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JP2016130360A - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

無方向性電磁鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】低Al含有量でリサイクル性にも優れ、かつ、高磁束密度で低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供するとともに、その鋼板の製造方法を提案する。
【解決手段】mass%で、C:0.0050%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:0.20〜3.0%、sol.Al:0.0050%以下、P:0.2%以下、S:0.0050%以下およびN:0.0040%以下を含有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造する際、上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、CaO/(SiO+Al+CaO)で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、Al/(SiO+Al+CaO)で定義されるAlの組成比率を0.3以上とし、上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、電気機器の鉄心材料等として用いられる無方向性電磁鋼板とその製造方法に関するものである。
近年、省エネルギーに対する関心が高まるのに伴い、家庭用エアコン等に用いるモータには、消費電力が少なく、エネルギー損失が小さいことが要求されている。そのため、モータの鉄心材料に用いられる無方向性電磁鋼板に対しても、高性能な特性、例えば、モータの鉄損を低減するために低鉄損であることや、モータの銅損を低減するために高磁束密度であることが強く要求されるようになってきている。
無方向性電磁鋼板の鉄損を低減する方法としては、従来、SiやAl,Mn等、鋼の固有抵抗を高める元素の添加量を増量し、渦電流損を低減する方法が用いられてきた。しかし、この方法では、磁束密度の低下を免れない。そこで、鉄損を低減することに加えて、無方向性電磁鋼板の磁束密度を高める技術が幾つか提案されている。
例えば、特許文献1には、wt%で、C:0.02%以下、SiもしくはSi+Al:4.0%以下、Mn:1.0%以下、P:0.2%以下を含有するスラブに、SbやSnを添加することで、高磁束密度化を図る技術が提案されている。しかしながら、この技術は、磁気特性のバラツキを十分には低減できず、さらに熱間圧延後に、短時間焼鈍を挟んだ2回の冷間圧延を行う必要があるため製造コストが高くなるという問題がある。
また、特許文献2には、wt%で、C≦0.008%、Si≦4%、Al≦2.5%、Mn≦1.5%、P≦0.2%、S≦0.005%、N≦0.003%を含有する熱延板中に存在する酸化物系介在物のMnO組成比率(MnO/(SiO+Al+CaO+MnO))を0.35以下に制御することで、圧延方向に伸びた介在物の数を減らし、結晶粒の成長性を向上する技術が提案されている。しかし、この技術は、Mn含有量が低い場合には、微細なMnS等の硫化物の析出によって、却って磁気特性、特に、鉄損特性が低下するという問題がある。
ところで、最近では、鉄資源をリサイクルする観点から、鉄心材の打抜加工時に発生するスクラップを鋳物銑の原料に再利用することが増加してきている。しかし、鋳物銑に含まれるAl含有量が0.05mass%以上になると、鋳物中に鋳巣(引け巣)が生じ易くなるため、スクラップ中に含まれるAlの含有量を0.05mass%未満に制限することが望まれている。
Alの含有量を低減した無方向性電磁鋼板としては、例えば、特許文献3には、Al含有量を0.017mass%以下、好ましくは0.005mass%以下に低減することで、集合組織を改善し、磁束密度を向上する技術が提案されている。しかし、この方法は、冷間圧延に、室温における1回圧延法を採用しているため、十分な磁束密度の向上効果が得られない。この問題は、上記冷間圧延を、中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延とすることで解消されるが、製造コストが上昇するという別の問題が生じる。また、上記冷間圧延を、板温を200℃程度に昇温して圧延する、いわゆる温間圧延とすることも、磁束密度の向上に有効であるが、そのためには、新たな設備対応や工程管理が必要となるという問題がある。また、特許文献3には、Alのみを低減し、Nを低減しない場合には、熱延板焼鈍の冷却中にAlNが微細析出して再結晶焼鈍時の粒成長を抑制し、鉄損が劣化することも記載されている。
特許第2500033号公報 特許第3378934号公報 特許第4126479号公報
上記したように、鉄スクラップを鋳物銑の原料として再利用するため、Alの含有量を低減した場合には、新たな設備対応や工程管理を必要とせずに、高磁束密度で低鉄損の無方向性電磁鋼板を低コストで生産性よく製造することが難しいのが実情である。
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、低Al含有量でリサイクル性にも優れ、かつ、高磁束密度で低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供するとともに、その鋼板を低コストで生産性よく製造する方法を提案することにある。
