JP4075258B2

JP4075258B2 - Manufacturing method of bi-directional electrical steel sheet

Info

Publication number: JP4075258B2
Application number: JP34599599A
Authority: JP
Inventors: 誠司岡部; 康之早川; 猛今村; 光正黒沢
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-12-06
Filing date: 1999-12-06
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2019-12-06
Also published as: JP2001164344A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として変圧器、モーター、発電機等の鉄心材料に用いて好適な磁気特性の優れた二方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁鋼板の鉄損、透磁率等の磁気特性は、結晶方位に依存している。すなわち、鉄の結晶粒はミラー指数＜１００＞軸の方向に磁化され易く、この方向では極めて良好な磁気特性を示す。
従来、広く用いられている一方向性電磁鋼板は、ミラー指数｛１１０｝＜００１＞で表されるゴス方位を二次再結晶させたもので、圧延方向（以下、Ｌ方向という）で良好な磁気特性を示す。
【０００３】
これに対してミラー指数｛１００｝＜００１＞で表される正キューブ方位を二次再結晶させた二方向性電磁鋼板は、圧延方向と圧延方向に直交する方向（以下、Ｃ方向という）の２方向に良好な磁気特性を持つ優れた特性を有する電磁鋼板である。
二方向性電磁鋼板を製造する方法としては、AlＮをインヒビター成分として含む鋼をクロス冷延する方法や表面エネルギーを利用した二次再結晶による方法等が提案されている。しかしながら、これらの製造方法では、広幅で均質の鋼帯を安価に製造することができないため、大量生産されるまでには至っていない。
従って、かかる電磁鋼板が実際に変圧器や発電機等の鉄心材料に加工されたときの特性については、未だ十分に研究されているとは言い難い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
二方向性電磁鋼板を、変圧器、モーター、発電機などに使用されている従来の一方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板と比較すると、加工による特性劣化が大きいという問題がある。
この理由は、従来から知られている二次再結晶によって作られる二方向性電磁鋼板は、無方向性電磁鋼板よりも結晶粒径がはるかに大きいため、切断や打ち抜き加工の際に端部の変形が生じ易く、大きい歪みが入り易いためである。
【０００５】
また、高温の仕上げ焼鈍によって形成されるフォルステライトを主とする硬質の酸化被膜も端部の歪みを大きくする。
この対策として、特開平５−275222号公報では、表面の非磁性の酸化物を酸洗、研磨等で減少させることを提案している。しかしながら、このように表面の非金属物質を減少させるのみでは鋼板同士の絶縁性が低下し、たとえ磁束密度は高くなっても鉄損が増大するため鉄心素材としては好ましくない。また、酸洗や研磨などでは、酸化物が不均一に取り除かれたり、歪みが導入される等して、鉄損に悪影響を及ぼす。
【０００６】
一方、同じように二次再結晶で作られる一方向性電磁鋼板では、表面に形成したフォルステライト被膜とシリカ−リン酸塩系コーティングによって鋼板に張力を付加することにより、歪みの影響を緩和する技術が利用されている。
しかしながら、かような張力コーティングを二方向性電磁鋼板に適用すると、Ｌ方向、Ｃ方向のいずれか一方の磁気特性は向上するものの、他方の磁気特性は劣化するという問題がある。この理由は、工業的に製造された多結晶の二方向性電磁鋼板は結晶粒方位にばらつきがあるため、Ｌ方向、Ｃ方向のどちらかより＜００１＞軸の集積が大きい方の特性のみが張力によって優先的に改善され、他方の特性はむしろ劣化するためである。
この知見は、従来の一方向性電磁鋼板や結晶粒方位のばらつきの小さい正キューブ方位の単結晶や小さいサイズの切り出し試料を用いた実験結果からは予想できない。
【０００７】
本発明の目的は、このような加工歪みによる磁気特性の劣化を抑制した磁気特性の優れた二方向性電磁鋼板を提案するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、種々の二方向性電磁鋼板について、加工歪みの影響を含めた磁気特性を総合的に検討した結果、良好な磁気特性が得られる二方向性電磁鋼板の製品形態を見出した。
【０００９】
すなわち、加工歪みを増大させる鋼板表面の酸化物は、主に仕上げ焼鈍によって形成される。この仕上げ焼鈍は、二次再結晶とインヒビターとして含有させたAlＮ等の純化を目的としており、通常1200℃もの高温で行われるため、地鉄の成分の酸化を避けることができない。また、高温になるほど、鋼板の変形も大きくなり、鋼板同士の密着も生じ易くなるため、多量の焼純分離剤が必要となる。
しかしながら、焼鈍温度が高いほど鋼板表面に形成される酸化物が増加し、また焼鈍分離剤が多くなるほど焼鈍分離剤に含まれる水分や酸素によってやはり鋼板表面に形成される酸化物が増加する。
【００１０】
この点、予め鋼中成分から、純化を必要とするようなインヒビター成分を除いておけば、仕上げ焼鈍時の純化は不必要となり、焼鈍温度を低下させて酸化物の発生を抑制することが可能となる。
そこで、発明者らは、インヒビター成分を含まないSi含有鋼から正キューブ方位の二次再結晶組織を得る方法を探索するため、Al，Ｏ，Ｎ，Ｓ，Se等のインヒビターを低減した成分の鋼スラブを素材として、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、再結晶焼鈍、仕上げ焼鈍を行う実験を繰り返した。
