JPH09263909A - 鉄損特性の優れた無方向性電磁鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁性焼鈍を低温短時間化しても、現行法で得
られるものと同等以下の低い鉄損値の得られる鉄損特性
に優れた無方向性電磁鋼板を提供する。 【解決手段】 下記の条件を満足することを特徴とする
鉄損特性に優れた無方向性電磁鋼板など。（イ）重量％
で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．
１〜０．８％、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．００４
％以下、Ｃｕ：０．０５％以下を含む鋼であって、かつ
（ロ）鋼中に含まれる第二相粒子の数を顕微鏡観察によ
り単位面積当たりの個数として求めたとき、直径０．１
〜０．５μｍの第二相粒子が５００〜５０００個／ｍｍ
² 、直径０．５μｍを超える第二相粒子が５００個／ｍ
ｍ² 以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、無方向性電磁鋼
板、特に、部品に加工後磁性焼鈍が行われるセミプロセ
ス無方向性電磁鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板は、発電機、電動機、
小型変圧器などの電気機器に広範囲に利用されている
が、その低鉄損化は省エネルギー化のために不可欠であ
り、永遠のテーマになっている。

【０００３】一方、セミプロセス無方向性電磁鋼板の使
用にあたって、こうした低鉄損化は勿論のこと、部品加
工後に行われる磁性焼鈍をより低温短時間化し、生産性
の向上や低コスト化を図りたいという使用者側からの要
望がある。

【０００４】図３に、現行のセミプロセス無方向性電磁
鋼板の鉄損値（Ｗ_15/50 ）の磁性焼鈍温度依存性の１例
を示す。図のデータは、図中に示した成分系の試料を用
い、磁性焼鈍時間を現行の２時間としたときの値であ
る。

【０００５】焼鈍温度を７５０℃以上にすれば安定して
低鉄損値が得られるが、７５０℃未満に下げると急激に
鉄損値が増加する。したがって現状では７５０℃×２時
間の磁性焼鈍が行われているが、これを７３０℃×１時
間程度に低温短時間化したいという具体的な要望があ
る。

【０００６】図３の焼鈍温度を下げると急激に鉄損値が
増加する原因としては、結晶粒径が焼鈍温度の低下とと
もに小さくなることによると考えられる。実際、７５０
℃焼鈍の結晶粒径は約４５μｍであったのに対し、７３
０℃では２５μｍ以下であった。

【０００７】結晶粒径を大きくして低鉄損化を図る手段
として、焼鈍時に結晶粒界移動のピンニングサイトとな
り易い鋼中の介在物、析出物、晶出物などの第二相粒子
の数を減らしたり、その形状を制御してピンニング機能
を失わせたりする方法が提案されている。

【０００８】例えば、ＳｉおよびＳ量に対しＭｎ量の範
囲を特定し、凝固過程でのＭｎＳを粗大化させてそのピ
ンニング機能を失わせる特開平３ー２４９１１５号公報
に記載の方法、スラブの加熱温度を１１５０℃以下の低
温にしＭｎＳの再固溶を抑制し、後工程におけるピンニ
ングサイトとなり易い微細ＭｎＳの再析出を防ぐ特開昭
６２ー１９９７２０号公報に記載の方法、鋼中のＳｉＯ
₂ 、ＭｎＯ、Ａｌ₂ Ｏ ₃ の酸化物のうちＭｎＯの比率を
低下させて酸化物の融点を上げ、ピンニングサイトとな
り易い微細酸化物の生成を防止する特開平１ー１５２２
３９号公報に記載の方法、鋼中に直径０．５〜５μｍの
酸化物を１０〜５００個／ｍｍ² 分散させ、これを核に
ＭｎＳを凝集析出させてピンニングサイトとなり易い微
細ＭｎＳの再析出を防ぐ特公平５ー６９９１０号公報に
記載の方法などがある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者らが上記特許公報に記載されている低鉄損化に有利な
第二相粒子の制御法をセミプロセス無方向性電磁鋼板に
おける磁性焼鈍の低温短時間化に適用できるかどうかを
検討したところ、７３０℃×１時間の条件では、現行法
で得られるような低い鉄損値が得られなかった。

