JP2018505961A - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板は、素地鋼板において、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよび不純物を含む。

Description

方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。
一般に、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板は、鋼板の圧延方向に｛１１０｝＜００１＞方位のゴス組織（Ｇｏｓｓ ｔｅｘｔｕｒｅ）が強く発達しなければならず、このような集合組織を形成させるためには、ゴス方位の結晶粒が二次再結晶という異常な結晶粒成長を形成させなければならない。
このような異常な結晶成長は、通常の結晶粒成長とは異なり、正常な結晶粒成長が析出物、介在物や、あるいは固溶したり粒界に偏析したりする元素によって正常に成長する結晶粒界の移動を抑制された時に発生する。
方向性電磁鋼板は主に、ＡｌＮ、ＭｎＳなどの析出物を結晶粒成長抑制剤として用いて二次再結晶を起こす製造方法を使用している。このようなＡｌＮ、ＭｎＳ析出物を結晶粒成長抑制剤として用いる方向性電磁鋼板の製造方法には、下記のような問題がある。
ＡｌＮ、ＭｎＳ析出物を結晶粒成長抑制剤として用いるためには、析出物を非常に微細で均一に鋼板に分布させなければならない。
このように微細な析出物を均一に分布させるためには、スラブを１３００℃以上の高い温度で長時間加熱して鋼中に存在していた粗大な析出物を固溶させた後、非常に短い時間内に熱間圧延を実施して析出が起こらない状態で熱間圧延を終了しなければならない。
このためには、大規模なスラブ加熱設備を必要とし、析出を最大限に抑制するために、熱間圧延と巻取工程を非常に厳しく管理し、熱間圧延後の熱延板焼鈍工程で固溶した析出物が微細に析出するように管理しなければならないという問題がある。
また、高温にスラブを加熱すると、融点の低いＦｅ２ＳｉＯ４が形成されることによって、スラブウォッシング（ｗａｓｈｉｎｇ）現象が発生して実歩留まりが低下する。
さらに、二次再結晶完了後に析出物の構成成分を除去するために、１２００℃の高温で３０時間以上という長時間純化焼鈍を施さなければならないという製造工程上の複雑性と原価負担が伴う問題がある。
そして、このような純化焼鈍過程で、ＡｌＮ系析出物がＡｌとＮに分解された後に、Ａｌが鋼板の表面に移動して表面酸化層の酸素と反応することによって、Ａｌ２Ｏ３酸化物が形成される。
このように形成されたＡｌ系酸化物や純化焼鈍過程で分解されないＡｌＮ析出物は、鋼板内あるいは表面の近くで磁区の移動を妨げて鉄損を劣化させる原因になる。
本発明の一実施形態は、方向性電磁鋼板を提供する。
本発明の他の実施形態は、方向性電磁鋼板の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板は、素地鋼板において、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよび不純物を含む。
前記素地鋼板において、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜７．０％、Ｃ：０．００５０％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００５５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５５％以下（０％を含まない）、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含んでもよい。
前記電磁鋼板において、２ｍｍ以下の粒径を有する結晶粒の面積比率は、１０％以下であってもよい。
前記電磁鋼板において、２ｍｍ以上の粒径を有する結晶粒の平均粒径は、１０ｍｍ以上であってもよい。
また、前記電磁鋼板において、＜１００＞面が鋼板の板面となす角度の差は、３．５°以下であってもよい。
前記鋼板において、１０００Ａ／ｍの磁場で測定した磁束密度Ｂ１０が１．８８以上であってもよい。
前記電磁鋼板は、結晶粒界に偏析したＢａ、Ｙ、またはこれらの組み合わせを含むことができる。
本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよびその他不可避不純物を含むスラブを加熱する段階と、前記スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階と、前記熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、前記冷延板を一次再結晶焼鈍する段階と、一次再結晶焼鈍が完了した電磁鋼板を二次再結晶焼鈍する段階とを含む。
