(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項２】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項３】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項４】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項５】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項６】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金。
【請求項７】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【請求項８】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【請求項９】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【請求項１０】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【請求項１１】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【請求項１２】
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材を熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とするFe−Cr−Si系合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、商用周波数よりも高い周波数において電磁鋼板として用いる場合に良好な鉄損特性を有するFe−Cr−Si系合金及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Fe−Si合金は、軟質磁気特性に優れる材料として知られていて、なかでもSi量が3.5 wt％以下のFe−Si合金は、電磁鋼板として商用周波数用の各種鉄心を中心に多用されている。しかし、使用周波数が商用周波数よりも高い場合には、かかるSi量3.5 wt％以下の電磁鋼板では鉄損が大きくなる不利がある。そのため、このような商用周波数よりも高い周波域で用いられる用途においては、鉄損特性を改善するために、更に電気抵抗の高い材料が求められている。
【０００３】
一般に、鋼中のSi量を増やせば電気抵抗が増大するから、上記のような高周波域での鉄損を低減する上で好都合である。しかし、その一方で、Si量が3.5 wt％を超えると、合金が極めて硬く脆くなり、加工性が劣ってしまうので圧延による製造、加工が困難となる。特にSi量が5.0 wt％を超える場合には、冷間加工はもちろんのこと、温間加工も不可能になってしまう。
【０００４】
この高Si鋼の加工性を改良し、6.5 wt％程度のSiを含有しても工業的に鋼板を製造できる技術としては、特開昭６１−１６６９２３号公報に開示されている低温強圧下の熱間圧延による方法、特開昭６２−２２７０７８号公報に開示されているSiの拡散浸透処理による方法が代表的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の特開昭６１−１６６９２３号公報に開示された技術は、合金としての脆性を見かけ上改善するために圧延組織を微妙に調整しなければならない。したがって、製造過程で厳密な制御を行わなければならず、工業的に安定して生産するのは非常に困難である。一方、後者の特開昭６２−２２７０７８号公報に開示された技術では、特殊な拡散浸透法を用いるため、工業的な製造を行う場合にはコストにおいて極めて不利である。また、良好な高周波磁気特性を得るためにSi量をこれらの方法で増量しても、電気抵抗の増加には限界がある。
また、通常の工業的な圧延法で製造できる3.5 wt％以下のSi量の場合には、50μΩcm台までの比抵抗しか得られなかった。
また、これらのFe−Si合金は、耐食性が劣る点も鉄心などの用途においては問題とされる。
【０００６】
ところで、Alは磁気特性の観点でSiと同様に電気抵抗を増大させる効果があり、しかもSiほどは加工性を劣化させない。そこで、Siの一部をAlで置換することにより、加工性が改善されることが知られている。Alは、Siよりもコスト高になり、磁束密度の減少が大きいなどの不利があるが、例えばほぼ同等の電気抵抗を得られるSi：3 wt％、Al：0.7 wt％の組成の鋼と、Si：3.7 wt％の組成の鋼とでは、Alを0.7 wt％含有する前者の鋼が加工性、冷延性が良好である。また、磁気特性もほぼ同等となる。
