JPH0324250A - 面内異方性の小さい無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｓｉ含有量が１．０〜４．０％のいわゆる中
〜高級無方向性電磁鋼板に関し、特に圧延板面内におけ
る磁気特性の異方性が小さい無方向性電磁鋼板に関する
ものである． （従来の技術） 無方向性ｔＭｉｓ板は、主にモーターやトランスの鉄心
材料として用いられるもので、ＪＩＳ規格（Ｃ−２５５
２改）に従い板厚と鉄損値で種類分けされる．鉄損は、
鉄を磁化する時に発生する熱損失を表し、この値は小さ
いほど良いことはもちろんであるが、経済性と機器のサ
イズなどから目的に応じたグレードが選ばれる。一般に
機器が大きくなると、鉄損による発熱量は体積に比例し
て増加するのに対し、放熱量は表面積にしか比例しない
ので、機器の冷却が難しくなる．このため大型の機器に
なるほど鉄損の低い材料が必要とされるのである． 鉄損は、渦電流損とヒステリシス損の２つの要因に支配
される。渦電流損は、磁化によって誘起される渦電流に
よる損失で、板厚と鋼の電気抵抗に依存する．板厚は薄
いほうが良いが、あまり薄いと鉄心の積層作業に手間が
掛かるなどの問題がでてくるので、ＪＩＳでは０．６５
、０．５０，　０．３５開の３種が規定されている。鋼
の電気抵抗は高いほど良好で、合金元素としては単位添
加量あたりの電気抵抗増加率が大きくしかも安価である
ことからＳｉが多く用いられる．電ｉｌｌ板が別名珪素
鋼板と呼ばれるのはこのためで、Ｓｔ含有量が多いはど
鉄損の低い高級電磁鋼板となる．同様の目的で、Ａｌや
Ｍｎなとも必要に応じて添加される．一方、ヒステリシ
ス損は、磁化の過程において磁壁の移動を妨げる微細な
析出物や結晶粒界が少ないほど小さくなる．従って、で
きるだけ高純度の鋼を用いた上で結晶粒を或長させるこ
とがポイントとなる，ＴｉやＮｂ，　Ｖ等は、微細な炭
窒化物を生威し、しかもそれらの析出物が結晶粒戒長を
阻害するため、磁気特性を著しく劣化される．このため
ｔＭ１鋼板ではこれらの炭窒化物形成元素の添加は厳重
に制限されている，　　Ａｆｆｉも微細な＾ｌＮを生威
し、同じような悪影響を与えるので、低級ｉｌｌ鋼板で
は一般に添加しない．中〜高級電磁鋼板では、電気抵抗
を上げるため＾ｌを添加するが、この場合には通常０．
１％以上の多量添加を行い、析出物を粗大化することに
より、ヒステリシス損への悪影響を避けている．すなわ
ちＡｆｆｉに関しては全く添加しないか、あるいは逆に
多量に含有させるのがよいというのが一般的な常識とな
ってぃこれに対して、ボロン（Ｂ）を添加するとＡｌ含
有量が０．１％以下であっても良好な磁気特性が得られ
るという報告がなされている（例えば、特公昭５９−　
２０７３１公報）．その理由は明らかではないが、鋼中
の窒素（Ｎ）量と一定の関係においてバランスさせる必
要があるとされている．即ち、Ｂ／Ｎの比が０．５〜２
．５の範囲が適当とされることなどからみて、ＢＮの析
出と密接な関係があるものと推定される．この場合、Ａ
ｆｆｉ含有量が０．１％以上となると価格の上昇を招く
だけでＢの添加効果が十分に得られなくなるとされてい
る．このように、Ｂぱ窒化物形戒元素であるにもかかわ
らず磁気特性への悪影響が比較的少ない元素と考えられ
るが、その作用と効果については必ずしも十分に明らか
にされていない． 鉄損の低いいわゆる中〜高級無方向性！磁鋼板において
は、特に磁気特性の仮面内における異方性が小さいこと
が要求される．即ち、モーターやトランスの鉄心中では
磁力線は仮面内の色々な方向に流れるため、ある方向の
