JP6763179B2 - 一方向性電磁鋼板用熱延板およびその製造方法、ならびにその一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板は、下記化学成分を有する一方向性電磁鋼板用熱延板であって、板厚1/5層〜中心の中心領域における結晶粒の平均粒径に対する板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径の比が1.10以上であることを特徴とするものである。以下、本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板について詳細に説明する。
以下、本発明における化学成分の限定理由について詳細に説明する。以下において、各成分の含有量は質量%での値である。
Cを添加すると、形成されるオーステナイト相によって熱延時のMnSの核生成、成長を制御できるため有用な元素であるが、0.1%を超えて添加されると脱炭または純化を困難にする。Cが製品板に残存した場合、磁気特性が劣化する時効現象を惹起するため、含有量の上限を0.1%とする。
Siは、固有抵抗を高めて、鉄損を低減するのに有用な元素のため、2.5〜4.0%添加する。過剰に添加した場合、熱間圧延または冷間圧延が困難になるため、含有量の上限を4.0%とする。
Mnは、MnSを熱間圧延中に微細析出させるために必要な元素であるため、0.05〜0.1%添加する。含有量がこれより少ない場合、十分なMnSの体積率が得られず、組織制御ができなくなるため、含有量の下限を0.05%とする。また、過剰にMnを添加しても組織制御への改善効果が得られないため、含有量の上限を0.1%とする。
Sは、Mnと同様に、MnSを析出させるための必須元素であるため、0.01〜0.04%添加する。含有量がこれより少ない場合、十分なMnSの体積率が得られず、組織制御ができなくなるため、含有量の下限を0.01%とする。過剰に添加した場合、MnSが粗大化し易くなること、および赤熱脆化で熱延が困難になることから、含有量の上限を0.04%とする。
Alは、MnSを微細析出せしめる熱間圧延後の熱延板を焼鈍することで、微細MnSと地鉄との界面上に微細AlNを析出させるために必要な元素であり、一方向性電磁鋼板の磁束密度を向上させることを目的として、0.01〜0.05%添加する。含有量がこれより少ない場合、AlNの有効な析出量が得られず、仕上げ焼鈍時の組織制御に寄与できず、一方向性電磁鋼板の磁束密度が向上しないため、含有量の下限を0.01%とする。また、含有量がこれより大きい場合、AlNの成長が速くなり、また熱間圧延でAlNが単独で析出しやすくなることで、AlNが比較的粗大に析出し、二次再結晶において有効なピン止め力を発揮せず、Goss方位粒の優先成長に悪影響が及んで磁束密度が低下するため、含有量の上限を0.05%とする。
Nは、Alと同様に、熱延板を焼鈍して微細AlNを析出させるのに必要な元素であり、0.001〜0.030%添加する。含有量がこれより少ない場合、微細AlNの有効な析出量が得られず、仕上げ焼鈍時の組織制御に必要な粒界ピン止め力を発揮することができないから、含有量の下限を0.001%とする。また、含有量がこれより大きい場合、熱間圧延でAlNが単独析出しやすくなることで、AlNが比較的粗大に析出し、二次再結晶において有効なピン止め力を発揮せず、Goss方位粒の優先成長に悪影響が及んで磁束密度が低下するため、含有量の上限を0.030%とする。
Bi、Pb、As、およびTeは、偏析により粒界の移動速度を遅くさせるのに必要な元素であり、Bi、Pb、As、およびTeからなる群から選ばれる1種または2種以上を、合計で0.0002%以上0.02%以下添加する。
なお、Bi、Pb、As、およびTeは、Feの一部に代えて、添加されるものである。
Sb、Sn、およびPからなる群から選ばれる1種または2種以上を、合計で0.0004%以上0.5%以下添加することが好ましい。これらの元素の偏析により粒界の移動速度がさらに遅くなるため、上記鋳片の中心領域において表面近傍領域よりも結晶粒径はさらに顕著に小さくなる。この結果、一方向性電磁鋼板用熱延板において、板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径を、板厚1/5層〜中心の中心領域における全方位の結晶粒の平均粒径よりもさらに顕著に粗大化させておくことができる。また、上記表面近傍領域において、より効果的に上記中心領域よりもMnSを粗大かつ低密度にすることができる。これにより、二次再結晶時に鋼板表面近傍におけるインヒビター強度の低下が急速に起こったとしても、鋼板表面近傍におけるGoss方位粒の優先成長性をさらに顕著に維持させて、薄手の一方向性電磁鋼板における二次再結晶組織をさらに顕著に安定化させることができるからである。
