JP2024519776A - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

無方向性電磁鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】強度と鉄損が同時に優れた無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供する。【解決手段】重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、およびＮ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、結晶粒径が鋼板の厚さの１０％以下である結晶粒の面積分率が０．５％以上であり、結晶粒の個数分率が２０％以上であり、鋼板の厚さ方向の中心層から表面層までの平均結晶粒径がＤ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）≧０．６の関係式を満足することを特徴とする。（式中、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）：鋼板の厚さ方向の表面層から１／４層までの領域の平均結晶粒径、Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）：鋼板の厚さ方向の中心層から１／４層までの領域の平均結晶粒径を示す。）【選択図】なし

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板およびその製造方法に係り、より詳しくは、強度を強化する成分を調節し、同時に微細結晶粒を均一に形成させる製造工程を精密に制御して、強度と磁性を同時に向上させた無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
電気エネルギーを機械的エネルギーに変換させるモータには、主に無方向性電磁鋼板が用いられる。このようなエネルギーの変換過程で高い効率を発揮するためには、無方向性電磁鋼板の磁気的特性が優れていなければならない。
世界各国はカーボンニュートラル時代に備えるために、環境にやさしい低炭素中心に産業構造が再編してきている。このようなトレンドの中、自動車産業の場合、内燃機関自動車が電気自動車に急速に代替されてきており、電気自動車に用いられる駆動モータは、電気自動車の電気エネルギー使用量の過半を占めている。このような駆動モータのコア素材として用いられる無方向性電磁鋼板への関心とその需要が増加している。このような背景の下、駆動モータの効率を高めるための方法として、無方向性電磁鋼板の磁気的特性と強度を同時に高める方法について関心が高まっている。
無方向性電磁鋼板の磁気的特性は、主に鉄損と磁束密度で評価される。鉄損は、特定の磁束密度と周波数で発生するエネルギー損失を意味し、磁束密度は、特定の磁場下で得られる磁化の程度を意味する。鉄損が低いほど、同一の条件でエネルギー効率が高いモータを製造することができ、磁束密度が高いほど、モータを小型化することができ、銅損を減少させることができる。したがって、低い鉄損と高い磁束密度を有する無方向性電磁鋼板を作ることが重要である。このような特性を有する無方向性電磁鋼板を用いると、効率とトルクに優れた駆動モータを作ることができ、これによって電気自動車の走行距離と出力を向上させることができる。
一方、無方向性電磁鋼板の特性は、モータの作動条件も考慮しなければならない。モータに用いられる無方向性電磁鋼板の特性を評価するための一般的な基準としては、商用周波数５０Ｈｚで１．５Ｔの磁場が印加された時の鉄損であるＷ１５／５０を幅広く使用している。しかし、環境配慮型自動車の駆動モータに用いられる厚さ０．３５ｍｍ以下の無方向性電磁鋼板では、１．０Ｔ又はそれ以下の低磁場と４００Ｈｚ以上の高周波で磁気的特性が重要となる場合が多いので、Ｗ１０／４００鉄損で無方向性電磁鋼板の特性を評価する方法が用いられる。
そして、高効率の環境配慮自動車の駆動モータ用無方向性電磁鋼板は、磁気的特性だけでなく優れた強度も要求される。環境配慮型自動車の駆動モータは、主に回転子に永久磁石を挿入した形態に設計されるが、永久磁石挿入型モータが優れた性能を発揮するためには、永久磁石が最大限に固定子に近づくように回転子の外側に位置しなければならない。
しかし、モータが高速に回転する時、電磁鋼板の強度が弱ければ、回転子に挿入されている永久磁石が遠心力によって離脱する虞があるため、モータの性能と耐久性を確保するために強い強度を有する電磁鋼板が要求され、特に、モータの作動による温度上昇を考慮する時、１２０～２００℃での優れた強度が要求される。
