JP6503464B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Description

無方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
無方向性電磁鋼板は、モータ、発電機などの回転機器と小型変圧器などの電気機器で鉄心用材料として用いられ、電気機器のエネルギー効率を決定するのに重要な役割を果たす。このような電磁鋼板の特性には、代表的に鉄損と磁束密度が挙げられるが、鉄損は低いほど、磁束密度は高いほど良い。鉄損は、磁化中、素材で発生する熱などで無くなるエネルギーを示し、鉄損が低いほど熱で損失するエネルギーを低減できるので重要である。また、磁束密度は、単位大きさの磁場の強度下で磁化する程度を示す値で、高いほど同じエネルギーでより大きい磁化を誘導できるため、この値が大きいほど、同じ体積の電磁鋼板でより大きなエネルギーを伝達することができる。
このうち、磁束密度は、単位体積における磁化力として評価するため、単位体積の鋼板中の磁化が生じやすい元素、つまり、鉄原子の比率が非常に重要である。一般に、無方向性電磁鋼板で主に活用される元素であるSi、Al、Mnの場合、非磁性原子であるため、これらの合金量が多くなるにつれ、大きい磁場下で鋼板が最大に磁化して有し得る飽和磁束密度の値は低くなり、単位磁場の強度下で磁束密度の値であるB50も低くなる。しかし、鋼板に誘導される渦流損を減少させるために鋼板の比抵抗を増加させなければならないため、非磁性合金元素であるSi、Al、Mnなどの合金量は不可避に添加されなければならず、これによる磁束密度の低下を克服するためには、集合組織を制御する研究が必要である。
本発明の一実施形態は、無方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
本発明の他の実施形態は、無方向性電磁鋼板を提供する。
本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法は、スラブを加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造する段階と、前記熱延板を熱延板焼鈍する段階と、前記熱延板焼鈍が完了した鋼板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、前記冷延板を冷延板焼鈍する段階とを含むが、前記冷延板焼鈍する段階における冷延板焼鈍温度と、前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度との差は、100℃以下である。
前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度は、前記熱間圧延して熱延板を製造する段階における熱間仕上げ圧延時の温度より150℃以上高い温度で実施するものであってもよい。
前記熱延板焼鈍する段階における熱間仕上げ圧延時の温度以上での熱延板焼鈍時間は、2分間以下であってもよい。
前記冷延板焼鈍する段階における冷延板焼鈍時間は、5秒間以上であってもよい。
前記熱延板焼鈍が完了した鋼板の結晶粒の粒径は、80μm以上であってもよい。
前記スラブは、重量%で、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、およびS:0.0008%〜0.015%を含み、残部はFeおよび不純物を含むことができる。
前記スラブは、Sb:0.005%〜0.15%をさらに含み、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であってもよい。
前記スラブは、重量%で、Si:1.5%〜4.0%、Mn:0.02%〜3.0%、C:0.005%以下(0%を含まない)、N:0.005%以下(0%を含まない)、およびTi:0.003%以下(0%を含まない)をさらに含んでもよい。
本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の全体組成100重量%を基準として、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、およびS:0.0008%〜0.015%を含み、残部はFeおよび不純物を含む。
前記無方向性電磁鋼板は、Sb:0.005%〜0.15%をさらに含み、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上である。
前記無方向性電磁鋼板の集合組織は、オイラー方位として(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、オイラー方位として(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上であってもよい。
本発明の一実施形態によれば、磁束密度が高い無方向性電磁鋼板を提供することができる。
図1は、{(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率}/{(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率}とB値との関係を示すグラフである。 図2は、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値とB値との関係を示すグラフである。 図3は、冷延板焼鈍温度とB値との関係を示すグラフである。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施形態を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、単に本実施形態は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指し示す。
