JP6556135B2 - 改良されたフォルステライト被膜特性を有する方向性珪素鋼の製造方法 - Google Patents
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Description
本出願は、「改良されたフォルステライト被膜特性を有する高透磁率方向性珪素鋼板の製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ Ｇｒａｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ Ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｆｏｒｓｔｅｒｉｔｅ Ｃｏａｔｉｎｇ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ）」と題する、２０１３年８月２７日出願の米国仮特許出願第６１／８７０３３２号に対して優先権を主張するものであり、その開示は本明細書中において参照により援用される。
方向性珪素‐鉄電磁鋼の製造の経過において、高温焼鈍処理中にフォルステライト被膜が形成される。こうしたフォルステライト被膜は方向性鋼の製造方法に関わる先行技術においてよく知られ広く使われている。そうした被覆は当技術分野において「グラスフィルム」、「ミルグラス」、「ミルアニール」被覆などの用語で様々に呼称されており、ＡＳＴＭ規格Ａ９７６によってタイプＣ−２絶縁被覆として定義されている。
フォルステライト被膜は電磁鋼帯の上に形成された酸化物層と当該鋼帯に対して高温焼鈍前に塗布する焼鈍分離剤被膜との化学反応から形成される。焼鈍分離剤被膜は当技術分野において周知であり、一般的には水ベースの酸化マグネシウムスラリーを有し、その機能を増強するその他の素材を含有する。
前記焼鈍分離剤被膜を乾燥させた後、前記鋼帯は一般的にコイルに巻きつけられ、高温焼鈍処理を行うバッチ式箱焼鈍処理において焼鈍される。この高温焼鈍処理の間、フォルステライト被膜の形成に加えて、前記鋼帯中でキューブ・オン・エッジ（ｃｕｂｅ−ｏｎ−ｅｄｇｅ）の粒子配向が発達し、前記鋼帯が精製される。この処理工程には当技術分野においてよく確立されている多種多様な手順が存在する。この高温焼鈍処理の完了後に、前記鋼は冷却され、前記鋼帯は表面を反応しなかった又は過剰であった焼鈍分離剤被覆を除去する周知の方法によって洗浄される。
殆どの場合において、前記フォルステライト被膜の上に追加的な被覆が次いで塗布される。そうした追加被覆はＡＳＴＭ規格Ａ９７６においてタイプＣ−５被覆として記載されており、しばしば「Ｃ−５オーバーＣ−２（Ｃ−５ ｏｖｅｒ Ｃ−２）」被覆として記載されている。とりわけ、Ｃ−５被覆は、（ａ）非常に高電圧の電気機器に必要な電気的絶縁を提供し、これは磁心内の各鋼板間における循環電流とそれによる鉄損の上昇とを防止し；（ｂ）当該鋼板を機械的張力をかけた状態に置き、これは当該鋼板の鉄損を減少させて、当該鉄板の磁歪特性を改善し完成した電気機器の振動及びノイズを低減する。前記Ｃ−５絶縁被覆は、当技術分野において「高応力（ｈｉｇｈ ｓｔｒｅｓｓ）」、「張力効果（ｔｅｎｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）」又は「二次（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ）」被覆のように様々に呼称される。これらは典型的には透明性又は透光性を持つため、これらの既知のＣ−５オーバーＣ−２被膜は、方向性電磁鋼板上で使われる場合、高度な表面均一性とＣ２皮膜中における高度な物理的接着性とを必要とする。Ｃ−５被覆及びＣ−２被覆の組合せは、完成した鋼帯製品に高度な張力を与え、当該鋼帯の磁気特性を向上させる。結果的に、前記フォルステライト被膜と塗布された二次被膜との両方における改良は、当技術分野において大きな関心事項である。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 特開２０００−３５５７１７号公報
（特許文献２） 欧州特許出願公開第０９８７３４３号明細書
（特許文献３） 欧州特許出願公開第１２２７１６３号明細書
（特許文献４） 欧州特許出願公開第０７４３３７０号明細書
（特許文献５） 国際公開第０２／０９０６０３号
（特許文献６） 米国特許第５，４２１，９１１号明細書
（特許文献７） 米国特許第５，７０２，５３９号明細書
（特許文献８） 米国特許第７，８８７，６４５号明細書
（特許文献９） 米国特許出願公開第２０１３／００９８５０８号明細書
（特許文献１０） 米国特許第４，４５６，８１２号明細書
（特許文献１１） 米国特許第４，５４５，８２８号明細書
（特許文献１２） 米国特許第４，５５４，０２９号明細書
（特許文献１３） 米国特許第４，７１８，９５１号明細書
