JP2021172854A - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[実験1]
0.23mm厚の方向性電磁鋼板を製造する際の途中工程材である冷延鋼板に、電子ビームを圧延直角方向に走査することを圧延方向へ30mm間隔で行った。その際、ビーム径が最小となる位置を冷延鋼板の板厚方向へ変化させた。その後、公知の手法を用いて脱炭焼鈍、MgO塗布、仕上げ(二次再結晶)焼鈍、平坦化焼鈍、そして張力被膜塗布を行って製品板とした。かくして得られた製品板の鉄損特性を調査した。各製品板における鉄損特性とビーム径が最小となる位置との関係を図1に示す。ここで、図1における「ビーム径が最小となる位置」は、図2に示すように、冷延鋼板の表面を基準(ゼロ)として該鋼板の外側方向をマイナス側および鋼板の内側方向をプラス側として、それぞれ鋼板表面からの距離にて示している。
エネルギーを鋼板の厚さ方向深くまで投入する他の手段としては、加速電圧を高めることが考えられる。そこで、方向性電磁鋼板を製造する際の途中工程材である、0.30mm厚の冷延鋼板に、加速電圧を10〜500kVの範囲で変化させて、電子ビームを圧延直角方向に走査することを圧延方向へ15mm間隔で行った。その際、ビーム径が最小となる位置を板厚方向へ変位させた。その後、公知の手法を用いて脱炭焼鈍、MgO塗布、仕上げ(二次再結晶)焼鈍、平坦化焼鈍、そして張力被膜塗布を行って製品板とした。
上記の通り、加速電圧60kV以上かつアンダーフォーカス条件で電子ビーム照射することによって、結晶方位のよい二次再結晶粒についても蚕食防止が可能になることが明らかになった。そこで、どの程度の蚕食防止効果が得られれば、鉄損低減効果が表れるのか、どの程度正常粒成長した微細粒が残留したら鉄損が劣化するのかを調査した。
上記したように、蚕食防止には、電子ビーム照射によって再結晶粒が板厚方向深くまで形成されることが重要であり、この再結晶粒は二次再結晶後の製品板において二次再結晶粒界となることから、二次再結晶粒界の存在をもって蚕食防止効果を評価してみた。すなわち、二次再結晶粒界について、図5に示す定義に従って、鋼板の圧延方向に3mmの幅で圧延直角方向へ延びる領域R内における、前記圧延直角方向に二次再結晶粒界が連続的に存在している割合ΣA/L(以下、二次再結晶粒界の存在割合ともいう)を測定し、この二次再結晶粒界の存在割合と鉄損との関係を調査した。
以上の実験1〜3により、電子ビーム照射によって粗大な正常粒成長粒を形成させるには、急速加熱を行うことが重要であることが明らかになった。そこで、急速加熱を行うために必要となる、電子ビームの照射条件について検討を行った。すなわち、方向性電磁鋼板を製造する際の途中工程材である0.23mm厚の冷延鋼板に、電子ビームを圧延直角方向に走査することを圧延方向へ10mm間隔で行った。その際、電子ビームの走査速度を0.01〜100m/sの範囲で変化させた。その後、公知の手法を用いて脱炭焼鈍、MgO塗布、仕上げ(二次再結晶)焼鈍、平坦化焼鈍、そして張力被膜塗布を行って製品板とし、得られた製品板の鉄損特性を調査した。
さらに、急速加熱を行うために必要となる、電子ビームの照射条件について検討を行ったところ、エネルギーを板厚方向に多く導入する手段として、鋼板の両面から電子ビーム照射を行うことも有効であることに想到し、そのための条件について実験および評価を行った。すなわち、0.27mm厚の方向性電磁鋼板を製造する際の途中工程材である冷延鋼板に、電子ビームを圧延直角方向に走査することを圧延方向へ30mm間隔で行った。その際、電子ビーム径が最小となる位置を板厚方向へ変位させた。その後、公知の手法を用いて脱炭焼鈍、MgO塗布、仕上げ(二次再結晶)焼鈍、平坦化焼鈍、そして張力被膜塗布を行って製品板とし、得られた製品板の鉄損特性を調査した。
(1)鋼板の圧延方向に3mmの幅で圧延直角方向へ前記鋼板の全幅にわたって延びる領域内における、前記圧延直角方向に二次再結晶粒界が連続的に存在している割合が80%以上である、帯状領域が、前記圧延方向に間隔を置いて存在し、前記帯状領域における、結晶方位がGoss方位に対して15°以上外れた結晶粒の、前記帯状領域の全面積に対する比が20%以下である方向性電磁鋼板。
前記冷間圧延後かつ前記脱炭焼鈍前に、前記冷延鋼板の表面に加速電圧60kV以上および走査速度1.0m/s以上で電子ビームを前記冷延鋼板の圧延直角方向へ照射するに当たり、前記電子ビームの径が照射幅全域において最も小さくなる位置を前記冷延鋼板の表面より内側とする、前記電子ビームのフォーカス調整を行う方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明は、方向性電磁鋼板に二次再結晶粒界の存在割合および残留微細粒面積率が所定の範囲にあれば他の要件は特に問わない。従って、鋼板の成分組成も限定されず、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。また、インヒビターを利用する場合、例えばAlN系インヒビターを利用する場合であればAlおよびNを、またMnSやMnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSeおよび/またはSを、それぞれ適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl、N、SおよびSeの好適含有量はそれぞれ、Al:0.01〜0.065質量%、N:0.005〜0.012質量%、S:0.005〜0.03質量%、Se:0.005〜0.03質量%である。
C:0.08質量%以下