その結果、正キューブ方位に集積した二次再結晶組織からなる二方向性電磁鋼板の製造方法を開発し、特願平11−289523号明細書において提案した。
【００１１】
次に、発明者らは、上記の技術を改良して、表面酸化物の量を一層低減すると共に、かかる酸化物および表面に被成されるコーティングからの付与張力による悪影響を排除して、磁気特性の一層の向上を図るべく、仕上げ焼鈍雰囲気を種々に変化させ、また被成するコーティングの種類および厚さを変えて、打ち抜きにより小型のＥＩコアを作製し、その磁気特性を評価しつつ、良好なコア特性が得られる条件を探索した。
その結果、試行錯誤の末に、以下に述べるような、良好な鉄心特性が得られる二方向性電磁鋼板の製造方法を開発するに至ったのである。
【００１４】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．Ｃ：0.003 〜0.08wt％，Si：2.0 〜8.0 wt％およびMn：0.005 〜3.0 wt％を含み、かつAlを0.02wt％以下、Ｓ，Se，ＯおよびＮをそれぞれ30ppm 以下に低減し、残部は Fe および不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、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に仕上げ、ついで再結晶焼鈍後、必要に応じて焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を施し、さらに必要に応じて平坦化焼鈍を施してから、コーティング被成処理を行う一連の工程からなる二方向性電磁鋼板の製造方法において、
(1) 最終冷延前の平均結晶粒径を 200μm 以上、かつ最終冷延圧下率を60％以上、90％以下とする、
(2) 最終仕上げ焼鈍を、露点≦10℃、O₂≦0.1vol％の雰囲気中にて、800℃以上 1100℃以下の温度で行う、
ことを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１５】
２．上記１において、コーティング被成処理として、有機樹脂コーティングまたは有機樹脂と無機成分からなる半有機コーティングを膜厚５μm 以下で被成するか、あるいは無機ガラス質のコーティングを膜厚：２μm 以下で被成することを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１６】
３．上記１または２において、Al含有量が0.01wt％未満の鋼スラブを用いることを特徴とする二方向性電磁鋼板の製造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の二方向性電磁鋼板は、正キューブ方位に集積した二次再結晶粒からなる。これはＬ、Ｃ両方向の磁気特性を良好にするためである。
成分としては、Siを２〜８wt％含有させると交流励磁下での鉄損が効果的に低減するが、含まない場合でも効果がある。板厚としては、0.6mm 以下が交流励磁下での鉄損低減に有利があるが、この板厚に限定されるものではない。
【００１８】
次に、鋼板の表面に、主として仕上げ焼鈍時に形成される酸化物は片面当たり酸素量換算で1.0 g/m²以下に抑制することが重要である。
というのは、これらの酸化物量が酸素量換算で1.0 g/m²を超えると切断あるいは打ち抜き加工時の切断面の変形が大きくなり、切断部周辺に大きな歪みが導入され、鉄損の著しい劣化を招くからである。
【００１９】
この酸化物は、鋼中成分や焼鈍分離剤成分の単独または複合酸化物で、フォルステライト、シリカ、アルミナ、マグネシアあるいはこれらのスピネル系化合物が主である。
なお、かかる酸化物は、仕上げ焼鈍の他に、脱炭焼鈍や平坦化焼鈍等の熱処理でも形成されることがあるが、この場合も含めて、最終的に酸素量換算で1.0 g/m²以下に抑制する必要がある。
【００２０】
また、地鉄表面には絶縁性を高めるためコーティングを被成する必要がある。
さらに、表面の酸化物とこのコーティングが地鉄に及ぼす合計の張力については、５MPa 以下とすることが好ましい。というのは、この張力が５MPa よりも大きいとＬ方向、Ｃ方向のうち＜１００＞軸の集積度の低い方の磁気特性が劣化するからである。
この鋼板に及ぼす張力を小さくするためには、酸化物およびコーティングの厚さを小さくすること、コーティング材料として焼き付け温度の低いものを適用すること、熱膨張係数が小さいかまたはヤング率が小さいコーティングを適用することが有効である。
【００２１】
次に、本発明の製造方法について説明する。
素材の成分組成は次のとおりである。
Ｃ：0.003 〜0.08wt％
Ｃを 0.003〜0.08wt％の範囲で含有させることによって、二次再結晶で正キューブ方位を好適に得ることができる。この理由は、明確ではないが、固溶Ｃの影響で圧延時に変形帯の形成が促進され、正キューブ方位の再結晶核が増加することによるものと推測される。
【００２２】
Si：2.0 〜8.0 wt％
Siは、電気抵抗を高め、鉄損を改善する有用元素であるが、含有量が 2.0wt％に満たないとその効果に乏しく、またγ変態を生じ、熱延組織が大きく変化する他、最終仕上焼鈍において変態し、良好な磁気特性を得ることができない。一方、Si量が 8.0wt％を超えると、製品の二次加工性が悪化し、さらに飽和磁束密度も低下するので、Si量は 2.0〜8.0 wt％の範囲に制限した。
【００２３】
Mn：0.005 〜3.0 wt％
Mnは、熱間加工性を良好にするために必要な元素であるが、0.005 wt％未満ではその添加効果に乏しく、一方 3.0wt％を超えると二次再結晶が困難になるので、Mn量は 0.005〜3.0 wt％の範囲に制限した。
【００２４】
Al：0.02wt％以下
Alを0.02wt％以下、好ましくは0.01wt％未満にすると、二次再結晶がより低温で発現するので仕上げ焼鈍温度を低下させることができ、コイルの密着防止だけでなく、酸化物生成抑制効果を得ることができる。
【００２５】
Ｓ，Se，ＯおよびＮ：30 ppm以下
