JP2003183788A - 鉄損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

鉄損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄損が低くかつかしめ性に優れた無方向性電
磁鋼板を提供する。 【解決手段】 mass%で、C:0.0009%以下、P:0.2
%以下、Si:4%以下、Mn:0.05〜2%、Al:0.1〜3
%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Cr:0.4〜5%
を含み、残部が実質的にFeであることを特徴とする鉄
損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄損およびかしめ
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
いる。鉄損を低減するためにはSi、Al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。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。
【0004】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、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。
【0005】しかしながら、前記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
するという問題を有しており、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。これに対し、Cr
添加により固有抵抗を高めた場合には硬度アップを生じ
ることなく鉄損低減が可能となることを発明者らは見出
し、特願2000−182924号として特許出願し
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記技
術により得られる鋼板は、大幅な硬度アップを生じない
にもかかわらず、かしめ性が従来の鋼板より低下すると
いう問題を有している。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、鉄損が低くかつかしめ性
に優れた無方向性電磁鋼板を提供することを課題とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】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を添加した鋼板の炭
化物析出を抑制することでかしめ性に優れた電磁鋼板が
得られることを見出した。
【0008】本発明はかかる知見に基づきなされたもの
で、以下のような構成を有する。即ち、前記課題を解決
するための第1の手段は、mass%で、C:0.0009%以
下、P:0.2%以下、Si:4%以下、Mn:0.05〜1%、A
l:0.1〜3%、S:0.02%以下、N:0.005%以下、C
r:0.4〜5%を含み、残部が実質的にFeであることを
特徴とする鉄損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼
板(請求項1)である。
【0009】又、前記課題を解決するための第2の手段
は、mass%で、C:0.005%以下、P:0.2%以下、Si:
4%以下、Mn:0.05〜1%、Al:0.1〜3%、S:0.02
%以下、N:0.005%以下、Cr:0.4〜5%、Sb:0.002
〜0.05%を含み、残部が実質的にFeであることを特徴
とする鉄損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板
(請求項2)である。
【0010】なお、上記手段において、「残部が実質的
にFe」とは、本発明の作用効果を無くさない限り、不
可避不純物をはじめ、他の微量元素を含有するものが本
発明の範囲に含まれ得ることを意味する。また、本明細
書において、鋼の成分を示す%はすべてmass%である。
【0011】(発明に至る経緯と主な成分の限定理由)
以下、本発明に至る経緯と主な成分の限定理由を説明す
る。最初に、Cr添加鋼のかしめ性について調査するた
め、C:0.0035%、Si:2.3%、Al:0.6%、Mn:0.20
%、P:0.01%、S:0.002%、N:0.0021%、とし、C
r量がtr.の鋼Aと、Cr:2.5%の鋼B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
板にバッチ炉にて75%H-25%N雰囲気で830℃×3
hrの熱延板焼鈍を施し、さらに、板厚0.35mmまで冷間
圧延し、10%H-90%N雰囲気で950℃×30sec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打ち抜き
により作製し、20枚重ねとし、4ヶ所を平かしめした。
かしめ位置を図1に示す。かしめ力の評価はリングサン
プルを上下に引っ張り、リングサンプルが剥離した際の
加重をかしめ数4で割ることによりかしめ力とした。
【0013】表1に、このようにして得られた供試材の
かしめ力を示す。これよりCrフリー鋼に比べCr添加鋼で
はかしめ力が低下していることがわかる。 (表1)
【0014】
【表1】
【0015】この原因を調査するため、Cr添加鋼とCrフ
リー鋼のかしめ部のSEM観察を行った。その結果、Cr
添加鋼においてはCrフリー鋼に比べせん断面の割合が低
下していることが明らかとなった。これはCr添加鋼の場
合、粒界での非常に微細なCr炭化物析出に伴い粒界強度
が低下し、打ち抜き時にせん断面から破断面への移行が
早期に生じるためではないかと考えられる。このことに
より、Cr添加鋼ではせん断面比率が低下しかしめ力が弱
くなったものと考えられる。
【0016】このCr炭化物は、熱延板焼鈍後の徐冷時に
粒界に粗大に析出し、この析出した炭化物が短時間の仕
上焼鈍中には完全に鋼中に溶解せず粒界に残留したもの
と考えられる。このため、連続熱延板焼鈍のような高
温、短時間で焼鈍を行い比較的冷却速度が速い場合には
仕上げ焼鈍後の炭化物析出は非常に少なくなるものと考
えられる。
【0017】次にCr添加鋼のかしめ性向上の観点から、
C量低減の効果について調査するため、Si:2.3%、
P:0.005%、Al:0.6%、N:0.0021%、S:
0.002% 、Cr:2.6%とし、Cを0.0002〜0.0050%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。引き続きこの熱間圧延板にバッチ炉にて75
%H-25%N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、10%H-9
0%N雰囲気で950℃×30sec間の仕上焼鈍を行っ
た。
【0018】図2に、このようにして得られた供試材の
C量とかしめ力との関係を示す。ここで、かしめ力の測
定は図1と同様の方法により行った。
【0019】図2より、Cが0.0009%以下の範囲でかし
め力が向上することがわかる。この理由は、Cが0.0009
%以下の範囲でCr炭化物の析出が抑制されせん断面比率
が増大したためである。以上のことから、請求項1に係
る発明においては、C量を0.0009%以下とする。
【0020】ところで、C≦0.0009%の鋼を製造するた
めには製鋼段階でCを低減するか熱延板もしくは冷延板
に脱炭処理を施す手法が考えられるが、いずれもコスト
アップを招くことは避けられない。そこで、Cr炭化物の
粒界析出を抑制する手法として粒界偏析元素であるSb添
