(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（さらに望ましくは０．００１０％以下）、Ｎ：０．００５０％以下、Ｓ：０．００１１％以上０．００３０％以下、Ｃａ＋Ｍｇが０．０００５％以上、Ｓｎ：０．０１％以上０．２％以下を含有し、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、Ｓｎ：０．０１％以上０．２％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無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
更に、質量％で、Ｃｕ、Ｎｉの少なくとも１種を合計で０．０１％以上０．４％以下を含有することを特徴とする請求項１の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
更に、質量％で、Ｃａ、Ｍｇの少なくとも１種を合計で０．０００５％以上を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
更に、質量％で、Ｔｉを０．００１０％以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の無方向性電磁鋼板。
【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。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。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Ｃａ合金を添加する方法、特許文献４ではＭｇを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ＣａやＭｇとの粗大で熱的に安定な硫化物とすることを目的としたものである。
【０００３】
【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１０−１８３３０９号
【特許文献４】特開２００２−３０２７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鋼板の窒化による鉄損の悪化については、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が明らかとなった。本発明は、このような問題を鑑みなされたものであり、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、Ｓｎ：０．０１％以上０．２％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無方向性電磁鋼板。
（２）更に質量％でＣｕ、Ｎｉの少なくとも１種を合計で０．０１％以上０．４％以下を含有することを特徴とする（１）の無方向性電磁鋼板。
（３）更に質量％で、Ｃａ、Ｍｇの少なくとも１種を合計で０．０００５％以上を含有することを特徴とする（１）または（２）に記載の無方向性電磁鋼板。
（４）更に質量％で、Ｔｉを０．００１０％以下とすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、硫化物を無害化して粒成長を向上させた鋼板において顕在化する窒化問題を解消し、より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】
【０００７】
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０．００１０％以下という極めて低い範囲でなくとも、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が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Ｓｎ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、ＮｉとＣｕを複合添加することによって集合組織が改善し、低い鉄損と高い磁束密度が両立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。
【０００８】
（実験１）
質量％で、Ｓｉ：２．１％、Ｍｎ：０．７％、Ａｌ：１．５％の鋼を溶製した。不純物成分としてはＴｉ：０．０００５〜０．０００８％、Ｎ：０．００２０〜０．００２４％、Ｓ：０．００１５〜０．００１８％の範囲にあった。これらのスラブを１２０分間加熱し、１１２０℃で抽出して熱延して板厚２．０ｍｍとし、９７０℃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。こうして得られた冷延板について、雰囲気Ｎ2７０％−Ｈ2３０％（体積率）で９００〜１１００℃、３０秒の仕上焼鈍を行ない、鉄損を測定した。その結果を図１に示すが、サンプル１については仕上焼鈍温度を高くすればする程、低鉄損が得られるのに対し、溶製チャンスの異なるサンプル２については仕上焼鈍温度１０００℃で鉄損が頭打ちとなり、１０５０℃以上では逆に鉄損が悪化することが判明した。このように、ほぼ同一成分かつ仕上焼鈍条件ながらサンプル２のみ鉄損悪化を招く理由について、電子顕微鏡で析出物をしたところ、サンプル２ではサンプル１で確認されたＭｎＳ、Ｃｕ2Ｓおよびその複合硫化物は殆んど観察されず、一方でＭｇＯ、ＣａＯおよびその複合酸化物からＳが検出されること、また表層直下に窒化物とみられる多数のＡｌＮが観察されることが判った。この結果の検証として、ＳａｓＭｎＳとＳａｓＣｕ2Ｓの総和（Ｓａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ2Ｓ］）とＮを分析したところ、表１に示す通り、サンプル２のＳａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ２Ｓ］は極めて少なく、ＭｇとＣａが微量に含まれていること、さらに仕上焼鈍１０５０℃以上でＮ量が極めて高くなっており、窒化していることが判った。
【０００９】
【表１】
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【００１０】
（実験２）