発明者らは、上記課題を解決するべく、鋼板中に存在する酸化物系介在物の成分組成と磁気特性との関係に着目して鋭意検討を重ねた。その結果、無方向性電磁鋼板の磁束密度を高め、鉄損を低減するためには、sol.Alを極力低減した上で、鋼素材中に存在する酸化物系介在物中のCaOおよび/またはAlの組成比率を適正範囲に制御し、熱延板焼鈍や仕上焼鈍における粒成長性を改善することが有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。
すなわち、本発明は、C:0.0050mass%以下、Si:1.5〜5.0mass%、Mn:0.20〜3.0mass%、sol.Al:0.0050mass%以下、P:0.2mass%以下、S:0.0050mass%以下およびN:0.0040mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、鋼板中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式;
CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率が0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
で定義されるAlの組成比率が0.3以上である無方向性電磁鋼板である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分組成に加えてさらに、下記A〜D群のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする。

A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
B群;Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
C群;Mg:0.001〜0.05mass%およびREM:0.001〜0.05mass%のうちから選ばれる1種または2種
D群;Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
また、本発明は、上記のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式;
CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
で定義されるAlの組成比率を0.3以上とし、上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
また、本発明は、上記のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式;
CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
で定義されるAlの組成比率を0.3以上とし、上記熱延板焼鈍を900〜1150℃の温度で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
本発明によれば、高磁束密度、低鉄損で、しかも、リサイクル性に優れる無方向性電磁鋼板を、新たな設備対応や工程管理を必要とせずに、低コストでかつ生産性よく提供することが可能となる。
鋼板中に存在する酸化物系介在物の組成比率が鉄損W15/50に及ぼす影響を示すグラフである。
先ず、発明者らは、集合組織を改善し、磁気特性を向上する方策を検討するため、先述した特許文献3に開示された鋼の成分組成をベースにして、Alの含有量を極力低減し、PとSnを添加した成分系、具体的には、C:0.0030mass%、Si:1.6mass%、Mn:0.08mass%、P:0.06mass%、S:0.0020mass%、sol.Al:0.0006mass%、N:0.0015mass%およびSn:0.04mass%を含有する成分組成の鋼スラブを製造し、1100℃の温度に再加熱した後、2.3mm厚まで熱間圧延したところ、一部の鋼板で脆性割れや破断が発生し、熱延を中止せざるを得なかった。
そこで、上記割れや破断の原因を解明するため、熱延途中の鋼板を調査した結果、割れや破断部にはSが濃化していることが判明した。このS濃化部には、SとFe以外は認められなかったことから、この脆化は、鋼中のSが熱間圧延時に低融点のFeSを形成し、熱間脆性を起こしたためであると推定された。
FeSによる脆性を防止するには、Sを低減するのが有効であるが、そのためには脱硫コストの上昇が避けられない。そこで、発明者らは、Mnを増加したり、Caを添加したりして、Sを高融点のMnSやCaSとして固定すれば、低融点のFeSの生成を防止し、熱間圧延での脆性を防止できると考え、上記鋼に、Mnを増加し、Caを添加した成分組成(C:0.0030mass%、Si:1.6mass%、Mn:0.40mass%、P:0.07mass%、S:0.0020mass%、sol.Al:0.0008mass%、N:0.0015mass%、Sn:0.04mass%およびCa:0.0030mass%)の鋼スラブを製造し、1100℃の温度に再加熱した後、2.3mm厚まで熱間圧延したところ、割れや破断の発生は認められなかった。
以上のことから、低Al鋼における熱間圧延での割れや破断を防止するためには、Mnの増加やCaの添加が有効であることが確認された。
