JP7174053B2 - 二方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[数1]
[Mn]/[S]≧60
(数1中、[Mn]および[S]は、それぞれ、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
Mo:0.01重量%以下、Bi:0.01重量%以下、Pb:0.01重量%以下、Mg:0.01重量%以下、As:0.01重量%以下、Be:0.01重量%以下、およびSr:0.01重量%以下のうちの1種以上をさらに含むことができる。
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数3]
Bh=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B25
(数3中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B25は2500A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数1]
[Mn]/[S]≧60
(数1中、[Mn]および[S]は、それぞれ、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
スラブは、下記数4を満たすことができる。
[数4]
[C]/[Si]≧0.0067
(数4中、[C]および[Si]は、それぞれ、スラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。)
[数5]
-200≦T1-T2≦30
前記1次再結晶焼鈍する段階で、窒化量が0.01~0.023重量%であってもよい。
特に、風力発電機など回転速度が遅い発電機に有用に使用することができる。
Si:2.0~6.0重量%
シリコン(Si)は、熱間圧延ではオーステナイトを形成する元素であり、スラブ加熱温度付近と熱延板焼鈍温度付近で10%内外のオーステナイト分率を有するようにするために添加量を制限する必要がある。また2次再結晶焼鈍ではフェライト単相であってこそ焼鈍時に2次再結晶微細組織の形成が円滑に起こり得るため、フェライト単相になる成分に制限する必要がある。純鉄では2.0重量%以上添加時にフェライト単相が形成され、そこで、Cの添加を通じてオーステナイト分率を調節することができるため、Si含有量の下限を2.0重量%に限定することができる。また6重量%超過時、冷間圧延が不可能であるため、これを制限する。より具体的にSiは2.2~3.1重量%含まれてもよい。より具体的に、磁束密度が高い鋼板を得るためにはSiは2.4~2.9重量%含まれてもよい。
アルミニウム(Al)は、AlNを形成して2次再結晶のインヒビタとして使用される。本発明の一実施例では通常の方向性電磁鋼板の窒化工程以外のインヒビタ使用時にもCube集合組織を得ることができるため、Alの添加量は通常の方向性電磁鋼板より広い範囲に制御されてもよい。ただし、0.0005重量%未満添加時には鋼中の酸化物が大きく増加して磁性を劣位になるようにし、また2次再結晶温度を変化させてCube方位の形成を妨害するため、その下限を0.0005重量%とする。0.04重量%を超えれば2次再結晶温度が大きく増加して工業的生産が難しい。より具体的にAlは0.001~0.003重量%含まれてもよい。
硫黄(S)は、鋼中CuやMnと結合してMnSを微細に形成し、微細に形成された析出物は2次再結晶を助けるため、その添加量を0.0001~0.003重量%とすることができる。過量で添加時にはSの偏析により表面欠陥および2次再結晶時の集合組織の制御がなさらないため、0.003重量%に制限する。
マンガン(Mn)は、不可避に溶鋼に存在するものであるが、少量が入れば析出物として使用され得、FeSの形成後にMnSに変化する元素で鋼中添加することができる。ただし、1.0%超えて添加時には高温焼鈍中Mnによる表面欠陥が問題になるため、その限界を1.0%とする。0.02重量%未満含まれれば、磁性が劣位になるため、その下限を0.02重量%とする。より具体的にMnは0.05~0.5重量%含まれてもよい。
Mn/Sは、熱間圧延時の熱延脆性を防止するために使用される数値で、方向性電磁鋼板では10~20が適当であると知られている。本発明ではSによるGoss成長を抑制するために十分に高いMn/S重量比を維持することが必要である。Mn/S重量比を制御することによってMnとSの結合により形成される析出物の形成温度と大きさ、分布を制御することができ、Mn/S重量比を調節して2次再結晶時にCube集合組織の強化および圧延方向と圧延垂直方向の磁束密度向上を誘導することができる。したがって、Mn/S重量比を60以上に制御することができる。より具体的にMn/S重量比を130~1000に制御することができる。
窒素(N)は、AlNを形成する元素でAlNをインヒビタとして用いるため、適切な含有量を確保する必要がある。Nを過度に少なく含む時、冷間圧延時に組織不均一変形度を十分に増加させて1次再結晶時にCubeの成長を促進し、Gossの成長を抑制できなくなる。Nを過量で含む時、熱延後の工程で窒素拡散によるブリスター(blister)のような表面欠陥を誘発するようになるだけでなく、スラブ状態で過剰の硝酸塩が形成され、圧延が容易でないため、製造単価が上昇する原因になる。より具体的にNは0.001~0.003重量%含むことができる。
炭素(C)は、2次再結晶焼鈍後にも多量含まれれば、磁気時効を起こして鉄損が大きく増加するため、上限は0.01重量%とする。より具体的には0.005重量%以下に調節する。より具体的にCを0.0001~0.005重量%含むことができる。
