JP6682853B2 - 無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

昨今地球環境問題が注目されており、省エネルギーへの取り組みに対する要求は、一段と高まってきている。

自動車においては、その燃費向上が強く求められており、モータを駆動力として使用する電気自動車や、モータとガソリン（ディーゼル）エンジンを駆動力として併用するハイブリッド自動車の実用化が進められている。これらのモータコアは、固定子であるステータ、及び、回転子であるロータから構成される。このモータに関しては、自動車の走行速度を上げたとき、すなわち高速回転を行ったときにステータ及びロータ共に発熱量が大きくなってしまうが、その発熱量の少ない素材が求められている。また、自動車の発進時には高いモータトルクが必要であるため、特にステータ用素材には、高い磁束密度が必要である。更に、ロータ用素材には、高速回転した際にコアの変型や破壊が生じぬよう、ある一定の材質強度が求められる。

上記の必要特性を得るために、ステータとロータの素材を別々に用意することは可能であるが、コア素材コストを下げるためには、一つの素材でステータ及びロータを賄う必要がある。更に、素材の低コスト化の観点からは、２回以上の冷間圧延を実施せずに、１回の冷間圧延のみで必要な特性を得ることが必須となってきた。

以下の特許文献１では、Ｓｉ、Ａｌを高合金とした上で、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂの複合添加により、周波数８００Ｈｚ、磁束密度１．０Ｔにおける鉄損Ｗ１０／８００の値がＷ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）≦１００×板厚（ｍｍ）＋１５となる、良好な無方向性電磁鋼板が開示されている。

また、以下の特許文献２では、ＰとＳの複合添加により、Ｗ１０／８００≦５０Ｗ／ｋｇの高周波鉄損値が得られ、基準材に対して高い磁束密度を有する無方向性電磁鋼板が開示されている。

特開２０１３−４４０１０号公報 特開２０１３−４４０１２号公報

しかしながら、近年では、更に鉄損の良好な無方向性電磁鋼板が希求されており、上記特許文献１に開示されている無方向性電磁鋼板では、希求されている鉄損を実現することは困難となってきた。

また、上記特許文献２に開示されている技術に則してＰとＳの一定量を複合させると、製造時、特に冷間圧延時に鋼板に割れが生じてしまい、通板できないことが判明してきた。また、最終板厚が薄い場合には一回のパスにおける冷間圧延率が高くなるため、こうした鋼板が割れる傾向は、最終板厚の薄い場合ほど、より大きくなることも明らかとなってきた。

更に、製品の強度に関しては、板厚が薄くなると、良好な鉄損を得るための結晶粒径は大きい側へシフトするため、強度が確保できないという問題が生じてきた。
このように、自動車を中心とした良好なモータコア用無方向性電磁鋼板に求められる昨今のニーズは、低い高周波鉄損、高い磁束密度、及び、高い強度を並立する製品を、鋼板の割れを抑制しつつ、低コストで製造することにある。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、及び、より高い強度を有し、かつ、低コストで量産することが可能な、無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明の要旨は、以下の通りである。
（１）質量％で、Ｓｉ：２．７〜３．６％、Ａｌ：０．５〜１．４％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃ：０．００１０〜０．００４０％、Ｎ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００１８％、Ｔｉ：０．０００１〜０．００３０％、及び、以下の式（１）を満足するＰを含有し、Ｓｉ＋Ａｌ：３．５〜４．１％の関係を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる成分を有し、板厚ｔ（ｍｍ）が、０．１５以上０．２８以下であり、鉄損Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁束密度Ｂ５０（Ｔ）、降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）及び鋼板結晶粒径Ｄ（μｍ）が、下記の式（２）〜式（５）を満足する、無方向性電磁鋼板。
（２）残部Ｆｅの一部にかえて、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、０．００５〜０．１００質量％含有する、（１）に記載の無方向性電磁鋼板。
（３）残部Ｆｅの一部にかえて、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方を、０．０２〜０．２０質量％含有する、（１）又は（２）に記載の無方向性電磁鋼板。
（４）前記無方向性電磁鋼板は、モータコア用の無方向性電磁鋼板である、（１）〜（３）の何れか１つに記載の無方向性電磁鋼板。
（５）(１)〜（４）の何れか１つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、所定の鋼材を熱間圧延後、焼鈍を施し、冷間圧延により最終板厚とし、その後、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延前に実施する焼鈍における焼鈍後の鋼板の冷却速度を２０℃／ｓ〜１５０℃／ｓとし、その後４８時間以内に、圧延率８５．０〜９３．５％にて冷間圧延を実行し、仕上焼鈍における昇温速度を２０〜４００℃／ｓの範囲とし、前記鋼板は、質量％で、Ｓｉ：２．７〜３．６％、Ａｌ：０．５〜１．４％、Ｍｎ：０．１〜１．５％、Ｃ：０．００１０〜０．００４０％、Ｎ：０．０００１〜０．００３０％、Ｓ：０．０００１〜０．００１８％、Ｔｉ：０．０００１〜０．００３０％、及び、以下の式（１）を満足するＰを含有し、Ｓｉ＋Ａｌ：３．５〜４．１％の関係を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる成分を有し、最終板厚ｔ（ｍｍ）を、０．１５以上０．２８以下とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
（６）前記焼鈍後の鋼板の冷却速度は、１００℃までの冷却速度であり、前記仕上焼鈍に際しての昇温速度は、８５０℃までの昇温速度である、（５）に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（７）前記鋼板は、更に、残部Ｆｅの一部にかえて、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、０．００５〜０．１００質量％含有する、（５）又は（６）に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（８）前記鋼板は、更に、残部Ｆｅの一部にかえて、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方を、０．０２〜０．２０質量％含有する、（５）〜（７）の何れか１つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（９）製造される前記無方向性電磁鋼板は、鉄損Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁束密度Ｂ５０（Ｔ）、降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）及び鋼板結晶粒径Ｄ（μｍ）が、下記の式（２）〜式（５）を満足する、（５）〜（８）の何れか１つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（１０）製造される前記無方向性電磁鋼板は、モータコアに用いられる、（５）〜（９）の何れか１つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