【００１０】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、磁性焼鈍を低温短時間化しても、現行
法で得られるものと同等以下の低い鉄損値の得られる鉄
損特性に優れた無方向性電磁鋼板を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題は、下記の条件
を満足することを特徴とする鉄損特性に優れた無方向性
電磁鋼板により解決される。

【００１２】（イ）重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ
ｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｓ：０．０１
％以下、Ａｌ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以
下を含む鋼であって、かつ（ロ）鋼中に含まれる第二相
粒子の数を顕微鏡観察により単位面積当たりの個数とし
て求めたとき、直径０．１〜０．５μｍの第二相粒子が
５００〜５０００個／ｍｍ² 、直径０．５μｍを超える
第二相粒子が５００個／ｍｍ² 以下である。

【００１３】まず、現行のセミプロセス無方向性電磁鋼
板の磁性焼鈍前に存在する鋼中の第二相粒子の存在状態
を調査する目的で、図３に示した試料の電子顕微鏡観察
を行った。その結果、直径０．１〜０．５μｍ程度のＭ
ｎＳーＭｎＯ、直径０．５μｍを超えるＳｉＯ₂ 、Ｓｉ
Ｏ₂ ーＭｎＳおよび多数の直径数１０ｎｍ程度のＣｕＳ
が観察された。

【００１４】そこで、こうした第二相粒子の存在状態が
磁性焼鈍後の鉄損値にどのような影響を与えるかを検討
するため、図３に示した成分系の鋼を用い、その鋳造凝
固時の冷却速度を変えて第二相粒子の存在状態を変えた
試料を作成し、磁性焼鈍前の電子顕微鏡観察や７３０℃
×１時間の磁性焼鈍後の鉄損値測定を行った。

【００１５】図４に、鋳造凝固時の冷却速度と第二相粒
子の存在状態の関係を示す。なお、図には鉄損値（Ｗ
_15/50 ）も示してある。

【００１６】ここで、第二相粒子の数とは、電子顕微鏡
観察によりサイズ別にカウントし、単位視野面積（１ｍ
ｍ² ）当たりの個数で表した数である（以後、第二相粒
子の数はこの定義による）。

【００１７】鋳造凝固時の冷却速度を現行の２℃／秒か
ら１０℃／秒に早めると、直径０．１〜０．５μｍの第
二相粒子の数が増え、７３０℃×１時間の磁性焼鈍でも
図３に示した現行法で得られる鉄損値（Ｗ_15/50 ＝４．
５ｗ／ｋｇ）より低い値（Ｗ _15/50 ＝３．９ｗ／ｋｇ）
の得られることがわかる。

【００１８】この鋳造凝固時の冷却速度を早めた試料の
第二相粒子の形態分析を行ったところ、微細なＣｕＳが
激減しており、ＣｕとＳの大部分は直径０．１〜０．５
μｍの第二相粒子であるＭｎＳーＭｎＯの粒子中にＣｕ
Ｓとして存在していることが判明した。このことから、
鋳造凝固時の冷却速度を早めることによってＭｎＳーＭ
ｎＯの粒子数が増え、それを核としたＣｕＳの凝集粗大
化が促進され、粒成長性が向上し低鉄損化が図れたもの
と推察される。

【００１９】このように、直径０．１〜０．５μｍの第
二相粒子の数を増やすことにより微細なＣｕＳの悪影響
を低減すれば、低温短時間の磁性焼鈍でも現行法で得ら
れる値以下の低い鉄損値の得られることがわかったの
で、その数の適性範囲を調査した。

【００２０】表１に示す成分系の鋼１〜鋼４を用い、鋳
造凝固時の冷却速度を変えて直径０．１〜０．５μｍの
第二相粒子の数を変え、７３０℃×１時間の磁性焼鈍後
の鉄損値（Ｗ_15/50 ）を調査した。