なお、Sb、Sn、およびPは、Feの一部に代えて、添加されるものである。
残部はFeおよび不可避的不純物である。不可避的不純物のうち粒成長性に悪影響を及ぼすTi、V、Nb、Zrは極力低減することが望ましく、それぞれ0.008%以下とすることが好ましい。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板において、板厚1/5層〜中心の中心領域における結晶粒の平均粒径に対する板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径の比が1.10以上である。これにより、一次再結晶完了時点において、表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径を中心領域における全方位の結晶粒の平均粒径よりも顕著に粗大化させておくことができる。この結果、二次再結晶時に鋼板表面近傍におけるインヒビター強度の低下が急速に起こったとしても、鋼板表面近傍におけるGoss方位粒の優先成長性を顕著に維持させて、薄手の一方向性電磁鋼板における二次再結晶組織を顕著に安定化させることができる。
ここで、本発明において、「結晶粒の平均粒径」とは、観察された複数の結晶粒について、投影面積に対する同一面積の円の直径をそれぞれ求め、平均した値を意味する。
以下、MnSの析出物について詳細に説明する。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板において、板厚1/5層〜中心の中心領域におけるMnSの平均粒径に対する板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるMnSの平均粒径の比は1.10以上であり、上記表面近傍領域におけるMnSの平均粒径が300nm以下であることが好ましい。上記MnSの平均粒径の比を1.10以上とするのは、MnSが表面近傍領域よりも中心領域において微細かつ高密度になることによって、表面近傍領域において一次再結晶組織をGoss方位粒の優先成長にさらに顕著に有利な組織にし、仕上げ焼鈍時に中心領域の一次再結晶粒の成長をさらに顕著に抑制することができるので、鋼板表面近傍におけるGoss方位粒の優先成長性をさらに顕著に維持させて、薄手の一方向性電磁鋼板における二次再結晶組織をさらに顕著に安定化させることができるからである。一方、上記表面近傍領域におけるMnSの平均粒径を300nm以下とするのは、上記表面近傍領域において、MnSが過度に粗大かつ低密度になると、二次再結晶が不安定となるからである。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板において、板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるMnSの分布密度に対する板厚1/5層〜中心の中心領域におけるMnSの分布密度の比は1.10以上であり、上記表面近傍領域における平均粒径が1μm以上のMnSの分布密度が20個/mm2以下であることが好ましい。上記MnSの分布密度の比を1.10以上とするのは、MnSが表面近傍領域よりも中心領域において微細かつ高密度になることによって、表面近傍領域において一次再結晶組織をGoss方位粒の優先成長にさらに顕著に有利な組織にし、仕上げ焼鈍時に中心領域の一次再結晶粒の成長をさらに顕著に抑制することができるので、鋼板表面近傍におけるGoss方位粒の優先成長性をさらに顕著に維持させて、薄手の一方向性電磁鋼板における二次再結晶組織をさらに顕著に安定化させることができるからである。一方、上記表面近傍領域における平均粒径が1μm以上のMnSの分布密度を20個/mm2以下とするのは、上記表面近傍領域において、MnSが過度に粗大かつ低密度になると、二次再結晶が不安定となるからである。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板は、薄手の一方向性電磁鋼板を製造する時に均一な二次再結晶を発現させるようなインヒビター制御を行って得られることを前提としている。そのため熱延板の板厚は2.3mm以下の範囲内、好ましくは2.1mm以下の範囲内、より好ましくは2.0mm以下の範囲内とし、その後の冷間圧延工程では85%以上、92%以下の圧下率で冷間圧延を施し最終板厚とするのが好ましい。一方、冷間圧延後の板厚が極度に薄くなり、本発明による改善が見られないため、熱延板の板厚は1.5mm以上の範囲内とするのが好ましい。