以上説明したように本発明によれば、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、及び、より高い強度を有し、かつ、低コストで量産することが可能な、無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法を提供することが可能となる。

以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

以下に示す本発明の実施形態では、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、より高い強度を有し、低コストで量産することが可能な無方向性電磁鋼板及びその製造方法について、詳細に説明する。より詳細には、本発明の実施形態に係る無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法は、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、及び、より高い強度を有する薄手の無方向性電磁鋼板を、低コスト化を目的として一回の冷間圧延で製造しようとする際に生じる、各種の課題を解決したものである。かかる際においては、冷延時に鋼板が割れること、鋼板の強度低下が起こること、更に鋼板の磁束密度Ｂ５０が低下してしまうという複数の課題が生じていた。

上記のような、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、及び、より高い強度を有し、低コストで量産可能な無方向性電磁鋼板を製造する際の課題に対して、本発明者らは、以下のような策を講じた。

すなわち、より低い高周波鉄損を実現するためには、鋼板を高合金化し、かつ、板厚を薄くする必要ある。このとき、より高い磁束密度を維持するために、合金添加量を制御するとともに、Ｐを添加した。更に、１回冷延における板厚薄手化においては、冷間圧延率が高くなるため、添加するＰの量を増加させる必要があることが判明した。また、板厚を薄くすると、鉄損が最適となる結晶粒径が大きい側にシフトし、その結果、所望の機械強度に到達しなくなってしまう。しかしながら、Ｐを添加すると機械強度値が増加し、薄手材ほど多くＰを添加すれば、所望の機械強度値に到達することを知見した。以上のような知見に基づき、上記のような課題を解決することが可能となった。

以下に、本実施形態における各構成要件について、詳細に説明する。

（無方向性電磁鋼板について）
＜無方向性電磁鋼板の化学成分について＞
以下では、まず、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板が有する化学成分について、詳細に説明する。なお、以下では、特に断りの無い限り、「％」は「質量％」を表すものとする。

［Ｓｉ：２．７〜３．６％］
鋼板は、Ｓｉを含有することで、固有抵抗が増加し、かつ、鉄損が減少する。Ｓｉの含有量が２．７％未満であると、固有抵抗増加及び鉄損減少効果は不十分となる。一方、Ｓｉの含有量が３．６％を超えると、靱性が劣化して冷間圧延が困難となる。従って、Ｓｉの含有量は、２．７％以上３．６％以下とする。Ｓｉの含有量は、好ましくは、２．８％以上３．３％以下である。

［Ａｌ：０．５〜１．４％］
鋼板は、Ａｌを含有することで、Ｓｉと同様に固有抵抗が増加し、かつ、鉄損（特に高周波鉄損）が減少する。Ａｌの含有量が０．５％未満であると、固有抵抗増加及び鉄損減少効果が不十分となる。一方、Ａｌの含有量が１．４％を超えると、理由は不明であるが、ヒステレシス損が増加して商用周波数鉄損が増加してしまう。従って、Ａｌ含有量は、０．５％以上１．４％以下とする。Ａｌの含有量は、好ましくは、０．６％以上１．２％以下である。

