JP6376360B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
例えば、特許文献1には、仕上焼鈍時にコイルに被せるインナーカバーの内側側壁部に断熱材を内張りして、コイル外巻部に発生するしわ状の形状不良を低減する技術が提案されている。また、特許文献2には、仕上焼鈍炉のコイル受台の外周端面部に断熱材を被覆することで、コイル受台と接するコイル下側面部に発生する側歪不良を防止する技術が提案されている。さらに、特許文献3には、アップエンド状態で載置されたコイルの中央部空間に金属リングを挿入することで、コイル内巻部が中央空間側へ倒れ込むのを防止する技術が提案されている。
この結果を図1に示す。図1から、一次再結晶焼鈍における昇温速度を80℃/sec以上、仕上焼鈍における800℃での保持時間を2時間以上とすることで、形状不良率を5%以下まで低減できること、しかし、保持時間が100時間を超えると、逆に形状不良率は増加することがわかった。
上述した実験と同一成分の鋼スラブを、同じく上述した実験と同一の条件で最終板厚の冷延板とし、その後、上記冷延板に、500〜700℃の間の平均昇温速度を100℃/secとして加熱後、湿水素−窒素混合雰囲気下で800℃×120secの均熱処理を施す脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。その後、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、コイルに巻き取り、仕上焼鈍炉のコイル受台上に、アップエンドにして載置した。この際、上記コイル受台の上面には、図3に示したように、断熱材を、外周側から同心円状(穴あき円盤状)になるよう、かつ、コイル受台の半径に対して0〜60%の範囲となるよう変化させて敷設した。
なお、上記平坦化焼鈍する際、通板中の鋼板形状を目視観察し、仕上焼鈍で発生した形状不良の発生長さを測定し、形状不良率を求め、その結果を図4に示した。
まず、各形状不良が発生する原因を解析すると、コイル外巻部に発生するしわ状の形状不良は、コイル内に、加熱過程に起因した温度ムラがあると、仕上焼鈍の冷却時にコイルが熱収縮する際、焼鈍分離剤の厚みムラと相俟って、収縮が局部的に妨げられ、その部分がクリープ変形を起こす結果、発生するものと考えられる。
また、アップエンドに置かれたコイルの上側面端部が外周外側方向に広がる耳伸び不良については、仕上焼鈍での昇温中にコイルが熱膨張する際、コイル上側面端部において、フォルステライトが生成する途中で生じる内部酸化膜が剥落して鋼板の隙間に入り込み、その後の冷却時にコイルが熱収縮する際、剥離した粉状の内部酸化膜が抵抗となって収縮を妨げる結果、発生するものと考えられる。
また、コイル側面部に発生する側歪不良は、仕上焼鈍の昇温時にコイルが熱膨張し、コイル側面部が外周の外側方向に広がろうとするが、コイル受台とコイル側面との間の摩擦で熱膨張が妨げられる結果、コイル側面部が変形を起こすことが原因と考えられる。
そして、背景技術でも述べたように、単一の改善方法である従来技術では、ある形状不良は解決されても別の形状不良が発生するため、形状不良を全体として改善することができないという問題を抱えていた。
保定処理することによってしわ状の形状不良が改善される理由は、保定処理によってコイル内の温度分布が均一化され、焼鈍分離剤の焼結も均一化される結果、コイル層間の嵩密度の変化がなくなって、冷却時の収縮を妨げるものがなくなり、形状が改善されるものと考えられる。
また、保定処理によって耳伸び不良が改善される理由は、一定温度に所定時間保持する間に、焼鈍分離剤中のMgOから放出される水和水分が十分に抜けるため、コイル上部での上述した内部酸化膜の剥落がなくなるためであると考えられる。
また、保定処理することによって側歪不良が却って悪化する理由は、高温で保持することによりコイルに掛かる熱負荷が大きくなるため、クリープ変形が増大するためであると考えられる。
その理由は、一次再結晶焼鈍の加熱過程を急速加熱すると、一次再結晶集合組織中のゴス強度が高まり、仕上焼鈍における二次再結晶温度が低温化する。これによって、鋼板の高温強度が高まり、クリープ変形が起こり難くなって側歪不良が改善される。
また、一次再結晶焼鈍の加熱過程を急速加熱すると、鋼板表層下に形成される内部酸化層の形態が変化して、仕上焼鈍中のMgOの焼結が抑制される。その結果、MgOの粒径が微細なまま保持されて、嵩密度も高まらないため、鋼板の変形応力を緩和する効果が生じて、しわ状の形状不良も改善されると考えられる。
なお、内部酸化層の形態変化は、仕上焼鈍中のコイル上側面部の内部酸化層の剥離を引き起こすため、急速加熱は耳伸び不良を助長するが、これによる悪影響は、仕上焼鈍の加熱過程での保定処理によるコイル内温度均一化効果やMgOからの水和水分の排出促進効果によって最小限に抑えることができる。
なお、コイル受台に断熱材を敷設すると、コイル下側面からの入熱が抑制されて、コイル上側面および外周面からの入熱が増すため、コイル内の温度の不均一が増大する懸念があるが、これは、保定処理と組み合わせることで、均一化できるため、しわ状の形状不良が助長されることもない。
本発明が用いる方向性電磁鋼板用の鋼スラブは、公知の成分組成を有するものであればよく、また、二次再結晶を起こさせるためのインヒビタ成分の含有の有無を問わない。