前記スラブは、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜４．５％、Ｃ：０．００１％〜０．１％、Ａｌ：０．００５％以下、Ｎ：０．００５５％以下、Ｓ：０．００５５％以下、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含んでもよい。
前記スラブを加熱する段階において、スラブの加熱温度は、１２８０℃以下であってもよい。
前記二次再結晶焼鈍時の均熱温度は、９００℃〜１２５０℃であってもよい。
前記熱間圧延する段階の後、熱延板焼鈍を実施する段階をさらに含んでもよい。
前記一次再結晶焼鈍は、冷延板を７５０℃以上の温度で３０秒間以上維持するものであってもよい。
本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板は、ゴス結晶粒を安定的に形成させることによって、鉄損が低く、磁気的特性に優れている。
また、結晶粒成長抑制剤としてＡｌＮおよびＭｎＳを用いないので、１３００℃以上の高温でのスラブの再加熱が不必要である。
さらに、ＡｌＮおよびＭｎＳのような析出物を除去するための高温の純化焼鈍を必要としないので、製造費用が節減される。
また、高温焼鈍後にＮおよびＳなどを除去する必要がなく、純化焼鈍工程でＮ、Ｓのガス化反応による表面欠陥が存在しない。
本発明の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、添付した図面と共に詳細に後述する実施例を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は、以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。明細書全体にわたって同一の参照符号は同一の構成要素を指し示す。
したがって、いくつかの実施例において、よく知られた技術は、本発明が曖昧に解釈されるのを避けるために具体的には説明されない。別の定義がなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術および科学的用語を含む）は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に共通して理解できる意味で使用されるはずである。明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。また、単数形は、文章で特に言及しない限り、複数形も含む。
さらに、特に言及しない限り、％は、重量％を意味し、１ｐｐｍは、０．０００１重量％である。
以下、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよびその他不可避不純物を含むスラブを提供する。
前記スラブは、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜４．５％、Ｃ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５％以下、Ｎ：０．００５５％以下、Ｓ：０．００５５％以下、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含んでもよい。
まず、成分限定の理由から説明する。
ＢａおよびＹは、結晶粒成長抑制剤として作用して、二次再結晶焼鈍時にゴス結晶粒以外の他の方位の結晶粒が成長するのを抑制して電磁鋼板の磁性を向上させる。ＢａおよびＹは、それぞれ単独で添加されるか、複合で添加される。その含有量が０．００５％未満であれば、十分な抑制力を発揮しにくく、０．５％超過の時、鋼板の脆性が増加して圧延時にクラックが発生することがある。
Ｓｉは、素材の比抵抗を増加させて鉄損を低くする役割を果たす。スラブおよび電磁鋼板におけるＳｉ含有量が１．０％未満の場合、比抵抗が減少して鉄損特性が低下することがある。また、スラブ中のＳｉ含有量が４．５％を超えると、冷間圧延が難しくなり得る。ただし、冷間圧延後、Ｓｉ粉末を鋼板の表面に塗布するか、鋼板の表面に蒸着後、Ｓｉを鋼板の内部に拡散させられるため、最終材の電磁鋼板におけるＳｉの含有量は、４．５％以上になってもよい。しかし、方向性電磁鋼板におけるＳｉ含有量が７％を超える場合、変圧器の製造時に加工が難しいので、方向性電磁鋼板におけるＳｉ含有量は、７％以下であることができる。
Ｃは、オーステナイト安定化元素であって、０．００１％以上をスラブ中に添加され、連鋳過程で発生する粗大な柱状組織を微細化し、Ｓのスラブの中心偏析を抑制することができる。また、冷間圧延中に鋼板の加工硬化を促進して、鋼板内に｛１１０｝＜００１＞方位の二次再結晶核の生成を促進したりすることができる。しかし、０．１％を超えると、熱延中にエッジ−クラック（ｅｄｇｅ−ｃｒａｃｋ）が発生することがある。ただし、電磁鋼板の製造時、脱炭焼鈍を経ることになり、脱炭焼鈍後のＣ含有量は、０．００５０重量％以下であってもよい。より具体的には０．００３０重量％以下であってもよい。