［Ｓｉ＋Ａｌ：３．５〜４．１％］
ＳｉとＡｌの合計含有量が３．５％未満であると、鉄損減少効果が得られないため、ＳｉとＡｌの合計含有量の下限値を３．５％とした。一方、合計含有量が多過ぎると、靱性が劣化して冷間圧延時に割れが生じ、無方向性電磁鋼板を製造できなくなってしまう。特に、板厚の薄い鋼板を１回冷延にて製造する場合には、１パス当たりの圧延率が大きくなり、ＳｉとＡｌの合計含有量をより抑制することが重要となる。このため、ＳｉとＡｌの合計含有量の上限値を４．１％とした。ＳｉとＡｌの合計含有量は、好ましくは、３．７％以上４．０％以下である。

［Ｍｎ：０．１〜１．５％］
鋼板は、Ｍｎを含有することで、鉄損が減少する。Ｍｎの含有量が０．１％未満であると、微細な析出物が形成されて鉄損が増加してしまう。一方、Ｍｎの含有量が１．５％を超えると、炭化物が多く形成されて鉄損が増加してしまう。従って、Ｍｎ含有量は、０．１％以上１．５％以下とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは、０．２％以上１．２％以下である。

［Ｃ：０．００１０〜０．００４０％］
鋼板中のＣの含有量が０．００１０％未満であると、磁束密度が低下し、鋼板中のＣの含有量が０．００４０％を超えると、鉄損が劣化してしまう。従って、Ｃの含有量は、０．００１０％以上０．００４０％以下とする。Ｃの含有量は、好ましくは、０．００１０％以上０．００３０％以下である。

［Ｎ：０．０００１〜０．００３０％］
Ｎは、磁気時効を引き起こし、鉄損を増加させてしまう元素である。このため、Ｎの含有量は、０．００３０％以下とする必要がある。一方、Ｎの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｎの含有量は、０．０００１％以上０．００３０％以下とする。Ｎの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上０．００２０％以下である。

［Ｓ：０．０００１〜０．００１８％］
Ｓは、微細析出物を形成し、鉄損を増加させてしまう元素である。このため、Ｓの含有量は、０．００１８％以下とする必要がある。一方、Ｓの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｓの含有量は、０．０００１％以上０．００１８％以下とする。Ｓの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上０．００１５％以下である。

［Ｔｉ：０．０００１〜０．００３０％］
Ｔｉは、微細析出物を形成し、鉄損を増加させてしまう元素である。このため、Ｔｉの含有量は、０．００３０％以下とする必要がある。一方、Ｔｉの含有量を０．０００１％よりも低減させようとすると、いたずらにコストアップを招くのみである。従って、Ｔｉの含有量は、０．０００１％以上０．００３０％以下とする。Ｔｉの含有量は、好ましくは、０．０００１％以上０．００２０％以下である。

［Ｐ：（−０．２×ｔ＋０．０８）〜（０．２×ｔ＋０．０８）％］
Ｐは、集合組織を改善する効果がある元素であるため、鋼板中に含有させることにより磁束密度Ｂ５０（５０００Ａ／ｍにおける磁束密度）を向上させることができる。特に、無方向性電磁鋼板の板厚を薄くすると冷間圧延率が高くなり、Ｂ５０が低下してしまうが、その場合には、Ｐを多く含有させる必要がある。また、板厚が薄い場合には、低鉄損を得るための最適結晶粒径は大きくなるため、所望の機械強度が得られなくなってしまうが、薄手材ほどＰを多く含有させることで、所望の強度が得られることを知見した。以上の理由から、本実施形態では、鋼板中のＰの含有量を、無方向性電磁鋼板の板厚（最終板厚）に応じて規定される範囲内の値とする。

