JP2013082973A

JP2013082973A - 無方向性電磁鋼板の製造方法

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Publication number: JP2013082973A
Application number: JP2011224006A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Toda; 広朗戸田; Tadashi Nakanishi; 匡中西; Yoshihiko Oda; 善彦尾田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2013-05-09
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: TW201329244A; JP5263363B2; TWI503417B; WO2013054514A1

Abstract

【課題】リサイクル性に優れるとともに、鋼板表面に欠陥のない高磁束密度かつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供する。
【解決手段】質量％で、C：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.01％以上0.10％以下、Ca：0.0010％以上0.0050％以下、S：0.0030％以下およびN：0.0030％以下を、Ca/S≧0.80の下に含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなるスラブを、加熱後に熱間圧延を施して巻取り、ついで熱延板焼鈍を経て、冷間または温間にて圧延を施したのち、仕上焼鈍を施す一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記スラブ加熱温度を1050℃以上1150℃以下、前記熱間圧延の仕上げ圧延終了後の温度を800℃以上900℃以下、前記巻取り温度を500℃以上650℃以下、前記熱延板焼鈍温度を950℃以上前記スラブ加熱温度以下とし、更に仕上焼鈍を、水素を10vol％以上含有し、かつ露点が−20℃以下の雰囲気下にて950℃以上の温度で行う。
【選択図】なし

Description

本発明は、主に電気機器の鉄心材料として用いられる無方向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に鉄損や磁束密度等の磁気特性の改善は勿論、さらに、リサイクル性の向上や鋼板の表面欠陥の抑制を有利に図ろうとするものである。

近年、電力をはじめとするエネルギーの節減という世界的な動きの中で、電気機器についてもその高効率化が強く要望されている。また、電気機器を小型化する観点から、特に鉄心材料の小型化に対する要望も高まってきている。さらに、最近では環境への配慮から電気機器における鉄心材料のリサイクル化への対応も急務となっている。

上記した電気機器の高効率化や鉄心材料の小型化には、鉄心の素材となる電磁鋼板の磁気特性を改善することが有効である。ここに従来の無方向性電磁鋼板の分野では、磁気特性のうち、特に鉄損を低減する手段として、電気抵抗を増大させて渦電流損を低下させるために、SiやAl, Mn等の含有量を高める手法が一般に用いられてきた。しかしながら、この手法では磁束密度の低下を免れることができないという本質的な問題を抱えていた。

一方、単にSiやAl等の含有量を高めるだけでなく、併せてＣやＳを低減すること、あるいは特許文献１に記載されているようにＢを添加したり、特許文献２に記載されているようにNiを添加したりするなど、合金成分を増加させることも、一般に知られている方法である。

これら合金成分を添加する方法では、鉄損は改善されるものの、磁束密度の改善効果は小さく、満足できるものではなかった。また、合金添加に伴って鋼板の硬さが上昇して加工性が劣化するため、かような無方向性電磁鋼板を加工して電気機器に使用する場合の汎用性に乏しく、その用途は極めて限定されたものとなっていた。

さらに、製造プロセスを変更し、製品板における結晶方位の集積度、すなわち集合組織を改善して磁気特性を向上させる方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献３には、Si： 2.8〜4.0 mass％（質量％）およびAl： 0.3〜2.0 mass％を含有する鋼に 200〜500 ℃の温度範囲で温間圧延を施し、{100}＜OVW＞組織を発達させる方法が開示されている。そして、特許文献４には、Si：1.5 〜4.0 mass％およびAl：0.1 〜2.0 mass％を含有する鋼を熱間圧延したのち、1000℃以上、1200℃以下の熱延板焼鈍と圧下率：80〜90％の冷間圧延を組み合わせることによって｛100｝組織を発達させる方法が開示されている。

特開昭５８−１５１４３号公報特開平３−２８１７５８号公報特開昭５８−１８１８２２号公報特開平３−２９４４２２号公報特許第３８８８０３３号公報特許第４１２６４７９号公報特許第４２５８９５１号公報特許第４２５８９５２号公報

しかし、これらの方法による磁気特性の改善効果は、未だ満足できるものではなく、さらには加工性およびリサイクル性にも問題を残していた。すなわち、鋼中にある程度以上のAlが含まれていると、まず鋼板の硬さが上昇して加工性が阻害され、また鉄心材料をリサイクルしたり、需要家でスクラップ処理したりする場合に電気炉の電極を傷めるという問題があった。

