JP6025864B2 - 生産性及び磁気的性質に優れた高珪素鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
Cは、鋼中に微細析出して圧延時に転位の移動を妨げるため、多量に添加すると圧延性が悪くなる。また、脱炭されずに最終製品に残存する場合、交流磁界において、磁区の移動を妨げて磁性を害する。上記Cの含量が0.05重量%を超えると、脆性が酷くなって圧延性が悪くなる。
Nは、侵入型元素で、Cと同様に、圧延時に転位の移動を妨げるため、多量に添加されると、圧延性が悪くなる。また、最終製品に多量に含有されると、交流磁界において、磁区の移動を妨げて磁性を害する。このような理由から、窒素の上限は0.05重量%に限定することが好ましい。
Siは比抵抗値を増加させて鉄心損失、即ち、鉄損を下げる役割をする。シリコンの含量が4重量%未満では、本発明で意図する磁性が発現されない。一方、7重量%を超えると、加工が不可能であるという問題がある。従って、シリコンの含量は、4〜7重量%に限定することが好ましい。
Alは、Siに次いで比抵抗の増加に効率的な元素である。Siの代わりにAlを置換して添加すると、比抵抗の増加効果はSiより低いが、圧延性を改善することができる。Alの含量が0.5重量%未満では、圧延性を改善する効果がなく、Alの含量が3重量%を超えると、磁性改善効果が悪くなる。従って、上記アルミニウムの含量は0.5〜3重量%であることが好ましい。
本発明者らは、通常の熱延板の製造方法で高珪素鋼を製造することが極めて困難であるという問題がある。しかしながら、上記成分系を満たす溶湯をストリップキャスティングすることにより、簡単に通常の熱延板を製造できることを見出したので、ストリップキャスティングの方法が本発明において使用される。
上記のように鋳造された鋼材の熱間圧延を行うことができる。このとき、熱間圧延は、温間圧延の負荷を低減し、熱間圧延により鋳造組織を破壊して結晶粒を微細にする効果がある。上記熱間圧延温度は800℃以上に限定することが好ましい。図2(a)に示されたように、800℃未満では、図2(b)に示されたようなB2相(規則相)が形成されやすい。このような規則相は延性を低下させ、脆性破壊が起こりやすい。したがって、延性向上効果及び経済性を考慮して、上記熱間圧延温度の上限は900℃に制御することが好ましい。
上記のように圧延した鋼材は熱延板焼鈍される。熱延板焼鈍は、温間圧延の前に熱処理して熱間圧延時に生成されたストレスを無くす。このとき、焼鈍温度は900〜1200℃に制限することが好ましい。上記焼鈍温度が900℃未満では、再結晶が完了していないため、目標とする延性値を確保することができない。一方、焼鈍温度が1200℃を超えると、再結晶粒の粗大化により強度が低下する。従って、焼鈍温度は900〜1200℃であることが好ましい。
上記のように熱延板焼鈍した鋼材は冷却される。上記熱延板焼鈍した鋼材を、100℃〜常温の範囲の温度に、5秒から1分の間に冷却することが好ましい。より詳細には、上記冷却速度は13〜160℃/秒であることが好ましい。上記冷却速度が13℃/秒未満では、角部にクラックが発生し、熱延板焼鈍しても規則相の形成を抑制することができないため、圧延性が改善されない。一方、160℃/秒を超えると、圧延性改善の効果が飽和し、経済的に不利であるため、上記のように限定する。
上記のように冷却した鋼材を300〜700℃で温間圧延を行うことができる。本発明による鋼材の温間圧延のための臨界温度は、図3に示されたように、300℃であることが分かる。即ち、300℃未満の温度では、鋼材の延性が低すぎて圧延が困難である。一方、700℃を超えると、酸洗いなどの後処理工程時に問題が発生する。従って、温間圧延温度は300〜700℃であることが好ましい。
