WO1993013231A1

WO1993013231A1 - Non-oriented electromagnetic steel sheet having very good magnetic characteristics and method of manufacturing the same

Info

Publication number: WO1993013231A1
Application number: PCT/JP1992/001663
Authority: WO
Inventors: Tomoji Kumano; Takeshi Kubota; Hiroaki Masui; Takeaki Takeshita; Kenji Kosuge
Original assignee: Nippon Steel Corporation
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1992-12-18
Publication date: 1993-07-08
Also published as: JPH05306438A; JP2708682B2

Description

明細書磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板及びその製造方法技術分野

本発明は、全周方向の磁束密度が極めて高く、鉄損が低い無方向性電磁鋼板及びその製造方法に関する。

背景技術

近年、回転機用磁芯材料としての無方向性電磁鋼板に対する品質向上の要求は、省エネルギーの観点からますます強くなっている。電磁鋼板製造メ一力一の側においても、この要望に応えるべく無方向性電磁鋼板の磁気特性の向上のための研究開発が進められてきており、工業的には、

J I Sに規定されている数々の無方向性電磁鋼板が製造されている。

無方向性電磁鋼板の製造プロセスにおいて、鉄損値が低い製品を得るためには、従来鋼をその溶製段階で高純度化したり、鋼中の S i 含有量を多くすることや、仕上げ焼鈍において温度 · 時間を十分にとる等の手段が採用されてきた。しかしながら、これらの技術的手段による時は、製品の鉄損値は低くなるが、磁束密度が低下するという問題があり、これは製品板の集合組織に起因するといわれている。この問題を解決するために、熱延で高温で巻き取り保温するいわゆる自己焼鈍、または熱延板を焼鈍する方法が採られてきた。さらに、最近、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて鐯造鐧帯とし、次いで、該铸造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍して無方向性電磁鋼板を得る方法が開発された。これらの方法でも、冷延圧下率が以上では、仕上げ最終焼鈍後の集合組織はいわゆるゴス方位 {1101 〈001〉や（1111 〈112〉方位が発達したものとなるが、 U001 〈 Gv_ff〉方位と比較して全周方向の磁性が劣るので、全周の磁気特性、特に磁束密度の向上に限界があつた。

発明の開示

本発明は、全周方位での鉄損が低くかつ、磁束密度が極めて高い無方向性電磁鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。

図面の簡単な説明

図 1は、冷間圧延率と全周方向の B (T) との関係を示す図表である。

図 2は、本発明製品の（1001正極点図である。

図 3は、本発明の他の製品の（100}正極点図である。発明を実施するための最良の形態

本発明は、板厚 20画〜 1.20譲の無方向性電磁鋼板において、一次再結晶後の組織が U0D1 〈0vw〉集合組織を有し、かつ圧延面に平行な {100}面強度がランダム方位強度の 2倍以上であるランダムキューブ集合組織を有することを特徵とし、これによつて全周方向に極めて優れた磁気特性が得られる。

上記鋼板は、重量％で、 S i ≤ 4. 0%、 A ≤ 2. Q%、その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含み、残部 F e及び不純物から成るものとする。

また本発明は、重量％で、 S i ≤ ^Λ%, A II ≤ 2. 0%. その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含み、残部 F e及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて铸造鋼帯とする工程、次いで、該铸造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとする工程、仕上げ焼鈍する工程からなる無方向性電磁鋼板を製造する方法において、冷間圧延に際し圧延率を 5 %以上 40%未満とすることを特徴とする。

なお、上記 S i 及び A の含有量は、変態を有しない（ S i + 2 A ） > 2. 5%、また変態を有する（ S i + 2 A ） ≤ 2. 5 %のいずれの場合をも対象にできる。

以下、本発明を詳細に説明する。

発明者等は、本発明における技術的課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、従来から無方向性電磁鋼板の理想集合組織といわれていたランダムキューブ集台組織の存在を確認すると共に、現実にこのランダムキューブが無方向性電磁鋼板の理想集台組織であることを証明でき、本発明を完成するに至つた。

この理想集合組織であるランダムキューブを得るためには、溶鋼から直接铸造薄帯を得、その後の冷間圧延率を適切にとることによって、仕上げ焼鈍後の製品における集合組織を制御することができ、これによつて磁束密度が極めて高く鉄損値が低い無方向性電磁鋼板を得ることに成功した。

先ず、本発明が対象とする製品の成分系について説明する。

本発明は S i及び A を特定量含有させるが、その他に製品の機械特性の向上、磁気特性、耐锖性等の向上或いはその他の目的のために、無方向性電磁綱扳に不可避的に通常含有する C, N, Sのほかに Mn, P, B, N i， C r , S b, S n, C uを 1種または 2種以上含有させても本発明の効果は損なわれない。