さらに、鉄心のリサイクル材を用いてモータのシャフトなどを鋳造する場合、0.1 mass％以上のAlが含まれていると、鋳込み時に溶鋼の表面酸化が進行して粘性が増大し、溶鋼の鋳型内充填性が悪化するために、健全な鋳込みが阻害されるところにも問題を残していた。

この問題を解決するために、特許文献５ではAlを0.02％以下、特許文献６ではAlを0.017％以下、特許文献７ではAlを0.010％以下、特許文献８ではAlを0.030％以下にし、S, Nなどの不純物量低減や熱延板焼鈍後の平均粒径、冷間圧延条件などを制御することにより、磁束密度が高く鉄損が低い無方向性電磁鋼板を製造する技術が、それぞれ開示されている。しかしながら、上述した技術に従ってAl量を低減すると、磁気特性の安定性に劣るということが、新たに問題点として浮上した。

一方、Alと同様にMnの含有量を低減することも磁気特性の向上に寄与すると考え、発明者らは、Mn量も低減することを試みた。その結果、特にAl≦0.005％、かつMn≦0.10％の成分では、非常に良好な磁性が得られる場合があるものの、やはりその良好な磁性を安定して得ることが難しかった。さらに、その上、Mnの低減に伴って鋼板に表面欠陥が生じやすかった。そこで、本発明の目的は、Al量及びMn量の低減による磁気特性の向上を、表面欠陥の発生を招くことなしに、安定して達成するための方途を与えるところにある。

さて、発明者らは、上記の課題を解決するために、Si以外のAl及びMnという合金元素を極力低減して、高磁束密度かつ低鉄損の鋼材を製造する際に、磁気特性の安定性に劣り、表面欠陥が発生しやすい原因の究明に努めた。

その結果、Al量が少なくなると、仕上焼鈍後の酸化物量が多くなる傾向が確認された。これはAlが多く含有された場合は、Al酸化物が生成するためにそのバリア効果でSi酸化物の生成が抑えられるが、Alが少ない場合はその効果が小さいので、Siの酸化が進行しやすくなり、却って、試料表面に生じる酸化物が多くなるためと考えられた。ここに、表層酸化物の生成は鉄損の劣化原因になるために、その抑制が必要となる。

また、Mn量が少ないと、スラブ加熱中に液相のFeSが析出しやすくなり、それに伴ってSが部分的に濃化・偏析することによって、その部分が割れやすくなり、結果として表面欠陥が生じやすくなることがわかった。したがって、表面欠陥の改善には、液相のFeSを析出しにくくさせる必要がある。

本発明は、上記の知見に立脚するものである。
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）質量％で、C：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.01％以上0.10％以下、Ca：0.0010％以上0.0050％以下、S：0.0030％以下およびN：0.0030％以下を、Ca/S≧0.80の下に含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなるスラブを、加熱後に熱間圧延を施して巻取り、ついで熱延板焼鈍を経て、冷間または温間にて圧延を施したのち、仕上焼鈍を施す一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法において、
前記スラブ加熱温度を1050℃以上1150℃以下、前記熱間圧延の仕上げ圧延終了後の温度を800℃以上900℃以下、前記巻取り温度を500℃以上650℃以下、前記熱延板焼鈍温度を950℃以上前記スラブ加熱温度以下とし、更に仕上焼鈍を、水素を10vol％以上含有し、かつ露点が−20℃以下の雰囲気下にて950℃以上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。

（２）前記成分組成は、さらに、質量％で、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、P：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.005％以上0.10％以下、B：0.0002％以上0.002％以下、およびCr：0.05％以上0.5％以下の１種または２種以上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の製造方法。

本発明に従って、低Alかつ低Mnにして所定の製造条件で無方向性電磁鋼板を製造することで、鋼板表面に欠陥のない高磁束密度かつ低鉄損の無方向性電磁鋼板を提供することができる。そして、本発明による無方向性電磁鋼板に含まれるAl成分は所定値よりも少ないため、鋼板の硬さが上昇して加工性が阻害されることが無く、リサイクル性を向上させることができる。

AlおよびMn含有量と磁気特性および表面欠陥との関係を示す図である。表面欠陥の発生程度に及ぼす仕上げ圧延終了後温度と巻取り温度の影響を示す図である。磁性に及ぼす仕上げ焼鈍条件の影響を示す図である。 CaおよびS含有量と磁気特性および表面欠陥との関係を示す図である。磁気特性と表面欠陥の発生有無に及ぼすスラブ加熱温度と熱延板焼鈍温度の影響を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。なお、以下に示す鋼板成分に関する「％」表示は、特に断らない限り「質量％」を意味する。

