(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量% で、C:0.01% 以下、Mn:0.05 〜1.5%、Si及び／又はAlを、
2.0% ≦ Si(%) + Al(%)≦5.0% 及び
2.0% ≦ Si(%) + 2・Al(%) - Mn(%)
の両式を満たす量(%) 含有し、残部はFe及び不可避不純物から成る鋼を熱間圧延して熱延板とし、これに熱延板焼鈍を施し、次いで、一回又は中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、これに仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、最終冷間圧延の前に施す焼鈍の焼鈍温度を、下記の温度Ｔ℃に定め、該焼鈍をＴ℃で、20〜300秒間行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
Tmin℃≦ T℃≦ Tmax ℃
ここで、Tmin＝ 100・Mn(%) + 900
Tmax＝ min〔 140・Mn(%) + 1100、1250〕
ただし、 min〔 140・Mn(%) + 1100、1250〕は、 140・Mn(%) + 1100、もしくは、1250の低い方を指す。
【請求項２】
前記最終の冷間圧延を、圧下率60〜90% で行い、かつ、前記仕上焼鈍を、 900〜1100℃で10〜120 秒間行うことを特徴とする請求項１記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】
前記鋼中に含有されるS が、質量% で0.005%を超えないことを特徴とする請求項１又は２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、電気機器の鉄心材料として使用する磁気特性の優れた無方向性電磁鋼板の製造方法、特に、低鉄損の無方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気機器の高効率化は、世界的な電力・エネルギーの節減、さらには地球環境保全の動向の中で、近年強く要望されている。特に、最近、回転機の高効率化が進展する中で、ローターまたはステーターとして用いられる無方向性電磁鋼板においては、現状よりもさらに鉄損の低いものを開発することが求められている。
【０００３】
従来の無方向性電磁鋼板の低鉄損化の方法として、SiあるいはAl等の含有量を増加させ、電気抵抗を増大させ、渦電流損失を低減するという方法が知られている。例えば、Si量約3%をベースにAlを1%程度添加することにより、低鉄損の無方向性電磁鋼板を製造し得ることが、特開昭５８−２３４１０号公報に記載されている。
【０００４】
無方向性電磁鋼板の製造においては、Si、Al等の添加元素の組成が決定された後は、製品における結晶粒径を適正化するため仕上焼鈍が施されるが、この仕上焼鈍においては、所望の鉄損に応じた焼鈍温度で焼鈍が行われる。
一般に、焼鈍温度を高くするほど再結晶が促進され、鉄損が低減することが知られている。ところが、同じ量のSi、Alを添加し、仕上焼鈍条件を同じくしても、十分な低鉄損化が得られない場合があることが判明した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、特にSi、Al量を増大させ、低鉄損化を図る無方向性電磁鋼板において、鉄損特性をさらに向上させる手段を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鉄損特性をさらに向上させるため、次の (1)〜(3) を要旨とする。
(1) 質量% で、C:0.01% 以下、Mn:0.05 〜1.5%、Si及び／又はAlを、
2.0% ≦ Si(%) + Al(%)≦5.0% 及び
2.0% ≦ Si(%) + 2・Al(%) - Mn(%)
の両式を満たす量(%) 含有し、残部はFe及び不可避不純物から成る鋼を熱間圧延して熱延板とし、これに熱延板焼鈍を施し、次いで、一回又は中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、これに仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、最終の冷間圧延の前に施す焼鈍の焼鈍温度を、下記の温度T℃に定め、該焼鈍をＴ℃で、20〜300 秒間行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
【０００７】
Tmin℃≦ T℃≦ Tmax ℃
ここで、Tmin＝ 100・Mn(%) + 900
Tmax＝ min｛ 140・Mn(%) + 1100、1250｝
ただし、 min｛ 140・Mn(%) + 1100、1250｝は、 140・Mn(%) + 1100、
もしくは、1250の低い方を指す。
【０００８】
(2) 前記最終の冷間圧延を、圧下率60〜90% で行い、かつ、前記仕上焼鈍を、900〜1100℃で10〜120 秒間行うことを特徴とする前記(1) 記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
