JP7486436B2 - 一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本願は、2019年01月16日に、日本に出願された特願2019-005202号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
-4.17×d+3.63≦Sol.Al/N≦-3.10×d+4.84・・・(i)
(2)上記(1)に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法は、前記鋼スラブが、質量%で、Cr:0.02~0.30%、Cu:0.10~0.40%、Sn:0.02~0.30%、Sb:0.02~0.30%、P:0.02~0.50%、B:0.0010~0.0080%、Bi:0.0005~0.0100%、Ni:0.02~1.00%の1種又は2種以上を含有してもよい。
質量%で、C:0.100%以下、Si:0.80~7.00%、Mn:0.05~1.00%、酸可溶性Al(Sol.Al):0.0100~0.0700%、N:0.0040~0.0120%、Seq=S+0.406×Se:0.0030~0.0150%を含有し、さらに任意に、Cr:0.30%以下、Cu:0.40%以下、Sn:0.30%以下、Sb:0.30%以下、P:0.50%以下、B:0.0080%以下、Bi:0.0100%以下、Ni:1.00%以下を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼スラブを、1250℃未満に加熱し、熱間圧延に供して熱延鋼板とし、該熱延鋼板に熱延板焼鈍を施した後、酸洗して冷間圧延に供し、最終板厚0.15~0.23mmの冷延鋼板とし、該冷延鋼板に、脱炭焼鈍及び窒化処理を含む脱炭窒化処理を施し、次いで、仕上焼鈍を施し、前記仕上焼鈍後の前記冷延鋼板に、絶縁皮膜形成用塗布液を塗布し、焼付ける一方向性電磁鋼板の製造方法であって、
(i)上記鋼スラブの酸可溶性Al(Sol.Al)とNの質量比:Sol.Al/Nと、上記最終板厚d(mm)が下記式(1)を満たし、
(ii)上記脱炭窒化処理後の冷延鋼板のN含有量が40~1000ppmであり、かつ、
(iii)上記脱炭焼鈍における脱炭焼鈍温度が1000℃未満である
ことを特徴とする。
-4.17×d+3.63≦Sol.Al/N≦-3.10×d+4.84・・・(1)
C:0.100%以下
Cは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上焼鈍前に脱炭焼鈍で除去される元素である。鋼スラブ中のC含有量が0.100%を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、生産性が低下する。そのため、C含有量は0.100%以下とする。C含有量は好ましくは0.070%以下、より好ましくは0.060%以下である。
Siは、鋼板の電気抵抗を高めて、一方向性電磁鋼板の鉄損特性を改善する元素である。Si含有量が0.80%未満では、仕上焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の好ましい結晶方位の集積が損なわれるので、Si含有量は0.80%以上とする。Si含有量は、好ましくは1.80%以上、1.90%以上、2.00%以上、より好ましくは2.50%以上である。
Mnは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、S及び/又はSeと結合して、インヒビターとして機能するMnS及び/又はMnSeを形成する元素である。Mn含有量が0.05%未満では、効果が十分に発現しないので、Mn含有量は0.05%以上とする。Mn含有量は、好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.09%以上である。
酸可溶性Al(Sol.Al)は、Nと結合して、インヒビターとして機能する(Al,Si)Nを生成する元素である。Sol.Al含有量が0.0100%未満では、効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、Sol.Al含有量は0.0100%以上とする。Sol.Al含有量は好ましくは0.0150%以上、より好ましくは0.0200%以上、又は0.0220%以上である。