無方向性電磁鋼板の磁気的特性と強度を同時に増加させるために通常使用される方法は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎなどの合金元素を添加することである。このような合金元素の添加により鋼の比抵抗が増加すれば、渦電流損失が減少して全体鉄損を低下させることができる。
また、合金元素が鉄の置換型元素として固溶し、強化効果により強度を高めることができる。これに対し、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎなどの合金元素の添加量が増加するほど、磁束密度が低下し、脆性が増加するというデメリットがあり、一定量以上添加すれば、冷間圧延が困難になり商業的生産が不可能になる。特に、電磁鋼板は、厚さを薄くするほど高周波鉄損に優れるが、脆性による圧延性の低下は致命的な問題になる。商業的生産が可能なＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ含有量の合計の最大値は約４．５％程度であることが知られており、その他、微量元素の含有量を最適化して、磁性と強度に優れた最高級無方向性電磁鋼板を生産することができる。
モータの設計意図により、磁気的特性は多少劣化しても強度が改善された電磁鋼板が製造されることもあるが、このような意図の電磁鋼板を製造するための方法としては、侵入型元素の析出を利用する方法と、結晶粒の大きさを減少させる方法とがある。主にモータを小型化して回転速度を上昇させる時又は、回転子に挿入される永久磁石の効果を高めようとする時、電磁鋼板の磁気的特性が多少低下しても強度が顕著に上昇した電磁鋼板で製造された回転子を用いることがある。
この時、Ｃ、Ｎ、Ｓなど侵入型固溶元素が含まれている微細析出物を形成させると、強度の上昇効果は顕著となるが、鉄損が急激に劣化して、むしろモータの効率を低下させる虞があるというデメリットがある。そして、結晶粒の大きさを小さくする方法は、未再結晶部の混入による鋼板材質の不均一度が増加して量産製品の品質偏差が大きくなるというデメリットがある。
このような問題点を解決するために、最終焼鈍工程の冷却速度を制御して、磁性と強度を同時に高める無方向性電磁鋼板を製造する方法がある。しかし、このような方法で製造された鋼板は、未再結晶部が混入して材質が不均一となり、量産工程に適用しにくいという問題がある。
その他、磁性と強度を同時に改善するために、これまで提案された大部分の技術は、製造費用が増加したり、生産性および実収率が低下したり、改善効果が不十分という理由から無視されている。
本発明の目的とするところは、無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供することにある。具体的には、鋼板内に微細な結晶粒が十分に多く存在して優れた降伏強度を有しかつ、同時に微細な結晶粒が表面層に偏重せず中心層まで均一に分布するように予備焼鈍と最終焼鈍工程を細かく制御して、強度と鉄損が同時に優れた無方向性電磁鋼板およびその製造方法を提供する。
本発明の無方向性電磁鋼板は、重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、およびＮ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、結晶粒径が鋼板の厚さの１０％以下である結晶粒の面積分率が０．５％以上であり、前記結晶粒の個数分率が２０％以上であり、前記鋼板の厚さ方向の中心層から表面層までの平均結晶粒径が下記式１の関係を満足できることを特徴とする。
ここで式１は、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）≧０．６であり、式１中、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）は鋼板の厚さ方向の表面層から１／４層までの領域の平均結晶粒径、Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）は鋼板の厚さ方向の中心層から１／４層までの領域の平均結晶粒径を示す。
前記鋼板の平均結晶粒径が５０～１５０μｍであることができる。
前記鋼板の常温での降伏強度ＹＳ（ＲＴ）が４００ＭＰａ以上であり、１５０℃での降伏強度ＹＳ（１５０℃）が３４０ＭＰａ以上であることが好ましい。
前記鋼板は、厚さが０．１０～０．３５ｍｍであることがよい。
