JP6512386B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
スラブ加熱条件が方向性電磁鋼板の磁気特性に及ぼす影響を調べるために、以下の手順で方向性電磁鋼板を製造し、得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を評価した。
C:0.019%、
Si:3.26%、
Mn:0.050%、
sol.Al:0.0027%、
N:0.0018%、
S:0.0015%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する溶鋼を調製した。前記溶鋼におけるSe含有量は検出限界以下であった。前記溶鋼から、厚さ50mmのスラブ(薄スラブ)を連続鋳造法にて製造し、次いで、前記スラブを加熱し、その後、加熱されたスラブを熱間圧延して厚さ2.6mmの熱延鋼板とした。前記スラブの加熱は、熱間圧延までの搬送中に、当該薄スラブをトンネル炉に通過させることで行った。前記スラブ加熱における加熱温度および加熱時間を種々に変化させて前記スラブ加熱を行った。前記熱間圧延は、前記スラブ加熱が終了して約30秒後に開始した。
1.質量%で、
C:0.002%以上0.100%以下、
Si:2.00%以上8.00%以下、
Mn:0.005%以上1.000%以下、
sol.Al:0.0100%未満、
N:0.0060%未満、
S:0.0100%未満、および
Se:0.0100%未満を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を連続鋳造に供して厚さ25mm以上100mm以下のスラブを形成し、
前記スラブを加熱し、
加熱された前記スラブを熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に任意に熱延板焼鈍を施し、
前記熱延鋼板に冷間圧延を施して最終板厚を有する冷延鋼板とし、
前記冷延鋼板に一次再結晶焼鈍を施し、
前記一次再結晶焼鈍後の冷延鋼板に二次再結晶焼鈍を施す、方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記スラブの加熱は、加熱温度を1000℃以上1300℃以下、かつ加熱時間を60秒以上600秒以下とし、
(i)前記熱延板焼鈍を施す場合には、
前記熱延板焼鈍の昇温過程において400℃から900℃に到達するまでの時間が100秒以下、かつ、
前記熱延板焼鈍における均熱温度が950℃以上であり、
(ii)前記熱延板焼鈍を施さない場合には、
前記冷間圧延が、中間焼鈍を挟んだ2回以上の圧延からなり、
最初の中間焼鈍の昇温過程における400℃から900℃に到達するまでの時間が100秒以下であり、かつ、
前記最初の中間焼鈍における均熱温度が950℃以上である、
方向性電磁鋼板の製造方法。
前記スラブを鋳造方向に10m/min以上の速度で搬送しながら行われる、上記1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
S:0.0030%未満および
Se:0.0030%未満を含む、上記1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
Cr:0.01%以上0.50%以下、
Cu:0.01%以上0.50%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Ni:0.001%以上0.50%以下、
Sb:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.005%以上0.50%以下、
Bi:0.005%以上0.50%以下、
Mo:0.005%以上0.100%以下、
B:0.0002%以上0.0025%以下、
Nb:0.0010%以上0.0100%以下、および
V:0.0010%以上0.0100%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、上記1から3のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
以下、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板およびその製造方法について説明する。まず、鋼スラブの製造に用いる溶鋼の成分組成の限定理由について述べる。なお、連続鋳造法によって得られる鋼スラブの成分組成は、基本的に、使用した溶鋼の成分組成と同じである。また、本明細書において、各成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
