JP5593942B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を(110)[001]方位(いわゆる、ゴス方位)に高度に揃えることや製品鋼板中の不純物を低減することが重要である。さらに、結晶方位の制御や、不純物を低減することは、製造コストとの兼ね合い等で限界がある。そこで、鋼板の表面に対して物理的な手法で不均一性を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
また、鉄損特性については、更なる改善が要求されている。
その結果、電子ビーム照射による磁区細分化処理済の方向性電磁鋼板において、フォルステライト被膜の張力をアップし、さらに点状に照射する電子ビームの照射面における熱歪み導入領域の直径と電子ビームの照射ピッチとの関係を適正に制御することで鉄損が改善することを見出した。
本発明は、上記した知見に基づき開発されたものである。
1.表面にフォルステライト被膜をそなえ、電子ビーム照射による磁区細分化処理済の方向性電磁鋼板であって、該フォルステライト被膜による鋼板への付与張力が、圧延方向および圧延方向と直角な方向ともに2.0MPa以上であり、かつ電子ビーム照射面における熱歪み導入領域の直径Aと照射ピッチBとが、次式(1)
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
の関係を満足し、さらに電子ビーム照射での電子ビーム径が0.5mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
(i) 焼鈍分離剤の目付け量を10.0g/m2以上とする、
(ii) 焼鈍分離剤塗布後のコイル巻き取り張力を30〜150N/mm2の範囲とする、
(iii) 最終仕上げ焼鈍工程の冷却過程における700℃までの平均冷却速度を50℃/h以下に制御する、
(iv) 電子ビーム径を0.5mm以下とし、かつ電子ビーム径A´と照射ピッチBとを、次式(2)
1.0≦B/A´≦7.0 ・・・(2)
の範囲に制御する、
(v) 電子ビーム径と照射ピッチ以外の照射条件を調整して、ビーム照射面における熱歪み導入領域の直径Aと照射ピッチBとを、次式(1)
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
の範囲に制御する
ことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
本発明では、電子ビーム照射による磁区細分化処理済の方向性電磁鋼板において、フォルステライト被膜の張力をアップすること、および電子ビーム径および電子ビームを点状照射した鋼板表面における熱歪み導入領域の直径と電子ビームの照射ピッチとの関係を適正に制御することが重要である。
なお、本発明における電子ビーム径(以下、単にビーム径ともいう)とは、電子ビームの照射直径を意味する。また、電子ビームの点状照射とは、図1(a)および(b)にそれぞれ示すように2つのビーム径と同じ大きさの領域(図中、ビームスポットという)が重ならないことを意味する。
また、「熱歪み導入領域の直径(以下、スポット径ともいう)」とは、図2に示すように、直接的には電子ビームによる熱歪み導入領域の直径を意味するが、熱歪み導入によって生じた磁区不連続部領域の幅によっても求められる。
ここに、電子ビームを照射した場合は、電子ビームのビーム径と同じ大きさの領域が加熱されるものの、鋼板に与えられた熱は拡散するので、一般的に、熱歪み導入領域のスポット径はビーム径よりも大きくなる。なお、本発明において、特に断らない場合、径は直径を意味する。
フォルステライト被膜の張力が種々に異なるサンプルに電子ビームを照射した。ここに、鉄損に及ぼす張力の影響を調査した。照射条件は、加速電圧:40kV、ビーム電流:1.5 mA、ビーム走査速度:5m/sec、ビーム径:0.2mm、圧延方向と交差する方向の照射ピッチ:0.05, 0.10, 0.15, 0.25, 0.5, 1.0, 1.4, 3.0, 5.0および10.0mmならびに圧延方向の照射間隔:7.5mmで実施した。
この時、電子ビームの照射条件は、加速電圧:40kV、ビーム電流:1.5 mA、ビーム走査速度:5m/sec、ビーム径:0.2mm、圧延方向と交差する方向の照射ピッチ:0.25mm 圧延方向の照射間隔:7.5mmとした。
図6に示したように、フォルステライト被膜の張力が圧延方向および圧延方向と直角な方向(以下、圧延直角方向という)ともに2.0MPa以上の場合に、鉄損が大きく改善されることが判明した。
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
製品(張力コーティング塗布材)より、圧延方向の張力を測定する場合は、圧延方向280mm×圧延方向30mm、 圧延直角方向の張力を測定する場合は、圧延直角方向280mm×圧延方向30mmのサンプルを切り出し、両面の張力コーティングをアルカリ溶液で剥離する。ついで、片面のフォルステライト被膜を塩酸溶液で除去し、その除去前後の鋼板反り量を測定して得られた反り量を以下の換算式(3)にて張力換算する。この方法で求めた張力は、フォルステライト被膜を除去しなかった面に付与されている張力である。
本発明では、張力がサンプル両面に付与されているので、上記した方法で鋼板の片面の張力を求め、さらに同じ製品の別の場所のサンプルを用いて、反対面の張力を同様の方法で求めて、平均値を導出し、その平均値をサンプルに付与されている張力とする。