これらの元素はいずれも、二次再結晶の発現を阻害し、しかも地鉄中に残存して鉄損を劣化させる有害元素である。そこで、Se，Ｓ，ＯおびＮはいずれも30ppm 以下（望ましくは20ppm 以下）に低減するものとした。
【００２６】
上記の好適成分組成に調整した溶鋼を、通常、造塊法や連続鋳造法によりスラブとする。また、直接鋳造法を用いて 100mm以下の厚さの薄鋳片を直接製造してもよい。
スラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延するが、鋳造後、加熱せずに直ちに熱延に供してもよい。また、薄鋳片の場合には、熱間圧延を行っても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進めてもよい。
スラブ加熱温度は、素材成分にインヒビター成分を含まないので、熱間圧延が可能な最低温度の1100℃程度で十分である。
【００２７】
ついで、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す。
熱延板焼鈍は、磁気特性の向上に有用である。同様に、中間焼鈍を冷間圧延の間に挟むことは、磁気特性の安定化に有用である。しかしながら、いずれも生産コストを上昇させることになるので、経済的観点および最終冷延前の粒径を適正範囲にする必要から、熱延板焼鈍や中間焼鈍の取捨選択および焼鈍温度と時間が決定される。
【００２８】
本発明において、仕上げ焼鈍後に｛１００｝＜００１＞組織を成長させるためには、最終冷延前の平均結晶粒径を 200μm 以上に大きくし、かつ圧下率を60〜90％の範囲とすることが重要である。
また、かかる冷間圧延は 150℃以上の温度で行うことが、正キューブ方位の二次再結晶を生じさせる上で有効である。さらに、クロス圧延や低張力で鋼帯幅が拡大する圧延条件での冷延も適用することができる。
【００２９】
次に、再結晶焼鈍を行う。
焼鈍条件は、湿水素雰囲気中において 800〜950 ℃, ５〜200 秒間程度が好ましく、この焼鈍によって鋼中のＣを磁気時効の生じない 0.003wt％以下まで低減することが好ましい。
【００３０】
その後、必要に応じて焼鈍分離剤を適用する。焼鈍分離剤としては、シリカ、アルミナ、マグネシア等の耐火物粉末のスラリーあるいはコロイド溶液が好適である。また、これらの耐火物粉末を静電塗布等のドライコーティングにより鋼板に付着させる方法は、仕上げ焼鈍雰囲気に水分を含ませないためより好ましい。さらに、これらの耐火物を溶射等で表面にコーティングした鋼板を挟み込む方法も適用できる。
【００３１】
次に、仕上げ焼鈍を行う。
ここで、仕上げ焼鈍は、正キューブ方位を二次再結晶させ、十分に成長させるため、800℃以上の温度に加熱する必要があり、この温度域に10時間以上保持することが望ましい。
一方、地鉄表面に形成される酸化物を酸素量換算で片面当たり１g/m²以下とする必要があるので、雰囲気中の水蒸気、酸素濃度はそれぞれ、露点≦10℃、O₂≦0.1vol％と十分に低減する必要がある。
また、酸化物の生成を抑制するためには、仕上げ焼鈍温度は1100℃以下、より好ましくは 900℃以下にする必要がある。このように仕上げ焼鈍温度を 900℃以下に限定するためには、前述のように二次再結晶が発生する温度を下げるため、Alを0.01wt％未満に限定するのが好ましい。
【００３２】
次に、コーティング被成処理を施す。
かかるコーティング被成処理においては、鋼板に及ぼす張力を小さくするために、酸化物およびコーティングの厚さを小さくすること、コーティング材料として焼き付け温度の低いものを適用すること、熱膨張係数が小さいかまたはヤング率が小さいコーティングを適用することが有効である。
【００３３】
コーティングの種類については、付与張力が５MPa 以下であれば特に限定されることはないが、例えば有機樹脂コーティング、または有機樹脂と無機成分からなる半有機コーティングが好適である。このうち、無機成分としては、リン酸、リン酸塩、クロム酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、ホウ酸、ケイ酸塩、シリカおよびアルミナのうちから選んだ１種または２種以上が挙げられる。これらの有機樹脂を含むコーティングは、切断、打ち抜き加工時の切断部の歪みを抑制し鉄損劣化を防止する効果もあり、好適である。
なお、かかる有機樹脂コーティングや半有機コーティングの膜厚については、層間絶縁性確保の面から 0.5μm 以上に、また張力低減および占積率低下防止の面から５μm 以下程度とすることが好ましい。
【００３４】
また、リン酸塩とクロム酸、クロム酸塩、重クロム酸塩、ホウ酸から選ばれる１種または２種以上の成分からなる無機ガラス質のコーティングも適用できる。この無機ガラス質コーティングの場合、張力を５MPa 以下にするため、焼き付け温度は 400℃以下とし、コーティングの厚さは片面当たり２μm 以下とすることが好ましい。なお、耐熱性を向上させるためにシリカまたはアルミナの微粉末あるいはコロイドを若干量含有させても良い。
【００３５】
【実施例】
実施例１
Si：3.1wt％，Ｃ：0.012wt％，Mn：0.1wt％，Al：0.009wt％，Ｎ：10ppm，Ｏ：13ppm，Ｓ：５ppmおよびSe：４ppmを含み、残部はFe および不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、連続鋳造にて製造した。ついで、熱間圧延により厚さ：2.7 mmの熱延板としたのち、1140℃、均熱60秒の熱延板焼鈍を行い、冷間圧延を 270℃で行って厚さ：0.35mmの最終板厚に仕上げた。ここに、最終冷延前の平均結晶粒径は 280μm であった。ついで、40％H₂−60％N₂、露点：50℃の雰囲気中で920℃、均熱30秒の再結晶焼鈍を行い、鋼中Ｃを0.002wt％まで低減した。
ついで、この鋼板の表面に、シリカ粉末とアルミナ粉末を３：１の割合で混合した焼鈍分離剤を静電塗布し、コイルに巻き取ったのち、仕上げ焼鈍を行った。仕上げ焼鈍は、常温から800℃まで５時間で、800℃から 950℃までは25時間で昇温し、さらに 950℃に36時間保持してから、炉冷することにより行った。ここで、炉内の雰囲気中に導入した水蒸気量を種々に変化させて、鋼板表面に形成される酸化物の量を制御した。