チタニウム(Ti)は、TiSiCNなどの複合析出物を形成したり酸化物を形成する元素として、0.01重量%以下添加することが好ましい。また高温で安定した析出物と酸化物は2次再結晶に妨害となるため、その添加量を0.01重量%以下にする必要がある。ただし、完全に除去することは通常の製鋼工程では極めて難しい。より具体的にTiを0.005重量%以下含むことができる。
リン(P)は、鋼の比抵抗を向上させ、2次再結晶時にCubeの分率を向上させる役割を果たし、冷間圧延時に不均一変形量も増加させるため、少なくとも0.005重量%以上は添加することが好ましい。ただし、0.10重量%超えて添加時に冷間圧延性が極めて脆弱になるため、その添加量を制限する。より具体的にPが0.01~0.08重量%含まれてもよい。
Sb:0.001~0.1重量%およびSn:0.001~0.1重量%のうちの1種以上をさらに含むことができる。
錫(Sn)とアンチモン(Sb)は、1次再結晶集合組織制御のために添加することが可能な元素である。また0.001重量%以上添加すれば酸化層の形成厚さを変化させて圧延垂直方向と圧延方向の磁性差を減らす元素であるが、0.1重量%超えて添加時には冷間圧延時にロールでのスリップが大きく増加するため、これを制限する。
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
電磁鋼板を750℃~880℃の温度で1~2時間焼鈍後に測定されたBr値が1.65T以上であってもよい。
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数3]
Bh=7.87/(7.87-0.0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B25
(数3中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B25は2500A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数1]
[Mn]/[S]≧60
(数1中、[Mn]および[S]は、それぞれ、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
まず、スラブを製造する。スラブ内の各組成の添加比率を限定した理由は、前述した二方向性電磁鋼板の組成限定の理由と同一であるため、重複する説明を省略する。後述する熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、1次再結晶焼鈍、2次再結晶焼鈍などの製造過程でC、N以外のスラブの組成は実質的に変動しないため、スラブの組成と二方向性電磁鋼板の組成が実質的に同一である。
スラブは、下記数4を満たすことができる。
[数4]
[C]/[Si]≧0.0067
(数4中、[C]および[Si]は、それぞれ、スラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。)
スラブは、薄物スラブ法またはストリップキャスティング法を利用して製造することができる。スラブの厚さは200~300mmになることができる。
スラブを加熱する段階で1100℃以上の時間が25~50分であってもよい。
1100℃以上の時間を適切に確保できなければ、熱延板の結晶粒径を適切に確保できないか、または0.5μm以上の粗大析出物が多量生成されて、圧延垂直方向での磁性を適切に確保することができない。
熱延板を製造する段階で、2以上のパスを含み、最終パスおよび最終パス以前のパスでの圧下率がそれぞれ15~40%であり、最終パスおよび最終パス以前のパスでの圧下率の合計が55%以下であってもよい。
熱延板の厚さは、1~2mmになることができる。
熱延板を焼鈍する段階で1100℃以上の時間が5~50秒であってもよい。熱延板焼鈍後に微細析出物を作るためであり、スラブで形成された析出物をより粗大化せず、より好ましくは、より微細化するために時間を制限する必要がある。
析出物の個数を適切に確保してこそ、Cube集合組織を得ることができるためである。また、粗大析出物および微細析出物の比率が適切に形成されてこそ、2次再結晶が円滑に行われ、圧延方向および圧延垂直方向での磁性が全て優秀になり得る。
熱延板を焼鈍する段階の温度(T2)およびスラブを加熱する段階の温度(T1)が下記数5を満たすことができる。
[数5]
-200≦T1-T2≦30
前記数5を満たさない場合、熱延板で粗大析出物が多量発生して、圧延垂直方向での磁性が劣化することがある。
焼鈍分離剤塗布により形成されるフォルステライト層については前述したものと同一であるため、重複する説明は省略する。
表1および表2で示す成分および残部Feおよび不可避な不純物からなるスラブを製造し、1150℃で加熱後に熱間圧延して1.6mmの厚さの熱延コイルを製造して1100℃~1140℃で30秒間焼鈍し、900℃で90秒間焼鈍後に急冷した熱延焼鈍板を圧下率63%まで冷間圧延した。
実施例1のA1試片を焼鈍分離剤を除去せずに、下記表4のように、厚さ分率を制御し、上面絶縁コーティングおよび下面絶縁コーティングを形成して、磁性を測定して下記表5に整理した。
重量%でSi:2.8%、Al:0.029%、S:0.001%、Mn:0.15%、N:0.003%、C:0.025%、Ti:0.002%、P:0.05%を含み、残部Feおよび不可避な不純物からなるスラブを製造した。スラブを1150℃で加熱後、熱間圧延して1.6mmの厚さの熱延コイルを製造して1100℃~1140℃で30秒間焼鈍し、900℃で90秒間焼鈍後に急冷した熱延焼鈍板を下記表6に記載された圧下率で冷間圧延した。