次に、発明者らは、上述したMnを増加し、Caを添加した成分系の鋼スラブを素材として製造した製品板(仕上焼鈍板)の圧延方向に平行な断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、鋼板中に存在する酸化物系介在物の成分組成を分析し、その結果と製品板の磁気特性との関係を調査した。その結果、鋼板中に存在する酸化物系介在物の成分組成、特にCaOの組成比率およびAlの組成比率によって磁気特性が変動している傾向が認められた。
そこで、発明者らは、さらに、上記成分系の鋼において、酸化物系介在物の成分組成を変化させるため、脱酸剤として用いるAlおよびCaの添加量を種々に変えた成分系、具体的には、C:0.0015〜0.0035mass%、Si:1.6〜1.7mass%、Mn:0.40mass%、P:0.07mass%、S:0.0010〜0.0030mass%、sol.Al:0.0001〜0.0030mass%、N:0.0010〜0.0020mass%、Sn:0.03mass%およびCa:0〜0.0040mass%の成分組成を有する種々の鋼を溶製し、連続鋳造してスラブとした。なお、上記C,Si,SおよびNが組成範囲を有しているのは、溶製時のばらつきによるもので、意図したものではない。
次いで、上記スラブを、1100℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とし、酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、1000℃の温度で仕上焼鈍を施した。
このようにして得た仕上焼鈍後の鋼板について、圧延方向(L)および圧延直角方向(C)からエプスタイン試験片を切り出し、鉄損W15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)をJIS C2552に準拠して測定した。
また、仕上焼鈍板の圧延方向の断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、酸化物系介在物の成分組成を分析し、下記(1)式;
CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率(mass%比率)、および、下記(2)式;
Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
で定義されるAlの組成比率(mass%比率)を求めた。
なお、上記CaOおよびAlの組成比率(mass%比率)は、いずれも200個以上の酸化物系介在物についての平均値である。また、酸化系介在物中には、上記SiO、Al、CaO以外にMnOやMgO等が認められたが、少量であるため、組成比率の計算では考慮しなかった。
図1に、酸化物系介在物のCaOの組成比率およびAlの組成比率と鉄損W15/50との関係を示す。この図から、CaOの組成比率(CaO/(SiO+Al+CaO))が0.4未満、かつ、Alの組成比率(Al/(SiO+Al+CaO))が0.3未満の範囲で、鉄損W15/50が劣る、逆にいえば、CaO/(SiO+Al+CaO)が0.4以上および/またはAl/(SiO+Al+CaO)が0.3以上の範囲で、鉄損W15/50が良好となることがわかった。
次いで、上記の鉄損W15/50が劣る仕上焼鈍板について、圧延方向断面(L断面)に観察される酸化物系介在物を光学顕微鏡で観察したところ、いずれも圧延方向に伸びた形態を示していることがわかった。この結果について、発明者らは、以下のように推察している。
CaOの組成比率(CaO/(SiO+Al+CaO))が0.4未満かつAlの組成比率(Al/(SiO+Al+CaO))が0.3未満の酸化物系介在物は、融点が低いため、熱間圧延時に圧延方向に伸長する傾向がある。圧延方向に伸長した介在物は、熱延直後の自己焼鈍や、熱延板焼鈍、仕上焼鈍における粒成長を阻害して結晶粒径を小さくしたり、磁壁の移動を阻害したりするため、鉄損が劣化する。したがって、仕上焼鈍後の鋼板(製品板)の磁気特性を向上するためには、鋼中に存在する酸化物系介在物の成分組成を適正範囲に制御し、熱間圧延時に圧延方向に伸長するのを防止し、粒成長性を改善するのが有効であると考えられる。
本発明は、上記知見に基いて、開発したものである。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板(製品板)の成分組成について説明する。
C:0.0050mass%以下
Cは、磁気時効を起こして鉄損を増加させる元素であり、特に、0.0050mass%を超えると、鉄損の増加が顕著となることから、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
Si:1.5〜5.0mass%
Siは、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。特に、本発明では、Siと同じ効果を有するAlを低減しているため、Siは1.5mass%以上添加する。しかし、Siが5.0mass%を超えると、磁束密度が低下するだけでなく、鋼が脆化し、冷間圧延中に亀裂を生じる等、製造性を大きく低下させる。よって、上限は5.0mass%とする。好ましくは1.6〜3.5mass%の範囲である。
Mn:0.20〜3.0mass%