（特許文献１４） 米国特許第４，８８２，８３１号明細書
（特許文献１５） 米国特許第４，８９８，６２６号明細書
（特許文献１６） 米国特許第４，８９８，６２７号明細書
（特許文献１７） 米国特許第４，９４８，６５６号明細書
（特許文献１８） 米国特許第５，０１８，２６７号明細書
（特許文献１９） 米国特許第５，０６１，３２６号明細書
（特許文献２０） 米国特許第５，０７８，０８０号明細書
（特許文献２１） 米国特許第５，０９６，５１０号明細書
（特許文献２２） 米国特許第５，１１６，６８６号明細書
（特許文献２３） 米国特許第５，２８８，７３６号明細書
（特許文献２４） 米国特許第６，４７５，３０４号明細書
（特許文献２５） 米国特許第６，７３９，３８４号明細書
（特許文献２６） 米国特許第６，７４９，６９３号明細書
（特許文献２７） 米国特許第７，０１１，１３９号明細書
（特許文献２８） 米国特許第７，１４０，４１７号明細書
（特許文献２９） 米国特許第７，３７７，９８６号明細書
（特許文献３０） 中国特許第１１０４５０７号明細書
（非特許文献）
（非特許文献１） Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ Ｗｒｉｔｔｅｎ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｄａｔｅｄ １１−２６−２０１４ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５２７３１．
（非特許文献２） Ｔａｉｗａｎｅｓｅ Ｏｆｆｉｃｅ Ａｃｔｉｏｎ ｄａｔｅｄ ０８−２７−２０１４ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．ＴＷ １０３１２９５９９，１１ ｐｇｓ．
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある（国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む）。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 特開２０００−３５５７１７号公報
（特許文献２） 欧州特許出願公開第０９８７３４３号明細書
（特許文献３） 欧州特許出願公開第１２２７１６３号明細書
（特許文献４） 欧州特許出願公開第０７４３３７０号明細書
（特許文献５） 国際公開第０２／０９０６０３号
（特許文献６） 米国特許第５，４２１，９１１号明細書
（特許文献７） 米国特許第５，７０２，５３９号明細書
（特許文献８） 米国特許第７，８８７，６４５号明細書
（特許文献９） 米国特許出願公開第２０１３／００９８５０８号明細書
（特許文献１０） 米国特許第４，４５６，８１２号明細書
（特許文献１１） 米国特許第４，５４５，８２８号明細書
（特許文献１２） 米国特許第４，５５４，０２９号明細書
（特許文献１３） 米国特許第４，７１８，９５１号明細書
（特許文献１４） 米国特許第４，８８２，８３１号明細書
（特許文献１５） 米国特許第４，８９８，６２６号明細書
（特許文献１６） 米国特許第４，８９８，６２７号明細書
（特許文献１７） 米国特許第４，９４８，６５６号明細書
（特許文献１８） 米国特許第５，０１８，２６７号明細書
（特許文献１９） 米国特許第５，０６１，３２６号明細書
（特許文献２０） 米国特許第５，０７８，０８０号明細書
（特許文献２１） 米国特許第５，０９６，５１０号明細書
（特許文献２２） 米国特許第５，１１６，６８６号明細書
（特許文献２３） 米国特許第５，２８８，７３６号明細書
（特許文献２４） 米国特許第６，４７５，３０４号明細書
（特許文献２５） 米国特許第６，７３９，３８４号明細書
（特許文献２６） 米国特許第６，７４９，６９３号明細書
（特許文献２７） 米国特許第７，０１１，１３９号明細書
（特許文献２８） 米国特許第７，１４０，４１７号明細書
（特許文献２９） 米国特許第７，３７７，９８６号明細書
（特許文献３０） 中国特許第１１０４５０７号明細書
（非特許文献）
（非特許文献１） Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅａｒｃｈ Ｒｅｐｏｒｔ ａｎｄ Ｗｒｉｔｔｅｎ Ｏｐｉｎｉｏｎ ｄａｔｅｄ １１−２６−２０１４ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．ＰＣＴ／ＵＳ２０１４／０５２７３１．
（非特許文献２） Ｔａｉｗａｎｅｓｅ Ｏｆｆｉｃｅ Ａｃｔｉｏｎ ｄａｔｅｄ ０８−２７−２０１４ ｆｏｒ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｎｏ．ＴＷ １０３１２９５９９，１１ ｐｇｓ．
