(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物からなる無方向性電磁鋼板において、
前記無方向性電磁鋼板は、厚さ方向に鋼板の表面から２μｍまでの表面部および表面から２μｍを超える基地部で構成され、
前記基地部内の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の個数より多く、
前記表面部の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の酸化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の炭化物、窒化物および硫化物の個数の合計より多いことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
【請求項２】
前記基地部内で、１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物および１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の合計の個数が２５０μｍ２面積当たり１〜２００であることを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項３】
前記表面部で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の酸化物の個数は、２５０μｍ２面積当たり１〜２００であることを特徴とする請求項１又は２に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項４】
下記式１を満たすことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
〔式１〕
［Ｓｎ］＋［Ｐ］＞［Ａｌ］
（但し、［Ｓｎ］、［Ｐ］および［Ａｌ］は、それぞれＳｎ、ＰおよびＡｌの含有量（重量％）を示す。）
【請求項５】
Ｔｉ：０．０００５〜０．００３重量％、Ｃａ０．０００１％〜０．００３％、およびＮｉまたはＣｒをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．００５重量％〜０．２重量％さらに含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項６】
Ｓｂを０．００５重量％〜０．１５重量％さらに含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項７】
Ｍｏを０．００１重量％〜０．０１５重量％さらに含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項８】
Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｎｂ、ＳｅおよびＶのうち１種以上をそれぞれ単独または合量で０．０００５重量％〜０．００３重量％さらに含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項９】
平均結晶粒径が５０〜２００μｍであることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項１０】
５０ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は８０００を超え、
４００ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は４０００を超え、
１０００ＨｚのＢｍ＝０．３Ｔ条件における相対透磁率は２０００を超えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
【請求項１１】
重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物からなるスラブを加熱する段階、
スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階、
前記熱延板を熱延板焼鈍する段階、
焼鈍した熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階、および
前記冷延板を最終焼鈍する段階、を含み、
前記熱延板を焼鈍する段階および前記最終焼鈍する段階は、下記式２を満たし、
最終焼鈍した無方向性電磁鋼板は、厚さ方向に鋼板の表面から２μｍまでの表面部および表面から２μｍを超える基地部で構成され、
前記基地部内の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の個数より多いことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
〔式２〕
［熱延板焼鈍温度］×［熱延板焼鈍時間］＞［最終焼鈍温度］×［最終焼鈍時間］
（但し、［熱延板焼鈍温度］および［最終焼鈍温度］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における温度（℃）を示し、［熱延板焼鈍時間］および［最終焼鈍時間］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における時間（分）を示す。）
