JP4306445B2 - 高周波磁気特性に優れたFe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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表1に示す成分系の鋼1〜8を、熱間および冷間圧延によって0.25mm厚とし、仕上げ焼鈍を施した。なお、仕上げ焼鈍条件は、焼鈍雰囲気を窒素+水素雰囲気(体積比でN2 :H2 =70:30)とし、焼鈍温度を980 ℃とした。
(1) Si:2.5〜10 mass%、Cr:1.5〜20 mass%、Al:0.1 〜1.0 mass%、C:0.006 mass%以下、N:0.002mass%超え0.004 mass%以下、S:0.005 mass%以下、Ti:0.005 mass%以下およびNb:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的な不純物からなり、鋼の電気抵抗が60μΩcm以上、鋼板内部におけるCr系窒化物の存在割合が1mm2当たり2500個以下であることを特徴とする、Fe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板。
ここで窒化ガスの窒化への寄与は、次のようにして窒素ガス相当の全体積比に換算する。各窒化ガスの化学組成から窒素Nの存在割合を原子数比率で求める。この比率に、各窒化ガスの体積割合を乗じ、その総和をとる。
(a) Crを添加することによって高Si鋼の脆性が改善され、従来は製造が困難であった、高Si鋼の製造が可能になり、より高い電気抵抗が得られる。
(b) Crは脆性改善のみではなく、電気抵抗を高めるのにも有効な元素であり、SiとCrとの複合添加でより効率的に高い電気抵抗を得ることが可能になった。
(c) C、N、S、TiおよびNbなどの不純物濃度を十分に低減することにより、Cr添加による脆性改善効果が得られるとともに、析出物による履歴損劣化を防止できる。
(d) Arガス雰囲気などの窒化が起こらない雰囲気中でFe−Cr−Si鋼を焼鈍することで、窒化を抑制し、Cr系窒化物の存在割合を1mm2当たり2500個以下に制御することができ、Cr系窒化物による履歴損劣化を防止できる。
(e) Fe-Cr-Si系電磁鋼板に窒化抑制元素であるSbおよび/またはSnを添加するとともに、Sb、Snの添加量に合わせて窒化性ガスの含有量を調整することにより、焼鈍中の窒化を抑制し、Cr系窒化物の存在割合を1mm2当たり2500個以下に制御することができ、Cr系窒化物による履歴損劣化を防止できる。
(f) Fe-Cr-Si系電磁鋼板に窒化物生成元素であるAlを添加するとともに、Alの添加量に合わせて窒化性ガスの含有量を調整することにより、焼鈍中の内部窒化を抑制し、Cr系窒化物の存在割合を1mm2当たり2500個以下に制御することができ、Cr系窒化物による履歴損劣化を防止できる。
(g) Fe-Cr-Si系電磁鋼板に窒化抑制元素であるSbおよび/またはSnおよび窒化物生成元素であるAlを複合添加する場合は、Sb、SnまたはAlの単独添加時よりもそれぞれ少量の添加で単独添加鋼と同様に焼鈍中の窒化を抑制でき、さらに窒化性ガスの含有量を適宜調節することによりCr系窒化物の存在割合を1mm2当たり2500個以下に制御することができ、Cr系窒化物による履歴損劣化を防止できる。
まず、この発明の無方向性電磁鋼板における成分組成範囲の限定理由について説明する。
Siは、鋼の電気抵抗を上昇させる主要元素である。さらに、Crとの相乗効果によって電気抵抗を大幅に上昇させ、特に高周波数域での鉄損を改善するのに有効な成分である。Si量が2.5mass%未満では、Crを併用したとしても従来の電磁鋼板程度の電気抵抗しか得られず、このため良好な高周波域鉄損は得られない。一方、10 mass%を超えると、Crを含有させても通常圧延可能な靱性を確保できないため、Si含有量は2.5〜10mass%と規定する。なお、より好ましい範囲は2.5〜5mass%である。さらに好ましい範囲は、3.5〜5mass%である。
Crは、Siとの相乗効果によって鋼の固有抵抗を大幅に向上させ、更には耐食性を向上させる基本的な合金成分である。その効果を得るためには1.5mass%以上の添加が必要である。Crはさらに、3.5mass%以上のSi含有量の場合、または3mass%以上のSi含有量でかつ0.5mass%を超えるAl含有量の場合であっても、通常の圧延可能な程度の靭性を得るのに極めて有効な元素である。その効果は1.5mass%以上でも得られるが、2mass%以上のCr添加がさらに好ましい。なお、Si量やAl量が上記の場合よりも少ない場合でもCr添加により加工性は改善される。一方、20mass%を超えると靭性向上効果が飽和するとともに、コスト上昇を招くため、Cr含有量は1.5〜20mass%と規定する。なお、より好ましい範囲は1.5〜5mass%である。
Sb:0.005〜1mass%およびSn:0.005〜1mass%のいずれか1種または2種(鋼中のAl含有量が0.1mass%以上の場合)