本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、およびＮ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなるスラブを製造する段階；前記スラブを加熱し、熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階；前記熱延鋼板を９５０～１，１５０℃まで加熱した後、４０秒以上を維持する１次予備焼鈍段階と、前記１次予備焼鈍段階の後、２０秒以内で８５０～９５０℃の温度雰囲気に変更して２０秒以上を維持する２次予備焼鈍段階とを含む熱延鋼板予備焼鈍段階；前記熱延鋼板予備焼鈍段階の後、前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階；および前記冷延鋼板を水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）との混合雰囲気で９００℃以上まで加熱後、６０秒以下に維持する１次最終焼鈍段階と、６５０～８５０℃の温度で１５秒以上維持する２次最終焼鈍段階とを含む最終焼鈍段階を含むことを特徴とする。
前記スラブは、１，２００℃以下に加熱することができる。
前記熱延鋼板を製造する段階で、仕上げ熱間圧延は、８００℃以上で行うことが好ましい。
前記１次予備焼鈍段階で、熱延鋼板を、１０℃／ｓ以上の昇温速度で加熱することがよい。
前記１次最終焼鈍段階で、冷延鋼板を、２５℃／ｓ以上の昇温速度で加熱することができる。
前記最終焼鈍段階で、冷延鋼板を、０．７５ｋｇｆ／ｍｍ２以下の圧延方向張力を付与した状態で昇温することが好ましい。
本発明の一実施例によれば、本発明の無方向性電磁鋼板およびその製造方法は、鋼板内に微細な結晶粒が十分に多く存在して優れた降伏強度を有し、かつ、同時に微細な結晶粒が表面層に偏重せず中心層まで均一に分布するように予備焼鈍と最終焼鈍工程を細かく制御して、強度と鉄損が同時に優れた無方向性電磁鋼板を提供することができる。
このように強度と鉄損が同時に優れた無方向性電磁鋼板を最高級の環境配慮型自動車の駆動モータに用いる場合、駆動モータの性能を大きく向上させることができる効果を有する。
第１、第２および第３などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および／又はセクションを説明するために使われるが、これらに限定されない。これらの用語は、ある部分、成分、領域、層又はセクションを他の部分、成分、領域、層又はセクションと区別するためにのみ使われる。したがって、以下に述べる第１部分、成分、領域、層又はセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第２部分、成分、領域、層又はセクションと言及されてもよい。
ここで使われる専門用語は単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使われる単数形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使われる「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／又は成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および／又は成分の存在や付加を除外させるわけではない。
ある部分が他の部分の「上に」あると言及した場合、これは直に他の部分の上にあること又は、その間に他の部分があることを意味する。対照的に、ある部分が他の部分の「真上に」あると言及した場合、その間に他の部分が介在しないことを意味する。
また、特に言及しない限り、％は重量％を意味し、１ｐｐｍは０．０００１重量％を意味する。
本発明の一実施例において、追加元素をさらに含むとの意味は、追加元素の追加量だけ残部の鉄（Ｆｅ）を代替して含むことを意味する。
他に定義しない限り、ここで使われる技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、別に定義されない限り、理想的又は非常に公式的な意味で解釈されない。
以下、本発明の実施例について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施例に限定されない。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上：それぞれ０．０００３～０．００５０％を含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる。