したがって、例えば、インヒビタを利用する場合で、AlN系インヒビタを利用するときには、AlおよびNを、また、MnS・MnSe系インヒビタを利用するときには、MnとSeおよび/またはSを適正量含有させることができる。勿論、両インヒビタを併用してもよい。なお、インヒビタを利用する場合の具体的なAl,N,SおよびSeの添加量は、それぞれAl:0.01〜0.065mass%、N:0.005〜0.012mass%、S:0.005〜0.03mass%、Se:0.005〜0.03mass%の範囲とするのが好ましい。
一方、インヒビタを使用しない場合には、Al,N,SおよびSeの含有量を制限する必要があり、具体的には、Al,N,SおよびSeは、それぞれAl:0.0100mass%以下、N:0.0050mass%以下、S:0.0050mass%以下、Se:0.0050mass%以下に制限するのが好ましい。
C:0.15mass%以下
Cは、熱延板組織の改善のためには、含有していることが好ましい。しかし、0.15mass%を超えて含有すると製造過程での脱炭焼鈍で、磁気時効の起こらない0.0050mass%以下までCを低減することが難しくなる。よって、Cは0.15mass%以下とするのが好ましい。より好ましくは、0.10mass%以下である。なお、Cの下限値は、Cを含まない素材でも二次再結晶させることができるので、特に設定する必要はない。
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を低減するのに有効な元素であり、十分な鉄損低減効果を得るためには、2.0mass%以上含有させるのが好ましい。一方、8.0mass%を超える添加は、磁束密度の低下を招くだけでなく、圧延性が著しく低下し、製造することが難しくなる。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、2.8〜4.0mass%の範囲である。
Mnは、熱間加工性を改善する上で必要な元素であり、0.005mass%以上添加するのが好ましい。一方、1.0mass%を超える添加は、磁束密度の低下を招く。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、0.03〜0.3mass%の範囲である。
Ni:0.03〜1.50mass%
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させる有用な元素であり、斯かる効果を得るためには、0.03mass%以上添加するのが好ましい。一方、1.50mass%を超える添加は、二次再結晶が不安定となり、磁気特性が却って劣化するおそれがある。よって、Niを添加する場合には、0.03〜1.50mass%の範囲とするのが好ましい。
Sn,Sb,Cu,P,MoおよびCrは、インヒビタを補強し、磁気特性を向上する効果がある有用な元素である。しかし、上記各成分の含有量が上記下限値未満では磁気特性改善効果が小さく、一方、上記上限値を超えて添加すると、二次再結晶粒の発達が阻害され、磁気特性が劣化するようになる。よって、Sn,Sb,Cu,P,MoおよびCrは、上記の範囲内において1種または2種以上を含有させることが好ましい。
本発明の方向性電磁鋼板の素材となる鋼スラブは、上記成分組成を満たすこと以外、特に制限はなく、常法に準じて製造すればよい。
鋼スラブは、その後、所定の温度に再加熱した後、熱間圧延に供するのが通常であるが、鋳造後、再加熱することなく直ちに熱間圧延する直接圧延を行ってもよい。また、薄鋳片の場合には、熱間圧延を省略して、そのまま以降の工程に進めてもよい。
熱間圧延後あるいは熱延板焼鈍後の鋼板は、その後、酸洗し、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延をして、所望の最終板厚の冷延板とする。
ここで、本発明の製造方法においては、上記一次再結晶焼鈍の加熱過程において、500〜700℃の温度範囲を平均昇温速度:80℃/sec以上で急速加熱することが必要である。この急速加熱によって、仕上焼鈍における二次再結晶を低温で起こさせることができるので、クリープ変形による側歪不良を大幅に低減することができる。好ましい平均昇温速度は、100℃/sec以上である。
なお、上記急速加熱は、上記実験のときのように、一次再結晶焼鈍の加熱過程において行ってもよいが、一次再結晶焼鈍に先立つ別の熱処理において行ってもよく、同様の効果が得られる。
また、一次再結晶焼鈍は、脱炭を兼ねて湿水素雰囲気下で行ってもよい。
ここで、上記焼鈍分離剤は、鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させる場合には、MgOを50mass%以上含有するものを用いるのが好ましい。一方、鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させない場合には、Al2O3やSiO2等を主成分とするものを用いるのが好ましい。
なお、一次再結晶焼鈍後の鋼板は、後述する仕上焼鈍で二次再結晶が開始するまでの間に、インヒビタ効果を強化する目的で、窒化処理を施してもよい。