【請求項１２】
前記スラブを加熱する段階において、スラブを１１００℃〜１２００℃で加熱することを特徴とする請求項１１に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項１３】
前記熱延板焼鈍する段階において、９５０℃〜１１５０℃の温度で１分〜３０分間焼鈍することを特徴とする請求項１１又は１２に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項１４】
前記最終焼鈍する段階において、９００℃〜１１５０℃の温度で１分〜５分間焼鈍することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項１５】
前記冷延板を製造する段階は、１回の冷間圧延する段階を含むかまたは中間焼鈍を間に挟んだ２回以上の冷間圧延する段階を含むことを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
無方向性電磁鋼板が電気機器のエネルギー効率の決定に重要な影響を与える理由は、通常無方向性電磁鋼板がモータ、発電機などの回転機器と小型変圧機などの静止機器の鉄心用材料として用いられ、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変える役割を果たすからである。この時、鉄心による電気的エネルギーによって発生した磁化力は大きく増幅し、これによって回転力を生成して機械的エネルギーに変換する。
最近、このような無方向性電磁鋼板の特性のうち磁化力の増幅特性を用いて磁気信号のアンテナなどに用いられる場合がある。この時の磁気的信号は数百Ｈｚ〜数千Ｈｚ区間の周波数であり、これを増幅させるためにはこのような領域における周波数での透磁率特性が重要視される。通常周波数での無方向性電磁鋼板の相対透磁率は１Ｔ付近で５０００以上であり、最大透磁率を有し、方向性電磁鋼板はその数倍から数十倍に達する高い透磁率特性を有する。
【０００３】
一方、透磁率は、低い電流によって形成された小さい磁場下で簡単に磁化される性質を現わすが、高透磁率材料ではさらに少ない電流を印加しても同じ磁束密度を得ることができるか、または同じ電流で大きい磁束密度を得ることができるため、信号の発信等に有利である。
また、透磁率の高い材料を用い、当該周波数区間の信号を鋼板に誘導して内部には信号を遮蔽する効果としても使用することができる。この時の透磁率が高いほど、さらに薄い鋼板でより大きい遮蔽効果を得ることができる。
より高い周波数区間である数十ｋＨｚ以上では鋼板素材の透磁率より非晶質リボンやソフトフェライトなどの磁性素材などの透磁率に優れ、低い損失特性を有するため電磁鋼板素材の代わりに用いることができる。
【０００４】
電磁鋼板の透磁率特性を向上させるためには、鉄原子の磁気異方性を活用するために［００１］軸を板面に配列させる集合組織改善方法が一般に用いられる。しかし、このような集合組織がよく配列された方向性電磁鋼板の場合、製造原価が高く、加工性が劣位であるなど使用上の制約が多い。また、非晶質素材の場合、磁区がきわめて微細であるか存在しないため、透磁率が非常に高い反面、製造原価が高く、脆性のため精密な加工ができない短所があるため、無方向性電磁鋼板素材が活用されている。
透磁率は、外部磁場の変化による材料内の磁束の変化値を意味し、磁束の変化は、磁化の過程により起こる。磁化は材料内の磁区壁が移動して外部磁場の方向に整列されるメカニズムで起こる。磁区壁間の距離である磁区幅は、数十Ｈｚ〜数千Ｈｚ区間では周波数に無関係に独立的であることが知られている。そのため、高い透磁率特性を得るために、磁壁移動時の移動速度が速くなければならず、磁区の幅は狭くなければならない。特に数千Ｈｚの高い周波数では磁化の速度がきわめて速く反転するため、一定の磁壁移動速度の材料では磁区間の幅が小さいほど有利である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的とするところは、高周波での透磁率特性を大きくするために電磁鋼板に含有された非磁性析出物の炭化物、窒化物、硫化物、酸化物などを活用して磁区の幅を減らす一方、磁壁の移動速度を急速にして高周波で透磁率が大きく向上した無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による無方向性電磁鋼板は、重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物からなる無方向性電磁鋼板において、無方向性電磁鋼板は、厚さ方向に鋼板の表面から２μｍまでの表面部および表面から２μｍを超える基地部で構成され、基地部内の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の個数より多いことを特徴とする。
【０００７】
基地部内で、１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物および１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の合計の個数が２５０μｍ２面積当たり１〜２００であることが好ましい。