Cは、 0. 50%以下であれば、本発明の目的を達することができる。無方向性電磁鋼板の用途は、主に回転機であり、磁気特性の安定という観点からは、その使用中に磁気特性の劣化（磁気時効）を起こさないことが要求され、そのために C含有量は低い方が好ましく、 0.005%以下にするのが望ましい。

本発明者等は相変態を有する無方向性電磁鋼板の冷却変態（r→な）経過時の冷却速度を制御する（以下ァ処理という）ことによって、磁束密度が極めて高く鉄損値が低い無方向性電磁鋼板を製造する方法を提案した。

本発明においてもこの y処理と同等の冷却条件を適用すれば、 Cを無害化できるので許容範囲を 0.05%までとすることができる。

Nは、（L 010%以下であればよい。従来の無方向性電磁鋼板の製造方法では、 Nは Sと同様にその含有量が多いと、熱延のスラブ加熱時に一時再固溶し、熱間圧延中に A£ N, M n S等の析出物を形成し、仕上げ焼鈍時に再結晶粒の成長を妨げたり、製品が磁化される時に磁壁の移動を妨げるいわゆるピニング効果により、製品の低鉄損化を妨げる要因になる。従って N含有量は低い方が好ましく 0.005%以下とする。しかし、 y処理と同等の冷却条件を適用すれば、 Nは無害化できるので 0.050 %までは許容できる。

Sは、鋼の溶製段階で不可避的に混入する元素である。その含有量が多くなると加工性を劣化するため 0. 010% 以下、好ましくは 0. 005%以下とすべきであるが、 7処理と同等の冷却条件を適用すれば、 Sを無害化できるので 0.020%まで許容できる。

S i は、従来からよく知られているように鋼板の固有抵抗を増加させ渦流損を低減するため添加される。 4.0%を超えて S i を添加すると、加工性が極端に劣化し冷間圧延を困難にし、大量生産に適さなくなる。

Α も S i 同様に、鋼板の固有抵抗を増加させ渦流損を低減するため添加される。この目的のため従来から無方向性電磁鋼板には、最大 2.0%の A が添加されている。さらに添加量を増加することは、原理的には可能であるが、 S i 同様冷間圧延性を考慮して最大 2.0%とする。

，*»

上記 S i . Ai は、（ 3 1 + 2八 ) を 2.5%超とした変態を有しない範囲、及び（ S i + 2 A ^ ) が 2.5%以下である変態を有する範囲の両方を含んでいる _n M nは、その含有量が、 0. 1%より少ないと製品の加工性が劣化する。また、 Sを無害化させるために添加される。しかしながら、 M nの添加量が、 2. 0%を超えると製品の磁束密度が著しく劣化するから M n 2. 0%とすることが好ましい。

Pは、製品の打ち抜き性を良好ならしめるために、 0. ί %までの範囲内で添加される。 Ρ ≤ 0. 2%であれば、製品の磁気特性の観点からは問題がない。

Βは、 Νの無害化のために必要に応じて添加される。添加する場合には Νの量とのパランスが必要であり、その最大含有量を 0. 005%とする。ァ処理と同等の冷却条件の適用、極低窒素鋼の溶製及び適量のの添加により Nは無害化できるので、この場合には添加しなくてもよい。

その他 N i , C r , S b , S n及び C uについては、その 1種または 2種以上を必要に応じて含有させればよく、それらの含有量は目的により適宜選択する。

次に本発明製品について説明する。 ◎

本発明は製品板厚を 0. 2！)〜 1. 20隱とする。従来から大量に生産される無方向性電磁鋼板の製品厚は 0. 20〜1. DO醒である。 0.20醒未満の塲台も例外的に中，高周波領域用として使用されているが、本発明では大量生産可能な 0.20画を板厚の下限とする。

すなわち 0. 20mm未満での製品用途は、 QHz以上での領域であり、この領域における鉄損は渦流損の影響が大きく、集合組織が寄与する履歴損については影響が小さいことも板厚限定の理由に関係がある。また、上限を 1. 20誦にしたのは、これ以上厚くしても、ランダムキューブ集合組織の有用性は変わらないが、現状の実際加工範囲を超える。一方鉄損が増大するので現在の高効率、省エネルギーの傾向に反することになる。製品厚みの好ましい範囲は実用的にも多く使用されている 0. 35〜0. 80誦である。

