(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が１９０以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、Ｓｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒ＝２．３〜３．５％を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が１９０以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、打ち抜き加工性に優れた無方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器の省エネルギーの観点より、より鉄損の低い電磁鋼板が求められるようになっている。鉄損を低減するためにはＳｉ、Ａｌ量を増大させることにより固有抵抗を増大させることが効果的である。このため、従来、低鉄損が特に要求される無方向性電磁鋼板においてはＳｉ＋Ａｌ＝４％程度の高級材が用いられてきた。
【０００３】
例えば、特開昭５３−６６８１６号公報には、Ｓｉ＝１．６〜３．５％、Ａｌ＝０．２〜２．５％とし、二冷圧により低鉄損の材料を製造する技術が開示されている。
【０００４】
また、特公昭５６−２２９３１号公報には、Ｓｉ：２．５〜３．５％、Ａｌ：０．３〜１．０％の鋼において、Ｓ：５０ｐｐｍ以下、Ｏ：２５ｐｐｍ以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００５】
さらに特開平５−１４０６４７号公報には、Ｓｉ：２．０〜４．０％、Ａｌ：０．１０〜２．０％の鋼において、Ｓ：３０ｐｐｍ以下、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖをそれぞれ５０ｐｐｍ以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記技術により得られる鋼板は、固溶強化元素であるＳｉ、Ａｌ量が多いことから、鋼板が非常に硬く、鋼板の打ち抜き時に金型が激しく損耗する。このため、金型を頻繁に交換せざるを得ず生産性を著しく低下させている。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、仕上焼鈍後の鉄損が低くかつ打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが上記課題の解決に関し鋭意検討したところ、Ｃｒを適量添加した鋼板を用いることで打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板が得られることを見出した。
【０００９】
本発明はかかる知見に基づきなされたもので、以下のような構成を有する。
（１）ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（第１発明）。
【００１０】
（２）ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が１９０以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（第２発明）。
【００１１】
（３）ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓｉ：１．５〜３．０％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ａｌ：０．１〜２％、Ｓ：０．０２％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５％以下、Ｎｂ：０．００５％以下、Ｃｒ：０．４以上１．０％未満（ただし、０．８％を除く）を含み、Ｓｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒ＝２．３〜３．５％を満たし、残部Ｆｅおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が１９０以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（第３発明）。
【００１２】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％はすべてｍａｓｓ％である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
【００１４】
まず最初に、打ち抜き型の損耗と硬度の関係について調査するため、Ｃ：０．００２５％、Ａｌ：ｔｒ．、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ＝０．００２％、Ｎ＝０．００２１％、Ｔｉ＝０．００１％、Ｎｂ：ｔｒ．とし、Ｓｉ量を２〜４．５％程度まで変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に７５％Ｈ2−２５％Ｎ2雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延し、１０％Ｈ2−９０％Ｎ2雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎ間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚０．７μｍの無機有機皮膜を塗布した。