本発明の一実施形態では、ＡｌＮを結晶粒成長抑制剤として用いなくてもよいので、Ａｌ含有量を積極的に抑制することができる。したがって、本発明の一実施形態では、Ａｌは、添加されないか、０．００５％以下に制御することができる。
Ｎは、ＡｌＮ、（Ａｌ、Ｍｎ）Ｎ、（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ）Ｎ、Ｓｉ３Ｎ４などの析出物を形成するので、本発明の一実施形態では、Ｎは、添加されないか、０．００５５％以下に制御することができる。より具体的には０．００３５％以下であってもよい。より具体的には０．００１５％以下であってもよい。
Ｓは、熱間圧延時、固溶温度が高く偏析が激しい元素であるので、本発明の一実施形態では添加されないか、０．００５５％以下に制御することができる。より具体的には０．００３５％以下であってもよい。より具体的には０．００１５％以下であってもよい。
本発明の一実施形態では、ＭｎＳを結晶粒成長抑制剤として用いないので、Ｍｎを添加しなくてもよい。ただし、Ｍｎは、比抵抗元素であって磁性を改善する効果があるので、スラブおよび電磁鋼板におけるＭｎの含有量は、０．０１％以上であってもよい。しかし、０．５％を超える場合、二次再結晶後に相変態を起こして磁性が劣化することがある。
Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａなどの成分は、鋼中で酸素と反応して酸化物を形成するので、添加されないことが好ましい。ただし、鋼中の不純物を考慮して、それぞれ０．００５％以下に制御することができる。
前記スラブを加熱する。スラブの加熱温度には制限はないが、スラブを１２８０℃以下の温度に加熱すると、スラブの柱状晶組織が粗大に成長することが防止されて、熱間圧延工程で板のクラックが発生するのを防止することができる。したがって、スラブの加熱温度は、１０００℃以上１２８０℃以下であってもよい。
スラブの再加熱が完了すると、熱間圧延を行う。熱間圧延温度や冷却温度には制限はなく、一実施形態として、９５０℃以下で熱延を終了し、水冷して、６００℃以下で巻取ることができる。
熱間圧延された熱延板は、必要に応じて、熱延板焼鈍を実施するか、熱延板焼鈍を実施せずに冷間圧延を行うことができる。熱延板焼鈍を実施する場合、熱延組織を均一にするために、９００℃以上の温度に加熱し均熱した後、冷却することができる。
冷間圧延は、リバース（Ｒｅｖｅｒｓｅ）圧延機あるいはタンデム（Ｔａｎｄｅｍ）圧延機を用いて、１回の冷間圧延、複数の冷間圧延、または中間焼鈍を含む複数の冷間圧延法で０．１ｍｍ〜０．５ｍｍの冷延板を製造することができる。
また、冷間圧延中に鋼板の温度を１００℃以上に維持する温間圧延を実施すればよい。さらに、冷間圧延は、１回の冷間圧延により、最終厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍに製造される。
冷間圧延が完了した鋼板は、一次再結晶焼鈍を施す。一次再結晶焼鈍では、脱炭およびゴス結晶粒の核が生成される一次再結晶が起こる。
前記一次再結晶焼鈍は、冷延板を７５０℃以上の温度で３０秒間以上維持するものであってもよい。７５０℃未満の場合、結晶粒成長のための十分なエネルギーが提供されないことがあり、３０秒間未満の場合、結晶粒成長が不十分で磁性が低下することがある。
また、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、脱炭焼鈍後、窒化焼鈍工程を省略することができる。従来のＡｌＮを結晶粒成長抑制剤として用いる方向性電磁鋼板の製造方法では、ＡｌＮの形成のために窒化焼鈍を必要とする。しかし、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、ＡｌＮを結晶粒成長抑制剤として用いないので、窒化焼鈍工程を必要としない。
一次再結晶焼鈍が完了した鋼板は、ＭｇＯを含む焼鈍分離剤を塗布し、二次再結晶焼鈍を実施する。前記二次再結晶焼鈍時の均熱温度は、９００℃〜１２５０℃であってもよい。９００℃未満であれば、ゴス結晶粒が十分に成長せず磁性が低下することがあり、１２５０℃超過の時、結晶粒が粗大に成長して電磁鋼板の特性が低下することがある。
本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、二次再結晶焼鈍が完了した後、純化焼鈍工程を省略することができる。
従来のＭｎＳ、ＡｌＮを結晶粒成長抑制剤として用いる方向性電磁鋼板の製造方法では、ＡｌＮおよびＭｎＳのような析出物を除去するための高温の純化焼鈍が必要であったが、本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、純化焼鈍工程を必要としない。
