JP7188105B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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(1)本発明の一態様にかかる方向性電磁鋼板は、母材鋼板である珪素鋼板と、珪素鋼板上に接して配された中間層と、中間層上に接して配された絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板であって、上記中間層が酸化膜であり、この酸化膜が酸化珪素を含み、且つ上記酸化膜の平均膜厚が2nm以上500nm以下であり、上記絶縁被膜がホウ酸アルミニウム系被膜であり、このホウ酸アルミニウム系被膜がアルミニウム・ホウ素酸化物を含み、且つ上記ホウ酸アルミニウム系被膜の平均膜厚が0.5μm超8μm以下であり、切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、上記ホウ酸アルミニウム系被膜中の空隙が面積率で0%以上2.3%以下であり、上記切断面で見たとき、上記珪素鋼板と上記酸化膜との界面に酸化領域が存在し、上記界面から上記珪素鋼板に向かって最大深さで0.2μm以上嵌入している酸化領域の上記界面に対する線分率が0.1%以上12%以下である。
(2)上記(1)に記載の方向性電磁鋼板では、上記アルミニウム・ホウ素酸化物として、Al18B4O33またはAl4B2O9の少なくとも1つが含まれてもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の方向性電磁鋼板では、上記ホウ酸アルミニウム系被膜が酸化アルミニウムをさらに含んでもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の方向性電磁鋼板では、上記ホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有し、上記リン酸系被膜がリン珪素複合酸化物を含んでもよい。
(5)上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学成分として、質量%で、Si:0.8%以上7.0%以下、Mn:0以上1.00%以下、Cr:0以上0.30%以下、Cu:0以上0.40%以下、P:0以上0.50%以下、Sn:0以上0.30%以下、Sb:0以上0.30%以下、Ni:0以上1.00%以下、B:0以上0.008%以下、V:0以上0.15%以下、Nb:0以上0.2%以下、Mo:0以上0.10%以下、Ti:0以上0.015%以下、Bi:0以上0.010%以下、Al:0以上0.005%以下、C+Nの合計:0以上0.005%以下、及びS+Seの合計:0以上0.005%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、上記珪素鋼板が、{110}<001>方位に発達した集合組織を有してもよい。
(6)上記(1)~(5)のいずれか1つに記載の方向性電磁鋼板では、上記珪素鋼板が、化学成分として、質量%で、Mn:0.05%以上1.00%以下、Cr:0.02%以上0.30%以下、Cu:0.05%以上0.40%以下、P:0.005%以上0.50%以下、Sn:0.02%以上0.30%以下、Sb:0.01%以上0.30%以下、Ni:0.01%以上1.00%以下、B:0.0005%以上0.008%以下、V:0.002%以上0.15%以下、Nb:0.005%以上0.2%以下、Mo:0.005%以上0.10%以下、Ti:0.002%以上0.015%以下、及びBi:0.001%以上0.010%以下からなる群から選択される少なくとも1種を含有してもよい。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板として珪素鋼板を有する。この珪素鋼板は、化学成分として、基本元素を含み、必要に応じて選択元素を含み、残部がFe及び不純物からなることが好ましい。
Si(シリコン)は、珪素鋼板の化学成分として、電気抵抗を高め、鉄損を下げるのに有効な元素である。Si含有量が7.0%を超えると、冷間圧延時に材料が割れ易くなり、圧延し難くなることがある。一方、Si含有量が0.8%未満では、電気抵抗が小さくなり、製品における鉄損が増加してしまうことがある。従って、Siを0.8%以上7.0%以下の範囲で含有させてもよい。Si含有量の下限は、2.0%であることが好ましく、2.5%であることがより好ましく、2.8%であることがさらに好ましい。Si含有量の上限は、5.0%であることが好ましく、3.5%であることがより好ましい。
Mn(マンガン)は、Siと同様に、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。また、SまたはSeと結合してインヒビターとして機能する。従って、Mnを1.00%以下の範囲で含有させてもよい。Mn含有量の下限は、0.05%であることが好ましく、0.08%であることがより好ましく、0.09%であることがさらに好ましい。Mn含有量の上限は、0.50%であることが好ましく、0.20%であることがより好ましい。