しかし、Si：3 wt％以上の鋼において、SiとAlとの合計量が４wt％以上になる場合は、冷間圧延が不能となり、更に、SiとAlとの合計量が６wt％を超える場合には、温間圧延でさえも困難になっていた。また、この成分系の場合においても、工業的には60μΩcm未満の比抵抗しか得られていなかった。
【０００７】
結局のところ、単にSi量やAl量を増加させることにより高周波域での鉄損低減を図るよりも、本質的に加工性の改善された新規な成分系の合金によって、高周波域にわたる鉄損特性と共に、加工性をも確保し、更に、耐食性などを満たすことが望ましい。
【０００８】
なお、Fe−Si合金の耐食性に関しては、このFe−Si合金の耐食性を改善する手段として、Crを一定量添加する方法が、特開昭５２−２４１１７号公報及び特開昭６１−２７２３５２号公報に開示されている。このように、Crの添加により耐食性を向上させた合金は知られている。しかし、これらの公報に開示された合金はいずれも、磁気特性としては従来の合金と同程度で、格段の改良を加えたものではなかった。
【０００９】
この発明は、上記の問題点を解決するものであり、加工性の改善された成分系を素材として、優れた製造時や使用時の加工性等を有するとともに、高い電気抵抗と良好な高周波鉄損特性を有し、さらに耐食性も良好なFe−Cr−Si系合金を、その有利な製造方法とともに提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明者らは上記目的を達成すべく鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。まず、加工性（ほぼ靱性によって評価することができる。）の確保に関して、Fe−Si合金やFe−Si−Al合金の靱性向上のためには予想外にもCrを共存させることが効果があることを見いだした。すなわち、これまではCrを添加するほど靱性は劣化すると考えられてきたが、Siが3 wt％以上又はAlが1 wt％以上の含有量であっても、Ｃ＋Ｎの含有量を十分に低減した上で、一定量以上のCrを含有させることにより、むしろ高い靱性が得られることを見出した。
しかも、更にSi量又はAl量が低いFe−Cr−Si系合金（Fe−Cr−Si合金の他、Fe−Cr−Si−Al合金も含む。以下同じ。）であって、比抵抗が60μΩcm以上となる成分系においても、Ｃ＋Ｎの含有量を十分に低減すれば、同等の比抵抗をもつFe−Si合金やFe−Si−Al合金よりも加工性が大幅に向上することを見出したのである。
【００１１】
また、磁気特性については、Cr、Si又はAlを同時に含有させることにより、電気抵抗の増大に相乗的な効果が現れることを見いだした。その結果、特に高周波域での鉄損を、SiやAlのみを含有するFe−Si合金、Fe−Al合金、更にはFe−Si−Al合金に比べて格段に低減することができるに至った。
しかも、このようにCrを添加すれば、このCrの効果によって耐食性は従来のFe−Si系に比べて確実に向上する。
【００１２】
更に、上述した成分に加えて、Mn、Ｐ、Sb、Sn、Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ又はCoを含有させることにより、鉄損特性や加工性、耐食性などを更に向上し得ることを見出した。
【００１３】
この発明は上記の知見に立脚するものである。
すなわち、この発明のFe−Cr−Si系合金は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１４】
この発明の他の態様は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１５】
この発明の他の態様は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１６】
この発明の他の態様は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１７】
この発明の他の態様は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１８】
この発明の他の態様は、
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは５wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ１wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ１wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは５wt％以下、Cu、La及びＶは１wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなり、比抵抗が60μΩcm以上であることを特徴とするFe−Cr−Si系合金である。
