JPH1112700A

JPH1112700A - 鉄損の低い無方向性電磁鋼板

Info

Publication number: JPH1112700A
Application number: JP9186054A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiko Oda; 善彦尾田; Nobuo Yamagami; 伸夫山上; Yasushi Tanaka; 靖田中
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-01-19

Abstract

(57)【要約】【課題】仕上焼鈍後の鉄損のより低い無方向性電磁鋼
板を提供する。【解決手段】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5%
〜3.5％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.03〜0.15％、Ｎ：0.
005％以下(０を含む)、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％
（０を含む）以下を含有し、残部が実質的にFeであるこ
とを特徴とする鉄損の低い無方向性電磁鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気材料として用
いられるのに好適な、鉄損の低い無方向性電磁鋼板に関
するものである。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】例えば、特公昭５６−２２９３１号公報に
は、Si：2.5〜3.5％、Al：0.3〜1.0％の鋼においてＳ：
50ppm以下、Ｏ：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。

【０００５】また、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：15p
pm以下、Ｏ：20ppm以下、Ｎ：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。

【０００６】さらに特開平５−１４０６７４号公報に
は、Si：2.0〜4.0％、Al：0.10〜2.0％の鋼において
Ｓ：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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらいずれ
の技術においても、Si、Al量がトータルで3〜3.5％程
度、Ｓ量を10ppm以下とした高級グレードの鋼板の鉄損
値は、Ｗ_15/50＝2.4（Ｗ／kg）程度（板厚0.5mm）であ
り、これ以上の低鉄損は達成されていないのが現状であ
る。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するため
になされたものであり、仕上焼鈍後の鉄損のより低い無
方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、Ｓ＝10
ppm以下の極低Ｓ材において、Ｐを0.03〜0.15％の範囲
で含有させることにより、無方向性電磁鋼板の鉄損を大
幅に低下させることにある。

【００１０】すなわち、前記課題は、重量％で、Ｃ：0.
005％以下、Si：1.5〜3.5％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.
03〜0.15％、Ｎ：0.005％以下(０を含む)、Al：0.1〜1.
0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含有し、残部が実
質的にFeであることを特徴とする鉄損の低い無方向性電
磁鋼板により解決される。

【００１１】ここに、「残部が実質的にFeである」と
は、不可避不純物の他、本発明の作用効果を妨げない範
囲で他の微量元素を添加したものも、本発明の範囲に含
まれる趣旨である。

【００１２】なお、以下の説明において、鋼の成分を示
す％は全て重量％であり、ppmも重量ppmである。

【００１３】（発明に至る経緯）本発明者らは、Ｓ＝10
ppm以下の極低Ｓ材において鉄損低減を阻害している要
因を詳細に調査した。その結果、Ｓ量の低減に伴い、鋼
板表層部に顕著な窒化層が認められ、この窒化層が鉄損
低減を阻害していることが明らかとなった。

【００１４】そこで、本発明者らが、窒化を抑制し、鉄
損をさらに低減させる手法に関し鋭意検討した結果、P
を0.03〜0.15％の範囲で添加することにより、極低Ｓ材
の鉄損が大幅に低下することを見いだした。

【００１５】（Ｓ、Ｎの限定理由）本発明を実験結果に
基づいて詳細に説明する。

【００１６】最初に、鉄損に及ぼすＳの影響を調査する
ため、Ｃ：0.0025％、Si：1.85％、Mn：0.20％、Ｐ：0.
005％、Al：0.31％、Ｎ：0.0018％とし、Ｓ量をtr.〜15
ppmの範囲で変化させた鋼をラボ溶解し、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800℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.5
mmまで冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で930℃×２
min間の仕上焼鈍を行った。図１に、このようにして得
られたサンプルのＳ量と鉄損Ｗ_15/50の関係を示す（図
中×印）。

【００１７】図１より、Ｓを10ppm以下とした場合に大
幅な鉄損低減が達成されＷ_15/50＝2.8Ｗ／kgが達成され
ることがわかる。これは、Ｓ低減により粒成長性が向上
したためである。

