JP2003277893A

JP2003277893A - 磁気特性に優れた電磁鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003277893A
Application number: JP2002083664A
Authority: JP
Inventors: Hidekuni Murakami; 英邦村上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-25
Also published as: JP4261812B2

Abstract

(57)【要約】【課題】通常使用される程度の厚さを有する鋼板に効
率的に高濃度のＮを含有させ、かつ鋼成分および窒化後
の熱履歴との兼ね合いで特定の組成を持つ窒化物を効率
的に形成させることで、従来なしえなかった高磁束密度
と低鉄損を両立させた電磁鋼板を提供する。【解決手段】Ｎを質量％で０．０５〜８．０％含有す
る電磁鋼板。その製法としては、窒化によりＮを０．０
５〜８．０％含有させる。さらにＭｎを０．３％以上と
し、また窒化物の生成を制御するため、Ｓｉを３．５％
以下、Ａｌを２．０％以下、さらにＴｉ、Ｂ、Ｃｒなど
の含有量を調整し、さらには熱処理後の冷却過程での変
態挙動の制御のためＮｉ、Ｃ量を調整することで金属組
織中にＦｅを主体とする特殊な窒化物を形成させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モーター、発電
機、トランス等に用いられる、磁束密度、鉄損、強度、
靭性、加工性、剪断打ち抜き性、溶接性、まためっきや
塗装、表面皮膜などの形成性に優れる電磁鋼板及びその
製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】様々な方面で用いられる電磁鋼板におい
ては、基本的な磁気特性として高い磁束密度と低い鉄損
が求められるが、これに加え、回転機での強度、靭性、
疲労特性、部材として加工する際の打ち抜き性、溶接
性、さらには表面皮膜の形成性など様々な特性が求めら
れる。このうち電磁鋼板の特性として最も基本的な磁束
密度と鉄損については一般に鉄損を低くするためにＳ
ｉ，Ａｌ，Ｍｎなどを添加すると磁束密度も低くなって
しまう。これは集合組織が変化してしまうこともある
が、物性としてＦｅにＳｉ，Ａｌ，Ｍｎを添加すると飽
和磁束密度が低下することの影響が大きく、高磁束密度
と低鉄損の両立が困難である所以である。一方、モータ
ー等の回転機では回転に伴う遠心力による変形や疲労破
壊を防ぐため強度の高い電磁鋼板が求められる場合が多
いが、合金を添加すると上述のように殆どの場合は磁束
密度が低下してしまう。また、Ａｌ，Ｓｉの添加は鋳造
性、圧延性などを劣化させるため、現在、実用的にはＳ
ｉ：４％、Ａｌ：３％が限度である。これ以上の低鉄損
材としては特殊な方法によりＳｉを含有させた鋼板や、
アモルファス合金が用いられる。しかし、これらの方法
は歩留まり等も含め生産性が非常に低いばかりでなく、
磁束密度化は上述の理由により低いレベルにならざるを
得ない。

【０００３】Ｆｅに何らかの元素を添加して磁束密度が
向上する例としては、Ｆｅ−Ｎ合金での可能性が固体物
理、Vol.7(1972)、483に示されている。しかし、高磁束
密度が得られる組成はＦｅ₁₆Ｎ₂（質量％で３％Ｎ）と
非常な高Ｎ成分かつ不安定な相であり、通常の溶解−鋳
造という大量生産工程での製造はほぼ不可能である。実
際、この効果は蒸着、スパッタリングなどの技術で作ら
れた厚さ数μｍ以下の極薄膜で確認されたものであり、
様々な実施において良好な特性が得られないという報告
もあり、現状では非常に不安定な現象であり通常の電磁
鋼板が使用されている用途へ適用できるようなものでは
ない。