前述したように、通常の無方向性電磁鋼板では、鉄損低減のために、Siに加えてAlやMn等の元素を添加することが多い。特にAlはSi同様、固有抵抗増大効果が大きいため、積極的に添加されている。また、Mnも固有抵抗を高める効果があり、かつ、熱間脆性の改善に有効なため、通常0.15％から0.20％の範囲以上は添加されている。

しかしながら、発明者らは、高磁束密度低鉄損材を得るにはAlを極力低減すると共に、Mn量も通常添加されているよりも低い範囲の成分系の方が有利と考え、それに関する検討を行った。以下に、その検討結果について詳述する。

すなわち、Si：3.3％で、S：0.0030％以下およびN：0.0030％以下を含み、Al量を0.0001〜0.01％、およびMn量を0.01〜0.2％の範囲にて変化させた成分組成の鋼スラブを用意した。

鋼スラブは1100℃で加熱した後、2.0mm厚まで熱間圧延し、得られた熱延板に1050℃の温度で熱延板焼鈍を施した。ついで、酸洗後、板厚0.35mm厚に冷間圧延したのち、1025℃の温度で仕上げ焼鈍を行った。

かくして得られた鋼板から、圧延方向(L)および圧延直角方向(C)にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。なお、磁気特性はL＋C特性（L方向とC方向の磁気特性の平均値）で評価した。また、鋼板表面の線状欠陥発生状況（鋼板の単位面積当たりに存在する線状欠陥の長さ）を評価した。そして、0.001[m/m²]未満を欠陥無（○）、0.001[m/m²]以上〜0.01[m/m²]以下を欠陥少し有（△）、0.01[m/m²]超えを欠陥多（×）とした。得られた結果を図１に示す。図１は、AlおよびMn含有量と磁気特性および表面欠陥との関係を示す図である。図１において、横軸はAl含有量、縦軸はMn含有量であり、図中に磁束密度(B₅₀)と鉄損(W_15/50)、および表面欠陥の程度を記した。なお、各プロットにおいて、上段：B₅₀、中段：W_15/50、下段：表面欠陥の評価結果である。

図１よりAl≦0.005％、かつMn≦0.10％の成分組成の場合に、非常に良好な磁性(B₅₀≧1.705TかつW_15/50≦2.10W/kg)が得られる場合が多いが、同時に表面欠陥が発生しやすい傾向にあることがわかる。

そこで、発明者らは、Al≦0.005％、かつMn≦0.10％の成分組成を有する、磁性が良好なものの表面欠陥の発生が顕著だった試験片を、詳細に調査・検討した。その結果、それらの試験片ではSが部分的に偏析・濃化している箇所が多く見られ、特に表面欠陥が発生した位置近傍では上記Sの偏析・濃化が顕著であった。

発明者らは、その原因として上記のMn，S量の場合、鋳込み後に析出していたMnSは1100℃のスラブ加熱中に固溶して、熱間圧延中に再析出するが、Mn量が少ないと液相のFeSが析出しやすくなり、その結果、Sが部分的に濃化・偏析し、その部分が割れやすくなり、結果的に表面欠陥が発生しやすくなると考えた。

また、Al≦0.005％、かつMn≦0.10％の成分にて、磁性が非常に良好だった試験片とあまり良好な磁性が得られなかった試験片とについても詳細に調査・検討したところ、後者では試験片表層部の酸化物量が多かった。

その原因について調査したところ、同一仕上げ焼鈍条件 (温度、雰囲気、時間)では、Al量が少なくなるにつれて、仕上げ焼鈍後の試験片表面に生じる酸化物量が多くなる傾向が見られた。これは、Alが含有される場合はAl酸化物が生成するためにそのバリア効果でSi酸化物の生成が抑えられるが、Alが少ない場合、そのバリア効果がほとんどないため、Siの酸化が進行しやすくなるためと考えられた。ここに、表層酸化物の生成は、鉄損の劣化原因になるため、その抑制が必要となる。

