JP6084351B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そのためには、鋼板中の二次再結晶粒を、(110)[001]方位(いわゆる、ゴス方位)に高度に揃えることが重要である。しかし、配向性が高すぎると逆に鉄損が増加してしまうことが知られている。そこで、この欠点を解消するため、鋼板の表面に歪や溝を導入し、磁区の幅を細分化して鉄損を低減する技術、すなわち磁区細分化技術が開発されている。
1.表面にフォルステライト被膜および張力コーティングをそなえ、レーザー照射による磁区細分化済みで、磁束密度B8が1.91T以上の方向性電磁鋼板であって、
(1) 該方向性電磁鋼板中に混入するCr量を0.1質量%以下に抑制する、
(2) 該フォルステライト被膜の被覆量が酸素目付量で3.0g/m2以上とし、かつ該フォルステライト被膜下部に、該方向性電磁鋼板の地鉄部に食い込んだアンカー部を有し、その厚みを1.5μm以下とする、
(3) 長さ:280mmの試験片の片面にのみ該フォルステライト被膜を有する状態での鋼板の反り量が10mm以上で、かつ該片面にのみ該フォルステライト被膜と該張力コーティングとを有する状態での鋼板の反り量が20mm以上である、
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
脱炭焼鈍の雰囲気酸化性、最終仕上焼鈍の雰囲気およびヒートパターン、ならびに、焼鈍分離剤MgOへの添加剤の添加量を組み合せて調整し、鋼板表面に形成されるフォルステライト被膜の量が酸素目付量:3.0g/m2以上で、該フォルステライト被膜下部に、地鉄部に食い込んだアンカー部を形成し、その厚みが1.5μm以下で、長さ:280mmの試験片の片面のみに該フォルステライト被膜を有する状態での鋼板の反り量を10mm以上とし、片面にのみ該フォルステライト被膜と張力コーティングとを有する状態での鋼板の反り量が20mm以上となるように該張力コーティングを塗布・焼付けする、ことが好ましい。
一般的な方向性電磁鋼板の製品板の表層は、フォルステライト被膜と張力コーティングから成っており、鉄損低減のために施されるレーザー照射は、張力コーティングの表面に施されるのが通常である。
レーザー照射による鉄損低減のメカニズムは、鋼板表面にレーザー照射による熱歪みが与えられることで、鋼板の磁区が細分化されて発現するものである。
そのため、その応力の影響が広がる領域を小さく抑制することが、鉄損低減につながることになる。すなわち、被膜張力を大きくすることで、鋼板の表面応力が大きくなるために、熱歪みの残留応力に打ち勝ち、結果として、熱歪みの残留応力が影響を及ぼす領域を小さくすることができるのである。
それ故、レーザー照射を施す材料におけるフォルステライト被膜および張力コーティングの被膜張力は、強ければ強いほど好ましいといえる。
一般に、鋼中にCr添加を行うとフォルステライト被膜の張力が減少することが知られている。この機構は明らかではないが、Crがフォルステライトの組織中に取り込まれてフォルステライトの結晶構造が変化するためと推定されている。従って、被膜張力の向上にはCrの添加量は少ないほど有利である。
Crは、熱間加工性を良好にする上で有用な元素であるが、本発明では、上述したように、フォルステライト被膜の張力向上のため、Cr量は0.1質量%以下に抑制するものとした。
本発明において、フォルステライト被膜の被覆量は酸素目付量で3.0g/m2以上とする。というのは、前述したとおり、被膜が薄い、すなわち、酸素目付量で3.0g/m2に満たないと、被膜張力が弱くなると共に、地鉄へのレーザー照射効率が高くなりすぎ、却って鉄損が劣化してしまうからである。
本発明では、アンカー部での平均厚みが1.5μm以下であることが必要である。1.5μmより大きい場合には、アンカー部におけるレーザーの散乱が著しくなり、レーザー照射による鉄損低減効果が小さくなる。すなわち、磁区細分化効果が減少するため、渦電流損失の低減が不十分となる。
なお、測定頻度としては、測定長:10cm当たり任意に5視野を抽出し、上記のSEM観察をする。
本発明では、フォルステライト被膜および絶縁コーティングの被膜張力は、被膜片面除去による鋼板の反り量で規定している。具体的には、長さ:280mm、幅:30mmの試片について、鋼板の一方の面の被膜を除去し、他方の面にフォルステライトのみを有する状態での試片の反り量を測定し、その測定値が10mm以上となっていることが必要である。また、鋼板の一方の面の被膜が除去され、他方の面にフォルステライトと絶縁コーティングを有する状態での試片の反り量を測定し、その測定値が20mm以上あることが必要である。