鋼基材のクロミウム含有量を約０．４５重量％以上のレベルまで上昇させることにより、より優れより均一な呈色、厚さ、接着力を備えた、大幅に改良されたフォルステライト被覆が製造される。さらに、そうして形成されたフォルステライト被膜はより優れた張力を提供し、よって前記Ｃ−５二次被膜の相対的な重要性を減少させる。
一般的な方向性電磁鋼板の工業的製造法において、鋼は特定の組成でかつ多くの場合独占所有権のある組成へと融解される。殆どの場合、前記鋼溶融物は主要な構成要素のＦｅ及びＳｉとともに、合金添加元素のＣ、Ｍｎ、Ｓ、Ｓｅ、Ａｌ、Ｂ及びＮを少量含んでいる。前記鋼溶融物は典型的にはスラブに鋳造される。前記鋳造されたスラブに対して、さらなる処理のために１〜４ｍｍ（一般的には１．５〜３ｍｍ）の帯に圧延される前に、１つ又は２つの工程でスラブ再加熱及び熱間圧延を行ってもよい。前記熱間圧延された帯に対して、最終的な厚さとなる０．１５〜０．５０ｍｍ（一般的には０．１８〜０．３０ｍｍ）に冷間圧延される前に、熱延板焼鈍を行ってもよい。前記冷間圧延処理は、通常１つ又は複数の工程において実施される。もし２つ以上の冷間圧延工程が使われる場合、一般的には各冷間圧延工程の間に焼鈍工程が挟まれる。冷間圧延が完了した後、前記鋼に対して（ａ）炭素レベルを充分に低くして、最終製品における磁気時効を防止するため；及び（ｂ）前記鋼板の表面を充分に酸化して、フォルステライト被膜の形成を促進するために、脱炭焼鈍を行ってもよい。
脱炭焼鈍された鋼帯をマグネシア或いはマグネシア及びその他の添加物の混合物によって被覆し、この被覆は前記鋼帯をコイルの形態に巻き付ける前に乾燥される。マグネシア被覆されたコイルを次いで、Ｈ２−Ｎ２又はＮ２気体中において高温（１１００℃〜１２００℃）で長時間焼鈍する。この高温焼鈍工程の間、前記方向性電磁鋼の特性が発達する。前記キューブ・オン・エッジ、つまり（１１０）［００１］の粒子配向が発達し、前記鋼はＳ、Ｓｅ及びＮなどの元素が除去されるように精製され、フォルステライト被膜が形成される。高温焼鈍が完了した後、前記コイルは冷却されて巻きを解かれ、マグネシア分離剤被膜から残留物を除去し、一般的に前記フォルステライト被膜の上にＣ−５絶縁被膜が塗布される。
方向性電磁鋼の製造におけるクロミウム添加物の使用は、「規則的方向性電磁鋼の製造方法（Ｒｅｇｕｌａｒ Ｇｒａｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ）」と題する、１９９５年６月６日発行の米国特許第５４２１９１１号公報；「珪素−クロム方向性珪素鋼の製造方法（Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｃｈｒｏｍｉｕｍ Ｇｒａｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｅｅｌ）」と題する、１９９７年１２月３０日発行の米国特許第５７０２５３９号公報；及び「高透磁率方向性電磁鋼材（Ｈｉｇｈ Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ Ｇｒａｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｅｅｌ）」と題する、２０１１年２月１５日発行の米国特許第７８８７６４５号公報において教示されている。これらの各特許の教示は、本明細書中において参照により援用されるものである。前記方向性電磁鋼の製造において、より高い容量の抵抗力を与え、オーステナイトの形成を促進し、その他の有益な特性を与えるために、クロミウム添加物を利用される。商業的実施において、クロミウムは０．１０重量％〜０．４１重量％の範囲、最も一般的には０．２０重量％〜０．３５重量％で用いられてきた。この商業的実施の範囲において、フォルステライト被膜へのクロミウムの有益な効果は明らかとなっていなかった。実際のところ、その他の先行技術はクロミウムが方向性電磁鋼板上のフォルステライト皮膜形成を分解すると報告している。例えば、「方向性電磁鋼板およびその製造方法（Ｇｒａｉｎ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｓａｍｅ）」と題する２０１３年４月２５日公開の米国特許出願公開第２０１３００９５０８号は、形成されるフォルステライト被膜により与えられる張力を最適とするためには、クロミウム含有量が０．１重量％以下であることを必要とすると教示している。
