JP5200363B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
上記磁区細分化処理方法としては、〈001〉方位の配向している圧延方向とほぼ垂直に物理的な溝や歪を導入させる方法が一般的である。例えば、特許文献1には、突起を有するロールで圧下する方法が、特許文献2には、プラズマ照射により熱歪を導入する方法が、特許文献3および4には、レーザ照射により熱歪を導入する方法が、特許文献5には、化学的にエッチングする方法がそれぞれ開示されている。
特許文献2〜4に記載の方法では、磁区細分化処理後に焼鈍を施すと歪が除去され磁区細分化効果が消滅する。このため、最終的に焼鈍を行う小型変圧器などの巻き鉄心には不向きである。特許文献5に記載の方法では、エッチングを施さない領域をマスキングする必要があること、およびマスキングを除去する工程も必要であることなど工程が複雑となり、大幅なコスト増加を余儀なくされる。
このように、磁区細分化による鉄損低減策には大きな課題があった。
[1]鋼板表面に、線状および/または点列状の侵入部を有する方向性電磁鋼板であり、
前記侵入部は、圧延方向に対して60〜90°の角度をなす方向に形成され、かつ、SiO2およびFeとSiとの複合酸化物からなり、該侵入部が凹形状をなし、前記鋼板表面は、前記侵入部以外の領域にSiやFeの酸化物が存在しないことを特徴とする方向性電磁鋼板。
[2]前記[1]において、前記侵入部は、幅:5〜500μm、深さ:0.5〜30μm、線間隔もしくは点列間隔:1〜30mmであることを特徴とする方向性電磁鋼板。
[3]質量%で、C:0.08%以下、Si:2.0〜8.0%、Mn:0.005〜1.0%、を含有する鋼スラブを熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍を施し、次いで、鋼板に、Fe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を、線状および/または点列状に塗布し、次いで、焼鈍温度:1050℃以上で二次再結晶焼鈍を施すことにより前記塗布部に凹形状をなす侵入部を形成し、前記侵入部以外の領域にSiやFeの酸化物を形成させないことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
[4]質量%で、C:0.08%以下、Si:2.0〜8.0%、Mn:0.005〜1.0%、を含有する鋼スラブを熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍、二次再結晶焼鈍を施し、次いで、鋼板に、Fe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を線状および/または点列状に塗布し、次いで、焼鈍温度:1050℃以上で純化焼鈍を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
[5]前記[3]または[4]において、鋼板に酸化物を塗布するにあたり、線状および/または点列状に濃淡をつけて全面に塗布することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
[6]前記[3]〜[5]のいずれかにおいて、前記鋼スラブが、さらに、質量%で、Ni:0.010〜1.50%、Cr:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、P:0.005〜0.50%、Sn:0.005〜0.50%、Sb:0.005〜0.50%、Bi:0.005〜0.50%の中から選ばれる少なくとも1種以上を含有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
特許文献6および7に記載の技術により形成される侵入体は金属による合金層や拡散物からなるものである。これに対して、本発明の侵入部を形成する酸化物は、SiO2等の鋼板中のSi、Feによる酸化物であり、特許文献6および7とは形成される物が異なる。また、本発明では、鋼板中のSi、Feと結合する酸素を供給するために酸化物を塗布するが、特許文献6および7の酸化物中の酸素にはこのような目的はない。さら、特許文献6では、鋼板表面に形成されたグラス被膜上に各種金属の酸化物を塗布しているが、本発明はグラス被膜のない鋼板表面に直接塗布するものである。
前述したように、発明者らは磁気特性の向上について、磁区細分化処理に着目し検討を進めた。
鋼板に酸化物を塗布して焼鈍を行った場合、酸化物中の酸素が鋼板中に存在するSiやFeと結合しそれらの酸化物を形成することがある。これは、熱力学的には塗布した酸化物よりもSiやFeの酸化物の方が標準生成自由エネルギーが低く安定である場合に起こるといえる。この観点から、前記のSnO2はSiO2やSi−Fe系の酸化物よりも標準生成自由エネルギーが高く、SnO2の酸素が脱離して鋼中のSiやFeと結合し酸化物を形成する傾向にある。一方で、前記のAl2O3は標準生成自由エネルギーが非常に低く安定であることから鋼中のSiやFeとは反応しないといえる。また、前記実験においては、酸化物を溝付きロールで塗布したため、ロールの溝に該当する箇所では厚く塗布されている。SnO2を用いた場合、この厚く塗布された領域ではSiやFeの酸化物が形成され、それ以外の箇所では塗布された酸化物の量が少ないためにSiやFeの酸化物が形成しなかった、もしくは、形成したが微量(鋼板への侵入深さが小さい)であったと考えられる。