【００１９】
この発明のFe−Cr−Si系合金の製造方法は、下記に示す６種の合金素材をそれぞれ熱間圧延し、次いで必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回又は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延又は温間圧延を施して最終板厚とし、更に、仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする。
記
(1)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ1 wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
(2)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは5 wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ1wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ1 wt％以下
で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
(3)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは5 wt％以下、Cu、La及びＶは1 wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
(4)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは5 wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ1wt％以下の範囲で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは5 wt％以下、Cu、La及びＶは1 wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
(5)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ1 wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは5 wt％以下、Cu、La及びＶは1 wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
(6)
Cr：1.5 wt％以上20wt％以下及び
Si：2.5 wt％以上10wt％以下
を含み、
Alよりなる群、ならびに、
Mn及びＰから選ばれる１種又は２種よりなる群
のいずれか一方又は双方の群の成分を、Alは5 wt％以下、Mn及びＰはそれぞれ1wt％以下の範囲で含有し、
Sb、Snから選ばれる１種又は２種を、それぞれ1 wt％以下
で含有し、
Ni、Cu、Mo、Ｗ、La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr、Ｂ及びCoから選ばれる１種又は２種以上を、Ni、Mo、Ｗ及びCoは5 wt％以下、Cu、La及びＶは1 wt％以下、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは0.1 wt％以下の範囲で含有し、
Ｃ及びＮを合計量で100 wtppm 以下
に低減し、残部は鉄及び不可避的不純物からなる合金素材。
【００２０】
【発明の実施の形態】
この発明における合金素材の成分組成範囲について数値限定した理由について説明する。
まず、Crは、Si及び／又はAlとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させて高周波域での鉄損を低減し、更には耐食性を向上させる基本的な合金成分である。しかも、3.5 wt％以上のSi含有量の場合、又は3 wt％以上のSi含有量かつ1wt％を超えるAl含有量の場合であっても温間圧延可能な程度の靱性を得るのに極めて有効であり、その観点からはCrは2 wt％以上を要する。Si量やAl量が上記の場合よりも少ないときには、Cr量を更に減じても加工性が確保できるが、Crの加工性向上効果を発揮させ、かつ、合金の比抵抗を60μΩcm以上とするためには、1.5 wt％以上のCrが必須である。一方、20wt％を超えると靱性向上の効果が飽和するとともに、コスト上昇を招くので、Crの含有量は1.5 wt％以上、20wt％以下、好ましくは2 wt％以上、10wt％以下、より好ましくは、3 wt％以上、7 wt％以下とする。