【００３６】
その後、コイルの焼鈍分離剤を洗浄除去後、鋼帯に張力をかけながら５％H₂−95％N₂雰囲気中にて 840℃で60秒焼鈍して平坦化し、さらに有機樹脂を重クロム酸マグネシウム、ホウ酸からなる無機成分中に分散させた半有機コーティングを1.0 μm の厚さで形成した。
上記の工程により、粒径：約20mmの正キューブ方位に集積した二次再結晶粒からなる二方向性電磁鋼板が得られた。
次に、この鋼板からＥＩ−48形のＥＩコア試料を打ち抜き加工で製造し、1.5Ｔ、50Hzにおける鉄損特性を測定した。
得られた結果を鋼板表面の酸素目付量との関係で表１に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１に示したとおり、鋼板表面の酸化物量が酸素量換算で1.0 g/m²以下に抑制した場合には、優れた鉄損特性を得ることができた。
【００３９】
実施例２
実施例１と同様にして製造した、表面の酸化物量が酸素量換算で0.4 g/m²の正キューブ方位の二次再結晶粒からなる鋼板に、厚さを変えて無機質のコーティングを被成した。このコーティングは、リン酸アルミニウム、クロム酸カリウム、ホウ酸からなる溶液にコロイダルシリカを混合したものを、800 ℃で焼き付けて厚さ１μm の被膜にしたものである。ここで、コロイダルシリカの含有量を増やすとコーティングの熱膨張係数が小さくなり、鋼板に与える張力が増加する。この鋼板に、０〜６MPa の圧縮応力をかけて磁歪を測定し、磁歪が急激に増加したときの圧縮応力を鋼板にかかっている張力とした。
この鋼板のＬ方向、Ｃ方向に 1.5Ｔ、50Hzで励磁したときの鉄損をエプスタイン試験で測定した結果を、表２に示す。
【００４０】
【表２】

【００４１】
表２から明らかなように、鋼板に対する付与張力が５MPa を超えるとＣ方向の鉄損が大幅に劣化して、好ましくない。
これに対し、付与張力の大きさが５MPa 以下、特に３MPa 以下になると、Ｃ方向の鉄損劣化が極めて小さくなり、好適な鉄損特性が得られている。
なお、コロイダルシリカを添加せず 350℃で焼き付けたコーティングや実施例１で用いた半有機コーティングは、鋼板にほとんど張力を与えず、従ってコーティング被成後の鉄損もＬ方向平均：1.22W/kg、Ｃ方向平均：1.45W/kgと良好な結果を得た。
【００４２】
実施例３
表３に示す成分組成になる鋼スラブを、熱間圧延、熱延板焼鈍、冷間圧延、再結晶焼鈍および仕上げ焼鈍の条件を種々に変えて0.35mm厚の電磁鋼板とした後、平坦化焼鈍およびコーティング被成処理を行った。
これらの試料について 1.5Ｔ、50Hzにおける鉄損をエプスタイン試験で評価した。なお、エプスタイン試験試料はＬ方向とＣ方向に切り出した試料を半量ずつ用いた。
同一成分の鋼から種々の製造条件で得られた試料のうち、最も鉄損の低かったものの測定結果を、表３に示す。
【００４３】
【表３】

【００４４】
表３に示したとおり、本発明の成分組成範囲を満足するものはいずれも、良好な鉄損が得られているのに対して、Ｃ，Mn，Al，Ｓ，Se，Ｏ，Ｎのいずれかが適正範囲を逸脱したものはいずれも鉄損が増大しており、鉄心材料としてふさわしくない。
【００４５】
実施例４
表３の適合例10の成分を基本として、Al含有量のみを変更した鋼の二次再結晶開始温度について調査した。再結晶焼鈍まで行った鋼板から、長さ：400 mm、幅：50mmに切り出した試料を、 800〜1200℃の温度差がある電気炉に装入し、50時間保持したのち、マクロエッチングを行って二次再結晶の有無と対応する温度とを比較することによって、二次再結晶開始温度を評価した。
表４に、得られた結果を示す。
【００４６】
【表４】

【００４７】
表４に示したように、Alを0.02wt％以下とすることにより２次再結晶が起こっている。特に、Al含有量が0.01wt％未満では、二次再結晶開始温度が低くなり、より低温での仕上げ焼鈍が可能となるので、鋼板表面に生成する酸化物量を低減する上で極めて有利である。
【００４８】
【発明の効果】
かくして、本発明に従い、地鉄表面の酸化物量を酸素量換算で1.0 g/m²以下に抑制することによって、加工による特性劣化の小さい二方向性電磁鋼板を効果的に得ることができる。
また、酸化物とコーティングとが鋼板に及ぼす張力の合計を５MPa 以下とすることにより、Ｌ方向とＣ方向の両方の磁気特性が良好な二方向性電磁鋼板を得ることができる。
そして、上記した本発明の良好な磁気特性を示す二方向性電磁鋼板によって、変圧器、モーターおよび発電機等の鉄心の鉄損について、格段に低減することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention primarily transformers, motors, a method of manufacturing a superior bidirectional electromagnetic steel plate of a suitable magnetic properties with the core materials of the generator or the like.
[0002]
[Prior art]
Magnetic properties such as iron loss and magnetic permeability of an electromagnetic steel sheet depend on the crystal orientation. That is, iron crystal grains are easily magnetized in the direction of the Miller index <100> axis, and show extremely good magnetic characteristics in this direction.