以下に示す実施例１で具体的に説明するが、板厚を変えながら磁束密度Ｂ５０の向上効果を具体的に検証したところ、無方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とした場合に、Ｐの含有量を（−０．２×ｔ＋０．０８）％以上とすることで、磁束密度Ｂ５０の向上効果を確実に実現できることが明らかとなった。一方、Ｐの含有量を増加させると靱性が低下し、冷間圧延中に割れが生じてしまう。また、板厚を薄くするほど冷間圧延の負荷は増加することから、薄手にするほどＰの含有量の上限値は減らさなければならない。そのため、Ｐを多く含有させることによる機械強度の向上と、Ｐを多く含有させることによる靭性の低下という、トレードオフの関係にある２つの現象の間のバランスを満足する上限値について、板厚を変えながら実際に検証したところ、０．２×ｔ＋０．０８であることが明らかとなった。従って、Ｐの含有量は、以下の式（１）で表わされるように、（−０．２×ｔ＋０．０８）％以上（０．２×ｔ＋０．０８）％以下とする。Ｐの含有量は、好ましくは、（−０．２×ｔ＋０．０９）％以上（０．２×ｔ＋０．０７）％以下である。

本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の化学成分において、上記のような元素の残部は、Ｆｅと不純物である。なお、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の化学成分では、残部のＦｅの一部に替えて、以下のような任意添加元素が含有されていてもよい。

［Ｓｎ，Ｓｂ：０．００５〜０．１００％］
Ｓｎ及びＳｂは、表面に偏析し焼鈍中の酸化を抑制することで、低い鉄損を確保する働きがある元素である。かかる効果を得るためには、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、０．００５％以上含有させることが好ましい。また、Ｓｎ及びＳｂの合計含有量が０．１０％を超えると、かかる効果が飽和する。従って、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方の含有量（合計含有量）は、０．００５％以上０．１０％以下とすることが好ましい。Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方の含有量は、更に好ましくは、０．０１０％以上０．０８０％以下である。

［Ｎｉ，Ｃｕ：０．０２〜０．２０％］
Ｎｉ及びＣｕは、集合組織を変化させ、磁束密度を向上させる効果がある元素である。かかる効果を得るためには、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方を、０．０２％以上含有させることが好ましい。また、Ｎｉ及びＣｕの合計含有量が０．２０％を超えると、かかる効果が飽和する。従って、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方の含有量（合計含有量）は、０．０２％以上０．２０％以下とすることが好ましい。Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方の含有量は、更に好ましくは、０．０３％以上０．１２％以下である。

上記の元素の他に、Ｃｒ、Ｍｏが０．０００１〜０．０５００％の範囲で含まれ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｖ、Ａｓ、Ｂなどの元素が０．０００１〜０．００５０％の範囲で含まれていても、本発明を損なうものではない。

以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の化学成分について、詳細に説明した。
なお、無方向性電磁鋼板の化学成分を、事後的に測定する場合には、公知の各種測定法を利用することが可能であり、例えば、ＩＣＰ−ＭＳ（誘導結合プラズマ質量分析）法等を適宜利用すればよい。

＜無方向性電磁鋼板の板厚について＞
製品板厚ｔ（ｍｍ）については、高周波鉄損を低減するために０．２８ｍｍ以下とする必要がある。一方、製品板厚が０．１５ｍｍ未満では、板厚が薄いために焼鈍ラインの通板が困難となってしまう。従って、無方向性電磁鋼板の板厚は、０．１５ｍｍ以上０．２８ｍｍ以下とする。無方向性電磁鋼板の板厚は、好ましくは、０．２０ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である。

以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板について、詳細に説明した。

（無方向性電磁鋼板の製造方法について）
本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法では、まず、上記の組成のスラブを加熱（スラブ加熱）し、加熱されたスラブについて熱間圧延を行って、鋼帯（熱延板鋼帯）を得る。ここで、スラブ中のＰの含有量は、製造する無方向性電磁鋼板の最終板厚ｔ（ｍｍ）を考慮して、予め上記式（１）の範囲内となるように調整しておく。

熱間圧延に供する際のスラブ加熱温度は、特に規定するものではないが、例えば、１０００℃以上１２５０℃以下とすることが好ましい。熱間圧延後の板厚についても、特に規定するものではないが、例えば、１．６〜２．４ｍｍ程度が好ましい。

上記の熱間圧延工程の後、更に鋼帯の焼鈍を行い、その後、一回の冷間圧延により、鋼帯を所定の最終板厚にする。続いて、得られた鋼帯の仕上焼鈍を行う。

上記工程のうち、熱延板焼鈍における板温及び焼鈍時間は、特に規定するものではないが、例えば、板温は８５０〜１１００℃程度とすることが好ましく、焼鈍時間は１０〜１８０秒程度とすることが好ましい。この理由は、焼鈍により熱延板の組織を再結晶及び粒成長させることで、良好な磁束密度Ｂ５０を得るためである。板温が高過ぎる場合、又は、焼鈍時間が長過ぎる場合には、磁束密度Ｂ５０の改善効果が飽和するため、好ましくない。