Cr(クロム)は、Siと同様に、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。従って、Crを0.30%以下の範囲で含有させてもよい。Cr含有量の下限は、0.02%であることが好ましく、0.05%であることがより好ましい。Cr含有量の上限は、0.20%であることが好ましく、0.12%であることがより好ましい。
Cu(銅)も、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。従って、Cuを0.40%以下の範囲で含有させてもよい。Cu含有量が0.40%を超えると、鉄損低減効果が飽和してしまうとともに、熱間圧延時に“カッパーヘゲ”なる表面疵の原因になることがある。Cu含有量の下限は、0.05%であることが好ましく、0.10%であることがより好ましい。Cu含有量の上限は、0.30%であることが好ましく、0.20%であることがより好ましい。
P(燐)も、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。従って、Pを0.50%以下の範囲で含有させてもよい。P含有量が0.50%を超えると、珪素鋼板の圧延性に問題が生じることがある。P含有量の下限は、0.005%であることが好ましく、0.01%であることがより好ましい。P含有量の上限は、0.20%であることが好ましく、0.15%であることがより好ましい。
Sb:0以上0.30%以下
Sn(スズ)およびSb(アンチモン)は、二次再結晶を安定化させ、{110}<001>方位を発達させるのに有効な元素である。従って、Snを0.30%以下、またSbを0.30%以下の範囲で含有させてもよい。SnまたはSbの含有量が、それぞれ0.30%を超えると、磁気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
Sn含有量の下限は、0.02%であることが好ましく、0.05%であることがより好ましい。Sn含有量の上限は、0.15%であることが好ましく、0.10%であることがより好ましい。
Sb含有量の下限は、0.01%であることが好ましく、0.03%であることがより好ましい。Sb含有量の上限は、0.15%であることが好ましく、0.10%であることがより好ましい。
Ni(ニッケル)も、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。また、Niは、熱延板の金属組織を制御して、磁気特性を高めるうえで有効な元素である。従って、Niを1.00%以下の範囲で含有させてもよい。Ni含有量が1.00%を超えると、二次再結晶が不安定になることがある。Ni含有量の下限は、0.01%であることが好ましく、0.02%であることがより好ましい。Ni含有量の上限は、0.20%であることが好ましく、0.10%であることがより好ましい。
B(ホウ素)は、BNとしてインヒビター効果を発揮するのに有効な元素である。従って、Bを0.008%以下の範囲で含有させてもよい。B含有量が0.008%を超えると、磁気特性に悪影響を及ぼすおそれがある。B含有量の下限は、0.0005%であることが好ましく、0.001%であることがより好ましい。B含有量の上限は、0.005%であることが好ましく、0.003%であることがより好ましい。
Nb:0以上0.2%以下
Ti:0以上0.015%以下
V(バナジウム)、Nb(ニオブ)、及びTi(チタン)は、NやCと結合してインヒビターとして機能するのに有効な元素である。従って、Vを0.15%以下、Nbを0.2%以下、Tiを0.015%以下の範囲で含有させてもよい。これらの元素が最終製品に残留して、V含有量が0.15%を超え、Nb含有量が0.2%を超え、またはTi含有量が0.015%を超えると、磁気特性を劣化させるおそれがある。
V含有量の下限は、0.002%であることが好ましく、0.01%であることがより好ましい。V含有量の上限は、0.10%以下であることが好ましく、0.05%であることがより好ましい。
Nb含有量の下限は、0.005%であることが好ましく、0.02%であることがより好ましい。Nb含有量の上限は、0.1%であることが好ましく、0.08%であることがより好ましい。
Ti含有量の下限は、0.002%であることが好ましく、0.004%であることがより好ましい。Ti含有量の上限は、0.010%であることが好ましく、0.008%であることがより好ましい。
Mo(モリブデン)も、電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。従って、Moを0.10%以下の範囲で含有させてもよい。Mo含有量が0.10%を超えると、鋼板の圧延性に問題が生じることがある。Mo含有量の下限は、0.005%であることが好ましく、0.01%であることがより好ましい。Mo含有量の上限は、0.08%であることが好ましく、0.05%であることがより好ましい。