磁気特性が悪いとそれが機器全体の性能を律することに
なる．無方向性ｉＭ１鯛板の磁気特性の評価は、通常、
圧延方向（Ｌ方向）とそれに直角な方向（Ｔ方向）の平
均値を用いて行われるが、中〜高級電磁鋼板になると平
均値だけで機器を設計することは危険である．鉄撰の平
均値がそのグレードの管理範囲に入っていても、Ｌ方向
とＴ方向での差が大きければ、機器の性能は悪い方向の
特性に引きずられることになる，一般には、Ｌ方向に比
べてＴ方向の磁気特性が悪いのが普通である．低級無方
向性電磁鋼板の場合は鉄損のレベルが高いので多少の異
方性は問題にならないが、鉄損の低い中〜高級無方向性
ｔＩｌｔ１鋼板では僅かの異方性でもその差が相対的に
大きくなりｒＩ！１！！となるのである．無方向性電磁
鋼板は本来、異方性が無いことを前提に使われるもので
ある．これに対して、方向性ｔ磁鋼板の場合は、二次再
結晶を利用して結晶粒の向きを特定の方向に揃え異方性
を最大限につけることで、Ｌ方向の磁気特性を極限まで
改良したものである．方向性電磁鋼板を用いる機器では
Ｌ方向の特性のみを利用するように設計される。

つまり、方向性電磁鋼仮と無方向性ｔｉ綱板とは一般に
用途が異なる． 無方向性ｉＭ１鋼板の鉄損を下げるため、前述のごと＜
Ｓｉ等の合金元素を添加して渦電流損を小さくしたり、
鋼の高純度化などでヒステリシス損の低減をはかる工夫
がなされている．しかしながら、中〜高級無方向性電１
６１鋼板になると、これらの手段のみで所望の低鉄損を
得ることは難しく、特殊な合金元素の添加や製造条件の
工夫で集合組織（結晶粒の向き）を制御する方法が種々
検討されている．無方向性電磁鋼板の場合は、方向性ａ
！ｆｉ鋼板のような強い集合組織はできないが、ある程
度磁化容易紬である（１００｝方位の揃った集合組織を
形威させることは可能である．しかしながら従来の方法
では、磁気特性の平均値を向上させることはできるが、
仮面内の異方性が大きくなるという致命的な欠点を含む
場合が多い．即ち従来の集合組織制御では、Ｌ方向の特
性が改善されることにより全体の特性が向上するのであ
って、Ｔ方向の特性はほとんど変わらなかったり、むし
ろ僅かに劣化することが多い． このように、低鉄損の中〜高級無方向性電磁鋼板では、
仮面内の異方性も小さくすることが要望されているにも
かかわらず、それを実現するための有効な手段を持って
いないのが現状である．（発明が解決しようとする課題
） 本発明は上記の状況に鑑み、仮面内の異方性が小さくし
かも低鉄損の中〜高級無方向性電磁鋼板を提供すること
を目的とするものである．（！Ｉ題を解決するための手
段） 本発明者は、電磁鋼板を横戒する各種の合金元素の作用
について詳細な検討を行った．その結果、Ｓｉ，Ａｎを
はしめとする各戒分の含有量を適正な範囲におさめた上
、ある含有量の範囲でＢを添加することにより前記の目
的が達威されることを見出した． 本発明の要旨は、次の無方向性電磁鋼板にある．重量％
で、 Ｃ　：０．００５％以下、 Ｓｉ：１．０％を超え４．０％未満、 Ｍｎ：０．１％を超え１．５％未満、 Ｐ：０．１％以下、 Ｓ　：０．００２％以下、 ＾１　：０．１０％を超え１．０％未満、Ｎ：０．００
４％以下、 Ｂ　：０．０００３％を超え０．００１５％未満、を含
み、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特
徴とする面内異方性の小さい無方向性電磁鋼板． 従来、ＢはＢＮ析出を通じて効果を現すと考えられてお
り、Ｎ含有量との関係が重視されている．即ち、化学当