上記の熱延板焼鈍における９００℃から１００℃までの冷却速度は、２０〜１５０℃／ｓとする必要がある。この理由は、冷却速度を２０℃／ｓ以上とすることで、冷却後に固溶Ｃが鋼中に存在し、磁束密度Ｂ５０を向上させるためである。一方、冷却速度が１５０℃／ｓを超えると、急冷により鋼板の変型が大きくなり、冷間圧延し難くなってしまう。従って、熱延板焼鈍における９００℃から１００℃までの冷却速度は、２０℃／ｓ以上１５０℃／ｓ以下とする。熱延板焼鈍における９００℃から１００℃までの冷却速度は、好ましくは、３０℃／ｓ以上１００℃／ｓ以下である。

熱延板焼鈍終了後から冷間圧延開始までの時間については、４８時間以内とする必要がある。この理由は、熱延板焼鈍にて固溶Ｃを鋼中にある一定量存在させたまま冷間圧延を実施すると、磁束密度Ｂ５０が向上するためである。なお、熱延板焼鈍終了後から冷間圧延開始までの時間の下限値は、特に規定するものではなく、熱延板焼鈍終了後、直ちに冷間圧延を実施してもよい。熱延板焼鈍終了後から冷間圧延開始までの時間は、好ましくは、３６時間以内である。

冷間圧延における圧延率は、８５．０％以上９３．５％以下の範囲とする必要がある。この理由は、圧延率が８５．０％未満であると、Ｐ添加の効果が得られ難くなり、圧延率が９３．５％を超えると、磁束密度Ｂ５０が著しく劣化するためである。冷間圧延における圧延率は、好ましくは、８６．０％以上９２．５％以下である。

上記の冷間圧延後に、仕上焼鈍を実施する。かかる仕上焼鈍後の鋼板の結晶粒径Ｄ（μｍ）は、板厚をｔ（ｍｍ）とすると、（−１００×ｔ＋６５）から（−１００×ｔ＋１０５）の範囲とする必要がある。この理由は、板厚に応じて、鉄損Ｗ１０／８００を最小とする結晶粒径Ｄの範囲が変化するからである。なお、上記のような結晶粒径Ｄの範囲は、板厚を変えながら鉄損Ｗ／８００の変化を具体的に検証することで得られたものである。上記の結晶粒径Ｄの範囲は、好ましくは、（−１００×ｔ＋８０）μｍ以上（−１００×ｔ＋１００）μｍ以下である。

仕上焼鈍における鋼板の温度及び焼鈍時間の範囲は、結晶粒径Ｄが上記範囲内であれば特に規定するものではないが、板温を８５０〜１１００℃とし、焼鈍時間を１０〜２４０秒とすることが一般的である。板温が高過ぎると、焼鈍炉の温度を更に高くする必要があるため、設備にとって好ましくなく、板温が低過ぎると、焼鈍時間が長くなって生産性を阻害するからであり、かかる板温に応じて焼鈍時間は決定される。

ここで、仕上焼鈍加熱域における４５０℃から８５０℃までの鋼板昇温速度は、２０℃／ｓ以上４００℃／ｓ以下とする必要がある。この理由は、鋼板加熱速度を２０℃／ｓ以上とすることで、磁束密度Ｂ５０が良好となり、鋼板加熱速度を４００℃／ｓを超えて上げても、磁束密度の向上効果が飽和するためである。仕上焼鈍加熱域における４５０℃から８５０℃までの鋼板昇温速度は、好ましくは、３０℃／ｓ以上４００℃／ｓ以下である。

上記焼鈍板に対して絶縁コーティングを施すことで、無方向性電磁鋼板製品となる。

以上、本実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について、詳細に説明した。

（無方向性電磁鋼板の諸特性について）
以上説明したような製造方法により、最終板厚を変えながら無方向性電磁鋼板を製造すると、製造された無方向性電磁鋼板は、以下のような諸特性を示すことが明らかとなった。

例えば、製造された無方向性電磁鋼板の板厚をｔ（ｍｍ）とすると、鉄損Ｗ１０／８００は、以下の式（２）を満足し、かつ、磁束密度Ｂ５０は、以下の式（３）を満足することが明らかとなった。これらの鉄損Ｗ１０／８００及び磁束密度Ｂ５０の値は、非常に良好なものである。