【００１８】以上のことより本発明に於いては、Ｓ量の
範囲を10ppm以下、望ましくは5ppm以下に限定する。

【００１９】しかし、Ｓ量が10ppm以下となると鉄損の
低下は緩やかとなり、Ｓ量をさらに低減したとしても鉄
損は2.7Ｗ／kg程度にしかならない。

【００２０】本発明者らは、Ｓ≦10ppmの極低Ｓ材にお
いて鉄損の低減が阻害されるのは、MnＳ以外の未知の要
因によるものではないかと考え、光学顕微鏡にて組織観
察を行った。その結果、Ｓ≦10ppmの領域で鋼板表層に
顕著な窒化層が認められた。これに対し、Ｓ＞10ppmの
領域では窒化層は軽微となっていた。この窒化層は窒化
雰囲気で行った熱延板焼鈍時および仕上焼鈍時に生じた
ものと考えられる。

【００２１】このＳ低減に伴う窒化反応促進の原因に関
しては次のように考えられる。すなわち、Ｓは表面およ
び粒界に濃化しやすい元素であることから、Ｓ＞10ppm
の領域では、Ｓが鋼板表面へ濃化し、熱延板焼鈍時およ
び仕上焼鈍時の窒素の吸着を抑制しており、一方、Ｓ≦
10ppmの領域ではＳによる窒素吸着の抑制効果が低下し
たためと考えられる。

【００２２】本発明者らは、この極低Ｓ材において顕著
に生じる窒化層が鋼板表層部の結晶粒の成長を妨げ、鉄
損の低下を抑制するのではないかと考えた。このような
考えの下に、本発明者らは窒素吸着の抑制が可能でかつ
極低Ｓ材の優れた粒成長性を妨げることのない元素を含
有させることができれば、極低Ｓ材の鉄損はさらに低下
するのではないかという着想を抱き、種々の検討を加え
た結果、Ｐの含有が有効であることを発見した。

【００２３】図１に、前記×印で示したサンプルの成分
にＰを添加して0.04％としたサンプルについて同一の条
件で試験をした結果を○印で示す。Ｐの鉄損低減効果に
着目すると、Ｓ＞10ppmの領域では、Ｐ添加により鉄損
は0.02〜0.04Ｗ／kg程度しか低下しないが、Ｓ≦10ppm
の領域では、Ｐ添加により鉄損は0.20Ｗ／kg程度低下し
ており、Ｓ量が少ない場合にＰの鉄損低減効果は顕著に
認められる。また、このサンプルではＳ量によらず窒化
層は認められなかった。これはＰが鋼板表層部に濃化し
窒素の吸着を抑制したためと考えられる。

【００２４】次にＰの最適添加量を調査するため、Ｃ：
0.0020％、Si：1.87％、Mn：0.20％、Al：0.30％、Ｓ：
0.0003％、Ｎ：0.0017％とし、Ｐ量をtr.〜0.20％の範
囲で変化させた鋼をラボ溶解し、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800
℃×３hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.5mmまで
冷間圧延し、10％Ｈ₂-90％Ｎ₂雰囲気で930℃×２min間
の仕上焼鈍を行った。図２に、Ｐ量と鉄損Ｗ_15/50の関
係を示す。

【００２５】図２より、Ｐ添加量が0.03％以上の領域で
鉄損が低下し、Ｗ_15/50＝2.5Ｗ／kgが達成されることが
わかる。しかし、Ｐをさらに添加し、Ｐ＞0.10％となっ
た場合には、鉄損は再び増大することもわかる。

【００２６】このＰ＞0.10％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、表層細粒組織は認められなかったものの、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、Ｐが粒界に偏析しやすい元素であるため、Ｐ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。また、Ｐを0.15％超添加した場合には、冷間圧
延性が著しく低下した。以上のことよりＰは0.03％以上
とし、冷間圧延性の問題から上限を0.15％とする。また
鉄損の観点より、望ましくは0.04％以上、0.10％以下と
する。