【００２１】図１に、各鋼の直径０．１〜０．５μｍの
第二相粒子の数と鉄損値（Ｗ_15/50）の関係を示す。図
の黒色に塗り潰した印は、現行法で得られる、すなわち
現行の第二相粒子の存在状態を有する各鋼を用い現行の
７５０℃×２時間の磁性焼鈍をしたときに得られる、鉄
損値（Ｗ_15/50 ）以下となった試料を示している。

【００２２】直径０．１〜０．５μｍの第二相粒子の数
を５００〜５０００個／ｍｍ² に調整することにより、
７３０℃×１時間でも現行の場合より低い鉄損値の得ら
れることがわかる。また、８００〜３５００個／ｍｍ²
にすれば、粒子の個数に依存することなく安定して低鉄
損値が得られるようになる。

【００２３】直径０．１〜０．５μｍの第二相粒子の数
が５００個／ｍｍ² 未満で鉄損値が高くなる理由は、上
記したように、このような第二相粒子の存在状態では多
数の微細ＣｕＳが存在し、粒成長を阻害するためと考え
られる。また、この数が５０００個／ｍｍ² を超えると
鉄損値が高くなる理由は、このサイズの粒子でも、その
数が多過ぎると粒成長を妨げる効果を有するようになる
ためと推察される。

【００２４】これらの試料の直径０．５μｍを超える第
二相粒子の数はいずれも５００個／ｍｍ² 以下であった
が、このサイズの粒子もなんらかの影響を鉄損に与える
可能性があるので、表１に示す鋼１〜鋼４を用い、溶鋼
の脱ガス時間（脱酸後の還流時間）を変えて粒子の数を
変え、上記と同様の調査を行った。このとき、直径０．
１〜０．５μｍの第二相粒子の数は本発明範囲内にして
ある。

【００２５】図２に、各鋼の直径０．５μｍを超える第
二相粒子の数と鉄損値（Ｗ_15/50 ）の関係を示す。図の
黒色に塗り潰した印は、図１と同様、現行法で得られる
鉄損値（Ｗ_15/50 ）以下となった試料を示している。

【００２６】直径０．５μｍを超える第二相粒子の数が
５００個／ｍｍ² 以下であれば、７３０℃×１時間でも
現行の場合より低い鉄損値の得られることがわかる。ま
た、４００個／ｍｍ² 以下にすれば、粒子の個数に依存
することなく安定して低鉄損値が得られるようになる。

【００２７】直径０．５μｍを超える第二相粒子の数が
５００個／ｍｍ² を超えると鉄損値が高くなる理由は、
このサイズの粒子数が増えると磁壁移動が妨げられ、ヒ
ステリシス損が増大するためと考えられる。

【００２８】以上述べたように、第二相粒子の存在形態
を制御することが本発明の核心であるが、その効果を有
効に引き出し、また、電磁鋼板として必要な他の特性を
満足させるには、以下のように成分を限定する必要があ
る。

【００２９】Ｃ：０．０１％を超えると、鉄損値の増大
や磁束密度の低下を招くので０．０１％以下とする。

【００３０】Ｓｉ：１％超えると、ＳｉＯ₂ の数が増大
し本発明の効果が得られなくなるので１％以下とする。

【００３１】Ｍｎ：０．１％未満だと、熱間圧延時に赤
熱脆性を引き起こす恐れがあり、０．８％を超えると、
磁束密度の低下を招くので０．１〜０．８％とする。

【００３２】Ｓ：０．０１％を超えると、ＣｕＳ、Ｍｎ
Ｓなどの硫化物の数が増大し本発明の効果が得られなく
なり、また、赤熱脆性を引き起こす恐れもあるので０．
０１％以下とする。