したがって、いくつかの実施形態において、よく知られた技術は、本発明が曖昧に解釈されるのを避けるために具体的に説明されない。別の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語(技術および科学的用語を含む)は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に共通して理解できる意味で使用されるはずである。明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。また、単数形は、文章で特に言及しない限り、複数形も含む。
特に言及しない限り、%は重量%を意味する。
本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。まず、スラブを提供する。
前記スラブは、スラブの全体組成100重量%を基準として、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、およびS:0.0008%〜0.015%を含み、残部はFeおよび不純物を含むことができる。
前記スラブは、Sb:0.005%〜0.15%をさらに含み、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であってもよい。ここで、[Al]、[Sn]、[Sb]、[P]、および[S]はそれぞれ、Al、Sn、Sb、P、およびSの重量パーセント(%)を意味する。
また、前記スラブは、スラブの全体組成100重量%を基準として、Si:1.5%〜4.0%、Mn:0.02%〜3.0%、C:0.005%以下(0%を含まない)、N:0.005%以下(0%を含まない)、およびTi:0.003%以下(0%を含まない)をさらに含んでもよい。
成分限定の理由について説明する。
Alは、0.0005%以上添加されると、鋼板の比抵抗を高めて鉄損を減少させることができる。しかし、0.02%超過時、磁束密度を低下させることがある。
Snは、0.005%以上添加されると、焼鈍時、結晶粒界に偏析して{111}集合組織の形成を抑制することができるが、0.15%を超えて添加されると、熱間および冷間圧延工程で表面欠陥をはじめとする圧延性の低下をもたらすことがある。
Sbは、0.005%以上添加されると、焼鈍時、結晶粒界に偏析して{111}集合組織の形成を抑制することができるが、0.15%を超えて添加されると、熱間および冷間圧延工程で表面欠陥をはじめとする圧延性の低下をもたらすことがある。
Pは、0.001%以上添加されると、比抵抗を増加させて鉄損を低くし、結晶粒界に偏析して磁性に有害な{111}集合組織の形成を抑制し、有利な集合組織である{100}を形成するが、0.15%を超えて添加されると、冷間圧延性を低下させることがある。
Sは、0.0008%以上添加されると、表面に偏析して{100}面の表面エネルギーを低くして{100}面が強い集合組織を発達させることができる。しかし、0.015%を超えて添加される場合は、結晶粒界の偏析によって加工性が低下することがある。
また、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であってもよい。より具体的には40以上240以下であってもよい。([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40〜240の場合、磁束密度に優れている。([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40未満の場合、鋼板の磁束密度が低下する。これについては実施例で後述する。
Siは、1.5%以上添加され、渦流損失を低下させることができるが、4.0%を超える場合、脆性が増加して圧延性が低下することがある。
Mnは、0.02%以上添加され、比抵抗を増加させて鉄損を低下させることができる。しかし、3.0%超過時、飽和磁束密度が減少することがある。
Cは、0.005%超過時、オーステナイト領域を拡大し、相変態が生じる温度区間を増加させ、最終焼鈍時、フェライトの結晶粒成長を抑制して鉄損を増加させることがある。
Nは、0.005%超過時、窒化物を形成して結晶粒成長を抑制し、磁性を低下させることがある。
Tiは、0.003%超過時、微細な炭化物と窒化物を形成して結晶粒成長を抑制し、集合組織を劣化させることがある。
また、前記スラブは、A温度以上に加熱した時、オーステナイト相変態が生じない成分系を有するスラブであってもよい。
前記スラブを加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造する。
スラブの加熱温度は、1250℃以下であってもよい。1250℃超過時、スラブ中の析出物が固溶した後、熱間圧延時に微細に析出し得る。
熱間圧延時、1回以上の圧延パスを経て熱間圧延を行うことができる。
また、最後の圧延パス(熱間仕上げ圧延)は、920℃以下の温度で実施することができる。より具体的には800℃〜920℃であってもよい。920℃以下の温度で仕上げ圧延された熱延板を、後の熱間仕上げ圧延温度より150℃以上高い温度で熱延板焼鈍を2分間以内で実施すると、鋼板の中心部と表面部の全領域で均一な結晶粒の大きさを有する熱延焼鈍板を得ることができる。したがって、(30,0,45)方位の分率が、(10,0,45)方位の分率より1.5倍以上高い集合組織を得て、磁束密度が向上できる。
以降、熱延板を熱延板焼鈍する。熱延板焼鈍温度は、熱間仕上げ圧延時の温度より150℃以上高い温度であってもよい。また、熱延板焼鈍温度は、900℃〜1200℃の範囲であってもよい。ここで、熱延板焼鈍温度は、熱延板焼鈍時、熱延板の最高温度を意味する。また、熱延板焼鈍時、熱間仕上げ圧延時の温度から熱延板焼鈍温度までの焼鈍時間は、2分間以下であってもよい。
熱間仕上げ圧延温度より150℃以上高い温度で熱延板焼鈍を2分間以内で実施すると、鋼板の中心部と表面部の全領域で均一な結晶粒の大きさを有する熱延焼鈍板を得ることができる。したがって、(30,0,45)方位の分率が、(10,0,45)方位の分率より1.5倍以上高い集合組織を得て、磁束密度が向上できる。これについては実施例で後述する。
