(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）、Cu：0.05〜0.5％を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）、Sb：0.002〜0.1％（但し、0.05％以下を除く）を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）、Sn：0.002〜0.1％を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）を含有し、さらにCu、Sb、Snのうちの二種以上をCu：0.05〜0.5％、Sb：0.002〜0.1％、Sn：0.002〜0.1％の範囲で含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の成分のうち、Cr含有量を、重量％で0.4〜1.4％（但し、0.50％以下を除く）とした無方向性電磁鋼板。
【請求項６】
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の成分に加え、さらに、Ni:0.5％以下、及びＢ：0.002％以下のうち、一種又は二種以上を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波領域（100Hz〜１kHz）において優れた磁気特性（低鉄損、高磁束密度）を有することが要求される場合に用いられる無方向性電磁鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電気機器の小型・高効率化の動きを受けて、モータコアの鉄心材料として使用される無方向性電磁鋼板には一層の低鉄損化が求められつつある。特に最近では、電気自動車用モータや高効率エアコン用モータなどのように高周波領域で使用される用途が増えており、高周波での鉄損特性に優れた鋼板のニーズが高くなっている。例えば、電気自動車では200〜１kHzで励磁され、高効率エアコン用モータでは100〜400Hzで励磁されるため、かかる周波数域の磁気特性にすぐれた鋼板が必要とされている。
【０００３】
一般に高周波での鉄損特性を向上させる方法としては、Si、Al含有量を増加させる手法が広く採用されている。しかしながら、Si、Alの含有量の増加に伴い打ち抜き性や冷間圧延性が劣化するため、Si、Al含有量の増加による特性向上には限界があった。
【０００４】
一方、Crは合金元素のなかでも強度上昇の少ない元素であり、かつ固有抵抗を増加させる性質を有しているため、Crの積極活用により、打ち抜き性や冷間圧延性を劣化させることなく高周波鉄損を改善できることも考えられる。
【０００５】
このような観点から、例えば特開平１１−３４３５４４号公報には、Siを2.5〜10％含有し、ＣとＮの含有量の総和を100ppm以下とした鋼にCrを1.5〜20％含有させることによって、冷間加工性と高周波鉄損を改善する方法が開示されている。さらに、特開２０００−１１９８２２号公報には、Si：１〜４％、Ｓ：0.002％以下、Ｎ：0.003％以下、Ti：0.006％以下、Nb：0.01％以下とした鋼にCrを１〜８％含有させることによって、冷間圧延性を損なうことなく鉄損特性を向上させる方法が開示されている。
【０００６】
このほか、特開２０００−１２９４０９号公報には0.1〜７％のSiを含有する鋼にSn、Sbを含有させて仕上圧延の累積圧下率を65〜95％とした鋼にCrを0.01〜１％含有させることによって、電気抵抗が増加し、鉄損が低減されることが、特開２０００−１４４３４８号公報には0.5〜4.5％のSiを含有する鋼に50℃以上の温度域で冷間圧延を施した鋼においてCrを10％以下含有させることによって、比抵抗が増加することが記載されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の方法はいずれも仕上焼鈍後の磁気特性を対象としたものであり、歪取り焼鈍ＳＲＡ（以後ＳＲＡと記すことがある）後の磁気特性を満足するものではなかった。つまり、高効率モータ等の用途の多くは磁気特性の向上を目的にＳＲＡが実施されるが、本発明者らがかかるCr含有鋼にＳＲＡを実施したところ、仕上焼鈍後には高周波において良好な磁気特性を示していても、ＳＲＡ実施後にはCrそのものが磁気特性に悪影響を及ぼすため、鉄損が大幅に増加することが判明した。つまり、従来技術では、高価なCrを含有させても、ＳＲＡ後にCr含有の効果を享受することは難しいのが実状であった。同じことは、ブルーイング相当熱処理等の加熱処理を行う場合にも発生し、問題となっていた。