表面部の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の酸化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の炭化物、窒化物および硫化物の個数の合計より多いことがよい。
【０００８】
表面部で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の酸化物の個数は、２５０μｍ２面積当たり１〜２００であることがよい。
本発明の無方向性電磁鋼板は、下記式１を満たすことが子のましい。
〔式１〕：［Ｓｎ］＋［Ｐ］＞［Ａｌ］（但し、［Ｓｎ］、［Ｐ］および［Ａｌ］は、それぞれＳｎ、ＰおよびＡｌの含有量（重量％）を示す。）
【０００９】
本発明の無方向性電磁鋼板は、Ｔｉ：０．０００５〜０．００３重量％、Ｃａ：０．０００１％〜０．００３％、およびＮｉまたはＣｒをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．００５重量％〜０．２重量％さらに含ＭＰあうことができる。
上記鋼板は、Ｓｂを０．００５重量％〜０．１５重量％さらに含むことができる。
上記鋼板は、Ｍｏを０．００１重量％〜０．０１５重量％さらに含むことができる。
【００１０】
上記鋼板は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｎｂ、ＳｅおよびＶのうち１種以上をそれぞれ単独または合量で０．０００５重量％〜０．００３重量％さらに含むことができる。
平均結晶粒径が５０〜２００μｍであることがよい。
５０ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は８０００を超え、４００ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は４０００を超え、１０００ＨｚのＢｍ＝０．３Ｔ条件における相対透磁率は２０００を超えることが好ましい。
【００１１】
本発明による無方向性電磁鋼板の製造方法は、重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物からなるスラブを加熱する段階、スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階、熱延板を熱延板焼鈍する段階、焼鈍した熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階、および冷延板を最終焼鈍する段階、を含み、熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階は下記式２を満たし、最終焼鈍した無方向性電磁鋼板は、厚さ方向に鋼板の表面から２μｍまでの表面部および表面から２μｍを超える基地部で構成され、基地部内の同一面積で１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の硫化物の個数が１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の窒化物の個数より多いことを特徴とする。
〔式２〕：［熱延板焼鈍温度］×［熱延板焼鈍時間］＞［最終焼鈍温度］×［最終焼鈍時間］（但し、［熱延板焼鈍温度］および［最終焼鈍温度］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における温度（℃）を示し、［熱延板焼鈍時間］および［最終焼鈍時間］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における時間（分）を示す。）
【００１２】
スラブを加熱する段階において、スラブを１１００℃〜１２００℃で加熱することがよい。
熱延板焼鈍する段階において、９５０℃〜１１５０℃の温度で１分〜３０分間焼鈍することができる。
【００１３】
冷延板焼鈍する段階において、９００℃〜１１５０℃の温度で１分〜５分間焼鈍することがよい。
冷延板を製造する段階は、１回の冷間圧延する段階を含むかまたは中間焼鈍を間に挟んだ２回以上の冷間圧延する段階を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、鋼種での合金組成および析出される析出物を制御することによって、数十ないし数千Ｈｚでの透磁率が向上した無方向性電磁鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１、第２および第３等の用語は、多様な部分、成分、領域、層および／またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限られない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためにのみ使用される。したがって、以下で叙述する第１部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層またはセクションとして言及し得る。
ここで使用する専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用する単数形は、文言においてこれと明確に反対の意味を示さない限り複数形も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／または成分の存在や付加を除外させるものではない。
