JP2015196851A - 方向性電磁鋼板用の一次再結晶焼鈍板および方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.001〜0.10%、Si:1.0〜5.0%、Mn:0.01〜0.5%,SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.002〜0.040%、sol.Al:0.001〜0.050%およびN:0.0010〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを素材として、方向性電磁鋼板を製造する途中工程の窒化処理後に得られる一次再結晶焼鈍板であって、窒化処理による窒素増量ΔNを1000ppm以下とし、かつ鋼板表面の蛍光X線のN強度を0.59以上とする。
【選択図】図1
Description
特許文献5では、板厚方向に均一に窒化物を形成させるために、仕上げ焼鈍時に700〜800℃間で4時間以上滞留させ、窒素の拡散を促進することによりAl含有窒化物を形成する技術が開示されている。これらの方法では、窒化直後に表層から板厚1/4層程度にかけて α−Si3N4が結晶粒内および粒界にランダムに析出する。Si3N4は高温で保持されると熱力学的にさらに安定なAlNあるいは(Al,Si)Nに置換する。この際に、板厚方向に均一な窒化物状態が実現される。
これにより、窒化を適用する方向性電磁鋼板の製造工程において、窒化物をインヒビターとして板厚方向に均一分散させることを工業的に安定して達成し、かつ良好な磁気特性を得ることを可能としたのである。
得られた脱炭焼鈍コイルから試験片を切り出したのち、種々の窒化処理を行い、窒化後素材の表面状態を蛍光X線とGDS発光分析により分析した。これをラボにて700〜900℃の滞留時間が2時間と極めて短い二次再結晶焼鈍に供し、引き続き1150℃の純化焼鈍を行って得た方向性電磁鋼板の磁気特性について調査した。
すなわち、この技術は、方向性電磁鋼板の脱炭焼鈍板の表面に形成されるサブスケール中でSiO2が形成されることで生じるSi濃度の低い純鉄層に、窒化の際に供給した窒素の多くを存在させることでSi3N4として事前に析出することを抑制し、窒素を鋼中へ供給しやすい状況を作り上げたものである。
1.質量%で、C:0.001〜0.10%、Si:1.0〜5.0%、Mn:0.01〜0.5%,SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.002〜0.040%、sol.Al:0.001〜0.050%およびN:0.0010〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚としたのち、一次再結晶焼鈍と窒化処理を施し、ついで焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の一連の製造工程中、上記窒化処理後に得られる一次再結晶焼鈍板であって、
上記窒化処理による窒素増量ΔNが1000ppm以下で、かつ鋼板表面の蛍光X線のN強度が0.59以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板用の一次再結晶焼鈍板。
上記窒化処理による窒素増量ΔNが1000ppm以下で、かつ鋼板表面のGDS発光分析によるN強度のピーク位置がSi強度のピーク位置よりも表層側に存在することを特徴とする方向性電磁鋼板製造用の一次再結晶焼鈍板。
まず、本発明において、鋼スラブの成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「%」表示は特に断らない限り質量%を意味するものとする。
C:0.001〜0.10%
Cは、一次再結晶集合組織を改善する上で有用な元素であり、少なくとも0.001%の含有を必要とするが、含有量が0.10%を超えるとかえって一次再結晶集合組織の劣化を招くので、C量は0.001〜0.10%の範囲に限定した。磁気特性の観点から望ましい含有量は0.01〜0.06%の範囲である。