また、機械強度を示す降伏応力ＹＳについては、以下の式（４）を満たすものとなり、無方向性電磁鋼板の機械強度は、良好となる。通常は、製品板厚が薄くなると鉄損が最適となる結晶粒径Ｄは大きくなるため、降伏応力ＹＳは低くなってしまう。しかしながら、本実施形態では、板厚が薄い場合には、磁束密度Ｂ５０を確保するためにＰを多く含有させるため、所望の機械強度値を達成できることが特徴である。なお、引張試験時に降伏点が明確に確認できない場合は、０．２％耐力で代用しても差し支えない。

更に、製造された無方向性電磁鋼板の結晶粒径Ｄは、先だって説明したように、以下の式（５）を満足するようになる。

なお、製造された無方向性電磁鋼板の鉄損Ｗ１０／８００及び磁束密度Ｂ５０は、ＪＩＳ Ｃ２５５０に規定されたエプスタイン法や、ＪＩＳ Ｃ２５５６に規定された単板磁気特性測定法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｈｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ：ＳＳＴ）に則して、測定することが可能である。また、製造された無方向性電磁鋼板の降伏応力ＹＳは、ＪＩＳ Ｚ２２０１に規定されたＪＩＳ試験片を準備し、公知の引張試験機を用いることで測定可能である。更に、製造された無方向性電磁鋼板の結晶粒径Ｄについても、公知の各種測定法により測定することが可能であるが、例えば、得られた無方向性電磁鋼板を１００倍程度の倍率により３視野程度を顕微鏡観察し、得られた結晶粒径の測定結果を視野数で平均することで特定することが可能である。

以上説明したように、本実施形態は、より低い高周波鉄損、より高い磁束密度、及び、より高い強度を共に実現しうる、低コストで量産可能な無方向性電磁鋼板、及び、無方向性電磁鋼板の製造方法を提供するものである。本実施形態に係る無方向性電磁鋼板及び無方向性電磁鋼板の製造方法は、電気自動車又はハイブリッド自動車の高効率化、低コスト化はもとより、エアコンプレッサ、冷蔵庫等のモータの発展に大きく寄与するものであり、社会的な効果は甚大である。

次に、本発明者らが行った実験について説明する。以下に示すこれらの実験における条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した例であり、本発明は、これらの例に限定されるものではない。

（実施例１）
真空溶解炉を用い、質量％で、Ｃ：０．００２３％、Ｍｎ：０．２３％、Ｓ：０．００１４％、Ｔｉ：０．００１１％、Ｎ：０．００１８％に加えて、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｐを種々変更して、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼塊を準備した。

続いて、かかる鋼塊を１１５０℃で１時間加熱し、炉から出したのちに、合計６パスの熱間圧延を施し、板厚２．０ｍｍｔの熱延板とした。上記熱延板について、１０００℃×６０秒にて熱延板焼鈍を行った。このとき、９００〜１００℃までの冷却速度は、３５℃／ｓであった。熱延板焼鈍後１０時間以内に、かかる鋼板に対して１回の冷間圧延を施し、９００℃〜１０５０℃×２０秒の仕上焼鈍を行なった。この仕上焼鈍における４５０〜８５０℃までの鋼板の昇温速度は、３５℃／ｓであった。更に、コーティング塗布・焼き付けを実施し、絶縁被膜を形成した。

得られた無方向性電磁鋼板の成分組成、板厚、圧延率、結晶粒径は、以下の表１に記載の通りである。なお、得られた無方向性電磁鋼板の結晶粒径は、上記の方法により光学顕微鏡で観察することで測定した。

鋼板の評価としては、途中工程の冷間圧延における割れの有無を評価するとともに、絶縁被膜形成後に磁気測定及び機械試験を行うことで評価した。

冷間圧延における割れについては、鋼板端面に５ｍｍ以上の割れが入ったか否かで評価した。磁気測定については、得られた鋼板を５５ｍｍ角に剪断し、圧延及び圧延直角方向の鉄損及び磁束密度をＳＳＴ法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｈｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ法）にて測定し、その平均値を算出した。このようにして各組成においてそれぞれ６枚の平均を取り、その組成における鉄損及び磁束密度の値とした。

鉄損は、Ｗ１０／８００（１．０Ｔの磁束密度、８００Ｈｚにおける鉄損）、磁束密度は、Ｂ５０（５０００Ａ／ｍの磁場における磁束密度）を測定した。機械試験は、ＪＩＳ５号引張試験片を作成して引張試験を行い評価し、降伏応力ＹＳは、降伏点が出ない場合には０．２％耐力で評価した。得られた結果を、以下の表２に示す。

