(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
mass％で、Ｃ：0.005％以下、Ｐ：0.05％以下、Si：１〜2.85％、Mn：0.05〜1.5％、Al：0.1〜３％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.4〜1.4％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下、鋼板断面の直径１μｍ以上の酸化物系介在物が30個/ｍｍ2以下であ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、打ち抜き加工性に優れた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、電気機器の省エネルギーの観点より、より鉄損の低い電磁鋼板が求められるようになってきている。鉄損を低減するためにはSi、Al含有量を増大させることにより固有抵抗を増大させることが効果的である。このため、従来、低鉄損が特に要求される無方向性電磁鋼板においては、Si＋Al＝４％程度の高級材が用いられてきた。
【０００３】
例えば、特開昭５３−６６８１６号公報には、Si：1.6〜3.5％、Al：0.2〜2.5％とし、二回冷圧により低鉄損の材料を製造する技術が開示されている。
【０００４】
また、特公昭５６−２２９３１号公報には、Si：2.5〜3.5％、Al：0.3〜1.0％の鋼において、Ｓ：50ppm以下、Ｏ：25ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００５】
さらに特開平５−１４０６４７号公報には、Si：2.0〜4.0％、Al：0.10〜2.0％の鋼において、Ｓ：30ppm以下とし、さらにTi、Zr、Nb、Ｖをそれぞれ50ppm以下とすることにより鉄損を低下させる技術が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記各技術により得られる鋼板は、固溶強化元素であるSi、Al量が多いことから、鋼板が非常に硬く、鋼板の打ち抜き時に金型が激しく損耗する。このため、金型を頻繁に交換せざるを得ず生産性を著しく低下させている。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、仕上焼鈍後の鉄損が低くかつ打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、mass％で、Ｃ：0.005％以下、Ｐ：0.05％以下、Si：１〜2.85％、Mn：0.05〜1.5％、Al：0.1〜３％、Ｓ：0.02％以下、Ｎ：0.005％以下、Cr：0.4〜1.4％を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物であり、鋼板板面のビッカース硬度が190以下、鋼板断面の直径１μｍ以上の酸化物系介在物が30個/ｍｍ2以下であることを特徴とする無方向性電磁鋼板により解決される。
【０００９】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％はすべてmass％である。
【００１０】
（発明に至る経緯と主要成分等の限定理由）
本発明者らが上記課題の解決に関し鋭意検討したところ、Crを適量添加した鋼板を用いることで打ち抜き加工性に優れた電磁鋼板が得られることを見出した。以下、本発明の詳細をその限定理由とともに説明する。
【００１１】
まず最初に、打ち抜き型の損耗と硬度の関係について調査するため、Ｃ：0.0025％、Al：tr.、Mn：0.20％、Ｐ：0.01％、Ｓ：0.002％、Ｎ：0.0021％とし、Si量を２〜4.5％程度まで変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。引き続きこの熱間圧延板に100％Ｈ2雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、30％Ｈ２-70％Ｎ２雰囲気で950℃×１min間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚0.7μｍの無機有機皮膜を塗布した。
【００１２】
このようにして得られた供試材を用い、内径70mm、外径100mmのリング形状のサンプルを作成し、打ち抜き試験を行った。ここで、クリアランスは10％とした。
【００１３】
また、打ち抜き型が損耗すると打ち抜かれる材料のバリ高さが高くなるため、一般的に打ち抜き加工性の評価は材料のバリ高さが一定値を超えた時点の打ち抜き回数の大小で行われている。そこで、本実験では、打ち抜かれた供試材（サンプル）のバリの高さが50μｍを超えた時点を打ち抜き回数とした。図１に、このようにして得られた供試材の打ち抜き回数と硬度の関係を示す。ここで、硬度（ＨＶ）は鋼板板面のビッカース硬度（荷重100ｇ）で評価した。
【００１４】
図１より供試材の硬度を190以下とした場合に、打ち抜き回数が増大し、打ち抜き型の損耗が大幅に抑制できることがわかる。なお、図１において、プロットされている点の横軸の値は、左側から、175、180、185、190、195、205、207、210である。
【００１５】
