JP2017538859A - 粒子配向性電磁鋼ストリップの製造方法および当該方法により製造された粒子配向性電磁鋼ストリップ - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P10/25—Process efficiency
Abstract
Description
本発明は、薄スラブ(薄板スラブ)連続鋳造法を用いて粒子配向性電磁鋼ストリップを製造する方法であって、前記方法は以下の工程を含む:
a)特に二次精錬処理の後に、鉄(Fe)および不可避的な不純物の他に、Si:2.50〜4.00質量%,C:0.030〜0.100質量%,Mn:0.160〜0.300質量%,Cu:0.100〜0.300質量%,Alsl:0.020〜0.040質量%,Sn:0.050〜0.150質量%,S:<100ppm,N:<100ppm、および、Cr,V,Ni,MoおよびNbを含む群から一つか二つ以上の元素を含む、溶解物と鋼を溶解すること、
b)ストランドを不活性ガスに暴露することなく薄いスラブ連続鋳造によって溶融物を連続的に鋳造して厚さ50〜120mmのストランドを形成し、このストランドを薄いスラブに分割すること、
c)均質化焼鈍(アニーリング、annealing)を行う工程であって、
c‘)薄いスラブを、好ましくは線形炉内で1050℃より高い温度に加熱し、スラブを最高温度1250℃、好ましくは最高温度1200℃、特に最高温度1150℃において焼鈍を行うことを含み、
そして、
d)薄いスラブを誘導加熱装置、特に高周波誘導加熱装置に供給し、特に薄いスラブが最初の熱間圧延の直前に通過する間に、少なくとも数秒間、1350℃〜1380℃、特に1355℃〜1370℃の温度範囲内であり、特に1360℃の温度である工程c‘)の前の均質化温度よりも高い温度に加熱すること、
e)好ましくは線形の複数スタンドの熱間圧延トレイン中で薄スラブを連続的に熱間圧延して、厚さが1.8mm〜3.0mmの熱間圧延ストリップを形成すること、
f)650℃未満の巻取り温度で熱間圧延されたストリップを冷却して巻き取ってコイルを形成すること、
g)920℃〜1150℃の間の温度で、巻き取り後の熱間鋼ストリップを、その後の冷間圧延の前に焼鈍し、
h)熱間鋼ストリップを、好ましくは可逆スタンド上で3より多い単一工程を通して冷間圧延して、0.15mm〜0.40mmの最終厚さを有する冷間圧延ストリップとすること、
i)冷間圧延ストリップに再結晶、脱炭および窒化焼鈍を施し、
j)MgOを主に含む焼鈍セパレーター(非粘着層)を、再結晶、脱炭、窒化焼鈍を施した冷間圧延鋼ストリップのストリップ面に適用すること、
k)焼鈍セパレーターで被覆された冷間圧延ストリップに、ベルタイプの炉において>1150℃の温度での高温焼鈍による二次再結晶焼鈍を施し、顕著なゴス集合組織(Goss texture)を有する完成した鋼ストリップを形成すること、
および
l)二次再結晶焼鈍を施された完成した鋼ストリップを電気絶縁層で被覆し、次いで被覆された完成した鋼ストリップを無応力焼鈍または応力除去焼鈍すること。
前記方法によって製造された粒子配向性電磁鋼ストリップは、変圧器での使用が意図されている。粒子配向性電磁鋼ストリップの材料は、圧延方向に平行の容易な磁化方向を有する特に鮮明な{110}<001>集合組織(ミラー指数)を特徴とする。このような集合組織を形成する方法は、まずN.P.Gossにより示され、したがって、そしてそのような集合組織は一般に「ゴス集合組織」と呼ばれる。ゴス集合組織は、二次再結晶化とも呼ばれる選択的な特異な粒成長によって形成される。このプロセスでは、金属マトリックスの粒子拡大に対する正常で自然な傾向は、粒子成長阻害剤(抑制剤または阻害相とも呼ばれる)の存在によって阻害される。阻害相は、非常に微細で、最適に均一に分布した1つ以上の第2相の粒子からなる。システムを通じて界面エネルギーの阻害が最少化されるために、これらの粒子は、境界面上に自然界面エネルギーを有し、マトリクスとの界面を越えて粒界が移動するのを阻害する。このような阻害相は、ゴス集合組織の発達に最も重要であり、したがってそのような材料で達成され得る磁気特性の中心的な意義を有する。このプロセスでは、非常に多数の非常に小さな粒子の均質な分布を達成することが重要であり、これは少数の粗い粒子よりも有利である。沈降した粒子の数は実験によって決定することができないので、それらのサイズはその有効性の指標として使用される。従って、阻害相の粒子は、平均して100nmより実質的に大きくすべきではないと考えられる。
導入部に記載されたタイプの方法において、本発明の目的は、方法工程i)における冷間圧延ストリップの再結晶、脱炭および窒化焼鈍が、
窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状の焼鈍雰囲気、特に湿った雰囲気を使用し、最大150秒間、820℃〜890℃の範囲のストリップ温度で行われ、冷間圧延ストリップに作用し、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.30〜0.60である、脱炭焼鈍段階を含み、
