JP2018532041A - 方向性電磁鋼帯を製造する方法および方向性電磁鋼帯 - Google Patents

Abstract

本発明は、（重量％単位で）２．０〜４．０％のＳｉ、０．０１０〜０．１００％のＣ、≦０．０６５％のＡｌ、≦０．０２％のＮ、場合によりさらなる構成要素ならびに残部のＦｅおよび不可避の不純物を含む鋼は、冷間圧延ストリップを形成するために従来通り加工処理されて、これが酸化／一次再結晶化焼鈍しされる、最適な磁気特性を有する方向性電磁鋼帯を製造する方法に関する。得られた冷間圧延ストリップは、酸化物層を有し、これに焼鈍し分離剤層が適用される。その後の高温焼鈍しプロセスでは、フォルステライト層が形成され、最終的な焼鈍しプロセスの前にそれに絶縁層が適用される。本発明によれば、酸化／一次再結晶化焼鈍しプロセス後、ＦＴＩＲを用いてこのプロセスで得られた酸化物層についてのスペクトルが決定され、９８０ｃｍ−１に存在し、酸化物層に存在するＦｅ_２ＳｉＯ_４分子を表すピークに関して「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」が決定され、１２５０ｃｍ^−１に存在し、酸化物層に存在するαＳｉＯ_２分子を表すスペクトルのピークに関して「面積（αＳｉＯ_２）」が決定される。次に、鋼の組成または冷間圧延、酸化／一次再結晶化焼鈍しプロセスもしくは必要に応じて実施される熱間圧延ストリップの焼鈍しプロセスについてのパラメータは、以下の条件が満たされるように設定される
０．５×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）≦面積（αＳｉＯ_２）≦２×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）。
【選択図】図１

Description

本発明は、方向性電磁鋼帯の製造方法および方向性電磁鋼帯に関する。

本出願が「電磁鋼帯」を指す場合、これは、適切な組成の鋼を圧延することによって製造された電磁鋼板および電磁鋼帯、およびそこから分割された回路基板またはブランクを意味し、これらは電気工学用途のための部品の製造が意図される。

ここで問題となるタイプの方向性電磁鋼帯は、特に低い周期的磁化損失に重点がおかれ、透磁性（ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）または分極性に対する要求が高い用途に特に適している。このような要求は、特に電力変圧器、配電変圧器、およびより高品質の小型変圧器のための部品の場合に存在する。

例えば、欧州特許第１０２５２６８号明細書において具体的に説明されるように、電磁鋼帯の製造の過程で、一般に、（重量％単位で）２．５〜４．０％のＳｉ、０．０１０〜０．１００％のＣ、０．１５０％までのＭｎ、０．０６５％までのＡｌおよび０．０１５０％までのＮを典型的に含み、いずれの場合にも０．０１０％〜０．３％のＣｕ、０．０６０％までのＳ、０．１００％までのＰ、およびいずれの場合にも０．２％までのＡｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、ＴｅおよびＢｉを含んでいてもよく、残部が鉄および不可避の不純物である鋼を、最初に鋳造して、スラブ、薄スラブまたは鋳造ストリップのような予備材料を得る。次いで予備材料は、必要であれば、焼鈍し処理に供され、次いで熱間圧延されて熱間ストリップが得られる。

得られた熱間ストリップを巻取ってコイルを得て、次いで必要に応じて焼鈍しに供することができ、同様に実施されてもよい脱スケールまたは酸洗処理に供されてもよい。次いで、１つ以上の段階で熱間ストリップから冷間ストリップが圧延され、多段階で行われる多段階冷間圧延操作において冷間圧延工程の間に、必要であれば中間焼鈍しを実施する。

次いで得られた冷間ストリップは、通常、磁気時効を回避するために冷間ストリップの炭素含有量を最小にするために、脱炭焼鈍しを受ける。

脱炭焼鈍しの後、ストリップ表面に焼鈍し分離剤を適用するが、これは典型的にＭｇＯを含む。焼鈍し分離剤は、続いて行われる高温焼鈍しにおいて、冷間ストリップから巻かれたコイルの巻線が互いに溶接されることを防止する。

典型的に保護ガス下でベル炉で行われる高温焼鈍しの間に、選択的な粒成長の結果として、磁気特性に顕著に寄与する微細組織テクスチャが冷間ストリップに形成される。

同時に、高温焼鈍し中にストリップ表面上にフォルステライト層が形成され、これはしばしば技術文献で「ガラス膜」とも称される。

さらに、鋼材料は、高温焼鈍し中に進行する拡散プロセスによって清浄化される。

高温焼鈍しに続いて、このようにして得られたフォルステライト層を有する平鋼製品は、絶縁層でコーティングされ、熱的に整列され、最終的な「最終焼鈍し」において応力除去焼鈍しに供される。この最終焼鈍しは、上述の様式で製造された平鋼製品の仕上げの前または後に行われることができ、さらなる加工処理に必要なブランクを与える。ブランクが分割された後に行われる最終的な焼鈍しによって、分割操作の過程で生じた追加の応力を散逸させることができる。このようにして製造された電磁鋼帯は、一般に、０．１５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さを有する。