【００２７】（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。

【００２８】Ｃ：Ｃは磁気時効の問題があるため0.00
5％以下とした。

【００２９】Si： Siは鋼板の固有抵抗を上げるために
有効な元素であり、このため下限を1.5％とした。一
方、3.5％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3.5％とした。

【００３０】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％とした。

【００３１】Ｎ：Ｎは、含有量が多い場合にはAlＮの
析出量が多くなり、鉄損を増大させるため0.005％以下
とした。

【００３２】Al： AlはSiと同様、固有抵抗を上げるた
めに有効な元素であるが、1.0％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1.0％と
した。また、0.1％未満の場合にはAlＮが微細化し粒成
長性が低下するため下限を0.1％とした。

【００３３】（製造方法）本発明においては、Ｓ、Ｐ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
鋼板の製造方法でかまわない。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。

【００３４】

【実施例】表１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1160℃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、表１に示す条件で熱延板焼鈍を施し
た。その後、板厚0.5mmまで冷間圧延を行い、表１に示
す仕上焼鈍条件で焼鈍を行った。

【００３５】

【表１】

【００３６】磁気測定は25cmエプスタイン試験片を用い
て行った。各鋼板の磁気特性を表１に併せて示す。

【００３７】表１において、No.１〜12の鋼板は、Siの
レベルが1.8％のオーダににあり、No.13〜16の鋼板は、
Siのレベルが2.5％のオーダにある。同じSiのレベル同
士で比較した場合、本発明鋼の方が、鉄損Ｗ_15/50が低
い。

【００３８】これより、鋼板成分を本発明のＳ、Ｐ量に
制御した場合に、仕上焼鈍後の鉄損の非常に低い無方向
性電磁鋼板が得られることがわかる。

【００３９】これに対し、No.５とNo.14の鋼板は、Ｓと
Ｐの範囲が共に本発明の範囲を外れているため、鉄損Ｗ
_15/50が高くなっている。

【００４０】No.６とNo.15の鋼板は、Ｓの範囲が本発明
の上限を外れているため、Ｗ_15/50が高くなっている。

【００４１】同様、No.７とNo.16の鋼板は、Ｐの範囲が
本発明の下限を外れているため、Ｗ_15/50が高くなって
いる。

【００４２】No.８の鋼板は、Ｐの範囲が本発明の上限
を外れているため、圧延時に板の破断が発生して製品と
することができなかった。

【００４３】No.９の鋼板は、Ｃが本発明の範囲を超え
ているので、磁気時効の問題がある。

【００４４】No.10の鋼板は、Mnが本発明の範囲を超え
ているので、磁束密度Ｂ₅₀が小さくなっている。

【００４５】No.11の鋼板は、Alが本発明の範囲を下回
っているので、鉄損Ｗ_15/50が高くなっている。

【００４６】No.12の鋼板は、Ｎが本発明の範囲を超え
ているので、鉄損Ｗ_15/50が大きくなっている。

【００４７】No.17の鋼板は、Siが本発明の範囲を超え
ているので、鉄損Ｗ_15/50は低いが、磁束密度Ｂ₅₀が小
さくなっている。

【００４８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明は、重量％
で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5〜3.5％、Mn：0.05〜1.0
％、Ｐ：0.03〜0.15％、Ｎ：0.005％以下(０を含む)、A
l：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下（０を含む）を含有
し、残部が実質的にFeであることを特徴とするものであ
るので、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得ることができ
る。

【００４９】本発明に係る無方向性電磁鋼板は、鉄損が
低いことを要求される電気材料として、トランスの鉄
心、モータのコア等、広く種々の用途に使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｓ量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す図
である。

【図２】Ｐ量と仕上焼鈍後の磁気特性との関係を示す図
である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.005％以下、Si：1.5〜
3.5％、Mn：0.05〜1.0％、Ｐ：0.03〜0.15％、Ｎ：0.00
5％以下(０を含む)、Al：0.1〜1.0％、Ｓ：0.001％以下
（０を含む）を含有し、残部が実質的にFeであることを
特徴とする鉄損の低い無方向性電磁鋼板。