以下、無方向性電磁鋼板の成分限定の理由から説明する。
［Ｓｉ：３．０～４．０重量％］
シリコン（Ｓｉ）は、材料の比抵抗を高めて鉄損を少なくし、固溶強化によって鋼板の強度を高める役割を果たす。Ｓｉが過度に少なく添加された場合、鉄損改善と強度改善の効果が不足する虞がある。Ｓｉを過度に多く添加された場合、材料の脆性が増加して圧延生産性が急激に低下し、磁性に有害な表層部の酸化層および酸化物を形成する虞がある。したがって、Ｓｉは３．０～４．０重量％含むことがよい。さらに好ましくは３．１～３．８重量％含むことである。
［Ａｌ：０．３～１．５重量％］
アルミニウム（Ａｌ）は、材料の比抵抗を高めて鉄損を少なくしながら、固溶強化によって鋼板の強度を高める役割を果たす。Ａｌが過度に少なく添加された場合、微細窒化物が形成されて磁性改善効果が得にくくなる虞がある。Ａｌが過度に多く添加されると、窒化物が過剰に形成されて磁性を劣化させ、製鋼と連続鋳造などのすべての工程上に問題を生じて生産性を大きく低下させる虞がある。したがって、Ａｌは０．３０～１．５０重量％含むことがよい。
［Ｍｎ：０．１～０．５重量％］
マンガン（Ｍｎ）は、材料の比抵抗を高めて鉄損を改善し、硫化物を形成させる役割を果たす。Ｍｎが過度に少なく添加された場合、硫化物が微細に形成されて磁性劣化を起こし、一方、Ｍｎが過度に多く添加された場合、鋼板表面の酸化層の形成に悪影響を及ぼし、微細なＭｎＳが過剰に析出し、磁性に不利な｛１１１｝集合組織の形成を助長して磁束密度が急激に減少する。したがって、Ｍｎは０．１～０．５重量％含むことがよい。
［Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％］
クロム（Ｃｒ）は、鋼板表面に酸化層を薄くて密に形成して表面層の微細析出物の形成を抑制する役割を果たす。Ｃｒが過度に少なく添加された場合、密な酸化層を形成する効果を得にくくなり、一方、Ｃｒが過度に多く添加された場合、鋼板内部に炭化物が過剰に生成されて鉄損を劣化させる。より詳しくみると、ＣｒがＭｎの２％未満の場合、鋼板表面に粗い酸化層が形成されて磁性が劣化し、Ｍｎの２０％を超える場合、炭窒化物を形成して微細な結晶粒の分率が増加して磁性が劣化する。したがって、Ｃｒは、Ｍｎの２～２０％を含むことがよい。
［ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１００重量％］
スズ（Ｓｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）は、鋼板の表面および結晶粒界に偏析して焼鈍時の表面酸化を抑制し、結晶粒界を通した元素の拡散を妨げ、｛１１１｝集合組織の発達を遅延させる役割を果たす。ＳｎおよびＳｂが過度に少なく添加された場合、上記効果が十分得られないことがある。ＳｎおよびＳｂが過度に多く添加された場合、結晶粒界の偏析量増加によって靭性が低下して磁性改善に対する生産性が低下する虞がある。したがって、ＳｎおよびＳｂは、合計で０．００６～０．１００重量％含むことがよい。ＳｎとＳｂの合計は、Ｓｎ又はＳｂが単独で含まれる場合は、その単独含有量、ＳｎとＳｂが同時に含まれる場合は、ＳｎおよびＳｂの合計した量を意味する。
［Ｃ：０．００１０～０．００５０重量％］
炭素（Ｃ）は、磁気時効を起こし、その他の不純物元素と結合して炭化物を生成して磁気的特性を低下させるが、一方で、転位の移動を妨げて強度を向上させる役割を果たす。Ｃが過度に多く含まれるように制御されると、微細な炭化物の分率が増加して磁性が低下し、一方、Ｃが過度に少なく含まれるように制御されると、生産性が過度に低下するという問題がある。したがって、Ｃを０．００１０～０．００５０重量％含むことがよい。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０重量％でさらに含むことができる。
［Ｎ：０．０００３～０．００５０重量％］
窒素（Ｎ）は、鋼板内部に微細なＡｌＮ析出物を形成するだけでなく、その他の不純物と結合して微細な析出物を形成して結晶粒成長を抑制し、鉄損を悪化させるが、一方では、強度を向上させる効果もある。Ｎを過度に多く含有すれば、窒化物の分率が増加して鉄損が急激に悪化し、逆に、Ｎを過度に少なく含有すれば、磁束密度が低下する。したがって、Ｎは、０．０００３～０．００５０重量％含むことがよい。より好ましくは、Ｎの含有量は、０．００２５重量％以下である。
［Ｓ：０．０００３～０．００５０重量％］