量的にＮをある程度固定するに足りる量（望ましくは完
全に固定するに足りる量）のＢを添加することが必要と
される．従って、この場合Ｂは基本的にはＡｊ！と同樟
にＮ固定の働きをするのであって、ただ析出物のＢＮが
ＡＩ！Ｈに比べて磁気特性に対する悪影響が少ないので
、電磁鋼板に用いられるに過ぎないのである，　　Ａｆ
ｆｉとＢを複合添加した場合の析出物の詳細については
必ずしも十分明らかにされていないが、ＢＮを核にして
ＡｆｆｉＮが析出することが考えられ、結果的に比較的
＾２含有量の少ない鋼でも微細なＡｌＮの析出が抑えら
れ磁気特性が改善されると理解される． これに対して本発明者らは、ＳｉやＡ１含有量の多い中
〜高級電磁鋼板を対象に、異方性に及ぼすＢ添加の効果
に着目して検討した．その結果、Ａｌ含有量が０．１０
％を超える高Ａｆｆｉ鋼に少量のＢを添加すると、磁気
特性の異方性が著しく減少することを見出したのである
．この場合、Ｎは＾ｌによりほぼ完全に固定されており
、固溶Ｎは実質上零に近いので、Ｂの効果は固溶したＢ
によるものと考えられる．詳細な機構は未だ不明である
が、おそらく固ｔ９Ｂが結晶粒界等に偏析することで、
冷間圧延およびその後の再結晶焼鈍の過程で、異方性の
小さい集合組織の形威に寄与するものと推定される． （作用） 以下、本発明のｉｍ鋼板における合金元素の作用効果を
含有量の限定理由とともに説明する．Ｃ　： Ｃは炭化物を生威して、あらゆる磁気特性を劣化させる
元素であり、できるだけ低くすることが望ましい．特に
磁気時効を防止するため、ｏ．ｏｏｓ％以下とする必要
があり、さらには０．　００３％以下とすることが望ま
しい． Ｓｉ　： Ｓｉは中〜高級無方向性電磁鋼板として必要な鉄損を得
るため１．０％を超える含有量とする，　Ｓｉが１．０
％以下では渦電流損が大きく鉄損が目標どおりに低くな
らない．一方、Ｓｉが４．０％以上含まれると冷間圧延
性が著しく劣化する。

Ｍｎ＝ ＭｎはＳによる熱間脆性を防ぐため０．１％を超える量
含有させる．また、Ｍｎは電気抵抗を増して渦電流損を
小さくするのにも有効である．しかし、Ｍｎ含有量が１
．５％以上になると鋼が脆化し結晶粒の成長性も悪化す
るので、これ未満とする．Ｐ　： Ｐは強度調整と電気抵抗増加の目的で０．１％まで含有
させてもよいが、これを超えると冷間圧延性が劣化する
． Ｓ： Ｓは硫化物系の析出物を生じ、磁気特性を劣化させるの
で０．００２％以下に抑えるのがよい．Ａｉ　： 中〜高級無方向性電磁鋼板では、一般に電気抵抗の増加
とＡｌＮの粗大化の目的で０．１％以上含有させること
が多いが、本発明でもこれらの効果に加えてＮを完全に
固定し、Ｂの作用効果を十分に発揮させるため０．　１
０％を超える量含有させる．一方、１．０％以上含有さ
せても効果が飽和し、価格の上昇を招くだけなのでこれ
未満とする．Ｎ Ｎは窒化物を生戒して磁気特性を損なうので、０．００
４％以下、望ましくは０．００２％以下とする．Ｂ　： Ｂは磁気特性の異方性を低減するため０．０００３％を
超える量含有させる，　０．０００３％以下では固ＲＢ
の量が不十分で異方性が大きくなる。一方、０．００１
５％を超えて含有させても異方性低減の効果が飽和する
だけでなく、析出物の増加でむしろ全体の磁気特性が劣
化する傾向を示す。

磁気特性の異方性の減少に対する少量のＢ添加の効果は
Ａｌ含有量の多い場合にのみ有効である．即ち、Ａｌを
前記のように十分に添加し、併せて少量のＢを添加する
ことが必要不可欠の要件である．通常は、Ｂは０．００
０８〜０．００１２％の範囲で含有させるのが適当であ
