JP2015190022A - 一次再結晶集合組織の予測方法および方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.065mass%、Si:3.44mass%、Mn:0.08mass%、Al:0.024mass%およびN:0.008mass%を含有する鋼を溶製し、連続鋳造法で鋼スラブとした後、1410℃に再加熱し、熱間圧延して板厚2.4mmの熱延板とした後、1120℃×80秒の中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延により、最終板厚0.23mmの冷延板とした。この際、二次冷間圧延における圧延速度を600mpmと20mpmの2条件に振り分けた。
次いで、50vol%H2−50vol%N2、露点55℃の湿潤雰囲気下、840℃×100秒で脱炭を行う脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。この際、一次再結晶焼鈍の加熱過程における500〜700℃間の昇温速度を20〜350℃/sの範囲で種々に変化させた。
次いで、上記一次再結晶焼鈍後の各鋼板から試験片を採取し、集合組織の測定を行った。ここで、上記集合組織の測定は、板厚中心層のX線極点図を測定し、その測定データから3次元集合組織、具体的には、M方位のランダム強度比、および、S方位のランダム強度比を計算により求めた。
次いで、上記鋼板表面に、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、二次再結晶焼鈍と、1200℃×10hrの純化焼鈍からなる仕上焼鈍を施した。その後、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、絶縁被膜処理剤を塗布し、その焼き付けを兼ねて、800℃×60秒の平坦化焼鈍を施した。
上記のようにして得た各鋼板から試験片を採取し、JIS C2550に準じて鉄損W17/50を測定した。
図2(a)から、M方位のランダム強度比は、圧延速度が600mpmの方が、20mpmよりも高いこと、また、M方位のランダム強度比は、いずれの圧延速度でも、昇温速度が100℃/s以下では殆ど変化しないが、100℃/s以上では連続して低下する傾向があることがわかる。
また、図2(b)から、S方位のランダム強度比は、圧延速度が20mpmの方が、600mpmよりも僅かに高いこと、また、M方位のランダム強度比は、いずれの圧延速度でも、昇温速度が100℃/s以下では、昇温速度の上昇に伴い大きくなるが、100℃/s以上では、上昇傾向が小さくなることがわかる。
ここで、上記磁気特性の測定には、特許文献1に開示された、コの字型のヨーク(コア)に励磁用一次コイルと出力用二次コイルを巻装した、図3に示したようなセンサーを用いて、鋼板表面上に5mmの高さに保持し、鋼板表面内での圧延方向に対する磁化方向(コアの長さ方向)の角度および磁化力を種々に変えて、磁束密度Bを測定した。なお、上記コの字形コアの幅(図3(b)のW)は300mm、コの字形コアの長さ(図3(a)のL)は300mmで、このセンサーによる測定領域は、上記W×Lの範囲となる。
本発明は、上記の新規知見に基づき開発したものである。
また、上記実験においては、一次再結晶後の鋼板の磁気特性として、圧延方向から45°方向の磁束密度B1およびB5磁束密度を測定したが、上記磁束密度に限定されるものではなく、M方位およびS方位のランダム強度比等の集合組織を表す指標と関係ある限り、いずれの磁気特性を用いてもよい。
また、その磁気特性の測定に用いるセンサーも、図3に示した、コの字型のヨーク(コア)に励磁用一次コイルと出力用二次コイルを巻装したセンサーに限定されるものではなく、例えば、ソレノイドコイル式のセンサーを用いてもよく、さらに、他の種類のセンサーを用いてもよいことは勿論である。
C:0.002〜0.10mass%
Cは、0.002mass%に満たないと、Cの粒界強化効果が失われ、スラブに割れが生じるなど、製造に支障を来たすようになる。一方、0.10mass%を超えると、脱炭焼鈍で、磁気時効の起こらない0.005mass%以下に低減することが困難となる。よって、Cは0.002〜0.10mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは0.010〜0.080mass%の範囲である。
Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減するのに必要な元素である。上記効果は、2.0mass%未満では十分ではなく、一方、8.0mass%を超えると、加工性が低下し、圧延して製造することが困難となる。よって、Siは2.0〜8.0mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは2.5〜4.5mass%の範囲である。
Mnは、鋼の熱間加工性を改善するために必要な元素である。上記効果は、0.005mass%未満では十分ではなく、一方、1.0mass%を超えると、製品板の磁束密度が低下するようになる。よって、Mnは0.005〜1.0mass%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは0.02〜0.20mass%の範囲である。
