JP3424178B2 - 鉄損の低い無方向性電磁鋼板 - Google Patents

鉄損の低い無方向性電磁鋼板

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JP3424178B2 JP35016497A JP35016497A JP3424178B2 JP 3424178 B2 JP3424178 B2 JP 3424178B2 JP 35016497 A JP35016497 A JP 35016497A JP 35016497 A JP35016497 A JP 35016497A JP 3424178 B2 JP3424178 B2 JP 3424178B2
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    • H01F10/324Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【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。この鉄損を低減するためには結晶粒の粗大化が効
果的であり、低鉄損が特に要求されるSi+Al量が1〜3
%程度の中・高級グレードの無方向性電磁鋼板において
は、仕上焼鈍温度を1000℃程度まで高めたり、焼鈍時の
ラインスピードを下げ、焼鈍時間を長くすることにより
結晶粒の粗大化を図っている。 【0002】この仕上焼鈍時の粒成長性を良好にするた
めには、鋼板中の介在物、析出物量を低減することが効
果的である。このため、これまで介在物、析出物を無害
化することが試みられており、特に高級材ではMnSの析
出防止の観点からS量を低減させる試みがなされてき
た。 【0003】例えば、特公平2−50190号公報に
は、Si:2.5〜3.5%、Al:0.25〜1.0%の鋼においてS
を15ppm以下、Oを20ppm以下、Nを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
を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】 【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの技術
においては、実質的にはS量を10ppm以下としているた
め、極低S化処理に起因する製鋼コストの著しい上昇が
避けられないという問題点がある。 【0006】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、仕上焼鈍後の鉄損の低い電磁鋼板を、安価に
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】本発明の骨子は、無方向
性電磁鋼板において、TiとSbの複合添加により、粒成長
性を大幅に向上させ、それによって鉄損を低下させるこ
とである。 【0008】すなわち、前記課題は、重量%で、C:0.
005%以下、Si:1.7〜4.0%、Mn:0.05〜1.0%、P:0.
2%以下、N:0.005%以下、Al:0.1〜1.0%、S:0.01
以下、Sb:0.001〜0.05%、Ti:0.001〜0.01%を含有
し、残部がFeと不可避不純物であることを特徴とする鉄
損の低い無方向性電磁鋼板より解決される。 【0009】 【0010】(発明に至る経緯とTi、Sbの限定理由)発
明者らは、無方向性電磁鋼板の鉄損低減手法について鋭
意研究を行った。 【0011】最初に、鉄損に及ぼすSbの影響を調査する
ため、C:0.0025%、Si:1.85%、Mn:0.20%、P:0.
01%、Al:0.31%、S:0.003%、N:0.0021%とし、
(1)Ti free、Sb freeとした鋼、(2)Ti free、Sb:
0.004%とした鋼、(3)Ti:0.004%、Sb freeとした
鋼、(4)Ti :0.004%、Sb:0.004%とした鋼の4種類
の材料を実験室にて真空溶解し、熱延後、酸洗を行っ
た。引き続きこの熱延板に75%H2−25%N2雰囲気で77
0℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで
冷間圧延し、25%H2−75%N2雰囲気で900℃×2min間
の仕上焼鈍を行った。 【0012】表1に、このようにして得られたサンプル
の磁気特性を示す。ここで、磁気測定は25cmエプスタイ
ン法により行った。 【0013】 【表1】 【0014】表1より磁束密度にはSbおよびTi添加の影
響は認められないことがわかる。鉄損はSb単独添加では
ほとんど変化せず、Ti単独添加鋼では若干増加すること
がわかる。これに対し、Ti、Sbを複合添加した場合には
大幅に低下することがわかる。 【0015】この鉄損低下の原因を調査するため光学顕
微鏡にて組織観察を行った。その結果、無添加材に比
べ、Sb単独添加鋼では結晶粒径は変化せず、Ti単独添加
鋼では若干細粒となっていた。これに対し、Ti、Sb複合
添加鋼の結晶粒は約1.5倍に粗大化していることが明ら
かとなった。 【0016】そこで、このように粒成長性が変化した原
因を調査するためTEMにて析出物観察を行った。その
結果、Sb単独添加を行った材料ではMnSが多数観察され
たが、その量およびサイズはSb無添加材とほぼ同等であ
った。一方、Ti単独添加鋼ではMnSとTi系析出物がそれ
ぞれ単独析出しており、Ti系析出物は非常に微細に析出
していることが明らかとなった。これに対し、Ti、Sb複
合添加材においては、Ti系析出物とMnSの複合析出物が
多数認められ、また、単独析出したMnSのサイズも無添
加材よりも大きくなっていることが判明した。 【0017】以上のことから、Ti、Sbを複合添加した場
合に析出物が凝集合体し粗大化することが、粒成長性向
上の原因と考えられる。このような、Ti、Sbの複合添加