Mnは、Sと結合してMnSを形成し、FeSによる熱間脆性を防止する効果を有する。また、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素でもある。そこで、本発明では、Mnを0.20mass%以上含有させる。一方、3.0mass%を超えると、磁束密度が低下するため、上限は3.0mass%とする。好ましくは、0.25〜1.0mass%の範囲である。
P:0.2mass%以下
Pは、微量の添加で鋼の硬さを高める効果が大きい有用な元素であり、要求される硬さに応じて適宜添加する。しかし、Pの過剰な添加は、冷間圧延性の低下をもたらすので、上限は0.2mass%とする。好ましくは、0.040〜0.15mass%の範囲である。
S:0.0050mass%以下
Sは、硫化物となって析出物や介在物を形成し、製造性(熱間圧延性)や製品板の磁気特性を低下させるので、少ないほど好ましい。本発明では、MnやCaにより、上記Sの悪影響を抑制するので、上限は0.0050mass%まで許容されるが、磁気特性を重視する場合には0.0025mass%以下とするのが好ましい。なお、Sは少ないほど好ましいので、下限は特に規定しない。
sol.Al:0.0050mass%以下
Alは、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。しかし、先述したように、スクラップを鋳物銑の原料としてリサイクルする観点から、Alは0.05mass%未満であることが望まれており、低いほど好ましい。
さらに、本発明では、集合組織を改善し、磁束密度を高めるため、Alをさらに低減し、sol.Al(酸可溶Al)で0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.0020mass%以下である。
N:0.0040mass%以下
Nは、前述したCと同様、磁気特性を劣化させる元素であり、特に、低Al材では、上記悪影響は顕著となるので、0.0040mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記必須とする成分に加えてさらに、下記A〜D群のうちの少なくとも1群の成分を下記の範囲で含有することができる。
A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
Caは、Mnと同様、鋼中のSを固定して低融点のFeSの生成を防止し、熱間圧延性を改善する効果があるが、本発明では、Mnを増量しているため、Caの添加は必須ではない。しかし、Caは、熱間圧延におけるヘゲの発生を抑止する効果があるので、0.0005mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.0100mass%を超える添加は、Ca硫化物やCa酸化物の量が増加して粒成長を阻害し、却って鉄損特性が劣化するため、上限は0.0100mass%とするのが好ましい。より好ましくは0.0010〜0.0050mass%の範囲である。
B群;Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
SnおよびSbは、いずれも、集合組織を改善し、磁気特性を向上する効果を有する。上記効果を得るには、単独または複合して、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。しかし、過剰に添加すると、鋼が脆化し、鋼板の製造過程で板破断やヘゲ等の表面欠陥を引き起こすため、上限はそれぞれ0.1mass%とするのが好ましい。より好ましくはそれぞれ0.02〜0.05mass%の範囲である。
C群;Mg:0.001〜0.05mass%およびREM:0.001〜0.05mass%のうちから選ばれる1種または2種
MgおよびREMは、高温でMnSやCuSよりも安定な硫化物を生成して粗大化し、微細な硫化物が減少するため、粒成長性が改善されて、磁気特性を向上する効果を有する元素である。上記効果を得るためには、MgおよびREMのうちの1種以上を、それぞれ0.001mass%以上含有するのが好ましい。一方、MgおよびREMは0.05mass%を超えて添加しても、効果が飽和し、経済的に不利となるため、上限はそれぞれ0.05mass%とするのが好ましい。
D群;Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
Cu,NiおよびCrは、鋼板の比抵抗を高めて鉄損を低減させるのに有効な元素である。上記効果を得るためには、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。一方、これらの元素は、SiやAlと比較して高価であるため、それぞれの添加量は0.5mass%以下とするのが好ましい。
本発明の無方向性電磁鋼板は、上記成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の作用効果を害しない範囲内であれば、他の元素の含有を拒むものではなく、例えば、不可避的不純物として含まれる含有量が、Vは0.004mass%以下、Nbは0.004mass%以下、Bは0.0005mass%以下、Tiは0.002mass%以下であれば許容され得る。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板中に存在する介在物について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板が、優れた磁気特性を有するためには、製品板(仕上焼鈍板)中、ひいては、その素材となる熱延板やスラブ中に存在する酸化物系介在物のCaOの組成比率(CaO/(SiO+Al+CaO))が0.4以上および/またはAlの組成比率(Al/(SiO+Al+CaO))が0.3以上であることが必要である。