＥＭ含有量が０．０３％超では、ＲＥＭを含む介在物の体積率が増加し、粒成長性の劣化やヒステリシス損失の増加が生じる。従って、ＲＥＭ含有量は０．０３％以下とし、好ましくは０．０１％以下とする。Ｃａ含有量が０．０１％超では、Ｃａを含む介在物の体積率が増加し、粒成長性の劣化やヒステリシス損失の増加が生じる。従って、Ｃａ含有量は０．０１％以下とし、好ましくは０．００５％以下とする。
【００４６】
従って、Ｐ：０．０１％〜０．２％、Ｓｎ：０．０１％〜０．１５％、Ｓｂ：０．０１％〜０．１５％、ＲＥＭ：０．００１％〜０．０３％、若しくはＣａ：０．０００３％〜０．０１％、又はこれらの任意の組み合わせが満たされることが好ましい。
【００４７】
本実施形態によれば、安定して低い鉄損を得ることができ、需要家のニーズを満足し、かつ、省エネルギーの要求に答えることができる。例えば、板厚が０．４９ｍｍ以上で、最大磁束密度が１．０Ｔ、励磁周波数が５０Ｈｚの鉄損Ｗ10/50が１．００Ｗ／ｋｇ以下の特性を得ることができる。
【００４８】
次に、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、鋼の鋳造を行ってスラブを得、スラブを１５０℃以上４００℃以下の温度まで冷却し、スラブを加熱炉に挿入して１０３０℃以上１１３０℃の温度まで加熱する。その後、スラブに熱間圧延を施して熱間圧延鋼板を得、熱間圧延鋼板に焼鈍を施して熱間圧延焼鈍鋼板を得、熱間圧延焼鈍鋼板に冷間圧延を施して冷間圧延鋼板を得る。そして、冷間圧延鋼板に仕上げ焼鈍を施す。冷間圧延鋼板は式３を満足する。
０．００５ｍｍ  ≦  ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２  ≦  ０．０１５ｍｍ  ・・・式３
（ｔcは前記冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw1は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の一方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］であり、ｔw2は前記冷間圧延鋼板の板幅方向の他方の端部から１５ｍｍ位置の平均板厚［ｍｍ］である。）
【００４９】
本実施形態では、先に説明したように、ヒステリシス損失Ｗhを低下させるために、平均粒径が５ｎｍ以上１００ｎｍ未満の析出物の個数密度Ｎを制御することが重要である。そのために、鋳造後のスラブ内の析出物をなるべく粗大に成長させる目的で、スラブは４００℃以下まで、好ましくは３００℃以下まで冷却する。一方、１５０℃以下にまで冷却すると、スラブの置き割れが起こりやすくなる。従って、スラブを冷却する温度を１５０℃以上とする。そして、温度が１５０℃〜４００℃のスラブを加熱炉に挿入する。
【００５０】
加熱炉では、スラブを１０３０℃〜１１３０℃の温度まで加熱する。スラブ加熱温度が１１３０℃超では、硫化物などの不純物が再固溶し、その後の温度低下に従い不純物が微細析出し、粒成長性を阻害し、また、ヒステリシス損失Ｗhを上昇させてしまう。従って、スラブ加熱温度は１１３０℃以下とし、好ましくは１１２０℃以下、更に好ましくは１１００℃以下とする。一方、スラブ加熱温度が１０３０℃未満では、熱間圧延の能力低下を招く。従って、スラブ加熱温度は１０３０℃以上とし、好ましくは１０５０℃以上、更に好ましくは１０８０℃以上とする。
【００５１】
なお、鋼が０．００１％〜０．０３％のＲＥＭ若しくは０．０００３％〜０．０１％のＣａ又はこれらの両方を含有する場合、不純物を伴う介在物の溶解温度が上昇し、１２５０℃まで加熱しても再固溶が生じにくい。従って、この場合のスラブ加熱温度は１０３０℃〜１２５０℃としてもよい。
【００５２】
また、先に説明したように、無方向性電磁鋼板の化学組成や厚さが一定であっても渦電流損失は変化し、渦電流損を低下させるためには、製造過程において残留歪を低減させることが重要である。無方向性電磁鋼板の製造工程において、残留歪を低減する方法を検討した結果、本発明者らは、冷間圧延後の仕上げ焼鈍は連続焼鈍炉で行うことが好ましく、仕上げ焼鈍に供する冷間圧延鋼板は、幅方向の両端部の厚さを少し薄くすることが有効であることを見出した。
【００５３】
（実験４）
本発明者らは、厚さ０．５ｍｍ、幅９５０ｍｍ〜１１５０ｍｍ、狙い成分３％Ｓｉ−０．１５％Ｍｎ−１．１５％Ａｌの冷間圧延鋼板を、実機の連続焼鈍炉を使って焼鈍した場合の、両端部の減厚量と鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2との関係を調査した。この結果を図６に示す。ここで、両端部の減厚量は、冷間圧延鋼板の板幅方向中央の平均板厚をｔc［ｍｍ］、板幅方向の一方の端部から１５ｍｍの位置の平均板厚をｔw1［ｍｍ］、他方の端部から１５ｍｍの位置の平均板厚をｔw2［ｍｍ］として、ｔc−（ｔw1＋ｔw2）／２で表されるものとした。
【００５４】
図６から、両端部の減厚量が大きくなるに従い、鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2が減少し、ばらつきが小さくなることが分かった。そして、この効果は、減厚量が０．００５ｍｍ以上で認められ、０．０１５ｍｍ超で飽和することが分かった。また、減厚量が大きすぎると、歩留まりが低下してしまう。従って、冷間圧延鋼板の減厚量は０．００５ｍｍ以上とし、好ましくは０．０１０ｍｍ以上とする。また、冷間圧延鋼板の減厚量は０．０１５ｍｍ以下とする。
【００５５】
このようにして、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板を製造することができる。
【００５６】
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【実施例】
【００５７】
次に、本発明の実施例について説明する。実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
【００５８】
＜実施例１＞