以上より、発明者らは、鋳込み後に析出しているMnS量を少なくすべく、Caを少量添加し、MnSを硫化カルシウム(CaS)の形態にすることにより、上記・現象の発生を抑制し、表面欠陥の発生を無くすことができるのではないか、と考えた。また、同時に介在物の形態制御には熱延条件の影響もあると考え、さらに、鋼板表層酸化の観点から仕上げ焼鈍条件の影響も重要と考え、以下の実験を行った。

表１に示す成分組成からなる鋼スラブを用意し、1100℃で加熱した後、仕上げ圧延終了後の温度と圧延終了後の巻取り温度を変化させて2.0mm厚まで熱間圧延した。次に1025℃の温度で熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚0.35mm厚に冷間圧延した。その後、水素濃度と露点を変化させて、1050℃の温度で仕上げ焼鈍を行った。得られた鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はL+C特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。

表面欠陥の発生程度に及ぼす仕上げ圧延終了後温度と圧延終了後巻取り温度の影響を図２に示す。仕上げ圧延終了後温度が800℃以上900℃以下、圧延終了後巻取り温度が500℃以上650℃以下の場合に表面欠陥の発生がみられないことがわかる。

鋼板表面に欠陥の発生がみられなかった条件、すなわち仕上げ圧延終了後温度が800℃以上900℃以下、圧延終了後巻取り温度が500℃以上650℃以下の条件下で、磁性に及ぼす仕上げ焼鈍条件の影響を図３に示す。水素濃度10vol％以上かつ露点-20℃以下の条件で、高磁束密度(B₅₀≧1.705T)かつ低鉄損(W_15/50≦2.10W/kg)が得られていることがわかる。

上記結果を受けて、発明者らはCa, S量の影響を調べる実験を行った。
Si：3.8％、Al：0.0003％、Mn：0.07％およびN：0.0030％以下を基本成分とし、Ca量を0.0005％以上0.0060％以下および、S量を0.0004％以上0.0060％以下の範囲で変化した成分の鋼スラブを用意した。

鋼スラブは1120℃で加熱した後、仕上げ圧延終了後の温度が800℃以上900℃以下、圧延終了後の巻取り温度が500℃以上650℃以下の条件下に1.8mm厚まで熱間圧延した。次に1000℃の温度で熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚0.35mm厚に冷間圧延した。その後、水素濃度30vol％かつ露点-40℃の条件にて、1050℃の温度で仕上げ焼鈍を行った。

得られた鋼板から、磁気特性は圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。

得られた結果を図４に示す。図４は、CaおよびS含有量と磁気特性および表面欠陥との関係を示す図である。図４において、横軸はCa量、縦軸はS量であり、図中に磁束密度(B₅₀)と鉄損(W_15/50)、および表面欠陥の程度を記した。なお、各プロットにおいて、上段：B₅₀、中段：W_15/50、下段：表面欠陥の評価結果である。表面欠陥は、鋼板の単位面積当たり線状欠陥長さで評価し、0.001[m/m²]未満を欠陥無（○）、0.001[m/m²]以上を欠陥有（×）として評価した（以下は、すべて同じ評価基準とした）。

図４より、試験片がCa：0.0010％以上0.0050％以下およびS：0.0030％以下をCa/S≧0.80の下に含有する場合に、良好な外観と磁気特性(W_15/50≦2.0W/kg, B₅₀≧1.70T)が得られていることがわかる。

なお、Ca添加については、特開2001-271147号公報にて、Ｃ：0.005 ％以下、（Si＋Al）≧1.0 ％でかつAl≧0.2 ％またはAl≦0.01％、Mn：0.1 〜1.5 ％、Ｐ：0.1 ％以下を含み、さらにＳ：0.004 ％以下、(Sb＋Sn＋Cu)：0.005 〜0.1 ％を含有する組成で、Caを10〜100ppm添加することにより、介在物や析出物が多くても鉄損を低減することができる技術が開示されているが、この従来技術における主旨は、仕上げ焼鈍時の粒成長を抑制するMn系硫化物の量を減らして、CaSの形態にすることで、製品板の粒径を大きくして鉄損を改善することにあり、本発明のMn量が少ない場合に液相のFeSの析出を防いでSの偏析・濃化を抑制することで表面欠陥の発生を抑制するのとは目的・効果が異なる。また上記・公報での明細書および実施例中で、Mn量の最も少ない例は0.15％であり、本発明のMn量0.01％以上0.1％以下に該当するものはない。

