JP2018109220A - リサイクル性に優れる無方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.0050mass%以下、Si:1.0〜5.0mass%、Mn:0.03〜3.0mass%、P:0.2mass%以下、S:0.005mass%以下、Al:0.05mass%以下、N:0.0050mass%以下、O:0.010mass%以下、Ti:0.0030mass%以下、Nb:0.0030mass%以下、B:0.0005〜0.0050mass%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する無方向性電磁鋼板。
【選択図】図2
Description
SiおよびMnの含有量を比較的高くした、C:0.002mass%、Si:2.5mass%、Mn:1.02mass%、P:0.02mass%、Al:0.001mass%、S:0.0021mass%、N:0.0028mass%、O:0.0045mass%、Ti:0.0012mass%およびNb:0.0005mass%を含有し、さらに、B:0.0001〜0.0059mass%、REM:0.001mass%以下または0.015mass%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成の鋼を実験室で溶解し、鋳造して鋼塊とし、熱間圧延して板厚2.0mmの熱延板とし、該熱延板に980℃×30secの熱延板焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚0.30mmの冷延板とした後、該冷延板に均熱温度1000℃、均熱時間10secの仕上焼鈍を施した。
次いで、上記磁気測定を行ったエプスタイン試験片に対して、さらに、ユーザーにおける歪取焼鈍を模擬した熱処理(昇温速度:300℃/hr、均熱温度:750℃、均熱時間:0hr、冷却速度:100℃/hr)を施した後、再度、磁気特性(鉄損W15/50)を測定した。
SiおよびMnの含有量が高く、Bを含まない鋼板では、歪取焼鈍において、Si−Mn窒化物が析出し、磁壁の移動を阻害するため、鉄損が増加する。そのため、歪取焼鈍での加工歪の解放による鉄損低減効果が、Si−Mn窒化物による鉄損増加によって相殺され、歪取焼鈍による鉄損改善効果が得られない。
一方、Bを適正量添加した鋼板では、微細に析出したB窒化物(主にBN)がインヒビターとして作用し、仕上焼鈍における粒成長を阻害するため、仕上焼鈍後(歪取焼鈍前)の鉄損は若干増加する。しかし、B窒化物の生成により鋼中のNが消費されるため、歪取焼鈍時のSi−Mn窒化物の析出が抑制されるため、歪取焼鈍における粒成長が促進され、歪取焼鈍後の鉄損は減少する。
さらに、Bに加えてREMを複合添加した鋼板では、比較的粗大なREM介在物(硫酸化物)上にBNが析出していることが観察されている。このことから、BとREMを複合添加した鋼板では、BNの微細分散析出が抑制され、仕上焼鈍における結晶粒成長も促進されるので、仕上焼鈍後(歪取焼鈍前)の鉄損も、B無添加材並みまで改善される。さらに、歪取焼鈍では、Si−Mn窒化物の生成が抑制されるため、歪取焼鈍による鉄損減少量はより大きくなる。すなわち、BとREMを適正量複合添加することで、仕上焼鈍後と歪取焼鈍後の鉄損を大きく改善することができる。
なお、発明者らの調査によれば、上記REMの効果は、Caでも認められている。
本発明は、上記の新規な知見に基き開発したものである。
C:0.0050mass%以下
Cは、炭化物を形成して磁気時効を引き起こし、製品板の鉄損特性を劣化させる有害元素であるので、上限を0.0050mass%に制限する。好ましくは、0.0030mass%以下である。なお、Cは低いほど好ましく、下限値は特に規定しない。
Siは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減する効果がある元素である。Siは、非磁性元素であるため、多量に添加すると磁束密度が低下するという問題もあるが、多くの場合、鉄損低減効果によりモーター効率が向上するので、本発明ではSiを積極的に添加する。また、本発明は、歪取焼鈍での窒化珪素析出による粒成長性の阻害を抑止する技術であるが、上記悪影響は、Siが1.0mass%未満では顕著ではなく、本発明の効果が発現しない。一方、Si添加量が5.0mass%を超えると、圧延することが困難になる。よって、本発明では、Siの範囲は1.0〜5.0mass%の範囲とする。好ましくは1.5〜4.0mass%、さらに好ましくは2.0〜3.5mass%の範囲である。