上記範囲を外れると、酸化物系介在物が熱間圧延により伸展し、熱延直後の自己焼鈍や、熱延板焼鈍、仕上焼鈍における粒成長性を阻害して、磁気特性を劣化させるからである。好ましくは、CaOの組成比率は0.5以上および/またはAlの組成比率は0.4以上、より好ましくは、CaOの組成比率は0.6以上、または、Alの組成比率は0.5以上である。なお、鋼板中に存在する酸化物系介在物のCaOの組成比率およびAlの組成比率は、鋼板の圧延方向に平行な断面(L断面)に存在する酸化物系介在物をSEM(走査型電子顕微鏡)で200個以上観察し、それらの成分組成を分析したときの平均値から算出した値である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板中に存在する介在物の成分組成を、上記範囲に制御する方法について説明する。
介在物の成分組成を、上記範囲に制御するためには、二次精錬工程における脱酸剤としてのSi,Alの添加量や、Caの添加量、脱酸時間等を適正化し、スラブ中の酸化物系介在物を上記の適正範囲に制御することが必要である。
具体的には、Alの組成比率を高めるためには、脱酸剤としてのAlの添加量を増加するのが有効である。ただし、Alの添加量を増加すると、sol.Alも増加するので、sol.Alが0.0050mass%以下となる範囲で、Alの添加量を増加する必要がある。一方、CaOの組成比率を高めるためには、CaSi等のCa源を添加することの他に、脱酸剤としてのSiの添加量を少なくし、SiOを減少させることが有効である。
上記の方法で、鋼中に存在する酸化物系介在物の組成比率を上記範囲に制御することができる。なお、Alは窒化物形成元素であり、Caは硫化物形成元素であるため、脱酸剤として添加するAlやCa源の量は、NやSの含有量に応じて、適宜調整することが重要である。
次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
本発明の無方向性電磁鋼板は、熱延板焼鈍を省略して製造する場合には、熱間圧延後のコイルの巻取温度を規制する必要があるが、熱延板焼鈍を施して製造する場合には、通常の無方向性電磁鋼板に適用されている製造設備および製造工程で製造することができる。 すなわち、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、まず、転炉あるいは電気炉などで溶製した鋼を脱ガス処理設備等で二次精錬し、所定の成分組成に調製した後、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法により鋼素材(スラブ)とする。
ここで、本発明の製造方法において重要なことは、前述したように、鋼中に存在する酸化物系介在物の成分組成を適正範囲に制御する、すなわち、CaOの組成比率(CaO/(SiO+Al+CaO))を0.4以上、および/または、Alの組成比率(Al/(SiO+Al+CaO))を0.3以上に制御する必要があることである。その方法については、上述したとおりである。
次いで、上記のようにして製造したスラブは、その後、熱間圧延を行うが、スラブを再加熱する温度(SRT)は1000〜1200℃の範囲とするのが好ましい。SRTが1200℃を超えると、エネルギーロスが大きくなり不経済となるだけでなく、スラブの高温強度が低下し、スラブ垂れなどの製造上のトラブルが生じるおそれがある。一方、1000℃を下回ると、熱間変形抵抗が増大し、熱間圧延することが困難となるためである。
続く熱間圧延の条件は、通常の条件で行えばよい。熱間圧延した鋼板の板厚は、生産性を確保する観点から、1.5〜2.8mmの範囲とするのが好ましい。1.5mm未満では、熱間圧延での圧延トラブルが増加し、一方、2.8mm超えでは冷延圧下率が高くなり過ぎて、集合組織が劣化するからである。より好ましい熱延板厚は1.7〜2.4mmの範囲である。
熱間圧延後の熱延板焼鈍は、施しても、省略してもよいが、製造コストを低減する観点からは、省略した方が有利である。
ここで、熱延板焼鈍を省略する場合には、熱間圧延後のコイルの巻取温度を650℃以上とすることが必要である。熱延板コイルの自己焼鈍が不十分で、冷間圧延前の鋼板が十分に再結晶していないと、リジングが発生したり、磁束密度が低下したりするためである。好ましくは、670℃以上である。
一方、熱延板焼鈍を行う場合には、熱延板焼鈍の均熱温度を900〜1150℃の範囲とするのが好ましい。均熱温度が900℃未満では、圧延組織が残存し、磁気特性の改善効果が十分に得られない。一方、1150℃を超えると、結晶粒が粗大化し、冷間圧延で割れが発生し易くなる他、経済的にも不利となるからである。
なお、熱延板焼鈍を行う場合でも、コイル巻取温度を650℃以上としてもよいことは勿論である。
次に、上記熱間圧延後あるいは熱延板焼鈍後の鋼板は、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とする。この際、磁束密度を高めるためには、板温を200℃程度の温度に上昇して圧延するいわゆる温間圧延を採用するのが好ましい。また、冷延板の厚さ(最終板厚)については特に規定しないが、0.10〜0.60mmの範囲とするのが好ましい。0.10mm未満では、生産性が低下し、0.60mm超えでは鉄損低減効果が小さいからである。鉄損低減効果を高めるためには、0.10〜0.35mmの範囲がより好ましい。