(3) 前記鋼中に含有されるS が、質量% で0.005%を超えないことを特徴とする前記(1) 又は(2) 記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者らは、無方向性電磁鋼板の鉄損特性を向上させる方法について鋭意研究を行った。その結果、熱延板焼鈍条件と製品の鉄損の関係において、最終の冷間圧延の前の焼鈍における焼鈍温度には、鋼中のMn量に応じて、適正範囲が存在することを見い出した。以下にその詳細を説明する。
【００１０】
実験室の真空溶解炉にて、Si:3.1% 、Al:0.3% 、C:0.0015% 、かつ、Mnを４条件 (0.2%、0.5%、0.8%及び1.1%) のそれぞれの量で含有する鋼を作製した。このときS 量は、15〜18ppm であった。
各成分条件の鋼から板厚2.1mm の熱延板を作製し、これらの熱延板に対し、 900℃、1000℃、1100℃及び1200℃の４つの温度条件で60秒間の焼鈍を施し、その後、酸洗を行なった。
【００１１】
これらの鋼板を冷間圧延し、板厚0.35mmの冷延板とした後、1020℃で30秒の仕上焼鈍を施した。これらの鋼板に係る、SST(Single Sheet Tester)による磁気特性測定結果(L方向とC 方向の平均) 、及び、製品結晶粒径測定結果( 面積/ 個数で算出) を、表１に示す。
【００１２】
【表１】
0003934830.tif 000002
【００１３】
表１に示すように、鉄損が比較的良好(W15/50 ≦2.3w/kg)となる熱延板焼鈍温度は、Mn:0.2% の試料１〜４及びMn:0.5% の試料５〜８の中では、1000℃と1100℃、Mn:0.8% の試料９〜12の中では、1000℃、1100℃及び1200℃、さらに、Mn:1.1% の試料13〜16の中では、1100℃と1200℃であり、上記熱延板焼鈍温度は、Mn量(%) の増加に応じて上昇することが判明した。また、いずれの成分組成においても、熱延板焼鈍温度が高い方が、磁束密度B50 が高いことが判明した。
【００１４】
さらに、表１に示すように、製品結晶粒径は、本実験の条件範囲で、およそ100 〜120 μｍであるが、Mn:0.2% とMn:0.5% の試料で、熱延板焼鈍温度が1200℃のとき (試料４、８) 、結晶粒径は90μm 程度であり、この結晶粒径は、他の条件の場合の製品結晶粒径と比較して、極端に小さいことが判明した。
上記の結果は以下のように考えられる。熱延板焼鈍温度が低温すぎる場合は、冷間圧延前の結晶粒径が十分に大きくならないため、磁気特性上好ましくない方位の結晶粒が増加し、B50 を低下せしめるとともに、鉄損を増加させたものと推定される。そして、良好な磁気特性を得るのに必要な熱延板焼鈍温度の下限値が、Mn量の増加とともに高くなるのは、固溶Mn量の増加によって粒成長性が劣化するため、より高い温度で熱延板を焼鈍する必要があるためである。
【００１５】
また、熱延板焼鈍温度が高温すぎる場合は、MnS が固溶し、熱延板焼鈍における冷却時、もしくは、仕上焼鈍の昇温時に、MnS が微細に再析出し、仕上焼鈍における結晶粒成長を妨げるためである。
そして、この場合、適正な結晶粒径を得るのに必要な熱延板焼鈍温度の上限値が、Mn量の増加とともに高くなるのは、Mn量の増加によって、最終の冷間圧延の前の焼鈍におけるMnS の固溶量が低減するためである。この時のMnS の固溶量が、僅か数ppm 程度であっても、析出すると、仕上焼鈍時における結晶粒の成長を著しく妨げ、鉄損を劣化させる。
【００１６】
しかしながら、実際の操業の上では、Mn量は不可避的に変動したり、あるいは、磁気特性を変化させる目的で意図的に添加する場合があり、このような場合に、本発明のように、最終の冷間圧延の前の焼鈍において、MnS の析出量を、適確にコントロールすることが必要なのである。
上記熱延板焼鈍温度の適正範囲を明確にするため、上記実験に用いた４条件のMn量(0.2% 、0.5%、0.8%及び1.1%) に、さらに、Mn量1.4%を加えた5 条件の成分組成 (他の成分は上記試験と同じ) の鋼について、熱延板焼鈍の温度条件をさらに増加して鉄損を測定し、Mn量と熱延板焼鈍温度とのマッピングを行なった。なお、熱延板焼鈍以外の条件は、前実験と同一である。
【００１７】
結果を図１に示す。図中、●及び○を包む領域が、鉄損W15/50が良好な領域である。図1 から、鉄損が良好となる熱延板焼鈍温度領域の下限及び上限は、それぞれ、以下の(1) 式及び(2) 式で示されることが分かる。
Tmin(℃) =100・Mn(%) + 900                        (1)
Tmax(℃) =min[140・Mn(%) + 1100、1250]            (2)
ここで、Tmax℃は1250℃を超えないとした理由は、1250℃を超える温度域で焼鈍することは設備上の負荷が大きくなると推察されるからである。なお、図１において、鉄損が最も良好となる熱延板焼鈍温度域は、図１中●を包む領域であって、熱延板焼鈍温度T が、以下の(3) 式で規定される領域である。
【００１８】
100・Mn(%) + 950 ≦ T≦ 140・Mn(%) + 1000        (3)