Siは、電気抵抗を高めることによって鉄損を改善する有用元素であるが、含有量が 5.0%を超えると冷間圧延性が著しく劣化するので、Siは5.0%以下に限定した。一方、Siは窒化物形成元素として機能させる必要があるため、1.0%以上含有させることが必要である。なお、鉄損の観点からも望ましい含有量は1.5〜4.5%の範囲である。
Mnは、SやSeと結合してMnSeやMnSを形成しインヒビター作用を発揮する成分である。また、製造時における熱間加工性を向上させる効果も有している。しかしながら、Mn量が0.01%に満たないとその添加効果を得ることができず、一方0.5%を超えた場合には、一次再結晶集合組織が悪化して磁気特性の劣化を招くので、Mn量は0.01〜0.5の範囲に限定した。
SやSeは、MnやCuと結合して、MnSe,MnS,Cu2-xSe,Cu2-xSを形成し、鋼中の分散第二相としてインヒビターの作用を発揮する有用成分である。これらS,Seの含有量が 0.002%に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.04%を超える場合はスラブ加熱時の固溶が不完全となるだけでなく、製品表面の欠陥の原因ともなるため、単独添加または複合添加いずれの場合も0.002〜0.04%の範囲に限定した。
Alは、鋼中でAlNを形成し、分散第二相としてインヒビターの作用をする有用成分であるが、含有量が0.001%に満たないと十分に析出量が確保できず、一方0.050%を超えて含有させると窒化後に析出するAlN量が過剰となって、粒成長の抑制力が高くなりすぎ、高温まで焼鈍しても二次再結晶しない不都合が生じる。また、Alが0.001%未満の場合には、窒素量との兼ね合いにより、窒化後にAlを含有しないSi3N4が析出する場合もある。Si3N4がインヒビターとして機能する場合は、必ずしもAl量は多量に含まれていなくても良いが、Al自身は酸素親和力が高いため、製鋼段階において微量添加することにより鋼中の溶存酸素量が減少し、鋼中酸化物・介在物が低減することを介して特性劣化抑制の効果を有するため、酸可溶性Alとして10ppm以上添加することにより磁性劣化を抑制できる効果もある。
Nも、Alと同様に、AlNを形成するために必要な成分である。二次再結晶時にインヒビターとして必要な窒素は後工程にて窒化処理することにより供給することができるが、含有量が 0.0010%を下回ると窒化工程までの間の焼鈍工程で結晶粒成長が過剰となり、冷間圧延工程での粒界割れなどの原因となる場合がある。一方、Nを0.020%を超えて含有させるとスラブ加熱時にふくれ等を生じるため、Nは0.001〜0.020%の範囲に限定した。
Ni:0.005〜1.50%
Niは、熱延板組織の均一性を高めることにより、磁気特性を改善する働きがあり、そのためには0.005%以上含有させることが好ましいが、含有量が1.50%を超えると二次再結晶が困難となり、磁気特性が劣化するので、Niは0.005〜1.50%の範囲で含有させることが望ましい。
Snは、二次再結晶焼鈍中の鋼板の窒化や酸化を抑制し、良好な結晶方位を有する結晶粒の二次再結晶を促進して磁気特性を向上させる有用元素であり、そのためには0.01%以上含有させることが好ましいが、0.50%を超えて含有されると冷間圧延性が劣化するので、Snは0.01〜0.50%の範囲で含有させることが望ましい。
Sbは、二次再結晶焼鈍中の鋼板の窒化や酸化を抑制し、良好な結晶方位を有する結晶粒の二次再結晶を促進して磁気特性を効果的に向上させる有用元素であり、その目的のためには0.005%以上含有させることが好ましいが、0.50%を超えて含有されると冷間圧延性が劣化するので、Sbは0.005〜0.50%の範囲で含有させることが望ましい。
Cuは、二次再結晶焼鈍中の鋼板の酸化を抑制し、良好な結晶方位を有する結晶粒の二次再結晶を促進して磁気特性を効果的に向上させる働きがあり、そのためには0.01%以上含有させることが好ましいが、0.50%を超えて含有されると熱間圧延性の劣化を招くので、Cuは0.01〜0.50%の範囲で含有させることが望ましい。
Crは、フォルステライト被膜の形成を安定化させる働きがあり、そのためには0.01%以上含有させることが好ましいが、含有量が1.50%を超えると二次再結晶が困難となり、磁気特性が劣化するので、Crは0.01〜1.50%の範囲で含有させることが望ましい。