そして、このようなSiやFeの酸化物が線状または点列状に鋼板に侵入して鋼板表面に侵入部が形成されることで、鉄と生成したSiやFeの酸化物との界面のうち圧延方向と垂直な面、もしくはそれに近い面に磁極が生じ、反磁界効果にて磁区細分化され、その効果により鉄損が低減したと考えられる。また、この領域が溝のような凹形状を成していたことや、それ以外の領域ではSiやFeの酸化物の存在を確認できなかったことは、その後の洗浄等で、それら酸化物の一部ないしは全部が除去されたためであると推測される。
侵入部の幅が5μm未満だと磁区細分化効果が発揮されない場合がある。一方、500μm超の場合は前記侵入部自体が磁気特性を劣化させる場合がある。よって、侵入部の幅は5〜500μmが好ましい。
侵入部の深さが0.5μm未満だと磁区細分化効果が発揮されない場合がある。一方、30μm超の場合はヒステリシス損失を増加させ鉄損が劣化することがある。よって、深さは0.5〜30μmが好ましい。
侵入部の間隔が1mm未満の場合は磁気特性が劣化する場合がある。一方、30mm超では磁区細分化効果が発揮されないことがある。よって、間隔は1〜30mmが好ましい。
なお、本発明では、侵入部が、SiO2ならびにFeとSiとの複合酸化物の一部または略全部が除去され、凹形状となっている。
C:0.08%以下
Cは0.08%を超えると、磁気時効の起こらない50ppm以下に低減することが困難になる。よって、0.08%以下とする。
Siは鋼の比抵抗を高め、鉄損を改善させるために必要な元素であるが、2.0%未満では効果がない。一方、8.0%を超えると鋼の加工性が劣化し、圧延が困難となる。よって2.0%以上8.0%以下とする。
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%未満では効果がない。一方、1.0%を超えると製品板の磁束密度が低下する。よって、0.005%以上1.0%以下とする。
熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるためにNiを含有させることができる。含有量が0.010%未満であると磁気特性の向上量が小さく、1.50%を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する場合がある。よって、含有する場合は、0.010%以上1.50%以下とする。
鉄損を低減させる目的で、Cr:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、P:0.005〜0.50%を含有させることができる。また、磁束密度を向上させる目的で、Sn:0.005〜0.50%、Sb:0.005〜0.50%、Bi:0.005〜0.50%を含有させることができる。上記は単独または複合して含有させることができるが、それぞれの含有量が前記した各下限値より少ない場合には鉄損向上効果がなく、前記した各上限値を超えると二次再結晶粒の発達が抑制され磁気特性が劣化する場合がある。
本発明の方向性電磁鋼板は、上記化学成分範囲に調整された鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍を施し、次いで、鋼板に、Fe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を、線状および/または点列状に塗布し、次いで、焼鈍温度:1050℃以上で二次再結晶焼鈍を施す。もしくは、上記化学成分範囲に調整された鋼スラブを熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、一次再結晶焼鈍を施し、二次再結晶焼鈍を施した後、次いで、鋼板にFe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を線状および/または点列状に塗布し、次いで、焼鈍温度:1050℃以上で純化焼鈍を施す。
上記基本的な製造方法に加え、好適な条件として、鋼板に酸化物を塗布するにあたり、線状および/または点列状に濃淡をつけて全面に塗布する。
一次再結晶焼鈍は、脱炭を必要とする場合には雰囲気を湿潤雰囲気とするが、脱炭を必要としない場合は乾燥雰囲気で行っても良い。一次再結晶焼鈍後は、浸珪法によってSi量を増加させる技術を併用してもよい。
その後、鋼板表面にFe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物の少なくとも1種以上を線状に塗布する。好ましくは、線状に濃淡をつけて全面に塗布する。これら酸化物は焼鈍分離効果を有するため、選択した酸化物のみを塗布すれば良いが、従来、焼鈍分離剤として使用されているMgOに混合しても良い。MgOに混合する場合には、MgOを含む全焼鈍分離剤中、10質量%以上を前記選択した酸化物とする必要がある。なお、前記酸化物、もしくはその酸化物を含む焼鈍分離剤の塗布量は、焼鈍後における前記侵入部の幅:5〜500μm、深さ:0.5〜30μm、線間隔もしくは点列間隔:1〜30mmとなるよう適宜調整することが好ましい。また、塗布方法は特に問わない。例えば、溝が付与されたロールを有する塗布機で塗布したり、鋼板上の酸化物を生成させたい場所以外にマスキングを施し、その上から前記焼鈍分離剤を全面に塗布したりするなどの方法があげられる。
純化焼鈍は鋼中の不純物元素を低減するために、1000℃以上で1時間以上保定することが磁気特性向上のため好ましい。ただし、前記酸化物を塗布した後に行う純化焼鈍では、1050℃以上で行う必要がある。
さらに、900℃、2分間の均熱条件で、湿潤雰囲気下での一次再結晶焼鈍を施した後、表1に示す酸化物を30質量%含有し残部がMgOからなる焼鈍分離剤を5mm間隔でロールの軸方向に溝がついたゴムロールを用いて鋼板の片面のみ塗布した。
次いで、900℃で50時間保定する二次再結晶焼鈍を施した。なお、この二次再結晶焼鈍は、前記保定の後、1200℃で5時間保定する純化焼鈍工程も含んでいる。さらに、平坦化焼鈍を行った。