【０００８】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、歪取り焼鈍、ブルーイング相当熱処理等の加熱処理後においても高周波特性に優れ、かつ打ち抜き性や製造安定性にも優れた無方向性電磁鋼板を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％、Cu：0.05〜0.5％（但し、0.50％以下を除く）を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（請求項１）である。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下）、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）、Sb：0.002〜0.1％（但し、0.05％以下を除く）を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（請求項２）である。
【００１１】
前記課題を解決するための第３の手段は、重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下）、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）、Sn：0.002〜0.1％を含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（請求項３）である。
【００１２】
前記課題を解決するための第４の手段は、重量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：１〜4.0％、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.02％以下、sol.Al：0.1〜２％、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.2〜５％を含有し、さらにCu、Sb、Snのうちの二種以上をCu：0.05〜0.5％（但し、0.50％以下を除く）、Sb：0.002〜0.1％、Sn：0.002〜0.1％の範囲で含有し、残部がFe及び不可避不純物であることを特徴とする無方向性電磁鋼板（請求項４）である。
【００１３】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかの成分のうちCr含有量を、重量％で0.4〜1.4％（但し、0.50％以下を除く）とした無方向性電磁鋼板（請求項５）である。
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段から第５の手段のいずれかの成分に加え、さらに、Ni:0.5％以下、及びＢ：0.002％以下のうち、一種又は二種以上を含有することを特徴とする無方向性電磁鋼板である。
【００１４】
本発明者らは、Cr含有鋼のＳＲＡ後特性の改善方法について鋭意検討を行った。まず、Cr含有鋼のＳＲＡ後特性の支配因子について調査を行った。Ｃ：0.0025％、Si：2.5％、Mn：0.2％、Ｓ：0.0015％、sol.Al：1％、Ｎ：0.0014％、Cr：tr.および1.0％を含有する鋼を真空溶解し、熱間圧延および酸洗を行った。引き続きこの熱延板に75％Ｈ２−25％Ｎ２雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.35mmまで冷間圧延し、10％Ｈ２-90％Ｎ２雰囲気で950℃×１min間の仕上焼鈍を行った。得られた鋼板から内径33mm、外径45mmのリング形状の試験片を切り出して磁気特性を調査した。その後、100％Ｈ２雰囲気で750℃×２hrのＳＲＡを施し、同様に磁気特性を調査した。その結果を表１に示す。
（表１）
【００１５】
【表１】
0004123505.tif 000002
【００１６】
表１より、Cr含有鋼は仕上焼鈍後には優れた磁気特性を有しているが、ＳＲＡの実施で鉄損が著しく劣化しており、tr.Cr鋼よりむしろ磁気特性が劣化していることがわかる。Cr含有鋼で磁気特性が劣化した原因を光学顕微鏡、走査電子顕微鏡を使用して調査した結果、Cr含有鋼ではＳＲＡの冷却時にCr系のカーバイドが多量に粒界析出していることが判明した。
【００１７】
そこで本発明者らは、カーバイドの析出を防止、軽減すればCr含有鋼のＳＲＡ後の磁気特性が向上するのではないかと考え、カーバイド析出の防止を試みた。カーバイドの析出防止にはＣの低減が有効と考えられるが、製鋼でのＣの低減には限界があり、コストアップにもつながる。また、脱炭焼鈍の適用もコストアップにつながるうえに製造安定性に問題がある。
【００１８】
そこで本発明者らは、低コストで製造安定性にも優れた方法として第三元素の活用を試みた。その結果、適量のCrを含有させた鋼においてCu、Sb、Sn等を活用することで、ＳＲＡ後の高周波磁気特性が格段に向上することが見いだされた。
【００１９】
以下にその結果について述べる。Ｃ：0.0025％、Si：2.5％、Mn：0.2％、Ｓ：0.0015％、sol.Al：1％、Ｎ：0.0012％、Cr：tr.および１％、Cu：tr.〜0.6％を含有する鋼を真空溶解した。その後、先と同様の条件にてサンプル作製を行い、磁気特性を評価した。その結果を図１に示す。
【００２０】