【００２１】
Siは、Crとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に上昇させ、高周波域での鉄損を低減するのに有効な成分である。Si量が2.5 wt％未満ではCrやAlを併用しても磁束密度をあまり犠牲にせずに60μΩcm以上の比抵抗を得るには至らない。一方、10wt％を超えるとCrを含有させても温間圧延可能なまでの靱性が確保できないので、Siの含有量は2.5 wt％以上、10wt％以下、好ましくは3 wt％以上、7 wt％以下、より好ましくは3.5 wt％以上、5 wt％以下と規定する。
【００２２】
Sb及びSnは、いずれも集合組織を改善する作用を有し、それにより製品の鉄損特性の向上に寄与する。したがって、この発明では、Sb及びSnから選ばる１種又は２種を、それぞれ1 wt％以下の範囲で添加させることができる。Sb量やSn量が1 wt％を超えると、効果は薄れ、また、コストの上昇を招くことから、Sb量、Sn量の上限は1 wt％とする。なお、Sb量、Sn量の下限は特に限定するものではないが、前述したSb、Snの添加効果を十分に発揮させるためには、それぞれ、0.01wt％以上を添加することが好ましい。
【００２３】
Alは、Siと同様、Crとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に向上させ、高周波域での鉄損を低減するのに有効な成分であるので、この発明では必要に応じてAlを含有させることができる。しかし、Al量が5 wt％を超えるとコスト上昇を招く上に、この発明のようにSi量が2.5 wt％以上含有されている場合にCrを含有させても温間圧延可能なまでの靱性が確保できないので、Alの含有量は5 wt％以下とする。Alの下限は特に限定する必要がないが、脱酸や結晶粒成長性の改善のために0.005 〜0.3 wt％程度を含有させることがある。更に、Alを積極的に電気抵抗の増大のために活用するときには、この発明のようにSiが2.5 wt％以上含有されている合金ではAlが0.5 wt％未満では電気抵抗を更に上昇させるに十分な効果が得られない。したがって、この好ましくはAlの含有量は0.005 wt％以上、5 wt％以下、より好ましくは0.5 wt％以上、3 wt％以下と規定する。
【００２４】
Mn及びＰは、Fe−Cr−Si系合金に更に添加することにより、一層の電気抵抗の上昇を与える。これらの成分の添加により、この発明の趣旨を損うことなく、更なる鉄損の低減が達成できる。そこで、この発明では、Mn、Ｐの中から選ばれる１種又は２種を含有させることができる。とはいえ、これらの成分を大量に添加するとコスト上昇を招くので、それぞれの添加量は1 wt％を上限とする。より好ましくは0.5 wt％以下が良い。なお、Mn量、Ｐ量の下限は特に限定するものではないが、前述したMn、Ｐの添加効果を十分に発揮させるためにはそれぞれ、Mnについては0.1 wt％以上、Ｐについては0.05wt％以上を含有させることが好ましい。
【００２５】
Ni及びCuは、いずれも製品の耐食性、耐候性を改善する作用を有する。また、延性−脆性遷移温度を下げて、加工性を向上させる。更に、結晶粒を細粒化する作用を有するため、渦電流損を低減させる効果がある。したがって、この発明では、所望の諸特性に応じて、NiやCuを含有させることができる。Ni量が5 wt％を超える場合、Cu量が1 wt％を超える場合は、いずれも、前述の効果が飽和し、また、延性を劣化させ、また、コスト上昇を招くことから、Ni、Cuの含有量の上限はそれぞれ5 wt％、1 wt％とする。なお、Ni量、Cu量の下限は特に限定するものではないが、前述したNi、Cuの添加効果を十分に発揮させるためには、それぞれ、0.01wt％以上を含有させことが好ましい。
【００２６】
Mo、Ｗは、いずれも製品の耐食性、耐候性を改善する作用を有する。したがって、この発明では、必要に応じてMoやＷを含有させて、耐食性、耐候性の更なる向上を図ることができる。Mo量、Ｗ量が5 wt％を超える場合は、いずれも、前述の効果が飽和し、また、コスト上昇も招くことから、Mo、Ｗの含有量の上限はそれぞれ5 wt％とする。なお、Mo量、Ｗ量の下限は特に限定するものではないが、前述したMo、Ｗの添加効果を十分に発揮させるためには、それぞれ、0.005 wt％以上を含有させことが好ましい。