Conventionally, the unidirectional electrical steel sheet that has been widely used is obtained by secondary recrystallization of the Goss orientation represented by the Miller index {110} <001>, which is favorable in the rolling direction (hereinafter referred to as the L direction). Showing magnetic properties.
[0003]
On the other hand, the bi-directional electrical steel sheet obtained by secondary recrystallization of the normal cube orientation represented by the Miller index {100} <001> has a direction perpendicular to the rolling direction and the rolling direction (hereinafter referred to as C direction). It is an electrical steel sheet having excellent properties with good magnetic properties in two directions.
As a method for producing a bi-directional electrical steel sheet, a method of cross-cold rolling steel containing AlN as an inhibitor component, a method by secondary recrystallization using surface energy, and the like have been proposed. However, in these manufacturing methods, a wide and homogeneous steel strip cannot be manufactured at low cost, so that it has not yet been mass-produced.
Therefore, it is difficult to say that the properties of such electrical steel sheets when they are actually processed into iron core materials such as transformers and generators have been sufficiently studied.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Compared with conventional unidirectional electrical steel sheets and non-oriented electrical steel sheets used for transformers, motors, generators, and the like, there is a problem that characteristic deterioration due to processing is large.
This is because the conventional grain-oriented electrical steel sheet made by secondary recrystallization has a crystal grain size much larger than that of the non-oriented electrical steel sheet. This is because deformation is likely to occur and large distortion is likely to occur.
[0005]
Further, a hard oxide film mainly composed of forsterite formed by high-temperature finish annealing also increases the distortion at the end.
As a countermeasure against this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-275222 proposes to reduce the nonmagnetic oxide on the surface by pickling or polishing. However, merely reducing the nonmetallic material on the surface in this way decreases the insulation between the steel plates, and even if the magnetic flux density is increased, the iron loss increases. In pickling or polishing, the oxides are removed unevenly, distortion is introduced, and the iron loss is adversely affected.
[0006]
On the other hand, in a unidirectional electrical steel sheet made by secondary recrystallization, the effect of strain is alleviated by applying tension to the steel sheet with a forsterite film and silica-phosphate coating formed on the surface. Technology is being used.
However, when such a tension coating is applied to a bi-directional electrical steel sheet, there is a problem that although one of the magnetic properties in the L direction and the C direction is improved, the other magnetic property is deteriorated. The reason for this is that since the polycrystalline bi-directional electrical steel sheet manufactured industrially has a variation in crystal grain orientation, only the characteristics with a larger accumulation of <001> axes than either the L direction or the C direction. This is because the tension is preferentially improved and the other property is rather deteriorated.
This finding cannot be predicted from the experimental results using a conventional unidirectional electrical steel sheet, a single crystal with a positive cube orientation with small variations in crystal grain orientation, and a cut sample with a small size.
[0007]
An object of the present invention is to propose a bi-directional electrical steel sheet having excellent magnetic properties in which deterioration of magnetic properties due to such processing strain is suppressed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of comprehensively examining the magnetic characteristics including the effects of processing strain on various bi-directional electrical steel sheets, the inventors have found a product form of the bi-directional electrical steel sheets that can obtain good magnetic characteristics. It was.
[0009]
That is, the oxide on the steel sheet surface that increases the work strain is mainly formed by finish annealing. This final annealing is aimed at secondary recrystallization and purification of AlN or the like contained as an inhibitor, and is usually performed at a high temperature of 1200 ° C., so that oxidation of the components of the base iron cannot be avoided. In addition, the higher the temperature, the greater the deformation of the steel plates, and the more easily the steel plates are brought into close contact with each other.
However, the higher the annealing temperature, the more oxides formed on the steel sheet surface, and the more the annealing separator, the more oxides formed on the steel sheet surface due to moisture and oxygen contained in the annealing separator.
[0010]
In this regard, if an inhibitor component that requires purification is previously removed from the components in steel, purification during finish annealing is unnecessary, and it is possible to reduce the annealing temperature and suppress the generation of oxides. It becomes.
Therefore, in order to search for a method for obtaining a secondary recrystallized structure having a positive cube orientation from Si-containing steel that does not contain an inhibitor component, the inventors have reduced the amount of inhibitors such as Al, O, N, S, and Se. Using steel slab as a raw material, the experiments of hot rolling, hot rolled sheet annealing, cold rolling, recrystallization annealing, and finish annealing were repeated.
As a result, a method for producing a bi-directional electrical steel sheet having a secondary recrystallized structure accumulated in the normal cube orientation was developed and proposed in Japanese Patent Application No. 11-289523.
[0011]
Next, the inventors improved the above technique to further reduce the amount of surface oxides and eliminate the adverse effects of applied tension from such oxides and coatings deposited on the surface, thereby reducing magnetic In order to further improve the characteristics, the finish annealing atmosphere is changed variously, and the type and thickness of the coating to be formed are changed, and a small EI core is manufactured by punching, and the magnetic characteristics are evaluated. The conditions for obtaining good core properties were searched.
As a result, after trial and error, the inventors have developed a method for manufacturing a bidirectional electrical steel sheet that can provide good core characteristics as described below.
[0014]
That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1 . C: 0.003 to 0.08 wt%, Si: 2.0 to 8.0 wt% and Mn: 0.005 to 3.0 wt%, Al is reduced to 0.02 wt% or less, S, Se, O and N are reduced to 30 ppm or less, and the balance Is a steel slab having a composition of Fe and inevitable impurities , hot-rolled and, if necessary, hot-rolled sheet annealed, and then subjected to cold rolling at least once with one or more intermediate sandwiches in between. After finishing to plate thickness, then after recrystallization annealing, apply an annealing separator as necessary, then apply final finishing annealing, and then apply planarization annealing if necessary, and then perform coating coating treatment In the method for producing a bidirectional magnetic steel sheet comprising the steps of
(1) The average grain size before the final cold rolling is 200 μm or more, and the final cold rolling reduction is 60% or more and 90% or less.