本発明は製品の U I面強度を特定している。完全なランダム方位の集合組織の場合は、は飽和磁束密度の約 83 %となるが、本発明ではそれ以上の B を得ようとするものである。すなわち、 { 1 001の対ランダム強度を完全なランダム方位（= 1 ) の場合よりも高めて行くと、にとつて不利な方位も同時に出現するが、これらを含めて上記飽和磁束密度の 83 %以上となる B ,を得るためには、圧延面に平行な { 1 001面強度をランダム方位強度の 2倍以上にすればよい。

ランダムキュープを二次或いは三次再結晶で得る方法や、溶鋼を直接急速に凝固させ柱状晶を形成してランダムキューブを直接得る方法自体は既に知られている。前者の場合には、広義のエネルギー（減圧中の長時間高温の焼鈍等が必要）を莫大に消費し現実的でない。後者の場合にはそれなりに省エネルギーとしての意義はあるが、製品の形状が安定していないし、また 0. 2 0讓を超える製品厚みを得るには非常に難かしい。

本発明はこのような方法によらず、一次再結晶によりランダムキューブを形成する。このための具体的な製造方法を以下に説明する。

本発明は、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて得られる鋅造鋼帯を適正な圧下率の下で冷間圧延する。この鋼帯を比较的高い冷間圧延率で圧延する場合は、磁束密度は高くなるが、凝固過程で形成された柱状晶は、この高い圧延率でかなり破壊される。その結果製品板の再結晶集合組織は、鋼板法線に平行な〈111〉軸密度と鋼板法線に平行な〈 100〉釉密度が同程度となり、無方向性電磁鋼板にとつて理想的な集合組織とはならない。

本発明者等は、鋭意研究を続けたところ、冷延圧下率を 40%未満（好ましくは 30%未満）にした場合には、鍀造時に形成された柱状晶を核として、仕上げ焼鈍後の再結晶集合組織が、ほぼ完全な {i i < 0vw> (ランダムキューブ）となることを見い出した。

この理由は、今だ明確ではないが、柱伏晶の集合組織である U00I < 0^〉は相対的に加工歪が蓄積し難いため軽度の冷延圧下率では、圧延集台組織もランダムキューブのまま温存され、仕上げ焼鈍時の再結晶段階で、それが再結晶及び粒成長し、ランダムキューブが尖鋭化するためと考んりれる ο

また、冷延圧下率が 5 %未満であると、錚造時の表面性状がそのまま残存し製品に適さない。従って 5 %以上とす

Ό o

しかし、変態鋼と非変態鋼の場台では、移動更新する冷却体表面で凝固して得られた錚造鐧帯は、鐧帯表面位置と中心位置では異なる集合組織を有しているので、以上の解釈が必ずしも確定的とはいえない面も有り得る。

さらに、製品厚みで铸造することが考えられるが、この場合は 5 %未満の冷延圧下率の場合と同様に、表面性状が製品に適さないばかりでなく図 1 に示すように、磁気特性自体もあまり良好でない。

図 1 に、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて铸造鋼帯とし、次いで、該当铸造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延率と磁束密度 [ B ( T ) 〕の関係を示した。製品厚みは必ずしも 0. 50鲫とは限らないが、冷延圧下率を 5〜4 0 %にすることにより、極めて優れた磁束密度を示している。

実施例 1

表 1の成分の溶綱（残部 F e及び不可避的不純物からなる）を、移動更新する冷却体表面にて凝固せしめて直接

0. 56 ,及び 0, 62画の鋼帯を得た。その後酸洗を施し、 0. 50 翻の厚みに冷間圧延をした。冷間圧延した鋼板を脱脂し、連続焼鈍炉にて 1 050°Cで 30秒、 N 2 % ： 70 %、 H ₂ % ： 30 % ドライ棼囲気で焼鈍した。

その後、磁気特性（22. 5度毎の平均）をェプシユタイン法にて測定した。これらの値を、比較法である冷間圧延率 40 %以上の場合（鋼の厚さを 2. 0翻、及び 1. 5nmi ) と比較した。

化学成分 (重量％) 厚み（mm) 冷間

全周特性区分圧延率

C S i Mn P S N 铸片製品 (%)

本発明 0.0069 2, 9 0.22 0, 019 0.0018 0.26 0.0036 0.56 0.50 11 2.57 し本発明 0.0069 2.9 0.22 0, 019 0.0018 0, 26 0, 0036 0.62 0.50 19 2.39 1J36 比铰材 0.0050 3.0 0.2 \ 0.018 0, 0008 0.29 0.0030 2.0 0, 50 15 3.50 1.648 比絞材 0, 0050 3.0 0, 21 0.018 0.0008 0, 29 0.0030 1.5 0.50 6? 3.40 1. 6