硫黄（Ｓ）は、微細な析出物のＭｎＳを形成して磁気特性を悪化させ、熱間加工性を悪化させるため、低く管理するのがよい。したがって、Ｓは、０．０００３～０．００５０重量％含むことがよい。より好ましくは、Ｓは、０．００２５重量％以下である。
［Ｔｉ：０．０００３～０．００５０重量％］
チタン（Ｔｉ）は、鋼板内部に析出物を形成する傾向が非常に強く、鋼板内部に微細な炭化物又は窒化物又は硫化物を形成して結晶粒成長を抑制することによって、鉄損を劣化させる。したがって、Ｔｉ含有量は、０．００５％以下に管理されなければならない。より好ましくは、０．００２％以下である。
［Ｎｂ：０．０００３～０．００５０重量％］
ニオブ（Ｎｂ）は、鋼板内部に微細な炭化物又は窒化物を形成して結晶粒成長と磁壁移動を抑制して鉄損を劣化させる。したがって、Ｎｂ含有量は、０．００５％以下に管理されなければならない。より好ましくは０．００２％以下である。
［Ｖ：０．０００３～０．００５０重量％］
バナジウム（Ｖ）は、鋼板内部に微細な炭化物又は窒化物を形成して結晶粒成長と磁壁移動を抑制して鉄損を劣化させる。したがって、Ｖ含有量は、０．００５％以下に管理されなければならない。より好ましくは０．００２％以下である。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、Ｂ、Ｍｏ、ＭｇおよびＺｒなどのような元素が製造工程中に不可避に含まれる。これらの成分は、微量でも鋼板内部に介在物を形成して磁性を悪化させる虞があるので、Ｂ：０．０００２重量％以下、Ｍｏ：０．０１重量％以下、Ｍｇ：０．００５重量％以下、およびＺｒ：０．００５重量％以下に管理されることが好ましい。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、残部としてＦｅおよび不可避不純物を含む。不可避不純物については、製鋼段階および方向性電磁鋼板の製造工程過程で混入する不純物であり、これは当該分野にて広く知られているので、具体的な説明は省略する。本発明の一実施例においては、前述した合金成分以外の元素の追加を排除せず、本発明の技術思想を阻害しない範囲内で多様に含まれる。追加元素をさらに含む場合、残部のＦｅを代替して含む。
以上の組成を有する本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、以下のような物理的特性を有する。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板は、平均結晶粒径が５０～１５０μｍである。そして、結晶粒の直径は、鋼板の厚さの１０％以下である結晶粒が面積分率で０．５％以上であり、個数分率では２０％以上である。また、鋼板の厚さ方向の中心層から１／４層までの領域の平均結晶粒径Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）と、厚さ方向の表面層から１／４層までの領域の平均結晶粒径Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）は、下記式１の関係を有する。
Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）≧０．６－－－［式１］
このように鋼板内部の結晶粒を直径と厚さ方向の結晶粒分布および式１の関係を有するように鋼板を製造すれば、製造された無方向性電磁鋼板の降伏強度と鉄損が同時に改善される。このような事実は、本発明者らが鋼板の組成と製造工程を繰り返す実験により確認したものである。
このように鋼板の結晶組織を制御して、降伏強度と鉄損が同時に向上させた理由は、鋼板の表面層で酸化挙動に影響を及ぼすＳｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｒ含有量を細かく制御し、同時に後述する本発明の一実施例による製造工程条件つまり、熱延鋼板予備焼鈍と冷延鋼板最終焼鈍条件を２段階に細かく制御することによって、結晶粒の直径が鋼板の厚さの１０％以下である微細結晶粒を十分に多く形成させたためと考えられる。このように鋼板の結晶粒を微細にしながら、同時に表面部と中心部で均一に分布させると、常温での降伏強度ＹＳ（ＲＴ）も４００ＭＰａ以上であり、１５０℃での降伏強度ＹＳ（１５０℃）が３４０ＭＰａ以上と優れ、かつ、同時に鉄損も優れることを確認することができた。
本発明の一実施例による無方向性電磁鋼板の製造方法は、スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階、熱延鋼板を予備焼鈍する段階、熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階、および冷延鋼板を最終焼鈍する段階、を含む。
