(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.005％以下、
Si：0.05〜1.0％、
Mn：0.05〜0.4％および
Al：0.2〜1.0％
を含有し、かつ
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、
Ti：0.001％以下および
Nb：0.001％以下
に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
請求項１において、鋼板が、質量％で、さらに
Sn：0.005〜0.1％および
Sb：0.005〜0.1％
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ：0.005％以下、
Si：0.05〜1.0％、
Mn：0.05〜0.4％および
Al：0.2〜1.0％
を含有し、かつ
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、
Ti：0.001％以下および
Nb：0.001％以下
に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、脱スケール処理を行い、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により最終板厚に仕上げたのち、850℃以下の温度で最終焼鈍を施すことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】
請求項３において、鋼スラブが、質量％で、さらに
Sn：0.005〜0.1％および
Sb：0.005〜0.1％
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とする、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、特に小型ＥＩコアに供して好適な、打ち抜き端面形状に優れる無方向性電磁鋼板およびその製造法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
無方向性電磁鋼板は、トランスやモータ等の鉄心素材として広く使用されており、その用途の代表例としてＥＩコアが挙げられる。主として音響機器の変圧器として使用されるＥＩコアには、低鉄損もさることながら、無負荷励磁電流（以下、Ｉoで示す）が低いことが要求される。ここに、Ｉoとは、２次側を開放した状態で、鉄心を所定の磁束密度に交流励磁する際に必要とされる電流の実効値である。このＩoの値が高いと、コアからの漏洩磁界が大きくなり、電気的なノイズ源となることが知られている。
従って、低ノイズ化を重要視する音響機器やＩＴ機器においては、鉄損よりもＩoの低減が重要視されることも少なくない。
【０００３】
Ｉoの低減には、当然ながら鉄心素材の磁気特性の改善が有効であるが、コア接合部のエアギャップも励磁特性やＩoに大きく影響する。この傾向は、特に磁気回路の短い小型ＥＩコアにおいて顕著である。
【０００４】
特許文献１には、積層鉄心の接合面を、磁性微粉体を含有する接着剤を用いて接合し、該接合面における空隙を該接着剤で埋めることにより、磁気抵抗を低下させてコアの磁気特性を改善する技術が提案されている。
【特許文献１】特開平１−272102号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示の方法により、接合面における磁気抵抗の低下を図ろうとする場合、コアの製造工程が複雑化して製造コストが著しく増大するという問題があった。
本発明は、上記の課題を解決すべく開発されたもので、コアの製造に余分な工程を付け加えることなく、従来よりも打ち抜き端面形状を向上させて、接合面における空隙を低減し、もってコアの磁気特性を改善した無方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
さて、発明者らは、上記の課題を解決するために、まず素材の磁気特性に注目し、これがＥＩコアのＩoに及ぼす影響について調査を行った。
その結果、ＥＩコアのＩoと素材の磁化力（以下、Ｈmで示す）との間に強い相関があることが判明した。ここに、Ｈmとは、試験片を所定の磁束密度まで励磁するのに要する磁場の強さである。
【０００７】
ＥＩコアが主に使用される磁束密度Ｂm：1.0〜1.5Ｔの領域では、素材のＨmは、粒径、集合組織、残留歪等のさまざまな因子によって支配される。従って、Ｉoを改善する手段としては、粒径の粗大化、集合組織の改善、残留歪の低減等が挙げられる。
これらの点に関する発明者らの検討の結果、特にTiおよびNbの低減が粒成長の促進および集合組織の改善の観点から、Ｉoの低減に効果的であることが見出された。
【０００８】
