(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、
０．１％≦Ｓｉ≦３．５％、
０．１％≦Ｍｎ≦１．５％、
０．００１０％≦Ｃ  ≦０．００２５％、
Ｎ  ≦０．００２％、
Ｓ  ≦０．００２％、
Ｔｉ≦０．００３％、
Ｎｂ≦０．００３％、
Ｖ  ≦０．００５％、
Ｚｒ≦０．００３％、
Ｃａ≦０．００３％、
Ａｓ≦０．００３％
を含有し、かつ下記式（１）で定めるＱ値が−４．７０以下を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｑ＝log{([Ｔｉ%]+[Ｎｂ%]+[Ｖ%]+[Ｚｒ%]+[Ｃａ%]) ×[ Ｃ%]} ・・・式（１）
但し、[ Ｔｉ%]、[ Ｎｂ%]、[ Ｖ%]、[ Ｚｒ%]、[ Ｃａ%]、[ Ｃ%]は、それぞれＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃの製品中の重量濃度。
【請求項２】
合金成分として、さらに重量％で、
０．１０％≦Ａｌ≦２．００％
を含有することを特徴とする請求項１記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
重量％で、
０．１％≦Ｓｉ≦３．５％、
０．１％≦Ｍｎ≦１．５％、
０．００１０％≦Ｃ  ≦０．００２５％、
Ｎ  ≦０．００２％、
Ｓ  ≦０．００２％、
Ｔｉ≦０．００３％、
Ｎｂ≦０．００３％、
Ｖ  ≦０．００５％、
Ｚｒ≦０．００３％、
Ｃａ≦０．００３％、
Ａｓ≦０．００３％
を含有し、かつ下記式（１）で定めるＱ値が−４．７０以下を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延して熱延板とし、次いで１回の冷間圧延を施した後に仕上げ焼鈍を施し、その後さらにスキンパス圧延を施すか或いは施さずに製品とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｑ＝log{([Ｔｉ%]+[Ｎｂ%]+[Ｖ%]+[Ｚｒ%]+[Ｃａ%]) ×[ Ｃ%]} ・・・式（１）  但し、[ Ｔｉ%]、[ Ｎｂ%]、[ Ｖ%]、[ Ｚｒ%]、[ Ｃａ%]、[ Ｃ%]は、それぞれＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃの製品中の重量濃度。
【請求項４】
合金成分として、さらに重量％で、
０．１０％≦Ａｌ≦２．００％
を含有するスラブを用いることを特徴とする請求項３記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の鉄芯材料として用いられる、磁束密度が高く鉄損の低い無方向性電磁鋼板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板がその鉄芯材料として使用される回転機及び中・小型変圧器等の分野においては、世界的な電力・エネルギー節約さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動きの中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。このため、無方向性電磁鋼板に対しても、その特性向上、すなわち低鉄損化への要請がますます強まってきている。
【０００３】
また一方で、鉄損低減の為に、単にＳｉ或いはＡｌ等の含有量を高めるのみではなく、特公平６−８０１６９号公報に記載されているように、Ｍｎ及びＳの低減による高純度鋼化により析出物の無害化を図る方法が開示されている。しかしながら、Ｍｎ及びＳの含有量を同時に低めると、析出物の量は減少するものの析出物のサイズが微少化し、期待したほどの鉄損低減効果が得られないという問題点があった。
【０００４】
特開平６−２４８３９８号公報には、Ｓｉ：１．５〜４．０％、Ａｌ：１．０〜３．０％のハイグレード無方向性電磁鋼板において、Ｓ≦０．００２０％、Ｎ≦０. ００３０％、Ｏ≦０. ００３０％に低減し鉄損を改善する技術が開示されている。
【０００５】
また、特開平９−１９５０１１号公報には、Ｓｉ：１．０％以下の無方向性電磁鋼板において、ｌｏｇ（Ｖ（％）・Ｎ（％））≦−５．２９とす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】