【００３３】Ａｌ：０．００４％を超えると、微細なＡ
ｌＮが増え本発明の効果が得られなくなるので０．００
４％以下とする。

【００３４】Ｃｕ：０．０５％を超えると、粒成長を阻
害する微細なＣｕＳの生成を充分に制御できなくなり、
本発明の効果が得られなくなるので０．０５％以下とす
る。

【００３５】上記成分元素の含有量に加えて、重量％
で、Ｃ：０．００５％以下、Ｐ：０．２％以下、Ｎ：
０．００５％以下にすることが下記の理由で好ましい。

【００３６】Ｃ：０．００５％以下にすると、磁気時効
を防止できるので好ましい。

【００３７】Ｐ：鋼板の打抜き性を向上させる成分であ
るが、多量に添加すると鋼板が脆くなるので０．２％以
下にすることが好ましい。

【００３８】Ｎ：上記Ａｌの含有量によっては、微細な
ＡｌＮが増え粒成長を阻害し、鉄損値の増大を招くので
０．００５％以下することが好ましい。

【００３９】

【発明の実施の形態】Ｃｕ含有量を０．０５重量％以下
にするには、Ｃｕ含有量の少ない原料や副原料を用いて
精錬すればよい。

【００４０】Ｓ含有量を０．０１重量％以下にするに
は、溶銑で脱Ｓしても、取鍋精錬で脱Ｓしてもよく、ま
た、Ｓ含有量の少ない原料や副原料を用いて精錬しても
よい。

【００４１】磁気特性向上のためにＳｂ、Ｓｎ、Ｂ、Ｚ
ｒを添加しても、本発明の効果が損なわれることはな
い。

【００４２】直径０．５μｍを超える第二相粒子の数の
調整は、脱ガス時間以外に、鋳造中の溶鋼の流れや電磁
攪拌を調整することによっても可能である。

【００４３】こうした溶鋼は、転炉あるいは電炉によっ
て製造できる。鋳造凝固時の冷却速度を早めるには、冷
却スプレーの能力を強化したり、鋳片の厚みを薄くする
ことにより可能である。

【００４４】鋳造は造塊鋳造、連続鋳造どちらでもよ
い。鋳造後は、造塊鋳造の場合は分塊圧延を経て、連続
鋳造の場合はそのまま、再加熱後あるいは再加熱されず
に、熱間圧延され、さらに冷間圧延後焼鈍される通常の
無方向性電磁鋼板と同様な工程で製造される。

【００４５】なお、熱延板熱処理を施したり、冷間圧延
と焼鈍を繰り返し行っても本発明の効果は得られる。

【００４６】本発明の構成要件である第二相粒子とし
て、直径０．１〜０．５μｍのＭｎＳーＭｎＯ（ーＣｕ
Ｓ）、直径０．５μｍを超えるＳｉＯ₂ 、ＳｉＯ₂ ーＭ
ｎＳを例示したが、本発明の効果はこれらの種類の粒子
に限定されることなく、他の硫化物、酸化物、炭化物、
窒化物などでも同様な効果が得られる。

【００４７】

【実施例】表１に、本実施例に用いた１７種の成分系の
鋼を示す。鋼１〜鋼１１は本発明鋼であり、鋼１２〜鋼
１７は鋼２をベースとした比較鋼である。鋼１２ではＳ
ｉ量が、鋼１３ではＭｎ量が、鋼１５ではＳ量が、鋼１
６ではＡｌ量が，鋼１７ではＣｕ量が本発明範囲より多
く、また、鋼１４ではＭｎ量が本発明範囲より少なくな
っている。なお、いずれの鋼においても、残部はＦｅお
よび不可避的不純物からなる。

【００４８】これらの鋼を溶製後、表２、表３に示すよ
うに脱ガス時間と鋳造凝固後の冷却速度を変えて、第二
相粒子の存在状態を種々変えたスラブを作製した。

【００４９】これらのスラブを仕上温度８１０℃、巻取
温度６７０℃の条件で熱間圧延し、板厚２．３ｍｍの熱
延板を作製した。

【００５０】これらの熱延板を酸洗後、板厚０．５ｍｍ
まで冷間圧延し、６９０〜７３０℃で焼鈍して試料Ｎ
ｏ．１〜３２のセミプロセス電磁鋼板を作製した。

【００５１】これらの試料に７３０℃×１時間あるいは
７５０℃×１〜２時間の磁性焼鈍を施し、鉄損Ｗ_15/50
と磁束密度Ｂ₅₀を求めた。ここで、鉄損Ｗ_15/50 と磁束
密度Ｂ₅₀は、２５ｃｍエプスタイン試験（ＪＩＳＣ２５
５０）により鋼板の長手方向と幅方向で測定し、それを
平均した値である。