Bi(ビスマス)は、硫化物等の析出物を安定化してインヒビターとしての機能を強化するのに有効な元素である。従って、Biを0.010%以下の範囲で含有させてもよい。Bi含有量が0.010%を超えると、磁気特性に悪影響が及ぼすことがある。Bi含有量の下限は、0.001%であることが好ましく、0.002%であることがより好ましい。Bi含有量の上限は、0.008%であることが好ましく、0.006%であることがより好ましい。
Al(アルミニウム)は、Nと結合してのインヒビター効果を発揮するのに有効な元素である。従って、仕上げ焼鈍前、例えばスラブの段階でAlを0.01~0.065%の範囲で含有させてもよい。しかしながらAlが最終製品(電磁鋼板)に不純物として残留して、Al含有量が0.005%を超えると、磁気特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、最終製品のAl含有量は0.005%以下であることが好ましい。最終製品のAl含有量の上限は、0.004%であることが好ましく、0.003%であることがより好ましい。なお、最終製品のAl含有量は、不純物であり、下限は特に制限されず、少ないほど好ましい。ただ、最終製品のAl含有量を0%にすることは工業的に容易ではないので、最終製品のAl含有量の下限を0.0005%としてもよい。なお、Al含有量は、酸可溶性Alの含有量を示す。
C(炭素)は、一次再結晶集合組織を調整して磁気特性を高めるうえで有効な元素である。また、N(窒素)はAlやBなどと結合してインヒビター効果を発揮するうえで有効な元素である。従って、Cは脱炭焼鈍前、例えばスラブの段階で0.02~0.10%の範囲で含有させても良い。また、Nは仕上げ焼鈍前、例えば窒化焼鈍後の段階で0.01~0.05%の範囲で含有させてもよい。しかしながら、これらの元素が最終製品に不純物として残留して、CおよびNの合計含有量が0.005%を超えると、磁気特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、最終製品のCおよびNの合計含有量は0.005%以下であることが好ましい。最終製品のC+N合計含有量の上限は、0.004%であることが好ましく、0.003%であることがより好ましい。なお、最終製品のCおよびNの合計含有量の下限は、不純物であり、特に制限されず、少ないほど好ましい。ただ、最終製品のCおよびNの合計含有量を0%にすることは工業的に容易ではないので、最終製品のCおよびNの合計含有量の下限を0.0005%としてもよい。
S(硫黄)およびSe(セレン)は、Mnなどと結合してインヒビター効果を発揮するうえで有効な元素である。従って、SおよびSeを仕上げ焼鈍前、例えばスラブの段階で合計で0.005~0.050%の範囲で含有させてもよい。しかしながら、これらの元素が最終製品に不純物として残留して、SおよびSeの合計含有量が0.005%を超えると、磁気特性に悪影響を及ぼすことがある。従って、最終製品のSおよびSeの合計含有量は0.005%以下であることが好ましい。最終製品のS+Se合計含有量の上限は、0.004%であることが好ましく、0.003%であることがより好ましい。なお、最終製品のSおよびSeの合計含有量の下限は、不純物であり、特に制限されず、少ないほど好ましい。ただ、最終製品のSおよびSeの合計含有量を0%にすることは工業的に容易ではないので、最終製品のSおよびSeの合計含有量の下限を0.0005%としてもよい。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、中間層として、珪素鋼板上に接して配された酸化膜を有する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、珪素鋼板と酸化膜との界面に酸化領域(内部酸化領域)が存在する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、絶縁被膜として、酸化膜上に接して配されたホウ酸アルミニウム系被膜を有する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、ホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有してもよい。
{110}<001>方位に発達した集合組織を有し、且つフォルステライト被膜の生成が抑制された又はフォルステライト被膜が除去された珪素鋼板を出発材料とし、
この珪素鋼板に、酸化膜を形成する酸化膜形成工程と、
酸化膜が形成された珪素鋼板に、ホウ酸アルミニウム系被膜を形成する被膜形成工程と、を備え、
酸化膜形成工程では、
珪素鋼板を、水素を含有し且つ酸化度PH2O/PH2が0.00008以上0.012以下に調整された雰囲気ガス中で、600℃以上1150℃以下の温度範囲で、10秒以上100秒以下の均熱を行い、
被膜形成工程では、
酸化膜が形成された珪素鋼板に、アルミナゾルとホウ酸とを含む微粒子分散液を塗布して乾燥し、