窒素(N2)および水素(H2)を含む焼鈍雰囲気を用いて、850℃〜920℃の範囲の温度で最大50秒間、実施され、冷間圧延ストリップに作用し、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.03〜0.07である、次の窒化焼鈍段階を含み、
前記脱炭焼鈍段階と前記窒化焼鈍段階の間に中間減少焼鈍段階が実施され、当該中間減少焼鈍段階が、窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状焼鈍雰囲気、特に乾燥した雰囲気を用いて820℃〜890℃の範囲の温度で最大40秒間実施し、冷間圧延ストリップに作用し、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.10であり、
ここで、冷間圧延ストリップが得られ、その一次再結晶粒は22μm〜25μmの円相当平均径(直径)を有する。
一次再結晶粒が22μm〜25μmの円相当平均径(直径)を有する、冷間圧延されたストリップが得られる。
ケイ素は比抵抗の増加を引き起こし、したがって古典的な磁気損失が減少する。2質量%未満の合金化度において、粒子配向性電磁鋼としての使用は意味をなさない。4質量%を超える合金化率は、結果として生じる甚大な脆性のために加工を著しく妨げる。実際の用途では、3.15〜3.30質量%のSi合金化率が有利であることが判明している。3.45質量%を超えても、上記の脆さの問題が観察される。
1つは、この技術的オプションにより、熱間加工プロセスに実質的な熱機械的自由度が与えられ、したがって熱間加工/温度/処理時間の設計において大きな柔軟性が得られる。
3.230質量%のSi
0.058質量%のC
0.168質量%のMn
0.206質量%のCu
0.003質量%のS
0.030質量%のAl(酸溶解性)
0.088質量%のSn
0.003質量%のN
0.087質量%のCr
0.001質量%のTi
0.029質量%のP
0.085質量%のNi
の化学的組成を有する鋼溶融物および微量の不可避的不純物を、薄スラブ連続鋳造法を用いて鋳造厚さ85mmとなるように、鋳造し、「液体コア減少」法により形成し、不活性ガスへのストランドの露出なしに、65mm〜85mmの厚さ(後者の厚さは液状コアを減少させることなく達成される)、幅1100mm〜1250mmまで形成される。(「液体コア減少」法により厚さが減少し、ストランドの厚さは、金型のすぐ下で減少し、ストランドの内部は液体コアを有する。また、鋳造ストランドの選択的な厚さの減少が最終凝固に近い凝固点で(最初に)行われる、いわゆる「ソフトな減少」法も可能である。)
Claims (14)
- 薄スラブ(薄板スラブ)連続鋳造法を用いて粒子配向性電磁鋼ストリップを製造する方法であって、
a)特に二次精錬処理の後に、鉄(Fe)および不可避的な不純物に加えて、
Si:2.50〜4.00質量%、
C:0.030〜0.100質量%、
Mn:0.160〜0.300質量%、
Cu:0.100〜0.300質量%、
Alsl:0.020〜0.040質量%、
Sn:0.050〜0.150質量%、
S:<100ppm、
N:<100ppm、
および、Cr,V,Ni,MoおよびNbを含む群からの一つか二つ以上の元素を含む、溶解物と共に鋼を溶解すること、
b)ストランドを不活性ガスに暴露することなく、薄スラブ連続鋳造によって溶融物を連続的に鋳造して、厚さ50〜120mmのストランドを形成し、このストランドを薄いスラブに分割すること、
c)均質化焼鈍(焼鈍)を行う工程であって、
c‘)薄いスラブを、好ましくは線形炉内で1050℃より高い温度に加熱し、スラブを最高温度1250℃、好ましくは最高温度1200℃、特に最高温度1150℃において焼鈍を行うことを含み、
そして、
d)薄いスラブを誘導加熱装置、特に高周波誘導加熱装置に供給し、特に薄いスラブが最初の熱間圧延に通過する直前に、数秒間、1350℃〜1380℃、特に1355℃〜1370℃であり、特に1360℃の温度である工程c‘)の前記予備の均質化温度よりも高い温度に加熱すること、
e)好ましくは線形の複数スタンドの熱間圧延トレイン中で薄スラブを連続的に熱間圧延して、厚さが1.8mm〜3.0mmの熱間圧延ストリップに形成すること、
f)650℃未満の巻取り温度で熱間圧延されたストリップを冷却して巻き取ってコイルを形成すること、
g)920℃と1150℃の間の温度で、巻き取り後の熱間圧延ストリップを、その後の冷間圧延の前に焼鈍(アニーリング、annealing)し、
h)熱間圧延ストリップを、好ましくは可逆スタンド上で3パスより多い単一工程を通して冷間圧延して、0.15mm〜0.40mmの最終厚さを有する冷間圧延ストリップとすること、
i)得られた冷間圧延ストリップに再結晶、脱炭および窒化焼鈍を施すこと、
j)特にMgOを主に含む焼鈍セパレーター(非粘着層)を、再結晶、脱炭、窒化焼鈍を施した冷間圧延ストリップのストリップ面に適用すること、