得られた鋼板について、前記ロールの溝に相当する鋼板部分をFT−IR(フーリエ変換赤外分光装置)で調査したところ、SiO2と表1に示すFe−Si複合酸化物が生成していた。また、これら酸化物は、間隔はロールの間隔と同様に5mm(圧延方向に対して90°)、表1に示す幅および深さで鋼板への侵入部を形成していた。なお、これら(一部)の製品では、侵入部において凹形状を示していた。
ひき続き、リン酸アルミニウム、スチレン樹脂、ホウ酸を主成分としたコーティングを塗布焼付けして製品とした。
以上により得られた製品について、磁気特性を測定し、評価した。なお、製品の磁気測定はJIS C2550に記載の方法で行い、得られた鉄損W17/50を表1に上記条件と併せて示す。
次いで、950℃、10秒の均熱条件で、乾燥窒素雰囲気下での一次再結晶焼鈍を施した後、SnO2を7mm間隔でロールの軸方向に溝がついたゴムロールを用いて両面塗布し、コイル状に巻き取った後、1100℃、30時間、H2雰囲気下で保定する二次再結晶焼鈍を施した。
次いで、塗布酸化物等を水洗にて除去した後、平坦化焼鈍を行った。
得られた鋼板について、実施例1と同様の方法で、形成された侵入部を調査した。その結果、SiO2と表2に示すFe−Si複合酸化物が生成していた。また、これら酸化物は間隔はロールの間隔と同様に7mm(圧延方向に対して90°)、表2に示す幅および深さで鋼板への侵入部を形成していた。
続いて、CVDによりTiNを表面に成膜して製品とした。
以上より得られた製品について、実施例1と同様の方法にて鉄損W17/50の磁気特性を測定し評価した。結果を表2に併せて示す。
次いで、1000℃、50秒の中間焼鈍を施した後、200℃の温間圧延を施して0.23mmの板厚に仕上げた。
さらに、825℃で30秒の均熱条件、乾燥窒素雰囲気下での一次再結晶焼鈍を施した後、950℃で50時間保定する二次再結晶焼鈍を施した。さらに、Fe2O3を5mm間隔で溝がついたゴムロールを用いて片面のみ塗布した。ここでロール溝が圧延方向に平行な方向(0°)から垂直な方向(90°)まで10°ずつ異なるロールを用意し、Fe2O3の濃淡がつく方向を変化させた。その後、1200℃で5時間保定する純化焼鈍を施した。このとき、鋼板にはゴムロールの溝と同じ方向にSiO2とクリノフェロシライト(FeSiO3)を主成分とする酸化物が生成し、表3に示す幅および深さで鋼板への侵入部を形成していた。
次いで、平坦化焼鈍を行い、リン酸アルミニウム、スチレン樹脂、ホウ酸を主成分としたコーティングを塗布焼付けして製品とした。
得られた製品について、実施例1と同様の方法で鉄損W17/50の磁気特性を測定した。ロール溝の角度、すなわち、圧延方向と侵入部の延びる方向とのなす角度と、それぞれの角度における鉄損W17/50値を表3に示す。
Claims (6)
- 鋼板表面に、線状および/または点列状の侵入部を有する方向性電磁鋼板であり、前記侵入部は、圧延方向に対して60〜90°の角度をなす方向に形成され、かつ、SiO2およびFeとSiとの複合酸化物からなり、該侵入部が凹形状をなし、前記鋼板表面は、前記侵入部以外の領域にSiやFeの酸化物が存在しないことを特徴とする方向性電磁鋼板。
- 前記侵入部は、幅:5〜500μm、深さ:0.5〜30μm、線間隔もしくは点列間隔:1〜30mmであることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 質量%で、C:0.08%以下、Si:2.0〜8.0%、Mn:0.005〜1.0%、を含有する鋼スラブを熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、
一次再結晶焼鈍を施し、
次いで、鋼板に、Fe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を、線状および/または点列状に塗布し、
次いで、焼鈍温度:1050℃以上で二次再結晶焼鈍を施すことにより、前記塗布部に凹形状をなす侵入部を形成し、前記侵入部以外の領域にSiやFeの酸化物を形成させないことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 質量%で、C:0.08%以下、Si:2.0〜8.0%、Mn:0.005〜1.0%、を含有する鋼スラブを熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施し最終板厚とした後、
一次再結晶焼鈍、二次再結晶焼鈍を施し、
次いで、鋼板に、Fe酸化物、Mo酸化物、Mn酸化物、Sn酸化物、W酸化物、Ga酸化物、Ge酸化物、Cu酸化物、Cr酸化物、Sb酸化物のうちの少なくとも1種以上を線状および/または点列状に塗布し、
次いで、焼鈍温度:1050℃以上で純化焼鈍を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 鋼板に酸化物を塗布するにあたり、線状および/または点列状に濃淡をつけて全面に塗布することを特徴とする請求項3または4に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記鋼スラブが、さらに、質量%で、Ni:0.010〜1.50%、Cr:0.01〜0.50%、Cu:0.01〜0.50%、P:0.005〜0.50%、Sn:0.005〜0.50%、Sb:0.005〜0.50%、Bi:0.005〜0.50%の中から選ばれる少なくとも1種以上を含有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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