また、前記熱延板焼鈍が完了した鋼板の表面部および厚さ方向の中心部の全領域における結晶粒の粒径は、80μm以上であってもよい。80μm未満の場合、結晶粒が十分に成長せず、電磁鋼板の磁性が低下することがある。
さらに、前記熱延板焼鈍が完了した鋼板の表面部および厚さ方向の中心部の全領域における結晶粒の粒径は、80μm以上および700μm以下であってもよい。鋼板の表面部および厚さ方向の中心部の全領域における80μm以上および700μm以下の均一な結晶粒の大きさを有し、電磁鋼板の磁性が向上できる。
熱延板焼鈍が完了した熱延焼鈍板は、以降、冷間圧延して冷延板を製造する。前記冷間圧延時の圧下率は、50%〜95%であってもよい。
以降、前記冷延板を冷延板焼鈍する。冷延板焼鈍温度は、熱延板焼鈍温度より100℃以下と低い温度領域で実施することができる。また、冷延板焼鈍時間は、5秒間以上であってもよい。
冷延板焼鈍温度と熱延板焼鈍温度が100℃超過と差が生じると、冷延板焼鈍時間を5秒間以上維持しても、(30,0,45)方位の分率が、(10,0,45)方位の分率より1.5倍以上の集合組織を得ることができない。これについては実施例で後述する。
以下、本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板について説明する。本発明の一実施形態に係る無方向性電磁鋼板は、電磁鋼板の全体組成100重量%を基準として、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、およびS:0.0008%〜0.015%を含むことができる。
前記無方向性電磁鋼板は、Sb:0.005%〜0.15%をさらに含み、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であってもよい。ここで、[Al]、[Sn]、[Sb]、[P]、および[S]はそれぞれ、Al、Sn、Sb、P、およびSの重量パーセント(%)を意味する。無方向性電磁鋼板における成分限定の理由は、スラブにおける成分限定の理由で説明したので、それ以上の詳細な説明は省略する。
前記無方向性電磁鋼板の集合組織は、オイラー方位として(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、オイラー方位として(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上であってもよい。(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上を満足することによって、磁束密度が向上できる。
図1は、{(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率}/{(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率}とB値との関係を示すグラフである。
鋼板の密度を考慮して磁束密度の値を評価するために、下記のように鋼板の密度を考慮した磁束密度(B)の値に応じて鋼板の磁束密度を評価した。
=7.87/(7.87−0.065*[Si]−0.1105*[Al])*B50
ここで、[Si]は、Siの添加量(重量%)、[Al]は、Alの添加量(重量%)である。
50は、5,000A/mで誘起した時、鋼板に誘導される磁束密度の値である。
通常の磁束密度値ではない密度を考慮した理由は、鋼中のSiおよびAlの添加量が増加するにつれ、鋼中の鉄原子分率が減少し、これによって、飽和磁束が減少することを考慮してはじめて、集合組織による磁束密度の向上を評価できるからである。
図1を参照すれば、オイラー方位として(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、オイラー方位として(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上の時の密度を考慮した鋼板の磁束密度が優れていることが分かる。
以下、実施例を通じて詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
[実施例1]
重量%で、Si:3.0%、Mn:0.4%、C:0.002%、N:0.003%、およびTi:0.001%を含み、Sn、Sb、P、S、およびAlは、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、Sb:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、およびS:0.0008%〜0.015%の範囲を有するようにするが、Sn、Sb、P、S、およびAlの含有量を調節して、図2のX軸のような([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値を有するスラブを製造した。
前記スラブを1150℃に加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造した。熱間圧延時、熱間仕上げ圧延は900℃で実施した。以降、1100℃で熱延板焼鈍し、冷間圧延して、1050℃で5秒間冷延板焼鈍を実施した。熱間仕上げ圧延時の温度から熱延板焼鈍温度までの焼鈍時間は、2分間であった。
図2を参照すれば、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上の時、磁束密度に優れていることが分かる。
[実施例2]
重量%で、Si:3.0%、Mn:0.4%、C:0.002%、N:0.003%、Ti:0.001%、Al:0.004%、Sn:0.03%、Sb:0.03%、P:0.05%、およびS:0.005%を含み、残部はFeおよび不純物であるスラブを製造した。前記スラブを1150℃に加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造した。熱間圧延時、熱間仕上げ圧延は900℃で実施した。以降、1100℃で熱延板焼鈍し、冷間圧延して冷延板を製造した。熱間仕上げ圧延時の温度から熱延板焼鈍温度までの焼鈍時間は、2分間であった。前記冷延板は、図3に示された温度で5秒間冷延板焼鈍した。