重量%でSi:2.8%、Al:0.029%、S:0.001%、Mn:0.15%、N:0.003%、C:0.025%、Ti:0.002%、P:0.05%を含み、残部Feおよび不可避な不純物からなるスラブを製造した。スラブを下記表7の温度で加熱後に熱間圧延して1.6mmの厚さの熱延コイルを製造した。この時、熱間圧延終了温度を表7に整理した。
冷間圧延した板は0.02wt%に窒化して露点60℃水素75%雰囲気で脱炭する1次再結晶焼鈍工程を経て結晶粒径を下記表7のようになるようにした。その後、MgO成分を含む焼鈍分離剤を塗布した後に時間当り20℃の昇温速度で1200℃まで昇温した後、20時間にかけて2次再結晶焼鈍を実施した。絶縁コーティングを実施して磁性を測定して表8に整理した。
重量%でSi:2.8%、Al:0.029%、S:0.001%、Mn:0.15%、N:0.003%、C:0.025%、Ti:0.002%、P:0.05%を含み、残部Feおよび不可避な不純物からなるスラブを製造した。スラブを1150℃で加熱後に熱間圧延して1.6mmの厚さの熱延コイルを製造した。スラブ製造後、熱間圧延終了時間を下記表9に整理した。スラブ加熱する段階から熱延板を製造する段階までの最大温度を表9に整理した。熱間圧延時、最終パスの圧下率および最終パス前パスの圧下率を表9に整理し、最終パスおよびその前パスの圧下率の合計を下記表9に整理した。1100℃~1140℃で30秒間焼鈍し、900℃で90秒間焼鈍後に急冷した熱延焼鈍板を圧下率63%まで冷間圧延した。
Claims (20)
- 重量%で、Si:2.0~6.0%、Al:0.0005~0.04%、S:0.0001~0.003%、Mn:0.02~1.0%、N:0.003%以下(0%を除く)、C:0.01%以下(0%を除く)、Ti:0.010%以下(0%を含まない)、P:0.005~0.10%を含み、残部はFeおよびその他不可避な不純物からなり、下記数1を満たし、
電磁鋼板上にフォルステライト層が形成され、前記フォルステライト層は、前記電磁鋼板の表面から2μm以内の厚さである面積の分率が75%以上であり、
圧延方向と圧延垂直方向のBrが全て1.65T以上であり、円周方向のBrが1.55T以上であり、Brは下記数2で計算され、
圧延方向のBhが1.8T以上であり、圧延垂直方向のBhが1.7T以上であり、円周方向のBhが1.6T以上であり、Bhは下記数3で計算される ことを特徴とする二方向性電磁鋼板。
[数1]
[Mn]/[S]≧60
(数1中、[Mn]および[S]は、それぞれ、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起された時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数3]
Bh=7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B25
(数3中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B25は2500A/mで誘起された時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。) - Sb:0.001~0.1重量%およびSn:0.001~0.1重量%のうちの1種以上をさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- Mo:0.01重量%以下、Bi:0.01重量%以下、Pb:0.01重量%以下、Mg:0.01重量%以下、As:0.01重量%以下、Be:0.01重量%以下、およびSr:0.01重量%以下のうちの1種以上をさらに含む、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二方向性電磁鋼板。
- {100}<001>から15°以内の方位を有する結晶粒の面積分率が60~99%である、ことを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板。
- 前記フォルステライト層上に絶縁層が形成され、上面絶縁層の厚さおよび下面絶縁層の厚さがそれぞれ0.2~8μmであり、
前記上面絶縁層の厚さおよび前記下面絶縁層の厚さの差が前記下面絶縁層の厚さの50%以下である、ことを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。 - 前記上面絶縁層の平均粗さ(Ra)と前記下面絶縁層の平均粗さ(Ra)がそれぞれ1.0μm以下であり、
前記上面絶縁層の平均粗さ(Ra)と前記下面絶縁層の平均粗さ(Ra)の差が0.3μm以下である、ことを特徴とする請求項5に記載の二方向性電磁鋼板。 - 1.5Tの磁場がかかる時、測定周波数が0.01Hz以下での透磁率UDCが50Hzでの透磁率U50の1.2倍以上である、ことを特徴とする請求項1~請求項6のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板。
- 前記電磁鋼板を750℃~880℃の温度で1~2時間焼鈍後に測定されたBr値が1.65T以上であり、Brは下記数2で計算される、ことを特徴とする請求項1~請求項7のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板。
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起された時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。) - 二方向性電磁鋼板の製造方法であって、
重量%で、Si:2.0~6.0%、Al:0.0005~0.04%、S:0.0001~0.003%、Mn:0.02~1.0%、N:0.001~0.01%、C:0.02~0.06%、Ti:0.010%以下(0%を含まない)、P:0.005~0.10%を含み、残部はFeおよびその他不可避な不純物からなり、下記数1を満たすスラブを製造する段階、