まず、二次再結晶を生じさせるためにインヒビターを利用する場合で、例えば、AlN系インヒビターを利用するときには、AlおよびNを、それぞれAl:0.010〜0.050mass%、N:0.003〜0.020mass%の範囲で含有させるのが好ましい。また、MnS・MnSe系インヒビターを利用する場合には、S:0.002〜0.030mass%および/またはSe:0.003〜0.030mass%を含有させることが好ましい。それぞれの添加量が、上記下限値より少ないと、インヒビター効果が十分に得られず、一方、上限値を超えると、インヒビター成分がスラブ加熱時に未固溶にまま残存し、磁気特性の低下をもたらす。なお、AlN系とMnS・MnSe系のインヒビターは併用して用いてもよい。
本発明の方向性電磁鋼板の製造に用いる鋼素材(スラブ)は、前述した成分組成を有する鋼を常法の精錬プロセスで溶製した後、従来公知の造塊−分塊圧延法または連続鋳造法で製造してもよいし、直接鋳造法で100mm以下の厚さの薄鋳片として製造してもよい。上記スラブは、常法に従い加熱炉等に装入して、インヒビター成分を含有する場合には1400℃程度の温度に再加熱し、一方、インヒビター成分を含有しない場合には1300℃以下の温度に再加熱した後、熱間圧延に供するのが好ましい。なお、インヒビター成分を含有しない場合には、連続鋳造後、再加熱することなく直ちに熱間圧延に供してもよい。また、薄鋳片の場合には、上記熱間圧延を省略し、そのまま以後の工程に進めてもよい。
(1)脱炭焼鈍を複数段に分け、最終段を還元雰囲気として表層の酸化物を還元し、被膜の保護性を高めて磁気特性や被膜を改善する。
(2)脱炭焼鈍の途中もしくは脱炭焼鈍後に窒化処理を施して、インヒビターの抑制力を補強し、磁気特性を改善する。
なお、上記仕上焼鈍では、二次再結晶を発現のためには800℃以上の温度に、また、二次再結晶を完了させるためには、1100℃程度の温度まで加熱することが好ましい。さらに、その後、フォルステライト被膜を形成し、純化処理を施すためには、引き続き1200℃程度の温度まで加熱するのが好ましい。
・条件1:加熱過程の500〜700℃間の昇温速度を100℃/s(一定)として加熱後、60vol%H2−40vol%N2、露点60℃の湿潤雰囲気下、800℃×100秒で脱炭を行う脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施す。
・条件2:上記条件1で一次再結晶焼鈍終了後の磁気特性(磁束密度)を測定し、該測定結果から一次再結晶集合組織(M方位およびS方位のランダム強度比)を予測し、その予測結果と、予め求めておいた一次再結晶焼鈍の昇温速度とM方位およびS方位のランダム強度比との関係から、M方位のランダム強度比が5.0〜6.2、S方位のランダム強度比が3.4〜4.1の範囲内に収まるように、500〜700℃間の昇温速度を40〜300℃/sの範囲内でフィードバック制御する。
・条件3:上記条件2の加熱過程の途中の400℃の温度で1秒間保持する保定処理を施す。
・条件4:上記条件1で、常温から700℃まで加熱した後、一旦、100℃まで降温し、再度、昇温速度30℃/sで再加熱して800℃×100秒で脱炭を行う脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施す際、上記100℃まで降温したときに鋼板の磁気特性(磁束密度)を測定し、該測定結果から一次再結晶集合組織(M方位およびS方位のランダム強度比)を予測し、その予測結果と、予め求めておいた一次再結晶焼鈍の昇温速度とM方位およびS方位のランダム強度比との関係から、M方位のランダム強度比が5.0〜6.2、S方位のランダム強度比が3.4〜4.1の範囲内に収まるように、常温から700℃まで加熱する際の500〜700℃間の昇温速度を40〜300℃/sの範囲内でフィードバック制御する。
この結果を表1に示す。同表から、一次再結晶焼鈍後の集合組織を測定し、その結果に基いて一次再結晶焼鈍の昇温速度を調整し、一次再結晶焼鈍後の集合組織を所定の範囲内に収めることで、低鉄損でかつコイル内での鉄損のばらつきが小さい方向性電磁鋼板を安定して得ることができる。特に、上記条件の加熱途中において保定処理を施した場合には、より鉄損特性が改善されることがわかる。
その後、加熱過程の500〜700℃間の昇温速度を100℃/s(一定)として加熱後、60vol%H2−40vol%N2、露点60℃の湿潤雰囲気下、840℃×100秒で脱炭を行う脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。この際、一次再結晶焼鈍後の鋼板の磁気特性(磁束密度)を測定し、該測定結果から一次再結晶集合組織(M方位およびS方位のランダム強度比)を予測し、その予測結果と、予め求めておいた一次再結晶焼鈍の昇温速度とM方位およびS方位のランダム強度比との関係から、M方位のランダム強度比が5.0〜6.2、S方位のランダム強度比が3.4〜4.1の範囲内に収まるように、500〜700℃間の昇温速度を調整した。
その後、スラリー状にしたMgO主体の焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布、乾燥し、コイルに巻き取った後、二次再結晶焼鈍と1220℃×4hrの純化焼鈍からなる仕上焼鈍を施した。なお、仕上焼鈍の雰囲気は、1200℃保定時はH2ガス、昇温時(二次再結晶焼鈍を含む)および降温時はArガスとした。その後、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、絶縁被膜液を塗布・乾燥し、形状矯正を行う平坦化焼鈍ラインに通板し、800℃×1minの条件で焼き付けし、製品板のコイルとした。次いで、上記製品コイルを長さ方向で6等分割して、コイル先後端部および分割点の計7箇所から試験片を採取し、JIS C2550に準拠して鉄損W17/50を測定し、最大値(最悪値)および最小値(最良値)を求めた。
