JPH1192890A - 鉄損の低い無方向性電磁鋼板及びその製造方法 - Google Patents

鉄損の低い無方向性電磁鋼板及びその製造方法

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JPH1192890A
JPH1192890A JP9273359A JP27335997A JPH1192890A JP H1192890 A JPH1192890 A JP H1192890A JP 9273359 A JP9273359 A JP 9273359A JP 27335997 A JP27335997 A JP 27335997A JP H1192890 A JPH1192890 A JP H1192890A
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ppm
iron loss
nitride
core loss
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Atsushi Chino
淳 千野
Katsumi Yamada
克美 山田
Yoshihiko Oda
善彦 尾田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄損の低い電磁鋼板を提供する。 【解決手段】 重量%でSi:4.0%以下、Mn:0.05〜1.0
%、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であり、かつ、仕上焼鈍後の
鋼板の表面より30μm以内の領域での窒化物量が300ppm
以下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、鉄損が少なく、電
気機器に使用される電気材料として好適な無方向性電磁
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
きている。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】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5−140647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、S量を10ppm以下とした高級グレー
ドの鋼板の鉄損値は、W15/50=2.4W/kg程度(板厚0.5
mm)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。単純に考えると、S量を少なくしていけば
鋼中のMnSの量が減り、これに伴って結晶粒の成長が容
易になるので、鉄損はどんどん低下していくように思わ
れる。しかしながら、現実には、S量の低下に伴う鉄損
の低下は、S量が10ppm程度となると飽和し、前記のよ
うな鉄損値が限界である。
【0008】本発明はこのような事情に鑑みなされたも
のであり、鉄損の低い電磁鋼板を提供することを課題と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、Sを10
ppm以下の極微量に制御しても鉄損が下がらないのは、
微量S領域において顕著な窒化層が表面領域に形成され
るためであるという新しい知見に基づき、仕上焼鈍後の
鋼板表面での窒化物量を所定の範囲に抑制することによ
り、鉄損の低い無方向性電磁鋼板を得るものである。
【0010】すなわち、前記課題は、重量%でSi:4.0
%以下、Mn:0.05〜1.0%、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
り、かつ、仕上焼鈍後の鋼板の表面より30μm以内の領
域での窒化物量が300ppm以下であることを特徴とする鉄
損の低い無方向性電磁鋼板(請求項1)により解決され
る。
【0011】また、前記鉄損の低い無方向性電磁鋼板
は、前記成分の鋼板を、仕上焼鈍後に酸洗により、仕上
焼鈍後の鋼板の表面より30μm以内の領域での窒化物量
を300ppm以下に調整すること(請求項2)により簡単に
製造できる。
【0012】ここに、「残部が実質的Feである」とは、
本発明の作用効果を妨げない範囲で不可避不純物以外の
微量元素を含むものが権利範囲に入ることを意味する。
なお、以下の説明において、鋼の成分を示す%は全て重
量%を意味し、ppmも重量ppmを意味する。
【0013】(発明に至る経緯と、S、窒化物量の限定
理由)本発明者等は、鉄損に及ぼすSの影響を調査する
ため、C:0.0025%、Si:2.75%、Mn:0.20%、P:0.
010%、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830℃×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900℃×
2min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W15/50の関係を示す
(図1の×印)。ここで、磁気測定は25cmエプスタイン
法により行った。
【0014】図1より、Sを10ppm以下とした場合に大
幅な鉄損低減(W15/50=2.5W/kg)が達成され、S=
10ppm付近に臨界点があることがわかる。これは、S量
低減により粒成長性が向上したためである。このことか
ら、本発明においてはSの範囲を10ppm以下、望ましく
は5ppm以下に限定する。
【0015】しかしながら、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tr.としても、
鉄損を2.4W/kg以下とすることはできない。
【0016】本発明者等は、S=10ppm以下の極低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>10pp
m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及び仕上焼鈍時に
生じたものと考えられる。
【0017】このS量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>10pp
mの領域では、Sが鋼板表面に濃化し、熱延板焼鈍時お
よび仕上焼鈍時において雰囲気中から鋼板表層への窒素
の吸着を抑制している。このため窒化層は生成しないか
生成しても極わずかである。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するため、窒化層
が鋼板表層に生成する。
【0018】本発明者等は、このS≦10ppmの領域で顕
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。
【0019】このような考えのもとに、本発明者等は、
鋼板表層部の窒化物層を所定の範囲にコントロールでき
れば、極低S材の鉄損はさらに低下するのではないかと
考えた。
【0020】そこで、図1中に×印で示したサンプルと
同一の素材を用い、同様に仕上焼鈍を施したサンプルに
酸洗処理を施し、表面窒化層を完全に除去した後、鉄損
を測定した。その結果を図1に○印で示す。
【0021】酸洗処理による鉄損低減効果に着目する
と、S>10ppmの領域では、酸洗処理により鉄損は0.02
〜0.04W/kg程度しか低下しないが、S≦10ppmの領域
では、酸洗処理により鉄損は0.20W/kg程度低下してお
り、S量が少ない場合に酸洗処理による鉄損低減効果は
顕著に認められる。
【0022】以上のことより、極低S電磁鋼板において
は、Sが高い電磁鋼板の場合と異なり、鋼板表層部の窒
化層を低減させることにより、鉄損が大幅に低下するこ
とが判明した。
【0023】次に、鋼板表層部の窒化物量と鉄損との関
係を調査するため、C:0.0020%、Si:2.75%、Mn:0.