【００２７】
La、Ｖ、Nb、Ti、Ｙ、Zr及びＢは、いずれも製品の耐食性、耐候性を改善する作用を有する。したがって、この発明では、必要に応じてMoやＷを含有させて、耐食性、耐候性の更なる向上を図ることができる。La量、Ｖ量が1 wt％を超える場合、Nb量、Ti量、Ｙ量、Zr量又はＢ量が0.1 wt％を超える場合は、いずれも、前述の効果が飽和し、また、コスト上昇も招くことから、La量、Ｖ量の上限はそれぞれ1 wt％、Nb量、Ti量、Ｙ量、Zr量又はＢ量の上限は0.1 wt％とする。なお、これら成分の下限は特に限定するものではないが、これらの添加効果を十分に発揮させるためには、0.005 wt％以上を含有させことが好ましい。
【００２８】
Coは、磁束密度を高め、製品の磁気特性を向上させる作用を有する。したがって、この発明では、Coを含有させることができる。Co量が5 wt％を超える場合、コスト上昇を招くことから、Co含有量の上限は5 wt％とする。なお、Co量の下限は特に限定するものではないが、前述した添加効果を十分に発揮させるためには、0.005 wt％以上を含有させことが好ましい。
【００２９】
Ｃ及びＮは、Fe−Cr−Si系合金の靱性を劣化させるためにできる限り低減するのが好ましく、その許容量はこの発明のCr量、Si量の場合には、高靱性を確保するために合計量で100 wtppm 以下に抑える必要がある。すなわち、先に述べたとり、この発明では、Ｃ＋Ｎの含有量を100 wtppm 以下に低減した上で、一定量以上のCrを含有させることにより、たとえSiを多量に (3.5 wt％を超える量) で含有させる場合であっても、優れた高い靱性が得られ、製造時及び製品加工時の加工性が改善されるとともに、高周波鉄損特性が格段に向上するのである。Ｃ＋Ｎの含有量は、好ましくは60wtppm 以下、より好ましくは30wtppm 以下である。なお、Ｃ又はＮの各々は、Ｃが50wtppm 以下、Ｎが80wtppm 以下が良く、より好ましくはＣが30wtppm 以下、Ｎが50wtppm 以下が良い。更に好ましくは、Ｃが10wtppm 以下、Ｎが20wtppm 以下がよい。
また、Ｃ、Ｎ以外の不純物量は特に限定されないが、Ｓ：20wtppm 以下、好ましくは10wtppm 以下、より好ましくは5 wtppm 以下がよい。Ｏ：50wtppm 以下、好ましくは30wtppm 以下、より好ましくは15wtppm 以下が良い。又は、不純物Ｃ＋Ｓ＋Ｎ＋Ｏの合計量で120 wtppm 以下が好ましく、より好ましくは50wtppm 以下が良い。
【００３０】
この発明のFe−Cr−Si系合金薄板は、Ｃ及びＮ合計量を100 wtppm 以下にするように、原料として純度99.9wt％以上の高純度の電解鉄、電解クロム、金属Si、金属Alを用い、Mn、Ｐその他の添加元素を添加する場合には、これらも高純度原料を用いて製造できる。あるいは、転炉法で製造する場合には、所定の純度にまで十分に精錬し、かつ、後工程での汚染を受けないようにして製造することができる。
溶製に際しては、転炉法の他、例えば、高真空（10-3Torr以下の圧力）の真空溶解炉を用いることもできる。
【００３１】
前述した成分組成範囲に調整された合金素材は、連続鋳造又は造塊−分塊圧延によりスラブとすることができる。また、薄スラブ連続鋳造法を用いて、板厚の薄いスラブを製造することもできる。得られたスラブは、加熱保持後に熱間圧延に供するか、また、CC-DR 法やHCR 法のように、連続鋳造時の顕熱を保持したまま加熱することなく熱間圧延に供することができる。
【００３２】
その後の熱間圧延は、極力薄く圧延することによって、次工程の冷間圧延ないしは温間圧延における加工性、すなわち圧延性を良好にすることができる。これは、この発明のFe−Cr−Si系合金組成の場合には、熱延板の表面部分の方が中心部分よりも靱性が高く、加工性が優れているとの新知見に基づくものである。そのための熱延板の厚みは3 mm以下、好ましくは2.5 mm以下、より好ましくは1.5mm以下とする。
【００３３】
熱間圧延後は、必要に応じて熱延板焼鈍を行う。熱延板焼鈍を行うことにより、圧延された素材の集合組織が改善され、鉄損特性の向上に有利に作用する。また、熱延板焼鈍を行うことにより、圧延素材を軟化できるため、引き続いて行う冷間圧延や温間圧延の作業性を改善することができる。
この熱延板焼鈍条件は、例えば、温度700 〜1100℃、時間1 秒〜2 時間で行う。焼鈍温度が高い場合や焼鈍時間が長い場合は、焼鈍効果が飽和して鉄損特性の一層の改善が見込めないこと及びコスト上昇の要因となること、焼鈍温度が低い場合や焼鈍時間が短い場合は鉄損特性の向上効果が小さいことから、これらの作用効果を考慮して上記の範囲内で定めれば良い。