SnおよびSbは、いずれも窒化を抑制する効果があるため、これらの成分を加えた鋼であれば、SnやSbを加えない鋼に比べて、仕上げ焼鈍時の窒化性ガスの割合が高くても、Cr系窒化物の析出を有効に抑制することができる。このように焼鈍時の窒化によるCr系窒化物の析出を抑制し、履歴損劣化を防止できるため、Fe−Cr−Si系電磁鋼板におけるSnおよび/またはSbの添加は、従来の電磁鋼板の場合よりも鉄損改善効果は大きい。従って、この発明では、鋼中にAlを添加しない成分系をもつ電磁鋼板の場合(すなわちAl含有量が0.1mass%未満である場合)には、SbおよびSnのいずれか1種または2種を、それぞれ0.04超〜1mass%および0.06超〜1mass%の範囲で添加することができる。すなわち、Sn、Sbがいずれも1mass%を超えると、上記効果が飽和するばかりでなく、コスト上昇を招くことから、1mass%を上限とし、また、前述した効果を十分に得るため、SbおよびSnの含有量の下限は、それぞれ0.04mass%超および0.06mass%超とする。
なお、Alを複合添加する場合は、より好ましい範囲はSb、Snとも0.005〜0.05mass%である。
Alは、Crよりも強力な窒化物生成元素であり、焼鈍中に鋼板表層より侵入する窒素と鋼板表層で結びつき、鋼板最表層にAlN層を形成するとともに、さらに最表層直下の表層近傍においてもAlNを析出する。これにより鋼板内部への浸窒が防止され、その結果、鋼板内部での窒化によるCr系窒化物の析出を抑制することができるので、必要に応じて鋼中に添加することができる。従来の電磁鋼板では、鋼板表層のAlN析出は磁気特性を劣化させるので抑制する必要があるとされていた。しかしながら、Fe-Cr-Si系電磁鋼板に関しては、このAlN析出は磁気特性改善に非常に有効なものであることがわかった。さらにAlの添加により、鋼溶製時からの含有窒素によるCr系窒化物析出を抑制する効果も認められた。これらの効果は、0.1mass%以上の添加により得ることができる。
Mnは0.04mass%以上、Pは0.01mass%以上添加することにより更に電気抵抗を高めることが可能で、この発明の趣旨を損なうことなく、更なる鉄損の改善が達成できる。よって、MnおよびPから選ばれる1種あるいは2種を必要に応じて添加することができる。しかし、これらの元素を大量に添加すると加工性が劣化するので、ともに1mass%を上限とする。より好ましくは0.5mass%以下がよい。
Cは、Fe−Cr−Si系電磁鋼板の靱性を劣化させるため、できる限り低減することが望ましく、この発明の成分範囲においてC量は0.006mass%以下に抑える必要がある。また、Cr系炭化物などの析出物による履歴損を防止する観点からも、C量は0.006mass%以下に抑える必要がある。より好ましい範囲は0.004mass%以下である。
0.004mass%以下(鋼中のAl含有量が0.1mass%以上の場合)
Nは、Crと非常に結びつきやすくCr系窒化物を析出させる。よって、履歴損劣化の観点から、鋼中にAlを添加しない(Al<0.1mass%)成分系をもつ電磁鋼板の場合には、N含有量は0.002mass%以下に低減する必要がある。一方、鋼中にAlを添加した(Al≧0.1mass%)成分系をもつ電磁鋼板の場合には、NはAlと結びつき、窒化および鋼中窒素によるCr系窒化物の析出が抑制されるため、N含有量は0.004mass%以下まで含有させることが可能となる。ただし、N含有量が多くなると靭性劣化を招くため、できるだけ低減することが好ましく、靭性劣化の観点からもN含有量は0.004mass%以下に抑える必要がある。
Sは、MnSやCuS等の析出物を生成し、履歴損を劣化させるので履歴損改善の観点から、S量は0.005mass%以下に抑える必要がある。
TiおよびNbはいずれも、通常のCr含有鋼においては加工性改善成分と位置付けられている。しかし、磁気特性を劣化させる成分である。この発明における加工性の改善は、Cr添加とCおよびNを低減させることで達成するため、TiおよびNbが有する加工性改善作用は必要としない。このため、Ti、Nbは磁気特性の観点からできるだけ低減するのが望ましく、その許容量はTi、Nb共に0.005mass%以下に抑える必要がある。
まず、本請求範囲の成分を含有した溶鋼をスラブに鋳造し、スラブ加熱後、通常の熱間圧延を施す。スラブ加熱温度はとくには限定されないが、1200℃を超える温度でスラブを加熱すると、スラブが垂れてしまうなどの製造上の問題が発生するおそれがあるため、1200℃以下とすることが好ましく、より好ましくは950〜1200℃とする。熱延板の厚みは極力薄くすることによって、次工程の冷間圧延における圧延性を良好にすることができる。一方、薄くしすぎると圧延機の能力が追いつかず、また、熱延板に形状不良が生じることがあるので、2.5〜0.5mm程度の範囲内とすることが好ましい。
例えば、N2:NH3:H2=40:40:20の場合、NH3は窒素1原子と水素3原子とからなるので、NH3ガス中の窒素Nの存在割合は0.25である。したがって、窒素ガス換算した全体積比は、40%+(40%×0.25)=50%となる。
2 鋼板部
3 AlN層
4 AlN
Claims (7)