(2) Final finish annealing is performed at a temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower in an atmosphere with a dew point ≦ 10 ° C. and O ₂ ≦ 0.1 vol%.
A method for producing a bi-directional electrical steel sheet, comprising:
[0015]
2 . In 1 above , as a coating deposition treatment, an organic resin coating or a semi-organic coating composed of an organic resin and an inorganic component is deposited with a film thickness of 5 μm or less, or an inorganic glassy coating is deposited with a film thickness of 2 μm or less. A method for producing a bi-directional electrical steel sheet, comprising:
[0016]
3 . In the method 1 or 2 , a steel slab having an Al content of less than 0.01 wt% is used.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be specifically described below.
First, the bi-directional electrical steel sheet of the present invention is composed of secondary recrystallized grains accumulated in a normal cube orientation. This is to improve the magnetic characteristics in both the L and C directions.
As a component, when 2 to 8 wt% of Si is contained, the iron loss under AC excitation is effectively reduced, but it is effective even when it is not included. A thickness of 0.6 mm or less is advantageous for reducing iron loss under AC excitation, but is not limited to this thickness.
[0018]
Next, it is important to suppress the oxide formed mainly on the surface of the steel sheet during finish annealing to 1.0 g / m ² or less in terms of oxygen amount per side.
This is because when the amount of these oxides exceeds 1.0 g / m ² in terms of oxygen, the deformation of the cut surface during cutting or punching process becomes large, and a large strain is introduced around the cut part, resulting in significant deterioration of iron loss. Because it invites.
[0019]
This oxide is a single or composite oxide of steel components and annealing separator components, and is mainly forsterite, silica, alumina, magnesia or spinel compounds thereof.
Such oxide may be formed by heat treatment such as decarburization annealing or flattening annealing in addition to finish annealing, but in this case as well, it is finally 1.0 g / m ^{2 in} terms of oxygen amount. It is necessary to suppress to the following.
[0020]
In addition, it is necessary to cover the surface of the ground iron with a coating in order to enhance insulation.
Further, the total tension exerted on the ground iron by the surface oxide and the coating is preferably 5 MPa or less. This is because, when this tension is greater than 5 MPa, the magnetic properties of the lower <100> axis in the L and C directions deteriorate.
In order to reduce the tension applied to the steel sheet, it is necessary to reduce the thickness of the oxide and coating, to apply a coating material having a low baking temperature, or to apply a coating having a low coefficient of thermal expansion or a low Young's modulus. It is effective to apply.
[0021]
Next, the manufacturing method of this invention is demonstrated.
The component composition of the material is as follows.
C: 0.003 to 0.08 wt%
By containing C in the range of 0.003 to 0.08 wt%, the positive cube orientation can be suitably obtained by secondary recrystallization. The reason for this is not clear, but it is presumed that due to the effect of solute C, the formation of deformation bands is promoted during rolling, and the recrystallized nuclei in the normal cube orientation increase.
[0022]
Si: 2.0 to 8.0 wt%
Si is a useful element that increases electrical resistance and improves iron loss. However, if its content is less than 2.0 wt%, its effect is poor, and γ transformation occurs and the hot-rolled structure changes greatly. It transforms in finish annealing, and good magnetic properties cannot be obtained. On the other hand, when the Si content exceeds 8.0 wt%, the secondary workability of the product deteriorates and the saturation magnetic flux density also decreases, so the Si content is limited to the range of 2.0 to 8.0 wt%.
[0023]
Mn: 0.005 to 3.0 wt%
Mn is an element necessary for improving hot workability, but if it is less than 0.005 wt%, the effect of addition is poor, while if it exceeds 3.0 wt%, secondary recrystallization becomes difficult. Was limited to the range of 0.005 to 3.0 wt%.
[0024]
Al: 0.02wt% or less
When Al is made 0.02 wt% or less, preferably less than 0.01 wt%, secondary recrystallization occurs at a lower temperature, so that the finish annealing temperature can be lowered, not only preventing coil adhesion but also suppressing oxide formation. Can be obtained.
[0025]
S, Se, O and N: 30 ppm or less Any of these elements is a harmful element that inhibits the development of secondary recrystallization and remains in the ground iron to deteriorate the iron loss. Accordingly, Se, S, O and N are all reduced to 30 ppm or less (preferably 20 ppm or less).
[0026]
The molten steel adjusted to the above preferred component composition is usually made into a slab by an ingot-making method or a continuous casting method. Alternatively, a thin cast piece having a thickness of 100 mm or less may be directly produced by using a direct casting method.
The slab is heated and hot-rolled by a normal method, but may be subjected to hot rolling immediately after casting without being heated. In the case of a thin slab, hot rolling may be performed, or the hot rolling may be omitted and the subsequent process may be performed as it is.
As the slab heating temperature, since the inhibitor component is not included in the raw material component, a minimum temperature of about 1100 ° C. at which hot rolling is possible is sufficient.
[0027]
Next, after performing hot-rolled sheet annealing as necessary, cold rolling is performed once or two or more times with intermediate annealing interposed therebetween.
Hot-rolled sheet annealing is useful for improving magnetic properties. Similarly, sandwiching intermediate annealing during cold rolling is useful for stabilizing magnetic properties. However, both increase production costs, so it is necessary to set the grain size before the final cold rolling to an appropriate range, so the selection of the hot rolled sheet annealing and intermediate annealing and the annealing temperature and time are determined. Is done.