【００３４】
熱延板焼鈍後は、酸洗もしくはショットブラスト等により熱延スケールを除去した後に、冷間圧延や温間圧延を行う。熱延板の靱性が改善されているため、更に温間や冷間で圧延して0.4 mm以下の厚みの薄板とすることができる。一般に、板厚を減じると、とりわけ高周波において渦電流損が有利に抑制され、低鉄損になることは周知である。しかし、これまでは高電気抵抗の材料は圧延性が悪く、通常の圧延法によっては0.5 mm程度までしか減厚されていなかった。また、単に厚みを減じてもヒステリシス損失のために、十分な鉄損低減ができないとされてきた。この点、この発明では、素材成分と純度を調整することにより、減厚した場合の特性の効果を促進し得る。かかる減厚の効果を得るためには、板厚を0.4mm以下とすることが有効である。もっとも、0.01mmよりも薄くするには、コスト上、工業的に無理があるので、板厚の範囲を0.01〜0.4 mm、好ましくは0.03〜0.35mmとする。
【００３５】
以上のような冷間圧延や温間圧延は、１回の圧延又は途中焼鈍を含む２回以上の圧延により行う。途中焼鈍を行うことは、圧延材の集合組織の改善を通じて鉄損特性の向上に有利に作用する。また、この冷間圧延や温間圧延の作業性を改善することができる。途中焼鈍の条件は、例えば、温度600 〜1100℃で時間1 秒〜10分の範囲とする。焼鈍温度が低い場合や焼鈍時間が短い場合は鉄損特性の向上効果が小さいこと、焼鈍温度が高い場合や焼鈍時間が長い場合は、焼鈍効果が飽和して鉄損特性の一層の改善が見込めないこと及びコスト上昇の要因となることから、これらの作用効果を考慮して上記の範囲内で定めれば良い。
ここで、冷間圧延及び温間圧延は、コストの面からできるだけ低い温度とすることが好ましい。温間圧延を行う場合は、300 ℃程度以下の温度とすることが望ましい。
【００３６】
冷間圧延、温間圧延の後は、仕上げ焼鈍を施し、更に絶縁被膜を被成して製品とする。これらの仕上げ焼鈍の条件、絶縁被膜の被成条件に関しては、通常の電磁鋼板や電磁ステンレス鋼板で常用される方法と同様にすればよい。
【００３７】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す成分組成を含み、残部は実質的に鉄の組成よりなる種々の鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。これらのスラブを1100℃に加熱してから、熱間粗圧延とそれに引き続き熱間仕上げ圧延を行って板厚1.6 mmとした。
【００３８】
【表１】
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【００３９】
熱延後は、熱延板焼鈍を行うことなく脱スケール処理をした後、１回の冷間圧延又は温間圧延を行って最終板厚0.1 mmとした。熱延後、850 ℃の仕上げ焼鈍を行い、絶縁被膜を表面に被成させて製品とした。
かくして得られた製品の機械的特性、磁気特性について調べた結果を表２に示す。なお、表中、延性−脆性遷移温度は、熱延板からＶノッチのシャルピー試験片を圧延方向と平行に採取し、25℃おきの温度でシャルピー衝撃値を測定して、脆性破面率が50％になる温度、すなわち延性−脆性遷移温度を靱性の指標として求めた。また、鉄損特性は、エプスタイン試験片を調製して周波数10kHz 、磁束密度0.1 T における鉄損値を測定した。また、同じ製品の絶縁被膜を被成しない合金から、幅30mm、長さ280 mmの試験片を切り出して、四端子法によって比抵抗を測定した。
【００４０】
【表２】
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【００４１】
表２に示された鋼のうち、番号１の鋼は、Si量が2.5 wt％に満たないため、比抵抗が低く、鉄損特性が良好でない。番号６の鋼は、Ｃ＋Ｎ量が100 wtppm を超えているため、延性−脆性遷移温度が高い。番号２，７の鋼は、Sn、Sbを含有しないため鉄損特性が良好でない。。
これに対して、この発明の成分組成範囲内にある番号3 〜5 、8 〜13の鋼は、靱性も鉄損も良好であって磁性材料として極めて優秀である。特に、SbやSnを添加することによって、Sb、Sn無添加の番号2 や7 の鋼と比較して、磁気特性が改善されていることが分かる。
【００４２】
（実施例２）
表３に示す種々の成分を含み、残部は実質的に鉄の組成よりなる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。これらのスラブを1100℃に加熱してから、熱間圧延を行って板厚2.0 mmとした。