Claims (13)
- 一次再結晶焼鈍後の鋼板の磁気特性を測定し、その測定結果から一次再結晶焼鈍後の鋼板の集合組織を予測することを特徴とする一次再結晶集合組織の予測方法。
- 上記磁気特性は、圧延方向に対する磁化方向および磁化力を種々に変えて測定した磁束密度であることを特徴とする請求項1に記載の一次再結晶集合組織の予測方法。
- 上記集合組織の指標に、M方位およびS方位のランダム強度比を用いることを特徴とする請求項1または2に記載の一次再結晶集合組織の予測方法。ここで、上記M方位は{111}<112>を、S方位は{411}<148>を示す。
- C:0.002〜0.10mass%、Si:2.0〜8.0mass%およびMn:0.005〜1.0mass%を含有する鋼素材を熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施すことなくあるいは熱延板焼鈍を施した後、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とし、一次再結晶焼鈍あるいは脱炭焼鈍を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した後、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布し、仕上焼鈍する一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記一次再結晶焼鈍後の鋼板の磁気特性を測定し、その測定結果から一次再結晶焼鈍後の鋼板の集合組織を予測し、該予測した集合組織が所定の目標範囲内となるよう、一次再結晶焼鈍の加熱過程における500〜700℃間の昇温速度を制御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 上記磁気特性は、鋼板の圧延方向に対する磁化方向および磁化力を種々に変えて測定した磁束密度であることを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記昇温速度を、一次再結晶焼鈍後の鋼板の集合組織の予測結果に基き、フィードバック制御することを特徴とする請求項4または5に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記一次再結晶焼鈍で700℃以上の温度に加熱した後、180℃以下まで冷却し、磁気特性を測定した後、均熱温度まで再加熱して一次再結晶焼鈍を完了させることを特徴とする請求項4〜6のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記集合組織の指標に、M方位およびS方位のランダム強度比を用いることを特徴とする請求項4〜7のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。ここで、上記M方位は{111}<112>を、S方位は{411}<148>を示す。
- 上記M方位のランダム強度比が5.0〜6.2、S方位のランダム強度比が3.4〜4.1の範囲となるよう一次再結晶焼鈍の昇温速度を制御することを特徴とする請求項4〜8のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記一次再結晶焼鈍の加熱過程における200〜500℃間のいずれかの温度で0.5秒以上5秒以下の時間保持する保定処理を施すことを特徴とする請求項4〜9のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記鋼素材は、上記成分組成に加えてさらに、Al:0.010〜0.050mass%およびN:0.003〜0.020mass%を含有し、あるいは、Al:0.010〜0.050mass%、N:0.003〜0.020mass%、Se:0.003〜0.030mass%および/またはS:0.002〜0.03mass%を含有することを特徴とする請求項4〜10のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記鋼素材は、不可避的不純物として、Al,N,SおよびSeをそれぞれAl:0.01mass%未満、N:0.0050mass%未満、S:0.0050mass%未満およびSe:0.0030mass%未満含有することを特徴とする請求項4〜10のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記鋼素材は、上記成分組成に加えてさらに、Ni:0.010〜1.50mass%、Cr:0.01〜0.50mass%、Cu:0.01〜0.50mass%、P:0.005〜0.50mass%、Sb:0.005〜0.50mass%、Sn:0.005〜0.50mass%、Bi:0.005〜0.50mass%、Mo:0.005〜0.100mass%、B:0.0002〜0.0025mass%、Te:0.0005〜0.0100mass%、Nb:0.0010〜0.0100mass%、V:0.001〜0.010mass%およびTa:0.001〜0.010mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項11または12に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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