[0028]
In the present invention, in order to grow a {100} <001> structure after finish annealing, the average crystal grain size before the final cold rolling should be increased to 200 μm or more, and the rolling reduction should be in the range of 60 to 90%. is important.
In addition, it is effective to perform such cold rolling at a temperature of 150 ° C. or higher in order to cause secondary recrystallization in the normal cube orientation. Furthermore, cold rolling under cross-rolling or rolling conditions where the steel strip width is expanded with low tension can also be applied.
[0029]
Next, recrystallization annealing is performed.
The annealing conditions are preferably 800 to 950 ° C. for about 5 to 200 seconds in a wet hydrogen atmosphere, and it is preferable to reduce C in the steel to 0.003 wt% or less at which no magnetic aging occurs by this annealing.
[0030]
Thereafter, an annealing separator is applied as necessary. As the annealing separator, a slurry of a refractory powder such as silica, alumina, magnesia or a colloidal solution is suitable. Moreover, the method of adhering these refractory powders to a steel plate by dry coating such as electrostatic coating is more preferable because moisture is not included in the finish annealing atmosphere. Furthermore, a method of sandwiching a steel plate having a surface coated with these refractories by thermal spraying or the like can also be applied.
[0031]
Next, finish annealing is performed.
Here, the finish annealing needs to be heated to a temperature of 800 ° C. or higher in order to cause the positive cube orientation to recrystallize and grow sufficiently, and it is desirable to maintain this temperature range for 10 hours or more.
On the other hand, since the oxide formed on the surface of the iron bar needs to be 1 g / m ² or less per side in terms of oxygen, the water vapor and oxygen concentrations in the atmosphere are dew point ≤ 10 ° C and O ₂ ≤ 0.1 vol, respectively. % Must be sufficiently reduced.
In order to suppress the formation of oxide, the finish annealing temperature needs to be 1100 ° C. or lower, more preferably 900 ° C. or lower. Thus, in order to limit the finish annealing temperature to 900 ° C. or lower, it is preferable to limit Al to less than 0.01 wt% in order to lower the temperature at which secondary recrystallization occurs as described above.
[0032]
Next, a coating deposition treatment is performed.
In such coating deposition treatment, in order to reduce the tension exerted on the steel sheet, the thickness of the oxide and the coating is reduced, the coating material having a low baking temperature is applied, the thermal expansion coefficient is small or It is effective to apply a coating having a low Young's modulus.
[0033]
The type of coating is not particularly limited as long as the applied tension is 5 MPa or less. For example, an organic resin coating or a semi-organic coating composed of an organic resin and an inorganic component is suitable. Among these, the inorganic component includes one or more selected from phosphoric acid, phosphate, chromic acid, chromate, dichromate, boric acid, silicate, silica, and alumina. It is done. Coatings containing these organic resins are suitable because they have the effect of suppressing distortion of the cut portion during cutting and punching and preventing iron loss deterioration.
The film thickness of the organic resin coating or semi-organic coating is preferably 0.5 μm or more from the viewpoint of ensuring interlayer insulation, and about 5 μm or less from the viewpoint of reducing tension and preventing space factor reduction.
[0034]
In addition, an inorganic glassy coating composed of one or more components selected from phosphate and chromic acid, chromate, dichromate and boric acid can also be applied. In the case of this inorganic glassy coating, in order to make the tension 5 MPa or less, it is preferable that the baking temperature is 400 ° C. or less and the thickness of the coating is 2 μm or less per side. In order to improve heat resistance, a slight amount of silica or alumina fine powder or colloid may be contained.
[0035]
【Example】
Example 1
Si: 3.1wt%, C: 0.012wt%, Mn: 0.1wt%, Al: 0.009wt%, N: 10ppm, O: 13ppm, S: 5ppm and Se: 4ppm, the balance being Fe and inevitable impurities A steel slab having a composition was produced by continuous casting. Next, hot rolled into a hot rolled sheet with a thickness of 2.7 mm, and then annealed at 1140 ° C and soaking for 60 seconds, followed by cold rolling at 270 ° C and a final thickness of 0.35 mm. Finished to plate thickness. Here, the average crystal grain size before the final cold rolling was 280 μm. _{Then, 40% H 2 -60% N} 2, dew point: 920 ° C. in an atmosphere of 50 ° C., subjected to recrystallization annealing soaking 30 seconds to reduce the steel C up to 0.002 wt%.
Subsequently, an annealing separator obtained by mixing silica powder and alumina powder in a ratio of 3: 1 was electrostatically applied to the surface of the steel sheet, wound around a coil, and then subjected to finish annealing. The final annealing was performed by raising the temperature from room temperature to 800 ° C. in 5 hours, from 800 ° C. to 950 ° C. in 25 hours, and holding at 950 ° C. for 36 hours, followed by furnace cooling. Here, the amount of oxide formed on the steel sheet surface was controlled by variously changing the amount of water vapor introduced into the atmosphere in the furnace.
[0036]
Thereafter, the annealing separator for the coil was washed and removed, and flattened by annealing at 840 ° C for 60 seconds in a 5% H ₂ -95% N ₂ atmosphere while applying tension to the steel strip, and the organic resin was dichromated. A semi-organic coating dispersed in an inorganic component consisting of magnesium and boric acid was formed to a thickness of 1.0 μm.
By the above process, a bi-directional electrical steel sheet made of secondary recrystallized grains accumulated in a positive cube orientation with a grain size of about 20 mm was obtained.
Next, an EI-48 type EI core sample was manufactured by punching from the steel sheet, and the iron loss characteristics at 1.5 T and 50 Hz were measured.
The obtained results are shown in Table 1 in relation to the oxygen basis weight on the steel sheet surface.