本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板は、素地鋼板において、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み、残部はＦｅおよび不純物を含む。ここで、素地鋼板とは、方向性電磁鋼板の表面に形成されたコーティング層を除いた部分である。
また、前記素地鋼板において、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜７．０％、Ｃ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５％以下、Ｎ：０．００５５％以下、Ｓ：０．００５５％以下、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含んでもよい。
さらに、前記Ｂａ、Ｙ、またはこれらの組み合わせを０．０２％〜０．３５％含んでもよい。
また、前記電磁鋼板において、２ｍｍ以下の粒径を有する結晶粒の面積比率が、全体結晶粒面積１００％に対して１０％以下であってもよい。２ｍｍ以下の粒径を有する結晶粒の面積比率が、全体結晶粒面積１００％に対して１０％超過の場合、結晶粒が十分に成長せず磁性が低下することがある。
さらに、前記電磁鋼板において、２ｍｍ以上の粒径を有する結晶粒の平均粒径は、１０ｍｍ以上であってもよい。２ｍｍ以上の粒径を有する結晶粒の平均粒径が１０ｍｍ未満の場合、結晶粒が十分に成長せず磁性が低下することがある。
また、前記電磁鋼板において、＜１００＞面が鋼板の板面となす角度の差は、３．５°以下であってもよい。ここで、鋼板の板面とは、鋼板の圧延方向をＸ軸、幅方向をＹ軸とする時、ＸＹ面を意味する。３．５°超過の時、鋼板の磁性が低下することがある。
さらに、前記鋼板において、１０００Ａ／ｍの磁場で測定した磁束密度のＢ１０が１．８８以上であってもよい。また、前記Ｂａ、Ｙ、またはこれらの組み合わせの元素がインヒビターとして作用して結晶粒界に偏析していてよい。
以下、実施例を通じて詳細に説明する。ただし、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるものではない。
［実施例１］
重量％で、Ｓｉ：３．２％、Ｃ：０．０５１％、Ｍｎ：０．１１２％、Ｓ：０．００５２％、Ｎ：０．００５％、および、Ａｌ：０．０２９％を含み、バリウム（Ｂａ）およびイットリウム（Ｙ）を表１のように含有し、残部Ｆｅとその他不可避に混入する不純物からなるスラブを準備した。
前記スラブを１１５０℃の温度に９０分間加熱した後、熱間圧延して、２．６ｍｍ厚さの熱延板を製造した。この熱延板を１０５０℃以上の温度に加熱した後、９１０℃で９０秒間維持し水冷した後、酸洗した。次に、０．２９ｍｍ厚さに冷間圧延した。冷間圧延された鋼板は、炉中で昇温した後、水素：５０体積％および窒素：５０体積％の混合ガス雰囲気、露点温度６０℃、および、焼鈍温度８５０℃で１２０秒間維持して、一次再結晶焼鈍を施した。一次再結晶焼鈍後の炭素は、０．００３０重量％であった。以降、ＭｇＯを塗布した後、コイル状に巻取って、二次再結晶焼鈍した。
最終焼鈍は、窒素：２５体積％および水素：７５体積％の混合ガス雰囲気で１２００℃まで昇温し、１２００℃到達後には、水素：１００体積％のガス雰囲気で２０時間維持後、炉冷した。
Figure 2018505961
表１から確認できるように、ＢａおよびＹの含有量を本発明の範囲である０．００５％〜０．５％に制御した発明材の磁性が、比較材に比べて優れている。
［実施例２］
重量％で、Ｓｉ：３．２％、Ｃ：０．０５１％、Ｍｎ：０．１１２％、Ｓ：０．００５２％、Ｎ：０．００５％、および、Ａｌ：０．０２９％を含み、バリウム（Ｂａ）およびイットリウム（Ｙ）を表２のように含有し、残部Ｆｅとその他不可避に混入する不純物からなるスラブを準備した。
前記スラブを１１５０℃の温度に９０分間加熱した後、熱間圧延して、２．６ｍｍ厚さの熱延板を製造した。この熱延板を１０５０℃以上の温度に加熱した後、９１０℃で９０秒間維持し水冷した後、酸洗した。次に、０．２９ｍｍの厚さに冷間圧延した。冷間圧延された鋼板は、炉中で昇温した後、水素：５０体積％および窒素：５０体積％の混合ガス雰囲気、露点温度６０℃、および、焼鈍温度８５０℃で１２０秒間維持して、一次再結晶焼鈍を施した。一次再結晶焼鈍後の炭素は、０．００３０重量％であった。以降、ＭｇＯを塗布した後、コイル状に巻取って、二次再結晶焼鈍した。
最終焼鈍は、窒素：２５体積％および水素：７５体積％の混合ガス雰囲気で１２００℃まで昇温し、１２００℃到達後には、水素：１００体積％のガス雰囲気で２０時間維持後、炉冷した。
Figure 2018505961