国際公開第０３／０００９５１号においてさらに説明されているように、シート基材に永久的な引張応力を及ぼす絶縁層を適用することにより、ドメイン構造をさらに改善することができること、さらにまた平鋼製品の圧延方向を横断してまたはその方向に傾いて局部応力の線を発生させる処理により、方向性電磁鋼帯の磁気特性をさらに改善させ得ることは同様に先行技術である。この種の表面構造は、例えば局所的機械的変形（欧州特許出願公開第０４０９３８９号明細書）、レーザーまたは電子線処理（欧州特許第０００８３８５号明細書；欧州特許第０１００６３８号明細書；欧州特許出願公開第０５７１７０５号明細書）またはトレンチのエッチング（欧州特許第０５３９２３６号明細書）によって得ることができる。

例えば、欧州特許第０２２５６１９号明細書から、フォルステライト膜が電磁鋼帯の本質的な使用特性に重要な影響を及ぼすこともさらに知られている。例えば、損失、変圧器におけるノイズ特性、またはさらに絶縁体の結合強度は、磁気的に活性なベース材料と絶縁層との間のフォルステライト膜の影響を受ける。

従って、実際にフォルステライト膜には以下の要求がなされている：
−鋼基材との最適な嵌合によりベース材料上の絶縁膜の結合強度を確実にすることである。
−ベース材料に引張応力を働かせることにより、電磁鋼帯の磁気特性が著しく改善されることである。
−仕上げ材料の表面の均一な濃灰色を確実にすることである。

高温焼鈍しの前に冷間圧延平鋼製品に適用される焼鈍し分離剤への化学添加によりフォルステライト膜の効果を最適化する手段は、例えば国際公開第９５／２５８２０号に説明されている。

同様に、フォルステライト膜の特性および効果はまた、焼鈍し分離剤の適用の前に、鋼基材が方向性電磁鋼帯の製造において受けるプロセス工程によっても影響されることが知られている。ここでのインジケータは、ベル焼鈍しに先立って鋼基材上に存在する酸化物層の組成であり、これが、後続の緩和焼鈍しおよび追加で行われてもよいレーザー処理を伴う従来技術に従って実行された高温焼鈍しの場合に、再現可能なガラス膜を導く。

焼鈍し分離剤の適用前の方向性電磁鋼帯の製造および高温焼鈍しにおける鋼基材の状態と得られるフォルステライト膜の得られる特性との関係を考慮すると、文献で主に強調されていることは、フォルステライト膜および後続の工程で形成される絶縁コーティングを含む複合体の接着が大きく左右されるため、通常、フォルステライトと鋼基材との嵌合に関することである。

例えば、特開２００４−１９１２１７号公報では、フーリエ変換赤外分光法「ＦＴＩＲ」に基づく検査によって、最上層の酸化物層を最適化することにより、絶縁層の結合強度を改善させることが提案されている。この目的のために、赤外線が規定の角度で表面上に導かれ、指向反射が測定される。入射角に応じて材料内に多重反射が生じるので、酸化物層の最上部のみを測定することが可能である。従って、この方法は結合強度に関してのみ結論付けできる；他の特性、例えば後の引張強度を決定するためにそれを使用することは不可能である。

従って、既に公開された特開２００４−１９１２１７号公報または他の技術刊行物、例えばＪｕｎｇ ｅｔ ａｌ．によりＳｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０１２，４４，２７０−２７５に刊行された「Ｒａｐｉｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆａｙａｌｉｔｅ ａｎｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｅｅｌ」または同様にＪｕｎｇ ｅｔ ａｌ．によりＳｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０１３，４５，１１１９−１１２８に刊行された「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｎ−ｄｅｐｔｈ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｅｅｌ ｗｉｔｈ ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ」には、例えばｒｆ−ＧＤＯＥＳまたは湿式化学などの侵襲的技術との組み合わせが議論されている。しかしながら、これらの方法は、表面の除去が分子組成を破壊するので、その上に製造された酸化物層またはフォルステライト層の分子組成に関しては結論付けできない。上記で引用されたＪｕｎｇ ｅｔ ａｌ．による第２の論文で提案されているような微視的な方法との組み合わせであっても、実際の使用のために直接的な結論を引き出すことができるような方法で酸化物層を記述できるような結論は得られていない。

欧州特許第１０２５２６８号明細書 国際公開第０３／０００９５１号 欧州特許出願公開第０４０９３８９号明細書 欧州特許第０００８３８５号明細書 欧州特許第０１００６３８号明細書 欧州特許出願公開第０５７１７０５号明細書 欧州特許第０５３９２３６号明細書 欧州特許第０２２５６１９号明細書 国際公開第９５／２５８２０号 特開２００４−１９１２１７号公報