Pは、フォルステライト被膜の形成を安定化させる働きがあり、そのためには0.0050%以上含有させることが好ましいが、含有量が0.50%を超えると冷間圧延性が劣化するので、Pは0.0050〜0.50%の範囲で含有させることが望ましい。
MoおよびNbはいずれも、スラブ加熱時の温度変化による割れの抑制等を介して、熱延後のヘゲを抑制する効果を有している。これらはそれぞれ、Moは0.01%以上、Nbは0.0005%以上含有させなければヘゲ抑制の効果は小さく、一方Moは0.50%を超えると、Nbは0.0100%を超えると炭化物、窒化物を形成するなどして最終製品まで残留した際、鉄損の劣化を引き起こすため、それぞれ上記の範囲で含有させることが望ましい。
Ti、BおよびBiはいずれも、窒化した際に析出物を形成したり、自身が偏析するなどしたりして、補助的なインヒビターとして機能し、二次再結晶を安定化させる効果を有している。しかしながら、これらはそれぞれ下限値未満では補助インヒビターとしての効果を得るに乏しく、一方上限値を超えると形成した析出物が純化後にも残留し磁気特性劣化の原因となったり、粒界を脆化させベンド特性を劣化させたりする場合がある。従って、それぞれ上記の範囲で含有させることが望ましい。
上記の好適成分組成範囲に調整した鋼スラブを、再加熱することなくまたは再加熱したのち、熱間圧延に供する。なお、スラブを再加熱する場合には、再加熱温度は1000℃以上、1350℃以下程度とすることが望ましい。というのは、本発明では、二次再結晶焼鈍を実施する前に窒化処理を行い、インヒビターを補強するため、熱延工程で完全固溶による析出物の微細分散が必要になるわけではないので、1350℃を超えるような超高温スラブ加熱は必要ではない。しかしながら、窒化までの焼鈍工程で結晶粒径が粗大化し過ぎることがないように、熱延時にAl,N,Mn,S,Seをある程度固溶させ、分散させる必要があり、また加熱温度が低すぎると熱延時の圧延温度までが低下し、結果、圧延荷重が高くなって、圧延が困難となるため、再加熱温度は1000℃以上が必要である。
本発明の一次再結晶焼鈍板は、ガス窒化や塩浴窒化を利用し、かつ上記の製造条件で室化処理を行うことで得ることが可能であるが、その他にも、窒化される側である鋼板の表面状態の改質や、窒化を行うポテンシヤル(ガス窒化にあってはH2に対するNH3濃度や塩浴窒化にあっては使用する塩の種類等)、あるいは全く異なる窒化手法を検討することによって、検討した条件以外の様々な条件で実現できる可能性があると考えられる。
本発明の一次再結晶焼鈍板では、サブスケール中SiO2ラメラー層より表層側の極表層近傍に窒素が濃化した状態にある。サブスケール中ではSiは酸素と結びつきSiO2を形成し、周囲は純鉄層となっている。また、SiO2はSi3N4に比べて極めて安定な物質であるため、一旦SiO2となったSiが新たに窒素と結合することは考えにくく、サブスケール中に存在する窒素はSi3N4として固定されにくいという特徴を有している。仮に、極表層の窒素が固溶でなく窒化物を形成したとしても周囲にSiがいないため鉄系窒化物になると考えられるが、代表的な鉄系窒化物はいずれもSi3N4に比べて熱力学的に不安定なため、より低温で分解されやすく二次再結晶焼鈍の極初期の段階から鋼中への拡散を生じさせることができる。
換言すれば、これまでSi3N4の分解あるいは固溶が生じる温度以上で、固溶Nの拡散が生じ、その後、Alを含有する窒化物が析出といった一連の挙動の中で、初期状態としてSi3N4を介さないことで、焼鈍開始と同時に、あるいはSi3N4よりも不安定な窒化物が形成されていた場合には、その分解、固溶温度以上で、Nの拡散を開始させることができることになる。
通常、Si3N4は、鋼の結晶格子との整合性が悪い(misfit率が大きい)ため、低温での析出速度は極めて遅い。具体的には600℃以下では数時間というオーダーで析出させることは極めて困難である。従って、Si3N4の析出を進行させるためには700〜800℃の温度を必要とする。
また、平坦化焼鈍により、鋼板の形状を整えることも可能であり、さらにこの平坦化焼鈍を絶縁被膜の焼き付け処理と兼備させることもできる。