【０００４】また、特開昭６１−１４３５５７号公報、
特開昭６３−７３３２号公報、特開平４−２６８０２７
号公報には、特殊な手段により薄くした鋼板に窒化処理
と析出焼鈍を行うことにより、上述のＦｅ₁₆Ｎ₂を形成
させ、良好な磁気特性を得る方法が開示されているが、
薄くするための製造コストが高くなる上、特性について
も飽和磁化の評価しかされておらず、電磁鋼板の主要な
用途である、交流磁界の中で用いられるモーターコアや
トランス等の用途については考慮されていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、通常使用さ
れる程度の厚さを有する鋼板に効率的に高濃度のＮを含
有させ、かつ鋼成分および窒化後の熱履歴との兼ね合い
で特定の組成を持つ窒化物を効率的に形成させること
で、従来なしえなかった高磁束密度と低鉄損を両立させ
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成できる高Ｎ電磁鋼板を提供するべく、鋼成分や窒
化条件、その後の熱処理、鋼板の組織と磁気特性との関
係について鋭意検討を行い、本発明を完成させたもので
ある。その趣旨は以下のとおりである。

【０００７】従来よりＮはオーステナイト相を安定化さ
せる元素として知られているが、従来の製造法のように
溶鋼段階で高濃度のNを含有させる方法では精練が困難
であり、また鋳造時に綱片中にガスが発生し凝固後に気
泡が残存し良好な綱板を得ることができない。このため
本発明鋼が対象とするような高N鋼の磁気特性、強度、
靭性、耐疲労特性などを含めた広い範囲での特性は検討
されておらず、未知であった。そこで本発明者はＮを、
鋳造後、製品となる直前に含有させる方法を検討し、窒
化によりＮを多量に含有させた後、特定の熱履歴を経る
ことで非常に特異な結晶組織を得ることが可能で、この
組織は熱的にも非常に安定であり、磁気特性に優れるこ
とを見出した。本発明はこの知見をもとにさらにＳｉ、
Ｍｎ、Ｃ、Ａｌ等の元素およびＴｉ、Ｂなどの微量元素
の影響および窒化条件および目的とする金属組織に制御
するための熱履歴などを検討し達成されたものである。
本発明の要旨は、（１）Ｎを高濃度に含有させる、
（２）変態挙動を制御するためＭｎ量を適当な範囲に制
御する、（３）Ｆｅに優先して窒化物を形成するＳｉ，
Ａｌ，Ｂ，Ｔｉなどの含有量を適当な範囲に制御する、
（４）窒化の効率のみならず、最終的に窒化物を形成す
る鋼中Ｎの状態を窒化中から制御するため窒化処理の板
温度および雰囲気を適当に制御する、（５）磁気特性の
向上に必須となる特異な構造を有するＦｅを主体とした
窒化物の形成を促進するため、窒化後の熱履歴を制御す
る、ことにある。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明における鋼成分の限定理由
を以下に詳細に説明する。

【０００９】Ｎは本発明の最も重要な元素である。本発
明の特徴である磁気特性に優れるＦｅを主体とした窒化
物相を得るには従来鋼以上に高濃度であるＮが必要であ
ることは間違いないが、優れた磁気特性を有するメカニ
ズムは未解明の部分が多い。

【００１０】一般的にはＦｅ₁₆Ｎ₂として知られるが、
本発明鋼においては成分的にＳｉ，Ｃｒ等の元素を含有
する場合もあり、またＦｅとＮの組成比も１６：２近傍
で変化している。Ｎはオーステナイト生成元素であり、
後述のＭｎの影響も考慮するとオーステナイト相からの
変態が好ましい組織の生成に寄与していると予想され
る。Ｎ濃度が０．０５％未満ではその効果が見出せない
か厳格な熱処理が必要となる。一方、Ｎ濃度を高めるに
は窒化処理時間が長くなることから、制限範囲を０．０
５〜８．０％とした。好ましくは０．１０〜５．０％、
さらに好ましくは０．３０〜３．５％である。