熱延後は、熱延板焼鈍を行うことなく脱スケール処理をした後、１回の冷間圧又は温間圧延を行って、最終板厚0.2 mmになる鋼板を得た。その後、950 ℃の仕上げ焼鈍を行い、絶縁被膜を表面に被成させて製品とした。
【００４３】
【表３】
0003870616.tif 000004
【００４４】
かくして得られた製品の機械的特性、鉄損特性及び耐食性について調べた結果を表４に示す。また、耐食性はJIS Z2371 に準拠した塩水噴霧試験を2 時間行い、板表面の錆発生面積率が20％以下なら「良」、20％を超え80％以下なら「中」、80％超えなら「劣」と判定した。なお、耐食性の評価は、絶縁被膜を被成しない合金について行った。また、鉄損特性の評価法は、実施例１と同じであり、表４中、耐食性が最良とは、板表面の錆発生面積率が5 ％以下の場合である。
【００４５】
【表４】
0003870616.tif 000005
表４より、この発明に従い種々の成分組成を有する鋼は、Si、Crのみを含有する比較例に比べて、機械的特性、鉄損特性又は耐食性に優れることが明らかである。
【００４６】
（実施例３）
表５に示す種々の成分を含み、残部は実質的に鉄の組成よりなる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。これらのスラブを1050℃に加熱してから、熱間圧延を行って板厚2.6 mmとした。
熱延後は、熱延板焼鈍を行うことなく脱スケール処理をした後、900 ℃、2 分間の中間焼鈍を含む２回の冷間圧延又は温間圧延を行って、最終板厚0.1 mmになる鋼板を得た。その後、820 ℃の仕上げ焼鈍を行い、絶縁被膜を表面に被成させて製品とした。
【００４７】
【表５】
0003870616.tif 000006
【００４８】
かくして得られた製品の機械的特性、磁気特性について調べた結果を表６に示す。磁束密度は、磁化力 H：5000A/m のときの磁束密度B50 を測定した。
表６より、この発明に従いCoを有する鋼は、Si、Crのみを含有する比較例に比べて、磁気特性に優れることが明らかである。特に、Coを含有することにより、磁束密度が良好となる。
【００４９】
【表６】
0003870616.tif 000007
【００５０】
（実施例４）
表７に示す種々の成分組成を含み、残部は実質的に鉄の組成よりなる鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。これらのスラブを1050℃に加熱してから、熱間圧延を行って板厚2.0 mmとした。
【００５１】
熱延後は、熱延板焼鈍を行う場合と熱延板焼鈍を行わない場合との２条件を行い（熱延板焼鈍を行う場合は、1000℃、1 分間）、次いで脱スケール処理をした後、表８に示すように１回又は中間焼鈍（850 ℃、20秒）を含む２回の冷間圧延を行って、最終板厚0.1 mmの鋼板を得た。その後、820 ℃の仕上げ焼鈍を行い、絶縁被膜を表面に被成させて製品とした。
【００５２】
【表７】
0003870616.tif 000008
【００５３】
かくして得られた製品の磁気特性について調べた結果を表８に併記する。
表７及び表８より、同一鋼種、同一板厚であっても、熱延板焼鈍を施さない鋼に比べて、熱延板焼鈍を施した鋼は、鉄損が改善されていることが分かる。また、同一鋼種の場合は、中間焼鈍の回数が多いほど鉄損の低い製品が得られることがわかる。
【００５４】
【表８】
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【００５５】
（実施例５）
表３及び表９に示す成分組成を含み、残部は実質的に鉄の組成よりなる種々の鋼を溶製し、連続鋳造によりスラブとした。これらのスラブを1050℃に加熱してから、熱間圧延を行って板厚1.8 mmとした。
熱延後は、1000℃で120 秒の熱延板焼鈍を行った後、脱スケール処理をした後、900 ℃で30秒の途中焼鈍を含む２回の冷間圧延を行って最終板厚0.1 mmとした。熱延後、820 ℃の仕上げ焼鈍を行い、絶縁被膜を表面に被成させて製品とした。
【００５６】
かくして得られた製品の磁気特性について調べた結果を表１０に示す。表１０から、この発明に従う成分組成範囲を有する鋼は、磁気特性に優れることが明らかである。
【００５７】
【表９】
0003870616.tif 000010
【００５８】
【表１０】
0003870616.tif 000011
【００５９】
【発明の効果】
かくして、この発明によれば、従来のSi量6.5 wt％までのFe−Si合金やFe−Al合金に比べて格段に優れた鉄損特性を、良好な加工性とともに確保することかできる。しかも、耐食性や製造コスト面からも有利であり、総合的に極めて優秀な磁性材料を与えるものである。