JP2018165383A - 無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
[N]s=(t×[N]1−(t−40)×[N]2)/40 ・・・ 式(2)
表1に示す狙いの、AlとMnの含有率の異なる成分組成の合金を真空溶解によって溶製し、熱延(加熱温度1150℃、仕上げ温度850℃、仕上げ板厚2.3mm)、熱延板焼鈍(均熱温度870℃、均熱時間60秒)、冷延を施し0.5mmの冷延板を得た。次に評価用の試料を得るために、冷延板に、水素100%、DRY雰囲気の箱焼鈍を施した。
実験1は、理想的な焼鈍(箱焼鈍)を行ったときの磁気特性の評価結果であった。実験2では、実験1と同様の方法で作製した0.5mmの冷延板を、実機焼鈍を模擬できる連続焼鈍炉で焼鈍した。鋼板に付与する張力は0.3kgf/mm2とし、雰囲気は、窒素70%、水素30%、DRY、均熱温度850〜1050℃、均熱時間は30秒とした。焼鈍後の材料から、55mm×55mmの磁気測定用試料と断面観察用の小片を切り出し、磁気特性と結晶組織を評価した。評価の方法は、実験1と同様である。
次に、窒化に伴う鉄損劣化を防止法として、表面偏析しやすい元素で、磁性に与える悪影響が少ないと考えられるSnの添加効果を調査した。表2に示す成分組成の合金を溶製し、実験1と同じ方法で0.5mmの冷延板を得、連続焼鈍炉での焼鈍に供した。均熱温度は1050℃、均熱時間30秒、雰囲気は窒素70%、水素30%、DRYである。図4に鉄損W15/50のSnによる変化を示す。Sn添加により鉄損が改善された。
表3の様に、MnとSn量を変化させた合金を真空溶解し、実験1と同様の方法で冷延板を作製し、実験2、3と同様の連続焼鈍を施した。得られた各試料について、実験3と同様の方法で、鋼板表面の窒化[N]sを求め、40ppm以下の場合を○、以上の場合を×として、図6にMnとSnの関係として示した。40ppm以下にするためには、Mn量が多くなるほど、Snの添加量を多くする必要があることが分かる。○と×の境界を数式でフィッティングすると、概ね、[Sn]=0.04−0.01/[Mn]と表せる。
Cは、鋼内に炭化物を形成し鉄損を劣化させるので、含有量を0.0030%以下とする。一方、仕上げ焼鈍時の表面の窒化を抑制し鉄損を改善する作用を持つので、0.0005%以上の添加をしてもよい。添加する場合の好ましい範囲は、0.0005〜0.0025%であり、より好ましくは0.0005〜0.0020%、さらに好ましくは0.0005〜0.0015%である。
Siは鋼の固有抵抗を増加させ鉄損を低下させるために有効な元素である。本発明では2.7%以上とする。一方、多すぎると鋼の靭性が劣化し製造が困難となるので3.3%以下とする。好ましい範囲は2.8〜3.2%であり、さらに好ましくは2.9〜3.1%である。
Alは、AlNの溶体化温度を上昇させ、スラブ加熱以降の工程でAlNの微細析出を抑制し、鉄損低減に寄与する。その効果を享受するため下限を0.2%とする。一方で、実験1で明らかになった様に、Alはヒステリシス損失を増加させる影響を持つので、本発明では、上限を0.5%とする。好ましい範囲は0.2〜0.4%、より好ましくは0.2〜0.3%である。
本発明では先に示した様にAl含有量の上限を制限するため、固有抵抗が不足する傾向にある。Mnも固有抵抗を上昇させる作用を持つので、本発明では、不足する固有抵抗を上昇させるため、Mnを0.5%以上添加する。ただし過剰な添加は、鋼を脆化させるので上限は2.0%とする。好ましい範囲は0.5〜1.5%、より好ましくは0.5〜1.3%、さらに好ましくは0.5〜1.0%である。
Sは析出物を形成して鉄損を劣化させるので、0.0040%以下とする。好ましくは0.002%以下、さらに好ましくは0.001%以下である。
Nは析出物を形成して鉄損を劣化させるので、0.0040%以下とする。好ましくは0.002%以下、さらに好ましくは0.001%以下である。
先の実験2〜4で示した様に、Mn含有量が増えると、仕上げ焼鈍時に鋼板表面が窒化しやすくなり、鉄損が劣化するが、Snを添加すると、表面窒化が抑制され、鉄損も改善される。その時の必要なSn添加量はMn添加量に依存して増加する。図6に示した様に、Snの必要な添加量は、SnとMnの含有量(質量%)をそれぞれ[Sn]、[Mn]とした時に、0.04−(0.01/[Mn])≦[Sn]である。一方、Snの過剰な含有は、鋼の靭性を劣化させたり、絶縁コーティングの剥離を助長したりする。したがって上限を0.10%とする。好ましくは0.08%以下であり、さらに好ましくは0.06%以下である。
