JP2005069917A

JP2005069917A - 磁気特性に優れた方向性電磁鋼板の製造方法

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Publication number: JP2005069917A
Application number: JP2003300976A
Authority: JP
Inventors: Toru Fujimura; 亨藤村; Makoto Watanabe; 渡辺　　誠; Mineo Muraki; 峰男村木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2005-03-17

Abstract

【課題】鋼板表面をＦＴ―ＩＲで測定し、磁気特性を評価し、歩留まりの向上を図る方法および磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）で、鋼板表面のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークを測定し、それぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出し、該算出値で、方向性電磁鋼板の磁気特性を評価する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（以下、ＦＴ−ＩＲという。）で測定し、磁気特性を評価し、歩留まりの向上を図る方法および磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。

方向性電磁鋼板は脱炭焼鈍の過程において、ＳｉＯ_２を主成分とする酸化被膜が生成される。
図１にその断面図を示す。酸化被膜は、ＳｉＯ_２が主で、その他にＦｅ_２ＳｉＯ_４，ＦｅＳｉＯ_３を含んだものである。この後MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布して、フォルステライト（Ｍｇ₂ ＳｉＯ₄) 被膜（グラス被膜）を被覆し、さらに張力被膜をコーティングする。しかし、最終製品の磁気特性には、酸化被膜の生成状態が影響を与えることが知られている。

従来、脱炭焼鈍後に鋼板より試料を切り出し、その片面を電解質溶液に接触させ試料極とし、対局を一定距離に配置し、定電流を流し、電圧の経時変化を測定し、それを基に磁気特性の適正を判断している（特許文献１参照）。しかし、この方法では、電極の劣化や、液温の変化によって値が変化してしまうという問題があった。また、試料をグロー放電発光分光分析法により測定し、Ｓｉ強度／Ｍｎ強度比の積算強度を基に磁気特性の適正を判断している（特許文献２参照）。しかし、この方法では、絶縁性被膜が帯電し、正常な測定ができないという問題があった。さらに、赤外分光測定において、９９５ｃｍ^−１の反射率ピーク強度比から、鋼板表面の酸化被膜の生成量を推定した例がある（特許文献３参照）が、磁気特性を評価してはいない。
特開平７−１０３９３８号公報特開平１１−２６９５４３号公報特開平３−１０８６３９号公報

本発明は、前記の従来技術における問題点に鑑み、脱炭焼鈍後の酸化被膜をＦＴ−ＩＲで測定し、得られるＳｉＯ_２の吸光度の比の値を基に、脱炭焼鈍後の段階で最終製品の磁気特性を評価すると共に、磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板を製造することを目的とする。

すなわち本発明は以下の各発明を提供する。
（１）方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）で、鋼板表面のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークを測定し、それぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出し、該算出値で、方向性電磁鋼板の磁気特性を評価する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価方法。
（２）前記ＳｉＯ_２の吸光度の比の算出が、方向性電磁鋼板の製造過程において、連続して移動する鋼板に対して行なわれることを特徴とする前記記載の評価方法。
（３）上記（１）または（２）に記載する評価方法により算出される、ＳｉＯ_２の吸光度の比を指標として、脱炭焼鈍処理工程もしくはそれ以前の処理条件を制御し、磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法。

（４）上記（１）に記載する方法により算出したＳｉＯ_２の吸光度比が５５％以下である方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板。
（５）上記（４）に記載の方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板を用いて得られる磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板。
（６）方向性電磁鋼板の製造工程の脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面に赤外線を照射する赤外線源と、鋼板からの反射赤外線を検出する分光器および検出器と、得られた透過率のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークからそれぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出するデータ処理装置とを有する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価装置。

以上述べたように、本発明は、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークをＦＴ−ＩＲにより測定し、それぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出すると、磁気特性を評価することができる。最終製品の良否を脱炭焼鈍処理後の段階で非破壊で事前に評価でき、最終製品の歩留まり向上に好適である。また、ＳｉＯ_２の吸光度の比という評価値によって製造条件を制御し、磁気特性を向上させることができる。または磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板を製造することが可能である。

