(57)【要約】【課題】  0.0010%を超えるSを含有し、かつSas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下の鋼板に生じる窒化を抑制することで磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板を提供する。【解決手段】  質量%で、Si:3.5%以下、Mn:1.5%以下、Al:0.1%以上3.0%以下、C:0.0050%以下、Ti:0.0030%以下、望ましくは0.0010%以下、N:0.0050%以下、S:0.0011%以上0.0030%以下、Ni:0.05%以上1.0%以下、Cu:0.05%以上1.0%以下、Cuが0.3%以上の場合はNiをCuの1/2以上、さらにCa＋Mg＋(REM/4)が0.0005%以上を含有し残部Fe及び不可避不純物からなり、Sas[MnS+Cu2S]が質量%で0.0010%以下であることを特徴とする磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、Si:3.5%以下、Mn:1.5%以下、Al:0.1%以上3.0%以下、C:0.0050%以下、Ti:0.0030%以下、N:0.0050%以下、S:0.0011%以上0.0030%以下、Ni:0.05%以上1.0%以下、Cu:0.05%以上1.0%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、SasMnS(MnSを生成しているS)とSasCu2S(Cu2Sを生成しているS)の総和(以下、Sas[MnS+Cu2S]と記す)が質量%で0.0010%以下であることを特徴とする磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
質量%で、Cuを0.3%以上、NiをCuの含有量の1/2以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
更に、Ca＋Mg＋(REM/4)として0.0005質量%以上含有することを特徴とする請求項１または２に記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
Tiを0.0010質量%以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機器の鉄心材料として使用される無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものであり、特に磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界的な電気機器の省エネルギー化の高まりにより、回転機の鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板に対しても、より高性能な特性が要求されてきている。特に回転機の損失につながる鉄損については低減ニーズが強く、SiやAl含有量を増加させて固有抵抗を高め、かつ結晶粒径を大きくすることで低鉄損化を実現してきた。更に鋼の純度を高めることは、結晶粒成長を促進するとともに、鋼中の不純物によって形成される析出物自身の影響も低減できるため、近年、鋼の純度はより高められるようになってきた。
【０００３】
例えば、特許文献1では、S,N:0.0020%以下、Ti,V,As:0.0020%以下、Nb:0.0030%以下とすることで、結晶粒成長を促進して低鉄損化を図る方法が開示されている。また特許文献2では、S:0.0010%以下として結晶粒成長を促進し、かつSb+1/2Sn:0.001〜0.05%含有させることで、S:0.0010%以下によってもたらされた鋼板の窒化を抑制して鉄損を低減する方法が開示されている。
【０００４】
また歪取焼鈍での結晶粒成長の促進と低鉄損化を目的として、特許文献3ではREMを添加する方法、特許文献4ではCa合金を添加する方法、特許文献5ではMgあるいは、Mg,Ca,REMを複合添加する方法が開示されているが、これらは鋼中に不可避的に存在するSをREMやCa，Mgとの粗大で熱的に安定な硫化物とすることで結晶粒成長を促進させることを目的としたものである。
【０００５】
更に、特許文献６には製鋼におけるスクラップの積極活用を目的にNiやCuの混入量を規定する方法か、また、特許文献７には1.5%以上のMn添加に際し、そのコスト低減策として製鋼におけるスクラップ活用として、その際に混入するSu，Cu，Ni，Cr量の適正化によって鋼板表面の窒化層や酸化層の低減を図る方法が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８３８５３号公報
【特許文献２】特開平１０−３１７１１１号公報
【特許文献３】特開平８−３２５６７８号公報
【特許文献４】特開平１０−１８３３０９号公報
【特許文献５】特開２００２−３０２７４６号公報
【特許文献６】特開平７−３０５１１４号公報
【特許文献７】特開２００３−９６５４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、鋼板の窒化による鉄損の悪化について、特許文献2に記載されているSが0.0010%以下の場合のみならず、Sが0.0010%を超えた場合にも発生することを知見した。本発明はこのような問題を鑑みなされたものであり、鉄損の低い電磁鋼板を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決するため、以下(1)〜(4)を要旨とするものである。