C含有量が0.002%未満であると、Cによる粒界強化効果が失われ、スラブにクラックなどの欠陥が発生し、製造に支障をきたす。そのため、Cは0.002%以上、好ましくは0.010%以上とする。一方、Cは磁気時効による磁気特性の低下を招く。そのため、方向性電磁鋼板の製造においては、脱炭焼鈍を行って最終的に得られる方向性電磁鋼板におけるC含有量を低減することが好ましい。しかし、溶鋼におけるC含有量が0.100%を超えると、磁気時効が起こらないC量である0.005%以下まで、脱炭焼鈍後によって低減することが困難となる。そのため、溶鋼のC含有量を0.100%以下、好ましくは、0.050%以下とする。なお、上記理由により、最終的に得られる方向性電磁鋼板のC含有量は0.005%以下とすることが好ましい。
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、Si含有量が2.00%未満であるとその効果が得られない。そのため、Si含有量は2.00%以上、好ましくは2.50%以上とする。一方、Si含有量が8.00%を超えると鋼の加工性が低下し、圧延が困難となる。そのため、Si含有量は8.00%以下、好ましくは4.50%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、Mn含有量が0.005%未満であるとその効果が得られない。そのため、Mn含有量は、0.005%以上、好ましくは0.040%以上とする。一方、Mn含有量が1.000%を超えると、最終的に得られる方向性電磁鋼板の磁束密度が低下する。そのため、Mn含有量は1.000%以下。好ましくは、0.200%以下とする。
Alはインヒビター形成成分である。本発明はインヒビターレス法に基づくものであるため、sol.Al含有量は極力低減する必要がある。そのため、sol.Al含有量は0.0100%未満、好ましくは0.0070%未満とする。sol.Al含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、工業的には0%超であってよい。また、過度の低減は製造コストの増加を招くため、sol.Al含有量は0.0005%以上とすることが好ましい。
同様にNもインヒビター形成成分である。そのため、N含有量は0.0060%未満、好ましくは0.0040%未満とする。N含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、工業的には0%超であってよい。また、過度の低減は製造コストの増加を招くため、N含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
同様にSもインヒビター形成成分である。そのため、S含有量は0.0100%未満、好ましくは0.0030%未満とする。S含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、工業的には0%超であってよい。また、過度の低減は製造コストの増加を招くため、S含有量は0.001%以上とすることが好ましい。
同様にSeもインヒビター形成成分である。そのため、Se含有量は0.0100%未満、好ましくは0.0030%未満とする。Se含有量の下限は特に限定されず、0%であってよいが、工業的には0%超であってよい。
Cr:0.01%以上0.50%以下、
Cu:0.01%以上0.50%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Ni:0.001%以上0.50%以下、
Sb:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.005%以上0.50%以下、
Bi:0.005%以上0.50%以下、
Mo:0.005%以上0.100%以下、
B:0.0002%以上0.0025%以下、
Nb:0.0010%以上0.0100%以下、および
V:0.0010%以上0.0100%以下
からなる群より選択される1または2以上を、さらに任意に含有することができる。これらの成分の少なくとも1つをさらに含有することにより、方向性電磁鋼板の磁気特性のさらに向上させることができる。しかし、各成分の含有量が上記下限値より少ない場合には、磁気特性の向上効果が得られない。一方、各成分の含有量が上記上限値を超える場合には、二次再結晶粒の発達が抑制され、かえって磁気特性が劣化する。
まず、上記成分組成を有する溶鋼を薄スラブ連続鋳造法に供してスラブを形成する。連続鋳造されるスラブの厚さは、コストダウンのため、25mm以上100mm以下とする。前記スラブの厚さは40mm以上とすることが好ましい。また、前記スラブの厚さは80mm以下とすることが好ましい。