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板は、後述の「B.一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法」に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法により製造することが好適である。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法は、上述の化学成分を有する鋳片に熱間圧延を施す熱間圧延工程を有する。以下、本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法について説明する。
熱間圧延工程においては、上述の化学成分を有する鋳片に熱間圧延を施す。また、上記熱間圧延工程においては、表面温度Ts:1100〜1200℃および板厚中心温度Tc:1000〜1100℃がTs−Tc≧80℃の関係を満たす状態で鋼板に施される圧延の真歪みを、上記熱間圧延全体の真歪みの40%以上とする。これにより、一方向性電磁鋼板用熱延板において、板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径を、板厚1/5層〜中心の中心領域における全方位の結晶粒の平均粒径よりも粗大化させておくことができる。また、上記表面近傍領域において、上記中心領域よりもMnSを粗大かつ低密度にすることができる。
ここで、上記熱間圧延全体の真歪みは50%以上であることが好ましい。これにより、MnSの析出が促進され、上記の効果がさらに顕著に高まるからである。
本発明の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法によって製造される一方向性電磁鋼板用熱延板としては、特に限定されるものではないが、上述の「A.一方向性電磁鋼板用熱延板」に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板が好ましい。より均一な二次再結晶を発現させることによってより磁気特性を優れたものとした薄手の一方向性電磁鋼板を製造するために用いることができるからである。
本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法は、上述の「B.一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法」に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法を行って一方向性電磁鋼板用熱延板を製造する熱延板製造工程と、上記一方向性電磁鋼板用熱延板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、上記熱延板焼鈍後の鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程と、上記冷間圧延後の鋼板に脱炭焼鈍を施す脱炭焼鈍工程と、上記脱炭焼鈍後の鋼板に仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程とを有することを特徴とするものである。
以下、本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法における各工程について説明する。
上記熱延板製造工程においては、上述の「B.一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法」に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法を行って一方向性電磁鋼板用熱延板を製造する。
上記熱延板焼鈍工程においては、上記一方向性電磁鋼板用熱延板に熱延板焼鈍を施す。
上記熱延板焼鈍工程においては、上記仕上げ熱延後の鋼板をコイル状に巻き取り、自己保有熱にて上記の温度域に保持してもよいし、冷却後の熱延板に焼鈍を施して上記の温度域に保持してもよい。
上記冷間圧延工程においては、上記熱延板焼鈍後の鋼板に冷間圧延を施す。
上記脱炭焼鈍工程においては、上記冷間圧延後の鋼板に脱炭焼鈍を施す。
上記仕上げ焼鈍工程においては、上記脱炭焼鈍後の鋼板に仕上げ焼鈍を施す。これにより、上記脱炭焼鈍後の鋼板において二次再結晶を起こして一方向性電磁鋼板を得る。
本発明の一方向性電磁鋼板の製造方法は、一般的に一方向性電磁鋼板の製造方法において行われる工程をさらに有するものでもよい。上述以外の代表的な工程としては、溶解、鋳造、熱延巻取り、酸洗、窒化焼鈍、焼鈍分離剤塗布、純化焼鈍、絶縁皮膜塗布が挙げられる。これらの工程は、一つの製造装置における1回の通板で複数の工程を行ってもよい。また、これらの工程は、一定の工程を複数回繰り返すことや、順番を入れ替えて行ってもよい。