ある部分が他の部分の「上に」または「の上に」あると言及する場合、これは他の部分の上にあるか、またはその間に他の部分が介在し得る。対照的にある部分が他の部分の「真上に」あると言及する場合、その間に他の部分が介在しない。
【００１７】
別に定義していないが、ここで使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同じ意味を有する。普通使用される辞典に定義された用語は、関連技術文献と現在開示されている内容に合う意味を有するものとしてさらに解釈され、定義されていない限り理想的や公式的過ぎる意味に解釈しない。
また、特に言及しない限り、％は重量％を意味し、１ｐｐｍは０．０００１重量％である。
本発明の一実施例において追加元素をさらに含むことの意味は、追加元素の追加量だけ残部の鉄（Ｆｅ）を代替して含むことを意味する。
以下、本発明の実施例について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な相違する形態で実現でき、ここで説明する実施例に限られない。
【００１８】
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物からなる。
まず、無方向性電磁鋼板の成分限定の理由から説明する。
【００１９】
Ｓｉ：２．０〜４．０重量％
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼の比抵抗を増加させて鉄損中の渦流損失を低くするため添加する主要元素であり、２．０％未満では高周波で低鉄損特性を得にくく、４．０％を超えて添加すると冷間圧延がきわめて難しくなり、圧延中の板の破断が起こるので、本発明においてはＳｉを２．０〜４．０重量％に限定する。
【００２０】
Ａｌ：０．００１〜２．０重量％
アルミニウム（Ａｌ）は、比抵抗元素として添加時に鋼中に誘導される渦流損失の低減に効果的な元素であり、また、製鋼工程で鋼の脱酸のためには不可避に添加する元素である。したがって、鋼中アルミニウムと結合された窒化物の形成は、不可避に引き起こされる。製鋼工程では０．００１％以上のＡｌが鋼中に存在することがよく、これより少ないときには鋼中にＡｌＮを形成しないためこれを限定する。多量添加時には飽和磁束密度を減少させる大きさが１００ｎｍ以上のＡｌＮを形成させて結晶粒成長を抑制し、磁区移動を難しくして透磁率を低下させるため、０．００１重量％〜２．０重量％に限定する。
【００２１】
Ｓ：０．０００５〜０．００９重量％
従来、硫黄（Ｓ）は磁気的特性に有害なＭｎＳ、ＣｕＳおよび（Ｃｕ、Ｍｎ）Ｓなどの硫化物を形成する元素であるため、添加はなるべく低いことがよいとされていた。
本発明の一実施例においては、適正量の硫化物は、鋼中の磁区の幅の減少する効果があることが分かった。また、Ｓが鋼の表面に偏析したとき｛１００｝面の表面エネルギーを低くする効果があるので、Ｓの添加によって磁性に有利な｛１００｝面が強い集合組織を得ることができる。この時、添加量が０．０００５重量％未満の場合には１０ｎｍ〜１００ｎｍ大きさの硫化物の形成がきわめて難しいため、必ず０．０００５重量％以上含有するようにする一方、０．００９重量％を超えて添加する場合は、硫化物の数が大幅に増加して磁区の移動が難しくなり、鉄損の悪化があるので添加量を０．００９重量％以下に制限する。
【００２２】
Ｍｎ：０．０２〜１．０重量％
マンガン（Ｍｎ）は、Ｓｉ、Ａｌなどと共に比抵抗を増加させて鉄損を低くする効果がある反面、製鋼中の不純物として添加される水準である０．０２％未満では微細な硫化物を形成して磁区壁の移動を妨害する。このため、その添加量を０．０２％以上に限定する。また、Ｍｎ添加量が増加するほど鋼中硫化物の数が増加し、そのために飽和磁束密度が減少するので、一定の電流が印加されたときの磁束密度が減少し、透磁率もともに減少する。したがって、磁束密度の向上および介在物による鉄損増加の防止のために本発明の一実施例においてはＭｎ添加量を０．０２〜１．０重量％に限定する。
【００２３】
Ｎ：０．０００５〜０．００４重量％
窒素（Ｎ）は、Ａｌ、Ｔｉなどと強く結合することによって窒化物を形成して結晶粒成長を抑制するなど磁性に有害な元素であるため、少なく含有させるのが好ましいが、０．０００５重量％未満では窒化物の形成が難しく、また、０．００４重量％超では窒化物の数が大きく増加するため、本発明の一実施例においては０．０００５重量％〜０．００４重量％に限定する。具体的には０．００１〜０．００４重量％を含み得る。
【００２４】
Ｃ：０．００４重量％以下
炭素（Ｃ）は、多く添加される場合、オーステナイト領域を拡大し、相変態区間を増加させ、焼鈍時フェライトの結晶粒成長を抑制して鉄損を高める効果を現わし、Ｔｉなどと結合して炭化物を形成して磁性を劣位させ、最終製品では電気製品への加工後に使用時の磁気時効によって鉄損を高めるため、本発明の一実施例においてはＣの含有量を０．００４％以下に限定する。
【００２５】
Ｃｕ：０．００５〜０．０７重量％
銅（Ｃｕ）は、高温で硫化物を形成できる元素であり、多量添加時にはスラブの製造時の表面部の欠陥を招く元素である。適正量添加時にはＣｕ単独あるいは介在物形態で微細に分布して磁区の幅を減らす効果があるため、その添加量を０．００５〜０．０７％重量％に限定する。