図3を参照すれば、冷延板焼鈍温度と熱延板焼鈍温度との差が100℃以下の時、磁束密度に優れていることが分かる。
以上、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施可能であることを理解するであろう。
そのため、以上に述べた実施例は、あらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出されるあらゆる変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

Claims (7)

  1. 重量%で、Si:1.5%〜4.0%、Mn:0.02%〜3.0%、C:0.005%以下(0%を含まない)、N:0.005%以下(0%を含まない)、Ti:0.003%以下(0%を含まない)、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、S:0.0008%〜0.015%、およびSb:0.005%〜0.15%を含み、残部はFeおよび不純物であり、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であるスラブを加熱した後、熱間圧延して熱延板を製造する段階と、
    前記熱延板を熱延板焼鈍する段階と、
    前記熱延板焼鈍が完了した鋼板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、
    前記冷延板を冷延板焼鈍する段階とを含み、
    前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度が前記冷延板焼鈍する段階における冷延板焼鈍温度よりも高く、前記冷延板焼鈍する段階における冷延板焼鈍温度と、前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度との差は、100℃以下であり、
    前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度は900℃〜1200℃であり、
    得られる電磁鋼板の集合組織は、オイラー方位として(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、オイラー方位として(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上であり、
    得られる電磁鋼板のB 値が1.79(T)以上である、無方向性電磁鋼板の製造方法。
    (ここで、[Al]、[Sn]、[Sb]、[P]、および[S]はそれぞれ、Al、Sn、Sb、P、およびSの重量パーセント(%)を意味し、
    =7.87/(7.87−0.065*[Si]−0.1105*[Al])*B 50 であり、[Si]は、Siの添加量(重量%)であり、[Al]は、Alの添加量(重量%)であり、B 50 は、5,000A/mで誘起したとき、鋼板に誘導される磁束密度の値である。
  2. 前記熱延板焼鈍する段階における熱延板焼鈍温度は、前記熱間圧延して熱延板を製造する段階における熱間仕上げ圧延時の温度より150℃以上高い温度で実施する、請求項1に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  3. 前記熱延板焼鈍する段階における熱間仕上げ圧延時の温度から熱延板焼鈍温度までの焼鈍時間は、2分間以下である、請求項2に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 前記冷延板焼鈍する段階における冷延板焼鈍時間は、5秒間以上である、請求項3に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  5. 前記熱間仕上げ圧延時の温度は、920℃以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  6. 前記熱延板焼鈍が完了した鋼板の結晶粒の粒径は、80μm以上である、請求項5に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  7. 重量%で、Si:1.5%〜4.0%、Mn:0.02%〜3.0%、C:0.005%以下(0%を含まない)、N:0.005%以下(0%を含まない)、Ti:0.003%以下(0%を含まない)、Al:0.0005%〜0.02%、Sn:0.005%〜0.15%、P:0.001%〜0.15%、S:0.0008%〜0.015%、およびSb:0.005%〜0.15%を含み、残部はFeおよび不純物であり、([Sn]+[Sb]+[P]+20*[S])/[Al]の値が40以上であり、
    集合組織は、オイラー方位として(30,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率が、オイラー方位として(10,0,45)の方位を有する結晶粒の体積分率の1.5倍以上であり、
    電磁鋼板のB 値が1.79(T)以上である、無方向性電磁鋼板。
    (ここで、[Al]、[Sn]、[Sb]、[P]、および[S]はそれぞれ、Al、Sn、Sb、P、およびSの重量パーセント(%)を意味すし、
    =7.87/(7.87−0.065*[Si]−0.1105*[Al])*B 50 であり、[Si]は、Siの添加量(重量%)であり、[Al]は、Alの添加量(重量%)であり、B 50 は、5,000A/mで誘起したとき、鋼板に誘導される磁束密度の値である。
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