需要家の昨今の高効率化への要請に応えるため、本発明者らは鋭意研究開発を行い、特開平５−１４０６４９号公報において、無方向性電磁鋼板の磁気特性への有害元素Ｔｉの悪影響を除く方法を提供した。すなわち、Ｓｉ：１．０〜４．０％、Ａｌ：０．００１〜２．０％、Ｎ：≦０．００２０％、Ｓ：≦０．００２０％、Ｃ：≦０．００３０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｔｉ：０．００３〜０．０１０％、Ｚｒ：≦０．００５０％、Ｎｂ：≦０．００５０％、Ｖ：≦０．００５０％、Ｐ：≦０．２％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなるスラブを用いて磁気特性を改善する技術を提案している。
【０００７】
しかし、これらの技術における鋼の高純化では、連続して無方向性電磁鋼板の製鋼を行う際に、個々の条件は満足しているにも関わらず、チャージ毎のバラツキが生じやすく、安定して低鉄損の無方向性電磁鋼板を得る観点からは若干の課題を残していた。
【０００８】
本発明者らは、この点について詳細に解析を行った結果、有害元素の総量と炭素との積が一定以下であれば安定して低鉄損の無方向性電磁鋼板を製造しうるという、新規な知見を見出した。
【０００９】
一方で、これまでの高純度鋼に関する発明ではＣ含有量は磁気時効の観点からは少なければ少ないほどよいとされていたが、進歩した製鋼技術を適用することによりＣ含有量が０．００１％未満になると、高純度鋼では鉄損は改善されるものの、磁束密度が低下するという問題点が明らかになった。
【００１０】
このように、従来技術では問題視されていなかった高純度鋼におけるＣ含有量を特定の範囲に制御するという、従来の高純度鋼に関する発明では全く省みられていなかった新規な知見を得ることにより、磁束密度が高く、鉄損が低い無方向性電磁鋼板を安定して製造することが可能となり、発明の完成に至った。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）重量％で、
０．１％≦Ｓｉ≦３．５％、            ０．１％≦Ｍｎ≦１．５％、
０．００１０％≦Ｃ  ≦０．００２５％、Ｎ  ≦０．００２％、
Ｓ  ≦０．００２％、                  Ｔｉ≦０．００３％、
Ｎｂ≦０．００３％、                  Ｖ  ≦０．００５％、
Ｚｒ≦０．００３％、                  Ｃａ≦０．００３％、
Ａｓ≦０．００３％
を含有し、かつ下記式（１）で定めるＱ値が−４．７０以下を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
Ｑ＝log{([Ｔｉ%]+[Ｎｂ%]+[Ｖ%]+[Ｚｒ%]+[Ｃａ%]) ×[ Ｃ%]} ・・・式（１）
但し、[ Ｔｉ%]、[ Ｎｂ%]、[ Ｖ%]、[ Ｚｒ%]、[ Ｃａ%]、[ Ｃ%]は、それぞれＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃの製品中の重量濃度。
【００１２】
（２）合金成分として、さらに重量％で、
０．１０％≦Ａｌ≦２．００％
を含有することを特徴とする前記（１）記載の無方向性電磁鋼板。
【００１３】
（３）重量％で、
０．１％≦Ｓｉ≦３．５％、            ０．１％≦Ｍｎ≦１．５％、
０．００１０％≦Ｃ  ≦０．００２５％、Ｎ  ≦０．００２％、
Ｓ  ≦０．００２％、                  Ｔｉ≦０．００３％、
Ｎｂ≦０．００３％、                  Ｖ  ≦０．００５％、
Ｚｒ≦０．００３％、                  Ｃａ≦０．００３％、
Ａｓ≦０．００３％
を含有し、かつ下記式（１）で定めるＱ値が−４．７０以下を満足し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延して熱延板とし、次いで１回の冷間圧延を施した後に仕上げ焼鈍を施し、その後さらにスキンパス圧延を施すか或いは施さずに製品とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｑ＝log{([Ｔｉ%]+[Ｎｂ%]+[Ｖ%]+[Ｚｒ%]+[Ｃａ%]) ×[ Ｃ%]} ・・・式（１）