以下、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。
［１］本発明の評価方法は、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をＦＴ−ＩＲにより測定し、鋼板表面のＳｉＯ_２，Ｆｅ_２ＳｉＯ_４，およびＦｅＳｉＯ_３のピークを測定し、それぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出し、該算出値で、方向性電磁鋼板の磁気特性を評価する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価方法である。ここで、測定のタイミングは脱炭焼鈍が終了し常温に冷却された後であっても良いし、脱炭焼鈍の所定の工程が実質的に終了しているとみなせる脱炭焼鈍中の任意の段階であっても良い。
フーリエ変換赤外線吸収スペクトルの測定は、方向性電磁鋼板の製造過程において、連続して移動する鋼板に対してオンラインで測定されても良いし、オフラインで鋼板のサンプルを採って行なっても良い。以下で説明する本発明の評価装置を用いれば、簡便に迅速に測定することができる。

一般に、方向性電磁鋼板の製造工程は、Ｓｉ：２.５〜４.０質量％を含むスラブを熱延し、焼鈍と１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷延により、最終板厚とされる。次いで、連続焼鈍炉において、水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合雰囲気中で脱炭焼鈍を行ない、脱炭とともに、一次再結晶およびＳｉＯ_２を主成分とする酸化被膜が生成される。その後、ＭｇＯなどからなる焼鈍分離剤を水に懸濁させスラリー状として、それを鋼板上に塗布し、乾燥後、コイル状に巻き取り、最終仕上げ焼鈍を行ない、フォルステライト（Ｍｇ_２ＳｉＯ_４）被膜（グラス被膜）を作製し、さらにリン酸塩系を主体とする張力被膜をコーティングして、平坦化焼鈍されて最終製品とされる。

本発明者らは脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をＦＴ−ＩＲにより測定し、鋼板表面のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、ＦｅＳｉＯ_３のピークを測定し、各吸光度を算出し、ＳｉＯ_２の吸光度の該3種の吸光度の合計に対する比を算出し、これらの算出値が、最終製品の方向性電磁鋼板の磁気特性と相関があることを知見した。この相関を用いて、方向性電磁鋼板の磁気特性を評価する方法を発明した。

［２］フーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−１Ｒ）での測定は、特に限定されるものではないが、図２に示す、赤外線源１、赤外線２、ミラー３、４，７、反射赤外線６、分光器と検出器８を有する公知の装置を用いて行なうことができる。図２は、本発明の方向性電磁鋼板の評価装置を示す。図２において、１は赤外線源、２は赤外線、３、４，７はミラー、５は試料、６は反射赤外線、８は分光器と検出器、９はデータ処理装置である。赤外線源１から発生した赤外線２は、ミラー３，４で反射して試料（脱炭焼鈍後の鋼板表面）５に入射して、反射し、反射赤外線６がミラー７で反射して分光器と検出器８に入り、そのデータが汎用コンピュータや計算チップ等のデータ処理装置９で処理され吸光度と、所定の算出値が求められる。求められた算出値から、脱炭焼鈍後の鋼板の段階で事前に方向性電磁鋼板の磁気特性を評価することができる。本発明の装置にはデータ処理装置に評価する工程が含まれていても良いし、算出値のみを表示しそれによって操作者が評価してもよい。

試料表面のＦＴ−ＩＲの測定ピーク例を図３に示し、算出方法を以下に説明する。図中、ａｂ，ｃｄを基準線としてＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、ＦｅＳｉＯ_３のピーク位置ｆ，ｌ，ｉを通る垂線と基準線の交点をｅ，ｋ，ｈとし、透過率０％との交点をｇ，ｍ，ｉとする。それぞれの吸光度Ａｌ（ＳｉＯ_２の吸光度）、Ａ２（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４の吸光度）、Ａ３（ＦｅＳｉＯ_３の吸光度）は、