(1) 質量%で、Si:3.5%以下、Mn:1.5%以下、Al:0.1%以上3.0%以下、C:0.0050%以下、Ti:0.0030%以下、N:0.0050%以下、S:0.0011%以上0.0030%以下、Ni:0.05%以上1.0%以下、Cu:0.05%以上1.0%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなり、SasMnS(MnSを生成しているS)とSasCu2S(Cu2Sを生成しているS)の総和(以下、Sas[MnS+Cu2S]と記す)が質量%で0.0010%以下であることを特徴とする磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
(2) 質量%で、Cuを0.3%以上、NiをCuの含有量の1/2以上を含有することを特徴とする(1)記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
(3) 更に、Ca＋Mg＋(REM/4)として0.0005質量%以上含有することを特徴とする(1)または(2)記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
(4) Tiを0.0010質量%以下とすることを特徴とする(１)〜(３)のいずれかに記載の磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、鋼板の窒化が抑制され、鉄損の低い電磁鋼板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明を詳細に説明する。本発明者らは磁気特性を悪化させる鋼板表面の窒化について調査した結果、鋼中のSが0.0011%以上という比較的高い範囲でも、仕上焼鈍あるいは歪取焼鈍中に窒化して磁気特性を悪化させる場合のあることを知見した。その原因を調査したところ、窒化して磁気特性が悪化する鋼板においては、MnSあるいはCu2Sを生成しているS量が極めて少ないことを知見し、その対策としてNiとCuを添加することで焼鈍中の窒化を抑制し、かつ磁気特性が改善できることを見出した。さらに過度のCu添加によって鋼板表面に疵が発生することに対し、Cu量に応じてNi添加量を規定することで疵発生を防止できることを知見し、本発明を完成させた。以下、本発明に至った実験結果について述べる。
（実験１）
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0014%、Si:3.1%、Mn:0.2%、Al:1.0%、Ti:0.0008%、N:0.0020%、S:0.0013%を含有し、かつ表1に示すようにCaあるいはMg、REMを含有する鋼片も作製した。これらの鋼片に対し、1100℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.0mmとし、1000℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.35mmとした。
【００１１】
こうして得られた冷延板について、雰囲気N270%-H230%(体積率)で1050℃、30秒の仕上焼鈍を行なった後、鉄損を測定するとともに、Ca,Mg,REM,NとSas[MnS+Cu2S]を分析した。その結果、表1に示す通り、Sas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下のサンプル2,3,5〜8では窒化量ΔN(焼鈍後N量−鋼片N量)が0.0010%を超え、窒化していないサンプル1,4に対して鉄損が悪化することを知見した。また全サンプルともS:0.0012〜0.0014%の範囲にあるにもかかわらず、サンプル2,3,5〜8のSas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下であったのは、MnSやCu2SよりもSと親和力の強いCa,Mg,REMをCa＋Mg＋(REM/4)で0.0005%以上含有していたためであることが判った。
【００１２】
【表１】
2005290514.tif 000002
【００１３】
（実験２）
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0019%、Si:1.6%、Mn:0.5%、Al:0.8%、Ti:0.0006%、N:0.0017%、S:0.0017%、Cu:0.25%、Ni:0.1%を含有し、かつ表2に示すようにCaあるいはMg、REMを含有する鋼片も作製した。これらの鋼片に対し、1150℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.0mmとし、1100℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.50mmとした。
【００１４】
こうして得られた冷延板について、雰囲気N270%-H230%(体積率)で975℃、15秒の仕上焼鈍を行なった後、鉄損を測定するとともに、Ca,Mg,REM,NとSas[MnS+Cu2S]を分析した。その結果、表2に示す通り、Sas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下のサンプル2,3,5〜8においても窒化せず、良好な鉄損の得られることを知見した。
【００１５】
【表２】
2005290514.tif 000003
【００１６】
（実験３）
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0024%、Si:2.5%、Mn:0.2%、Al:0.8%、Ti:0.0010%、N:0.0025%、S:0.0015%、Ca:0.0004%、Mg:0.0006%、Cu:0.55%を含有し、Niを0.1〜0.79%まで変化させた鋼片を作製した。これらの鋼片に対し、1100℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.3mmとし、1050℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.50mmとした。