20%、P:0.012%、Al:0.30%、S:0.0003%、N:
0.0017%とした鋼をラボ溶解し、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83
0℃×3hrの熱延板焼鈍を施し、その後、板厚0.50〜0.5
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。
【0024】その後、酸洗処理時間を種々変えることに
より、鋼板表層部の窒化物量を変化させた鋼板を作製
し、25cmエプスタイン法により磁気特性を測定した。こ
こで、酸洗処理後の板厚は、全て0.5mmとなるように調
整した。
【0025】図2に、酸洗処理後の鋼板表面から30μm
以内の領域での窒化物量とW15/50の関係を示す。な
お、本鋼種においては、窒化物はAlN、Si34、TiNで
あった。鋼板表面から30μmの範囲に注目したのは、こ
の範囲に窒化物の8〜9割が存在しており、それ以上の
深さでは窒化物の量が非常に少なくなっているので、鋼
板表面から30μmの範囲で窒化物量を評価すれば十分で
あると考えたためである。
【0026】図2より、鋼板表層部30μmでの窒化物量
が300ppm以下の場合に鉄損が低下し、W15/50=2.25W
/kgが達成されることがわかる。
【0027】以上のことより、本発明においては、鋼板
表面より30μm以内の領域での窒化物量を300ppm以下に
限定する。
【0028】(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。 Si: Siは鋼板の固有抵抗を上げるために有効な元素で
あるが、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。 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%とする。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%とする。
【0029】(製造方法)本発明においては、S及び鋼
板表層部の窒化物量が所定の範囲内であれば、製造方法
は、無方向性電磁鋼板を製造する通常の方法でかまわな
い。すなわち、転炉で吹練した溶鋼を脱ガス処理して所
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、通常の無方向性電磁鋼板を製造する範囲の温
度でかまわない。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1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。
【0030】鋼板表層部の窒化物量を所定の範囲内にす
る方法は特に規定する必要はなく、例えば、仕上焼鈍後
酸洗により鋼板表層部の窒化層を取り除くことにより達
成される。
【0031】
【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、
スラブ加熱温度1160℃で1hr加熱した後、板厚2.0mmま
で熱間圧延を行った。熱間圧延時の仕上げ温度は750
℃、巻取り温度は610℃とし、830℃×180minの熱延板焼
鈍を施した。次に、この熱延板を酸洗し、その後、板厚
0.50〜0.55mmまで冷間圧延を行い、920℃×2minの仕上
焼鈍を行った。
【0032】仕上焼鈍後、酸洗処理を行い、酸洗処理時
間を種々変えることにより、鋼板表層部の窒化物量を変
化させた。そして、鋼板表面から30μmの範囲の窒化物
量を測定した。窒化物はAlNであった。
【0033】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)。各鋼板における鋼板表面
から30μmの範囲の窒化物の量と、磁気特性(鉄損W
15/50と磁束密度B50)を表1に併せて示す。
【0034】
【表1】
【0035】表1からわかるように、本発明鋼であるN
o.1〜No.3の鋼板においては、仕上焼鈍後の鉄損W
15/50が非常に低い。
【0036】これに対し、No.4とNo.5の鋼板は、Sの
含有量が本発明の範囲より多いので、鉄損W15/50が非
常に高くなっている。
【0037】また、No.6とNo.7の鋼板は、鋼板表面か
ら30μmの範囲の窒化物量が本発明の範囲より多いの
で、鉄損W15/50が高くなっている。
【0038】No.8の鋼板は、Siの含有量が本発明の範
囲より多いので、鉄損W15/50は低いものの、磁束密度
50が低くなっている。
【0039】No.9の鋼板は、Mnの含有量が本発明の範
囲より多いので、磁束密度B50が低くなっている。
【0040】No.10の鋼板は、Alの含有量が本発明の範
囲より多いので、鉄損W15/50は低いものの、磁束密度
50が低くなっている。
【0041】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、重量%
でSi:4.0%以下、Mn:0.05〜1.0%、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であり、かつ、仕上焼鈍後の鋼板の表面より30μm
以内の領域での窒化物量が300ppm以下であることを特徴
とする無方向性電磁鋼板あるので、磁性焼鈍後の鉄損が
低いという甲かを有する。
【0042】また、仕上焼鈍後に酸洗により、仕上焼鈍
後の鋼板の表面より30μm以内の領域での窒化物量を30
0ppm以下に調整すれば、この鉄損が低い無方向性電磁鋼
板を簡単に製造できる。
【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】鋼板表面より30μmの領域での窒化物量と仕上
焼鈍後の磁気特性との関係を示す図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でSi:4.0%以下、Mn:0.05〜1.0
    %、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であり、かつ、仕上焼鈍後の
    鋼板の表面より30μm以内の領域での窒化物量が300ppm
    以下であることを特徴とする鉄損の低い無方向性電磁鋼
    板。
  2. 【請求項2】 重量%でSi:4.0%以下、Mn:0.05〜1.0
    %、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である鉄損の低い無方向性電
    磁鋼板の製造方法であって、仕上焼鈍後に酸洗により、
    仕上焼鈍後の鋼板の表面より30μm以内の領域での窒化
    物量を300ppm以下に調整することを特徴とする鉄損の低
    い無方向性電磁鋼板の製造方法。
JP9273359A 1997-03-18 1997-09-22 鉄損の低い無方向性電磁鋼板及びその製造方法 Pending JPH1192890A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018021242A (ja) * 2016-08-05 2018-02-08 新日鐵住金株式会社 無方向性電磁鋼板、無方向性電磁鋼板の製造方法及びモータコアの製造方法
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