Ａｌ＝ｌｏｇ（ｅｇ／ｆｇ），
Ａ２＝ｌｏｇ（ｋｍ／ｌｍ），Ａ３＝ｌｏｇ（ｈｊ／ｉｊ）・・・（１）

と表される。そこで、合計の吸光度に対するＳｉＯ_２の吸光度比Ｓ（％）は、

Ｓ＝Ａｌ×ｌ００／（Ａｌ＋Ａ２＋Ａ３）・・・（２）

で表せる。この値により、磁気特性を評価する。

［３］また、この評価方法を用いて、脱炭焼鈍処理条件等の種々の処理条件を制御することにより、磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板を製造することが可能となった。
脱炭焼鈍処理条件としては、ガス流入以前の真空度、水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合雰囲気の流量、比率、露点または脱炭処理の温度、時間等の処理条件を制御することができる。その他の処理条件は、スラブ中のＳｉ量またはその他の添加元素や不純物元素の量、スラブの熱延、焼鈍の条件や回数、冷間圧延条件や回数、最終板厚等の条件が挙げられる。また、予め各種の処理条件を変化させた場合について、ＳｉＯ_２の吸光度比の変化を本発明方法で測定しておくことにより、処理条件の変動因子を把握することができる。本発明の製造方法を用いれば、脱炭焼鈍処理等種々の製造条件を、最終製品を得る以前に評価でき各種の製造条件を制御することにより、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板を製造することを可能とする。種々の処理条件の制御は、個々の工程を別個に制御してもよいし、複数の工程を同時に制御してもよい。

以下、図面を参照して実施例を説明するが、本発明はこれらの具体例に限定されない。
図２に示した装置を用いて、下記の条件で製造した方向性電磁鋼板の脱炭焼鈍後の鋼板試料を、ＦＴ−ＩＲで測定した。ＦＴ−ＩＲ測定は、ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ社製１６００型ＦＴ−ＩＲにおいて、赤外線入射角７０°の条件で、大気中で１６回積算測定し、測定後ＣＯ_２のピーク除去処理を行なった。
鋼板試料は、次のように作製した。脱炭焼鈍前処理として、中間焼鈍で表面に生成したＳｉ濃度の低い部分を酸洗により０.０５μｍ以上除去し、中間焼鈍時に生成した酸化物を０．０１〜０.５ｇ／ｍ^２残留させる、表面粗度を０.１〜０.７μｍの範囲内で制御し、Ｓｉ化合物を付着させることを適宜変化させた。その後、脱炭焼鈍処理条件として、水素雰囲気中で、露点を３０〜７０℃、均熱保持温度を８２０〜８８０℃、均熱保持時間を８０〜１３０秒、加熱時、均熱保持および還元処理の雰囲気酸化性（分圧比ｐＨ_２０／ｐＨ_２）を０.０９〜０.７０、６５０℃から均熱保持温度の１０℃低いところまでの昇温速度を１〜３０℃／秒、還元処理時間を５〜１５０秒と適宜変化させた。

一方同じ脱炭焼鈍後の鋼板試料から最終製品の方向性電磁鋼板を製造し、鉄損値として
Ｂ_８（Ｔ）とＷ_{１７／５０}を測定し、磁気特性を測定した。ＦＴ−ＩＲで測定したＳｉＯ_２の吸光度比と磁気特性との相関を求め、製造条件を評価した。

ＳｉＯ_２の吸光度比と鉄損（Ｗ_{１７／５０}）の相関関係を図４に示す。図から、ＳｉＯ_２の吸光度比を特定の範囲とすれば、最終製品の磁気特性を良好な範囲とすることができることがわかる。特に、ＳｉＯ_２の吸光度比が５５％以下が好適と考えられる。