【００５２】また、各試料の磁性焼鈍前の鋼中の第二相
粒子の存在状態をＳＥＭやＴＥＭの電子顕微鏡で観察
し、サイズ別に単位面積当たりの第二相粒子の数を求め
た。

【００５３】なお、表１には、比較として、各鋼の現行
法によって作製した試料を現行の７５０℃×２時間で磁
性焼鈍したときの鉄損Ｗ_15/50 と磁束密度Ｂ₅₀も示して
ある。

【００５４】結果を表２、表３に示す。成分と第二相粒
子の存在状態が本発明の範囲内にある試料では、７３０
℃×１時間の磁性焼鈍により現行法で得られる値以下の
鉄損値が得られる。なお、一部の試料に対しては、７５
０℃×１〜２時間の磁性焼鈍も行ったが、それにより７
３０℃×１時間の磁性焼鈍の場合よりさらに低い鉄損値
が得られる。

【００５５】一方、Ｓｉ、Ｓ、Ａｌ、Ｃｕ量が本発明範
囲より多かったり、第二相粒子の存在状態が本発明範囲
外であると、７３０℃×１時間の磁性焼鈍では現行法で
得られる値以下の鉄損値は得られない。

【００５６】Ｍｎ量が本発明範囲より多いと、鉄損値に
は問題がないが、磁束密度が著しく低下する。

【００５７】また、Ｓｉ量も本発明範囲より多いと磁束
密度の著しく低下を招くが、高Ｓｉの高グレード電磁鋼
板に適用すれば問題とならない磁束密度の値である。

【００５８】なお、Ｍｎ量が本発明範囲より少ない試料
１４には、熱間圧延時に割れが観察された。

【００５９】

【表１】

【００６０】

【表２】

【００６１】

【表３】

【００６２】

【発明の効果】本発明は以上説明したように構成されて
いるので、磁性焼鈍を低温短時間化しても、現行法で得
られるものと同等以下の低い鉄損値の得られる無方向性
電磁鋼板およびその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】直径０．１〜０．５μｍの第二相粒子の数と鉄
損値（Ｗ_15/50 ）の関係を示す図である。

【図２】直径０．５μｍを超える第二相粒子の数と鉄損
値（Ｗ_15/50 ）の関係を示す図である。

【図３】現行のセミプロセス無方向性電磁鋼板の鉄損値
（Ｗ_15/50 ）の磁性焼鈍温度依存性の１例を示す図であ
る。

【図４】鋳造凝固時の冷却速度と第二相粒子の存在状態
の関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記の条件を満足することを特徴とする
   鉄損特性に優れた無方向性電磁鋼板。 （イ）重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：１％以
   下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｓ：０．０１％以下、Ａ
   ｌ：０．００４％以下、Ｃｕ：０．０５％以下を含む鋼
   であって、かつ（ロ）鋼中に含まれる第二相粒子の数を
   顕微鏡観察により単位面積当たりの個数として求めたと
   き、直径０．１〜０．５μｍの第二相粒子が５００〜５
   ０００個／ｍｍ² 、直径０．５μｍを超える第二相粒子
   が５００個／ｍｍ² 以下である。
2. 【請求項２】 下記の条件を満足することを特徴とする
   鉄損特性に優れた無方向性電磁鋼板。 （イ）重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓｉ：１％以
   下、Ｍｎ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．２％以下、Ｓ：
   ０．０１％以下、Ａｌ：０．００４％以下、Ｎ：０．０
   ０５％以下、Ｃｕ：０．０５％以下を含む鋼であって、
   かつ（ロ）鋼中に含まれる第二相粒子の数を顕微鏡観察
   により単位面積当たりの個数として求めたとき、直径
   ０．１〜０．５μｍの第二相粒子が５００〜５０００個
   ／ｍｍ² 、直径０．５μｍを超える第二相粒子が５００
   個／ｍｍ² 以下である。