Mnは、Sと結合して、Sによる熱間脆性を防止する他、鋼の比抵抗を高めて鉄損を低減する効果がある。特に、Mnは、Siよりも固溶強化量が小さい元素であるため、Siに比べて鋼の打抜性を損なわずに比抵抗を高めることができるので、本発明では積極的に添加する。上記効果を得るためには、0.03mass%以上の添加が必要である。一方、3.0mass%を超えると、Mn炭化物の析出量が増加して粒成長を阻害し、却って鉄損が増加するため、Mnの範囲は0.03〜3.0mass%の範囲とする。好ましくは0.3〜2.0mass%の範囲である。
なお、上記したSiおよびMnは、窒化物を形成する元素であり、特にSiとMnを複合添加する場合、歪取焼鈍でのSi−Mn窒化物の形成が促進され、特に、Siの含有量(mass%)に対するMnの含有量(mass%)の比である[Mn]/[Si]が0.20以上であるときは、Si−Mn窒化物がより生成し易くなり、粒成長性を阻害するため、歪取焼鈍による鉄損低減効果が得られなくなる。すなわち、[Mn]/[Si]が0.20以上であるときに、本発明の効果が顕著となる。よって、本発明の技術は、[Mn]/[Si]が0.20以上である無方向性電磁鋼板に適用するのが好ましい。より好ましくは0.30以上である。
Pは、固溶強化能が高いので、鋼の強度(硬さ)調整のために適宜添加することができる。上記効果を得るためには0.04mass%以上の添加が好ましい。しかし、0.2mass%を超えると、鋼が脆化し、圧延することが困難になるため、Pの上限は0.2mass%とする。好ましくは0.10mass%以下である。
Alは、リサイクル性を低下させる有害元素であり、極力低減するのが好ましい。特に、0.05mass%を超えると、リサイクルすることが難しくなる。また、Alを0.005mass%以下とすると、微細AlNが減少して、結晶粒成長が促進されるため、製品板の鉄損低減には有利である。しかし、本発明では、NをB窒化物(主にBN)として固定するため、Alを0.05mass%まで添加しても、微細AlNが生成し難く、粒成長性に及ぼす悪影響は小さい。よって、本発明では、Alの上限を0.05mass%とする。好ましくは0.02mass%以下である。
Nは、SiやMnと窒化物を形成して粒成長性を阻害し、鉄損を増加させる有害元素である。上記悪影響は、0.0050mass%を超えると顕著になるため、Nの上限は0.0050mass%とする。好ましくは0.003mass%以下である。
Sは、硫化物を形成して、粒成長を阻害し、鉄損を増加させる元素である。特に、0.005mass%を超えると、上記悪影響が顕著になるため、上限を0.005mass%とする。好ましくは0.003mass%以下である。
Oは、酸化物を形成して、粒成長を阻害し、鉄損を増加させる元素である。特に、0.010mass%を超えると、上記悪影響が顕著になるため、上限を0.010mass%とする。好ましくは0.005mass%以下である。
TiおよびNbは、鋼中のCと結合して、再結晶集合組織を劣化させ、製品板の磁束密度を低下させる元素である。いずれも0.0030mass%を超えると、上記悪影響が顕著になるため、上限をそれぞれ0.0030mass%とする。好ましくは、それぞれ0.0015mass%以下である。
Bは、安定な窒化物を形成し、歪取焼鈍におけるSi−Mn窒化物の生成を抑制するので、歪取焼鈍後の鉄損を低減する効果があるため、本発明においては重要な元素である。0.0005mass%未満では上記効果が小さく、一方、0.0050mass%超えでは、粒成長が阻害されるため、却って鉄損が悪くなる。よって、Bは0.0005〜0.0050mass%の範囲とする。Bの下限値は、歪取焼鈍後の鉄損低減の観点から、好ましく0.0010mass%以上、より好ましくは0.0020mass%以上である。
なお、B窒化物は、先述したように、CaやREMの酸化物上に析出し易い傾向があるため、Bの上記鉄損低減効果を高めるためには、CaやREMと複合添加することが有利である。
Ca:0.0010〜0.010mass%、REM:0.0010〜0.040mass%