により粒成長性が向上し、鉄損が低下することは従来知
られておらず、全く新規な知見である。 【0018】次にSbの最適添加量を調査するため、C:
0.0026%、Si:1.85%、Mn:0.18%、P:0.020%、A
l:0.30%、S:0.003%、N:0.0020%、Ti:0.004%と
し、Sb量をtr.〜600ppmの範囲で変化させた鋼を実験室
真空溶解し、熱延後、酸洗を行った。引き続きこの熱延
板に75%H2−25%N2雰囲気で770℃×3hrの熱延板焼
鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで冷間圧延し、25%H2
−75%N2雰囲気で900℃×2min間の仕上焼鈍を行っ
た。 【0019】図1に、Sb量と鉄損W15/50の関係を示
す。図1より、Sb添加量が10ppm以上の領域で鉄損が低
下することがわかる。しかし、Sbをさらに添加し、Sb>
100ppmとなった場合には、鉄損は再び増大することもわ
かる。 【0020】このSb>100ppmの領域での鉄損増大原因を
調査するため、光学顕微鏡による組織観察を行った。そ
の結果、平均結晶粒径が若干小さくなっていた。この原
因は明確ではないが、Sbが粒界に偏析しやすい元素であ
るため、Sbの粒界ドラッグ効果により粒成長性が低下し
たものと考えられる。但し、Sbを500ppmまで添加しても
鉄損はSbフリー鋼よりも低いことがわかる。 【0021】以上のことより、Sbは10ppm以上としコス
トの観点より上限を500ppmとする。また、鉄損の観点よ
り20ppm以上100ppm以下とすることが望ましい。 【0022】次にTiの最適添加量を調査するため、C:
0.0026%、Si:1.85%、Mn:0.18%、P:0.020%、Al:
0.30%、S:0.003%、N:0.0020%、Sb:0.004%と
し、Ti量をtr.〜200ppmの範囲で変化させた鋼を実験室
真空溶解し、熱延後、酸洗を行った。引き続きこの熱延
板に75%H2−25%N2雰囲気で770℃×3hrの熱延板焼
鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで冷間圧延し、25%H2
−75%N2雰囲気で900℃×2min間の仕上焼鈍を行った。 【0023】図2に、Ti量と鉄損W15/50の関係を示
す。図2より、Ti添加量が10ppm以上の領域で鉄損が低
下することがわかる。しかし、Tiをさらに添加し、Ti>
100ppmとなった場合には、鉄損は再び増大することもわ
かる。 【0024】このTi>100ppmの領域での鉄損増大原因を
調査するため、光学顕微鏡による組織観察を行った。そ
の結果、平均結晶粒径が若干小さくなっていた。この原
因はTi量の増大にともないfree Tiのドラッグ効果が大
きくなるためと考えられる。 【0025】以上のことより、Tiは10ppm以上とし上限
を100ppmとする。また、鉄損の観点より10ppm以上60ppm
以下とすることが望ましい。 【0026】(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。 C: Cは磁気時効の問題があるため0.005%以下とす
る。 Si: Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素で
あるため1.7%以上添加する。一方、4.0%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
4.0%とする。 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、1.0%以上になると磁束密度を
低下させるので0.05〜1.0%とする。 P: Pは鋼板の打ち抜き性を改善するために必要な元
素であるが、0.2%を超えて添加すると鋼板が脆化する
ため0.2%以下とする。 【0027】N: Nは、含有量が多い場合にはAlNの
析出量が多くなり、粒成長性が低下しするため0.005%
以下とする。 Al: Alは微量に添加すると微細なAlNを生成し磁気特
性を劣化させる。このため、下限を0.1%以上とし、Al
Nを粗大化する必要がある。一方、1.0%以上になると
磁束密度を低下させるため上限は1.0%以下とする。 S: Sは含有量が多い場合にはMnSの析出量が多くな
り、粒成長性が低下するため0.01%以下とする。 【0028】(製造方法)本発明においては、Sb、Tiを
はじめ、前記各成分が所定の範囲内であれば、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、通常の範囲でかまわない。また、熱延後の熱延
板焼鈍は行っても良いが必須ではない。次いで一回の冷
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。 【0029】 【実施例】表2に示す鋼を用い、転炉で吹練した後に脱
ガス処理を行うことにより所定の成分に調整後鋳造し、
スラブを1200℃で1hr加熱した後、板厚2.0mmまで熱間
圧延を行った。熱延仕上げ温度は750℃とした。巻取り
温度は610℃とし、酸洗後、表2に示す条件で熱延板焼鈍
を施した。熱延板焼鈍雰囲気は、75%H2−25%N2であ
った。その後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行い、表2に
示す仕上焼鈍条件で焼鈍を行った。仕上焼鈍雰囲気は、
10%H2−90%N2であった。 【0030】磁気測定は25cmエプスタイン試験片を用い
て行った((L+C)/2)。各鋼板の磁気特性を表2
に併せて示す。 【0031】 【表2】【0032】表2において、No.1〜No.12の鋼板は、Si
のレベルが約1.85%であり、No.13〜No.23、No.25〜No.