Ｊｕｎｇ ｅｔ ａｌ．によりＳｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０１２，４４，２７０−２７５に刊行された「Ｒａｐｉｄ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆａｙａｌｉｔｅ ａｎｄ ｓｉｌｉｃａ ｆｏｒｍｅｄ ｄｕｒｉｎｇ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｅｅｌ」 Ｊｕｎｇ ｅｔ ａｌ．によりＳｕｒｆａｃｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ２０１３，４５，１１１９−１１２８に刊行された「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｉｎ−ｄｅｐｔｈ ｏｘｉｄｅ ｌａｙｅｒｓ ｉｎ ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚｅｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｔｅｅｌ ｗｉｔｈ ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ」

先行技術の背景に照らして、対処する問題は、焼鈍し分離剤の適用前に、それぞれの平鋼製品の表面構成を制御された様式で調整でき、こうして製造されるべき電磁鋼帯の磁気特性に関して最適効果を有するフォルステライト膜が得られる方向性電磁鋼帯を製造する方法を特定することであった。

本発明は、方向性電磁鋼帯の製造において請求項１に特定された方法の手順に従うことによって、この問題を解決した。

本発明の有利な構成は、従属請求項に特定され、本発明の一般的な概念と同様に、以降において個々に説明される。

本発明によれば、方向性電磁鋼帯の製造において、従来技術におけるこの目的のために典型的に想定されている工程が実施される。これらは
ａ）（重量％単位で）２．０〜４．０％のＳｉ、０．０１０〜０．１００％のＣ、０．０６５％までのＡｌ、および０．０２０％までのＮを有し、いずれの場合にも０．５％までのＣｕ、０．０６０％までのＳを有していてもよく、同様にいずれの場合も０．３％までのＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＢまたはＢｉを有していてもよく、残部は鉄および不可避の不純物である鋼溶融物を製錬する工程、
ｂ）スラブ、薄スラブまたは鋳造ストリップのような予備材料を得るために鋼溶融物を鋳造する工程、
ｃ）予備材料を熱間圧延して熱間ストリップを得る工程、
ｄ）熱間ストリップを巻取り、コイルを得る工程、
ｅ）必要に応じて、熱間ストリップを焼鈍する工程、
ｆ）１つ以上の冷間圧延工程で熱間ストリップを冷間圧延して冷間ストリップを得る工程、
ｇ）冷間ストリップの酸化／一次再結晶化焼鈍しであって、この工程は窒化処理を含んでいてもよく、酸化／一次再結晶化焼鈍し後の冷間ストリップはその表面に酸化物層を有する工程、
ｈ）酸化物層を有する冷間ストリップの表面に焼鈍し分離剤層を適用する工程、
ｉ）焼鈍し分離剤でコーティングされた冷間ストリップを高温焼鈍しして、焼成された冷間ストリップの表面上にフォルステライト層を形成する工程、
ｊ）フォルステライト層を有する冷間ストリップの表面に絶縁層を適用する工程、
ｋ）最終的に冷間ストリップを焼鈍しする工程、
ｌ）必要に応じて、冷間ストリップをレーザー処理する工程
を含む。

本発明の方法は、最適化された磁気特性または実際の使用にとって重要な特性を達成するために、従来の電磁鋼帯の製造において行われるさらなる工程を含んでいてもよいことは明らかである。これには、例えば、鋼の鋳造後に得られた前駆体の再加熱、冷間圧延前の熱間ストリップの脱スケール、または冷間圧延の多段階実施の場合には、いずれの場合も冷間圧延段階の間に従来の様式で行われる中間焼鈍しが含まれる。

電磁鋼帯の製造において、製造されるべき電磁ストリップの磁気特性に関して最適な効果を有するフォルステライト膜の確実な形成を可能にする焼鈍し分離剤の適用前の各平鋼製品の表面構成が得られるかどうかを決定する際にここで重要な要素は、本発明に従って、以下である
−冷間ストリップの表面上に存在する酸化物層のスペクトルは、拡散反射フーリエ変換赤外分光法によって工程ｇ）の後に記録される、
−面積「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」は、９８０ｃｍ^−１で得られたスペクトル中に存在するピークについての積分によって決定され、これは酸化物層中に存在する「ファイヤライト分子」とも呼ばれるＦｅ_２ＳｉＯ_４分子を表す、
−面積「面積（αＳｉＯ_２）」は１２５０ｃｍ^−１で得られたスペクトルに存在するピークの積分によって決定され、これは酸化物層中に存在するαＳｉＯ_２分子を表す、
および
−鋼（工程ａ））の組成または必要に応じて行われる熱間ストリップ焼鈍し（工程ｅ））についてのパラメータ、冷間圧延（工程ｆ））についてのパラメータもしくは酸化／一次再結晶化焼鈍し（工程ｇ））についてのパラメータが、面積（αＳｉＯ_２）および面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）が以下の条件を満たすように調整される
０．５×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）≦面積（αＳｉＯ_２）≦２×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）。