但し、[ Ｔｉ%]、[ Ｎｂ%]、[ Ｖ%]、[ Ｚｒ%]、[ Ｃａ%]、[ Ｃ%]は、それぞれＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃの製品中の重量濃度。
【００１４】
（４）合金成分として、さらに重量％で、
０．１０％≦Ａｌ≦２．００％
を含有するスラブを用いることを特徴とする前記（３）記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、低鉄損と高磁束密度を同時に達成するべく従来技術における問題点に鋭意検討を加えた結果、変態を有す無方向性電磁鋼板にあって、Ｓｉを０．１０〜３．５０％、Ａｌを０．１０〜２．００％、Ｍｎを０．１０〜１．５０％含有する鋼にあって、Ｃ、ＳおよびＮ含有量を低減し、さらにＴｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃａ、Ｚｒ、Ａｓ含有量を特定の関係式を満たした上で低減し、高純度鋼化するとともに、Ｃ含有量を特定の範囲に定めることにより、一回の冷間圧延で最終板厚とし焼鈍を施すフルプロセス無方向性電磁鋼板、あるいは中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延により最終板厚とする無方向性電磁鋼板製造法、熱延板焼鈍もしくは高温仕上げ、高温巻取りによる制御熱延を活用した何れのプロセスにおいても磁束密度が高く鉄損の低い無方向性電磁鋼板を製造することが可能であることを見出し本発明に至った。
【００１６】
無方向性電磁鋼板の磁気特性は、冷延前結晶組織を粗大化することで改善することが可能である。このため従来、仕上熱延において熱延終了温度を上昇させるか、熱延板焼鈍、あるいは高温巻取りにより冷延前結晶組織の粗大化を図り、製品の磁束密度を高め、鉄損を低減させることが行われてきた。
また、前記技術の効果を最大限に発揮させるために、各種の高純度鋼に関する発明がこれまでなされてきた。
【００１７】
しかしながら、高純度鋼の製鋼技術が進歩してＣ含有量が減少すると、これまで冷延前の結晶粒径を粗大化することで得ていた高磁束密度が得られなくなるという課題が明らかになった。この点について発明者等は解析を行ったところ、従来技術では磁気時効による鉄損悪化の原因となるため、含有量が少なければ少ないほどよしとされていたＣ含有量に、最適範囲があることを見出し、発明の完成に至った。
【００１８】
まず、成分について説明すると、Ｓｉは鋼板の固有抵抗を増大させ渦流損を低減させ、鉄損値を改善するために添加される。Ｓｉ含有量が０．１０％未満であると固有抵抗が十分に得られないので０．１０％以上添加する必要がある。一方、Ｓｉ含有量が３．５０％を超えると冷間圧延が困難となるので３．５０％以下に定める。
【００１９】
Ｍｎは、Ｓｉと同様に鋼板の固有抵抗を増大させ渦電流損を低減させる効果を有する。このため、Ｍｎ含有量は０．１０％以上とする必要がある、一方、Ｍｎ含有量が１．５０％を超えると熱延時の変形抵抗が増加し熱延が困難となるとともに、冷延前結晶組織が微細化しやすくなり、製品の磁気特性が悪化するので、Ｍｎ含有量は１．５０％以下とする必要がある。
【００２０】
Ａｌも、Ｓｉ，Ｍｎと同様に、鋼板の固有抵抗を増大させ渦電流損を低減させる効果を有する。Ａｌによってこのような効果を得るためには、０．１０％以上添加する必要がある。一方、Ａｌ含有量が２．００％を超えると、磁束密度が低下し、コスト高ともなるので２．００％以下とする。また、鋼中のＡｌ含有量が０．１０％未満であっても本発明の効果はなんら損なわれるものではない。
【００２１】
また、製品の機械的特性の向上、磁気的特性、耐錆性の向上あるいはその他の目的のために、Ｐ，Ｂ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以上を鋼中に含有させても本発明の効果は損なわれない。
【００２２】