【００１５】
このようにして得られた供試材を用い、内径７０ｍｍ、外径１００ｍｍのリング形状のサンプルを作成し、打ち抜き試験を行った。ここで、クリアランスは板厚に対して１０％とした。
【００１６】
また、打ち抜き型が損耗すると打ち抜かれる材料のバリ高さが高くなるため、一般的に打ち抜き加工性の評価は材料のバリ高さが一定値を超えた時点の打ち抜き回数の大小で行われている。そこで、本実験では、打ち抜かれた供試材（サンプル）のバリの高さが５０μｍを超えた時点を打ち抜き回数とした。図１に、このようにして得られた供試材の打ち抜き回数と硬度の関係を示す。ここで、硬度（ＨＶ）は鋼板板面のビッカース硬度（荷重１００ｇ）で評価した。
【００１７】
図１より供試材の硬度を１９０以下とした場合に、打ち抜き回数が増大し、打ち抜き型の損耗が大幅に抑制できることがわかる。
【００１８】
ところで、鋼板の硬度を低減するためには、鋼中のＳｉ量を低減することが効果的であるが、Ｓｉ量低減は固有抵抗を低下させるため鉄損増大に繋がることとなる。そこで、他元素添加による硬度低減について検討した。その結果、Ｃｒ添加が効果的であることを見出した。
【００１９】
そこで、鋼板硬度に及ぼすＣｒ量の影響を調査するため、Ｃ＝０．００２０％、Ｐ：０．００５％、Ａｌ：１％、Ｍｎ＝０．１０％、Ｎ＝０．００２１％、Ｓ＝０．００２％、Ｔｉ：ｔｒ．、Ｎｂ：ｔｒ．とし、さらにＳｉ＋０．５Ｃｒ量を３％（一定）としてＣｒをｔｒ．〜２．５％の範囲で変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。ここでＳｉ＋０．５Ｃｒ量を３％（一定）としたのは鋼板の固有抵抗を一定とするためである。引き続きこの熱間圧延板に７５％Ｈ2−２５％Ｎ2雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延し、１０％Ｈ2−９０％Ｎ2雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎ間の仕上焼鈍を行った。
【００２０】
図２に、このようにして得られた供試材のＣｒ添加量と鉄損および硬度の関係を示す。ここで、硬度の測定は図１と同様の方法により、また、磁気特性は２５ｃｍエプスタイン法により測定した。
【００２１】
図２より、Ｃｒ＝０．４〜１．４％の範囲でビッカース硬度が低下し、かつ鉄損の低い電磁鋼板が得られることがわかる。ここで、１．４％超えでＣｒを添加した場合に硬度が上昇した原因は明らかでないが、Ｃｒは窒化物を形成し易い元素であることから、鋼板表層部に窒化層が形成され硬度上昇が生じたものと考えられる。
【００２２】
以上よりＣｒ添加量は０．４〜１．４％とし、打ち抜き性の観点からより望ましくは０．４％以上、１．０％未満とする。
【００２３】
ところで、ユーザーにて求められる電磁鋼板は上記、鉄損と打ち抜き性のバランスに優れた材料であると考えられる。そこで、モータコア材のパフォーマンスを示す指標として打ち抜き回数を鉄損Ｗ１５／５０で除したパラメーターで評価を行った。
【００２４】
すなわち、Ｃ：０．００２０％、Ｍｎ：０．２０％、Ｐ：０．０１％、Ｓ＝０．００２％、Ｎ＝０．００２０％、Ｔｉ＝０．００１％、Ｎｂ：ｔｒ．、とし、材料硬度に影響を及ぼすＳｉ、Ａｌ、Ｃｒを種々変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に７５％Ｈ2−２５％Ｎ2雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延し、１０％Ｈ2−９０％Ｎ2雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎ間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚０．７μｍの無機有機皮膜を塗布した。このようにして得られた材料の、打ち抜き性は図１に示した手法にて、また、磁気特性の測定は２５ｃｍエプスタイン法により行った。
【００２５】
結果を図３に示す。ここで図３の横軸はＳｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒとした。これは各元素の固溶強化能を示すものであり、本数値が高いほど硬度が上昇することとなる。
【００２６】
図３より、Ｓｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒが２．３〜３．５％の範囲内で打ち抜き性と鉄損のバランスが優れていることがわかる。これはＳｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒが２．３％未満の場合には打ち抜き性は良好なものの鉄損値が増大し、一方、３．５％超では鉄損は良好なものの打ち抜き性が低下するためである。
【００２７】
以上のことからＳｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒ＝２．３〜３．５％の範囲とすることにより打ち抜き性と鉄損バランスに優れた材料を得ることができる。
【００２８】
なお、Ｃｒが本発明範囲外の０．４未満の材料でＳｉ＋０．５×Ａｌ＋０．２×Ｃｒ＝２．３〜３．５％の範囲とした場合には、打ち抜き性は良好であるが、固有抵抗が低下するため十分な特性が得られない。また、Ｃｒ添加量が１．４％を超えた場合にも硬度上昇により打ち抜き性と鉄損バランスは低下する。
【００２９】
次に、成分の限定理由について説明する。
【００３０】