また、特開平11-293426号公報では、Ｃ：0.005％以下、Si：4.0％以下、Mn：0.05〜1.5％、Ｐ：0.2％以下、Ｎ：0.005％以下（０を含む）、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.0009％以下(０を含む)を含有する組成で、Caを0.0005〜0.005％を添加することで、疲労特性に優れた無方向性電磁鋼板を製造する技術が開示されているが、この従来技術における主旨は、S 9ppm以下の材料ではCa添加により分散した球状のCa-Al酸化物を生成させることで、疲労強度を向上させることにある。したがって、Alが0.1〜1.0％含有されることが重要と考えられ、本発明のAl：0.005％以下の成分とはCa添加の目的・効果が異なる。また上記・公報での明細書および実施例中で、Mn量の最も少ない例は0.17％であり、本発明のMn量0.01％以上0.1％以下に該当するものはない。

更に発明者らは、他の製造条件の影響を調べるために以下の実験を行った。
表２に示す成分組成になる鋼スラブをいくつか用意し、スラブ加熱温度を変化させて加熱した後、仕上げ圧延終了後の温度が860℃〜890℃、圧延終了後の巻取り温度：610℃〜640℃の下に1.6mm厚まで圧延した。次に焼鈍温度を変化させて熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚0.25mm厚に冷間圧延した。その後、水素濃度20vol％かつ露点-40℃の条件で、1000℃の温度で仕上げ焼鈍を行った。

得られた鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。

磁気特性と表面欠陥の発生有無に及ぼすスラブ加熱温度と熱延板焼鈍温度の影響を図５に示す。スラブ加熱温度を1050℃以上1150℃以下、熱延板焼鈍を950℃以上スラブ加熱温度以下とした条件にて、良好な外観と磁気特性(W_15/50≦1.9W/kg, B₅₀≧1.70T)が得られていることがわかる。

上記した範囲のスラブ加熱温度で良好な特性が得られる理由については、鋳込み時にCaSとしてではなく。MnSとして析出していたものが、一旦、固溶した後、CaSとして析出するためと考えられる。スラブ加熱温度が低いと再固溶が生じず、一方、加熱温度が高いと、鋳込み時にCaSとして析出していたものまでが固溶してしまうため逆効果になると考えられる。

また、上記した範囲の熱延板焼鈍温度で良好な特性が得られる理由について、下限温度は、一定以上の大きさの熱延板粒径にすること、上限温度は、スラブ加熱および熱間圧延時に得られたCaSの析出および分布状態を大きく変化させないこと、が重要と考えられる。

以下、上記のようにして定めた本発明の成分組成範囲の限定理由について説明する。
Ｃ：0.005％以下
Ｃは、磁気時効劣化を抑制するために、0.005％以下に限定する。好ましくは0.0035％以下、より好ましくは0.0030％以下である。

Si：1.5％以上 4.5％以下
本発明の電磁鋼板において、Siは電気抵抗を増大させ、鉄損を改善する有用元素である。この鉄損改善のためには、1.5％以上のSiが必要である。一方、4.5％を超えると鋼板の加工性が劣化し、かつ磁束密度の低下も顕著になるため、Si含有量は1.5〜4.5％の範囲に限定する。

Al：0.005％以下
Alは、Siと同様、鋼の脱酸剤として一般的に用いられており、電気抵抗を増加して鉄損を低減する効果が大きいため、通常、無方向性電磁鋼板の主要構成元素の一つである。しかしながら、本発明で目的とする高磁束密度かつ低鉄損の電磁鋼板を得るには、Al量を0.005％以下に低減することが必須であり、本発明において重要な点である。

Mn：0.01％以上0.10％以下
Siと同様に、Mnは電気抵抗を高めて鉄損を低減する効果があるだけでなく、鋼を固溶強化する作用も有し、また熱間脆性を改善する上でも有効な元素であるため、通常、無方向性電磁鋼板においては、0.2％以上程度添加されている。しかしながら、本発明で目的とする高磁束密度かつ低鉄損の電磁鋼板を得るには、Mn量を0.1％以下と少なくすることが必須であり、本発明において重要な点である。すなわち、Mn量が0.1％を超えると飽和磁束密度が低下する。一方、熱間加工性を確保する点から、下限は0.01％とする。

Ca：0.0010％以上0.0050％以下
本発明において、CaはMn量を少なくして良好な特性を得るために必須の元素であるが、0.0010％未満ではその効果は充分ではない。一方、0.0050％を超えると、その効果は飽和するため、上記範囲に限定した。

S：0.0030％以下
Sは不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多くなると硫化物系介在物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.0030％以下とする。