というのは、上述したように、被膜および絶縁コーティングの張力が大きいほど、熱歪みの残留応力が影響を及ぼす領域を縮小する効果があるからである。従って、前記した反り量がそれぞれ規定値より小さい場合には、いずれも鉄損低減効果が小さくなり、所望の鉄損が得られないこととなる。
本発明において、方向性電磁鋼板用スラブの成分組成は、Crの含有量を除いては、特に制限はなく、二次再結晶が生じる成分組成であればよい。
また、インヒビターを利用する場合、例えばAlN系インヒビターを利用する場合であればAlおよびNを、またMnS・MnSe系インヒビターを利用する場合であればMnとSeおよび/またはSを適量含有させればよい。勿論、両インヒビターを併用してもよい。この場合におけるAl、N、SおよびSeの好適含有量はそれぞれ、Al:0.01〜0.065質量%、N:0.005〜0.012質量%、S:0.005〜0.03質量%、Se:0.005〜0.03質量%である。
この場合には、Al、N、SおよびSe量はそれぞれ、Al:100質量ppm以下、N:50質量ppm以下、S:50質量ppm以下、Se:50質量ppm以下に抑制することが好ましい。
C:0.08質量%以下
Cは、熱延板組織の改善のために添加をするが、0.08質量%を超えると製造工程中に磁気時効の起こらない50質量ppm以下までCを低減することが困難になるため、0.08質量%以下とすることが好ましい。なお、下限に関しては、Cを含まない素材でも二次再結晶が可能であるので特に設ける必要はない。
Siは、鋼の電気抵抗を高め、鉄損を改善するのに有効な元素であるが、含有量が2.0質量%に満たないと十分な鉄損低減効果が達成できず、一方、8.0質量%を超えると加工性が著しく低下し、また磁束密度も低下するため、Si量は2.0〜8.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Mnは、熱間加工性を良好にする上で必要な元素であるが、含有量が0.005質量%未満ではその添加効果に乏しく、一方1.0質量%を超えると製品板の磁束密度が低下するため、Mn量は0.005〜1.0質量%の範囲とすることが好ましい。
Ni:0.03〜1.50質量%、Sn:0.01〜1.50質量%、Sb:0.005〜1.50質量%、Cu:0.03〜3.0質量%、P:0.03〜0.50質量%およびMo:0.005〜0.10質量%のうちから選んだ少なくとも1種
Niは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために有用な元素である。しかしながら、含有量が0.03質量%未満では磁気特性の向上効果が小さく、一方1.5質量%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。そのため、Ni量は0.03〜1.5質量%の範囲とするのが好ましい。
なお、上記成分以外の残部は、製造工程において混入する不可避的不純物およびFeである。
熱延板焼鈍後は、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施した後、再結晶焼鈍を行い、焼鈍分離剤を塗布する。焼鈍分離剤を塗布した後に、二次再結晶およびフォルステライト被膜の形成を目的として最終仕上げ焼鈍を施す。
(a) 脱炭焼鈍の雰囲気酸化性
本発明では、脱炭焼鈍で形成されるファイアライト(Fe2SiO4)を主体とする下地被膜を通常より厚くすることが望ましい。酸素目付け量で1.0g/m2以上が望ましい。続く最終仕上げ焼鈍で形成されるフォルステライト(Mg2SiO4)被膜が厚くなり、かつ追加酸化を抑制することができるため、追加酸化により発達するアンカー部の発達を抑えることができる。
本発明では、800℃付近から1200℃付近までの昇温過程において、水素を添加することで追加酸化を抑制し、アンカー部の発達を抑制できる。添加濃度については、温度域、組み合わせる焼鈍分離剤の組成などによって決められるが、通常より分圧を高めることが好ましい。
本発明では、最終到達温度の1200℃付近までの昇温速度を早めることが、脱炭焼鈍時に形成された下地被膜の形態を維持し、かつアンカー部を発達させないという点で望ましい。なお、上記の昇温速度は15℃/時間以上が望ましい。
本発明では、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の化合物をMgO主体の分離剤に添加することが有効である。化合物としては水酸化物、硫化物など特に限定されないが、MgOを100質量部としたときに、少なくとも1種または2種類以上のアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属の化合物を0.5質量部以上添加することが望ましい。