図１より、tr.Cr鋼ではCuを含有させても磁気特性の改善効果はほとんど認められないことがわかる。また、Cr含有鋼でもCuを含有しないものではＳＲＡ後の磁気特性は著しく高い。ところが、Cr含有鋼にCuを0.05％以上含有させたものでは、磁気特性が大幅に向上していることがわかる。つまり、CrとCuを複合して含有させた場合は、これらをそれぞれ単独で含有させた場合と比べて磁気特性が格段に向上することが判明したのである。この原因を調査した結果、Cu含有鋼ではＳＲＡ後のカーバイドの析出個数がtr.Cu鋼よりも著しく減少していることが判明した。また、粒内のカーバイドも完全に消失していた。つまり、カーバイドの析出状態の相違が磁気特性向上の原因と考えられる。
【００２１】
ただし、Cuを0.5％以上含有させると表面キズが発生しやすくなる。したがって、Cuは0.05〜0.5％の範囲とする。表面キズを軽減するにはNiを複合して含有させるのがよい。本発明者らがNi含有量について調査を行ったところ、Niは0.5％以下であれば含有させても磁気特性に悪影響を及ぼさないことが明らかになった。よって、表面キズを軽減する目的でNiを0.5％以下で複合して含有させることが好ましい。
【００２２】
なお、図１において○印でプロットされている点におけるCu含有量は、左から0、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6％である。
【００２３】
さらに、Cu以外の元素についても同様の試験を実施したところ、Sb、Snにも同様の効果が認められることが確認された。これらの結果を、図２、図３に示す。
図２、図３より、Sb、Snはともに0.002％以上含有させることにより、磁気特性が向上することが分かる。なお、図２、図３において○印でプロットされている点のSb、Sn含有量は、左から0、0.001、0.002、0.004、0.007、0.01、0.02、0.05、0.1、0.15、0.2％である。
ただし、Sb、Snを0.1％以上含有させると、強度上昇により打ち抜き性が劣化する。したがって、これらの含有量は、0.002〜0.1％（但し、Sbについては、0.05％以下を除く）とする。
【００２４】
次に、tr.Cuおよび0.2％Cu鋼において、ＳＲＡ後の高周波特性とCr含有量の関係を調査した。供試材の化学成分はＣ：0.0025％、Si：2.5％、Mn：0.2％、Ｓ：0.0015％、sol.Al：1％、Ｎ：0.0012％である。その結果を図４に示す。図４においても、Cu含有によりCr含有の効果が大きく変化していることがわかる。つまり、tr.Cu鋼では、Crの含有によってＳＲＡ後鉄損はわずかに減少傾向を示した後、増加に転じているが、0.2％Cu鋼ではCrの含有量が１％付近まではCrの含有量の増加により鉄損は減少している。このため、0.2％Cu鋼においては、Cr含有量が0.2〜５％の範囲でＳＲＡ後に良好な高周波特性が得られている。また、Crの含有量が0.4〜1.4％の範囲にあるときにさらに良好な特性が得られている。
【００２５】
以上より、Crの含有量は0.2〜５％（但し、0.50％以下を除く）（請求項１〜４）とし、さらに好ましい範囲として0.4〜1.4％（但し、0.50％以下を除く）（請求項５）とする。なお、0.5〜１％（但し、0.50％を除く）とすることがより一層好ましい。
【００２６】
なお、図４においてプロットされている点のCr含有量は左から順に0、0.1、0.2、0.4、0.5、0.8、1.0、1.4、1.7、4.5、5.0％である。また、Sn、Sbを0.002％以上含有する鋼においても、上記と同様の傾向が認められた。
なお、以上の考察は、磁性焼鈍を行った例について行ったが、Cr含有鋼において、ブルーイング相当熱処理や、その他の加熱処理を行うと、その冷却時にCr系のカーバイドが多量に粒界析出し、その結果磁気特性を悪化させることは、同じであるので、本発明の効果は、仕上焼鈍の後に、これらの加熱処理を行う鋼板について得られるものである。
【００２７】
（その他の成分の限定理由）
Si：  Siは鋼板の固有抵抗を上げるのに有効な元素である。しかし、含有量が１％以下では高周波特性の向上効果が小さく、4.0％超えでは打ち抜き性や圧延性が劣化する。したがって、Siの含有量は１〜4.0％とする。
Mn：  Mnは粒成長性の向上あるいは赤熱脆性を防止する目的で含有させてもよい。しかし、Crを含有している本発明鋼においては、１％を超えて含有させると磁束密度が著しく低下する。また、打ち抜き性も劣化する。従って、Mn含有量は１％以下とする。磁束密度及び打ち抜き性の観点からは、Mn含有量は0.3％以下とすることが好ましい。さらに、Ｓの含有量を0.0009％以下とするか、Ca又はＲＥＭを0.0005〜0.0050含有させてMnＳの析出に起因した粒成長性の劣化や赤熱脆性を防止する場合には、Mnの含有量を0.1％以下とすることがより好ましい。
【００２８】
Ｐ：  Pは0.05％を超えて含有させると鋼板が硬くなるため0.05％以下とした。低硬度化の観点からは0.01％以下とすることが望ましい。
Ｓ：  Sは0.02％を超えて含有すると磁気特性が劣化するため、0.02％以下とする。鋼板の粒成長性を向上させるには、0.002％以下とすることが好ましい。
