JP2708682B2 - 磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents
磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板及びその製造方法Info
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Description
極めて高く、鉄損が低い無方向性電磁鋼板及びその製造
方法に関する。
性電磁鋼板に対する品質向上の要求は、省エネルギーの
観点からますます強くなっている。電磁鋼板製造メーカ
ーの側においても、この要望に応えるべく鋭意無方向性
電磁鋼板の磁気特性の向上のための研究開発が進められ
てきており、工業的には、JISに規定されている数々
の無方向性電磁鋼板が製造されている。
て、鉄損値が低い製品を得るためには、従来、鋼をその
溶製段階で高純度化したり、鋼中のSi含有量を多くす
ることや、仕上げ焼鈍において温度・時間を十分にとる
等の手段が採用されてきた。しかしながら、これらの技
術的手段によるときは、製品の鉄損値は低くなるが、磁
束密度が低下すると言う問題があり、これは製品板の集
合組織に起因するといわれている。
巻き取り保温するいわゆる自己焼鈍、又は熱延板を焼鈍
する方法が採られてきた。さらに、最近、移動更新する
冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次い
で、該鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕
上焼鈍して無方向性電磁鋼板を得る方法が開発された。
これらの方法でも、冷延圧下率が40%以上では、仕上
げ最終焼鈍後の集合組織はいわゆるゴス方位{110}
<001>や{111}<112>方位が発達したもの
となるが、{100}<0vw>方位と比較して全周方
向の磁性が劣るので、全周の磁気特性、特に磁束密度の
向上に限界があった。
術における問題を解決し、全周方位での鉄損が低くか
つ、磁束密度が極めて高い無方向性電磁鋼板、及びその
製造方法を提供することを目的とする。
に本発明は、板厚0.20mm〜1.20mmの無方向性電
磁鋼板において、一次再結晶後の組織が{100}<0
vw>集合組織を有し、かつ圧延面に平行な{100}
面強度が対ランダムで2倍以上であるランダムキューブ
集合組織を有することを特徴とし、これによって全周方
向に極めて優れた磁気特性が得られる。上記鋼板には、
重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.0%、その他無
方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含み、残部Fe及
び不純物から成るものを適用する。また本発明は、全周
方向の磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板の製造
するために、重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.0
%、その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含
み、残部:Fe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移
動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯と
し、次いで、該鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとし
た後、仕上焼鈍する方法において、冷間圧延に際し圧延
率を5%以上40%未満とすることを特徴とする。な
お、上記SiおよびAlの含有量は、変態を有しない
(Si+2Al)>2.5%、また変態を有する(Si
+2Al)≦2.5%のいずれの場合をも対象にでき
る。
は、本発明における技術的課題を解決すべく鋭意検討を
重ねた結果、従来から無方向性電磁鋼板の理想集合組織
といわれていたランダムキューブ集合組織の存在を確認
すると共に、現実にこのランダムキューブが無方向性電
磁鋼板の理想集合組織であることを証明でき、本発明を
完成するに至った。
を得るためには、溶鋼から直接的に鋳造薄帯を得、その
後の冷間圧延率を適切にとることによって、仕上げ焼鈍
後の製品における集合組織を制御することができ、これ
によって磁束密度が極めて高く鉄損が良好な(鉄損値が
低い)無方向性電磁鋼板を得るに成功した。
ついて説明する。本発明はSi及びAlを特定量含有さ
せるが、その他に製品の機械特性の向上、磁気特性、耐
錆性等の向上或いは、その他の目的のために、無方向性
電磁鋼板に不可避的に通常含有するC,N,Sのほかに