Cは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.08質量%を超えると、製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減することが困難になるため、0.08質量%以下とすることが好ましい。なお、下限はCを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はないが、熱延板組織の改善の観点からは、0.01質量%以上添加することが好ましい。
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量%に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できない、おそれがある。一方、8.0質量%を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、2.5〜4.0質量%である。
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量%未満ではその添加効果に乏しい。一方、1.0質量%を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量%の範囲とすることが好ましい。より好ましくは、0.01〜0.1質量%である。
Ni:0.03〜1.50質量%、Sn:0.01〜1.50質量%、Sb:0.005〜1.50質量%、Cu:0.03〜3.0質量%、P:0.03〜0.50質量%、Mo:0.005〜0.10質量%およびCr:0.03〜1.50質量%
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量%未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量%を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する、おそれがある。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量%の範囲とすることが好ましい。
(i)深く細い領域に高エネルギーが投入されるため、通常の脱炭焼鈍時に得られる(一次)再結晶粒より大きい再結晶組織が圧延方向には狭く、板厚方向には深く形成することが可能となる。その結果、最終仕上げ焼鈍時に結晶方位の良好な二次再結晶粒もその深く細い領域で成長性が阻害されるために、Goss粒の種の存在頻度が同じ場合でもより効率的に二次再結晶粒の微細化が可能になる。
(ii)粗大な一次再結晶組織周辺では、脱炭焼鈍時に形成される一次再結晶粒と同サイズの一次再結晶組織が形成される。ただし、加熱速度が大きくなり、超急速加熱となっているのでGoss粒の種の存在頻度も増加して、二次再結晶粒の微細化に寄与する。
(iii)圧延方向への二次再結晶粒の成長抑制は、コイルで行う仕上げ焼鈍に特有の、二次再結晶粒内で発生する結晶方位のずれを抑制することになる。この結晶配向性のずれ抑制も、低鉄損化に大きく寄与している。
・照射方向は圧延方向に対して60°〜90°の方向、
・10〜100mm程度の照射間隔、
・ビーム電流:0.1〜100mA、
・ビーム径:0.01〜0.3mm、
・ビーム停留点間隔:0.04〜0.8mm。
Claims (6)
- 鋼板の圧延方向に3mmの幅で圧延直角方向へ前記鋼板の全幅にわたって延びる領域内における、前記圧延直角方向に二次再結晶粒界が連続的に存在している割合が80%以上である、帯状領域が、前記圧延方向に間隔を置いて存在し、前記帯状領域における、結晶方位がGoss方位に対して15°以上外れた結晶粒の、前記帯状領域の全面積に対する比が20%以下である方向性電磁鋼板。
- 前記帯状領域における、結晶方位がGoss方位に対して15°以上外れた結晶粒の、前記帯状領域の全面積に対する比が5%以下である請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記帯状領域の前記圧延方向における存在間隔が10〜100mmである請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板。
- 磁束密度B8が1.94T以上である請求項1から3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
- 方向性電磁鋼板用の鋼素材を熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚の冷延鋼板とした後に脱炭焼鈍を施し、その後MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して仕上げ焼鈍を施す、方向性電磁鋼板の製造工程において、
前記冷間圧延後かつ前記脱炭焼鈍前に、前記冷延鋼板の表面に加速電圧60kV以上および走査速度1.0m/s以上で電子ビームを前記冷延鋼板の圧延直角方向へ照射するに当たり、前記電子ビームの径が照射幅全域において最も小さくなる位置を前記冷延鋼板の表面より内側とする、前記電子ビームのフォーカス調整を行う方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記電子ビームの径が最も小さくなる位置を、前記冷延鋼板の表面から板厚中心までの範囲に設定する請求項5に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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