下記表1に示す化学成分を有する鋼番号1〜15および鋼番号19〜40の鋳片を雰囲気温度が1320℃の加熱炉に装入して30分間保持することにより、表面温度にして下記表2−1に示す鋳片加熱温度Ts0に加熱した後に、加熱炉から抽出した鋳片に下記表2−1に示す条件で粗圧延および仕上げ圧延を施した。また、下記表1に示す化学成分を有する鋼番号16〜18の鋳片を表面温度にして850℃に冷却した後に、雰囲気温度が1320℃の加熱炉に装入して30分間保持することにより、表面温度にして下記表2−1に示す鋳片加熱温度Ts0に加熱した後に、加熱炉から抽出した鋳片に下記表2−1に示す条件で粗圧延および仕上げ圧延を施した。
なお、Tss、Tcs、およびtsが、Ts1、Tc1、およびt1となっている鋼番号での熱間圧延においては、上記粗圧延における最初の圧延パスが、上記粗圧延および仕上げ圧延において、上記関係を満たす状態で鋼板に連続して行われる複数の圧延パスにおける最初の圧延パスに該当する。
また、鋼番号22の熱延板は、本発明のBi、Pb、As、およびTeからなる群から選ばれる1種または2種以上の合計添加量が、本発明の範囲を下回ったため、結晶粒の平均粒径の比Dsg/Diが本発明の範囲を下回った上、表面近傍領域における平均粒径が1μm以上のMnSの分布密度ρ1μmが本発明の好ましい範囲を上回った。
また、鋼番号23、24、25、26および27の熱延板は、本発明のBi、Pb、As、およびTeからなる群から選ばれる1種または2種以上の合計添加量が、本発明の範囲を上回ったため、熱延中に割れた。
下記表3に示す化学組成を有する鋼番号41〜58の鋳片を雰囲気温度が1320℃の加熱炉に装入して30分間保持することにより、表面温度にして下記表4−1に示す鋳片加熱温度Ts0に加熱した後に、加熱炉から抽出した鋳片に下記表4−1に示す条件で粗圧延および仕上げ圧延を施した。
実施例1および2で製造された熱延板のうちの一部に対して、下記表5に示す捲取温度CT[℃]でコイルに巻き取った後、下記表5に示す条件で熱延板焼鈍を施した。具体的には、鋼番号1、3、16、18、41、42、44、19、22、30、32、37、38、39、40、50、および56の熱延板については、550℃の捲取温度CTで巻き取ったコイルを1150℃まで昇温後、900℃に80sec保持する熱延板焼鈍を施した。また、鋼番号47、48、および50の熱延板については、950℃の捲取温度CTで巻き取ったコイルを捲取温度CTに80sec保持する熱延板焼鈍を施した。これらの熱延板焼鈍後、下記表5に示すように、それぞれの熱延焼鈍板に対して冷間圧延を施すことによって、冷延板板厚tfffが0.23mmの冷延板を得た。上記冷間圧延後、上記冷延板に対して下記表5に示す条件で脱炭焼鈍を施した。具体的には、鋼番号44以外の熱延板については、835℃で120sec保持する脱炭焼鈍を施し、脱炭焼鈍のために835℃まで昇温する時に、300℃から750℃まで昇温する昇温過程において昇温速度を10℃/secとした。また、鋼番号44の熱延板については、835℃で120sec保持する脱炭焼鈍を施し、脱炭焼鈍のために835℃まで昇温する時に、300℃から750℃まで昇温する昇温過程において昇温速度を200℃/secとした。脱炭焼鈍を行った後、1200℃まで昇温して、1200℃で保持する仕上げ焼鈍を行った。これにより、一方向性電磁鋼板を製造した。
Claims (10)
- 質量%で、C:0.1%以下、Si:2.5〜4.0%、Mn:0.05〜0.10%、S:0.010〜0.040%、Al:0.010〜0.050%、およびN:0.0010〜0.0300%、ならびにBi、Pb、As、およびTeからなる群から選ばれる1種または2種以上:合計で0.0002%以上0.0200%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板用熱延板であって、
板厚1/5層〜中心の中心領域における結晶粒の平均粒径に対する板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるGoss方位粒の平均粒径の比が1.10以上であり、
板厚1/5層〜中心の中心領域におけるMnSの平均粒径に対する板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるMnSの平均粒径の比が1.10以上であり、前記表面近傍領域におけるMnSの平均粒径が300nm以下であり、