28の鋼板は、Siのレベルが2.78〜2.85%である。同一Si
のレベルで比較した場合、表2の備考欄に本発明鋼と記
載した、全ての成分値が本発明の範囲内に入る鋼板は、
他の鋼板に比して鉄損W15/50が低く、磁束密度B50
大きい。 【0033】これに対して、No.8の鋼板は、SbとTi含有
量が本発明の範囲を下回っているので、鉄損の値が高く
なっている。No.9の鋼板は、Sb含有量が本発明の範囲を
下回っており、No.10の鋼板はSb含有量が本発明の範囲
を超えているので、共に鉄損が高くなっている。また、
No.11の鋼板は、Ti含有量が本発明の範囲を下回ってお
り、No.12の鋼板はTi含有量が本発明の範囲を超えてい
るので、やはり鉄損が高くなっている。 【0034】No.19の鋼板は、SbとTi含有量が本発明の
範囲を下回っているので、鉄損の値が高くなっている。
No.20の鋼板は、Sb含有量が本発明の範囲を下回ってお
り、No.21の鋼板はSb含有量が本発明の範囲を超えてい
るので、共に鉄損が高くなっている。No.22の鋼板は、T
i含有量が本発明の範囲を超えているので、鉄損が高く
なっている。 【0035】No.23の鋼板は、C含有量が本発明の範囲
を超えているので、鉄損が高くなっているのみならず、
磁気時効の問題を有している。No.24の鋼板は、Si含有
量が本発明の範囲を超えているので、鉄損の値は低いも
のの、磁束密度が低くなっている。No.25の鋼板は、Mn
含有量が本発明の範囲を超えているので、鉄損の値は低
いものの、磁束密度が低くなっている。 【0036】No.26の鋼板は、Al含有量が本発明の範囲
を下回っているので、鉄損が高くなっている。また、N
o.27の鋼板は、Al含有量が本発明の範囲を超えているの
で、鉄損の値は低いものの、磁束密度が低くなってい
る。No.28の鋼板は、N含有量が本発明の範囲を超えて
いるので、磁束密度が低くなっている。 【0037】以上説明したように、本発明は、重量%
で、C:0.005%以下、Si:1.7〜4.0%、Mn:0.05〜1.0
%、P:0.2%以下、N:0.005%以下、Al:0.1〜1.0
%、S:0.01%以下、Sb:0.001〜0.05%、Ti:0.001〜
0.01%を含有し、残部がFeと不可避不純物であることを
特徴とするものであるので、仕上焼鈍後の鉄損の低い無
方向性電磁鋼板が安価に得られる。本発明に係る無方向
性電磁鋼板は、モータやトランスの鉄心等、鉄損が低い
ことが要求される電気材料に広く使用することができ
る。
【図面の簡単な説明】 【図1】 Sb量と仕上焼鈍後の鉄損との関係を示す図で
ある。 【図2】 Ti量と仕上焼鈍後の鉄損との関係を示す図で
ある。
フロントページの続き (72)発明者 小野 義彦 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 (72)発明者 田中 靖 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 (56)参考文献 特開 平8−97023(JP,A) 特開 平8−325678(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 303 H01F 1/16 C22C 38/60

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 重量%で、C:0.005%以下、Si:1.7〜
    4.0%、Mn:0.05〜1.0%、P:0.2%以下、N:0.005%
    以下、Al:0.1〜1.0%、S:0.01%以下、Sb:0.001〜
    0.05%、Ti:0.001〜0.01%を含有し、残部がFeと不可
    避不純物であることを特徴とする鉄損の低い無方向性電
    磁鋼板。
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