ここで本発明は、先ず、鋼基材上のフォルステライト膜の結合強度が、酸化物層の最上部の原子層によってのみ制御され、一方で、ベース材料に伝達される応力は特定の限度内でのみ変更できるという知見から進める。しかしながら、引張応力をさらに増加させるためには、例えばＭｇＯから本質的になる焼鈍し分離剤の場合に、焼鈍し分離剤から形成されたフォルステライト膜内のＳｉＯ_４四面体のマトリックスにおいてマグネシウム原子の形態配置を変化させることが必要である。

この目的のために、本発明の知見によれば、表面近傍の層の分子組成および酸化物層の原子組成を制御するだけでなく、制御された様式で分子的に特徴付け、酸化物層全体に影響を与えることが必要である。

これを確実にするために、本発明によれば、酸化物層は、略して「ＤＲＩＦＴ法」とも呼ばれる「拡散反射フーリエ変換赤外分光法」によって特徴付けられる。ＤＲＩＦＴ法では、ＩＲ光線を凹面鏡でサンプル表面に指向し、反射光も凹面鏡で検出される（Ｂｅａｓｌｅｙ ｅｔ ａｌ．「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ＦＴＩＲ，ＡＴＲ ａｎｄ ＤＲＩＦＴ ｓｐｅｃｔｒａ」，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｒｃｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌ．４６，Ｊｕｎｅ ２０１４，ｐａｇｅｓ １６−２２を参照のこと）。これにより、さらに深層の酸化物層の評価が可能になり、従って、酸化物層の分子成分のより深い分析が可能になる。ＤＲＩＦＴ分析の結果に基づいて、次いで平鋼製品の後続加工処理におけるプロセスパラメータが調整されて、最適な高い引張応力を同時に働かせる最適に接着するフォルテライト膜の形成にとって好都合な酸化物層が、鋼基材上に形成される。

冷間圧延後の平鋼製品の表面に存在する酸化物層のＤＲＩＦＴスペクトルの分析は、先ず、電磁鋼帯の各バッチに関して問題の平鋼製品の全表面にわたる酸化物膜の品質を検出するために、連続的に確認されるべきである。第２に、本発明に従ってＤＲＩＦＴスペクトルから導き出された情報は、電磁鋼帯の後続バッチの製造における結果の最適化を可能にする。ＤＲＩＦＴスペクトルが、α−ＳｉＯ_２およびファイヤライト（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）分子の割合の比が本発明の仕様を満たさないことを示す場合、この目的のために、焼鈍し分離剤の適用までに実施されている本発明の方法におけるプロセス工程が調整される。言い換えれば、鋼分析、熱間ストリップ焼鈍しについてのパラメータ、冷間圧延についてのパラメータ、および酸化／一次再結晶化焼鈍しについてのパラメータは、ＤＲＩＦＴスペクトルにおいて以下を示す分子割合に関して本発明に従って設定された条件が、満たされるように調整される
０．５×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）≦面積（αＳｉＯ_２）≦２×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）。

酸化／一次再結晶化焼鈍しは、実際に知られている様式で、鋼基材の炭素含有量が最小限にされる脱炭焼鈍しおよび同様に鋼基材の窒素含有量を増加させることを目的としているそれ自体既知の様式で行われてもよい窒化処理と組み合わせることができる。

面積（αＳｉＯ_２）および面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）は、それぞれのピークおよびそのベースラインによって囲まれた面積として、それ自体既知の様式でαＳｉＯ_２およびＦｅ_２ＳｉＯ_４分子の割合を表すピークについてここで決定することができ（Ｆｏｌｅｙ，「Ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｉｃ ｐｅａｋ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｅａｋ ａｒｅａ」，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｖｏｌ．５９，Ａｕｇｕｓｔ １，１９８７，ｐａｇｅｓ １９８４−１９８５を参照のこと）、ベースラインの開始および終了は、それぞれのピークの２つの足点Ｆ１、Ｆ１’；Ｆ２、Ｆ２’、すなわちスペクトル線がそれぞれのピークに移行する点によって決定される（図１参照）。

典型的には、本発明の方法では、冷間圧延（工程ｆ））は、先行する各冷間圧延工程で生じる冷間凝固（ｃｏｌｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を排除するためおよび後続の圧延工程のための圧延性を確実にするために、典型的にはそれ自体既知の様式において冷間圧延工程の間の中間焼鈍しを伴って少なくとも３回の冷間圧延工程で行われる。本発明の方法の実際の実施では、熱間ストリップは、同様に、最適な冷間圧延性を確実にするために、同様に既知の様式で熱間ストリップ焼鈍しに供されてもよい。

冷間圧延後に得られる冷間ストリップ上の酸化物層の特性は、工程ａ）で製錬された鋼組成物、ならびに任意の熱間ストリップ焼鈍しについてのパラメータ、冷間圧延についてのパラメータおよび酸化／一次再結晶化焼鈍しについてのパラメータの調整を介して、いずれの場合にも従う本発明の尺度を考慮して、影響を受けることができ、ここで問題の尺度は互いに組み合わせてまたは互いに代替として利用できる。