上記の冷間圧延した鋼板(冷延板)は、その後、連続焼鈍で仕上焼鈍を施す。この仕上焼鈍の均熱温度は700〜1150℃の範囲とするのが好ましい。均熱温度が700℃未満では、再結晶が十分に進行せず、良好な磁気特性が得られない他、連続焼鈍による形状矯正効果も得られない。一方、1150℃を超えると、エネルギーロスが大きくなり、不経済となる。
次いで、上記仕上焼鈍した後の鋼板は、鉄損をより低減するため、鋼板表面に絶縁被膜を塗布、焼付けることが好ましい。なお、上記絶縁被膜は、良好な打抜き性を確保したい場合には、樹脂を含有した有機コーティングとするのが好ましい。また、溶接性を重視する場合には、半有機や無機コーティングとするのが好ましい。
表1に示した成分組成が異なるA〜Qの鋼を溶製し、連続鋳造法でスラブとした。なお、上記鋼の溶製に際しては、脱酸剤として主にSiとAlを用い、また、Ca源としてCaSiを添加した。これらの脱酸剤やCaSiの添加量は、溶鋼中のNやO,Sの含有量に応じて調整した。
次いで、上記スラブを1050〜1130℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とした。この際、コイル巻取温度はすべて680℃とした。
次いで、上記熱延板を酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、均熱温度1000℃で仕上焼鈍した後、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。なお、上記表1に示した鋼Jは熱間圧延中に割れが生じ、鋼EおよびQは冷間圧延中に割れが生じたため、その後の工程は中止した。
Figure 2016130360
次いで、上記のようにして得た製品板の圧延方向に平行な断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、200個以上の酸化物系介在物についての成分組成を分析し、平均値を求めて、CaOの組成比率およびAlの組成比率を算出した。
また、上記製品板の圧延方向(L)および圧延直角方向(C)からエプスタイン試験片を切り出して、磁束密度B50(磁化力5000A/mにおける磁束密度)および鉄損W15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)をJIS C2552に準拠して測定した。
上記測定の結果を表1に併記した。この結果から、本発明に適合する条件の鋼板は、熱間圧延や冷間圧延でのトラブルを起こすことなく製造することができ、しかも、鉄損W15/50が3.28W/kg以下と低鉄損であり、かつ磁束密度B50が1.722T以上と高磁束密度であり、優れた磁気特性を有していることがわかる。逆にいえば、本発明に適合しない条件である鋼板の磁気特性は、鉄損W15/50、および/または磁束密度B50が劣位であることがわかる。なお、鋼Cは、鋼溶製時における脱酸剤としてのAl添加量が少なく、かつ、CaSiも添加しなかったため、介在物の組成比率が本発明の範囲外となってしまった例である。
表2に示す成分組成が異なるR〜Uの鋼を、実施例1と同様にして溶製し、連続鋳造法でスラブとした。次いで、上記スラブを1050〜1110℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とした後、酸洗し、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、その後、均熱温度1000℃で仕上焼鈍し、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。この際、上記熱間圧延後のコイル巻取温度を表2中に示したように、600〜720℃の範囲で4段階に変化させた。ここで、鋼Vでは熱延板とした後に、連続焼鈍で均熱温度1000℃の熱延板焼鈍を施した後、酸洗を実施した。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAlの組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
Figure 2016130360
上記測定の結果を表2中に併記した。この結果から、本発明に適合する条件の鋼板は、鉄損W15/50が3.05W/kg以下、磁束密度B50が1.726T以上と優れた磁気特性を有していることがわかる。
表3に示した成分組成が異なるW〜AGの鋼を、実施例1と同様にして溶製し、連続鋳造法でスラブとした。次いで、上記スラブを1090〜1220℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.1mmの熱延板とした後、酸洗し、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、その後、均熱温度1010℃で仕上焼鈍し、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。この際、上記熱間圧延後のコイル巻取温度はすべて670℃とした。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAlの組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
Figure 2016130360
上記測定の結果を表3中に併記した。この結果から、本発明に適合する成分組成を有する鋼板は、鉄損W15/50が3.13W/kg以下、磁束密度B50が1.726T以上で、優れた磁気特性を有していることがわかる。