表２を参照すれば、本発明の一実施形態に係る電磁鋼板において、１ｍｍ以下の大きさを有する結晶粒の面積比率（％）が１０％以下となり、１ｍｍ以上の大きさを有する結晶粒の平均大きさは１０ｍｍ以上となった。
以上、添付した図面を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明がその技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態で実施できることを理解するであろう。
そのため、以上に記述した実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出されるあらゆる変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。

Claims (13)

  1. 素地鋼板において、素地鋼板の全体組成１００重量％に対して、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよび不純物を含む方向性電磁鋼板。
  2. 前記素地鋼板は、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜７．０％、Ｃ：０．００５０％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．００５％以下（０％を含まない）、Ｎ：０．００５５％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５５％以下（０％を含まない）、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含む、請求項１に記載の方向性電磁鋼板。
  3. 前記電磁鋼板において、２ｍｍ以下の粒径を有する結晶粒の面積比率は、全体結晶粒面積１００％に対して１０％以下である、請求項２に記載の方向性電磁鋼板。
  4. 前記電磁鋼板において、２ｍｍ以上の粒径を有する結晶粒の平均粒径は、１０ｍｍ以上である、請求項３に記載の方向性電磁鋼板。
  5. さらに、前記電磁鋼板において、＜１００＞面が鋼板の板面となす角度の差は、３．５°以下である、請求項４に記載の方向性電磁鋼板。
  6. 前記鋼板において、１０００Ａ／ｍの磁場で測定した磁束密度Ｂ１０が１．８８以上である、請求項５に記載の方向性電磁鋼板。
  7. 結晶粒界に偏析したＢａ、Ｙ、またはこれらの組み合わせを含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方向性電磁鋼板。
  8. スラブの全体組成１００重量％に対して、Ｂａを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、Ｙを単独で０．００５重量％〜０．５重量％含むか、ＢａおよびＹを複合で０．００５重量％〜０．５重量％含み；残部はＦｅおよびその他不可避不純物を含むスラブを加熱する段階と、
    前記スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階と、
    前記熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、
    前記冷延板を一次再結晶焼鈍する段階と、
    一次再結晶焼鈍が完了した電磁鋼板を二次再結晶焼鈍する段階
    とを含む、方向性電磁鋼板の製造方法。
  9. 前記スラブは、重量％で、Ｓｉ：１．０％〜４．５％、Ｃ：０．００１％〜０．１％、Ａｌ：０．００５％以下、Ｎ：０．００５５％以下、Ｓ：０．００５５％以下、およびＭｎ：０．０１％〜０．５％をさらに含む、請求項８に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  10. 前記スラブを加熱する段階において、スラブの加熱温度は、１２８０℃以下である、請求項８または９に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  11. 前記二次再結晶焼鈍時の均熱温度は、９００℃〜１２５０℃である、請求項１０に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  12. 前記熱間圧延する段階の後、熱延板焼鈍を実施する段階をさらに含む、請求項１１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  13. 前記一次再結晶焼鈍は、冷延板を７５０℃以上の温度で３０秒間以上維持する、請求項１２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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