JP2022501516A - 二方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[Ca]+[Mg]≧[S]・・・式1
(式1中、[Ca]、[Mn]および[S]は、それぞれCa、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
Br=7.87/(7.87−0.0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8 ・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
Br=7.87/(7.87−0.0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8 ・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
[C]/[Si]≧0.0067・・・式3
(式3中、[C]および[Si]は、それぞれスラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。)
シリコン(Si)は、熱間圧延ではオーステナイトを形成する元素で、スラブ加熱温度付近と熱延板焼鈍温度付近で10%前後のオーステナイト分率をもたせるために添加量を制限する必要がある。また、2次再結晶焼鈍では、フェライト単相であってこそ、焼鈍時に2次再結晶微細組織の形成が円滑に起こるため、フェライト単相になる成分に制限する必要がある。純鉄では2.0重量%以上添加時にフェライト単相が形成され、これにCの添加によりオーステナイト分率が調節可能なため、Si含有量の下限を2.0重量%に限定することができる。さらに、4重量%超過時、冷間圧延が困難で、飽和磁束に劣るため、これを制限する。より具体的には、Siは2.2〜3.3重量%含まれる。さらに具体的には、磁束密度の高い鋼板を得るためには、Siは2.4〜2.9重量%含まれる。
アルミニウム(Al)は、AlNを形成して2次再結晶のインヒビターとして使用される。本発明の一実施例では、通常の方向性電磁鋼板の窒化工程以外のインヒビターの使用時にもCube集合組織を得ることができるため、Alの添加量は、通常の方向性電磁鋼板より広い範囲で制御可能である。ただし、0.01重量%未満の添加時には、鋼中の酸化物が大きく増加して磁性を劣位にし、また、2次再結晶温度を変化させてCube方位の形成を妨げるため、その下限を0.01重量%とする。0.04重量%を超えると、2次再結晶温度が大きく増加して工業的生産が困難である。さらに具体的には、Alは0.015〜0.035重量%含まれる。
硫黄(S)は、鋼中のCuやMnと結合してMnSを微細に形成し、微細に形成された析出物は2次再結晶を助けるため、その添加量を0.0004〜0.002重量%とすることができる。Sは、過剰添加時には、Sの偏析によって2次再結晶時に鋼中のGoss分率が増加し、熱延板での析出物が制御されず、2次再結晶時の所望の集合組織が得られないことがある。さらに具体的には、Sは0.0005〜0.001重量%含まれる。
マンガン(Mn)は、不可避に溶鋼に存在するものであるが、少量入ると、析出物として使用可能であり、FeSの形成後にMnSに変化する元素として鋼中に添加することができる。ただし、過度に多く添加する時には、高温焼鈍でもMnはSとの結合が強く維持されて、微細な析出物を形成するMg、CaとSの結合を妨げる。逆に、過度に少なく含まれると、2次再結晶時の集合組織の制御が困難になる。したがって、Mnは0.05〜0.3重量%含まれる。さらに具体的には、Mnは0.08〜0.2重量%含まれる。
窒素(N)は、AlNを形成する元素でAlNをインヒビターとして使用するので、適切な含有量を確保する必要がある。Nを過度に少なく含む時、冷間圧延時に組織の不均一変形度を十分に増加させて、1次再結晶時にCubeの成長を促進し、Gossの成長を抑制できなくなる。Nを過剰に含む時、熱延後の工程で窒素の拡散によるブリスター(blister)のような表面欠陥を誘発するだけでなく、熱延鋼板状態で過剰の窒化物が形成されるため、圧延が容易でなく、製造単価が上昇する原因になる。さらに具体的には、電磁鋼板内でのNは0.005重量%以下で含まれる。スラブ内でNは0.02重量%以下が含まれる。本発明の一実施例において、1次再結晶焼鈍時、窒化する過程が含まれているが、熱延鋼板で0.01重量%〜0.02重量%添加される時には、この窒化過程を省略しても十分なインヒビターを作ることができる。2次再結晶焼鈍時に一部のNが除去されるので、スラブと最終的に製造された電磁鋼板のN含有量は異なる。