ところで、鋼板の硬度を低減するためには、鋼中のSi量を低減することが効果的であるが、Si量低減は固有抵抗を低下させるため鉄損増大に繋がることとなる。そこで、他元素添加による硬度低減について検討した。その結果、Cr添加が効果的であることを見出した。
【００１６】
そこで、鋼板硬度に及ぼすCr量の影響を調査するため、Ｃ：0.0020％、Ｐ：0.005％、Al：0.5％、Ｎ：0.0021％、Ｓ：0.002％、とし、さらにSi＋0.5Cr量を３％一定としてCrをtr.〜５％の範囲で変化させた鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。ここでSi＋0.5Cr量を３％一定としたのは鋼板の固有抵抗を一定とするためである。
【００１７】
引き続きこの熱間圧延板に100％Ｈ２雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、30％Ｈ２-70％Ｎ２雰囲気で950℃×１min間の仕上焼鈍を行った。ここで熱延板焼鈍雰囲気を100％Ｈ２とし、仕上げ焼鈍雰囲気を30％Ｈ２-70％Ｎ２とした理由は、Cr添加鋼では表層窒化が生じやすく、窒化による硬度上昇を極力防止するためである。
【００１８】
図２に、このようにして得られた供試材のCr添加量と鉄損および硬度の関係を示す。ここで、硬度の測定は図１と同様の方法により、また、磁気特性の測定は25cmエプスタイン法により行った。
【００１９】
図２より、Cr：0.2〜３％の範囲でビッカース硬度が低下し、かつ鉄損の低い電磁鋼板が得られることがわかる。Ｃｒ：３％以上で硬度が高くなった理由は明確でないが、高Cr鋼では仕上げ焼鈍時に表層窒化が生じたためではないかと考えられる。以上よりCr添加量は0.2〜３％とし、打ち抜き性の観点からより望ましくは0.4％以上、1.4％未満とする。
【００２０】
なお、図２においてプロットされている点の横軸の値は、（Ａ）、（Ｂ）とも、左側から、０、0.1、0.2、0.3、0.42、0.8、1.1、1.4、2.0、3.0、4.0、5.0である。
【００２１】
ところで、本発明者らが硬度と金型の損耗について、より詳細に調査を行ったところ、硬度が180程度の材料においても金型寿命が100万回以下と短い場合があることを見出した。本材料について打ち抜き面を観察したところ、金型寿命の短い材料においては、鋼板断面に酸化物系の介在物が多く観察された。
そこで金型寿命に及ぼす酸化物の影響を調査するため、Ｃ：0.0015％、Si：2.8％、Ｐ：0.005％、Al：0.5％、Ｎ：0.0021％、Ｓ：0.002％、Cr：0.4％とした鋼を実験室にて溶解し、熱間圧延後、酸洗を行った。
【００２２】
ここで、酸化物系介在物量を変化させるため、脱酸材を溶鋼中に添加してから鋳型に鋳込むまでの時間を種々変化させた。引き続きこの熱間圧延板に100％Ｈ2雰囲気で830℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間圧延し、30％Ｈ２-70％Ｎ２雰囲気で950℃×１min間の仕上焼鈍を行った。さらに得られた鋼板に膜厚0.7μｍの無機有機皮膜を塗布した。本鋼板のビッカース硬度は185であった。
【００２３】
このようにして得られた供試材を用い、図1と同様の打ち抜き試験を行った。図３に直径１μｍ以上の酸化物系介在物量と打ち抜き回数の関係を示す。これより、鋼板断面における酸化物系の介在物量が30個/ｍｍ2超では打ち抜き回数が低下することがわかる。これは非常に硬い酸化物系介在物が金型と擦れ合うため、ビッカース硬度が190以下の材料であっても金型損耗が早まったためと考えられる。このような効果は従来の高グレード材では知られていなかったが、本発明のようなビッカース硬度が190以下の軟質材では酸化物の効果が顕著に生じたものと考えられる。なお、図３において、プロットされている点の横軸の値は、左側から順に、５、10、21、27、30、32、35、40、45、50である。
【００２４】
以上のことから、本発明においては、鋼板断面における直径１μｍ以上の酸化物系介在物量を30個/ｍｍ2以下とする。
【００２５】
（その他の成分の限定理由）
次に、成分の限定理由について説明する。
Si：  Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、3.5％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限は3.5％とする。一方、１％以下では固有抵抗が低下し、鉄損が増大するため下限を１％とする。
Al：  AlはSiと同様、固有抵抗を上げるために有効な元素であるが、３％を超えると飽和磁束密度の低下に伴い磁束密度が低下するため上限を３％とする。また、0.1％未満の場合にはAlＮが微細化し粒成長性が低下するため下限を0.1％とする。
【００２６】
Ｃ:  Ｃは磁気時効の問題があるため上限を0.005％とし、硬度上昇を極力抑制する観点から望ましくは0.0009％とする。
Mn：  Mnは熱間圧延時の赤熱脆性を防止するために0.05％以上必要であるが、1.5％以上になると磁束密度を低下させるので0.05〜1.5％とし、硬度の観点からより望ましくは0.05〜0.1％とする。
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、Cr添加による低硬度化の効果をより効果的にする観点からより望ましくは0.01％以下とする。