なお、張力コーティングを施す際には、前述したとおり、片面にのみフォルステライト被膜と張力コーティングとを有する状態における鋼板の反り量が20mm以上となるように、塗布・焼付け条件を調整し、張力コーティングを塗布・焼付けすることが肝要である。
本発明で照射するレーザーの光源としては、連続波レーザー、パルスレーザーのいずれでもよく、YAGレーザーやCO2レーザー等の種類を選ばない。また、照射痕は線状でも点状でも構わないが、これら照射痕の方向は、鋼板の圧延方向に対して、90°から45°をなす方向であることが好ましい。
なお、最近使用されるようになってきたグリーンレーザーマーカーは、照射精度の面で特に好適である。
なお、鋼板に付与される塑性歪の深さは、3〜60μm程度とするのが好適である。
質量%で、C:0.08%、Si:3.3%、Mn:0.07%、Se:0.016%、Al:0.016%、Cu:0.12%、およびCr:0.13%を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる成分組成の鋼Aと、Crを添加せずに、その他の成分は鋼Aと同じ鋼Bとを溶製し、厚み:70mmの鋼スラブに連続鋳造で鋳込んだ後、それぞれ1400℃に加熱後、熱間圧延により2.6mm熱延コイルを得た。タンデム圧延機により1.9mmまで冷間圧延し、1100℃で中間焼鈍を行った後、ゼンジミア圧延機により0.23mmの最終板厚に仕上げた。
上記工程において、以下に述べる(a)〜(d)のうち少なくともいずれかの処置を講じた。
(a) 脱炭焼鈍の雰囲気酸化性
雰囲気酸化性PH2O/PH2=0.20〜0.55の範囲で変更。
(b) 最終仕上焼鈍の雰囲気
800℃から1150℃の昇温過程における水素濃度を0〜75%の範囲で変更。
(c) 最終仕上焼鈍のヒートパターン
500℃から1150℃までの平均昇温速度を5〜30℃/時の範囲で変更。
(d) 焼鈍分離剤MgO
硫酸ストロンチウムを、MgO :100質量部に対して0〜10質量部の範囲で添加。
上記試験片の最終焼鈍後の表面酸化物の目付量とアンカー部の厚み、鋼板の反り量および磁気特性を表1に示す。
質量%で、C:0.04%、Si:3.2%、Mn:0.05%、Ni:0.01%、およびCr:0.02%を含有し、残部Fe及び不可避不純物からなる成分組成の鋼Cと、Cr量のみ0.02質量%に変更し、その他の成分は鋼Cと同じ鋼Dとを溶製し、1400℃に加熱後、熱間圧延により2.0mm熱延コイルを得た後、1000℃で熱延板焼鈍を施した。0.75mm厚みでの中間焼鈍を行った後、0.23mmの最終板厚に仕上げた。
上記工程において、以下に述べる(a)〜(d)のうち少なくともいずれかの処置を講じた。
(a) 脱炭焼鈍の雰囲気酸化性
雰囲気酸化性PH2O/PH2=0.30〜0.60の範囲で変更。
(b) 最終仕上焼鈍の雰囲気
900℃から1100℃の昇温過程における水素濃度を25〜100%の範囲で変更。
(c) 最終仕上焼鈍のヒートパターン
500℃から1200℃までの平均昇温速度を5〜30℃/時の範囲で変更。
(d) 焼鈍分離剤MgO
水酸化リチウムを、MgO:100質量部に対して0〜10質量部の範囲で添加。
得られた仕上げ焼鈍板について実施例1と同様の調査を行った。
上記試験片の最終焼鈍後の表面酸化物の目付量とアンカー部の厚み、鋼板の反り量および磁気特性を表2に示す。
Claims (1)
- 表面にフォルステライト被膜および張力コーティングをそなえ、レーザー照射による磁区細分化済みで、磁束密度B8が1.91T以上の方向性電磁鋼板であって、
(1)該方向性電磁鋼板中に混入するCr量を0.1質量%以下に抑制する、
(2)該フォルステライト被膜の被覆量が酸素目付量で3.0g/m2以上とし、かつ該フォルステライト被膜下部に、該方向性電磁鋼板の地鉄部に食い込んだアンカー部を有し、その厚みを1.5μm以下とする、
(3)長さ:280mmの試験片の片面にのみ該フォルステライト被膜を有する状態での鋼板の反り量が10mm以上で、かつ該片面にのみ該フォルステライト被膜と該張力コーティングとを有する状態での鋼板の反り量が20mm以上である、
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
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