【００１１】Ｍｎは、本発明の効果を制御するために有
用な元素で、Nと同様にオーステナイト安定化させ元素
であることから前述の変態挙動に影響を及ぼし組織生成
に寄与していると予想される。上下限は特に限定する必
要はないが、Ｍｎ濃度が０．１％未満ではＦｅ₄Ｎが析
出しやすくなり効果が損なわれやすく、または良好な効
果を得るには厳格な熱処理が必要となる。また過剰な添
加は表面欠陥または表面処理上の問題が出ることや他の
成分との兼ね合いもあるがオーステナイト相が安定化し
磁気特性を損ねる場合もあることから、好ましくは０．
３〜５．０％、より好ましくは０．６〜４．０％、さら
に好ましくは０．８〜３．０％である。

【００１２】Ｓｉは、本発明鋼のような高Ｎ含有鋼では
過剰に添加するとＳｉ窒化物を形成し、鉄損を上昇させ
るとともにＦｅを主体とした窒化物相の形成効果を低減
させるため、過剰な添加は好ましくない。ただし、Ｓｉ
窒化物が過剰に形成された場合でも、１０００℃程度以
上の熱処理により溶解させることは可能である。一方、
過剰なＳｉ窒化物を形成しなければ低鉄損化には有効な
元素である。好ましい範囲を３．５％以下、より好まし
くは２．０％以下、さらに好ましくは０．０１〜０．５
％とする。

【００１３】Ａｌは、一般に脱酸剤として用いられる
が、Ｓｉ以上に強い窒化物形成元素であるため、上述の
Ｓｉと同様に過剰な添加は好ましくなく、熱処理による
溶解もＳｉ窒化物より困難となる。好ましい範囲は２．
０％以下、より好ましくは０．２％以下、さらに好まし
くは０．０５％以下である。

【００１４】Ｔｉ、Ｂも、Ａｌ以上に強い窒化物形成元
素であり、添加は好ましくない。Ｔｉは０．２％以下が
好ましく、より好ましい範囲は０．０５％以下、さらに
好ましくは０．０１％以下である。Ｂは０．０２％以下
が好ましく、より好ましい範囲は０．００５％以下、さ
らに好ましくは０．００１％以下である。

【００１５】Ｃｒも窒化物を形成するが、Ｓｉ，Ａｌ，
Ｔｉ，Ｂに比較すると悪影響は小さく、Ｆｅ−Ｃｒの窒
化物を形成し磁気特性向上に有効な窒化物を安定化させ
る効果もあるので、積極的に添加することも有効とな
る。添加コストを考慮し上限を１０％とする。好ましく
は３％以下、さらに好ましくは１％以下である。

【００１６】本発明において、従来の窒化技術を活用し
た鋼板ではなし得なかった非常に良好な磁気特性が発現
する機構は不明確であるが、変態が絡んでいる可能性が
高く、変態に関しＮ、Ｍｎと同様の効果を持ち、Ｎの役
割を補助する効果を有する元素としてＣ、Ｎｉを適当量
含有させることは、本発明の磁気特性向上効果をさらに
高めるのに有効である。

【００１７】Ｃは、過剰に存在するとセメンタイトを形
成し延性を劣化させる場合があるので、好ましい範囲を
０．５０％以下、より好ましくは０．０５％以下、さら
に好ましくは０．００２％以下とする。

【００１８】Ｎｉは、多量に添加するとオーステナイト
相を安定化させ磁気特性を損ねる場合があることと添加
コストを考え、好ましい範囲を５．０％以下とする。

【００１９】また、本明細書において述べている特性に
限らず、様々な使用特性を向上させる目的で、または鋳
造性、圧延性、焼鈍通板性など製造上の課題を改善する
目的で、各種元素を添加することは本発明の効果を何ら
損なうものではない。一般に鋼中に不可避的に含まれる
Ｐ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｓｎ，Ｗ，Ｓｂ，Ｏ等を１％未満の範
囲で添加しても本発明の効果が得られることを確認して
いる。

【００２０】本発明は、基本的にＦｅフェライト相およ
び窒化物相を主要な相としているが、オーステナイト安
定元素であるＮ、Ｍｎを比較的多量に含有し、結晶組織
の形成に変態が関与していると考えられることから、そ
の組織中にオーステナイトが残留する場合がある。残留
オーステナイト相は磁気特性上は好ましからざるもので
あるため、その体積率を５％以下とすることが好まし
い。