溶鋼から製造された上記スラブは、熱間圧延前の加熱過程により加熱される。この加熱を、スラブ加熱とも言う。上述したように、本発明では、インヒビターを固溶させるための長時間の高温焼鈍を必要としないため、前記スラブ加熱における加熱温度を1000℃以上1300℃以下、加熱時間を60秒以上600秒以下とする。製造コストをさらに低減するという観点からは、前記加熱温度を1250℃以下とすることが好ましい。同様に、製造コストをさらに低減するという観点からは、前記加熱時間を400秒以下とすることが好ましい。また、磁気特性をさらに向上させるという観点からは、前記加熱温度を1100℃以上1200℃以下とすることが好ましい。同様に、磁気特性をさらに向上させるという観点からは、前記加熱時間を200秒以上400秒以下とすることが好ましい。なお、ここで前記加熱時間は、前記加熱時の昇温から降温までの過程において、1000℃以上1300℃以下の温度範囲に滞留する時間を指すものとする。
上記加熱後に、熱間圧延を行う。前記熱間圧延は、特に限定されることなく、任意の条件で行うことができる。前記熱間圧延は、粗圧延と粗圧延からなるものとすることもできるが、使用されるスラブが薄いため、製造コスト低減の観点からは、粗圧延を省略して、タンデムミルによる仕上圧延のみからなるものとすることが好ましい。
熱間圧延後に、任意に熱延板焼鈍を行う。言い換えると、熱延板焼鈍は行ってもよく、行わなくてもよい。熱延板焼鈍を行う場合は、熱延鋼板に熱延板焼鈍を施して焼鈍板とし、前記焼鈍板を冷間圧延する。熱延板焼鈍を行わない場合は、熱延鋼板を冷間圧延する。
次いで、鋼板を冷間圧延して冷延鋼板とする。前記冷間圧延は、1回の圧延のみからなるものとすることもできるが、中間焼鈍を挟む2回以上の圧延からなるものとすることもできる。例えば、圧延を2回行う場合は、第1の圧延、中間焼鈍、第2の圧延を、順次行えばよい。圧延を3回以上行う場合には、各圧延の間に中間焼鈍を行う。
次いで、上記冷間圧延工程で得られた冷延鋼板に一次再結晶焼鈍を施す。前記一次再結晶焼鈍は、脱炭焼鈍を兼ねてもよい。前記一次再結晶焼鈍の条件は特に限定されないが、脱炭性の観点からは、均熱温度を800℃以上900℃以下とすることが好ましい。前記一次再結晶焼鈍は、脱炭性の観点から、湿潤雰囲気で行うことが好ましい。また、均熱時間は、30秒〜300秒程度とすることが好ましい。ただし、鋼スラブのC含有量が0.005%以下であり、脱炭を行う必要がない場合にはこの限りではない。
上記一次再結晶焼鈍後の鋼板に、任意に焼鈍分離剤を塗布する。ここで、鉄損を重視してフォルステライト被膜を形成させる場合には、MgOを主体とする焼鈍分離剤使用する。MgOを主体とする焼鈍分離剤が塗布された鋼板を二次再結晶焼鈍することにより、鋼板の表面にフォルステライト被膜を形成することができる。
次いで、二次再結晶焼鈍を行う。前記二次再結晶焼鈍は、純化焼鈍を兼ねてもよい。前記二次再結晶焼鈍は、二次再結晶発現のために800℃以上で行うことが望ましい。また、二次再結晶を完了させるために800℃以上の温度で20時間以上保持することが好ましい。打ち抜き性を重視してフォルステライト被膜を形成させない場合には、二次再結晶が完了すればよいので均熱温度は850〜950℃が好ましく、前記温度域での保持までで焼鈍を終了することも可能である。鉄損を重視する場合や、トランスの騒音を低下させるためにフォルステライト被膜を形成させる場合は、1200℃程度まで昇温させることが好ましい。
上記二次再結晶焼鈍後に、平坦化焼鈍を行うこともできる。平坦化焼鈍を行うことにより、方向性電磁鋼板の形状を矯正し、さらに鉄損を低減することができる。前工程で焼鈍分離剤を塗布した場合には、平坦化焼鈍の前に、鋼板に付着した焼鈍分離剤を除去することが好ましい。焼鈍分離剤の除去は、例えば、水洗、ブラッシング、および酸洗からなる群より選択される1または2以上の方法により行うことが好ましい。形状矯正の観点からは、平坦化焼鈍の均熱温度を700〜900℃程度とすることが好ましい。
鋼板を積層して使用する場合には、鉄損を改善するために、平坦化焼鈍前もしくは後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施すことが有効である。コーティングとしては、鉄損低減のために鋼板に張力を付与できるものが望ましい。バインダーを介した張力コーティング塗布方法や、物理蒸着法や化学蒸着法により無機物を鋼板表層に蒸着させてコーティングとする方法を採用することが好ましい。これらの方法を用いて絶縁コーティングを行うことにより、コーティング密着性に優れ、かつ著しい鉄損低減効果が得られるためである。
上記平坦化焼鈍後に、鉄損低減のために、磁区細分化処理を行うこともできる。処理方法としては、例えば、一般的に実施されているような、方向性電磁鋼板の表面に溝を形成する方法、レーザー照射や電子ビーム照射により線状に熱歪や衝撃歪を導入する方法、最終仕上板厚に達した冷間圧延板などの中間製品にあらかじめ溝をいれる方法が挙げられる。
以下の手順で方向性電磁鋼板を製造し、得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を評価した。
C:0.014%、
Si:3.41%、