Si:3.25%、C:0.05%、Mn:0.08%およびS:0.003%を含有し、またAlとNを表1に示す割合で含有し、その他成分として、Ni,Sn,Sb,Cu,Cr,P,Mo,Nb等を表1に示す割合で含有した珪素鋼スラブを、1150℃で30分加熱後、熱間圧延により2.2mm厚の熱延板とした。ついで、1000℃,1分間の熱延板焼鈍後、冷間圧延により0.27mmの最終板厚としたのち、得られた冷間圧延コイルの中央部から、100mm×400mmサイズの試料を採取し、ラボにて一次再結晶と脱炭を兼ねた焼鈍を行った。
その後、 表1に示す条件で窒化処理(バッチ処理;シアン酸塩を主成分とする塩を利用した塩浴による窒化処理およびNH3とN2の混合ガスを利用した窒化処理)を行い、鋼中窒素量を増加させた。窒素増量ΔNは板全厚を対象として化学分析によって定量した。
表2に、窒化処理後の窒化増量ΔN、窒化処理後の蛍光X線N強度、GDSで測定したNおよびSiのピーク時間および磁気特性B8(T)について調べた結果を示す。なお、磁気特性は、各条件10枚の平均値で評価し、残りの評価は1枚の代表サンプルにおいて測定した。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.001〜0.10%、Si:1.0〜5.0%、Mn:0.01〜0.5%,SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.002〜0.040%、sol.Al:0.001〜0.050%およびN:0.0010〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚としたのち、一次再結晶焼鈍と窒化処理を施し、ついで焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の一連の製造工程中、上記窒化処理後に得られる一次再結晶焼鈍板であって、
上記窒化処理による窒素増量ΔNが1000ppm以下で、かつ鋼板表面の蛍光X線のN強度が0.59以上であることを特徴とする方向性電磁鋼板用の一次再結晶焼鈍板。 - 質量%で、C:0.001〜0.10%、Si:1.0〜5.0%、Mn:0.01〜0.5%,SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.002〜0.040%、sol.Al:0.001〜0.050%およびN:0.0010〜0.020%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚としたのち、一次再結晶焼鈍と窒化処理を施し、その後焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の一連の製造工程中、上記窒化処理後に得られる一次再結晶焼鈍板であって、
上記窒化処理による窒素増量ΔNが1000ppm以下で、かつ鋼板表面のGDS発光分析によるN強度のピーク位置がSi強度のピーク位置よりも表層側に存在することを特徴とする方向性電磁鋼板製造用の一次再結晶焼鈍板。 - さらに質量%で、Ni:0.005〜1.50%、Sn:0.01〜0.50%、Sb:0.005〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、Cr:0.01〜1.50%、P:0.0050〜0.50%、Mo:0.01〜0.50%、Nb:0.0005〜0.0100%、Ti:0.0005〜0.0100%、B:0.0001〜0.0100%およびBi:0.0005〜0.0100%のうちから選んだ1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板製造用の一次再結晶焼鈍板。
- 請求項1,2または3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板製造用の一次再結晶焼鈍板を素材とし、その表面に焼鈍分離剤を塗布してから、二次再結晶焼鈍を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
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