また、発明者らは、さらなるＩo改善のためにコアの打ち抜き端面の形状に注目し、これがＥＩコアのＩoに及ぼす影響について調査を行った。
その結果、特に素材端面の剪断面比率が高いほど、コア突き合わせ部からの漏洩磁束が減少し、ＥＩコアのＩoが大きく低減されることを見出した。
ここに、剪断面比率とは（剪断面厚さ÷板厚×100）で定義される値であり、この値が大きいほどコア接合部の磁気的接触が良好となり、磁気回路の抵抗が減少してＩoが低減すると考えられる。そして、この傾向は、特に磁気回路の短い小型のＥＩコアにおいて顕著であることも併せて見出された。
【０００９】
そこで、発明者らは、次に、剪断面比率に及ぼす成分の影響について調査を行った。
その結果、ＥＩコアに適用される無方向性電磁鋼板（特にSi含有量が１質量％以下の低級無方向性電磁鋼板）では、硬度を確保し打ち抜き時のダレ・カエリ等を防止するために安価なＰが0.1質量％程度添加されているが、かような脆性元素であるＰを低減することにより、剪断面比率が大幅に向上することが見出された。
【００１０】
本発明は、上記の知見に基づき開発されたもので、粒成長の促進および集合組織の改善を図り、かつ打ち抜き端面の剪断面比率を増加させるために、従来よりもTi，NbおよびＰの含有量を低減した無方向性電磁鋼板を提供するものである。
なお、Ｐの含有量を低減することによって硬度が低下するが、この点についてはSi，Al等の剪断面比率に影響の小さい元素を添加することで、コアの励磁特性を損なうことなしに硬度を増加させることができる。すなわち、打ち抜き性を損ねることなしに本発明の効果を得ることが可能である。
【００１１】
また、本発明の無方向性電磁鋼板は、コアの磁気回路が短い比較的小型のコアに適用して特にその効果を発揮する。ここに、小型のＥＩコアとは、図１に示すような積層した電磁鋼板の板面に平行な各辺（図ではＡ，Ｂ）が100mm以下のものを意味する。
【００１２】
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：0.05〜1.0％、
Mn：0.05〜0.4％および
Al：0.2〜1.0％
を含有し、かつ
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、
Ti：0.001％以下および
Nb：0.001％以下
に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になることを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
【００１３】
（２）上記（１）において、鋼板が、質量％で、さらに
Sn：0.005〜0.1％および
Sb：0.005〜0.1％
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とする、無方向性電磁鋼板。
【００１４】
（３）質量％で、
Ｃ：0.005％以下、
Si：0.05〜1.0％、
Mn：0.05〜0.4％および
Al：0.2〜1.0％
を含有し、かつ
Ｐ：0.03％以下、
Ｓ：0.005％以下、
Ti：0.001％以下および
Nb：0.001％以下
に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、脱スケール処理を行い、ついで１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により最終板厚に仕上げたのち、850℃以下の温度で最終焼鈍を施すことを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１５】
（４）上記（３）において、鋼スラブが、質量％で、さらに
Sn：0.005〜0.1％および
Sb：0.005〜0.1％
のうちから選んだ１種または２種を含有する組成になることを特徴とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、打ち抜き端面の剪断面比率に優れる無方向性電磁鋼板を提供することができ、その結果、従来よりも無負荷励磁特性に優れたＥＩコアの製造が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実験結果に基づいて詳細に説明する。なお、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。
実験１
Ｃ：0.002％、Si：0.24％、Mn：0.27％、Al：0.28％、Ｐ：0.102％、Ｓ：0.0028％、Ti：0.0009％およびNb：0.0006％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、熱間圧延により板厚：2.8mmの熱延板とし、脱スケール処理後、板厚：0.5mmまで冷間圧延したのち、75％Ｎ2−25％Ｈ2雰囲気中にて800℃、30秒の仕上げ焼鈍を行った。
