(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下、Ca:0.0005以上0.0200%以下、かつ、Mg+Ca:0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下、REM:0.0005以上0.0200%以下、かつ、Mg+REM:0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下、Ca:0.0005%以上0.0200%以下、REM:0.0005以上0.0200%以下、かつ、Mg+Ca+REM:0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
製品における平均結晶粒径が50μmを超えないことを特徴とする請求項１〜４のいずれかの項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項６】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなる鋼片を加熱し、熱間圧延後、もしくは熱間圧延後に熱延板焼鈍を施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により製品板厚とし、これに連続ラインにおいて700℃以上950℃以下の温度で仕上焼鈍を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項７】
質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下、CaまたはREM:0.0005%以上0.0200%以下、かつ、Mg+Ca+REM:0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物より成る鋼片を加熱し、熱間圧延後、もしくは熱間圧延後に熱延板焼鈍を施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により製品板厚とし、これに連続ラインにおいて700℃以上950℃以下の温度で仕上焼鈍を施すことを特徴とする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、電気機器鉄心材料として使用される無方向性電磁鋼板に関し、加工性に優れた低鉄損の無方向性電磁鋼板及びその製造方法に関する。
【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、現状よりもさらに磁気特性の良好、すなわち鉄損が良好である材料が求められつつある。
【０００３】
無方向性電磁鋼板の低鉄損化の手段としては、Si、Al、Mn等の合金元素含有量を増加し電気抵抗を増大させ渦電流損失を低減する方法が広く一般に用いられている。さらに成分決定後は、製品板結晶粒径を100〜150μm程度に調節することにより、鉄損の最適化を図ることが肝要である。
【０００４】
また、加工性に関してはモータコア打ち抜きの際に、製品板の結晶粒径が大き過ぎるとバリ、カエリ等の問題が発生することが最近判明してきた。ところが、製品板結晶粒径が小さ過ぎるとコアの鉄損が劣化してしまう。このため、コア打ち抜き時には結晶粒径が小さく、コアの歪取焼鈍の際にある程度結晶粒が成長するような手段が必要となってきた。
【０００５】
結晶粒成長を著しく阻害させる不純物として最も有害である析出物は、MnSであることが知られている。この析出物を低減するため、鋼の溶製段階においてS量自体の低減が図られているものの、工業的には限界がある。そこで、鋼中SをCe、La等の希土類元素(REM)を用い、固溶温度の高い析出物として固定する方法(特開昭51-62115号公報)や、Caを用いてSを固定する方法(特開昭59-74213号公報)等により、微細MnSの析出を抑制する方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、例えばREMとSとの析出物は、実際には酸素を含んだ複雑な形態をなしており、単体では固溶温度は高くても、複合析出物であるため部分的に固溶し、微細にMnとの再析出を生じてしまう。このような場合にREMやCaの析出物がMnSの析出核となることが好ましいが、例えば、CaとSとの析出物であるCaSは、MnSとの格子整合性が悪く、Sがある程度以上含有し、MnS形成が避けられない場合には、その析出核としての性能は低い。そのため、MnSよりも熱的に安定で、かつその硫化物がMnSと良好な格子整合性を有するMgを用いてSを固定する方法(特願2001-109060)が提案されている。
【０００７】