板厚1/10〜1/5層の表面近傍領域におけるMnSの分布密度に対する板厚1/5層〜中心の中心領域におけるMnSの分布密度の比が1.10以上であり、前記表面近傍領域における平均粒径が1μm以上のMnSの分布密度が20個/mm 2 以下であることを特徴とする一方向性電磁鋼板用熱延板。 - 前記Feの一部に代えて、質量%で、Sb、Sn、およびPからなる群から選ばれる1種または2種以上:合計で0.0004%以上0.5%以下を含有することを特徴とする請求項1に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板。
- 請求項1または請求項2に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板を製造する方法であって、
質量%で、C:0.1%以下、Si:2.5〜4.0%、Mn:0.05〜0.10%、S:0.010〜0.040%、Al:0.010〜0.050%、およびN:0.0010〜0.03000%、ならびにBi、Pb、As、およびTeからなる群から選ばれる1種または2種以上:合計で0.0002%以上0.0200%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋳片に熱間圧延を施す熱間圧延工程において、表面温度Ts:1100〜1200℃および板厚中心温度Tc:1000〜1100℃がTs−Tc≧80℃の関係を満たす状態で鋼板に施される圧延の真歪みを、前記熱間圧延全体の真歪みの40%以上とすることを特徴とする一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法。 - 前記熱間圧延工程において、表面温度にして900℃以下まで冷却した前記鋳片を、雰囲気温度が1200℃以上の加熱炉に装入して、装入後1時間以内に前記加熱炉から抽出した前記鋳片に前記熱間圧延を施すことを特徴とする請求項3に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法。
- 前記熱間圧延工程において、圧延後の鋼板を表面温度Tsにして1100℃以上から600〜750℃以下まで2℃/s以上の平均冷却速度で冷却して600〜750℃の温度域に0s〜300s保持した後に、前記圧延後の鋼板を表面温度Tsにして1100℃以上1150℃以下の温度まで加熱した後さらに圧延を施すことを特徴とする請求項3または請求項4に記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法。
- 前記熱間圧延工程において、前記鋳片を表面温度にして1250〜1400℃に加熱した後に、前記加熱後の鋳片に前記熱間圧延を施すことを特徴とする請求項3から請求項5までのいずれかに記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法。
- 前記鋳片が、前記Feの一部に代えて、質量%で、Sb、Sn、およびPからなる群から選ばれる1種または2種以上:合計で0.0004%以上0.5%以下をさらに含有することを特徴とする請求項3から請求項6までのいずれかに記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法。
- 請求項3から請求項7までのいずれかに記載の一方向性電磁鋼板用熱延板の製造方法を行って一方向性電磁鋼板用熱延板を製造する熱延板製造工程と、
前記一方向性電磁鋼板用熱延板に熱延板焼鈍を施す熱延板焼鈍工程と、
前記熱延板焼鈍後の鋼板に冷間圧延を施す冷間圧延工程と、
前記冷間圧延後の鋼板に脱炭焼鈍を施す脱炭焼鈍工程と、
前記脱炭焼鈍後の鋼板に仕上げ焼鈍を施す仕上げ焼鈍工程と
を有することを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記熱延板焼鈍工程において、前記一方向性電磁鋼板用熱延板を900〜1050℃の温度域に60s以上保持する熱延板焼純を施すことを特徴とする請求項8に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記脱炭焼鈍工程において、前記冷間圧延後の鋼板を、350℃以下の温度から700℃以上850℃以下の温度まで昇温する昇温過程において100℃/s以上の昇温速度で加熱した後に、前記冷間圧延後の鋼板に前記脱炭焼鈍を施すことを特徴とする請求項8または請求項9に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
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