得られた試験片を、クリアランス：25〜80μmの金型で打ち抜き、剪断面比率が種々に異なるＥＩコア片を数種類作成した。
打ち抜いたＥＩコア片は、光学顕微鏡で突合せ部端面を観察して剪断面比率を測定し、ついで加工歪の影響を取り除くため750℃，２時間の歪取焼鈍を行ったのち、12枚を積層してＥＩコアとし、このＥＩコアについてＩoの測定を行った。なお、ＥＩコア片のサイズはいずれも、日本電子機械工業会規格（EIAJRC-2724）に定められるEI-66（図１中、Ａ＝55mm、Ｂ＝60mm）とした。
【００１８】
図２に、剪断面比率とＩo13/50との関係について調べた結果を示す。ここで、Ｉo13/50とは、周波数：50Hz、最大磁束密度：1.3Ｔで交流励磁した時のＩoを意味する。
同図から明らかなように、剪断面比率が高いほどＩoは低減する傾向にある。
【００１９】
実験２
そこで、次に、剪断面比率に及ぼす成分の影響、特にＰの影響について調査した。
すなわち、実験１と同様にして、表１に示す種々の成分組成になる板厚：0.5mmの試験片を製造し、クリアランス：25μmの金型でＥＩコア片を打ち抜いたのち、突合せ部の剪断面比率を測定し、ついで歪取焼鈍後、12枚を積層してＥＩコアとし、このＥＩコアについてＩoの測定を行った。なお、ＥＩコア片のサイズはいずれも、日本電子機械工業会規格（EIAJRC-2724）に定められるEI-66（図１中、Ａ＝55mm、Ｂ＝60mm）とした。
【００２０】
【表１】
0004635810.tif 000002
【００２１】
図３に、Ｐ添加量と剪断面比率との関係について調べた結果を、また図４には、Ｐ添加量とＩoとの関係について調べた結果を、それぞれ示す。
図３，４から明らかなように、Ｐ量を0.03％以下まで低減することによって、剪断面比率を58％以上まで増加させることができ、それに伴いＩo13/50を180mA以下まで低減することができた。
【００２２】
Ｐ量を低減することによって剪断面比率が向上する理由は次のとおりと考えられる。
すなわち、Ｐは脆性元素であるので、Ｐ量を低減すると鋼板の伸び特性は著しく改善され、伸び特性に優れる鋼板は、打ち抜き時にクラックの発生が遅れ、その結果、剪断面比率が向上するものと考えられる。
また、このように剪断面比率が向上すると、ＥコアとＩコアの接合部での磁気的接触が良好となり、その結果、Ｉoが改善されたものと考えられる。
【００２３】
実験３
実験１，２と同様にして、表２に示す種々の成分組成になる板厚：0.5mmの試験片を製造し、クリアランス：25μmの金型を用い20万回の打ち抜きを行って金型を磨耗させ、初回の試験片と20万回打ち抜き後の試験片をそれぞれ12枚積層してＥＩコアとし、これらのＥＩコアについてＩoを比較した。なお、ＥＩコア片のサイズはいずれも、日本電子機械工業会規格（EIAJRC-2724）に定められるEI-66（図１中、Ａ＝55mm、Ｂ＝60mm）とした。
得られた結果を表２に併記する。
【００２４】
【表２】
0004635810.tif 000003
【００２５】
同表に示したとおり、Ｐを低減した素材は、Ｉoの劣化が小さく、磨耗した金型で打ち抜いても比較的良好なＩoを示した。
一方、TiもしくはNbの含有量が多い場合（No.6〜11）は、粒成長の抑制、再結晶集合組織の劣化によりＩo が劣化したものと考えられる。また、これらの鋼においてはＰ含有量とＩoの相関が認められなかった。これは、素材磁気特性の不安定化によりＰ低減の効果が明確でなくなったことに由来するものと考えられる。
上記の各実験から、本発明の効果を明確に得るには、Ｐの低減と共に、TiおよびNbの低減が不可欠であることが判明した。
【００２６】
次に、本発明において、鋼板および鋼スラブの成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。
Ｃ：0.005％以下
Ｃ量が0.005％を超えると磁気時効が発生し、鉄損が増加するようになる。それ故、本発明ではＣ量は0.005％以下とする。
【００２７】
Si：0.05〜1.0％
Siは、鋼板の比抵抗を増加させ、渦電流を低減させる効果がある。また、従来よりもＰ含有量を低減する本発明では、Siは硬度調整のためにも利用できる重要な元素である。かような効果を得るためには少なくとも0.05％のSiが必要である。しかしながら、1.0％を超えると加工性が低下する。従って、Si量は0.05〜1.0％とする。
【００２８】
Mn：0.05〜0.4％
Mnは、熱延時の熱間脆性を抑制するために添加するが、あまりに多量に添加するとMnＳの過剰な粗大化を招き、クラック発生の起点となるため、剪断面比率が低下する。すなわち、Mn量が0.05％未満では熱間脆性抑制の効果が薄く、一方0.4％を超えるとMnＳの粗大化を招くため、Mn量は0.05〜0.4％とする。
【００２９】
Al：0.2〜1.0％