Nは、Alと結合して、インヒビターとして機能するAlNを形成する元素であるが、冷間圧延時、鋼板中にブリスター(空孔)を形成する元素でもある。N含有量が0.0040%未満では、AlNの形成が不十分となるので、N含有量は0.0040%以上とする。N含有量は好ましくは0.0050%以上又は0.0060%以上、より好ましくは0.0070%以上である。
S及びSeは、Mnと結合して、インヒビターとして機能するMnS及び/又はMnSeを形成する元素である。SとSeとの合計含有量は、SとSeの原子量比を考慮して、Seq=S+0.406×Seで規定する。
Crは、鋼板の脱炭焼鈍時に生成する酸化層の改善に寄与するとともに、鋼板の固有抵抗を高め、鉄損の低減に寄与する元素である。Cr含有量が0.30%を超えると、効果が飽和するので、Cr含有量は0.30%以下とする。Cr含有量は、好ましくは0.25%以下である。Cr含有量の下限は0%を含むが、含有させたことによる効果を確実に得る点で、0.02%以上が好ましい。
Cuは、S及び/又はSeと結合し、インヒビターとして機能する析出物を形成するとともに、鋼板の固有抵抗を高め、磁気特性の向上に寄与する元素である。この効果を得る場合、Cu含有量を0.10%以上とすることが好ましい。
一方、Cu含有量が0.40%を超えると、析出物の分散が不均一になり、鉄損低減効果が飽和するので、Cu含有量は0.40%以下とする。Cu含有量は好ましくは0.25%以下である。
Sb:0~0.30%
Sn及びSbは、固有抵抗を高めて、鉄損の低減に寄与するとともに、結晶粒界に偏析し、仕上焼鈍時、焼鈍分離剤が放出する水分でAlが酸化される(この酸化で、コイル位置でインヒビター強度が異なって、集合組織のゴス方位集積度に差が生じ、磁気特性が変動する)のを防止する作用をなす元素である。
Pは、集合組織のゴス方位集積度と鋼板の固有抵抗とを高めて、鉄損の低減に寄与する元素である。P含有量が0.50%を超えると、効果が飽和するとともに、圧延性が低下するので、P含有量は0.50%以下とする。P含有量は好ましくは0.35%以下である。P含有量の下限は0%を含むが、その効果を確実に得る点で、0.02%以上が好ましい。
Bは、Nと結合し、MnS又はMnSeと複合析出して、インヒビターとして機能するBNを形成し、集合組織のゴス方位集積度を高めて、鉄損の低減に寄与する元素である。この効果を得る場合、B含有量を0.0010%以上とすることが好ましい。
一方、B含有量が0.0080%を超えると、BNの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下する。そのため、B含有量は0.0080%以下とする。B含有量は、好ましくは0.0060%以下、より好ましくは0.0040%以下である。
Biは、硫化物などの析出物を安定化して、インヒビターの機能を強化し、集合組織のゴス方位集積度を高めて、鉄損の低減に寄与する元素である。Bi含有量が0.0100%を超えると、効果が飽和するので、Bi含有量は0.0100%以下とする。Bi含有量は好ましくは0.0070%以下である。Bi含有量の下限は0%を含むが、含有させたことよる効果を確実に得る点で、Bi含有量は0.0005%以上が好ましい。
Niは、鋼板の固有抵抗を高めて、鉄損の低減に寄与するとともに、熱延鋼板の金属組織を制御し、磁気特性の向上に寄与する元素である。Ni含有量が1.00%を超えると、二次再結晶が不安定に進行するので、Ni含有量は1.00%以下とする。Ni含有量は好ましくは0.25%以下である。Ni含有量の下限は0%を含むが、含有させたことによる効果を確実に得る点で、Ni含有量は0.02%以上が好ましい。
-4.17×d+3.63≦Sol.Al/N≦-3.10×d+4.84・・・(1)
本実施形態に係る製造方法では、製造する一方向性電磁鋼板の最終板厚に応じて、素材とする鋼スラブにおいて、Sol.Al/Nを、上記式(1)を満たすように制御することが重要である。
鋼スラブ
本実施形態に係る製造方法において素材とする鋼スラブは、転炉又は電気炉等により溶解した溶鋼を、必要に応じて真空脱ガス処理し、次いで、連続鋳造又は造塊後分塊圧延して得られる。鋼スラブは、通常、150~350mm、好ましくは220~280mmの厚さに鋳造されるが、厚さが30~70mmの薄スラブでもよい。薄スラブの場合は、熱延鋼板を製造する際に、中間厚みに粗加工する必要がないという利点がある。
加熱温度:1250℃未満
熱間圧延に供する鋼スラブの加熱温度が1250℃以上になると、溶融スケール量が多くなり、さらに本実施形態に係る製造方法の実施専用の加熱炉を製造ラインに設ける必要が生じる場合がある。