k)焼鈍セパレーターで被覆された冷間圧延ストリップに、ベルタイプの炉において>1150℃の温度での高温焼鈍による二次再結晶焼鈍を施し、顕著なゴス集合組織(Goss texture)を有する完成した鋼ストリップを形成すること、
および
l)二次再結晶焼鈍が施された完成した鋼ストリップを電気絶縁層で被覆し、次いで被覆された完成した鋼ストリップを無応力焼鈍または応力除去焼鈍すること、
の工程を含み、
ここで、
方法における工程i)における冷間圧延ストリップの再結晶、脱炭および窒化焼鈍が、
窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状の焼鈍雰囲気、特に湿った雰囲気を使用し、最大150秒間、820℃〜890℃の範囲のストリップ温度で行われ、冷間圧延ストリップに作用させ、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.30〜0.60である、脱炭焼鈍段階を含み、
窒素(N2)および水素(H2)を含む焼鈍雰囲気を用いて、850℃〜920℃の範囲の温度で最大50秒間、実施され、冷間圧延ストリップに作用し、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.03〜0.07である、次の窒化焼鈍段階を含み、
前記脱炭焼鈍段階と前記窒化焼鈍段階の間に中間減少焼鈍段階が実施され、当該中間減少焼鈍段階が、窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状焼鈍雰囲気、特に乾燥した雰囲気を用いて820℃〜890℃の範囲の温度で最大40秒間実施し、冷間圧延ストリップに作用し、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.10未満であり、
ここで、冷間圧延ストリップが得られ、その一次再結晶粒は22μm〜25μmの円相当平均径(直径)を有する、前記製造方法。 - 工程i)の窒化焼鈍段階の間の焼鈍雰囲気に、別々に、特に全ガス流量を基準にして、アンモニア(NH3)を少なくとも2質量%、最大で12質量%添加し、かつ、前記冷間圧延されたストリップの二つの対向する大面積ストリップ表面にアンモニアを吹き付けることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 脱炭焼鈍段階、中間減少焼鈍段階、窒化焼鈍段階を含む工程i)の間において、前記冷間圧延されたストリップが、焼鈍後において、少なくとも200ppm、好ましくは少なくとも280ppm、特に少なくとも400ppmの全窒素含有量を有するように、焼鈍されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程i)の再結晶焼鈍の開始時に前記冷間圧延されたストリップが、100K/sより大きい加熱速度で、加熱されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程a)の溶融物において、硫黄(S)に対するマンガン(Mn)の比が6より大きく、好ましくは20より大きく、窒素(N)に対するアルミニウム(Al)の比が4より大きく、好ましくは10より大きいことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程b)における鋳造中の溶融物の過熱温度が40K未満、好ましくは20K未満、特に12K未満であり、ストランド内のコアが液状である間に、金型の直下において、「液体コア減少」法に従ってストランドの厚さの減少が実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程e)における熱間圧延が、1150℃を超える、好ましくは1200℃を超える第1の加工パス中の初期圧延温度、850℃〜980℃の範囲の最終圧延温度、および、12m/s未満、好ましくは10m/s未満の最終圧延速度により実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程g)における熱間圧延ストリップの焼鈍中において、25K/sを超える冷却速度、好ましくは、30K/sより大きい、特に40K/sより大きい、特に好ましくは25K/s〜52K/sの範囲の冷却速度によって焼鈍された後に、焼鈍された熱間圧延ストリップが急冷されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 最後の3つのパスの少なくとも1つまたは複数の間に、熱間圧延されたストリップが、圧延中に生じる処理熱から得られる、少なくとも180℃から最大260℃の温度に達するように、少なくとも5分間、工程h)における冷間圧延中の加工が実施されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程h)における冷間圧延は、2段階で行い、ここで、前記熱間圧延ストリップは、第1の冷間圧延段階の前に、酸洗い工程によって、酸によって洗浄され、冷間圧延の第1段階が完了した後に、熱間圧延されたストリップ鋼は、工程g)に従って焼鈍されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 第2の冷間圧延において、熱間圧延ストリップの厚さが少なくとも85%までに減少されることを特徴とする、請求項10に記載の方法。