−熱間ストリップ焼鈍し（工程ｅ））が行われる場合、インデックスｋＨは以下の式によって決定される
ｋＨ＝Ｔ_ｍａｘ／（８×ＤＰ_ｍａｘ＋１０×Ｋ）
式中、Ｔ_ｍａｘ：熱間ストリップ焼鈍しにおける℃単位で報告される最大温度、
ＤＰ_ｍａｘ：熱間ストリップ焼鈍しが行われる雰囲気で達成される℃単位で報告される最大露点、
Ｋ：熱間ストリップ焼鈍し後に実施された７００〜４００℃の温度範囲内の冷却における℃／秒で報告される冷却速度。

−冷間圧延（工程ｆ））の場合、インデックスｋＣは以下の式によって決定される
ｋＣ＝Ｔ_ｏｂ／（２×Ａｂ）
式中、Ｔ_ｏｂ：最後の３回の冷間圧延パス中の℃単位で報告される平均表面温度
Ａｂ：最後の３回の冷間圧延パスで達成された、％単位で報告される冷間ストリップの厚さの総減少率。

酸化／一次再結晶化焼鈍し（工程ｇ））に関して、インデックスｋＯｘは、以下の式によって決定される
ｋＯｘ＝Ｔ_ｏｘ／（５×ＤＰ_ｏｘ）
式中、Ｔ_ｏｘ：任意の窒化成分を伴う酸化／一次再結晶化焼鈍しの間に達成される、℃単位で報告される最高温度
ＤＰ_ｏｘ：酸化／一次再結晶化焼鈍しが行われる雰囲気で達成される、℃単位で報告される最大露点。

次に、本発明のプロセスの工程ａ）、ｆ）、ｇ）についてのパラメータＴ_ｍａｘ、ＤＰ_ｍａｘ、Ｋ、Ｔ_ｏｂ、Ａｂ、Ｔ_ｏｘおよびＤＰ_ｏｘならびに本発明に従って加工処理された鋼基材の組成は、インデックスｋＨ、ｋＣ、ｋＯｘが以下の条件を満たすように調整される
（１）％Ｓｎ／％Ｃｕ≦ｋＣ≦３×（％Ｓｎ／％Ｃｕ＋％Ｃｒ＋ｋＨ）
（２）１／４×（ｋＨ＋ｋＣ＋％Ｓｎ／％Ｃｕ）≦ｋＯｘ≦２×（ｋＨ＋ｋＣ＋％Ｓｎ／％Ｃｕ＋％Ｃｒ）
および熱間ストリップ焼鈍しが行われる場合、
（３）γ_１１５０／１００×３≦ｋＨ≦γ_１１５０／１００×１５
ここで、
γ_１１５０＝６９４×％Ｃ−２３×％Ｓｉ＋６４，８
％Ｃは鋼溶融物の炭素含有量、％Ｓｎは鋼溶融物のＳｎ含有量、％Ｃｕは鋼溶融物の銅含有量、および％Ｃｒは鋼溶融物のクロム含有量であり、それぞれ重量％で報告される。

パラメータγ_１１５０は、パーセンテージのアルファ／ガンマ変換であり、これは欧州特許第０６００１８１号明細書に詳細に説明されている。

驚くべきことに、本発明に従って製造された酸化物層が、本発明に従って加工処理された鋼基材が、例えば欧州特許公開第０９５０１２０号明細書に記載されるような窒化プロセスに供される場合に鋼ベース材料への窒素の拡散を向上させることを見出した。

本発明の趣旨上好適な焼鈍し分離剤は、特に従来の焼鈍し分離剤であり、これらは主に、すなわち通常少なくとも８５重量％の程度のＭｇＯからなる。

原理的には、連続運転で高温焼鈍しを行うことが考えられる。しかしながら、本発明に従って製造された電磁鋼帯の磁気特性および実用性の所望の最適化に関して特に有利な高温焼鈍し方法は、ベル焼鈍しの形態で行われる高温焼鈍し（工程ｉ））であることを見出した。高温焼鈍しのための温度は、典型的には、この目的のためにそれ自体既知の１０００〜１２５０℃の温度範囲にある。

上記説明に従って、本発明の方向性電磁鋼帯は、（重量％で）２．０〜４．０％のＳｉ、０．１００％までのＣ、０．０６５％までのＡｌおよび０．０２０％までのＮを含み、いずれの場合にも０．５％までのＣｕ、０．０６０％までのＳを含んでいてもよく、同様にいずれの場合にも０．３％までのＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＢまたはＢｉを含んでいてもよく、残部は鉄および不可避の不純物である鋼からなる冷間圧延電磁鋼基材を含み、この鋼基材上に存在するフォルステライト膜は、拡散反射フーリエ変換赤外分光法によって記録されたスペクトル中の波数９８４ｃｍ^−１よりも波数９７７ｃｍ^−１で高いピークを特徴とする。この種の電磁鋼帯は、特に、本発明の方法を用いることによって製造することができる。