【００１７】
こうして得られた冷延板について、雰囲気N270%-H230%(体積率)で1000℃、30秒の仕上焼鈍を行なった後、Sas[MnS+Cu2S],Nの分析と、鋼板表面の線状疵の有無を調査した。その結果、表3に示す通り、全てのサンプルにおいてSas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下であるにもかかわらず、窒化抑制効果が得られたが、Ni含有量の少ないサンプル1〜3では鋼板表面の線状疵が確認された。
【００１８】
このような線状疵はCu添加量の少ない実験2では見られなかったことから、Cu添加量が多い場合のみに発生し、かつ本実験におけるサンプル4〜6のようにNi添加量を増やすことで発生しなくなることが判った。さらに調査を進めたところ、Cuを0.3%以上含む場合、熱延加熱時にスラブ表面に濃化したCuが溶融して線状疵となること、NiをCuの1/2以上添加しておくと、Cuと同時にスラブ表面に濃化したNiがCuと合金化して溶融温度を上昇させるために線状疵が抑制できることを知見した。
【００１９】
【表３】
2005290514.tif 000004
【００２０】
このように鋼板中の硫化物であるMnSとCu2Sを形成しているS量(Sas[MnS+Cu2S])によって焼鈍中に窒化することは本発明によって初めて知見したもので、REM,Ca,Mgを添加して単に硫化物を改質するという特許文献3〜5から類推し得るものではない。
【００２１】
また、NiとCuを共に含有する発明としては、特許文献6に製鋼におけるスクラップの積極活用を目的にNiやCuの混入量が規定されているが、これは同じくスクラップとして混入するSnを含めた相乗作用で発生する表面欠陥を抑制することを開示するものであり、本発明における硫化物の種類と量によって生じる鋼板の窒化抑制について何ら示唆するところもない。
【００２２】
また特許文献7では1.5%以上のMn添加に際し、そのコスト低減策として製鋼におけるスクラップ利用が示され、その際に混入するSn,Cu,Ni,Cr量の適量化によって鋼板表面の窒化層や酸化層の低減効果を享受できると記されているが、硫化物の影響はおろか、窒化抑制効果の事例すら示されていないことから、本発明の効果について何ら示唆するところもない。
【００２３】
続いて、本発明の製品における成分の数値限定理由について述べる。
【００２４】
Siは電気抵抗を増加させるために有効な元素であるが、過度に添加すると冷延性を著しく悪くするため3.5%を上限とした。
【００２５】
MnはSi同様に電気抵抗を増加させるために有効な元素であるが、1.5%を超えて添加すると飽和磁束密度の低下が著しくなって磁気特性が悪化するのに加え、他の成分次第で変態を有するようになると、焼鈍温度の上限が制約され所望の磁性が得られなくなってしまうことから1.5%を上限とした。
【００２６】
AlはSi同様に電気抵抗を増加させるために有効な元素であり、また脱酸剤としても有用である。これらの目的のためには0.1%以上のAlを含有させるように添加する必要があるため0.1%以上と規定した。特に微細なAlN生成による粒成長悪化を防止するため、0.2%以上添加するのが好ましい。また、同一添加量でSiとほぼ同等の固有抵抗増が図れる一方、Siより硬度上昇が少ないため、高級グレードでは必須元素であり、特に0.8%以上の添加が望ましい。ただし多量に添加すると鋳造性を悪化させるため、3.0%を上限とした。
【００２７】
Cは磁気時効を起こすことがよく知られているため、0.0050%以下と規定した。ただしTiと析出物を形成し、特に歪取焼鈍時の結晶粒成長を悪化させるので、望ましくは0.0020%以下である。
【００２８】
Tiは窒化物や炭化物、炭窒化物を生成して粒成長を著しく悪化させるため、0.0030%以下と規定した。ただし特に歪取焼鈍時の結晶粒成長を促進させる場合、0.0010%以下が望ましい。
【００２９】
NはAlやTiと窒化物を生成して粒成長を著しく悪化させるため、0.0050%以下と規定した。
【００３０】
Sは本発明において重要な元素である。結晶粒成長を促進する点からは極力低減することことが望ましいが、製造コストが上昇するので0.0011%を下限とし、結晶粒成長の悪化が顕著になる0.0030%を上限とした。
【００３１】
SasMnSとSasCu2Sは、総和として0.0010%を超えると仕上焼鈍あるいは歪取焼鈍時の結晶粒成長と鉄損が悪化するため、その総和の上限を0.0010%とした。
【００３２】
Ca,Mg,REMは、MnSやCu2Sよりも高温でより安定な硫化物を生成することができるため、0.0011〜0.0030%のSを含む鋼において、SasMnSとSasCu2Sの総和を0.0010%以下にする目的で含有させる。ただしCa＋Mg＋(REM/4)が0.0005%に満たないと、硫化物をほどんど生成しないため、Ca＋Mg＋(REM/4)の下限を0.0005%とした。
【００３３】
Cuは本発明における必須元素で、Niとの複合添加によって窒化抑制効果を発現するが、Cu:0.05%未満では効果がなくなるため、0.05%を下限とした。さらに窒化抑制効果に加えて、磁気特性に好ましい集合組織を得られるが、その効果を享受するためには添加量を0.2%以上とすることが望ましい。ただし1.0%を超えると、析出物を生成して磁気特性を悪化させるので、上限を1.0%とした。
【００３４】
Niは本発明における必須元素で、Cuとの複合添加によって窒化抑制効果を発現するがNi:0.05%未満では効果がなくなるため、0.05%を下限とした。さらにCuを0.3%以上添加する場合、Cuの濃化によって発生する鋼板表面の線状疵を抑制するためには、Cu含有量の1/2以上添加する必要がある。また効果とコストを考慮して上限は1.0%とした。