N：0.0030％以下
NもSと同様、不可避的に混入してくる不純物であり、その含有量が多いと窒化物が多量に形成されて鉄損が増加する原因となる。よって、本発明では0.0030％以下とする。

Ca/S≧0.80
Ca/S＜0.80の場合、Sを固定するためのCa量が不足する。特に本発明のようにMn量が0.10％以下と少ない場合、スラブ加熱時などに液相のFeSが析出して、Sが偏析・濃化しやすくなり、それが鋼板表面欠陥の発生原因になるため、上記範囲にすることが必要である。

本発明では、その他、無方向性電磁鋼板の磁気特性向上や高強度化、表面性状の改善のために以下に述べる元素を適宜含有させることができる。

SnおよびSb：0.005％以上 0.2％以下
SnおよびSbはいずれも、無方向性電磁鋼板の集合組織を改善し磁気特性を高める効果を有するが、その効果を得るには、Sb，Snを単独添加または複合添加するいずれの場合も0.005％以上添加する必要がある。一方、過剰に添加すると鋼が脆化し、鋼板製造中の板破断やヘゲが増加するため、Sn，Sbは単独添加または複合添加いずれの場合も0.2％以下とする。

P：0.03％以上0.20％以下
Pも集合組織改善に有効な元素であるが、過剰な添加は偏析による脆化により粒界割れや圧延性の低下をもたらすので、Ｐ量は0.20％以下に制限する。なお、明確な効果を発現させるには0.03％以上の添加が必要なため、上記範囲に限定した。

Mo：0.005％以上0.10％以下
Moは耐酸化性を向上させることにより表面性状を改善する効果がある。しかしながら、含有量が0.005％未満では充分な効果が得られず、一方、0.10％を超えて添加してもその効果は飽和し、コスト高ともなるので、上限は0.10％とする。

B：0.0002％以上0.002％以下
Bは粒界偏析することにより粒界強度を向上させる元素であり、特にPの粒界偏析による脆化を抑制する効果が顕著である。その効果を得るには、0.0002％以上の添加が必要であり、また0.002％を超えて添加してもその効果は飽和するので、上記範囲に限定する。

Cr：0.05％以上0.5％以下
本発明におけるSi主体成分では、表面性状改善に有効であり、0.05％以上の添加でその効果が明確になるが、0.5％を超えるとその効果は飽和するので、上記範囲に限定する。

次に、本発明に従う製造方法の限定理由について述べる。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造は、一般の無方向性電磁鋼板に適用されている工程および設備を用いて実施することができ、各工程における条件を本発明に従って規制することが肝要である。例えば、転炉あるいは電気炉などで所定の成分組成に溶製された鋼を、脱ガス設備で二次精錬し、連続鋳造または造塊後の分塊圧延により鋼スラブとしたのち、熱間圧延、熱延板焼鈍、酸洗、冷間または温間圧延、仕上焼鈍および絶縁被膜塗布焼き付けといった工程である。また、直接鋳造法を用いて、100mm以下の厚さの薄鋳片を直接製造してもよい。

ここで、製造条件を以下に述べるように制御することが必要である。
すなわち、まず、熱間圧延に際してスラブ加熱温度を1050℃以上1150℃以下とし、鋳込時にCaSとしてではなく、MnSとして析出していたものを適切な固溶状態とすることが必要である。スラブ加熱温度が1050℃未満では、MnSを固溶させることができず、1150℃を超えると、鋳込時にCaSとして析出していたものまで再固溶し始めるため、上記範囲にする必要がある。

続いて、熱間圧延は、仕上げ圧延終了後の温度が800℃以上900℃以下、圧延終了後の巻取り温度が500℃以上650℃以下になるように実施することが必要である。この条件にすることにより、スラブ加熱時に固溶したMnSがFeSの液相になることなく、CaSの形態に変化するものと考えられる。

ついで熱延板焼鈍を行うが、その際、熱延板焼鈍温度を950℃以上スラブ加熱温度以下にすることが必要である。この範囲の熱延板焼鈍温度にすることにより、熱延板粒径が適度な大きさになり、かつ、スラブ加熱および熱間圧延時に得られたCaSの析出・分布状態を大きく変化させないことが重要と考えられる。

次に、冷間または温間圧延を施して最終板厚にし、ついで、仕上焼鈍を施すが、その際、強還元性雰囲気である、水素：10vol％以上、露点：−20℃以下の雰囲気下にすることが必要である。