【００２１】本発明鋼に残留するオーステナイト相は製
造条件によっては非常に安定な場合もあるが、比較的不
安定な場合には、鋼板を変形することでマルテンサイト
に加工誘起変態させることも可能であるため、熱処理に
より大量にオーステナイト相を残留させ、その後のスキ
ンパス等の加工によりその体積率を低減してもよい。た
だし、加工による歪が大きいと磁気特性が劣化する場合
もあるので注意が必要である。

【００２２】本発明鋼の組織は、基本的には良好な特性
を有すると考えられているＦｅ₁₆Ｎ ₂、質量％で３％Ｎ
−Ｆｅに近いものであると考えられるが、鋼組成が３％
を外れても従来鋼のレベルから見て非常に良好な特性を
示すことから、Ｆｅ₁₆Ｎ₂以外の相の影響が大きいと考
えられる。また、従来の極薄膜状でのみ得られていたＦ
ｅ₁₆Ｎ₂とは異なり、熱的にも非常に安定である。

【００２３】窒化中も含め高Ｎ状態とした後の工程で熱
処理により調質を行う場合、良好な磁気特性を得ること
ができる温度、冷却速度等の範囲は、従来公知の電磁鋼
板の処理条件で実現可能である。後述するように特に良
好な特性を得るため調質熱処理の温度、冷却速度等を制
御することも可能であるが、実用的な条件内であれば、
蒸着等により極薄膜状で得られるＦｅ₁₆Ｎ₂のように熱
処理により良好な特性が失われる懸念は小さい。このた
め、通常の電磁鋼板で行われているような、コアに加工
された後に歪取り焼鈍（ＳＲＡ）を行っても良好な特性
を維持できる。また、本発明鋼は本来、特性が良好で従
来の電磁鋼板ほど加工による歪の影響を受けないため、
ＳＲＡを省略しても十分な特性を得ることが可能であ
る。

【００２４】次に本発明で重要な要因である製品の形状
について説明する。本発明は板厚０．０１０ｍｍ以上、
１．０ｍｍ以下の板形状で提供されるものとする。磁気
特性が非常に良好な素材として存在が示唆されているＦ
ｅ₁₆Ｎ₂は、これまでのところスパッタリングや蒸着の
ような手法でしか製造されておらず、厚さは数μｍ程度
までであった。このような薄い薄膜状の材料は、取り扱
いが非常に困難になるだけでなく、モーターやトランス
等の大量生産品に用いるためには非常に多くの枚数を重
ねる必要があり、モーター等の生産上、問題が大きい。
また言うまでもないが、蒸着等の手法では、大量生産品
で使用される実用的な電磁鋼板と同程度の板厚０．１ｍ
ｍ以上、幅約１ｍ、長さはコイルなら数千ｍ、切り板で
も数十ｃｍの大きさのものを製造するのは不可能と言わ
ざるを得ない。本発明は蒸着等の方法では実用上到達し
得ない板厚０．０１０ｍｍ以上を対象とする。

【００２５】対象とする板厚の上限は、本発明の特徴で
ある窒化によって鋼中のＮ含有量を高めるためには窒化
前の板形状は薄いものの方が有利となる観点から、１．
０ｍｍ以下に規制する。これ以上の厚みを持つ部位を有
する鋼板を窒化し本発明の効果を得るには、非常に長時
間の窒化処理が必要となり、工業生産上、生産性に支障
を及ぼすためである。もちろん鋼材または鋼部品の表層
のみを窒化し表層部に本発明の効果を付与し、全体とし
てそれなりの効果を得ることや、表層のみに良好な磁気
特性を付与することが有効である場合はこの限りではな
い。

【００２６】板厚は低鉄損化のため薄手化の方向にある
電磁鋼板の実用的な範囲や、また薄い鋼板は急速冷却凝
固のような方法で得られることも考慮すれば、好ましく
は０．０５０〜１．０ｍｍ、さらに好ましくは０．２０
〜０．８ｍｍである。