【００２７】
Ｎ：  Ｎは、含有量が多い場合には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。
Ｓ：  Ｓは0.02％を超えると鉄損が増大するため、上限を0.02％とする。
なお、磁気特性を向上させるためビッカース硬度が190を超えない範囲でNi，Cu、Co、Sb、Snを添加することは何ら問題ない。
【００２８】
（製造方法）
次に本発明の鋼板の製造方法について説明する。
本発明においては、本発明で規定する成分が本発明の範囲内で、かつ、これらの成分調整よって得られる鋼板のビッカース硬度が190以下であり、鋼板断面における直径１μｍ以上の酸化物系の介在物量が30個/ｍｍ2であるようにすれば、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。
【００２９】
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。ここで、Al等の脱酸剤を投入してから鋳造するまでに、酸化物系の介在物を十分に浮上させることが望ましい。これにより、鋼板断面における直径１μｍ以上の酸化物系の介在物量が30個/ｍｍ2となるように調整する。
【００３０】
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温度でかまわない。また、熱延後の熱延板焼鈍は行ってもよいが必須ではない。次いで一回の冷間圧延、もしくは中間焼鈍をはさんだ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。
【００３１】
【実施例】
転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表1の成分に鋳造後した。ここで、脱酸剤を投入してから鋳造するまでの時間は表中のように変化させた。引き続き1140℃×１hrのスラブ加熱を行った後、板厚2.0mmまで熱間圧延を行った。熱間圧延仕上げ温度は800℃、巻取り温度は610℃とした。巻取り後、100％Ｈ2雰囲気で830℃×３hrの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、30％Ｈ２-70％Ｎ２雰囲気で表１に示す条件において仕上焼鈍を行った。
【００３２】
磁気特性の測定は、25cmエプスタイン試験片を用い行い、圧延方向（Ｌ方向）および圧延方向と直角の方向（Ｃ方向）の２方向を測定した。
また、打ち抜き試験は、上記により得られた鋼板に膜厚0.7μｍの無機有機絶縁皮膜を塗布した後、内径70mm、外径100mmのリング形状のサンプルを作製することにより評価した。この時、クリアランスは10％とし、打ち抜かれた鋼板のバリの高さが50μｍを超えた時点を打ち抜き回数とした。
【００３３】
硬度の測定はビッカース試験器を用い、鋼板板面での硬度を測定した。なおこの際の荷重は100ｇとした。
各鋼板の硬度、打ち抜き回数及び磁気特性を表１に併せて示す。なお、表１において磁気測定は25cmエプスタイン法にて評価した。
【００３４】
表１より、Cr量、酸化物個数が本発明の範囲内である鋼において、ビッカース硬度が190以下であり、磁気特性に優れ（鉄損が低く）、打ち抜き加工性に優れた鋼板が得られることがわかる。
【００３５】
これに対し、No.13、No.14の比較鋼においては、Crの成分値が本発明の範囲に入っていないためビッカース硬度が190を超え、従って打ち抜き加工性が劣っている。これに加え、No.14の比較鋼においては鉄損値も高くなっている。また、No.15の比較鋼においては、介在物の個数が多いため打ち抜き加工性が劣っている。
【００３６】
No.16の比較鋼においては、Si含有量が高いため、ビッカース硬度が190を超え、従って打ち抜き加工性が劣っている他、磁束密度も低くなっている。No.17の鋼板においては、Al含有量が高いため、ビッカース硬度が190を超え、従って打ち抜き加工性が劣っている他、鉄損が高くなっている。
【００３７】
No.18、No.19の比較鋼においては、Mn含有量が本発明の範囲を外れているため、いずれも鉄損が高くなると共に磁束密度が低くなっている。No.20、No.21、No.22の比較鋼においては、それぞれ、Ｃ、Ｎ、Ｓ含有量が本発明の範囲を外れているため、いずれも鉄損が高くなると共に磁束密度が低くなっている。
【００３８】
【表１】
0004852804.tif 000002
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、鉄損が低く打ち抜き加工性に優れた鋼板を得ることができる。また、本発明により得られる鋼板は、より低い鉄損特性が求められる電気機器等の材料として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  硬度と打ち抜き回数との関係を示すグラフである。
【図２】  Ｃｒ添加量と硬度、鉄損との関係を示すグラフである。
【図３】  酸化物系介在物個数と打ち抜き回数との関係を示すグラフである。
【図１】
0004852804.tif 000003
【図２】
0004852804.tif 000004
【図３】
0004852804.tif 000005