Ｃ含有量の制御は本発明の成分規定の肝要な点であり、０．００２５％以下にかつ、０．００１０％以上に制御することが必要である。Ｃ含有量が０．００２５％を超えると、製品の使用中に磁気時効が生じて鉄損が悪化するため０．００２５％以下とする必要がある、一方で、Ｃ含有量が０．００１０％未満であると製品の磁束密度が低下するので、０．００１０％以上含有させる必要がある。
【００２３】
Ｓ，Ｎは熱間圧延工程におけるスラブ加熱中に一部再固溶し、熱間圧延中にＭｎＳ等の硫化物、ＡｌＮ等の窒化物を形成する。これらが存在することにより熱延後のγ相からα相への変態時にα相の核を提供すると共に変態後のα相結晶組織の粒成長を妨げるため、その含有量は共に０．００２％以下とする必要がある。
【００２４】
また、Ｔｉ含有量、Ｎｂ含有量、Ｖ含有量、Ｚｒ含有量、Ｃａ含有量がそれぞれ０．００３％、０．００３％、０．００５％、０．００３％、０．００３％を超えるとＴｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｃａの炭化物の析出が顕著となり、熱延結晶組織の粗大化が阻害されるとともに仕上焼鈍工程での結晶粒成長が阻害され磁気特性が悪化する。このため、Ｔｉ含有量、Ｎｂ含有量、Ｖ含有量、Ｚｒ含有量、Ｃａ含有量はそれぞれ０．００３％以下、０．００３％以下、０．００５％以下、０．００３％、０．００３％とする必要がある。
【００２５】
また、本発明では個々のＴｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｃａ単独の含有量に加えて、全体を含めた総量と、Ｃ含有量との間に特定の関係が成立する必要がある。すなわち、式（１）で定めるＱ値において、
Ｑ＝log{([Ｔｉ%]+[Ｎｂ%]+[Ｖ%]+[Ｚｒ%]+[Ｃａ%]) ×[ Ｃ%]} ・・・式（１）
但し、[ Ｔｉ%]、[ Ｎｂ%]、[ Ｖ%]、[ Ｚｒ%]、[ Ｃａ%]、[ Ｃ%]は、それぞれＴｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｃａ、Ｃの製品中の重量濃度。
式（１）のＱ値が−４．７０を超えると本発明が意図する低鉄損無方向性電磁鋼板を得ることが出来ない。従って、式（１）のＱ値は−４．７０以下である必要がある。
【００２６】
さらに、結晶粒成長を阻害する析出物の形成に影響を及ぼす要因として、Ａｓ含有量を抑制する必要がある、Ａｓは、それ自体では、本発明の成分範囲内の鋼では、上記の硫化物や窒化物等の析出物を形成することは無い。しかし、鋼中に、一定量以上のＡｓが含有されると、硫化物サイズが微細になるため、熱延結晶組織の粗大化を著しく阻害する。このような観点から、Ａｓ含有量は０．００３０％以下にする必要がある。
【００２７】
Ｐは、製品の打ち抜き性を良好ならしめるために０．１％までの範囲内において添加される。Ｐ≦０．２％であれば、製品の磁気特性の観点から問題がない。Ｂは熱間圧延時にＢＮを形成させてＡｌＮの微細析出を妨げ、Ｎを無害化させるために添加される。
【００２８】
Ｂ含有量はＮとの量のバランスが必要であり、その含有量は両者の比Ｂ％／Ｎ％が０．５から１．５の範囲を満たすことが好ましい。
【００２９】
次に本発明の成分範囲規定理由について説明する。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、Ｃ，Ｎ，ＳをはじめとしてＴｉ，Ｖ，Ｎｂ，Ａｓ，Ｃａ等の不純物含有量を制御することにより、製品における鉄損と磁束密度という２つの磁気特性が双方とも著しく改善され得ることを発見し本発明の完成に至った。
【００３０】
本発明の構成要件を確認するために、以下のような実験を行った。表１、表２に示す成分の鋼を溶製し仕上げ熱延を実施し、２．５ｍｍ厚に仕上げた。この際に、熱延終了温度を変化させると共に、熱延後の熱延板を熱延板焼鈍に供し、種々の冷延前結晶粒径の熱延板を酸洗、冷延し０．５ｍｍ厚とし、脱脂した後、７２０℃で３０秒焼鈍し、エプスタイン試料を切断して磁気特性を測定した。
【００３１】
【表１】
0004422220.tif 000002
【００３２】
【表２】
0004422220.tif 000003
【００３３】
図１に冷延前結晶粒径と磁束密度の関係を示す。比較例の材料よりも、本発明の材料の方が磁束密度が高いことが分かる。さらに、比較例の材料では冷延前結晶粒径が１００μｍ以上では磁束密度の増加が頭打ちになるが、本発明の材料では高磁束密度が得られていることが分かる。