なお、以下の表２において、板厚ｔ＝０．１５ｍｍでは、鉄損Ｗ１０／８００は、Ｗ１０／８００≦２５Ｗ／ｋｇで良好と判断でき、磁束密度Ｂ５０は、Ｂ５０≧１．６４８Ｔで良好と判断でき、降伏応力ＹＳは、ＹＳ≧４００ＭＰａで良好と判断できる。

また、以下の表２において、板厚ｔ＝０．２０ｍｍでは、鉄損Ｗ１０／８００は、Ｗ１０／８００≦３０Ｗ／ｋｇで良好と判断でき、磁束密度Ｂ５０は、Ｂ５０≧１．６５４Ｔで良好と判断でき、降伏応力ＹＳは、ＹＳ≧４００ＭＰａで良好と判断できる。

更に、以下の表２において、板厚ｔ＝０．２３ｍｍでは、鉄損Ｗ１０／８００は、Ｗ１０／８００≦３３Ｗ／ｋｇで良好と判断でき、磁束密度Ｂ５０は、Ｂ５０≧１．６５８Ｔで良好と判断でき、降伏応力ＹＳは、ＹＳ≧４００ＭＰａで良好と判断できる。

また、以下の表２において、板厚ｔ＝０．２５ｍｍでは、鉄損Ｗ１０／８００は、Ｗ１０／８００≦３５Ｗ／ｋｇで良好と判断でき、磁束密度Ｂ５０は、Ｂ５０≧１．６６０Ｔで良好と判断でき、降伏応力ＹＳは、ＹＳ≧４００ＭＰａで良好と判断できる。

上記表２のうち、試料１０、１８、２３、２８、２９は、冷間圧延中に割れが入っており、試料製造及び測定は可能であったが、大量生産には不適な結果であることが分かった。また、試料１〜３５のうち、３．５≦Ｓｉ＋Ａｌ≦４．１、−０．２×ｔ（ｍｍ）＋０．０８≦Ｐ（％）≦０．１２、−１００×ｔ（ｍｍ）＋６５≦Ｄ（μｍ）≦−１００×ｔ（ｍｍ）＋１０５の範囲である試料２〜９、１２、１３、１６、１７、２１、２４〜２７、３１、３３は、Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）≦１００×ｔ（ｍｍ）＋１０、Ｂ５０（Ｔ）≧０．１１×（ｔ）^０．５（ｍｍ）＋１．６０５、ＹＳ（ＭＰａ）≧４００を満たし、良好であった。

（実施例２）
真空溶解炉を用い、質量％で、Ｃ：０．００１５％、Ｍｎ：０．２８％、Ｓ：０．００１１％、Ｔｉ：０．００１６％、Ｓｉ：３．１％、Ａｌ：０．５％、Ｐ：０．０７％、Ｎ：０．００１５％、Ｓｎ：０．０１５％、Ｎｉ：０．０３１％、Ｃｕ：０．０２１％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼塊を準備した。

続いて、かかる鋼塊を１１５０℃で１時間加熱し、炉から出したのちに、合計６パスの熱間圧延を施し、板厚２．０ｍｍｔの熱延板とした。上記熱延板について、１０００℃×６０秒にて熱延板焼鈍を行った。このとき、９００〜１００℃までの冷却速度を種々変更して、熱延板焼鈍を行った。また、熱延板焼鈍後から冷間圧延までの待機時間についても、種々変更して行った。

得られた鋼板に対して、１回の冷間圧延を施し、最終板厚ｔ＝０．２０ｍｍの冷延板とし、その後、１０００℃×２０秒の仕上焼鈍を行なった。この仕上焼鈍における４５０〜８５０℃までの鋼板の昇温速度についても、種々変更して行った。更に、コーティング塗布・焼き付けを実施し、絶縁被膜を形成した。製造条件を変更した熱延板焼鈍の冷却速度、熱延板焼鈍から冷間圧延までの待機時間、仕上げ焼鈍の昇温速度は、以下の表３に示す通りである。

鋼板の評価としては、絶縁被膜形成後に得られた鋼板を５５ｍｍ角に剪断し、圧延及び圧延直角方向の磁束密度を、ＳＳＴ法（Ｓｉｎｇｌｅ Ｓｈｅｅｔ Ｔｅｓｔｅｒ法）にて測定し、その平均値を算出した。このようにして、各組成においてそれぞれ６枚の平均を取り、その組成における磁束密度の値とした。磁束密度は、Ｂ５０（５０００Ａ／ｍの磁場における磁束密度）を測定した。得られた結果を、以下の表３に併せて示した。