次に仕上焼鈍における窒化対策として、実験１と同一基本成分にてＳｎを添加した鋼片を実験室の真空溶解炉で作製した。この際、同じＳ量でＳａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ2Ｓ］の低い鋼を得るためにＭｇ、Ｃａを微量含有した鋼片も作製した。これらの鋼片を熱延して板厚２．０ｍｍとし、熱延板焼鈍を施し、一回の冷延にて板厚０．３５ｍｍとした。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、成分を分析した。その結果を表２に示すが、Ｓａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ2Ｓ］が０．００１０％以下でかつＳｎが０．０１％未満であるサンプル２〜４においては窒化が著しい（Ｎ分析値が高い）のに対し、Ｓａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ2Ｓ］が０．００１０％以下でもＳｎを０．０３％添加したサンプル６〜８では窒化しない（Ｎ分析値が低い）ことを知見した。
【００１１】
【表２】
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【００１２】
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、ＣａやＭｇを添加して単に硫化物を改質するという特許文献３や４から類推し得るものではない。またＳｎの窒化抑制効果については特許文献２ではＳ：０．００１０％以下という極めて低いＳ量において示されているが、Ｓが０．００１０％を超えた場合においても窒化することを見出した本発明について類推し得るものではない。
【００１３】
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。
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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る。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０．１％以上の添加が必須である。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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。特に歪取焼鈍時の結晶粒成長を促進させる場合、０．００１０％以下が好ましい。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
Ｓｎは焼鈍中の窒化抑制として本発明の必須元素である。含有量が０．０１％に満たないと効果が得られないため０．０１％を下限とした。また０．２％を超えても効果が飽和するとともにコスト高となるので０．２％を上限とした。Ｓｎの含有方法については特に規定するものではないが、Ｓｎを含む合金を添加してもよいし、低コストを指向する場合はブリキ缶等のＳｎを含有するスクラップを添加してもよい。
【００２１】
ＣｕとＮｉはＳｎに複合させることで窒化抑制効果がより強力になるが、そのためには最低でも０．０１％以上添加する必要がある。さらにＳｎとの複合で磁気特性に好ましい集合組織を得ることができるが、そのためには０．２％以上とすることが望ましい。ただし０．４％を超えると効果が飽和するので、上限を０．４％とした。
【００２２】
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。
【００２３】
ＣａとＭｇは、ＭｎＳやＣｕ2Ｓよりも高温で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が０．０００５％に満たないと、硫化物をほとんど生成しないため、その下限を０．０００５％とした。なおＣａとＭｇの含有方法については特に規定するものではないが、脱酸した溶鋼に合金として添加してもよいし、スラグや耐火物の還元によって含有させてもよい。
【実施例１】
【００２４】
実験室の真空溶解炉にて、質量％で、Ｃ：０．００２４％、Ｓｉ：３．１％、Ｍｎ：０．２％、Ａｌ：１．１％、Ｔｉ：０．０００８％、Ｓ：０．００２０％、Ｎ：０．００１７％、Ｃａ：０．０００３％、Ｍｇ：０．０００７％、Ｓｎ：０．００３〜０．１８７％、Ｃｕ：０．０１５％、Ｎｉ：０．０２１％を含有する鋼片を作製した。これらの鋼片に対し、１０７５℃で９０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、雰囲気Ｎ2７０％−Ｈ2３０％で１０５０℃、２０秒の仕上焼鈍を施した。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を測定・観察した結果を表３に示す。いずれのサンプルもＳａｓ［ＭｎＳ＋Ｃｕ2Ｓ］は０．００１０％以下であるが、Ｓｎ：０．０１％未満のサンプル１，２にはΔＮ（焼鈍後Ｎ量−鋼片Ｎ量）が高く、窒化しており鉄損も悪かった。一方、Ｓｎ：０．０１％以上のサンプル３〜６については窒化せず、良好な鉄損が得られた。
【００２５】
【表３】
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【実施例２】
【００２６】
実験室の真空溶解炉にて、質量％で、Ｃ：０．００１１％、Ｓｉ：１．５％、Ｍｎ：０．５％、Ａｌ：０．６％、Ｔｉ：０．００１３％、Ｓ：０．００１７％、Ｓｎ：０．０５５％、Ｃａ：０．０００７を％含有し、ＣｕとＮｉ量を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２．７ｍｍ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。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を測定・観察した結果を表４に示す。すべ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、歪取焼鈍後の窒化が低く抑えられて良好な鉄損が得られたが、Ｃｕ＋Ｎｉが０．２％以上のサンプル３，５，６についてはさらに鉄損が良好であり、かつ磁束密度も高かった。
【００２７】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】仕上焼鈍温度と鉄損の関係を示す図。
【図１】
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