[0037]
[Table 1]

[0038]
As shown in Table 1, when the amount of oxide on the steel sheet surface was suppressed to 1.0 g / m ² or less in terms of oxygen amount, excellent iron loss characteristics could be obtained.
[0039]
Example 2
A steel plate made of secondary recrystallized grains with a normal cube orientation with a surface oxide content of 0.4 g / m ^{2 in} terms of oxygen content, manufactured in the same manner as in Example 1, was coated with an inorganic coating with varying thickness. did. In this coating, a solution made of aluminum phosphate, potassium chromate and boric acid mixed with colloidal silica is baked at 800 ° C. to form a film having a thickness of 1 μm. Here, when the content of colloidal silica is increased, the thermal expansion coefficient of the coating is decreased, and the tension applied to the steel sheet is increased. The magnetostriction was measured by applying a compressive stress of 0 to 6 MPa to this steel plate, and the compressive stress when the magnetostriction increased rapidly was defined as the tension applied to the steel plate.
Table 2 shows the results of measuring the iron loss in the Epstein test when the steel plate was excited at 1.5 T and 50 Hz in the L and C directions.
[0040]
[Table 2]

[0041]
As apparent from Table 2, when the tension applied to the steel sheet exceeds 5 MPa, the iron loss in the C direction is greatly deteriorated, which is not preferable.
On the other hand, when the magnitude of the applied tension is 5 MPa or less, particularly 3 MPa or less, the iron loss deterioration in the C direction becomes extremely small, and suitable iron loss characteristics are obtained.
In addition, the coating baked at 350 ° C. without adding colloidal silica and the semi-organic coating used in Example 1 gave almost no tension to the steel sheet, and therefore the iron loss after coating was averaged in the L direction: 1.22 W / kg, average in C direction: 1.45 W / kg and good results were obtained.
[0042]
Example 3
The steel slab having the composition shown in Table 3 was made into a 0.35 mm thick electrical steel sheet by changing the conditions of hot rolling, hot rolled sheet annealing, cold rolling, recrystallization annealing and finish annealing, and then flattened. Annealing and coating deposition treatment were performed.
For these samples, the iron loss at 1.5 T and 50 Hz was evaluated by the Epstein test. In addition, the Epstein test sample used the sample cut in the L direction and the C direction by half each.
Table 3 shows the measurement results of the samples with the lowest iron loss among the samples obtained from the same component steel under various production conditions.
[0043]
[Table 3]

[0044]
As shown in Table 3, all of those satisfying the component composition range of the present invention have good iron loss, whereas any of C, Mn, Al, S, Se, O, and N is obtained. However, any iron that deviates from the appropriate range has increased iron loss and is not suitable as a core material.
[0045]
Example 4
The secondary recrystallization start temperature of the steel in which only the Al content was changed on the basis of the components of Conformance Example 10 in Table 3 was investigated. A sample cut to a length of 400 mm and a width of 50 mm from a steel sheet that had been subjected to recrystallization annealing was placed in an electric furnace with a temperature difference of 800 to 1200 ° C, held for 50 hours, and then subjected to macro etching. The secondary recrystallization onset temperature was evaluated by comparing the presence or absence of secondary recrystallization with the corresponding temperature.
Table 4 shows the results obtained.
[0046]
[Table 4]

[0047]
As shown in Table 4, secondary recrystallization occurs when Al is made 0.02 wt% or less. In particular, when the Al content is less than 0.01 wt%, the secondary recrystallization start temperature becomes low, and finish annealing at a lower temperature becomes possible, which is extremely advantageous in reducing the amount of oxide generated on the steel sheet surface. .
[0048]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, by suppressing the amount of oxide on the surface of the iron core to 1.0 g / m ² or less in terms of oxygen amount, it is possible to effectively obtain a bi-directional electrical steel sheet with small characteristic deterioration due to processing.
In addition, by setting the total tension exerted on the steel sheet by the oxide and the coating to 5 MPa or less, a bidirectional magnetic steel sheet having good magnetic properties in both the L direction and the C direction can be obtained.
And the iron loss of iron cores, such as a transformer, a motor, and a generator, can be remarkably reduced with the above-mentioned bidirectional magnetic steel sheet showing the good magnetic characteristic of the present invention.

Claims

C: 0.003 to 0.08 wt%, Si: 2.0 to 8.0 wt% and Mn: 0.005 to 3.0 wt%, Al is 0.02 wt% or less, S, Se, O and N are each reduced to 30 ppm or less, and the balance Is a steel slab having a composition of Fe and inevitable impurities , hot-rolled and, if necessary, hot-rolled sheet annealed, and then subjected to cold rolling at least once with one or more intermediate sandwiches in between. After finishing to plate thickness, then after recrystallization annealing, apply an annealing separator as necessary, then apply final finishing annealing, and further flattening annealing as necessary, then perform coating coating treatment In the method for producing a bidirectional magnetic steel sheet comprising the steps of
(1) The average grain size before the final cold rolling is 200 μm or more, and the final cold rolling reduction ratio is 60% or more and 90% or less.
(2) Final finish annealing is performed at a temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower in an atmosphere with dew point ≦ 10 ° C. and O ₂ ≦ 0.1 vol%.
A method for producing a bi-directional electrical steel sheet, characterized in that

In claim 1 , as the coating deposition treatment, an organic resin coating or a semi-organic coating composed of an organic resin and an inorganic component is deposited with a film thickness of 5 μm or less, or an inorganic glassy coating with a film thickness of 2 μm or less. A method for producing a bi-directional electrical steel sheet, characterized in that it is formed.

3. The method for producing a bidirectional steel sheet according to claim 1, wherein a steel slab having an Al content of less than 0.01 wt% is used.