ここで、本発明の製造方法においては、この仕上焼鈍の加熱過程の700〜1000℃の温度範囲において、2〜100時間保持する保定処理を施すことが必要である。この保定処理を施すことにより、仕上焼鈍時に発生する耳伸び不良やしわ状不良を大幅に低減することができる。
保定処理温度が700℃未満では、保定処理でコイル内温度分布を均一化しても、その後の昇温で再び温度分布が不均一となってしまうため、形状不良の低減効果が小さい。一方、保定処理温度が1000℃を超えると、その温度に加熱されるまでの間に、形状不良の原因となる焼鈍分離剤MgOの焼結ムラが発生したり、水和水分の排出が不十分なまま1000℃超えまで加熱されるため、やはり形状不良低減効果は小さくなる。好ましくは800〜950℃の温度範囲である。
また、保定処理する時間が、2時間未満ではコイル内温度分布を均一化するには不十分であり、一方、100時間を超えると、コイルに対する熱負荷が大きくなり過ぎて、クリープ変形が大きくなり、却って側歪の不良率が上昇してしまうからである。
また、仕上焼鈍では、コイルをコイル受台上に直に載置する場合と、コイルとコイル受台との間にステンレス製あるいは鋳鋼製の円盤状スペーサを挿入する場合とがある。前者の場合、断熱材はコイルとコイル受台との間に敷設するが、後者の場合、断熱材は、スペーサとコイルの間、あるいは、スペーサとコイル受台の間のいずれに敷設してもよい。
次いで、上記冷延板を、500〜700℃の間を昇温速度:100℃/secで700℃まで急速加熱後、冷却する熱処理を施した後、改めて、825℃の温度で、脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施した。なお、この一次再結晶焼鈍における500〜700℃間の昇温速度は30℃/secであった。また、比較として、上記冷延板を、急速加熱処理する熱処理を施すことなく、脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍のみを施す例についても実施した。
上記一次再結晶焼鈍を施した鋼板は、その後、鋼板表面にMgO:100質量部に対し、TiO2を5質量部添加した焼鈍分離剤をスラリ状にして塗布・乾燥した後、コイルに巻き取り、アップエンド状態にしてバッチ式焼鈍炉のコイル受台上面に載置した。この際、上記コイル受台上面には、コイル受台の半径に対して20%を被覆する断熱材を、外周側から同心円状に敷設した。なお、上記断熱材には、厚さが10mmのAl2O3−SiO2系セラミックファイバー製のものを用いた。
その後、表1に示したように、加熱過程の500〜1100℃間において1〜150時間保持する保定処理を施した後、さらに、1200℃まで加熱して10時間均熱保持する、二次再結晶焼鈍と純化焼鈍を兼ねた仕上焼鈍を施した後、張力コーティング処理液を塗布し、830℃の温度で張力コーティングの焼付けと形状矯正を兼ねた平坦化焼鈍を施し、製品コイルとした。
この際、製品コイルの形状を目視観察し、各製造条件ごとの形状不良率((不良長さ/コイル全長長さ)×100(%))を求めた。
Claims (4)
- C:0.15mass%以下、Si:2.0〜8.0mass%およびMn:0.005〜1.0mass%を含有し、Al:0.0100mass%以下、N:0.0050mass%以下、S:0.0050mass%以下およびSe:0.0050mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する冷間圧延後の方向性電磁鋼板用コイルを一次再結晶焼鈍し、MgOを50mass%以上含有する焼鈍分離剤を塗布し、仕上焼鈍して、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板を製造する方法において、
上記一次再結晶焼鈍の加熱過程における500〜700℃間を80℃/sec以上で急速加熱すると共に、上記仕上焼鈍に用いる焼鈍炉のコイル受台の上面に、外周側から同心円状にかつコイル受台の半径の20%以上に、断熱材を敷設し、
仕上焼鈍の加熱過程の700〜1000℃間で2〜100時間保持する保定処理を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 上記方向性電磁鋼板用コイルは、上記成分組成に加えてさらにNi:0.03〜1.50mass%を含有することを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記方向性電磁鋼板用コイルは、上記成分組成に加えてさらにSn:0.01〜1.50mass%、Sb:0.005〜1.50mass%、Cu:0.03〜3.0mass%、P:0.03〜0.50mass%、Mo:0.005〜0.10mass%およびCr:0.03〜1.50mass%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1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記急速加熱を、一次再結晶焼鈍の加熱過程に代えて、最終板厚とする冷間圧延後かつ一次再結晶焼鈍に先行する別の熱処理で施すことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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