Ｓｉは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、３．０％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限は３．０％とする。従来Ｓｉ量を低減することにより低硬度化を図ることは可能であったが、本手法では鉄損の著しい増大をさけることができない。これに対し、本特許ではＣｒ添加技術を組み合わせることにより鉄損の増大を抑制しつつ低硬度化による打ち抜き性向上を可能とした。しかし、Ｓｉが１．５％未満ではＣｒ添加技術と組み合わせたとしても固有抵抗低下に起因する鉄損増大が避けられないため下限を１．５％とした。
【００３１】
ＡｌはＳｉと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、２％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を２％とした。また、０．１％未満の場合にはＡｌＮが微細化し粒成長性が低下するため下限を０．１％とした。
【００３２】
Ｃは磁気時効の問題があるため上限を０．００５％とし、硬度上昇を極力抑制する観点から望ましくは０．０００９％以下とする。
【００３３】
Ｍｎは１．５％を超えると磁束密度を低下させるので１．５％以下とし下限は赤熱脆性を防止する観点から０．０５％とする。
【００３４】
Ｐは０．０５％を超えて添加すると鋼板が硬くなるため０．０５％以下とし、Ｃｒ添加による低硬度化の効果をより効果的にする観点からより望ましくは０．０１％以下とする。
【００３５】
Ｎは、含有量が多い場合にはＡｌＮの析出量が多くなり、鉄損を増大させるだけでなく窒化物の析出による硬度上昇を招くため０．００５％以下とした。
【００３６】
Ｓは０．０２％を超えると鉄損が増大するため、上限を０．０２％とする。
【００３７】
Ｔｉは、含有量が多い場合には微細な炭窒化物の析出量が多くなり、鋼板の硬度を増大させるため０．００５％以下とし、より望ましくは０．００１％以下とする。
【００３８】
Ｎｂは、含有量が多い場合には微細な炭窒化物の析出量が多くなり、鋼板の硬度を増大させるため０．００５％以下とし、より望ましくは０．００１％以下とする。
【００３９】
次に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
【００４０】
本発明においては、本発明で規定する成分、鋼板表面のビッカース硬度が本発明の範囲内であれば、製造方法は通常の方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ２回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、最終焼鈍を行う。
【００４１】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表１の成分に鋳造後、１１４０℃×１ｈｒのスラブ加熱を行った後、板厚２．０ｍｍまで熱間圧延を行った。熱間圧延仕上げ温度は８００℃、巻取り温度は６１０℃とした。巻取り後、７５％Ｈ2−２５％Ｎ2雰囲気で８３０℃×３ｈｒの熱延板焼鈍を施した。その後、板厚０．３５ｍｍまで冷間圧延を行い、１０％Ｈ2−９０％Ｎ2雰囲気で９５０℃×１ｍｉｎの仕上焼鈍を行った。
【００４２】
磁気特性の測定は、２５ｃｍエプスタイン試験片を用い行い、圧延方向（Ｌ方向）および圧延方向と直角の方向（Ｃ方向）の２方向を測定し、両方向の測定値の平均値で評価した。
【００４３】
また、打ち抜き試験は、上記により得られた鋼板に膜厚０．７μｍの無機有機絶縁皮膜を塗布した後、内径７０ｍｍ、外径１００ｍｍのリング形状のサンプルを作製することにより評価した。この時、クリアランスは１０％とし、打ち抜かれた鋼板のバリの高さが５０μｍを超えた時点を打ち抜き回数とした。
【００４４】
硬度の測定はビッカース試験器を用い、鋼板板面での硬度を測定した。なおこの際の荷重は１００ｇとした。
【００４５】
各鋼板の硬度、打ち抜き回数及び磁気特性を表１に併せて示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
表１より、鋼成分組成が本発明の範囲内である本発明鋼において、磁気特性に優れ（鉄損が低く）、打ち抜き加工性に優れ、ビッカース硬度が本発明範囲内であれば打ち抜き加工性により優れた鋼板が得られることがわかる。鋼成分組成が第３発明範囲内の本発明鋼は、前記範囲を外れる本発明鋼に比べて、鉄損と打ち抜き性のバランスがより優れている。
【００４８】
一方、比較鋼においては、打ち抜き加工性もしくは磁気特性が劣っている。
【００４９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、鉄損が低く打ち抜き加工性に優れた鋼板を得ることができる。また、本発明により得られる鋼板は、より低い鉄損特性が求められる電気機器等の材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】硬度と打ち抜き回数との関係を示すグラフ。
【図２】Ｃｒ添加量と硬度、鉄損との関係を示すグラフ。
【図３】Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ添加量と打ち抜き性−鉄損バランスとの関係を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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