このようにして得た仕上焼鈍後の鋼板について、圧延方向(L)および圧延直角方向(C)からエプスタイン試験片を切り出し、鉄損W15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)をJIS C2552に準拠して測定した。
また、仕上焼鈍板の圧延方向の断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、酸化物系介在物の成分組成を分析し、下記(1)式;
CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率(mass%比率)、および、下記(2)式;
Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
で定義されるAlの組成比率(mass%比率)を求めた。
なお、上記CaOおよびAlの組成比率(mass%比率)は、いずれも200個以上の酸化物系介在物についての平均値である。また、酸化系介在物中には、上記SiO、Al、CaO以外にMnOやMgO等が認められたが、少量であるため、組成比率の計算では考慮しなかった。
表2に示す成分組成が異なるR〜の鋼を、実施例1と同様にして溶製し、連続鋳造法でスラブとした。次いで、上記スラブを1050〜1110℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とした後、酸洗し、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、その後、均熱温度1000℃で仕上焼鈍し、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。この際、上記熱間圧延後のコイル巻取温度を表2中に示したように、600〜720℃の範囲で4段階に変化させた。ここで、鋼Vでは熱延板とした後に、連続焼鈍で均熱温度1000℃の熱延板焼鈍を施した後、酸洗を実施した。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAlの組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
上記測定の結果を表3中に併記した。この結果から、本発明に適合する成分組成を有する鋼板は、鉄損W15/50が3.13W/kg以下、磁束密度B50が1.72T以上で、優れた磁気特性を有していることがわかる。

Claims (4)

  1. C:0.0050mass%以下、Si:1.5〜5.0mass%、Mn:0.20〜3.0mass%、sol.Al:0.0050mass%以下、P:0.2mass%以下、S:0.0050mass%以下およびN:0.0040mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    鋼板中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率が0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAlの組成比率が0.3以上である無方向性電磁鋼板。

    CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
    Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
  2. 上記成分組成に加えてさらに、下記A〜D群のうちの少なくとも1群の成分を含有す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。

    A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
    B群;Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
    C群;Mg:0.001〜0.05mass%およびREM:0.001〜0.05mass%のうちから選ばれる1種または2種
    D群;Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
  3. 請求項1または2に記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
    上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAlの組成比率を0.3以上とし、
    上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 請求項1または2に記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
    上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAlの組成比率を0.3以上とし、
    上記熱延板焼鈍を900〜1150℃の温度で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。

    CaO/(SiO+Al+CaO) ・・・(1)
    Al/(SiO+Al+CaO) ・・・(2)
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