Mn:0.060%、
sol.Al:0.0031%、
N: 0.0016%、
S:0.0012%、
Sb:0.090%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する溶鋼を調製した。前記溶鋼におけるSe含有量は検出限界以下であった。前記溶鋼から、厚さ30mmのスラブを連続鋳造法にて製造した。
表2に示した成分組成を有する溶鋼から厚さ45mmのスラブを連続鋳造にて製造した。なお、表2のSe欄における「-」は、Se含有量が検出限界以下であったことを表している。得られたスラブを加熱温度1200℃、加熱時間120秒の条件で加熱した。前記スラブ加熱は、スラブを、1200℃に保持されたトンネル炉内を通過させることによって行った。前記トンネル炉におけるスラブ搬送速度は20m/minとした。また、700℃までの加熱は誘導加熱方式で行い、その後はガスバーナーを用いて加熱および保持を行った。
質量%で、
C:0.025%、
Si:3.27%、
Mn:0.084%、
sol.Al:0.0044%、
N: 0.0031%、
S:0.0027%、
Sn:0.051%、
Cr:0.055%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する溶鋼を調製した。前記溶鋼におけるSe含有量は検出限界以下であった。前記溶鋼から、厚さ50mmのスラブを連続鋳造法にて製造した。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.002%以上0.100%以下、
Si:2.00%以上8.00%以下、
Mn:0.005%以上1.000%以下、
sol.Al:0.0100%未満、
N:0.0060%未満、
S:0.0100%未満、および
Se:0.0100%未満を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を連続鋳造に供して厚さ25mm以上100mm以下のスラブを形成し、
前記スラブを加熱し、
加熱された前記スラブを熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
前記熱延鋼板に任意に熱延板焼鈍を施し、
前記熱延鋼板に冷間圧延を施して最終板厚を有する冷延鋼板とし、
前記冷延鋼板に一次再結晶焼鈍を施し、
前記一次再結晶焼鈍後の冷延鋼板に二次再結晶焼鈍を施す、方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記スラブの加熱は、加熱温度を1000℃以上1300℃以下、かつ加熱時間を60秒以上600秒以下とし、
(i)前記熱延板焼鈍を施す場合には、
前記熱延板焼鈍の昇温過程において400℃から900℃に到達するまでの時間が100秒以下、かつ、
前記熱延板焼鈍における均熱温度が950℃以上であり、
(ii)前記熱延板焼鈍を施さない場合には、
前記冷間圧延が、中間焼鈍を挟んだ2回以上の圧延からなり、
最初の中間焼鈍の昇温過程における400℃から900℃に到達するまでの時間が100秒以下であり、かつ、
前記最初の中間焼鈍における均熱温度が950℃以上である、
方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブの加熱が、
前記スラブを鋳造方向に10m/min以上の速度で搬送しながら行われる、請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記成分組成は、質量%で、
S:0.0030%未満および
Se:0.0030%未満を含む、請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Cr:0.01%以上0.50%以下、
Cu:0.01%以上0.50%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Ni:0.001%以上0.50%以下、
Sb:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.005%以上0.50%以下、
Bi:0.005%以上0.50%以下、
Mo:0.005%以上0.100%以下、
B:0.0002%以上0.0025%以下、
Nb:0.0010%以上0.0100%以下、および
V:0.0010%以上0.0100%以下
からなる群より選択される1または2以上を含有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブの加熱の少なくとも一部が誘導加熱方式で行われる、請求項1から4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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