本発明の特徴を有する電磁鋼帯の炭素含有量は、典型的には少なくとも０．０１重量％であるが、製造過程で実施されるプロセス工程の結果として、特に対応する任意の脱炭焼鈍しを実施する場合に低くなることもある。

本発明は、実施例によって以降で詳細に説明される。

本発明のサンプルおよび本発明でないサンプル上に存在する酸化物層のＤＲＩＦＴスペクトルを示す。 本発明のサンプルおよび本発明でないサンプル上に存在するフォルステライト膜のＤＲＩＦＴスペクトルである。

表１に特定されている組成を有する溶融物Ａ〜Ｆを製錬し、鋳造して６５ｍｍのストランドを得、そこから中間生成物として薄スラブが分割された。

２８回の実験では、以降に説明する様式で、薄スラブから、方向性電磁鋼帯の製造のための冷間ストリップが製造されている。

典型的には１１７０℃の再加熱温度に再加熱した後、薄スラブを熱間圧延して、典型的には２．３ｍｍの厚さを有する熱間ストリップを得、次いでこれを巻取ってコイルを得ている。巻取り温度は、典型的には５４０℃であった。

続いて、それぞれの熱間ストリップは、最大露点Ｄｐ_ｍａｘを有する雰囲気下で最大温度Ｔ_ｍａｘでいずれの場合も全体加熱（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｈｅａｔｅｄ）された熱間ストリップ焼鈍しに供されており、この後、いずれの場合も冷却速度Ｋで室温まで冷却される。

熱間ストリップはその後、５回のパスで冷間圧延され、いずれの場合にも冷間ストリップを得ている。最後の３回の冷間圧延パス中の冷間ストリップの平均表面温度Ｔ_ｏｂおよび最後の３回の冷間圧延パスで達成された厚さの総減少率Ａｂが、ここで決定されている。

冷間圧延後に得られた冷間ストリップは、最大露点Ｄｐ_ｄｅｃ、および最大焼鈍し温度Ｔ_ｄｅｃの雰囲気下での脱炭、最大焼鈍し温度Ｔ_ｏｘおよび最大露点Ｄｐ_ｏｘでの酸化／一次再結晶化、ならびに一部の選択されたサンプルでは最大露点Ｄｐ_ｎｉｔを有する雰囲気下で最大温度Ｔ_ｎｉｔでの窒化処理が行われる、焼鈍し組み合わせ処理に供されている。

このようにして得られた冷間ストリップの各々に酸化物層が存在し、そのそれぞれに関してＤＲＩＦＴスペクトルが記録されている。

また、サンプルについては、インデックスｋＨ、ｋＣおよびｋＯｘならびに波数９８０ｃｍ^−１（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４分子）および１２５０ｃｍ^−１（αＳｉＯ_２分子）にてＦｅ_２ＳｉＯ_４分子およびαＳｉＯ_２分子に帰属するピークによって取り込まれた面積「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」および「面積（αＳｉＯ_２）」ならびに比「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）／面積（αＳｉＯ_２）」が決定されている。面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）／面積（αＳｉＯ_２）比が０．５〜２の範囲にあるサンプルは、本発明の要件を満たす。

続いて、９０％程度のＭｇＯからなる焼鈍し分離剤が冷間ストリップに適用されている。

こうしてコーティングされた冷間ストリップは、最高温度が１２００℃であるベル焼鈍しとして行われる高温焼鈍しに供されている。第一に、それ自体既知の様式で、冷間ストリップは、７５体積％程度の水素および２５体積％程度の窒素からなる雰囲気下に維持されており、最後に、１００体積％程度の水素からなる雰囲気下での清浄化段階に維持されている。

冷却後、各サンプルにフォルステライト膜が存在し、そのＤＲＩＦＴスペクトルがいずれの場合にも再度記録されている。２８個のサンプルについて記録されたフォルステライト膜のＤＲＩＦＴスペクトルでは、波数９７７ｃｍ^−１および９８４ｃｍ^−１のピーク高さが決定され、互いに比較されている。波数９７７ｃｍ^−１におけるピーク高さが波数９８４ｃｍ^−１におけるものより小さいサンプルは、本発明によるものではない。

表２において、各サンプルの鋼基材を構成する表１に特定された合金Ａ〜Ｆの実施例１〜２８について、熱間ストリップ焼鈍しのための温度Ｔ_ｍａｘおよび最大露点Ｄｐ_ｍａｘ、後続冷却における冷却速度Ｋ、最後の３回の冷間圧延パス中の冷間ストリップの平均表面温度Ｔ_ｏｂ、および最後の３回の冷間圧延パスで達成された厚さの総減少率Ａｂ、脱炭焼鈍しの最大露点Ｄｐ_ｄｅｃおよび最大焼鈍し温度Ｔ_ｄｅｃ、酸化／一次再結晶化焼鈍しの最大焼鈍し温度Ｔ_ｏｘおよび最大露点Ｄｐ_ｏｘ、必要に応じて行われる窒化処理の最大温度Ｔ_ｎｉｔおよび最大露点Ｄｐ_ｎｉｔが特定される。