上記のような強還元性雰囲気にすることで、本発明のようにAl量が非常に少ない成分においても、顕著な鉄損劣化を招かない程度に、鋼板・表層酸化物等の生成を抑制できるためと考えられる。

また、仕上げ焼鈍温度は950℃以上にする必要がある。焼鈍温度が950℃より低いと、結晶粒径が小さいために、ヒステリシス損が高くなって、低鉄損が得られなくなる。なお、仕上げ焼鈍温度の上限はないが、1100℃を超える温度で焼鈍しても、結晶粒径をさらに大きくすることは難しく、結晶粒径の増大によるヒステリシス損低減の効果が飽和するため、仕上げ焼鈍は1100℃以下で行うことがコスト的に有利である。

なお、上記した仕上焼鈍に引き続いて、既知のコーティング処理を行っても良いのはいうまでもない。この際、良好な打抜き性を確保するためには、樹脂を含有する有機コーティングが望ましく、一方溶接性を重視する場合には半有機や無機コーティングを適用することが望ましい。

表３に示す成分組成になる鋼スラブを、表４に示す条件に従って、スラブ加熱後に、熱間圧延して巻取り、熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚：0.35mmまで冷間圧延を施したのち、仕上焼鈍・コーティング処理を行った。

得られた無方向性電磁鋼板から、圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はL+C特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。表面欠陥は、鋼板の単位面積当たり線状欠陥長さで評価し、0.001[m/m²]未満を欠陥無（○）、0.001[m/m²]以上を欠陥有（×）として評価した。得られた結果を表４に併記する。

記号１−１〜１−３に示す比較例（比較例１−１〜１−３）は、表３にAとして示す鋼種を用いている。この鋼種ではCaの添加が無く、上述のように、MnSをCaSの形態にすることで表層酸化物の生成を抑制することができない。よって、表４に示すように比較例１−１〜１−３の全てにおいて表面欠陥が生じている。さらに、記号１−１および１−３に示す比較例は、鋼種だけでなく、スラブ加熱温度、熱間圧延条件についても本発明による数値範囲外であるため、鋼種以外の条件は本発明による数値範囲内で処理を行った比較例１−２と比較して磁気特性が悪い。加えて、比較例１−１ではスラブ加熱温度、熱間圧延条件に加えて、仕上げ焼鈍条件における水素濃度及び露点についても本発明による数値範囲外であり、比較例１−３よりも更に磁気特性が悪い。

記号１−４に示す比較例（比較例１−４）は、スラブ加熱温度、熱間圧延条件、仕上げ焼鈍条件における水素濃度及び露点について、本発明の数値範囲外である。鋼種が本発明にて規定した数値範囲内の成分組成から成るものであるため、比較例１−１〜１−３と比べて磁気特性は比較的良好であるが、表面欠陥は発生した。他方、記号１−５および１−６に示す発明例のように、比較例１−４と同じ鋼種に対して本発明の製造条件を適用することで、鉄損は低減され磁束密度は上昇し、磁気特性は良好となった。更に、これらの発明例では表面欠陥も発生しなかった。

記号１−７に示す比較例は、スラブ加熱温度、仕上げ焼鈍条件における焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この例では、磁気特性が不良であり、表面欠陥も発生した。しかし、記号１−８および１−９に示すように、同様の鋼種に対して本発明の製造条件を適用することで、鉄損は低減され磁束密度は上昇し、磁気特性は良好となった。更に、これらの発明例では表面欠陥も発生しなかった。

記号１−１０に示す比較例（比較例１−１０）は、仕上げ焼鈍条件における露点及び焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この例では、表面欠陥は発生しなかったが、磁気特性が不良であった。記号１−１３に示す比較例（比較例１−１３）では、スラブ加熱温度及び熱間圧延条件における仕上終了温度が本発明の数値範囲外である。この例では、表面欠陥が発生した。記号１−１６に示す比較例（比較例１−１６）では、熱間圧延条件における仕上終了温度、熱延板焼鈍温度、および仕上焼鈍条件における水素濃度及び露点が本発明の数値範囲外である。この場合、磁束密度は高いが鉄損も高く、更に表面欠陥も発生した。一方、比較例１−１０、比較例１−１３、及び比較例１−１６のそれぞれと同様の鋼種に対して本発明の製造条件を適用することで、磁束密度を更に上昇させると共に鉄損を低減させることができ、更に表面欠陥も発生しなかった。