図1及び図2を比較すると、スラブ加熱温度が1250℃である図1の鋼板の金属組織は、スラブ加熱温度が1150℃である図2の鋼板よりも明確に小さい。両者の差は、微細析出物によって結晶粒成長が妨げられた結果生じたと推定される。
熱延鋼板に熱延板焼鈍を施し、熱間圧延時に生じた不均一組織をできるだけ均一化する。焼鈍条件は、熱間圧延時に生じた不均一組織をできるだけ均一化し得る条件であればよく、特に、特定の条件に限定されない。
最終板厚:0.15~0.23mm
熱延板焼鈍を施して、熱間圧延時の不均一組織を解消した熱延鋼板を、酸洗後、冷間圧延に供し、最終板厚が0.15~0.23mmの冷延鋼板とする。冷間圧延は、1回の冷間圧延、又は、中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延が好ましい。
最終板厚となった冷延鋼板に含まれるCを除去するため、冷延鋼板に、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を施す。湿水素雰囲気とは、例えば、露点70℃の加湿ガスであり、ガス種として水素を微量に含む雰囲気である。より具体的には、例えば水素10%を含む露点70℃の加湿ガス雰囲気で焼鈍する。
上述の通り、脱炭焼鈍の温度が高すぎる場合、一次再結晶組織が不均一となって、良好な二次再結晶が得られない。そのため、脱炭焼鈍温度は1000℃未満とする。脱炭焼鈍温度の下限値は、上述の効果が得られる範囲内で適宜選択すればよい。例えば、脱炭焼鈍温度を750℃以上、800℃以上、又は850℃以上としてもよい。下限値は必ずしも設定する必要はないが、700℃未満の低温であると、粒成長や脱炭が十分に進まないおそれがあるため、脱炭焼鈍温度は700℃以上が好ましい。
また、脱炭焼鈍は、焼鈍雰囲気を、鉄系酸化物が生成しない酸化度に制御して行うことが好ましい。例えば、焼鈍雰囲気の酸化度は0.01以上0.15未満が好ましい。酸化度はPH2O/PH2で示す酸化ポテンシャルである。
脱炭焼鈍を施した冷延鋼板(以下「鋼板」)に、鋼板のN含有量が40~1000ppmとなるように窒化処理を施す。窒化処理は、特定の窒化処理に限定されない。例えば、窒化処理を、アンモニア等の窒化能のある雰囲気ガス中で行う。
焼鈍分離剤
窒化処理後の鋼板に焼鈍分離剤を塗布して、仕上焼鈍を施す。焼鈍分離剤は、シリカと反応し難いアルミナを主成分とする(アルミナを50質量%以上含む)焼鈍分離剤を用い、水スラリー塗布又は静電塗布等で鋼板表面に塗布することが好ましい。上記焼鈍分離剤を用いることにより、仕上焼鈍後の鋼板表面を平滑状に仕上げ、鉄損を大きく低減することができる。
仕上焼鈍後(二次再結晶完了後)の鋼板表面に、絶縁皮膜形成用塗布液を塗布し、焼付けることによって、絶縁皮膜を形成し、最終製品の一方向性電磁鋼板とする。絶縁皮膜の種類は、特定の種類に限定されず、公知の絶縁皮膜でよい。
表1に示す成分組成の鋼スラブ(残部:Fe及び不純物)を1150℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に一段目温度を1100℃、二段目温度を900℃として熱延板焼鈍を施し、酸洗して、一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚が0.27mm、0.23mm、0.20mm、0.18mm、0.15mm、又は、0.13mmの冷延鋼板とした。
脱炭焼鈍及び窒化処理を行った鋼板の表面に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、15℃/時間の昇温速度で加熱し、1200℃で仕上焼鈍を施した。さらにリン酸塩とコロイダルシリカとを含む水系塗布液を塗布して空気中、800℃の温度で60秒間焼付けて、絶縁皮膜(張力絶縁皮膜)を形成した。
また、仕上焼鈍及び絶縁皮膜形成後であって、且つ磁区制御後の鋼板の磁束密度B8(T)と鉄損W17/50とを測定した。鉄損W17/50は板厚により大きく異なるため、板厚が0.27mm、0.23mm、0.20mm、0.18mm、0.15mm、及び0.13mmで、それぞれ0.75W/kg以下、0.65W/kg以下、0.62W/kg以下、0.55W/kg以下、0.50W/kg以下、及び0.45W/kgとなる例を、良好な磁気特性が得られた例とみなした。磁束密度B8(T)は、1.930T以上であれば良好な磁気特性が得られた例とみなした。