表４に記載の化学組成のスラブを鋳造後冷却し、２００℃〜２８０℃の範囲でスラブ加熱炉に挿入し、加熱温度を１０８０℃〜１１００℃、仕上げ圧延後の板厚を２．０ｍｍとして熱間圧延を行った。その後、９７０℃、１分間の熱延板焼鈍を施し、酸洗後、冷間圧延で０．３５ｍｍ、０．４９ｍｍ、０．５ｍｍ、０．５５ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。冷間圧延鋼板の減厚量は、０．０１ｍｍ〜０．０１５ｍｍとした。その後、均熱温度が１０００℃、均熱時間が３０秒間の仕上げ焼鈍に供し、無方向性電磁鋼板製品を得た。表４に示す化学組成の残部はＦｅ及び不純物である。表４中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。なお、一部の試料では、連続鋳造でノズル詰まりが生じて出鋼できず、他の一部の試料では、冷間圧延中に割れが生じた。
【００５９】
【表４】
0006679948.tif 000005
【００６０】
その後、製品のフェライトの平均結晶粒径、析出物の個数密度Ｎ、ヒステリシス損失Ｗh、鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2、鉄損Ｗ10/50、鉄損Ｗ10/60を測定した。この結果を表５に示す。表５中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
【００６１】
【表５】
0006679948.tif 000006
【００６２】
表５に示すように、本発明の範囲内にある試料Ｄ１〜Ｄ１６では、板厚が０．４９ｍｍ以上と比較的厚いにも拘わらず、ヒステリシス損失Ｗhは０．７０Ｗ／ｋｇ以下、渦電流損失Ｗe／ｔ2は１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下が得られ、鉄損Ｗ10/50は、１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られた。一方、本発明の範囲外の試料Ｅ１〜Ｅ１２では、十分な磁気特性が得られないか、製造途中にトラブルが生じてしまった。
【００６３】
この結果から、本発明によれば、比較的厚い板厚の０．４９ｍｍ以上の無方向性電磁鋼板についても、ヒステリシス損失Ｗhは０．７０Ｗ／ｋｇ以下、鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2は１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下が得られ、鉄損Ｗ10/50が１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られることが分かる。
【００６４】
＜実施例２＞
表６に示す化学組成のスラブを鋳造し、表７に記載の条件で熱間圧延を行い、９７０℃、１分間の熱延板焼鈍を施し、酸洗後、冷間圧延で０．５ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。冷間圧延鋼板の減厚量も表７に示す。その後、均熱温度が１０００℃、均熱時間が３０秒間の仕上げ焼鈍に供し、無方向性電磁鋼板製品を得た。表６に示す化学組成の残部はＦｅ及び不純物である。表７中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。なお、一部の試料では、置き割れが発生し、他の一部の試料では、コイル巻不良が生じた。
【００６５】
【表６】
0006679948.tif 000007
【００６６】
【表７】
0006679948.tif 000008
【００６７】
その後、製品のフェライトの平均結晶粒径、析出物の個数密度Ｎ、ヒステリシス損失Ｗh、鋼板板厚で規格化した渦電流損失Ｗe／ｔ2、鉄損Ｗ10/50、鉄損Ｗ10/60を測定した。この結果を表８に示す。表８中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
【００６８】
【表８】
0006679948.tif 000009
【００６９】
表８に示すように、本発明の範囲内にある試料Ｆ１〜Ｆ７では、ヒステリシス損失Ｗhは０．７０Ｗ／ｋｇ以下、渦電流損失Ｗe／ｔ2は１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下が得られ、鉄損Ｗ10/50は、１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られた。一方、本発明の範囲外の試料Ｇ１〜Ｇ６では、十分な磁気特性が得られないか、製造途中にトラブルが生じてしまった。
【００７０】
この結果から、本発明によれば、鉄損Ｗ10/50が１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られることが分かる。
【００７１】
＜実施例３＞
表９に示す化学組成のスラブを鋳造し、表１０に記載の条件で熱間圧延を行い、実施例２と同様の評価を行った。この結果を表１１に示す。表１０、表１１中の下線は、その数値が本発明の範囲から外れていることを示す。
【００７２】
【表９】
0006679948.tif 000010
【００７３】
【表１０】
0006679948.tif 000011
【００７４】
【表１１】
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【００７５】
表１１に示すように、本発明の範囲内にある試料Ｈ１〜Ｈ２では、ヒステリシス損失Ｗhは０．７０Ｗ／ｋｇ以下、渦電流損失Ｗe／ｔ2は１．５Ｗ／ｋｇ・ｍｍ2以下が得られ、鉄損Ｗ10/50は、１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られた。一方、本発明の範囲外の試料Ｊ１では、十分な磁気特性が得られなかった。
【００７６】
この結果から、本発明によれば、鉄損Ｗ10/50が１．０Ｗ／ｋｇ以下の優れた特性が得られることが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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