【００２６】
Ｏ：０．０００１〜０．００７重量％
酸素（Ｏ）は、鋼中酸化物として存在し、鋼中に多量存在するときＳｉとＡｌの添加量が多い鋼種でそれぞれＳｉおよびＡｌなどと結合して酸化物を形成する元素であり、磁区の移動を妨害して透磁率を低くする元素である。したがって、その添加量を０．０００１〜０．００７重量％に限定する。具体的にはその添加量を０．０００１〜０．００５重量％に限定する。
【００２７】
Ｓｎ、Ｐ：それぞれ単独または合量で０．０５〜０．２重量％
（Ｓｎ）とリン（Ｐ）は、結晶粒界に偏析元素として結晶粒界による窒素の拡散を抑制し、磁性に有害な｛１１１｝ｔｅｘｔｕｒｅを抑制し、有利な｛１００｝ｔｅｘｔｕｒｅを増加させて磁気的特性を向上させるために添加し、鋼の表面での酸化物および窒化物の形成を妨害する効果がある。多量添加時には結晶粒界からの破断を招いて圧延を難しくするため、ＳｎとＰそれぞれ単独または合量で０．０５〜０．２重量％で添加し得る。それぞれ単独または合量とは、ＳｎおよびＰのうちＳｎのみを含有するとき、Ｓｎの含有量が０．０５〜０．２重量％であるか、ＳｎおよびＰのうちＰのみを含有するとき、Ｐの含有量が０．０５〜０．２重量％であるか、またはＳｎおよびＰを全て含有するとき、ＳｎおよびＰの含有量の合計が０．０５〜０．２重量％であることを意味する。
【００２８】
前述したＳｎ、ＰおよびＡｌは、下記式１を満たすことができる。
〔式１〕：［Ｓｎ］＋［Ｐ］＞［Ａｌ］（但し、［Ｓｎ］、［Ｐ］および［Ａｌ］は、それぞれＳｎ、ＰおよびＡｌの含有量（重量％）を示す。）
ＳｎやＰが含まれないとき、［Ｓｎ］または［Ｐ］は０を示す。式１を満たす場合、焼鈍中に起こる転位アニーリングの速度を鈍化させる元素であるＳｎとＰが転位アニーリングの速度を速くする元素であるＡｌより多いため、焼鈍中に磁性に有利な結晶の成長を加速化して磁性に優れた無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【００２９】
Ｔｉ：０．０００５〜０．００３重量％
チタン（Ｔｉ）は、微細な炭化物と窒化物を形成して結晶粒成長を抑制し、多く添加されるほど増加された炭化物と窒化物によって集合組織も劣位になり、磁性が悪くなる。本発明の一実施例において、Ｔｉは任意成分であり、Ｔｉが含まれる場合、Ｔｉの含有量を０．０００５〜０．００３重量％に限定する。
【００３０】
Ｃａ：０．０００１〜０．００３重量％
カルシウム（Ｃａ）は、連鋳性を向上させ、鋼中のＳを析出させる元素である。鋼中に多量存在するとき、Ｓを含む複合析出物を形成して鉄損に悪影響を及ぼすが、過度に多く含む時、結晶成長速度を増加させる。本発明の一実施例において、Ｃａは任意成分であり、Ｃａが含まれる場合はＣａの含有量をその添加量を０．０００１〜０．００３重量％に限定する。
【００３１】
ＮｉまたはＣｒ：それぞれ単独または合量で０．００５〜０．２重量％
ニッケル（Ｎｉ）またはクロム（Ｃｒ）は、製鋼工程で不可避に添加され得る。これらは不純物元素と反応して微細な硫化物、炭化物および窒化物を形成して磁性に有害な影響を与えるので、これら含有量をそれぞれ単独または合量で０．００５〜０．２重量％に制限する。
【００３２】
Ｓｂ：０．００５〜０．１５重量％
アンチモン（Ｓｂ）は、結晶粒界に偏析元素として結晶粒界による窒素の拡散を抑制し、磁性に有害な｛１１１｝ｔｅｘｔｕｒｅの成長および再結晶の速度を鈍化させて磁気的特性を向上させることができ、これを任意に添加でき、鋼の表面における酸化物の形成を妨害する効果がある。Ｓｂを多量添加時には結晶粒界からの破断を招いて圧延を難しくするので、Ｓｂ単独で０．００５〜０．１５重量％で添加し得る。
【００３３】
Ｍｏ：０．００１重量％〜０．０１５重量％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼中偏析元素であるＰ、Ｓｎ、Ｓｂなどが添加されている場合、高温で結晶粒界に偏析して鋼の靭性を確保するのに有利であり、Ｓｉの脆性を克服して製造性を大きく向上させる。また、Ｃと結合する炭化物を形成し、これによる磁区の形状制御に活用することもできる。その添加量が過度に多いと、析出物の数が大きく増加して鉄損が劣位となるため、その添加量を上記範囲に制限する。
【００３４】
その他元素
Ｂｉ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｎｂ、ＳｅおよびＶなども強力な介在物を形成する元素として炭化物、窒化物、硫化物を含む複合析出物を形成する元素であり、粒界に位置して圧延性を劣化させる虞もあるため、可能な限り添加しないのが好ましく、それぞれ単独または合量で０．０００５重量％〜０．００３重量％含まれるようにすることがよい。
前記組成以外の残りはＦｅおよびその他不可避不純物で構成される。
図１には本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板の断面を概略的に示した。図１に示したとおり、本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板１００は、厚さ方向（ｚ方向）に鋼板の表面から２μｍまでの表面部１０および表面から２μｍを超える基地部２０で構成される。前述した合金組成は表面部１０および基地部２０全体の合金組成である。
【００３５】