- Si:2.5〜10 mass%、Cr:1.5〜20 mass%、Al:0.1 〜1.0 mass%、C:0.006 mass%以下、N:0.002mass%超え0.004 mass%以下、S:0.005 mass%以下、Ti:0.005 mass%以下およびNb:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的な不純物からなり、鋼の電気抵抗が60μΩcm以上、鋼板内部におけるCr系窒化物の存在割合が1mm2当たり2500個以下であることを特徴とする、Fe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板。
- Si:2.5〜10 mass%、Cr:1.5 〜20 mass%、Al:0.1〜1.0 mass%、C:0.006 mass%以下、N:0.002mass%超え0.004 mass%以下、S:0.005 mass%以下、Ti:0.005 mass%以下およびNb:0.005mass%以下を含み、さらにSbおよびSnのいずれか1種または2種を、それぞれSb:0.005〜1mass%およびSn:0.005〜1mass%の範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的な不純物からなり、鋼の電気抵抗が60μΩcm以上、鋼板内部におけるCr系窒化物の存在割合が1mm2当たり2500個以下であることを特徴とする、Fe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板。
- 請求項1又は2において、さらにMn:0.04〜1mass%およびP:0.01〜1mass%のいずれか1種又は2種を含有することを特徴とする、Fe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板。
- Si:2.5〜10 mass%、Cr:1.5〜20 mass%、Al:0.1 〜1.0 mass%、C:0.006 mass%以下、N:0.004 mass%以下、S:0.005 mass%以下、Ti:0.005 mass%以下およびNb:0.005mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的な不純物からなる溶鋼を鋳込み、冷間圧延および/または温間圧延を含む圧延工程を施し、その後仕上げ焼鈍を施すにあたり、前記仕上げ焼鈍における雰囲気中の窒化性ガスの含有量を、窒素ガス換算した全体積比で、仕上げ焼鈍温度が700℃以上950℃未満の場合には、60%以上95%未満に抑制し、仕上げ焼鈍が950〜1150℃の場合には、60%以上80%以下に抑制することにより、鋼の電気抵抗が60μΩcm以上、鋼板内部の含有窒素量が0.002mass%超え0.004 mass%以下の範囲でかつ鋼板内部におけるCr系窒化物の存在割合が1mm2当たり2500個以下である無方向性電磁鋼板を製造することを特徴とする、Fe-Cr-Si系無方向性電磁鋼板の製造方法。
- Si:2.5〜10 mass%、Cr:1.5 〜20 mass%、Al:0.1〜1.0 mass%、C:0.006 mass%以下、N:0.004 mass%以下、S:0.005 mass%以下、Ti:0.005 mass%以下およびNb:0.005mass%以下を含み、さらにSbおよびSnのいずれか1種または2種を、それぞれSb:0.005〜1mass%およびSn:0.005〜1mass%の範囲で含有し、残部がFeおよび不可避的な不純物からなる溶鋼を鋳込み、冷間圧延および/または温間圧延を含む圧延工程を施し、その後仕上げ焼鈍を施すにあたり、前記仕上げ焼鈍における雰囲気中の窒化性ガスの含有量を、窒素ガス換算した全体積比で、仕上げ焼鈍温度が700℃以上950℃未満の場合には、60%以上95%未満に抑制し、仕上げ焼鈍が950〜1150℃の場合には、60%以上80%以下に抑制することにより、鋼の電気抵抗が60μΩcm以上、鋼板内部の含有窒素量が0.002mass%超え0.004 mass%以下の範囲でかつ鋼板内部におけるCr系窒化物の存在割合が1mm2当たり2500個以下である無方向性電磁鋼板を製造することを特徴とする、Fe-Cr-Si系無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項4又は5において、さらにMn:0.04〜1mass%およびP:0.01〜1mass%のいずれか1種又は2種を含有することを特徴とする、Fe−Cr−Si系無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 請求項4〜6のいずれか1項において、前記圧延工程が、鋳込まれた鋼スラブを熱間圧延し、得られた熱延板に必要に応じて熱延板焼鈍を施し、その後、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延工程を含むことを特徴とする、Fe-Cr-Si系無方向性電磁鋼板の製造方法。
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