このように、本発明の製造条件を満足する発明例はいずれも、表面欠陥の発生がなく、良好な磁気特性が得られていることがわかる。

表５に示す成分組成になる鋼スラブを、表６に示す条件で、スラブ加熱、熱間圧延して巻取り、熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚：0.50mmまで冷間圧延を施したのち、仕上焼鈍・コーティング処理を行った。

得られた無方向性電磁鋼板から、磁気特性は圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はL+C特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。なお、表面欠陥の評価方法は実施例１と同様である。得られた結果を表６に併記する。

記号２−１に示す比較例では、スラブ加熱温度、熱間圧延条件における巻取り温度、熱延板焼鈍温度、および仕上焼鈍条件における水素濃度が本発明の数値範囲外である。この場合鉄損が著しく高く、さらに表面欠陥を生じた。記号２−４に示す比較例では、スラブ加熱温度、熱間圧延条件における仕上終了温度、および仕上焼鈍条件における露点が本発明の数値範囲外である。この場合、磁気特性はさほど悪化しなかったが表面欠陥が生じた。記号２−７に示す比較例ではスラブ加熱温度及び熱延板焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この場合、鉄損が高く、更に表面欠陥が生じた。記号２−１０に示す比較例では仕上げ焼鈍条件における焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この場合、表面欠陥は生じなかったが磁気特性が悪化した。

しかし、本発明の製造条件を満足する発明例はいずれも、表面欠陥の発生がなく、同一の鋼種に対して本発明の製造条件を適用しなかった比較例よりも良好な磁気特性が得られていることがわかる。

表７に示す成分組成になる鋼スラブを、表８に示す条件で、スラブ加熱、熱間圧延して巻取り、熱延板焼鈍を施し、酸洗後、板厚：0.25mmまで冷間圧延を施したのち、仕上焼鈍・コーティング処理を行った。

得られた無方向性電磁鋼板から、磁気特性は圧延方向および圧延直角方向にエプスタイン試験片を切り出し、磁気特性を測定した。磁気特性はＬ＋Ｃ特性で評価した。また、表面欠陥の発生程度も調査した。なお、表面欠陥の評価方法は実施例１および２と同様である。得られた結果を表８に併記する。

記号３−１に示す比較例では、熱間圧延条件における仕上げ終了温度、仕上げ焼鈍条件における露点および焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この場合、鉄損が高くなり、更に表面欠陥が生じた。記号３−４に示す比較例では、熱延板焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この場合、表面欠陥が生じた。記号３−７に示す比較例では、スラブ加熱温度、熱間圧延条件における仕上終了温度、および熱延板焼鈍温度が本発明の数値範囲外である。この場合も表面欠陥が生じた。記号３−１０に示す比較例では、スラブ加熱温度、熱間圧延条件、および仕上焼鈍条件における水素濃度が本発明の数値範囲外である。この場合、鉄損が高くなるとともに表面欠陥が生じた。

本発明によれば、リサイクル性に優れるとともに、鋼板表面性状が良好な低鉄損かつ高磁束密度の無方向性電磁鋼板を提供することができる。

Claims

質量％で、C：0.005％以下、Si：1.5％以上4.5％以下、Al：0.005％以下、Mn：0.01％以上0.10％以下、Ca：0.0010％以上0.0050％以下、S：0.0030％以下およびN：0.0030％以下を、Ca/S≧0.80の下に含有し、残部Feおよび不可避的不純物の成分組成からなるスラブを、加熱後に熱間圧延を施して巻取り、ついで熱延板焼鈍を経て、冷間または温間にて圧延を施したのち、仕上焼鈍を施す一連の工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法において、
前記スラブ加熱温度を1050℃以上1150℃以下、前記熱間圧延の仕上げ圧延終了後の温度を800℃以上900℃以下、前記巻取り温度を500℃以上650℃以下、前記熱延板焼鈍温度を950℃以上前記スラブ加熱温度以下とし、更に仕上焼鈍を、水素を10vol％以上含有し、かつ露点が−20℃以下の雰囲気下にて950℃以上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。
前記成分組成は、さらに、質量％で、Sb：0.005％以上0.2％以下、Sn：0.005％以上0.2％以下、P：0.03％以上0.2％以下、Mo：0.005％以上0.10％以下、B：0.0002％以上0.002％以下、およびCr：0.05％以上0.5％以下の１種または２種以上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の製造方法。