炭素(C)は、2次再結晶焼鈍後にも多量含まれると、磁気時効を起こして鉄損が大きく増加するため、上限は0.005重量%とする。より具体的には、Cを0.0001〜0.005重量%含むことができる。スラブ内でCは0.05重量%以下で含まれる。これによって、熱延板内の応力集中とGoss形成を抑制することができ、析出物を微細化することができる。また、Cは、冷間圧延時に組織の不均一変形度を増加させて、1次再結晶時にCubeの成長を促進し、Gossの成長を抑制することができる。ただし、過剰添加されると、熱延板内の応力集中は解消できるものの、Goss形成を抑制できず、析出物の微細化も困難である。冷間圧延時にも冷間圧延性を大きく劣位にするため、その添加量は限界を有する。本発明の一実施例において、1次再結晶焼鈍時、脱炭する過程が含まれるので、スラブと最終的に製造された電磁鋼板のC含有量は異なる。スラブ内のCとSi含有量は、式3を満足できる。
(式3中、[C]および[Si]は、それぞれスラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。)
Cが過度に少なく含まれたり、Siがあまりにも過剰に含まれる場合、Cubeの成長を促進し、Gossの成長を抑制することが困難になる。さらに具体的には、式3の左辺は0.0083以上であってもよい。
リン(P)は、鋼の比抵抗を向上させ、2次再結晶時にCubeの分率を向上させる役割を果たし、冷間圧延時に不均一変形量も増加させるため、少なくとも0.005重量%以上は添加することが好ましい。ただし、0.15重量%超過で添加する時に冷間圧延性が極めて弱くなるため、その添加量を制限する。さらに具体的には、Pを0.01〜0.08重量%含まれる。
カルシウム(Ca)およびマグネシウム(Mg)は、すべて鋼中で反応性が非常に優れた合金元素で、微量添加時にも鋼の性質に大きな影響を及ぼす。適正量のSが添加されている鋼では、CaおよびMgがSと結合して高温で微細な硫化物を形成する。これは、低い温度でも安定しているため、このような微細な析出物が熱延板で形成されると、2次再結晶時に集合組織制御のためのインヒビターの役割を果たす。ただし、CaおよびMgを過剰添加時には、鋼中の酸素とも結合して酸化物を形成し、このような酸化物は表面欠陥、磁性不良の原因になりうる。したがって、Ca:0.0001〜0.005重量%およびMg:0.0001〜0.005重量%含む。さらに具体的には、Ca:0.001〜0.003重量%およびMg:0.0005〜0.0025重量%含む。
[Ca]+[Mg]≧[S]・・・式1
(式1中、[Ca]、[Mn]および[S]は、それぞれCa、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。)
CaとMgは、Sと結合して微細な硫化物になった時、インヒビターとしての2次再結晶への役割を果たすことができる。インヒビターの役割のためには、十分な量が適当な大きさで、分布のばらつきが少ないように位置しなければならない。Sは偏析元素であるので、CaとMgの合計よりSが多くなれば、微細な析出物が主に表面や熱延結晶粒界に分布し、これは、Cube隣接方位の2次再結晶のインヒビターとしての役割に不適になる。これに対し、CaとMgは偏析元素ではないので、鋼中に位置に関係なく均等に分布する。したがって、CaとMgの合計よりSを少なくすることが好ましい。より好ましくは、CaとMgの合計よりSが半分以下であるのが良い。つまり、[Ca]+[Mg]≧2×[S]であることが好ましい。
スズ(Sn)とアンチモン(Sb)は、1次再結晶集合組織制御のために添加することが可能な元素である。また、0.001重量%以上添加すると、酸化層の形成厚さを変化して圧延垂直方向と圧延方向との磁性の差を低減する元素であるが、0.1重量%超過で添加する時には、冷間圧延時にロールでのスリップが大きく増加するので、これを制限する。さらに具体的には、Sb:0.005〜0.05重量%およびSn:0.005〜0.05重量%のうちの1種以上をさらに含むことができる。
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
Br=7.87/(7.87−0.0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
まず、スラブを製造する。スラブ内の各組成の添加比率を限定した理由は、前述した二方向性電磁鋼板の組成限定の理由と同一であるので、繰り返される説明を省略する。後述する熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、1次再結晶焼鈍、2次再結晶焼鈍などの製造過程でC、N以外のスラブの組成は実質的に変動しないので、スラブの組成と二方向性電磁鋼板の組成が実質的に同一である。
[C]/[Si]≧0.0067・・・式3
(式3中、[C]および[Si]は、それぞれスラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。)
Cが過度に少なく含まれたり、Siがあまりにも過剰に含まれる場合、Cubeの成長を促進し、Gossの成長を抑制することが困難になる。さらに具体的には、式3の左辺は0.0083以上であってもよい。スラブは、薄物スラブ法またはストリップキャスティング法を利用して製造することができる。スラブの厚さは、200〜300mmになってもよい。スラブは必要に応じて加熱することができる。