BもCと同様、仕上げ焼鈍時の表面の窒化を抑制し鉄損を改善する作用を持つので、添加することができる。Bは本発明に必須の元素ではないが、本作用を享受するためには、0.0001%以上の添加が好ましい。一方、過剰な添加は鉄損を劣化させるので、上限を0.0005%とする。過剰な添加で鉄損が劣化する原因は定かではないが、Bを含む微細な化合物が形成されるためと推定される。添加する場合のより好ましい範囲は0.0001〜0.0003%であり、さらに好ましくは0.0001〜0.0002%である。
実験3で分かったように、鋼板の地鉄部分の最表面から20μmまでの深さの部分が含有する平均の窒素量[N]sが大きくなるほど鉄損W15/50が劣化する。図4と図5から、[N]sが、0.0040%以下であれば、鉄損の劣化はない。したがって本発明では、[N]sは0.0040%以下とする。好ましくは、0.0030%以下である。
粗大な硫酸化物や硫化物を形成することでSを固定し、微細な硫化物の生成を抑制させるために、REMを0.03%以下の範囲で添加してもよい。REMとは、原子番号が57のLaから71のLuまでの15元素に原子番号が21のScと原子番号が39のYを加えた合計17元素の総称である。Caも同様の効果を持つので、0.005%以下の範囲で含有させてもよい。
表4に示す成分組成の鋼を真空溶解し、得られたインゴットに、加熱温度1150℃の粗圧延を施し、厚さ40mmの粗バーを得、その後、加熱温度1150℃、仕上げ温度850℃、巻き取り温度400℃、仕上げ厚2.0mmの仕上げ圧延を行い、熱延板を得た。得られた熱延板に、均熱温度870℃、均熱時間60秒の熱延板焼鈍を施してから、冷間圧延に供し、0.5mmの冷延板を得た。それら冷延板に、実機製造ラインを摸擬した連続焼鈍炉を用いて仕上げ焼鈍を施した。鋼板に付与する張力は0.3kgf/mm2とし、炉内雰囲気は窒素70%、水素30%、露点−30℃とし、均熱温度は1025℃、均熱時間は30秒とした。
実施例1の表4、D12の試験で用いた熱延焼鈍板を冷延に供し、板厚0.3mm、0.35mm、0.5mmの冷延板を得た。得られた冷延板に、表5に示す種々の条件で仕上げ焼鈍を施し、無方向性電磁鋼板を得た。実施例1と同様の方法で、得られた鋼板の[N]sと鉄損W15/50を求め、表5に示した。均熱温度が高いほど、表面窒素量が多くなり、鉄損が劣化する傾向が見られた。また、雰囲気露点が−15℃以上、5℃以下の範囲で、W15/50が2.3W/kg以下の非常に良好な特性が得られる。ただし露点5℃では、磁束密度が低下した。また、混合ガスの窒素の体積割合が低いほど、表面窒素量は少なく、鉄損が良好になる傾向があった。
Claims (2)
- 質量%で、
C :0.0030%以下、
Si:2.7〜3.3%、
Al:0.2〜0.5%、
Mn:0.5〜2.0%、
S :0.0040%以下、及び
N :0.0040%以下、
を含有し、
さらに、式(1)を満足する量のSnを含有し、
残部がFe及び不純物からなり、
式(2)で求められる鋼板の地鉄部分の最表面から20μmまでの深さの部分の含有する窒素量[N]sが、0.0040質量%以下である
ことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
0.04−(0.01/[Mn])≦[Sn]≦0.1 ・・・ 式(1)
[N]s=(t×[N]1−(t−40)×[N]2)/40 ・・・ 式(2)
ここで、[Sn]、[Mn]は、それぞれ、SnとMnの含有量(質量%)、tは絶縁コーティングを除く鋼板の板厚(μm)、[N]1は絶縁コーティングを除く鋼板全体の窒素含有量(質量%)、[N]2は両方の表面を各々20μm(絶縁コーティングを除く)除去した後の鋼板が含む窒素量(質量%)である。 - 前記Feの一部に代えて、
B :0〜0.0005%、
REM:0〜0.03%、及び
Ca:0〜0.005%
の少なくとも一つを含有する、請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
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