前記スラブを加熱する段階、
前記スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階、
前記熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階、
前記冷延板を1次再結晶焼鈍する段階、および
前記1次再結晶焼鈍された冷延板を2次再結晶焼鈍する段階を含み、
前記冷延板を製造する段階で、圧下率が50~70%であり、
製造された二方向性電磁鋼板は、圧延方向と圧延垂直方向のBrが全て1.65T以上であり、円周方向のBrが1.55T以上であり、Brは下記数2で計算され、
圧延方向のBhが1.8T以上であり、圧延垂直方向のBhが1.7T以上であり、円周方向のBhが1.6T以上であり、Bhは下記数3で計算される ことを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。
[数1]
[Mn]/[S]≧60
(数1中、[Mn]および[S]は、それぞれ、スラブ内のMnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
[数2]
Br=7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B8
(数2中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は800A/mで誘起された時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[数3]
Bh=7.87/(7.87-0.065×[Si]-0.1105×[Al])×B25
(数3中、[Si]および[Al]は、それぞれ、SiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B25は2500A/mで誘起された時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。) - 前記スラブは、下記数4を満たす、ことを特徴とする請求項9に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
[数4]
[C]/[Si]≧0.0067
(数4中、[C]および[Si]は、それぞれ、スラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。) - 前記1次再結晶焼鈍する段階で、窒化量が0.01~0.023重量%である、ことを特徴とする請求項9または請求項10に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍する段階後、1次再結晶焼鈍された鋼板の平均結晶粒径が32~5μmである、ことを特徴とする請求項11に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱延板を製造する段階後、前記熱延板を焼鈍する段階をさらに含み、前記熱延板を焼鈍する段階の温度(T2)およびスラブを加熱する段階の温度(T1)が下記数5を満たす、ことを特徴とする請求項9~請求項12のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
[数5]
-200≦T1-T2≦30 - 前記スラブを加熱する段階で、1100℃以上の時間が25~50分である、ことを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱延板を焼鈍する段階で、1100℃以上の時間が5~50秒である、ことを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱延板を焼鈍する段階後、前記熱延板の平均結晶粒径が100~200μmである、ことを特徴とする請求項15に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱延板を焼鈍する段階後、前記熱延板の1mm2面積で、粒径が0.1μm以上である析出物の数が100~4000個であり、
粒径が0.5μm超過である析出物の数(B)に対する、粒径が0.1~0.5μmである析出物の数(A)の比率(A/B)が1以上である、ことを特徴とする請求項16に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記熱延板を製造する段階後、前記熱延板を焼鈍する段階をさらに含み、
前記スラブを加熱する段階後、前記熱延板を製造する段階までの時間が3~20分であり、前記スラブを加熱する段階から前記熱延板を製造する段階までの最大温度が前記熱延板を焼鈍する段階の焼鈍温度の20℃以下である、ことを特徴とする請求項9~請求項17のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記熱延板を製造する段階で、2以上のパスを含み、最終パスおよび最終パス以前のパスでの圧下率がそれぞれ15~40%であり、前記最終パスおよび最終パス以前のパスでの圧下率の合計が55%以下である、ことを特徴とする請求項17または請求項18に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍する段階後、MgOを含む焼鈍分離剤を塗布する段階をさらに含む、ことを特徴とする請求項9~請求項19のいずれか一項に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
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