熱延板を製造する段階で、スラブを粗圧延する段階、粗圧延されたバーを加熱する段階、および加熱されたバーを仕上圧延する段階を含み、加熱する段階で、1100℃以上の温度で0.5〜20分間維持できる。0.5分未満となれば、熱延板の結晶粒径を適切に確保できず、後続の圧延のために均一な微細組織が得られない。これに対し、10分超過となれば、表面と大気中の酸素とが反応して酸化層が形成され、微細な硫化物がMgやCaと反応して形成されず、MgOやCaOが表面に近いBarの内部に生じることがあって、圧延垂直方向での磁性を適切に確保できない。
表1および表2に示す成分および残部がFeおよび不可避不純物からなるスラブを製造し、1200℃で加熱後に熱間圧延して1.4mmの厚さの熱延コイルを製造した。熱延途中に1100℃で3分間維持した。以後、1100℃〜1140℃で30秒間焼鈍し、900℃で90秒間焼鈍後に急冷した熱延焼鈍板を圧下率63%まで冷間圧延する。冷間圧延した板は0.02重量%で窒化し、同時に露点60℃、水素75体積%の雰囲気で脱炭する1次再結晶焼鈍工程を経て、結晶粒径を36μmとなるようにした。以後、MgO成分を含む焼鈍分離剤を塗布した後に、時間あたり20℃の昇温速度で1200℃まで昇温した後、20時間2次再結晶焼鈍を実施した。冷却された板は、MgO焼鈍分離剤を除去した後に、上面および下面に0.4μmの厚さの絶縁コーティングを実施し、磁性を測定して、表3にまとめた。磁性の測定後に、800℃で2時間焼鈍後に磁性を再測定した結果を、表3に示した。
実施例1のA1試験片を焼鈍分離剤を除去せずに、下記表4のように、上面絶縁コーティングおよび下面絶縁コーティングを形成して、磁性を測定して、下記表4にまとめた。
重量%で、Si:2.8%、Al:0.027%、S:0.0007%、Mn:0.15%、N:0.003%、C:0.028%、P:0.04%、Ca:0.002%、Mg:0.001%を含み、残部がFeおよび不可避不純物からなるスラブを製造した。スラブを1150℃で加熱後に熱間圧延して1.4mmの厚さの熱延コイルを製造した。熱間圧延時に1100℃以上での滞留時間を下記表5のように調節した。熱延コイルを1140℃で90秒間焼鈍した後に冷却し、熱延焼鈍板を圧下率63%まで冷間圧延した。冷間圧延した板は0.02wt%で窒化し、露点60℃、水素75%の雰囲気で脱炭する1次再結晶焼鈍工程を経て、結晶粒径を下記表5の通りにした。以後、MgO成分を含む焼鈍分離剤を塗布した後に、時間あたり20℃の昇温速度で1200℃まで昇温した後、20時間2次再結晶焼鈍を実施した。上面および下面に0.4μmの厚さの絶縁コーティングを実施し、磁性を測定して、表5にまとめた。
10 鋼板基材、
11 酸化層、
20 フォルステライト層
30 絶縁層
Br=7.87/(7.87−0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8 ・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
Br=7.87/(7.87−0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8 ・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
Br=7.87/(7.87−0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8・・・式2
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。)
Claims (20)
- 重量%で、Si:2.0〜4.0%、Al:0.01〜0.04%、S:0.0004〜0.002%、Mn:0.05〜0.3%、N:0.008%以下(0%を除く)、C:0.005%以下(0%を除く)、P:0.005〜0.15%、Ca:0.0001〜0.005%およびMg:0.0001〜0.005%を含み、残部はFeおよびその他の不可避不純物からなることを特徴とする二方向性電磁鋼板。
- 下記式1を満足することを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
[Ca]+[Mg]≧[S]