Al：  AlはSiと同様、固有抵抗を上げるのに有効な元素である。しかし、Alの含有量が0.1％未満では、微細析出物が形成されるため、粒成長性が劣化し、磁気特性に悪影響を及ぼす。一方、２％を超えて含有させても磁気特性の改善効果は小さく、いたずらにコストアップを招く。したがって、sol.Alの含有量は0.1〜２％とする。
Ｎ：  Ｎは含有量が多いとAlＮの析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下とする。
【００２９】
上記以外の元素として、粒成長性を向上させる目的でCaやＲＥＭを0.005％以下含有させてもよい。また、表面キズを防止する目的でNiを0.5％以下、内部酸化を防止する目的でＢを0.002％以下含有させてもよい。
【００３０】
（製造方法）
本発明においては、成分が所定の範囲内であれば、製造方法は通常の無方向性電磁鋼板を製造する方法でかまわない。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し所定の成分に調整し、引き続き鋳造、熱間圧延を行う。熱間圧延時の仕上焼鈍温度、巻取り温度は特に規定する必要はなく、通常の無方向性電磁鋼板を製造するときの温度でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで１回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により所定の板厚とした後に、最終焼鈍を行う。製鋼でのＣの低減が不十分な場合には、熱延板焼鈍もしくは最終焼鈍時に露点10〜30℃、５〜30％Ｈ２−Ｎ２の脱炭雰囲気として、Ｃを低減してもよい。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）
鋼を、転炉で吹練した後に脱ガス処理を行うことにより表２に示す所定の成分に調整して、鋳造し、スラブを1140℃で１hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱延仕上げ温度は800℃、巻取り温度は610℃とした。巻取り後、No.８の鋼板については、10％Ｈ２−90％Ｎ２、露点+17℃、720℃で１hrの焼鈍を施してＣの含有量を調整した後に、75％Ｈ２−25％Ｎ２、露点-30℃、860℃で焼鈍を施した。それ以外については、脱炭焼鈍を施さずに75％Ｈ２−25％Ｎ２、露点-30℃、860℃で熱延板焼鈍を施した。その後、板厚0.35mmまで冷間圧延を行い、980℃×50secの仕上焼鈍を行った後、引き続き750℃×２hrの磁性焼鈍を施した。
【００３２】
磁気測定は25cmエプスタイン試験片を用いて行った。各鋼板の磁気特性を表２に併せて示す。
【００３３】
表２より、鋼板成分を本発明の範囲に制御した実施例の鋼番の鋼について、ＳＲＡ後の高周波鉄損Ｗ１０／４００に優れた鋼板が得られることがわかる。なお、他の成分が実施例と同じであって、Sbを含有しその含有量が0.05％以下であるものを参考例として示した。
【００３４】
これに対し、No.19、20の鋼はCu、Sb、Snが本発明の範囲外なので、鉄損が高い。No.21の鋼はＣが本発明範囲外なので、鉄損が高い。No.22、23の鋼はCrが本発明の範囲外なので鉄損が高い。また、No.24の鋼はMnが本発明の範囲外であるので磁束密度が低下している。N0.25の鋼は、sol.Alが本発明の範囲外であるので鉄損が高くなっている。
【００３５】
【表２】
0004123505.tif 000003
（実施例２）
磁性焼鈍を施さず、代わりに500℃×１hrのブルーイング相当熱処理を施した他は、実施例１と全く同じ条件で製造を行った結果を、表３に示す。Cu、Sb、Snのいずれもが添加されていないNo.26の鋼は鉄損が高くなっているが、前記の参考例であるNo.27、No.28の鋼においては低い鉄損が得られている。
【表３】
0004123505.tif 000004
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば高周波特性に優れ、かつ打ち抜き性や製造安定性にも優れた鋼板が得られる。なお、本発明にかかる無方向性磁性鋼板は、磁性焼鈍やブルーイング相当熱処理、その他の加熱処理が行われた後で使用するときに格別優位な効果を発揮するが、これら加熱処理を行わない状態で使用しても低い鉄損が得られることには変わりはなく、特に用途を加熱処理が行われた後で使用するものに限定されるわけではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  tr.Cr鋼と１％Cr鋼の、ＳＲＡ後のＷ１０／４００とCu含有量の関係を示す図である。
【図２】     tr.Cr鋼と１％Cr鋼の、ＳＲＡ後のＷ１０／４００とSb含有量の関係を示す図である。
【図３】     tr.Cr鋼と１％Cr鋼のＳＲＡ後のＷ１０／４００とSn含有量の関係を示す図である。
【図４】     tr.Cu鋼と0.2％Cu鋼のＳＲＡ後のＷ１０／４００とCr含有量の関係を示す図である。
【図１】
0004123505.tif 000005
【図２】
0004123505.tif 000006
【図３】
0004123505.tif 000007
【図４】
0004123505.tif 000008