Mn,P,B,Ni,Cr,Sb,Sn,Cuを1種ま
たは、2種以上含有させても本発明の効果は損なわれな
い。Cは、0.050%以下であれば、本発明の目的を
達することができる。無方向性電磁鋼板の用途は、主に
回転機であり、磁気特性の安定という観点からは、その
使用中に磁気特性の劣化(磁気時効)を起こさないこと
が要求され、そのためにC含有量は低い方が好ましく、
0.005%以下にするのが望ましい。なお、特願平3
−204419号に記載したγ処理と同等の冷却条件を
適用すれば、Cを無害化できるので許容範囲を0.05
%までとすることができる。
来の無方向性電磁鋼板の製造方法では、NはSと同様に
その含有量が多いと、熱延のスラブ加熱時に一時再固溶
し、熱間圧延中にAlN,MnS等の析出物を形成し、
仕上焼鈍時に再結晶粒の成長を妨げたり、製品が磁化さ
れるときに磁壁の移動を妨げるいわゆるピニング効果を
により製品の低鉄損化を妨げる要因になる。従ってN含
有量は低いほうが好ましく0.005%以下とするのが
好ましい。しかし、特願平3−204419号によるγ
処理と同等の冷却条件を適用すれば、Nは、無害化でき
るので0.050%までは許容できる。Sは、鋼の溶製
段階で不可避的に混入する元素である。その含有量が多
くなると加工性を劣化するため0.010%以下、好ま
しくは0.005%以下とすべきであるが、特願平3−
204419号によるγ処理と同等の冷却条件を適用す
れば、Sを無害化できるので0.020%まで許容でき
る。
鋼板の固有抵抗を増加させ渦流損を低減するため添加さ
れる。4.0%を超えてSiを添加すると、加工性が極
端に劣化し冷間圧延を困難にし、本発明の用は大量生産
に適しなくなる。AlもSi同様に、鋼板の固有抵抗を
増加させ渦流損を低減するため添加される。この目的の
ため従来から無方向性電磁鋼板には、最大2.0%のA
lが添加されている。更に添加量を増加することは、原
理的には可能であるが、Si同様冷間圧延性を考慮して
最大2.0%とする。上記Si,Alは、(Si+2A
l)を2.5%超とした変態を有しない範囲、及び(S
i+2Al)が2.5%以下である変態を有する範囲の
両方を含んでいる。
いと製品の加工性が劣化するからまた、Sを無害化させ
るために添加される。しかしながら、Mnの添加量が、
2.0%を超えると製品の磁束密度が著しく劣化するか
らMn≦2.0%とすることが好ましい。Pは、製品の
打ち抜き性を良好ならしめるために、0.1%までの範
囲内で添加される。P≦0.2%であれば、製品の磁気
特性の観点からは問題がない。Bは、Nの無害化のため
に必要に応じて添加される。添加する場合にはNの量と
のバランスが必要であり、その最大含有量を0.005
%とする。特開平3−204419号に記載したγ処理
と同等の冷却条件を適用したり、極低窒素鋼を溶製及び
適量のAlの添加により、Nは無害化できるので、この
場合には添加しなくてもよい。その他Ni,Cr,S
b,Sn及びCuについては、その1種または2種以上
を必要に応じて含有させればよく、それらの含有量は目
的により適宜選択すればよい。
は製品板厚を0.20〜1.20mmとする。従来から大
量に生産される無方向性電磁鋼板の製品厚は0.20〜
1.00mmである。0.20mm未満の場合も例外的に
中、高周波領域用として使用されているが、本発明では
大量生産可能な0.20mm板厚の下限とする。すなわち
0.20mm未満での製品用途は、400Hz以上での領
域であり、この領域における鉄損は渦流損の影響が大き
く、集合組織が寄与する履歴損については影響が小さい
ことも板厚限定の理由に関係がある。また、上限を1.
20mmにしたのは、これ以上厚くしても、ランダムキュ
ーブ集合組織の有用性は変わらないが、現状の実際加工
範囲を超えており、一方鉄損が増大するので現在の高効
率、省エネルギーの傾向に反することになるためこの範
囲とした。製品厚みの好ましい範囲は実用的にも多く使
用されている0.35〜0.80mmである。
ている。完全なランダム方位の集合組織の場合は、B50
は飽和磁束密度の約83%となるが、本発明ではそれ以
上のB50を得ようとするものである。すなわち、{10
0}の対ランダム強度を完全なランダム方位(=1)の
場合よりも高めて行くと、B50にとって不利な方位も同
時に出現するが、これらを含めて上記飽和密度の83%
以上となるB50を得るためには圧延面に平行な{10
0}面強度を対ランダムで2倍以上にすればよいが判明
した。
で得る方法や、溶鋼を直接急速に凝固させ柱状晶を形成
してランダムキューブを直接得る方法自体は既に知られ
ている。前者の場合には、広義のエネルギー(減圧中の
長時間高温の焼鈍等が必要)を莫大に消費し現実的でな
く、後者の場合にはそれなりに省エネルギーとしての意
義はあるが、製品の形状が安定していないし、また0.