(点状照射によって渦電流損の改善代が増加する理由)
鋼板への投入熱量が同じ場合、電子ビームの照射ピッチが狭いと、照射線上の領域に一定量の熱量が投入されて、均一な圧縮応力分布となる。一方、照射ピッチを広くして、局所部により多くの熱量を投入すると、局所的に大きな圧縮応力が付与されて、不均一な応力分布となる。本発明では、これらの圧縮応力分布の差によって、照射部以外へ付与される引張応力分布に差が生じ、渦電流損改善代が向上したものと考えている。
また、ある一定以上の照射ピッチで、渦電流損改善代が低下することも、上記した圧縮応力分布の変化により、圧縮応力が低い領域が増加した結果と考えている。
本発明では、フォルステライト被膜が鋼板に付与する応力によって、熱歪みにより発生する応力が緩和され、鋼板の履歴損劣化を抑制していると考えられる。
すなわち、熱歪が導入される照射部付近において、磁歪振動波形が歪み、騒音に高調波成分が重畳されることで騒音が増大するが、このような磁歪振動波形の歪みの低減に、フォルステライト被膜の張力をアップすることが極めて有効に作用していると考えられる。
本発明における製造方法のポイントの一つは、鋼板に付与したフォルステライト被膜の張力をアップさせることである。フォルステライト被膜の張力をアップさせる手段としては、
I 焼鈍分離剤の塗布量を10.0g/m2以上にする、
II 焼鈍分離剤塗布後のコイル巻き取り張力を30〜150N/mm2に制御する、
III 最終仕上げ焼鈍時の冷却過程における700℃までの平均冷却速度を50℃/h以下に制御する
ことが重要である。
従って、フォルステライト被膜へのダメージを抑制するためには、鋼板間に少しの空隙を与えて、鋼板に発生する応力を低減することおよび冷却速度を低減してコイル内の温度差を低減することが有効となる。
焼鈍分離剤は、焼鈍中に水分やCO2などを放出するため、焼鈍分離剤を塗布した領域は、塗布時より体積が減少する。すなわち、体積が減少するということは、塗布領域に空隙が生じることを意味しているので、焼鈍分離剤の塗布量の多少がコイル内の応力緩和に作用することとなる。
従って、本発明では、焼鈍分離剤の目付け量が少ないと空隙が不十分であることから、焼鈍分離剤の塗布量を10.0g/m2以上に限定する。
このように、焼鈍分離剤の塗布量、巻き取り張力および冷却速度の制御を行い、コイル内の応力を緩和させることによって、圧延方向および圧延直角方向のフォルステライト被膜張力をアップさせることが可能になる。
1.0≦B/A´≦7.0 ・・・(2)
の範囲に制御することが必要である。
というのは、比(B/A´)が1.0未満では、照射ピッチが狭すぎて不均一な応力分布が発生しないからである。一方、比(B/A´)が7.0超の場合は、応力発生ポイントが離れすぎ、応力が低い領域が発生するため、磁区細分化効果が不十分になり鉄損改善効果が低下する。
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
の範囲に制御することが必要である。
というのは、この関係を満足しないビーム電流値や走査速度を設定した場合は、最適な応力分布が得られないからである。
というのは、レーザーと電子ビームとで鋼板内における熱の伝わり方が異なる。ここに、電子ビームの方が板厚方向への侵入が容易なので、鋼板に発生する応力分布がそれぞれ異なることが推定される。従って、レーザ照射による磁区細分化の過程においては、鋼板に発生する応力分布が鉄損を低減する領域を生じさせることがなかったためと考えている。
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、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・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。
この場合には、Al、N、SおよびSe量はそれぞれ、Al:100 質量ppm以下、N:50 質量ppm以下、S:50 質量ppm以下、Se:50 質量ppm以下に抑制することが好ましい。
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、下限に関しては、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。
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ず、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。
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く、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。
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%のうちから選んだ少なくとも1種
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。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量%の範囲とするのが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびFeである。