表３において、実施例１〜２８について、インデックスｋＨ、ｋＣ、ｋＯｘおよび「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」、「面積（αＳｉＯ_２）」の値、比「Ｆ／αＳ」、すなわち比「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」／「面積（αＳｉＯ_２）」、波数９７７ｃｍ^−１および９８４ｃｍ^−１におけるピーク高さ、その差９７７−９８４、すなわち「波数９７７ｃｍ^−１におけるピーク高さ」−「波数９８４ｃｍ^−１におけるピーク高さ」が報告される。さらに、表３は、実施例１〜２８のいずれが本発明であり、いずれがそうでないかを強調している。

サンプル１〜２８で得られたフォルステライト膜により各鋼基材に及ぼされる引張応力は、本発明のサンプルでは典型的に６ＭＰａであった。

サンプル１〜２８の全ての測定は、従来の分析ユニットを用いて行った。Ｂｒｕｋｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＢｒｕｋｅｒ Ｔｅｎｓｏｒ ２７を、脱炭焼鈍し後またはベル焼鈍し後のいずれかの状態で行ったＦＴ−ＩＲ測定のために使用し、ＨＡＲＲＩＣＫ ＳＣＩＥＮＴＩＦＩＣ ＰＲＯＤＵＣＴＳ ＩＮＣ．によって製造された「Ｐｒａｙｉｎｇ Ｍａｎｔｉｓ」セルはＤＲＩＦＴ測定のために使用した。

図１は、本発明のサンプル１１を実線で示し、本発明でないサンプル１８を破線で示しており、焼鈍し分離剤の適用前に決定されたＤＲＩＦＴスペクトルが酸化物層を示すことを示している。

図２は、本発明のサンプル１１を実線で示し、本発明でないサンプル１８を破線で示しており、高温焼鈍し後に決定されたＤＲＩＦＴスペクトルがフォルステライト層を示すことを示している。

Claims (10)