【実施例１】
【００３５】
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0015%、Si:2.6%、Mn:0.2%、Al:1.4%、Ti:0.0018%、S:0.0021%、N:0.0018%、Ca:0.0005%、Mg:0.0004%、Cu:0.01〜0.72%、Ni:0.03〜0.77%を含有する鋼片を作製した。これらの鋼片に対し、1050℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.3mmとし、1000℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.50mmとし、雰囲気N270%-H230%で1000℃、30秒の仕上焼鈍を施した。
【００３６】
こうして得られた各サンプルのSas[MnS+Cu2S]、N、鉄損W15/50、磁束密度B50、線状疵有無を測定・観察した結果を表4に示す。いずれのサンプルもSas[MnS+Cu2S]は0.0010%以下であり、Cu:0.05%未満かつNi:0.05%未満のサンプル1〜6、11、16、21にはΔN(焼鈍後N量-鋼片N量)が高く、窒化することが確認された。
【００３７】
さらに、Cu:0.3%以上でNiがCuの1/2に満たないサンプル16〜17、21〜23では線状疵が発生した。以上のことから、Sas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下の鋼板においては、Cu:0.05%以上でかつNi:0.05%以上を含有し、さらにCu:0.3%以上の場合でCuの1/2以上のNiを含有するサンプル7〜10、12〜15、18〜20、24、25で窒化および線状疵のない良好な特性の得られることが判った。またCu添加量の増加に伴なって磁束密度(B50)が向上する効果のあることも判った。
【００３８】
【表４】
2005290514.tif 000005
【実施例２】
【００３９】
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0023%、Si:1.0%、Mn:0.5%、Al:1.2%、Ti:0.0013%、S:0.0012%、REM:0.0032%、Cu:0.03〜0.65%、Ni:0.02〜0.32%を含有する鋼片を作製した。これらの鋼片に対し、1130℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.3mmとし、1100℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.50mmとし、雰囲気N285%-H215%で850℃、15秒の仕上焼鈍を施し、さらに雰囲気N2100%で750℃、2時間の歪取焼鈍を施した。
【００４０】
こうして得られた各サンプルのSas[MnS+Cu2S]、N、鉄損W15/50、磁束密度B50、線状疵有無を測定・観察した結果を表5に示す。いずれのサンプルもSas[MnS+Cu2S]は0.0010%以下であり、Cu:0.05%未満かつNi:0.05%未満のサンプル1〜6、11、16、21にはΔN(焼鈍後N量-鋼片N量)が高く、窒化することが確認された。さらにCu:0.3%以上でNiがCuの1/2に満たないサンプル16〜18、21〜24では線状疵が発生した。
【００４１】
以上のことから、Sas[MnS+Cu2S]が0.0010%以下の鋼板においては、Cu:0.05%以上でかつNi:0.05%以上を含有し、さらにCu:0.3%以上の場合にはCuの1/2以上のNiを含有するサンプル7〜10、12〜15、19、20、25で窒化および線状疵のない良好な特性の得られることが判った。またCu添加量の増加に伴なって磁束密度(B50)が向上する効果のあることも判った。
【００４２】
【表５】
2005290514.tif 000006
【実施例３】
【００４３】
実験室の真空溶解炉にて、質量%で、C:0.0021%、Si:2.1%、Mn:0.2%、Al:0.3%、Ti:0.0007%、S:0.0025%、Mg:0.0024%、Cu:0.04〜0.80%、Ni:0.01〜0.45%を含有する鋼片を作製した。これらの鋼片に対し、1080℃で60分の加熱を施した後、直ちに熱延して板厚2.3mmとし、950℃で60秒の熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚0.35mmとし、雰囲気N280%-H220%で975℃、30秒間の仕上焼鈍を施した。
【００４４】
こうして得られた各サンプルのSas[MnS+Cu2S]、N、鉄損W15/50、磁束密度B50、線状疵有無を測定・観察した結果を表6に示す。いずれのサンプルもSas[MnS+Cu2S]は0.0005%以下であり、Cu:0.05%未満かつNi:0.05%未満のサンプル1〜6、11、16、21にはΔN(焼鈍後N量-鋼片N量)が高く、窒化することが確認された。さらにCu:0.3%以上でNiがCuの1/2に満たないサンプル16〜18、21〜24では線状疵が発生した。
【００４５】
以上のことから、Sas[MnS+Cu2S]は0.0010%以下の鋼板においては、Cu:0.05%以上でかつNi:0.05%以上を含有し、さらにCu:0.3%以上の場合にはCuの1/2以上のNiを含有するサンプル7〜10、12〜15、19、20、25で窒化および線状疵のない良好な特性の得られることが判った。またCu添加量の増加に伴なって磁束密度(B50)が向上する効果のあることも判った。
【００４６】
【表６】
2005290514.tif 000007