まず、スラブを熱間圧延する。
スラブの合金成分については、前述した無方向性電磁鋼板の合金成分で説明したので、重複する説明は省略する。無方向性電磁鋼板の製造過程で合金成分が実質的に変動しないので、無方向性電磁鋼板とスラブの合金成分は、実質的に同一である。
具体的には、スラブは、重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、Ｎ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上を各０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなる。
その他の追加元素については、無方向性電磁鋼板の合金成分で説明したので、重複する説明は省略する。
スラブを熱間圧延する前に加熱することができる。
スラブの加熱温度は制限されないが、スラブを１，２００℃以下に加熱することがよい。スラブの加熱温度が過度に高ければ、スラブ内に存在するＡｌＮ、ＭｎＳなどの析出物が再固溶した後、熱間圧延および焼鈍時に微細に析出して結晶粒成長を抑制し、磁性を低下させる虞がある。
次に、スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する。
熱延鋼板を製造する段階で、仕上げ圧延温度は、８００℃以上であることがよい。具体的には８００～１，０００℃であることが好ましい。熱延鋼板は、７００℃以下の温度で巻取られる。
熱延鋼板を製造する段階の後、熱延鋼板を熱延鋼板焼鈍する段階をさらに含む。この時、熱延鋼板焼鈍は、２段階に分けて実施する。
まず、熱延鋼板の１次予備焼鈍は、熱延鋼板を１０℃／ｓ以上の昇温速度で９５０～１，１５０℃まで加熱後、４０秒以上維持することがよい。このように１次予備焼鈍を完了した後、２０秒以内に８５０～９５０℃に炉内雰囲気に変更して２０秒以上維持する２次予備焼鈍を実施する。
このような２段階の熱延鋼板予備焼鈍は、磁性に有利な結晶方位を増加させ、結晶粒の大きさを適切に形成させるために行われるものである。
焼鈍された熱延鋼板は、継続して酸洗することが好ましい。
次に、熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する。冷間圧延は、０．１ｍｍ～０．３５ｍｍの厚さに最終圧延することがよい。
次に、冷延鋼板を最終焼鈍する。この時、最終焼鈍も、２段階に分けて実施する。
まず、冷延鋼板を水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）との混合雰囲気下で鋼板の圧延方向に０．７５ｋｇｆ／ｍｍ２以下の張力を付与した状態で、２５℃／ｓ以上の昇温速度で９００℃以上まで加熱する。このように加熱した均熱状態で６０秒以下に維持して冷延鋼板を１次最終焼鈍段階を実施する。
その後に続いて、炉内の温度を６５０～８５０℃に制御した後、１５秒以上維持して２次最終焼鈍段階を実施する。
無方向性電磁鋼板の鉄損は、結晶粒の大きさと密接に関連するので、このように最終焼鈍段階を２段階に分けて精密に制御しながら焼鈍を実施する。
最終焼鈍する段階で、炉内雰囲気は、水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）とを混合したガスを使用することができる。
以上のような一連の工程を経て最終焼鈍を完了した鋼板は、平均結晶粒粒径が５０～１５０μｍになる。これに加えて、この鋼板は、結晶粒の直径が板厚の１０％以下である結晶粒が面積分率で０．５％以上であることがよく、個数分率で２０％以上であることがよい。更に、鋼板の厚さ方向の中心層から１／４層までの領域の結晶粒子の平均結晶粒径Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）と、厚さ方向の表面層から１／４層までの領域の結晶粒子の平均結晶粒径Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）が、下記式１の関係を満足することが好ましい。
Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）≧０．６－－－［式１］
最終焼鈍を完了した鋼板は、表面部と中心部に微細な結晶粒を均一に分布させて、鋼板の常温降伏強度ＹＳ（ＲＴ）が４００ＭＰａ以上であり、１５０℃の降伏強度ＹＳ（１５０℃）が３４０ＭＰａ以上であり、優れた強度特性を示す。
最終焼鈍後、絶縁被膜を形成する。絶縁被膜は、有機質被膜剤、無機質被膜剤および有機－無機複合被膜剤で処理されることがよく、その他の絶縁可能な被膜剤で処理することも可能である。