Alは、0.2％以上添加することで各種窒化物の微細析出を抑制し、焼鈍時の粒成長を促進する効果がある。また、比抵抗を増加させ渦電流を低減する効果もある。さらに、Siと同様、硬度調整に用いることもできる。しかしながら、1.0％を超えると磁束密度の低下を招く、従って、Al量は0.2〜1.0％とする。
【００３０】
Ｐ：0.03％以下
Ｐは、鋼板の硬度を増加させ、打ち抜き時のダレなどを防止する目的で添加される元素である。しかしながら、0.03％を超えると鋼板の伸び特性が劣化し、打ち抜き端面の剪断面比率が低下して、コアの励磁特性に悪影響を与える。従って、Ｐ量は0.03％以下とする。
【００３１】
Ｓ：0.005％以下
Ｓは、介在物の形成により粒成長を妨げるだけでなく、化合して粗大化したMnＳ，CaＳ等の介在物が打ち抜き端面の剪断面比率を減少させる不利もある。従って、Ｓは可能な限り低減することが望ましいが、含有量が0.005％以下では許容できるので、Ｓ量は0.005％以下とする。
【００３２】
Ti：0.001％以下、Nb：0.001％以下
TiおよびNbはいずれも、強力な炭窒化物形成元素であり、焼鈍時の粒成長を阻害するだけでなく、再結晶集合組織を劣化させ、剪断面比率の低下と相俟ってＩoの上昇を増長する弊害を招く。従って、TiおよびNbは可能な限り低減することが望ましいが、含有量がそれぞれ0.001％以下であれば許容できるので、TiおよびNb量はそれぞれ0.001％以下好ましくは0.0009％以下とする。
【００３３】
以上、必須成分および抑制成分について説明したが、本発明では、その他にも、集合組織の改善や焼鈍時の酸化・窒化防止のためにSnやSbなどを添加することもできる。
Sn：0.005〜0.1％、Sb：0.005〜0.1％
上述したとおり、SnおよびSbはいずれも、集合組織の改善や焼鈍時の酸化・窒化防止に有効に寄与するが、いずれも含有量が0.005％未満では効果が薄く、一方1.0％超ではその効果が飽和するため、それぞれ0.005〜1.0％の範囲で含有させるものとする。
【００３４】
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造法について説明する。
上記の好適成分範囲に調整された鋼スラブを、熱間圧延により、板厚：２〜３mm程度の熱延板とする。その際、集合組織改善の観点から、熱延仕上げ温度はＡr1変態点以下とすることが好ましい。その後、必要に応じて、熱延板粒径を粗大化して集合組織を改善するために熱延板焼鈍を施すことができる。
ついで、脱スケール処理を行ったのち、１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を行って所定厚さの冷延板とする。
その後、仕上げ焼鈍を施すが、この仕上げ焼鈍における焼鈍温度は850℃以下とする必要がある。というのは、仕上げ焼鈍温度が850℃を超えると、製品板での粒径が大きくなりすぎ、コア打ち抜き時にダレやバリ等の発生が懸念されるからである。
また、その後、 絶縁被膜を被覆することや、スキンパス圧延を施すことは、本発明の効果を何ら損なうものではない。
【実施例１】
【００３５】
転炉吹練後、脱ガス処理により、表３に示す種々の成分組成に溶製したのち、鋳造し、熱間圧延により板厚：2.8mmの熱延板とした。ついで、冷間圧延により板厚：0.5mmの冷延板に仕上げたのち、75％Ｎ2−25％Ｈ2雰囲気中にて800℃，30ｓの仕上げ焼鈍を行った。
かくして得られた無方向性電磁鋼板を、クリアランス：25μmの金型を用いてＥＩコア片に打ち抜いたのち、突合せ部の剪断面比率を測定した。ついで、得られたＥＩコア片に歪取焼鈍を施したのち、12枚を積層してＥＩコアとし、このＥＩコアについてＩoの測定を行った。なお、ＥＩコア片のサイズはいずれも、日本電子機械工業会規格（EIAJRC-2724）に定められるEI-66（図１中、Ａ＝55mm、Ｂ＝60mm）とした。
得られた結果を表３に併記する。
【００３６】
【表３】
0004635810.tif 000004
【００３７】
同表に示したとおり、成分組成を本発明の範囲を満足する鋼板を用いて作成したＥＩコアは、剪断面比率が68％以上で、Ｉo13/50が165mA以下という優れた無負荷励磁特性を得ることができた。
これに対し、成分組成が本発明の範囲を逸脱した鋼板を用いた比較例はいずれも、良好なＩoを得ることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】小型ＥＩコアの模式図である。
【図２】剪断面比率とＩo13/50との関係を示す図である。
【図３】Ｐ含有量と剪断面比率との関係を示す図である。
【図４】Ｐ含有量とＩo13/50との関係を示す図である。
【図１】
0004635810.tif 000005
【図２】
0004635810.tif 000006
【図３】
0004635810.tif 000007
【図４】
0004635810.tif 000008