上記のように温間圧延した鋼板は焼鈍される。このとき、焼鈍温度は800〜1200℃に制限することが好ましい。上記焼鈍温度が800℃未満では、結晶粒の成長が十分でないため、鉄損が悪い。一方、焼鈍温度が1200℃を超えると、経済性と生産性の側面で好ましくなく、非酸化性雰囲気を使用しても表面酸化層が形成されやすくて磁区の移動を妨げるため、磁性を害する。従って、焼鈍温度は800〜1200℃であることが好ましい。
重量%で、下表1のようにSiとAlを多様に変化させ、C:0.005%、N:0.0033%の組成の高珪素鋼合金を縦型双ロールストリップキャスターを利用して、厚さ2.0mmに鋳造した。ストリップキャスターに連結された熱間圧延機を利用して厚さ2.0mmの鋳造板を1.0mmに熱間圧延した。熱間圧延開始温度は1050℃である。熱間圧延した高珪素鋼板を1000℃で5分間、水素20%、窒素80%の雰囲気下で加熱した後、200℃/秒の冷却速度で常温まで急冷した。その後、塩酸溶液で酸洗いして表面酸化層を除去した。熱処理した高珪素鋼板を400℃の温度で0.1mmまで厚さを下げた後、最終磁性を具現するため、1000℃で10分間、水素20%、窒素80%、露点−10℃以下の乾燥雰囲気下で焼鈍し、圧延性及び磁性を測定した。
重量%で、Si:6.3%、Al:0.3%、C:0.002%、N:0.003%を含有した珪素鋼合金を、縦型双ロールストリップキャスターを利用して、厚さ2.0mmに鋳造した。ストリップキャスターに連結された熱間圧延機を利用して厚さ2.0mmの鋳造板を1.0mmに熱間圧延した。熱間圧延開始温度は1000℃である。熱間圧延した高珪素鋼板を1000℃で5分間、水素20%、窒素80%の雰囲気下で加熱焼鈍した後、冷却速度を多様に変更して冷却した。上記冷却速度は800℃から100℃まで、それぞれ100℃/秒と10℃/秒にした。熱処理(焼鈍)した試片を塩酸溶液で酸洗いして表面酸化層を除去してから、400℃の温度で温間圧延した後、試片のクラック発生有無を調べた。冷却速度を本発明の範囲である100℃/秒にした試片は0.1mmまで厚さを下げることが可能で、クラックも発生しなかった。一方、冷却速度が本発明の範囲を超える10℃/秒である試片は、圧延率が50%を超えると、角部にクラックが発生し始めた。このように、冷却速度が遅い場合には、圧延後に熱処理をしても、規則相が無くならないため、追加熱処理をしても圧延性は改善されないことが分かる。
Claims (5)
- 重量%で、C:0.05%以下(0%は除く)、N:0.05%以下(0%は除く)、Si:4〜7%、Al:0.5〜3%、Si+Al:4.5〜8%、残部Fe及びその他不可避な不純物からなる溶湯を5mm以下の厚さにストリップキャスティングする段階と、
前記ストリップキャスティングしたストリップを800℃以上の温度で熱間圧延する段階と、
前記熱間圧延した鋼材を900℃〜1200℃の温度で熱延板焼鈍する段階と、
前記焼鈍した熱延板を95〜105℃まで13〜160℃/秒の速度で冷却する段階と、
前記冷却した鋼材を300℃〜700℃の温度で温間圧延する段階と、
前記温間圧延した鋼材を800℃〜1200℃の温度で最終焼鈍する段階
とを含む生産性及び磁気的性質に優れた高珪素鋼板の製造方法。 - 前記ストリップキャスティング段階は、窒素雰囲気及びアルゴン雰囲気のうち1種以上の雰囲気下で行うことを特徴とする、請求項1に記載の生産性及び磁気的性質が優れた高珪素鋼板の製造方法。
- 前記熱延板焼鈍は、非酸化性雰囲気下で行うことを特徴とする、請求項1に記載の生産性及び磁気的性質に優れた高珪素鋼板の製造方法。
- 前記非酸化性雰囲気は、窒素雰囲気、アルゴン雰囲気、及び水素と窒素との混合雰囲気のうち1種以上であることを特徴とする、請求項3に記載の生産性及び磁気的性質に優れた高珪素鋼板の製造方法。
- 前記温間圧延段階は、鋼板の最終厚さが0.5mm以下になるように行うことを特徴とする、請求項1に記載の生産性及び磁気的性質に優れた高珪素鋼板の製造方法。
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