しかしながら、MnSのみを制御しただけでは、コアの歪取焼鈍における結晶粒成長性は十分ではないことが最近判明してきた。こうした状況の中、歪取焼鈍における結晶粒成長性を改善するために、新たな手段が求められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、モータコア打ち抜きの際には結晶粒径が小さく加工性が良好であり、かつユーザーにおける歪取焼鈍後に十分結晶粒径が粗大化する加工性の優れた低鉄損無方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、質量%で、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板、を要旨とする。
【００１０】
また、本発明は、C:0.010%以下、Si:0.1%以上4%以下、Al:0.1%以上4%以下、Mn:0.1%以上1.5%以下、0.7≦Si+Mn+Al≦5.0%、S:0.0040%以下、Ti:0.0040%以下、Mg:0.0005%以上0.0200%以下、CaまたはREM:0.0005%以上0.0200%以下、かつ、Mg+Ca+REM:0.0200%以下を含有し、残部Fe及び不可避不純物よりなることを特徴とする無方向性電磁鋼板、を要旨とする。
【００１１】
さらに、本発明は、上記発明において、製品における平均結晶粒径が50μmを超えないことを特徴とする無方向性電磁鋼板、を要旨とする。
【００１２】
また、本発明は上述した鋼成分を含有する鋼片を加熱し、熱間圧延後、もしくは熱間圧延後に熱延板焼鈍を施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により製品板厚とし、これに連続ラインにおいて700℃以上950℃以下の温度で仕上焼鈍を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法、を要旨とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
本発明者らは、歪取焼鈍における結晶粒成長性を改善するため、Mg添加量を変更し硫化物を粗大化することを試みた。さらに、硫化物制御のみでは結晶粒成長性の改善は不十分であるため、Tiに着目し、Ti濃度も同時に変更し、以下に示す試験を実施した。実験室にて真空溶解を行ない、Feへの添加元素としてSi:2.0%、Al:0.4%、Mn:0.2%、C:0.0012%、S:0.0024%を添加し、さらにMg、Ti量を種々の量に変更し溶融物を作製した。
【００１５】
上記鋼成分を含有する鋼塊に1120℃加熱後に熱間圧延を施し、板厚2.3mmの熱延板とした。この熱延板について、1000℃の温度で60秒の焼鈍を行い、酸洗後に冷間圧延により最終板厚0.50mmとした。さらに 800℃の温度で30秒の連続焼鈍を行い、ユーザにおけるコア打ち抜き後の歪取焼鈍を想定し、750℃の温度で2時間の箱焼鈍を実施し、磁気測定を行った。
【００１６】
各試料における組成と箱焼鈍後の鉄損、箱焼鈍前後の平均結晶粒径について表１に示した。ここで磁気測定はSST法にて行い、鉄損W15/50(最大磁束密度1.5T 周波数50Hzにおける鉄損)、についてL方向およびC方向の平均値の値を示した。また、平均結晶粒径は線分法により導出した。表１より、箱焼鈍前の平均粒径は24〜31μmであり、各組成への依存性は小さかった。一方、箱焼鈍後は、試料5〜7、9〜11、13〜15において鉄損W15/50が3.0W/kg未満であり良好であった。これは、上記試料において箱焼鈍において結晶粒が大きく成長し、80μmを超える粒径となったためと推定される。
【００１７】
また、Ti量が40ppm以下の場合、試料5〜7、9〜11、13〜15が試料1〜3よりも箱焼鈍後の鉄損が低い、すなわち箱焼鈍後の結晶粒径が大きかった理由は、以下のように推定される。試料5〜7、9〜11、13〜15はMg添加量が5ppm以上である。そのため結晶粒の成長に有害なMnSが、磁気特性への悪影響が小さく比較的粗大なMgS及びMgS+MnSに変化し、磁性が良好となったと推定される。
【００１８】
さらに、Mg 5ppm以上を含有する試料5〜16においては、Ti量が40ppm以下である試料5〜7、9〜11、13〜15は、試料8、12、16よりも鉄損が低い、すなわち箱焼鈍後の結晶粒径が大きかった。この理由の詳細は不明であるが、何らかのTi析出物が悪影響を及ぼしていると推定される。
【００１９】
【表１】
0003934904.tif 000002
【００２０】
以上のことより、本発明者らは、手段として、Mgを5ppm以上添加し、かつTi量を40ppm以下に制御すると歪取焼鈍における結晶粒成長性を大幅に改善できることを知見し、本発明を完成させた。以下に本発明における条件の数値限定理由について説明する。
【００２１】