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例は単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるものではない。
実施例１
表１と残部のＦｅおよび不可避不純物を含む成分としてスラブを製造した。これを１，１５０℃で加熱し、８８０℃の仕上げ温度で熱間圧延して、板厚２．０ｍｍの熱延鋼板を製造した。
Figure 2024519776000001
熱間圧延された熱延鋼板は、表２の条件で熱延鋼板予備焼鈍を行った後、冷間圧延して薄い厚さの冷延鋼板を製造した。この冷延鋼板を表２の条件で冷延鋼板最終焼鈍を実施した。
Figure 2024519776000002
そして、各試験片に対する最終板厚、平均結晶粒径、直径が板厚の１０％以下である微細粒の面積分率および個数分率、Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）、ＹＳ（ＲＴ）、ＹＳ１５０℃）、Ｗ１０／４００鉄損、Ｂ５０磁束密度をそれぞれ測定して、表３に示した。
この時、各成分の含有量は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）湿式分析法で測定した。結晶粒の平均直径、微細粒の面積分率および個数分率は、試験片の垂直（ＴＤ）断面を研磨して１００ｍｍ２以上の面積となるように電子線後方散乱回析（ＥＢＳＤ）で測定後、ＯＩＭソフト（ＯＩＭ ｓｏｆｔｗａｒｅ）のマージ（Ｍｅｒｇｅ）機能で併合し、粒子径（直径）（Ｇｒａｉｎ Ｓｉｚｅ（ｄｉａｍｅｔｅｒ））機能で計算した時に出る平均結晶粒径（Ａｖｅｒａｇｅ）、微細粒の面積分率（Ａｒｅａ ｆｒａｃｔｉｏｎ）、微細粒の個数分布（Ｎｕｍｂｅｒ ｆｒａｃｔｉｏｎ）値を使用した。
Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）値は、前述したＥＢＳＤ測定データにおいて、厚層の中心部から１／４厚層まで採取（Ｃｒｏｐ）したデータから、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）値は、厚層の表面部から１／４厚層まで採取（Ｃｒｏｐ）したデータから計算された結晶粒径（直径）（Ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ（ｄｉａｍｅｔｅｒ）Ａｖｅｒａｇｅ）値を使用した。
常温と１５０℃での引張試験は、ＩＳＯ６８９２－１、２規格に基づいて試験した。磁束密度、鉄損などの磁気的特性は、それぞれの試験片に対して幅６０ｍｍ×長さ６０ｍｍ×枚数５枚の試験片を切断して、単層測定器（Ｓｉｎｇｌｅ ｓｈｅｅｔ ｔｅｓｔｅｒ）で圧延方向と圧延垂直方向を測定し、その平均値を示した。
この時、Ｗ１０／４００は、４００Ｈｚの周波数で１．０Ｔの磁束密度を誘起した時の鉄損であり、Ｂ５０は、５，０００Ａ／ｍの磁場で誘導される磁束密度を意味する。
Figure 2024519776000003
表３のように、本発明の範囲に相当するＡ７、Ａ８、Ｂ７、Ｂ８、Ｃ７、Ｃ８、Ｄ７、Ｄ８の場合には、成分の含有量を適切に調節し、同時に２段階の予備焼鈍および２段階の最終焼鈍条件が適切に制御されたため、結晶粒子の大きさと分布が細かくかつ均一で、その結果として優れた降伏強度と磁気的特性が得られた。
しかし、Ａ１、Ａ５、Ｂ１、Ｃ６、Ｄ１、Ｄ３、Ｄ５、Ｄ６は、Ｃｒ含有量、１次予備焼鈍昇温速度、１次最終焼鈍昇温速度および均熱温度のいずれかが、本発明が特定する範囲を１つ以上が外れているため、平均結晶粒径が過度に小さいものがあり、微細結晶粒が表面層に偏重して、Ｗ１０／４００特性に劣ることが確認された。
また、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ６、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５の場合、２段階の予備焼鈍および２段階の最終焼鈍条件が、本発明が特定する範囲を外れていたため、平均結晶粒径が過度に大きいか又は過度に小さく、又は微細結晶粒の分率が悪く常温および１５０℃の降伏強度が不足していることが確認された。
本発明は実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で製造可能であり、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は本発明の技術的思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解することができる。以上に述べた実施例はすべての面で例示的であり、限定的ではないと理解しなければならない。