基地部２０内の同一面積で直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの硫化物の個数が直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの窒化物の個数より多い。この時の同一面積とは、鋼板の表面と平行な面であり、基地部２０を観察するとき、任意の同一面積を意味する。硫化物、窒化物の直径とは、硫化物、窒化物などの介在物を外接する仮想の円の直径を意味する。本発明の一実施例において、基地部２０で特定の大きさの硫化物と窒化物との関係を制限することによって、磁区壁の形成に所要されるエネルギーを減らして磁区壁の生成を増やす一方、これによって各磁区間の幅を減らし、磁区壁の移動によって磁化の進行を速くすることで、高周波で透磁率が大きく向上した無方向性電磁鋼板を製造することができる。磁化とは、磁区壁が移動を終えて結晶粒内あるいは全体鋼板が磁束の方向に磁区の整列をなした状態を意味するので、高周波下では磁束の方向がきわめて速い速度に変わるが、鉄系化合物での磁区壁の移動速度はその限界が明確であるため、磁区壁の移動による磁化の過程が円滑でなはない。したがって、高周波下でも透磁率を向上させるためには磁区壁間の距離を減らして磁化が速く起こるようにすることが有利である。
【００３６】
磁区壁の移動速度を同一に維持し、磁区壁間の距離を減らすことによって、高周波下での透磁率は大幅に向上する。本発明の一実施例において、硫化物、窒化物などの介在物の直径基準を１０ｎｍ〜１００ｎｍに設定した理由は、前述した範囲の直径で磁区壁の形成と磁区移動に最も大きい影響を与えるからである。直径が過度に小さいと、磁区壁の形成のためのエネルギー誘導に役に立たず、逆に直径が過度に大きいと、磁化時磁区壁の移動時の妨害になって磁区壁の移動速度を遅らせる。
より具体的には、基地部２０内で直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの硫化物および直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの窒化物の合計の個数が２５０μｍ２面積当たり１〜２００であり得る。一般的な磁区壁および磁区の厚さを仮定するとき、磁区の幅の減少に必要な硫化物と窒化物は、少なくとも２５０μｍ２面積当たり１である。また、２００個超の窒化物と硫化物によっては磁区の構造が複雑になって、磁区壁の移動に妨害になって磁区壁の移動速度を遅らせるので、これを制限する。より具体的には硫化物および窒化物の合計の個数は１０〜２００であり得る。
【００３７】
表面部１０の同一面積で直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの酸化物の個数が直径１０ｎｍ〜１００ｎｍ直径の炭化物、窒化物および硫化物の個数の合計より多いことがよい。発明の一実施例において、表面部１０で特定の大きさの酸化物とその他の介在物との関係を制限することによって、磁区壁の形成に所要されるエネルギーを減らして磁区壁の生成を増やす一方、これによって各磁区間の幅を減らし、磁区壁の移動による磁化の進行を速くすることで、高周波での透磁率が大きく向上した無方向性電磁鋼板を製造することができる。
表面部１０で直径１０ｎｍ〜１００ｎｍの酸化物の個数は、２５０μｍ２面積当たり１〜２００であり得る。表面部の酸化物は、焼鈍中に不可避に形成される酸化物であり、窒化物と硫化物と同様に磁区の幅の減少に効果的であるが、  鋼中に過剰存在する場合は磁区壁の移動時の妨害になって磁区壁の移動速度を遅らせる。磁区の幅の減少に必要な酸化物は、少なくとも２５０μｍ２面積当たり１個以上である。また、２００個超の酸化物によっては磁区の構造が複雑になり、磁区壁の移動に妨害になって磁区壁の移動速度を遅らせるのでこれを制限する。より具体的には面積当たり１〜２００個であることができる。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、平均結晶粒径が５０〜２００μｍであることができる。前述した範囲で無方向性電磁鋼板の磁性がさらに優れる。
【００３８】
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、前述したとおり、高周波で透磁率が大きく向上する。具体的には５０ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は８０００を超え、４００ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は４０００を超え、１０００ＨｚのＢｍ＝０．３Ｔ条件における相対透磁率は２０００を超える。さらに具体的には５０ＨｚのＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は１００００を超え、４００ＨｚＢｍ＝１．０Ｔ条件における相対透磁率は５０００を超え、１０００ＨｚのＢｍ＝０．３Ｔ条件における相対透磁率は２２００を超えることができる。この時、透磁率は、標準のエプスタイン方法で磁性を測定し、その試片を圧延方向に平行に切断して試験することを意味する。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板の製造方法は、重量％で、Ｓｉ：２．０％〜４．０％、Ａｌ：０．００１％〜２．０％、Ｓ：０．０００５％〜０．００９％、Ｍｎ：０．０２％〜１．０％、Ｎ：０．０００５％〜０．００４％、Ｃ：０．００４％以下（０％を含まない）、Ｃｕ：０．００５％〜０．０７％、Ｏ：０．０００１％〜０．００７％、ＳｎまたはＰをそれぞれ単独またはこれらの合量で０．０５％〜０．２％並びに残部はＦｅおよび不純物であるスラブを加熱する段階、スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階、熱延板を熱延板焼鈍する段階、焼鈍した熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階、および冷延板を最終焼鈍する段階、を含む。