(注）鉄損 w ： W/kg. 磁束密度 B,₀： T

磁気特性は全周特性（圧延方向、 22. 向、 45度方向、 67.5 向、 90¾^Γ向、 112.5 向、 135 度方向、 15U度方向の 8方向平均、各角度は冷間圧延方向からの角度）である。

このように移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて铸造鐧帯とし、次いで該铸造鋼帯を冷間圧延し所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延に際し圧延率を 5 %以上 4 0 %未満とすると、冷間圧延率が高い場合と比べて、全周方向で磁気特性が極めて優れた無方向性珪素鋼板が得られる。

図 2に本発明の実施例で得られた仕上げ焼鈍後製品板の集合組織を示す。このように非常に素晴らしい、いわゆるランダムキューブが得られている。これは無方向性電磁鋼板にとって理想的ともいえる。

実施例 2

表 2の成分の溶鋼（残部 F e及び不可避的不純物からなる）を移動更新する冷却体表面にて凝固せしめて直接 0. 56 誦， 0. 62咖及び 0. 70咖の鋼帯を得た。その後、酸洗を施し、). 5 0誦の厚みに冷間圧延をした。冷間圧延された鋼板を脱脂し、連続焼鈍炉にて、 8 5 0 °Cで 3 0秒、 H 2 ： 5 % , N ₂ ： 9 5 % ドライ雰囲気で焼鈍した。

その後、磁気特性（22. 5度毎の平均）をェプシユタイン法にて測定した。これらの値を比較法である冷間圧延率 4 0 %以上の場合（铸造鋼の厚さを 2. 0画及び 1. 5誦）と比較した。表 2

化 , 学成分 (重量％) 厚み（顏）冷間全周特性区分圧酵

C S i M ri P S N 铸片製品 {%) Wl 5/- Q D -50 本発明 0. 0040 0. 30 0. 19 0. 068 0. 0040 0. 0018 0, 0017 0, 56 0. 50 11 4, T6 1. 845 本発明 0. 0029 1. 14 0. 27 0' 020 0. 0039 0. 0014 0. 0026 0. 62 0. 50 19 4. 20 1. 835 本発明 0, 0045 0. 30 0, 31 0' 101 0. 0030 0. 394 0. 0014 0. 70 0. 50 29 ί 50 1. 821 比较材 0. 0040 0, 30 0. 19 0, 068 0. 0040 0. 0018 0. 0017 2. 0 0. 50 75 6, 43 1. 753 比较材 0. 0029 1. 14 0. 2? 0, 020 0. 0039 0, 0014 0. 0026 1. 5 0. 50 67 4. 29 1. 124

(注）鉄損 w ： W/kg、贿密度 B 5₀： T

磁気特性は全周特性（圧延方向、 22, 5 向、 45 向、 67. 51 ^向、 90度方向、 112. 5 向、 135度方向、 15U度方向の 8方向平均、各角度は冷間圧延方向からの角度）である。

このように実施例 1 と同様に、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて得られた铸造鋼帯を、圧延率 5 %以上 40 %未満で冷間圧延することにより、冷間圧延率が高い場合と比べて全周方向で磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板が得られる。

図 3に本発明実施例で得られた仕上げ焼鈍後製品板の集合組織を示す。このように理想的とも言えるランダムキュープが得られている。

産業上の利用可能性

本発明によって得られた鐧帯を冷間圧延することにより磁気特性が極めて優れた製品となる。

Claims

請求の範囲

1. 板厚 D. 20謹〜 1. 2Gmmの無方向性電磁鋼板において、一次再結晶後の組織が〖 01 〈 « 集合組織を有し、かつ圧延面に平行な U001面強度がランダム方位強度の 2 倍以上であることを特徵とする磁気特性が極めて優れた無方向性電磁綱板。

2. 重量％で、 S i ≤ 4. 0%、 A ί ≤ 2. 0 . その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含み、残部 F e及び不純物から成ることを特徵とする請求の範囲第 1項記載の無方向性電磁鋼板。

3. 重量％で、 S i ≤ 4. 0%、 A A ≤ 2. 0%、その他無方向性電磁鋼板に通常含有する元素を含み、残部： F e及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移動更新する冷却体表面によって凝固せしめて铸造鋼帯とする工程、次いで、該鍀造鐧帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍する工程からなる無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延の圧延率を 5 %以上 40%未満とすることを特徵とする磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。

4. 铸造鋼帯が（ S i + 2 ) > 2. 5%であることを特徵とする請求の範囲第 3項記載の製造方法。

5. 铸造鋼帯が（S i + 2 A i ) 2. 5%であることを特徵とする請求の範囲第 3項記載の製造方法。