1. 以下の工程：
   ａ）（重量％単位で）２．０〜４．０％のＳｉ、０．０１０〜０．１００％のＣ、０．０６５％までのＡｌ、および０．０２％までのＮを有し、いずれの場合にも０．５％までのＣｕ、０．０６０％までのＳを有していてもよく、同様にいずれの場合も０．３％までのＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＢまたはＢｉを有していてもよく、残部は鉄および不可避の不純物である鋼溶融物を製錬する工程；
   ｂ）スラブ、薄スラブまたは鋳造ストリップのような予備材料を得るために前記鋼溶融物を鋳造する工程；
   ｃ）前記予備材料を熱間圧延して熱間ストリップを得る工程；
   ｄ）前記熱間ストリップを巻取り、コイルを得る工程；
   ｅ）必要に応じて、前記熱間ストリップを焼鈍する工程；
   ｆ）１つ以上の冷間圧延工程で前記熱間ストリップを冷間圧延して冷間ストリップを得る工程；
   ｇ）前記冷間ストリップの酸化／一次再結晶化焼鈍しであって、この工程はいずれの場合も脱炭および／または窒化処理を含んでいてもよく、前記酸化／一次再結晶化焼鈍し後の前記冷間ストリップはその表面に酸化物層を有する工程；
   ｈ）前記酸化物層を有する前記冷間ストリップの表面に焼鈍し分離剤層を適用する工程；
   ｉ）前記焼鈍し分離剤でコーティングされた前記冷間ストリップを高温焼鈍しして、焼成された冷間ストリップの表面上にフォルステライト層を形成する工程；
   ｊ）前記フォルステライト層を有する前記冷間ストリップの表面に絶縁層を適用する工程；
   ｋ）最終的に前記冷間ストリップを焼鈍しする工程；
   ｌ）必要に応じて、前記冷間ストリップをレーザー処理する工程
   を含む方向性電磁鋼帯の製造方法であって、
   −前記冷間ストリップの表面上に存在する前記酸化物層のスペクトルは、拡散反射フーリエ変換赤外分光法によって工程ｇ）の後に記録され、
   −面積「面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）」は、９８０ｃｍ^−１で得られたスペクトル中に存在するピークについての積分によって決定され、これは酸化物層中に存在するＦｅ_２ＳｉＯ_４分子を表し、
   −面積「面積（αＳｉＯ_２）」は１２５０ｃｍ^−１で得られたスペクトルに存在するピークの積分によって決定され、これは酸化物層中に存在するαＳｉＯ_２分子を表し、
   および
   −前記鋼（工程ａ））の組成、前記冷間圧延（工程ｆ））についてもしくは前記酸化／一次再結晶化焼鈍し（工程ｇ））について、または必要に応じて行われる熱間ストリップ焼鈍し（工程ｅ））についてのパラメータが、面積（αＳｉＯ_２）および面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）が以下の条件
   ０．５×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）≦面積（αＳｉＯ_２）≦２×面積（Ｆｅ_２ＳｉＯ_４）
   を満たすように調整される
   ことを特徴とする、方法。
2. 前記冷間圧延（工程ｆ））が少なくとも３回の冷間圧延工程で行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記熱間ストリップは、必然的に熱間ストリップ焼鈍しに供されることを特徴とする、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項２または３に記載の方法であって、
   −前記冷間圧延（工程ｆ））に関して、インデックスｋＣは以下の式
   ｋＣ＝Ｔ_ｏｂ／（２×Ａｂ）
   によって決定され、
   式中、Ｔ_ｏｂ：前記最後の３回の冷間圧延パス中の℃単位で報告される平均表面温度、
   Ａｂ：前記最後の３回の冷間圧延パスで達成された、％単位で報告される前記冷間ストリップの厚さの総減少率であり、
   −前記酸化／一次再結晶化焼鈍し（工程ｇ））に関して、インデックスｋＯｘは、以下の式
   ｋＯｘ＝Ｔ_ｏｘ／（５×ＤＰ_ｏｘ）
   によって決定され、
   式中、Ｔ_ｏｘ：任意の窒化成分を伴う前記酸化／一次再結晶化焼鈍しの間に達成される、℃単位で報告される最高温度、
   ＤＰ_ｏｘ：前記酸化／一次再結晶化焼鈍しが行われる雰囲気で達成される、℃単位で報告される最大露点であり、
   および、熱間ストリップ焼鈍し（工程ｅ））が行われる場合、
   −前記熱間ストリップ焼鈍しに関して、インデックスｋＨは以下の式
   ｋＨ＝Ｔ_ｍａｘ／（８×ＤＰ_ｍａｘ＋１０×Ｋ）
   によって決定され、
   式中、Ｔ_ｍａｘ：前記熱間ストリップ焼鈍しにおける℃単位で報告される最大温度、
   ＤＰ_ｍａｘ：前記熱間ストリップ焼鈍しが行われる雰囲気で達成される℃単位で報告される最大露点、
   Ｋ：前記熱間ストリップ焼鈍し後に実施された７００〜４００℃の温度範囲内の冷却における℃／秒で報告される冷却速度であり、
   および前記パラメータＴ_ｍａｘ、ＤＰ_ｍａｘ、Ｋ、Ｔ_ｏｂ、Ａｂ、Ｔ_ｏｘおよびＤＰ_ｏｘは、インデックスｋＨ、ｋＣ、ｋＯｘが以下の条件
   （１）％Ｓｎ／％Ｃｕ≦ｋＣ≦３×（％Ｓｎ／％Ｃｕ＋％Ｃｒ＋ｋＨ）
   （２）１／４×（ｋＨ＋ｋＣ＋％Ｓｎ／％Ｃｕ）≦ｋＯｘ≦２×（ｋＨ＋ｋＣ＋％Ｓｎ／％Ｃｕ＋％Ｃｒ）
   および熱間ストリップ焼鈍し（工程ｅ））が行われる場合、
   （３）γ_１１５０／１００×３≦ｋＨ≦γ_１１５０／１００×１５
   を満たすように調整され、
   ここで、
   γ_１１５０＝６９４×％Ｃ−２３×％Ｓｉ＋６４，８であり、
   式中、％Ｃは前記鋼溶融物の炭素含有量、％Ｓｎは前記鋼溶融物のＳｎ含有量、％Ｃｕは前記鋼溶融物の銅含有量、および％Ｃｒは前記鋼溶融物のクロム含有量であり、それぞれ重量％で報告される
   ことを特徴とする、方法。
5. 工程ｈ）において適用された前記焼鈍し分離剤が、主にＭｇＯからなることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 前記高温焼鈍し（工程ｉ））がベル焼鈍しとして行われることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記高温焼鈍しにおける温度が１１５０℃を超えることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. （重量％単位で）２．０〜４．０％のＳｉ、０．１００％までのＣ、０．０６５％までのＡｌおよび０．０２０％までのＮを含み、いずれの場合にも０．５％までのＣｕ、０．０６０％までのＳを含んでいてもよく、同様にいずれの場合も０．３％までのＣｒ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、ＢまたはＢｉを含んでいてもよく、残部は鉄および不可避の不純物である鋼からなる冷間圧延鋼基材上に存在するフォルステライト膜がある方向性電磁鋼帯であって、前記フォルステライト膜の特徴は、拡散反射フーリエ変換赤外分光法によって記録されたスペクトル中の波数９８４ｃｍ^−１におけるものよりも波数９７７ｃｍ^−１におけるピークが高いことである、方向性電磁鋼帯。
9. 炭素含有量が少なくとも０．０１０重量％であることを特徴とする、請求項８に記載の方向性電磁鋼帯。
10. 請求項１から７のいずれかに記載の方法を使用することによって製造されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の方向性電磁鋼帯。

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