【００３９】
以下、各段階別に詳細に説明する。
まず、スラブを加熱する。スラブ内の各組成の添加比率を限定した理由は、前述した無方向性電磁鋼板の組成限定理由と同一であるので、重複する説明は省略する。後述する熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、最終焼鈍などの製造過程でスラブの組成は実質的に変動しないので、スラブの組成と無方向性電磁鋼板の組成が実質的に同一である。
【００４０】
スラブを加熱炉に装入して１１００〜１２００℃で加熱する。熱間圧延前の加工性のために十分に高い温度で加熱する必要がある。加熱温度が高すぎると、鋼中の窒化物および硫化物が粗大化されて磁区に影響を与える１０〜１００ｎｍ大きさの析出物が十分に得られない場合もある。
次に、加熱したスラブは、２〜２．３ｍｍに熱間圧延して熱延板に製造する。この段階でスラブ加熱中に析出された析出物が成長し、分散する。熱間圧延終了後には炭化物と窒化物が形成されて磁区壁間の距離が小さくなる。
【００４１】
次に、熱延板を熱延板焼鈍する。熱間圧延した熱延板を９５０℃〜１１５０℃の温度で１分〜３０分間熱延板焼鈍することができる。熱延後に生成された炭化物と窒化物が再固溶されるに十分に高い温度である９５０℃以上で１分以上焼鈍することが必要であり、３０分以下に限定するのは固溶温度より低い温度で焼鈍するときに微細な窒化物と硫化物が粗大化され、磁区壁間の距離を大きくすることができるからである。
次に、熱延板を酸洗し、所定の板厚さになるように冷間圧延して冷延板を製造する。熱延板の厚さによって異にして適用できるが、７０〜９５％の圧下率を適用して最終の厚さが０．１５〜０．６５ｍｍになるように冷間圧延することができる。冷延板を製造する段階は１回の冷間圧延する段階を含むかまたは中間焼鈍を間に挟んだ２回以上の冷間圧延する段階を含むことができる。
最終冷間圧延した冷延板は最終焼鈍を実施する。最終焼鈍温度は９００〜１１５０℃であることができる。
【００４２】
本発明の一実施例においては、熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における焼鈍温度および焼鈍時間を適切に制御することによって微細な硫化物と窒化物を十分に残して磁区の幅を狭くする。具体的には熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階は下記式２を満たす。
〔式２〕：［熱延板焼鈍温度］×［熱延板焼鈍時間］＞［最終焼鈍温度］×［最終焼鈍時間］（但し、［熱延板焼鈍温度］および［最終焼鈍温度］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における温度（℃）を示し、［熱延板焼鈍時間］および［最終焼鈍時間］は、それぞれ熱延板焼鈍する段階および最終焼鈍する段階における時間（分）を示す。）
式２を満たすことによって、最終焼鈍時に形成される硫化物と窒化物を十分に小さくし、微細な硫化物と窒化物を十分に残して磁区の幅を狭くするためにこれを限定する。
最終焼鈍した無方向性電磁鋼板は、前述した結晶組織を持つようになり、重複する説明は省略する。最終焼鈍過程で前段階の冷間圧延段階で形成された加工組織は全て（つまり、９９％以上）再結晶され得る。
このように製造した無方向性電磁鋼板は、絶縁被膜処理されることができる。絶縁被膜は、有機質、無機質および有機−無機複合被膜で処理されることができ、その他絶縁が可能な被膜剤で処理することも可能である。
【００４３】
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。しかし、このような実施例は単に本発明を例示するためであり、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例１
下記表１の合金成分並びに残部鉄およびその他不可避不純物で組成されるスラブを製造した。鋼種Ａスラブを１１５０℃で加熱し、２．５ｍｍの厚さに熱間圧延し、６５０℃で巻き取った。空気中で冷却した熱延鋼板は１０８０℃で３分間焼鈍し、酸洗した後０．１５ｍｍの厚さに冷間圧延した。冷間圧延した試片は１０００℃で焼鈍した。
この時、各試片をＦＥ−ＴＥＭを用いて介在物と析出物を分析し、各析出物介在物の成分を調査し、その結果を表２に示した。この時の析出物の個数は、２５０μｍ２単位面積当たり１０ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有するもののみを選択して個数を調査した。この時の試片は、表面から内部への厚さ方向に試片を採取して表面から２μｍまでを表面部、表面から２μｍ超部分を基地部に分けて分析した。