加について検討した。
【0021】Sb量の影響を調査するため、C:0.004
%、Si:2.3%、P:0.005%、Al:0.6%、N:0.0021
%、S:0.002% 、Cr:2.6%とし、Sbをtr.〜0.060%
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。引き続きこの熱間圧延板にバッチ炉
にて75%H-25%N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、10%
-90%N雰囲気で950℃×30sec間の仕上焼鈍を行
った。
【0022】図3にかしめ性に及ぼすSb量の影響を示
す。これより、Sb>0.002%以上でかしめ性が向上しす
ることがわかる。これはSbが粒界に偏析したため、粒界
でのC濃度が低下しCr炭化物析出量が少なくなったため
と考えられる。一方、Sbが0.05%を超えるとかしめ性が
低下するが、これはSbの粒界偏析量が多くなりすぎるた
めに、Sb自体が粒界強度を低下させ破断面比率が増加し
たためと考えられる。以上のことから、請求項2に係る
発明においては、Sbを0.002〜0.05%とする。
【0023】Sb添加を行った場合にはC量の上限は緩和
され0.005%以下であれば良好なかしめ性を得ることが
できる。しかし、C>0.005%となった場合には磁気時効
の問題があるため0.005%以下とする。
【0024】(その他の成分の限定理由)次に、その他
の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4%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4%とし、かしめ性向上の観点
から好ましくは2.4%以下とする。 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。
【0025】Cr: CrはSiと同様、固有抵抗を上げるた
めに有効な元素であるため下限を0.4%とする。但し、C
rが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を5%とした。 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%以上になると磁束密度を
低下させるので0.05〜1%とする。
【0026】P: Pは0.2%を超えて添加すると鋼板
が硬くなるため0.2%以下とする。 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MnSの析出により鉄損が増
大するため、上限を0.02%とする。
【0027】(製造方法)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あれば、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。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。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、通常使用されている範囲でかまわない。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
1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。
【0028】
【実施例】転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理し、表2の
成分に鋳造後、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、75
%H-25%N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、10%
-90%N雰囲気で表2に示す条件において仕上焼
鈍を行い、膜厚0.7μmの無機有機絶縁皮膜を塗布し
た。
【0029】磁気特性(鉄損W10800、磁束密度
50)の測定は、25cmエプスタイン試験片を用
い、圧延方向(L方向)および圧延方向と直角の方向
(C方向)の平均値を測定した。
【0030】また、かしめ力の評価は、上記により得ら
れた鋼板を内径70mm、外径100mmのリング形状に打ち抜
き、4箇所を平かしめし、引っ張り試験によりかしめ部
が剥離する加重をかしめ数4で割ることにより求めた。
【0031】
【表2】
【0032】表2より、成分値が本発明の範囲内である
本発明鋼(No.1〜No.19)において、磁気特性に優れ
(鉄損が低く)、かしめ性に優れた鋼板が得られること
がわかる。
【0033】これに対しNo.20〜No.24の鋼板は、Cの範
囲が本発明の範囲を外れているので、かしめ力が小さ
く、鉄損W10/800も高くなっている。No.25、No.
26の鋼板は、Crが本発明の範囲を下回っているので、固
有抵抗が高くなり、その結果鉄損が高くなっている。
【0034】No.27の鋼板は、Crが本発明の範囲を上回
っているので、磁束密度が低くなっている。No.28の鋼
板は、Siが本発明の範囲を外れているので、かしめ力が
小さくなっている。
【0035】No.29の鋼板は、Alが本発明の範囲を外れ
ているので、磁束密度が低くなっていると共に、かしめ
力も小さくなっている。
【0036】No.30の鋼板は、Mnが本発明の範囲を外れ
ているので、磁束密度が低くなっていると共に、かしめ
力も小さくなっている。No.31の鋼板は、Sが本発明の
範囲を外れているので、磁束密度が低くなっている。
【0037】No.32の鋼板は、Nが本発明の範囲を外れ
ているので、鉄損が高くなると共にかしめ力が小さくな
っている。No.33の鋼板は、Sbが本発明の範囲を下回っ
ているので、かしめ力が小さくなっている。No.34の鋼
板は、Sbが本発明の範囲を上回っているので、やはり、
かしめ力が小さくなっている。
【0038】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、鉄
損が低くかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 かしめを行った鋼板の形状とかしめ箇所を示
す模式図である。
【図2】 かしめ性に及ぼすCの影響を示す図である。
【図3】 かしめ性に及ぼすSbの影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 5E041 AA02 AA19 CA01 CA10 NN06 NN15

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 mass%で、C:0.0009%以下、P:0.2
    %以下、Si:4%以下、Mn:0.05〜1%、Al:0.1〜3
    %、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Cr:0.4〜5%
    を含み、残部が実質的にFeであることを特徴とする鉄
    損およびかしめ性に優れた無方向性電磁鋼板。
  2. 【請求項2】 mass%で、C:0.005%以下、P:0.2%
    以下、Si:4%以下、Mn:0.05〜1%、Al:0.1〜3
    %、S:0.02%以下、N:0.005%以下、Cr:0.4〜5
    %、Sb:0.002〜0.05%を含み、残部が実質的にFeで
    あることを特徴とする鉄損およびかしめ性に優れた無方
    向性電磁鋼板。
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