【００３４】
次に、表３、表４に示す成分の鋼を溶製し仕上熱延を実施し、２．５ｍｍ厚に仕上げた。この際に、熱延終了温度を変化させると共に、熱延後の熱延板を熱延板焼鈍に供し、種々の冷延前結晶粒径の熱延板を酸洗、冷延し０．５ｍｍ厚とし、脱脂した後、７２０℃で３０秒焼鈍し、エプスタイン試料を切断し、７５０℃で２時間の需要家相当の歪み取り焼鈍を施した後、磁気特性を測定した。
【００３５】
【表３】
0004422220.tif 000004
【００３６】
【表４】
0004422220.tif 000005
【００３７】
図２に冷延前結晶粒径と鉄損の関係を示す。比較例の材料よりも、本発明の材料の方が鉄損が低いことが分かる。
このようにＣ含有量を特定範囲にした高純度鋼を用いることにより、製品における鉄損を低減するとともに、磁束密度を高め、優れた磁気特性の無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
【００３８】
前記成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラブは公知の方法にて加熱される。
本発明では熱延板焼鈍を施すかあるいは施さず、一回の冷間圧延と連続焼鈍により製品とする。また、さらにスキンパス圧延工程を付加して製品としてもよい。
【００３９】
また、中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により最終板厚としても良い。さらに、その後スキンパスを施して最終板厚としてもよい。
スキンパス圧延は２％未満ではその効果が得られず、２０％以上では磁気特性が悪化するため２％から２０％とする。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明の実施例について述べる。
［実施例１］
表５に示した成分を有する無方向性電磁鋼板用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５ｍｍに仕上げた。その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．５０ｍｍに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて７３０℃で３０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表５中に本発明と比較例の成分と磁気特性測定結果をあわせて示す。
このように鋼の純度を制御すれば、磁束密度の値が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。
【００４１】
【表５】
0004422220.tif 000006
【００４２】
［実施例２］
表６に示した成分の無方向性電磁鋼板用スラブを通常の方法にて加熱し、熱延により２．５ｍｍに仕上げた。
その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．５５ｍｍに仕上げた。次に連続焼鈍炉にて７００℃で２０秒間焼鈍を施し、圧下率９％のスキンパス圧延により０．５０ｍｍ厚に仕上げ、７５０℃２時間の需要家相当の焼鈍を施した。これらの試料からエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。その結果を表６に示す。
【００４３】
【表６】
0004422220.tif 000007
【００４４】
このように、Ｃ含有量を特定範囲にとった高純度鋼を用いることにより、磁束密度の値が高く、鉄損値の低い材料が得られることがわかる。
【００４５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、磁束密度が高く鉄損の低い、磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷延前結晶粒径と磁束密度の関係を示す図表である。
【図２】冷延前結晶粒径と鉄損の関係を示す図表である。
【図１】
0004422220.tif 000008
【図２】
0004422220.tif 000009