Cの上限を0.010%としたのは、0.010%以上では炭化物の存在により鉄損が劣化するからである。Si、Alの範囲は、添加量が少な過ぎる場合には比抵抗が小さくなり鉄損が劣化し、多過ぎる場合には飽和磁化が下がり透磁率が劣化するため、下限を0.1%、上限を4%に規定した。このうち、さらに好ましい範囲は、0.5≦Si≦3.5%、0.5≦Al≦2.5%である。
【００２２】
Mnの下限を0.1%としたのは、0.1%未満ではスラブ加熱時の固溶MnSが多くなり、その後の微細析出により結晶粒成長性を阻害するからである。上限を1.5%としたのは、これ以上Mn量を増加しても、合金コストを増加させるのみであるからである。このうちさらに好ましい領域は、0.2≦Mn≦1.2%である。
【００２３】
Si、Al、Mnの合計量は、少な過ぎる場合には比抵抗が小さくなり鉄損が劣化し、多過ぎる場合には飽和磁化が下がり透磁率が劣化するため、下限を0.7%、上限を5.0%に規定した。このうちさらに好ましい範囲は、2.0%≦Si+Mn+Al≦5.0%である。
【００２４】
Mg添加量範囲については、0.0005〜0.0200%とした。これは、実施例１に示すように0.0005%未満のときは形成されるMgSが少な過ぎ、粒成長性改善に効果がなく、Mgが0.0200%を超える場合には、Mg添加効果が飽和するため、添加コストが増加するだけであり好ましくない。このうちさらに好ましい範囲は、0.0010〜0.0100%である。
【００２５】
また、Mgに加えて、Ca、REMの何れか一方、または両方を同時に添加しても、結晶粒成長性は改善される。この理由は、Ca、REMはSとの親和性が強いため、より高温から硫化物を形成し、その結果、硫化物を粗大化させることができるためである。ただし、特願2000-106833号に説明されているように、MnSとの格子整合性はMgSの方がCaS、REM硫化物よりも優れるため、Mgは必ず添加する必要がある。さらに、Mgに加えて、CaまたはREMのどちらか一方、または両方を添加する場合、それぞれの下限を0.0005%、合計の上限を0.0200%とした。これは、実施例２に示すように0.0005%未満のときは形成される硫化物が少な過ぎ、粒成長性改善に効果がなく、Mg及びCaまたはREMの合計が0.0200%を超える場合には、添加効果が飽和するため、添加コストが増加するだけであり好ましくない。このうちさらに好ましい範囲は、0.0010〜0.0100%である。
【００２６】
鋼中に存在するS量については、その上限を0.0040%とした。これは実施例３に示すように、S量が0.0040%を超えた場合には、MgまたはMg、Ca、REMの合計量、及びTi量を規定範囲内に添加しても結晶粒成長性は改善しなくなるからである。このうち、好ましいS量は0.0030%以下であり、さらに0.0020%以下に制御することが磁気特性の観点からより好ましい。
【００２７】
Ti量に関しては、既に述べたように、その上限を40ppm以下に制御する必要がある。このうち、好ましいTi量は0.0030%以下であり、さらに言えば0.0020%以下に制御することが磁気特性の観点からより好ましい。
【００２８】
また、特に規定はしないが、集合組織改善元素として、Sn、Sb、Cu等の元素を適当量添加することは一向に差支えない。
【００２９】
次に各工程の操業条件について説明する。
【００３０】
製鋼工程において合金を添加し、さらにスラブ加熱を施した鋼片を熱間圧延後、もしくは熱間圧延後に熱延板焼鈍を施した後、一回または中間焼鈍を挟む二回以上の冷間圧延により製品板厚とする。このときの最終冷延圧下率は特に規定しないが、磁気特性の観点から70〜90%の範囲が好ましい。
【００３１】
仕上焼鈍温度に関しては、その下限を700℃、上限を950℃とした。この理由は、700℃未満では再結晶が不十分となり、硬度が非常に高くなりユーザにおける打ち抜きが出来なくなる。また、950℃を超えた場合には結晶粒径が大き過ぎ、打ち抜き時のダレ、カエリ等の加工性不良を引き起こす。このときの箱焼鈍前の結晶粒径は、実施例４に示すように50μm以下が好ましい。焼鈍時間については、特に規定はしないが、再結晶を進行させること、及び生産性の観点から、10〜120秒が好ましい。
【００３２】
こうして得られた製品は、結晶粒径が大き過ぎないため、モータ打ち抜きの際の加工性が良好であり、さらに、ユーザにおける歪取焼鈍を想定した箱焼鈍、すなわち750℃ 2時間の焼鈍により十分に粒成長するため、実際にモータコアとして使用する際の磁気特性が良好となる。
【００３３】
【実施例】
(実施例１)
Si:1.1%、Al:0.9%、Mn:0.3%、C:0.0011%、S:0.0032%、Ti:0.0017%の成分にて実験室で真空溶解を行なった。さらに、本溶融物を分注する際にMg合金を添加し、最終的にMg:4〜210ppmの鋼塊を作製した。この素材を再加熱後、板厚2.3mmの熱延板を作製し、1050℃×60秒にて焼鈍し、酸洗を行なった。続いて冷間圧延により板厚0.50mmとした後、750℃×40秒にて仕上焼鈍を施した。さらにSST測定のため試料を剪断し、ユーザでの歪取焼鈍を想定し、750℃の温度で2時間の箱焼鈍を行なった。