【００２７】次に、本発明鋼板の製造方法について説明
する。

【００２８】本発明で用いる鋼板は、従来公知の製造方
法により得られる電磁鋼板を用いることができる。すな
わち、無方向性電磁鋼板であれば、所望の成分に調整し
た溶鋼を鋳造または分塊してスラブとし、熱間圧延し、
１回もしくは中間焼鈍を介挿する２回以上の冷間圧延に
よって最終板厚とし、再結晶焼鈍を行う。また鋳造を薄
スラブとして熱間圧延を省略もしくは簡略化しても良
く、または急冷凝固法により最終板厚の鋼板を直接製造
しても良い。

【００２９】また、方向性電磁鋼板であればインヒビタ
ー成分を含有する溶鋼を鋳造または分塊してスラブと
し、熱間圧延し、熱延板焼鈍を行いもしくは省略し、１
回もしくは中間焼鈍を介挿する２回以上の冷間圧延によ
って最終板厚とし、一次再結晶焼鈍を行い、焼鈍分離剤
を塗布した後、１１００℃以上で仕上焼鈍を行う。

【００３０】本発明の特徴は、以上のような公知の電磁
鋼板に、従来では考えられなかったほどの高濃度のＮを
含有させることにある。本発明鋼の成分系では、溶鋼段
階での成分調整によって多量のＮを含有させることは困
難であるが、鋼片または鋼板への窒化を適用すると比較
的容易に高濃度のＮを含有させることが可能になる。こ
の窒化の方法としては、ガスによるもの、液体中で行う
もの、さらには窒化能を有する固体との接触や、イオン
照射、プラズマ照射などによるものが考えられるが、何
れの方法を用いても、窒化処理により含有Ｎ量を０．０
５％以上に増加することができれば、本発明の効果を得
ることができる。

【００３１】工業的な生産性等を考慮するとガスによる
窒化が最も効率的な手段である。ガスによる窒化の場合
の好ましい条件の一例としては５８０〜８００℃の温度
域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で保持すること
である。窒化時の温度は厳密には板温度と雰囲気温度そ
れぞれの影響があるが、ここでは一般的な焼鈍設備を想
定し、板温と雰囲気温度がほぼ等しいとして記述する。
窒化温度がこの範囲を外れると窒化効率が低下し、必要
量の窒化に長時間を要する。また、低温側に外れた場合
は多量の鉄窒化物を形成し、本発明鋼で必要とする磁気
特性を付与するために５８０℃以上の追加熱処理が必要
となり、さらには有効な窒化物相の形成効率が落ちる場
合がある。

【００３２】窒化雰囲気のガス組成は特に限定しない
が、アンモニアの濃度を窒化雰囲気中への導入ガス流量
に対する比で２％以上にすることが、窒化効率の観点か
ら有効である。

【００３３】アンモニア以外の雰囲気が主としてＮ₂と
Ｈ₂である場合、窒化効率の観点からはN₂の導入流量を
多くする方が有利であり、〔窒素ガスの体積〕／〔水素
ガスの体積〕≧２．０とするのが好ましい。他のキャリ
アガスの例として、酸素や炭化物は、鋼板に酸化や浸炭
を起こすので、低減することが好ましい。ＨｅやＡｒ等
の不活性ガスを用いることは問題ないが、コスト高とな
る。

【００３４】また窒化中の保持時間は必要鋼中Ｎ量との
兼ね合いで決定される。連続焼鈍の場合は設備構成上、
最長で３０分が限度であるが、箱焼鈍などを用いること
で数時間以上、数日の処理も可能となる。操業性や生産
性などを考慮し２秒〜２０日の範囲で行われる。