続いて、本発明における鋼の成分組成に係る数値限定理由について説明する。  C は、0.01% を超えて添加すると、炭化物を析出し、鉄損を著しく劣化せしめるので、上限を0.01% とした。
Mnは、硫化物をある程度大きく析出させ、仕上焼鈍等における粒成長性を劣化させないため、下限を0.05% とした。また、Mnは、電気抵抗を増加させる意味で添加するのは有効であるが、過度に添加すると磁束密度が低下するので、上限を1.5%とした。
【００１９】
SiとAlは、電気抵抗を増加させる意味で、ある程度の量添加する必要がある元素であるが、過度に添加すると磁束密度が低下する。
本発明では、電気抵抗を所定のレベルに維持するため、少なくともSiとAlのいずれか一方を、2.0%以上添加すればよいが、SiとAlの両方が添加される場合、その合計含有量が5.0%を超えると、磁束密度が著しく低下するので、SiとAlの合計含有量の上限を、5.0%とした。
【００２０】
また、最終の冷間圧延の前に施す焼鈍において、鋼が変態してしまうと、結晶粒が粗大化しないことに加え、AlN の微細析出が生じて、鉄損特性が著しく劣化する。そこで、鉄損特性の改善を図る本発明では、変態を起こさない成分系とするため、オーステナイト相域の広狭に影響を及ぼすMnとAlの含有量を考慮した指標：Si(%)+ 2・Al(%)-Mn(%) を採用し、これを2.0%以上と規定する。このことにより、本発明においては、変態を起こさない成分系が維持され、その結果、所望の鉄損特性に応じて焼鈍温度を適宜選択できるに充分な焼鈍温度範囲を確保することができる。
【００２１】
鋼中のS 量は、低ければ低いほど好ましい。特に、0.005%を超えると製品の磁気特性を著しく劣化させるため、0.005%を上限とした。
次に本発明における各工程条件に係る限定理由について説明する。
最終の冷間圧延の前に施す焼鈍が、熱延板焼鈍、もしくは、中間焼鈍のいずれでも、焼鈍時間は、20〜300 秒とした。焼鈍時間が20秒より短い場合には、冷間圧延前の結晶粒径が小さすぎることとなり、冷間圧延、仕上焼鈍後に、B50 の著しい低下が起き、また、鉄損も劣化する。それ故、焼鈍時間の下限を20秒とした。また、焼鈍時間が 300秒を超えると、この長時間の焼鈍によって冷間圧延前の粒径が大きくなるが、粒径が大きくなっても、仕上焼鈍後の磁気特性がほとんど変化しない。それ故、焼鈍時間の上限を 300秒とした。
【００２２】
最終の冷間圧延を冷延圧下率60〜90% で行う。これは、この範囲外では、引き続く仕上焼鈍における再結晶が適正に行われないためである。この冷延圧下率60〜90% の範囲内で、さらに好ましい冷延圧下率範囲は、65〜85% である。
仕上焼鈍を、900 〜1100℃で10〜120 秒間行う。 900℃より低い温度で、10秒より短かい時間、仕上焼鈍をすると、製品の結晶粒径が小さすぎることとなり、鉄損が劣化する。それ故、仕上焼鈍温度の下限を 900℃とし、同焼鈍時間の下限を10秒とした。また、1100℃を超える温度で、 120秒を超える時間、仕上焼鈍を行なっても、磁気特性は変化せず、単に生産性の劣化を招くのみである。それ故、仕上焼鈍温度の上限を1100℃とし、同焼鈍時間の上限を 120秒とした。この仕上焼鈍温度の範囲内で、さらに好ましい焼鈍温度範囲は、950 〜1050℃である。
【００２３】
【実施例】
（実施例１）
Si:3.0% 、Al:1.0% 、Mn:0.6% 、C:0.0014% 、S:0.0014% を含有する鋼について、2.8mm 板厚の熱延板を作製し、この熱延板に、 950℃、 100秒の焼鈍を施し、その後、酸洗を行なった。冷間圧延により板厚を1.0mm とした後、この冷延板に、T ℃(T=900〜1200) 、40秒の中間焼鈍を施し、さらに冷間圧延にて板厚を0.35mmとした後、1050℃、40秒の仕上焼鈍を施した。
【００２４】
SST による磁気特性の測定結果(L方向とC 方向の平均) を表２に示す。中間焼鈍温度T ℃= 1000〜1150℃で、W15/50≦2.10w/kgとなり、良好な鉄損値が得られている。
【００２５】
【表２】
0003934830.tif 000003
【００２６】
（実施例２）
Si:2.5% 、Al:0.9% 、Mn:1.1% 、C:0.0013% 、S:0.0017% を含有する鋼について、2.1mm 板厚の熱延板を作製し、この熱延板にT ℃(T=900〜1200) 、60秒の焼鈍を施し、その後、酸洗を行なった。冷間圧延により板厚を0.35mmとした後、この冷延板に、1040℃、25秒の仕上焼鈍を施した。
【００２７】
SST による磁気特性の測定結果(L方向とC 方向の平均) を表３に示す。熱延板焼鈍温度T=1050〜1200℃で、W15/50≦2.30w/kgとなり、良好な鉄損値が得られている。
【００２８】
【表３】
0003934830.tif 000004
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、モータの高効率化に大きく寄与する鉄心の低鉄損化を可能ならしめる無方向性電磁鋼板を提供するものであり、その工業的意義は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鉄損に及ぼすMn量と熱延板焼鈍温度の関係を示す図である。
【図１】
0003934830.tif 000005