CaおよびREMは、いずれもBと複合添加することで、Bによる鉄損増加を抑制する効果がある。上記効果を得るためには、いずれも0.0010mass%以上添加するのが好ましい。しかし、Caを0.010mass%超え、REMを0.040mass%超え添加すると、鉄損改善効果が飽和し、かつ、介在物が磁壁移動を阻害するため、却って鉄損が増加する。よって、CaおよびREMを添加する場合は、Ca:0.0010〜0.010mass%、REM:0.0010〜0.040mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、Ca:0.0020〜0.0050mass%、REM:0.0040〜0.020mass%の範囲である。
SnおよびSbは、再結晶集合組織を改善し、磁束密度や鉄損を改善する効果がある。上記効果を得るためには、合計で0.005mass%以上の添加が必要である。一方、0.20mass%超え添加しても、上記効果が飽和する。よって、SnおよびSbを添加する場合には、合計で0.005〜0.20mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは、合計で0.01〜0.10mass%の範囲である。
Mgは、高温まで安定な硫化物を形成して微細硫化物の生成を抑制し、粒成長を促進することで鉄損を改善する効果がある。上記効果を得るためには、0.0003mass%以上の添加が必要である。一方、0.0050mass%超え添加すると、却って鉄損が悪くなる。よって、Mgを添加する場合には、0.0002〜0.0050mass%の範囲で添加するのが好ましい。より好ましくは0.0004〜0.0020mass%の範囲である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を転炉や電気炉、真空脱ガス装置などを用いた通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法あるいは造塊−分塊圧延法で鋼スラブとし、この鋼スラブを通常公知の方法で熱間圧延して熱延板とし、必要に応じて熱延板焼鈍をした後、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、仕上焼鈍を施して製造することができる。
また、冷間圧延後の仕上焼鈍の温度は、目標とする磁気特性や機械的特性に応じて調整することが望ましく、特に粒成長を促進し、鉄損を低減する観点からは900℃以上とするのが好ましい。なお、仕上焼鈍における焼鈍雰囲気は、還元性雰囲気、例えば、PH2O/PH2が0.1以下の水素窒素混合雰囲気とするのが好ましい。
次いで、上記鉄損測定後のエプスタイン試験片に対して、ユーザーでの歪取焼鈍SRAを模擬した熱処理(昇温速度:300℃/hr、均熱温度:750℃、均熱時間:0hr、冷却速度:100℃/hr)を施した後、再度、鉄損W15/50と磁束密度B50を測定した。
Claims (5)
- C:0.0050mass%以下、Si:1.0〜5.0mass%、Mn:0.03〜3.0mass%、P:0.2mass%以下、S:0.005mass%以下、Al:0.05mass%以下、N:0.0050mass%以下、O:0.010mass%以下、Ti:0.0030mass%以下、Nb:0.0030mass%以下、B:0.0005〜0.0050mass%を含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる成分組成を有する無方向性電磁鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、Ca:0.0010〜0.010mass%およびREM:0.0010〜0.040mass%から選ばれる1種または2種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。
- 上記成分組成に加えてさらに、SnおよびSbから選ばれる1種または2種を合計で0.005〜0.20mass%含有することを特徴とする請求項1または2に記載の無方向性電磁鋼板。
- 上記成分組成に加えてさらに、Mg:0.0002〜0.0050mass%を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
- Siの含有量(mass%)に対するMnの含有量(mass%)の比である[Mn]/[Si]が0.20以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板。
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