【００３５】窒化処理を行うタイミングは、鋳片以降の
どの段階で行うことも可能である。電磁鋼板の製造工程
では、組織制御を目的として熱処理が行われているが、
それと同時、又は前後に窒化処理を行っても、本発明の
効果は何ら損なわれるものではない。なお窒化では表面
から鋼内部へのＮの拡散を利用しているため、板厚は薄
いほど高窒化が容易で、通常は最終製品に近い形状に加
工された後に窒化することが有利となる。特に熱間仕上
げ圧延以降の段階で行うことが好ましく、再結晶焼鈍炉
の一部または全部を窒化雰囲気にすることで窒化を行う
ことが生産上は都合が良い。または独立した後工程で窒
化処理を行うのでも構わない。なお、方向性電磁鋼板で
は、仕上焼鈍時にインヒビター除去のため脱窒されるた
め、それ以降の工程や、仕上焼鈍終了時の冷却中に行う
必要がある。

【００３６】なお、実用的には電磁鋼板は磁気特性向上
や加工性向上などのため鋼板表面に皮膜を形成されて使
用することが多いが、本発明における窒化は通常この皮
膜を形成する以前に行われる。鋼中に存在する高濃度の
Ｎが場合によっては皮膜形成に悪影響を及ぼす場合もあ
りうるが大きな問題となるレベルではなく、窒化後、通
常の方法でまたは多少の改善を行った方法で皮膜を形成
し、従来鋼と同様に使用することができる。

【００３７】磁気特性は高Ｎを含有させた後の熱履歴を
適当に制御することでさらに向上させることができる。
この熱処理は窒化処理と連続している必要はなく、いっ
たん室温まで冷却した後、またはさらに何らかの加工、
めっき、皮膜処理などを行った後に行っても構わない。
熱処理条件としては最高到達温度の制御が重要で、７５
０℃以上に到達させる。保持時間は数秒で十分である
が、板厚方向のN濃度勾配を小さくし、より均一とする
ため、数分または数時間以上保持しても構わない。

【００３８】また窒化の後、５８０℃以上の温度域から
の冷却過程における熱履歴によっても磁気特性の制御が
可能であり、成分により若干異なるが、５８０〜５００
℃の温度域での滞在時間を１０秒以内とする、５００〜
１００℃の温度域での滞在時間を１０秒以上とする、さ
らには冷却過程において１０℃／秒以上の冷却速度での
冷却工程を経ることの１以上を行うことにより、磁気特
性に好ましい窒化物相をより安定かつ多量に形成させる
ことが可能となる。

【００３９】また、一般に電磁鋼板は、所定の形状に打
ち抜きまたは切断後、積層して使用されるが、モーター
コアやトランス等の積層部材に組み上げられた後に窒化
することでも、良好な効果を得ることが可能である。こ
れは鋼板のせん断面は鋼がむきだしであり、この微小部
分が窒化により特性改善するためと思われる。このよう
な端面は磁束の集中等により全体の特性に強く影響し、
特にマイクロモーターや小さなトランス等の微小な部材
では、部材組み上げ後の本発明の適用による特性改善効
果は大きい。

【００４０】本発明の特徴である良好な磁気特性を有す
る組織は、用途によっては鋼板の全ての部分に均一に形
成されている必要はなく、例えば高周波の用途では、表
層のみの磁性が改善されていればかなりの効果を得るこ
とができる。また、部分的に組織が異なることで、強度
や靭性、疲労特性などと、延性などの通常両立すること
が困難な特性を良好に組み合わせた複合機能を持たせる
ことも可能となる。

【００４１】部分的に組織を変化させる方法は、例えば
成分を不均一にすることが考えられ、本発明のように窒
化を行うものでは鋼板表面から中心へのＮの濃度勾配を
活用することが考えられる。また、本発明では微細組織
の発現にＮ以外の成分の影響が見られ、特にＭｎの影響
が大きいことから、Ｍｎ濃度が異なる鋼を複層鋼として
製造し、これを窒化することで実現が可能となる。ま
た、窒化後に行う調質熱処理において部分的に温度を変
化させることでも組織を制御できる。