- ベル型炉における高温焼鈍の加熱段階の間に、ガス状の焼鈍雰囲気中の窒素(N2)の割合(%)が原子パーセントで水素(H2)の割合よりも大きくなるように、工程k)における前記二次再結晶焼鈍を実施することを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- プロセス工程l)に続いて、任意に、被覆された完成した鋼ストリップの磁区精錬を行う処理工程が、特に任意で実行されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- a)特に二次精錬処理の後に、鉄(Fe)および不可避的な不純物に加えて、
Si:2.50〜4.00質量%、
C:0.030〜0.100質量%、
Mn:0.160〜0.300質量%、
Cu:0.100〜0.300質量%、
Alsl:0.020〜0.040質量%、
Sn:0.050〜0.150質量%、
S:<100ppm、
N:<100ppm、
および、Cr,V,Ni,MoおよびNbを含む群からの一つか二つ以上の元素を含む、溶解物と共に鋼を溶解すること、
b)ストランドを不活性ガスに暴露することなく、薄スラブ連続鋳造によって溶融物を連続的に鋳造して、厚さ50〜120mmのストランドを形成し、このストランドを薄いスラブに分割すること、
c)均質化焼鈍(焼鈍)を行う工程であって、
c‘)薄いスラブを、好ましくは線形炉内で1050℃より高い温度に加熱し、スラブを最高温度1250℃、好ましくは最高温度1200℃、特に最高温度1150℃において焼鈍を行うことを含み、
そして、
d)薄いスラブを誘導加熱装置、特に高周波誘導加熱装置に供給し、特に薄いスラブが最初の熱間圧延に通過する直前に、通過することで、少なくとも数秒間、1350℃〜1380℃、特に1355℃〜1370℃であり、特に1360℃の温度である工程c‘)の前記予備の均質化温度よりも高い温度に加熱すること、
e)好ましくは線形の複数スタンドの熱間圧延トレイン中で薄スラブを連続的に熱間圧延して、厚さが1.8mm〜3.0mmの熱間圧延ストリップを形成すること、
f)650℃未満の巻取り温度で熱間圧延されたストリップを冷却して巻き取ってコイルを形成すること、
g)920℃と1150℃の間の温度で、巻き取り後の熱間圧延ストリップを、その後の冷間圧延の前に焼鈍(アニーリング、annealing)し、
h)熱間圧延ストリップを、好ましくは可逆スタンド上で3パスより多い単一工程を通して冷間圧延して、0.15mm〜0.40mmの最終厚さを有する冷間圧延ストリップとすること、
i)得られた冷間圧延ストリップに再結晶、脱炭および窒化焼鈍を施すこと、
j)MgOを主に含む焼鈍セパレーター(非粘着層)を、再結晶、脱炭、窒化焼鈍を施した冷間圧延ストリップのストリップ面に適用すること、
k)焼鈍セパレーターで被覆された冷間圧延ストリップに、ベルタイプの炉において>1150℃の温度での高温焼鈍による二次再結晶焼鈍を施し、顕著なゴス集合組織(Goss texture)を有する完成した鋼ストリップを形成すること、
および
l)二次再結晶焼鈍が施された完成した鋼ストリップを電気絶縁層で被覆し、次いで被覆された完成した鋼ストリップを無応力焼鈍または応力除去焼鈍すること、
の工程を含み、
ここで、
方法の工程i)における冷間圧延ストリップの再結晶、脱炭および窒化焼鈍が、
窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状の焼鈍雰囲気、特に湿った雰囲気を使用し、最大150秒間、820℃〜890℃の範囲のストリップ温度で行われ、冷間圧延ストリップに作用させ、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.30〜0.60である、脱炭焼鈍段階を含み、
窒素(N2)および水素(H2)を含む焼鈍雰囲気を用いて、850℃〜920℃の範囲の温度で最大50秒間、実施して、冷間圧延ストリップに作用させ、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.03〜0.07である、次の窒化焼鈍段階を含み、
前記脱炭焼鈍段階と前記窒化焼鈍段階の間に中間減少焼鈍段階が実施され、当該中間減少焼鈍段階が、窒素(N2)および水素(H2)を含むガス状焼鈍雰囲気、特に乾燥した雰囲気を用いて820℃〜890℃の範囲の温度で最大40秒間実施して、冷間圧延ストリップに作用させ、水蒸気/水素分圧比pH2O/pH2が0.10であり、
ここで、冷間圧延ストリップが得られ、その一次再結晶粒は22μm〜25μmの円相当平均径(直径)を有する、製造方法により得られる粒子配向性電磁鋼ストリップ。
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