本発明において電子ビームの照射方向は、圧延方向と交差する方向に行う必要があるが、この照射方向は、圧延方向に45〜90度程度の方向に対して行うことが好ましい。
表1に示す成分組成になる鋼スラブを連続鋳造にて製造し、1430℃に加熱後、熱間圧延により板厚:1.6mmの熱延板としたのち、1000℃で10秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、冷間圧延により中間板厚:0.55mmとし、酸化度PH2O/PH2=0.37、温度:1100℃、時間:100秒の条件で中間焼鈍を実施した。その後、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、再度、冷間圧延を実施して、板厚:0.23mmの冷延板とした。
この最終仕上げ焼鈍では、700℃以上の温度領域の冷却過程における平均冷却速度を変化させた。ついで、50%のコロイダルシリカとリン酸マグネシウムからなる張力コーティングを付与した。
ついで、各製品を斜角せん断し、750kVAの三相トランスを組み立て、50Hz、1.7Tで励磁した状態での鉄損および騒音を測定した。本トランスにおける騒音の設計値は62dBである。
上記した鉄損および騒音の測定結果を表2に併記する。
これに対し、No.2,3,8,11は焼鈍分離剤の塗布量が本発明の範囲外、No.10,11,12は巻き取り張力が本発明の範囲外、No.7,12は冷却速度が本発明の範囲外となっており、鋼板に付与した張力が本発明を満足しておらず、そのいずれもが騒音の設計値を満足していない。
表1に示す成分組成になる鋼スラブを連続鋳造にて製造し、1430℃に加熱後、熱間圧延により板厚:1.6mmの熱延板としたのち、1000℃で10秒の熱延板焼鈍を施した。ついで、冷間圧延により中間板厚:0.55mmとし、酸化度PH2O/PH2=0.37、温度:1100℃、時間:100秒の条件で中間焼鈍を実施した。その後、塩酸酸洗により表面のサブスケールを除去したのち、再度、冷間圧延を実施して、板厚:0.23mmの冷延板とした。
a) 電子ビーム:加速電圧:150kV 、圧延方向の照射間隔:5mm、圧延方向と交差する角度:90度
b) レーザ:波長:0.53μmのパルスレーザ、ビーム走査速度:300mm/秒、レーザ出力:15W、圧延方向の照射間隔:5mm
ついで、各製品を斜角せん断し、500kVAの三相トランスを組み立て、50Hz、1.7Tで励磁した状態での鉄損および騒音を測定した。本トランスにおける騒音の設計値は55dBである。
上記した鉄損および騒音の測定結果を表3に併記する。
これに対し、レーザーで磁区細分化を行ったNo.6,8,10の比較例、また電子ビームによる磁区細分化処理を施したものの、熱歪み導入領域のスポット径Aやビーム径A’、これらと照射ピッチBとの関係などが本発明の範囲外であるNo.2,4,5,9,12,13,14の比較例は、そのいずれもが鉄損性に劣っていた。
Claims (2)
- 表面にフォルステライト被膜をそなえ、電子ビーム照射による磁区細分化処理済の方向性電磁鋼板であって、該フォルステライト被膜による鋼板への付与張力が、圧延方向および圧延方向と直角な方向ともに2.0MPa以上であり、かつ電子ビーム照射面における熱歪み導入領域の直径Aと照射ピッチBとが、次式(1)
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
の関係を満足し、さらに電子ビーム照射での電子ビーム径が0.5mm以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 方向性電磁鋼板用スラブを、熱間圧延し、ついで熱延板焼鈍を施したのち、または熱延板焼鈍を施さずに1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して、最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍を施し、ついで鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を行った後、張力コーティングを施し、該仕上げ焼鈍後または該張力コーティング後に、電子ビーム照射による磁区細分化処理を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、
(i) 焼鈍分離剤の目付け量を10.0g/m2以上とする、
(ii) 焼鈍分離剤塗布後のコイル巻き取り張力を30〜150N/mm2の範囲とする、
(iii) 最終仕上げ焼鈍工程の冷却過程における700℃までの平均冷却速度を50℃/h以下に制御する、
(iv) 電子ビーム径を0.5mm以下とし、かつ電子ビーム径A´と照射ピッチBとを、次式(2)
1.0≦B/A´≦7.0 ・・・(2)
の範囲に制御する、
(v) 電子ビーム径と照射ピッチ以外の照射条件を調整して、ビーム照射面における熱歪み導入領域の直径Aと照射ピッチBとを、次式(1)
0.5≦B/A≦5.0 ・・・(1)
の範囲に制御する
ことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
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