【００４２】

【実施例】磁気特性は５５ｍｍ×５５ｍｍの大きさのサ
ンプルでコイルの圧延方向から０°、４５°、９０°の
特性を測定し、実施例１、３、４では（Ｘ0＋２×Ｘ45＋Ｘ90）／４ただし、Ｘ0，Ｘ45，Ｘ90：コイルの圧延方向から０
°，４５°，９０°方向の磁気特性で得られる鋼板の面
内平均により評価し、実施例２では０°方向の特性のみ
で比較した。測定は実施例１，２，４では切り出しまま
の状態で、実施例３では７５０℃×２時間のＳＲＡ後で
行った。なお、実用化されている電磁鋼板では特性向上
のため鋼板表面に皮膜を形成しているが、本実施例では
鋼板そのものの特性を比較するため、全て板表面の皮膜
がない状態で特性を測定している。

【００４３】＜実施例１＞表１に成分を示す板厚０．３
５ｍｍの鋼板で実施した。発明鋼はＮを０．００４％以
下含有する鋼片を通常の条件で熱延、冷延し、８００
℃、１分の再結晶焼鈍の後、アンモニアガス、窒素ガ
ス、水素ガスを含有する雰囲気中で窒化処理した。その
後、９００℃、２分の調質熱処理を行った。また窒化処
理条件および９００℃、２分後の冷却条件を表２に示
す。比較鋼は通常の製法で製造された無方向性電磁鋼板
である。特性の評価結果を表２に示す。本発明鋼はいず
れも特性が良好である。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】＜実施例２＞表３に成分を示す板厚０．３
５ｍｍの鋼板で実施した。発明鋼はＮを０．００４％以
下含有する鋼片を通常の条件で熱延、冷延し、８５０
℃、１分の再結晶焼鈍の後、アンモニアガス、窒素ガ
ス、水素ガスを含有する雰囲気中で窒化処理した。その
後、８５０℃、５０秒の調質熱処理を行った。また窒化
処理条件および８５０℃、５０秒後の冷却条件を表４に
示す。比較鋼は通常の製法で製造された方向性電磁鋼板
である。特性の評価結果を表４に示す。本発明鋼はいず
れも特性が良好である。

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】＜実施例３＞表５に成分を示す板厚０．２
０ｍｍの鋼板で実施した。発明鋼はＮを０．００４％以
下含有する鋼片を通常の条件で熱延、冷延し、８９０
℃、１分の再結晶焼鈍の後、アンモニアガス、窒素ガ
ス、水素ガスを含有する雰囲気中で窒化処理した。その
後、９００℃、１０秒の調質熱処理を行った。また窒化
処理条件および９００℃、１０秒後の冷却条件を表６に
示す。比較鋼は通常の製法で製造された無方向性電磁鋼
板である。特性の評価結果を表６に示す。本発明鋼はい
ずれも特性が良好である。

【００５０】

【表５】

【００５１】

【表６】

【００５２】＜実施例４＞ベース成分を同一とした場合
の窒化量の特性に及ぼす影響を見るため、表７に成分を
示す板厚０．３５ｍｍの鋼板を用いた。鋼Ｍは通常の製
鋼−熱延−冷延−焼鈍工程を経て製造された鋼板であ
る。これらの鋼板をアンモニアガス、窒素ガス、水素ガ
スを含有する雰囲気中で窒化処理した。窒化処理雰囲気
組成、温度および時間を変化させることで含有Ｎ量を
０．００２％から９％程度まで変化させた。

【００５３】その後、９００℃、２分の調質熱処理を行
い、５８０℃から２５０℃までを１０秒で冷却（平均冷
却速度：３３℃／秒）し、２５０℃から１００℃を緩冷
却（平均冷却速度：０．５℃／秒、この温度域での滞在
時間：５分）し、さらに１００℃以下を１０秒で室温ま
で冷却した。