20mmを超える製品厚みを得るには非常に難しい。本発
明はこの様な方法によらず、一次再結晶によりランダム
キューブを形成する。このための具体的な製造方法を以
下に説明する。
て凝固せしめて得られる鋳造鋼帯を適正な圧下率の下で
冷間圧延する。この鋼帯を比較的高い冷間圧延率で圧延
する場合は、磁束密度は、高くなるが、凝固過程で形成
された柱状晶は、この高い圧延率でかなり破壊され、製
品板の再結晶集合組織は、鋼板法線に平行な〈111〉
軸密度と鋼板法線に平行な〈100〉軸密度が同程度と
なり、無方向性電磁鋼板にとって理想的な集合組織とは
ならない。本発明者らは、鋭意研究を続けたところ、冷
延圧下率を40%未満(好ましくは30%未満)にした
場合には、鋳造時に形成された柱状晶を核として、仕上
げ焼鈍後の再結晶集合組織が、ほぼ完全な{100}
〈0vw〉(ランダムキューブ)となることを見い出し
た。この理由は、未だ明確ではないが、柱状晶の集合組
織である{100}〈0vw〉は相対的に加工歪が蓄積
し難いため軽度の冷延圧下率では、圧延集合組織も、ラ
ンダムキューブのまま温存され、仕上焼鈍時の再結晶段
階で、それが再結晶及び粒成長し、ランダムキューブが
先鋭化するためと考えられる。また、冷延圧下率が5%
未満であると、鋳造時の表面性状がそのまま残存し製品
に適さないことがわかり、従って5%以上とする。しか
し、変態鋼と非変態鋼の場合では、移動更新する冷却体
表面で凝固して得られた鋳造鋼帯は、鋼帯表面位置と中
心位置では異なる集合組織を有しているので、以上の解
釈が必ずしも確定的とはいえない面も有り得る。
れるが、この場合は、5%未満の冷延圧下率の場合と同
様に表面性状が製品に適さないばかりでなく図1に示す
ように、磁気特性自体もあまり良好でない。
凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで、該当鋳造鋼帯を冷
間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍する無方向
性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延率と磁束密度
〔B50(T)〕の関係を示した。製品厚みは必ずしも
0.50mmとは限らないが、冷却圧下率を5〜40%に
することにより、極めて優れた磁束密度を示している。
以下に本発明の実施例を説明する。
不純物からなる)を、移動更新する冷却体表面にて凝固
せしめて直接0.56mm及び0.62mmの鋼帯を得た。
その後、酸洗を施し、0.50mmの厚みに冷間圧延をし
た。冷間圧延した鋼板を脱脂し、連続焼鈍炉にて、10
50℃で30秒N2 :70%,H2 :30%,ドライ雰
囲気で焼鈍した。その後、磁気特性22.5度毎の平
均)をエプシュタイン法にて測定した。これらの値を、
比較法である冷間圧延率40%以上の場合(鋼の厚さを
2.0mm、及び1.5mm)と比較した。
て凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで、該鋳造鋼帯を冷
間圧延し所定の厚さとした後、仕上焼鈍する無方向性電
磁鋼板の製造方法において、冷間圧延に際し圧延率を5
%以上40%未満とすると冷延圧延率が高い場合と比べ
て全周方向で磁気特性が極めて優れた無方向性珪素鋼板
が得られる。図2に本発明実施例で得られた仕上げ焼鈍
後製品板の集合組織を示す。このように非常に素晴らし
い、いわゆるランダムキューブが得られている。これ
は、無方向性電磁鋼板にとって理想的ともいえる。
的不純物からなる)を移動更新する冷却体表面にて凝固
せしめて直接0.56mm、0.62mmおよび0.70mm
の鋼帯を得た。その後、酸洗を施し、0.50mmの厚み
に冷間圧延をした。冷間圧延された鋼板を脱脂し、連続
焼鈍炉にて、850℃で30秒H2 :5%,N2 :95
%,ドライ雰囲気で焼鈍した。その後、磁気特性(2
2.5度毎の平均)をエプシュタイン法にて測定した。
これらの値を比較法である冷間圧延率40%以上の場合
(鋳造鋼の厚さを2.0mmおよび1.5mm)と比較し
た。
る冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯を、圧延率
5%以上40%未満で冷間圧延することにより、冷延圧
延率が高い場合と比べて全周方向で磁気特性が極めて優
れた無方向性電磁鋼板が得られる。図3に本発明実施例
で得られた仕上げ焼鈍後製品板の集合組織を示す。この
ように理想的とも言えるランダムキューブが得られてい
る。
帯を冷間圧延することにより磁気特性が極めて優れた製
品となる。
示す図。
Claims (5)
- 【請求項1】 一次再結晶後の組織が{100}<0v
w>集合組織を有し、かつ圧延面に平行な{100}面
強度が対ランダムで2倍以上である、板厚0.20mm〜
1.20mmのランダムキューブ集合組織を有することを
特徴とする全周方向の磁気特性が極めて優れた無方向性
電磁鋼板。 - 【請求項2】 重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.
0%、その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含
み、残部Fe及び不純物から成ることを特徴とする請求
項1記載の全周方向の磁気特性が極めて優れた無方向性
電磁鋼板。 - 【請求項3】 重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.
0%、その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含
み、残部:Fe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移
動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯と
し、次いで、該鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとし
た後、仕上焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、冷間圧延に際し圧延率を5%以上40%未満とする
ことを特徴とする全周方向の磁気特性が極めて優れた無
方向性電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項4】 (Si+2Al)>2.5%であること
を特徴とする請求項3記載の全周方向の磁気特性が極め
て優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項5】 (Si+2Al)≦2.5%であること
を特徴とする請求項3記載の全周方向の磁気特性が極め
て優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。
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