試片それぞれに対して磁性測定器を用いて透磁率、鉄損を測定し、その結果を下記表３に示した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
【表２】
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【００４６】
【表３】
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【００４７】
実施例２
下記表４の合金成分並びに残部鉄およびその他不可避不純物で組成されるスラブを製造した。鋼種Ｂ〜Ｄスラブを１１００℃で加熱し、２．０ｍｍの厚さで熱間圧延して６００℃で巻き取った。空気中で冷却した熱延鋼板は、１１００℃で４分間焼鈍し、酸洗した後０．２ｍｍの厚さに冷間圧延した。冷間圧延された試片は、下記表６に整理した時間の間１０００℃で焼鈍した。
この時、各試片をＦＥ−ＴＥＭを用いて介在物と析出物を分析し、各析出物介在物の成分を調査し、その結果を表５に示した。この時の析出物の個数は、２５０μｍ２単位面積当たり１０ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有するもののみを選択して個数を調査した。この時試片は、表面から内部への厚さ方向に試片を採取して表面から２μｍまでを表面部、表面から２μｍ超部分を基地部に分けて分析した。
結晶粒径は、光学顕微鏡を用いて微細組織を観察した後単位面積で結晶粒径の数を測定して結晶粒径の直径を平均結晶粒径とした。介在物と析出物の種類と個数は、ＦＥ−ＴＥＭのＥＤＳを用いて調査し、観察される面積は３万倍の倍率で２０カット以上を調査した。
それぞれ試片に対して磁性測定器を用いて透磁率、鉄損を測定し、その結果を下記表６に示した。
【００４８】
【表４】
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【００４９】
【表５】
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【００５０】
【表６】
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表６に示すように、最終焼鈍時間を適切に調整した発明例は、最終焼鈍時間が過度に短いか、過度に長い比較例に比べて磁性が優れることが確認できる。
【００５１】
実施例３
下記表７の合金成分並びに残部鉄およびその他不可避不純物で組成されるスラブを製造した。鋼種Ｅスラブを１１５０℃で加熱し、２．０ｍｍの厚さに熱間圧延し、６００℃で巻き取った。空気中で冷却した熱延鋼板は、下記表８に示す温度と時間で焼鈍し、酸洗した後０．３５ｍｍの厚さに冷間圧延した。冷間圧延した試片は、下記表８に示す温度と時間で焼鈍し、磁性測定器を用いて透磁率、鉄損を測定し、その結果を下記表１０に示した。
この時、各試片をＦＥ−ＴＥＭを用いて介在物と析出物を分析し、各析出物介在物の成分を調査し、その結果を表９に示した。この時の析出物の個数は、２５０μｍ２単位面積当たり１０ｎｍ〜１００ｎｍの直径を有するもののみを選択して個数を調査した。この時の試片は、表面から内部への厚さ方向に試片を採取して表面から２μｍまでを表面部、表面から２μｍ超部分を基地部に分けて分析した。
結晶粒径は、光学顕微鏡を用いて微細組織を観察した後、単位面積で結晶粒径の数を測定して結晶粒径の直径を平均結晶粒径とした。介在物と析出物の種類と個数は、ＦＥ−ＴＥＭのＥＤＳを用いて調査し、観察される面積は、３万倍の倍率で２０カット以上を調査した。
それぞれ試片に対して磁性測定器を用いて透磁率、鉄損を測定し、その結果を下記表１０に示した。
【００５２】
【表７】
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【００５３】
【表８】
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【００５４】
【表９】
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【００５５】
【表１０】
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表１０に示したとおり、熱延板焼鈍および最終焼鈍での時間および温度を適切に調整した発明例は、適切に調整していない比較例に比べて磁性に優れることが確認できる。
【００５６】
本発明は、実施例に限られるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造され得、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更せず、他の具体的な形態で実施され得ることを理解することができる。したがって、上記記述した実施例は、すべての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
【符号の説明】
【００５７】
１０：表面部
２０：基地部
１００：無方向性電磁鋼板
【図１】
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