【００５４】このときの含有Ｎ量と磁束密度の関係を図
１に示す。０．０５％までの窒化により特性が劣化する
が、これ以上では窒化をしない材料と同等以上の特性を
示し、０．１％以上では明確に良好な特性を示し、さら
に０．３％以上では特性的にほぼ飽和するものの最高の
特性を示す。また３％程度以上の窒化域では特性の劣化
が見られ５％では未窒化材と同等程度まで低下し、８％
以上では特性は極端に劣化してしまう。

【００５５】

【表７】

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、従来公
知の電磁鋼板に窒化処理を施して、従来考えられなかっ
たほど高Ｎとすることで、高磁束密度と低鉄損を両立さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板含有窒素量と磁束密度の関係を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K028 AA02 AB01 AC04 AC08 4K033 CA05 CA06 CA07 FA03 FA13 HA03 LA00 RA02 SA03 SA04 TA01 5E041 AA02 CA02 CA04 HB11 HB19 NN01 NN17 NN18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】質量％でＮ：０．０５〜８．０％を含有
し、板厚が０．０１０ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下である
ことを特徴とする磁気特性に優れた電磁鋼板。
【請求項２】質量％でＭｎ：０．１％以上を含有する
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気特性に優れた電
磁鋼板。
【請求項３】質量％でＳｉ：３．５％以下、Ａｌ：
２．０％以下、Ｔｉ：０．２％以下、Ｂ：０．０２％以
下であることを特徴とする請求項１〜２に記載の磁気特
性に優れた電磁鋼板。
【請求項４】質量％でＣｒ：１０％以下であることを
特徴とする請求項１〜３に記載の磁気特性に優れた電磁
鋼板。
【請求項５】質量％でＮｉ：０．５〜５．０％である
ことを特徴とする請求項１〜４に記載の磁気特性に優れ
た電磁鋼板。
【請求項６】質量％でＣ：０．０５０％以下であるこ
とを特徴とする請求項１〜５に記載の磁気特性に優れた
電磁鋼板。
【請求項７】Ｎ以外の元素の鋼板内の濃度が実質的に
均一であることを特徴とする請求項１〜６に記載の磁気
特性に優れた電磁鋼板。
【請求項８】請求項１〜７に記載の電磁鋼板の製造方
法として、常法による電磁鋼板の製造工程における鋳片
以降の段階で窒化処理を行うことにより、Ｎ含有量を質
量％で０．０５〜８．０％とすることを特徴とする磁気
特性に優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】窒化処理が、アンモニアガスを流量で２
％以上含む雰囲気ガスを導入した中で５８０〜８００℃
で２秒〜２０日間保持することを特徴とする請求項８に
記載の磁気特性に優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１０】窒化処理の雰囲気が、アンモニアガ
ス、窒素ガス、水素ガスを含み、（窒素ガスの流量）／
（水素ガスの流量）≧２．０であることを特徴とする請
求項９に記載の磁気特性に優れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１１】窒化処理の雰囲気が、実質的にアンモ
ニアガス、窒素ガス、水素ガスからなることを特徴とす
る請求項９〜１０に記載の磁気特性に優れた電磁鋼板の
製造方法。
【請求項１２】窒化処理を行った後に鋼板を７５０℃
以上の温度にで熱処理する工程を経ることを特徴とする
請求項８〜１１に記載の磁気特性に優れた電磁鋼板の製
造方法。
【請求項１３】窒化処理および／又は請求項１２記載
の窒化処理後の熱処理における冷却過程において、５８
０〜５００℃の温度域での滞在時間を１０秒以内とする
ことを特徴とする請求項８〜１２に記載の磁気特性に優
れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１４】窒化処理および／又は請求項１２記載
の窒化処理後の熱処理における冷却過程において、５０
０〜１００℃の温度域での滞在時間を１０秒以上とする
ことを特徴とする請求項８〜１３に記載の磁気特性に優
れた電磁鋼板の製造方法。
【請求項１５】窒化処理および／又は請求項１２記載
の窒化処理後の熱処理における冷却過程において、冷却
過程において１０℃／秒以上の冷却速度での冷却工程を
経ることを特徴とする請求項８〜１４に記載の磁気特性
に優れた電磁鋼板の製造方法。