表1に示す成分組成の鋼スラブを、表3に記載の種々のスラブ加熱温度にて熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に一段目温度を1100℃、二段目温度を900℃として熱延板焼鈍を施し、酸洗して、一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚0.23mm、又は0.20mmの冷延鋼板とした。
最終板厚0.23mm、又は0.20mmの冷延鋼板に、脱炭焼鈍と窒化処理(鋼板の窒素量を増加させる焼鈍)とを施した。脱炭焼鈍は、雰囲気の酸化度を0.12とし、80℃/秒の昇温速度にて実施した。脱炭焼鈍の均熱温度は表3に記載した通りとした。その後、表3に記載の窒素量(N含有量)となるように、冷延鋼板に窒化処理を施した。脱炭焼鈍及び窒化処理を行った鋼板の表面に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、15℃/時間の昇温速度にて加熱し、1200℃で仕上焼鈍を施した。さらにリン酸塩とコロイダルシリカとを含む水系塗布液を塗布して空気中、800℃の温度で60秒間焼付けて、張力絶縁皮膜を形成した。
表1に示す成分組成の鋼スラブを1150℃にて熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に一段目温度を1100℃、二段目温度を900℃として熱延板焼鈍を施し、次いで、900℃で焼鈍を施した後、酸洗して、一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚0.23mm、又は0.20mmの冷延鋼板とした。
表1に示す成分組成の鋼スラブを1150℃にて熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に一段目温度を1100℃、二段目温度を900℃として熱延板焼鈍を施し、次いで、900℃で焼鈍を施した後、酸洗して、一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して、最終板厚0.23mm、又は0.20mmの冷延鋼板とした。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.100%以下、Si:0.80~7.00%、Mn:0.05~1.00%、Sol.Al:0.0100~0.0700%、N:0.0040~0.0120%、Seq=S+0.406×Se:0.0030~0.0150%、Cr:0~0.30%、Cu:0~0.40%、Sn:0~0.30%、Sb:0~0.30%、P:0~0.50%、B:0~0.0080%、Bi:0~0.0100%、Ni:0~1.00%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼スラブを、1250℃未満に加熱し、熱間圧延に供して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に熱延板焼鈍を施し、
前記熱延板焼鈍後の前記熱延鋼板を、酸洗し、
前記酸洗後の前記熱延鋼板を冷間圧延に供して、最終板厚dが0.15~0.21mm(ただし0.17mmを除く)の冷延鋼板とし、
前記冷延鋼板に、脱炭焼鈍及び窒化処理を含む脱炭窒化処理を施し、
前記脱炭窒化処理後の前記冷延鋼板に仕上焼鈍を施し、
前記仕上焼鈍後の前記冷延鋼板に、絶縁皮膜形成用塗布液を塗布し、焼付ける、フォルステライト皮膜を有しない一方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記鋼スラブのSol.AlとNとの質量比であるSol.Al/Nと、上記最終板厚dとが下記式(1)を満たし、
前記脱炭窒化処理後の前記冷延鋼板のN含有量が40~1000ppmであり、
前記脱炭焼鈍における脱炭焼鈍温度が1000℃未満である
ことを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。
-4.17×d+3.63≦Sol.Al/N≦-3.10×d+4.84・・・(1) - 前記鋼スラブが、質量%で、
Cr:0.02~0.30%、
Cu:0.10~0.40%、
Sn:0.02~0.30%、
Sb:0.02~0.30%、
P :0.02~0.50%、
B :0.0010~0.0080%、
Bi:0.0005~0.0100%、
Ni:0.02~1.00%
の1種又は2種以上を含有する
ことを特徴とする請求項1に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
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