(式1中、[Ca]、[Mn]および[S]は、それぞれCa、MnおよびSの含有量(重量%)を示す。) - Sb:0.001〜0.1重量%およびSn:0.001〜0.1重量%のうちの1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- Ti:0.01重量%以下、Mo:0.01重量%以下、Bi:0.01重量%以下、Pb:0.01重量%以下、Mg:0.01重量%以下、As:0.01重量%以下、Be:0.01重量%以下、およびSr:0.01重量%以下のうちの1種以上をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- {100}<001>から15°以内の方位を有する結晶粒の面積分率が60〜99%であることを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- 平均結晶粒径が前記鋼板の厚さの20倍以上であることを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- 鋼板の基材の表面から基材の内部方向に形成された酸化層と、前記基材の表面上に形成された絶縁層とを含むことを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
- 前記酸化層の厚さは、5μm以下であることを特徴とする請求項7に記載の二方向性電磁鋼板。
- 前記絶縁層の厚さは、0.2〜8μmであることを特徴とする請求項7に記載の二方向性電磁鋼板。
- 前記基材の表面および前記絶縁層の間に介在したフォルステライト層をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の二方向性電磁鋼板。
- 圧延方向と圧延垂直方向のBrがすべて1.63T以上であり、円周方向のBrが1.56T以上であり、Brは下記式2で計算されることを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
[式2]
Br=7.87/(7.87−0.0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。) - 前記鋼板を750℃〜880℃の温度で1〜2時間焼鈍後に測定されたBr値が1.65T以上であり、Brは下記式2で計算されることを特徴とする請求項1に記載の二方向性電磁鋼板。
[式2]
Br=7.87/(7.87−0.0.065×[Si]−0.1105×[Al])×B8
(式2中、[Si]および[Al]は、それぞれSiおよびAlの含有量(重量%)を示す。B8は、800A/mで誘起した時に誘導される磁場の強度(Tesla)を示す。) - 重量%で、Si:2.0〜4.0%、Al:0.01〜0.04%、S:0.0004〜0.002%、Mn:0.05〜0.3%、N:0.02%以下(0%を除く)、C:0.05%以下(0%を除く)、P:0.005〜0.15%、Ca:0.0001〜0.005%およびMg:0.0001〜0.005%を含み、残部はFeおよびその他の不可避不純物からなるスラブを製造する段階、
前記スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階、
前記熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階、
前記冷延板を1次再結晶焼鈍する段階、および
1次再結晶焼鈍された冷延板を2次再結晶焼鈍する段階を含むことを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブは、下記式3を満足することを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
[式3]
[C]/[Si]≧0.0067
(式3中、[C]および[Si]は、それぞれスラブ内のCおよびSiの含有量(重量%)を示す。) - 前記熱延板を製造する段階は、
スラブを粗圧延する段階、粗圧延されたバーを加熱する段階、および加熱されたバーを仕上圧延する段階を含み、
前記バーを加熱する段階で、1100℃以上の温度で30秒〜20分間維持することを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記1次再結晶焼鈍する段階で、50〜70℃の露点温度で脱炭する段階を含むことを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍する段階で、窒化段階を含み、窒化量が0.01〜0.03重量%であることを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍する段階の後、1次再結晶焼鈍された鋼板の平均結晶粒の粒径が30〜50μmであることを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍する段階の後、焼鈍分離剤を塗布する段階をさらに含むことを特徴とする請求項13に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記2次再結晶焼鈍する段階の後、鋼板の表面に形成されたフォルステライト層を除去する段階をさらに含むことを特徴とする請求項19に記載の二方向性電磁鋼板の製造方法。
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