Claims (10)

  1. 重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、およびＮ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなり、
    結晶粒径が鋼板の厚さの１０％以下である結晶粒の面積分率が０．５％以上であり、前記結晶粒の個数分率が２０％以上であり、前記鋼板の厚さ方向の中心層から表面層までの平均結晶粒径が下記式１の関係を満足することを特徴とする無方向性電磁鋼板。
    Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）／Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）≧０．６－－－－［式１］
    （式１中、Ｄ（ｓｕｒｆａｃｅ）：鋼板の厚さ方向の表面層から１／４層までの領域の平均結晶粒径、Ｄ（ｃｅｎｔｅｒ）：鋼板の厚さ方向の中心層から１／４層までの領域の平均結晶粒径を示す。）
  2. 前記鋼板の平均結晶粒径が５０～１５０μｍであ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。
  3. 前記鋼板の降伏強度ＹＳ（ＲＴ）が４００ＭＰａ以上であり、１５０℃の降伏強度ＹＳ（１５０℃）が３４０ＭＰａ以上であ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。
  4. 前記鋼板の厚さが０．１０～０．３５ｍｍであ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。
  5. 重量％で、Ｓｉ：３．０～４．０％、Ａｌ：０．１～１．５％、Ｍｎ：０．１～０．５％、Ｃｒ：Ｍｎ含有量の２～２０％、ＳｎとＳｂの合計：０．００６～０．１％、Ｃ：０．００１０～０．００５０％、およびＮ、Ｓ、Ｔｉ、ＮｂおよびＶのうちの１種以上をそれぞれ０．０００３～０．００５０％含み、残部はＦｅおよび不可避不純物からなるスラブを製造する段階；
    前記スラブを加熱し、熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階；
    前記熱延鋼板を９５０～１，１５０℃まで加熱した後、４０秒以上を維持する１次予備焼鈍段階と、前記１次予備焼鈍段階の後、２０秒以内で８５０～９５０℃の温度雰囲気に変更して２０秒以上を維持する２次予備焼鈍段階とを含む熱延鋼板予備焼鈍段階；
    前記熱延鋼板予備焼鈍段階の後、前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階；および
    前記冷延鋼板を水素（Ｈ２）と窒素（Ｎ２）との混合雰囲気で９００℃以上まで加熱後、６０秒以下に維持する１次最終焼鈍段階と、６５０～８５０℃の温度で１５秒以上維持する２次最終焼鈍段階とを含む最終焼鈍段階；
    を含むことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
  6. 前記スラブは、１，２００℃以下に加熱することを特徴とする請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  7. 前記熱延鋼板を製造する段階で、仕上げ熱間圧延は、８００℃以上で行うことを特徴とする請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  8. 前記１次予備焼鈍段階で、熱延鋼板は、１０℃／ｓ以上の昇温速度で加熱することを特徴とする請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  9. 前記１次最終焼鈍段階で、前記冷延鋼板は、２５℃／ｓ以上の昇温速度で加熱することを特徴とする請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  10. 前記最終焼鈍段階で、前記冷延鋼板は、０．７５ｋｇｆ／ｍｍ２以下の圧延方向張力を付与して昇温することを特徴とする請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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