微粒子分散液が塗布され乾燥された珪素鋼板を、水素を含有し且つ酸化度PH2O/PH2が0.0002以上0.04以下に調整された雰囲気ガス中で、750℃以上1350℃以下の温度範囲で、10秒以上100秒以下の均熱を行い、
上記の温度範囲で均熱された珪素鋼板を、水素を含有し且つ酸化度PH2O/PH2が0.00002以上0.02以下の範囲内で上記した均熱時の酸化度よりも低い酸化度に変更された雰囲気ガス中で、600℃以下まで冷却すればよい。
酸化膜形成工程では、集合組織が制御され且つフォルステライト被膜を有さない珪素鋼板に対して焼鈍を施し、珪素鋼板上に接して配された酸化膜を形成する。
被膜形成工程では、酸化膜が形成された珪素鋼板に対して微粒子分散液の塗布と焼鈍とを施し、酸化膜上に接して配されたホウ酸アルミニウム系被膜を形成する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板を製造する際には、被膜形成工程後に、リン酸系被膜形成工程をさらに有してもよい。
2 中間層(酸化膜)、
3 絶縁被膜(ホウ酸アルミニウム系被膜)、
4 酸化領域(内部酸化領域)、
5 空隙、
6 珪素鋼板と酸化膜との界面
L 界面の長さ
d 酸化領域の長さ
Claims (6)
- 母材鋼板である珪素鋼板と、前記珪素鋼板上に接して配された中間層と、前記中間層上に接して配された絶縁被膜とを有する方向性電磁鋼板において、
前記中間層が酸化膜であり、前記酸化膜が酸化珪素を含み、且つ前記酸化膜の平均膜厚が2nm以上500nm以下であり
前記絶縁被膜がホウ酸アルミニウム系被膜であり、前記ホウ酸アルミニウム系被膜がアルミニウム・ホウ素酸化物を含み、且つ前記ホウ酸アルミニウム系被膜の平均膜厚が0.5μm超8μm以下であり、
切断方向が板厚方向と平行となる切断面で見たとき、前記ホウ酸アルミニウム系被膜中の空隙が面積率で0%以上2.3%以下であり、
前記切断面で見たとき、前記珪素鋼板と前記酸化膜との界面に酸化領域が存在し、前記界面から前記珪素鋼板に向かって最大深さで0.2μm以上嵌入している酸化領域の前記界面に対する線分率が0.1%以上12%以下である、
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 前記アルミニウム・ホウ素酸化物として、Al18B4O33またはAl4B2O9の少なくとも1つが含まれることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記ホウ酸アルミニウム系被膜が酸化アルミニウム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に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記ホウ酸アルミニウム系被膜上に接して配されたリン酸系被膜をさらに有し、
前記リン酸系被膜がリン珪素複合酸化物を含む
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。 - 前記珪素鋼板が、化学成分として、質量%で、
Si:0.8%以上7.0%以下、
Mn:0以上1.00%以下、
Cr:0以上0.30%以下、
Cu:0以上0.40%以下、
P:0以上0.50%以下、
Sn:0以上0.30%以下、
Sb:0以上0.30%以下、
Ni:0以上1.00%以下、
B:0以上0.008%以下、
V:0以上0.15%以下、
Nb:0以上0.2%以下、
Mo:0以上0.10%以下、
Ti:0以上0.015%以下、
Bi:0以上0.010%以下、
Al:0以上0.005%以下、
C+Nの合計:0以上0.005%以下、及び
S+Seの合計:0以上0.005%以下、
を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
前記珪素鋼板が、{110}<001>方位に発達した集合組織を有する
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板。 - 前記珪素鋼板が、化学成分として、質量%で、
Mn:0.05%以上1.00%以下、
Cr:0.02%以上0.30%以下、
Cu:0.05%以上0.40%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.02%以上0.30%以下、
Sb:0.01%以上0.30%以下、
Ni:0.01%以上1.00%以下、
B:0.0005%以上0.008%以下、
V:0.002%以上0.15%以下、
Nb:0.005%以上0.2%以下、
Mo:0.005%以上0.10%以下、
Ti:0.002%以上0.015%以下、及び
Bi:0.001%以上0.010%以下、
からなる群から選択される少なくとも1種を含有する
ことを特徴とする請求項5に記載の方向性電磁鋼板。
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