る。

上記のとおりの組威を有する本発明の電ｍｍ＋ｉは、下
記のような方法で製造することができる．熱間圧延工程
におけるスラブ加熱温度は１ｌ００〜１２５０゜Ｃの範
囲とする，ＭｎＳの微細析出による磁気特性劣化を防ぐ
には低温加熱の方がよいが、熱延仕上温度を確保するた
めに、余り低温にはできない．　１１５０〜１２００゜
Ｃ程度が好適である．熱延仕上温度は高いほうがよ＜、
８００゜Ｃ以上、望ましくは８５０゜Ｃ以上とする．巻
取りも高温の方がよいが、酸洗性との兼ね合いで５５０
〜６５０゜Ｃが適当な巻取り温度になる。

熱間圧延の後、熱延の加工組織を再結晶させるため、７
５０゜Ｃ以上、望ましくは８５０゜Ｃ以上で熱延板焼鈍
を行う。ただし、この温度があまり高温になると結晶粒
が粗大化し、次の冷間圧延の際に割れが発生しやすくな
るからｌ０５０゜Ｃ以下に抑える方がよい。通常は９０
０〜ｌ０００゜Ｃで５分以内の連続焼鈍を行うが８００
〜９００゜Ｃでの箱焼鈍でもよい．冷間圧延の圧下率は
６０〜９０％の範囲である．磁気特性の点からは１回冷
延法で７５〜８５％程度の圧下を行うのが適当である．
鉄損を小さくすることを重視する場合は、中間焼鈍を含
む２回以上の冷間圧延を行ってもよい．最終焼鈍は８５
０’Ｃ以上で３分以内の焼鈍を連続焼鈍法で行うのが望
ましい．（実施例） 第１表に示す＆ｌｌ威の鋼を実験室で溶解し、次の製造
工程で０．５一厚さの薄板とした．即ち、熱間圧延の加
熱温度は１１５０゜Ｃ１圧延仕上げ温度は８５０゜Ｃと
し、圧延後６００’Ｃまで空冷した後、６００゜Ｃに保
持した炉中に投入して炉冷した．これは熱延コイルの巻
取りに相当する熱処理である．熱延板の板厚は２．３ｍ
−で、酸洗後更に９５０″Ｃで３分の熱処理を加えた．
これは熱延板の組織を再結晶させるために行うものであ
る．Ｓｉ含有量が多い鯛は、熱延板で加工＆ｌＩ織が残
り易く、冷間圧延時に表面形状が悪化するのでこのよう
な熱延板の熱処理を施すのである．その後、７８％の圧
下率で０．５問厚まで冷間圧延した．この冷延板に９５
０“ＣＸＩ分の再結晶焼鈍を施した後、Ｌ方向とＴ方向
より試験片を打ち抜きで採取し、磁気特性の測定を行っ
た．測定の結果を第２表に示す．本発明鋼（イ、二、ト
）は、いずれもＬ方向とＴ方向との差が小さく、しかも
平均的な特性も優れていることが明らかである．これに
対して、高Ａｌ含有量の鋼でもＢを含まない鋼（口、ホ
、チ）やＢを添加してもＡｌ含有量の少ない′ｗ４（ハ
、り）では異方性が大きく、本発明の目的が達戒されて
いない．また、Ｂ含有量が多すぎる鋼（へ）では、磁気
異方性が若干大きくなり、平均値も悪くなる． （発明の効果） 本発明の無方向性ｉｈｔ鋼板は、仮面内における磁気特
性の異方性が極めて小さいものであり、しかも安価に製
造できるものである．本発明の電磁鋼板は、モーターや
トランスの鉄心材料などとしてそれらの性能向上に大き
く寄与する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：１．０％を超
   え４．０％未満、Ｍｎ：０．１％を超え１．５％未満、
   Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ａｌ：０．
   １０％を超え１．０％未満、Ｎ：０．００４％以下、Ｂ
   ：０．０００３％を超え０．００１５％未満を含み、残
   部はＦｅおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
   る面内異方性の小さい無方向性電磁鋼板。