そこで、ＳｉＯ_２の吸光度比が５５％以下になるように脱炭焼鈍前処理および脱炭焼鈍処理条件を下記の条件に制御（本発明法）し、２０コイルについて最終製品の鉄損値としてＢ_８（Ｔ）とＷ_{１７／５０}を測定した。結果をＳｉＯ_２の吸光度比を特定範囲に制御しない上記の製造条件で製造した場合（従来法）と比較したところ、表１に示すように、ＳｉＯ_２の吸光度比をこの範囲に制御すると製品の磁気特性のばらつきは少なくなり、平均の特性も向上した。

ＳｉＯ_２の吸光度比が５５％以下になるように脱炭焼鈍前処理および脱炭焼鈍処理条件を制御した最適な方向性電磁鋼板の処理条件は、以下に示すものであった。脱炭焼鈍前処理条件としては、中間焼鈍で表面に生成したＳｉ濃度の低い部分を酸洗により０.１μｍ以上除去し、中間焼鈍時に生成した酸化物を０.０１〜０.３ｇ／ｍ^２残留させ、表面粗度を０.１〜０.５μｍの範囲内で制御し、Ｓｉ化合物を付着させる。その後の脱炭焼鈍処理条件としては、水素雰囲気中で、露点５８〜６１℃、均熱保持温度８２０〜８４０℃、均熱保持時間１００〜１２０秒、加熱時の雰囲気酸化性を０.２６〜０.５０、均熱保持での雰囲気酸化性を加熱時よりも０.０３〜０.２０高くし、６５０℃から均熱温度の１０℃低いところまでの昇温速度を１．６〜２５℃／秒、還元処理を雰囲気酸化性０.２以下で、５〜１００秒実施した。これにより、磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板の製造が可能であった。

脱炭焼鈍後のコイルは通常の製造方法に従い、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、コイル状に巻き取って最終仕上げ焼鈍を行なった後、張力コーティングを鋼板表面に付与した。

方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階での鋼板の断面を示す模式図である。ＦＴ−ＩＲ測定に用いる測定装置を説明する模式図である。鋼板表面のＦＴ−ＩＲの測定結果の１例を示すチャートである。鉄損とＳｉＯ_２の吸光度比の相関を示すグラフである。

符号の説明

１：赤外線源
２：赤外線
３，４：ミラー
５：脱炭焼鈍後の鋼板表面
６：反射赤外線
７：ミラー
８：分光器・検出器
９：データ処理装置
Ｓ：ＳｉＯ_２の吸光度比

Claims

方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面をフーリエ変換赤外線吸収スペクトル法（ＦＴ−ＩＲ）で、鋼板表面のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークを測定し、それぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出し、該算出値で、方向性電磁鋼板の磁気特性を評価する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価方法。
前記ＳｉＯ_２の吸光度の比の算出が、方向性電磁鋼板の製造過程において、連続して移動する鋼板に対して行なわれることを特徴とする請求項１に記載の評価方法。
請求項１または２に記載する評価方法により算出される、ＳｉＯ_２の吸光度の比を指標として、脱炭焼鈍処理工程もしくはそれ以前の処理条件を制御し、磁気特性のばらつきの少ない方向性電磁鋼板を製造する方向性電磁鋼板の製造方法。
請求項１に記載する方法により算出したＳｉＯ_２の吸光度の比が５５％以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板。
請求項４に記載の方向性電磁鋼板用脱炭焼鈍板を用いて得られる方向性電磁鋼板。
方向性電磁鋼板の製造工程の脱炭焼鈍後の段階で、鋼板表面に赤外線を照射する赤外線源と、鋼板からの反射赤外線を検出する分光器および検出器と、得られた透過率のＳｉＯ_２、Ｆｅ_２ＳｉＯ_４、およびＦｅＳｉＯ_３のピークからそれぞれの吸光度を算出し、各吸光度の合計に対するＳｉＯ_２の吸光度の比を算出するデータ処理装置とを有する方向性電磁鋼板の磁気特性の評価装置。