【００３４】
箱焼鈍前後の結晶粒径測定結果、及び箱焼鈍後の磁気測定結果を表２に示す。Mg添加量が5ppm以上である試料2〜9は、箱焼鈍後の粒径が大きく、鉄損W15/50は2.8W/kg以下で良好である。このうち添加量が200ppmを超える試料９については、Mg添加による効果が飽和しており、単に合金コストを増加させるだけであるため本発明から除外した。本発明範囲のうちMg添加量に見合った効果が十分に得られるのは、Mg:0.0010〜0.0100%の範囲内の試料３〜７であり、さらにMg:0.0010〜0.0050%である、試料３、４がより好ましい。
【００３５】
【表２】
0003934904.tif 000003
【００３６】
(実施例２)
Si:2.0%、Al:0.4%、Mn:0.7%、C:0.0011%、N:0.0018％、Ti:0.0019%、S:0.0026% の成分にて実験室で真空溶解を行なった。さらに、本溶融物を分注する際にMg、Ca、REM合金を添加し19個の鋼塊を作製した。本素材を1120℃に再加熱後、板厚2.0mmの熱延板を作製し、970℃の温度で60秒焼鈍し、酸洗を行なった。続いて冷間圧延により板厚0.50mmとした後、 790℃の温度で30秒の仕上焼鈍を施した。さらに試料を剪断し、ユーザでの歪取焼鈍を想定し、750℃ 2hrsの箱焼鈍を行なった。箱焼鈍前後の鉄損について表３に示す。Mg、Ca、REMそれぞれ5ppm以上、Mg、Ca、REM添加合計量が0.0200%以下の試料3〜7、9〜13、15〜19においては、箱焼鈍後の鉄損が3.0W/kg未満となり良好である。このうち合計添加量が200ppmを超える試料7、13、19については、Mg、Ca、REM添加による効果が飽和しており、単に合金コストを増加させるだけであるため本発明から除外した。本発明範囲のうち、Mg、Ca、REM添加効果の大きい範囲は、その合計量が0.0010〜0.0100%の試料3〜5、9〜11、15〜17である。
【００３７】
【表３】
0003934904.tif 000004
【００３８】
(実施例３)
Si:2.1%、Al:0.3%、Mn:0.5%、C:0.0013%、N:0.0018％、Ti:0.0018%、Mg:0.0023%、S:0.0012〜55% の成分にて実験室で真空溶解を行ない、鋼塊を作製した。この素材を1120℃に再加熱後、板厚2.1mmの熱延板を作製し、1000℃の温度で60秒焼鈍し、酸洗を行なった。続いて冷間圧延により板厚0.50mmとした後、790℃の温度で30秒の仕上焼鈍を施した。さらに試料を剪断し、ユーザでの歪取焼鈍を想定し、750℃の温度で2時間の箱焼鈍を行なった。箱焼鈍前後の鉄損について表４に示す。S添加量が0.0040%以下の試料1〜5は鉄損が3.0W/kg未満となり良好である。このS量のうち、効果の大きい範囲は、S:0.0030%以下の試料1〜4であり、さらにS:0.0020以下の試料1、2がより好ましい。
【００３９】
【表４】
0003934904.tif 000005
【００４０】
(実施例４)
Si:2.5%、Al:0.3%、Mn:0.5%、C:0.0012%、N:0.0016％、Ti:0.0019%、S:0.0024%、Mg:0.0015%、Ca:0.0018%の成分にて実験室で真空溶解を行ない、鋼塊を作製した。この素材を1100℃に再加熱後、板厚2.1mmの熱延板を作製し、980℃の温度で60秒焼鈍し、酸洗を行なった。続いて冷間圧延により板厚0.50mmとした後、650〜1000℃の温度で30秒の仕上焼鈍を施した。さらに試料を剪断し、ユーザでの歪取焼鈍を想定し、750℃ 2hrsの箱焼鈍を行なった。箱焼鈍前の結晶粒径、箱焼鈍後の鉄損、結晶粒径、及び加工性評価について表５に示す。ここで加工性評価については、箱焼鈍後の結晶粒組織において、再結晶が完了していないものはモータコア打ち抜きを想定したときに、硬すぎて金型の磨耗が激しいと推定されるため不可とした。また、再結晶が完了しているものについては、剪断した断面を観察し、ダレの有無で加工性を判定した。焼鈍温度700〜950℃の範囲、すなわち再結晶が完了し、結晶粒径が50μm以下である試料2〜7の加工性が良好であることがわかる。
【００４１】
【表５】
0003934904.tif 000006
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、モータコア打ち抜きの際には結晶粒径が小さく加工性が良好であり、かつユーザーにおける歪取焼鈍後に十分結晶粒径が粗大化する、加工性の優れた低鉄損無方向性電磁鋼板、及びその製造方法を提供することが可能となる。