上記表３のうち、試料３６、４３、４４は、磁束密度Ｂ５０が１．６５４Ｔよりも低く、良好な磁気特性を得られていなかった。熱延板焼鈍の冷却速度、熱延板焼鈍から冷間圧延までの待機時間、仕上げ焼鈍の昇温速度のそれぞれが本発明の規定する範囲にあった、試料３７〜４２，４５〜５０については、良好な磁気特性が得られており、その中でも、熱延板焼鈍冷却速度は高いほど、熱延板焼鈍から冷却までの待機時間は短いほど、仕上げ焼鈍の昇温速度は高いほど、良好な磁気特性となっていた。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims (10)

1. 質量％で、
   Ｓｉ：２．７〜３．６％
   Ａｌ：０．５〜１．４％
   Ｍｎ：０．１〜１．５％
   Ｃ：０．００１０〜０．００４０％
   Ｎ：０．０００１〜０．００３０％
   Ｓ：０．０００１〜０．００１８％
   Ｔｉ：０．０００１〜０．００３０％、及び、
   以下の式（１）を満足するＰ
   を含有し、Ｓｉ＋Ａｌ：３．５〜４．１％の関係を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる成分を有し、
   板厚ｔ（ｍｍ）が、０．１５以上０．２８以下であり、
   鉄損Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁束密度Ｂ５０（Ｔ）、降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）及び鋼板結晶粒径Ｄ（μｍ）が、下記の式（２）〜式（５）を満足する、無方向性電磁鋼板。
   

   
2. 残部Ｆｅの一部にかえて、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、０．００５〜０．１００質量％含有する、請求項１に記載の無方向性電磁鋼板。
3. 残部Ｆｅの一部にかえて、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方を、０．０２〜０．２０質量％含有する、請求項１又は２に記載の無方向性電磁鋼板。
4. 前記無方向性電磁鋼板は、モータコア用の無方向性電磁鋼板である、請求項１〜３の何れか１項に記載の無方向性電磁鋼板。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
   所定の鋼材を熱間圧延後、焼鈍を施し、冷間圧延により最終板厚とし、その後、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
   冷間圧延前に実施する焼鈍における焼鈍後の鋼板の冷却速度を２０℃／ｓ〜１５０℃／ｓとし、その後４８時間以内に、圧延率８５．０〜９３．５％にて冷間圧延を実行し、
   仕上焼鈍における昇温速度を２０〜４００℃／ｓの範囲とし、
   前記鋼板は、質量％で、
   Ｓｉ：２．７〜３．６％
   Ａｌ：０．５〜１．４％
   Ｍｎ：０．１〜１．５％
   Ｃ：０．００１０〜０．００４０％
   Ｎ：０．０００１〜０．００３０％
   Ｓ：０．０００１〜０．００１８％
   Ｔｉ：０．０００１〜０．００３０％、及び、
   以下の式（１）を満足するＰ
   を含有し、Ｓｉ＋Ａｌ：３．５〜４．１％の関係を満足し、残部がＦｅ及び不純物からなる成分を有し、
   最終板厚ｔ（ｍｍ）を、０．１５以上０．２８以下とする、無方向性電磁鋼板の製造方法。
   

   
6. 前記焼鈍後の鋼板の冷却速度は、１００℃までの冷却速度であり、
   前記仕上焼鈍に際しての昇温速度は、８５０℃までの昇温速度である、請求項５に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
7. 前記鋼板は、更に、残部Ｆｅの一部にかえて、Ｓｎ又はＳｂの少なくとも何れか一方を、０．００５〜０．１００質量％含有する、請求項５又は６に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
8. 前記鋼板は、更に、残部Ｆｅの一部にかえて、Ｎｉ又はＣｕの少なくとも何れか一方を、０．０２〜０．２０質量％含有する、請求項５〜７の何れか１項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
9. 製造される前記無方向性電磁鋼板は、鉄損Ｗ１０／８００（Ｗ／ｋｇ）、磁束密度Ｂ５０（Ｔ）、降伏応力ＹＳ（ＭＰａ）及び鋼板結晶粒径Ｄ（μｍ）が、下記の式（２）〜式（５）を満足する、請求項５〜８の何れか１項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
   

   
10. 製造される前記無方向性電磁鋼板は、モータコアに用いられる、請求項５〜９の何れか１項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。