特定の実施形態において、鋼溶融物中に約０．４５重量％以上のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。さらに他の実施形態において、鋼溶融物中に約０．４５重量％〜約２．０重量％のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。他の実施形態において、鋼溶融物中に約０．７重量％以上のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。さらに他の実施形態において、鋼溶融物中に約０．７重量％〜約２．０重量％のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。他の実施形態において、鋼溶融物中に約１．２重量％以上のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。さらに他の実施形態において、鋼溶融物中に約１．２重量％〜約２．０重量％のクロミウムを有する電磁鋼組成が、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させることが明らかになった。それぞれの場合において、上昇させたクロミウム含有量以外、前記電磁鋼組成は当業界において用いられている典型的な組成であった。
特定の実施形態において、高温焼鈍前の脱炭焼鈍した鋼板の表面から０．５〜２．５μｍの深さにおいて約０．７重量％以上のクロミウム濃度を有する電磁鋼は、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させた。特定の実施形態において、高温焼鈍前の脱炭焼鈍した鋼板の表面から０．５〜２．５μｍの深さにおいて約０．７重量％以上のクロミウム濃度を有し、高温焼鈍した鋼板の表面から２〜３μｍの深さにおいてフォルステライト被膜電磁鋼板中に約７．０重量％以上の酸素濃度を有する電磁鋼は、フォルステライト被膜の接着力を改善し、高温焼鈍後の完成した電磁鋼製品における鉄損を低下させた。それぞれの場合において、上昇させたクロミウム含有量以外、前記電磁鋼組成は当業界において用いられている典型的な組成であった。
特定の実施形態において、脱炭焼鈍の後で高温焼鈍の前に測定したとき、クロミウム濃度は板の表面領域（板の表面から２．５μｍ以下と定義される）の方が、板のバルク領域（板の表面から２．５μｍ超と定義される）よりも高いことが明らかとなった。驚くべきことに、このクロミウムの濃縮は、高温焼鈍前の処理中にクロミウムが分配されるものであるが、高温焼鈍の後にはもはや存在していないことが測定された。いかなる理論にも拘束されるものではないが、より表面に近い場所におけるこのクロミウム濃度の減衰は、フォルステライト被膜形成時の当該被膜との相互作用の結果であり、フォルステライト被膜特性の改善において重要な役割を果たすと考えられる。
０．７重量％〜２．０重量％の範囲でクロミウムを含有する電磁鋼の組成を、当技術分野に周知の方法によって調製した。これらの組成を評価して、脱炭焼鈍、脱炭焼鈍中の酸化物層（「鉄橄欖石（ｆａｙａｌｉｔｅ）」）の形成、高温焼鈍後のミルグラス形成、及び二次被覆の接着力に対する、クロミウム濃度の影響を測定した。前記脱炭した板をマグネシア被覆して高温焼鈍し、前記フォルステライト被膜を評価した。０．７０％以上のクロミウムを含有する鋼は、前記溶融物のクロミウム濃度が上昇するにつれて、二次被覆の接着力の改善を示した。
一連の試験を実施した。第一に、脱炭したままの酸化物層を調べた。鋼質分析はクロミウムの濃度範囲全体において酸化物層の厚さが同様であることを示したが、一方で化学分析は脱炭焼鈍後の総酸化レベルが同じから少し高くなる範囲にあることを示した。前記酸化物層のＧＤＳ分析は、クロミウムリッチなピークが板表面の表面近く（０．５〜２．５μｍ）の層において出現しており、このピークは前記溶融物のクロミウム濃度が上昇するにつれて増加することを示した。第二に、フォルステライト被膜を調べた。鋼質分析は、前記鋼板のクロミウム含有量が増加するにつれて、前記鋼表面に形成されるフォルステライト被膜がより厚くなり、より連続的となり、呈色がより均一になり、より広範囲な表面化の「根」となる構造を作ることを示した。改良された「根」構造は、被覆の接着力を向上させることが知られている。第三かつ最後に、ＣＡＲＬＩＴＥ（登録商標）被覆（ＡＫ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（オハイオ州ウェストチェスター）によって市販されている高張力Ｃ−５二次被覆）により被覆されたサンプルについて接着力を試験した。試験結果は、クロミウム濃度が上昇するにつれて被覆の接着力が大幅に改善することを示した。
ラボスケールの金属を、先行技術の典型的な組成（金属Ａ及びＢ）及び本実施形態の組成（金属ＣからＩ）で作成した。
鋼をインゴットに鋳造し、１０５０℃に加熱し、２５％の熱間縮小を与え、さらに１２６０℃に加熱し、熱間圧延して２．３ｍｍ厚を有する熱間圧延帯を製造した。前記熱間圧延帯を次いで１１５０℃で焼鈍し、空気中で９５０℃まで冷却し、次いで毎秒５０℃超の速度で３００℃未満になるまで急速冷却した。前記熱間圧延し焼鈍した帯を次いで、最終的に０．２３ｍｍ又は０．３０ｍｍ厚になるよう冷間圧延した。前記冷間圧延帯を、次いで毎秒５００℃超の速度で７４０℃まで急速加熱することによって脱炭焼鈍し、次いで加湿した水素‐窒素気体であってＨ２０／Ｈ２比率が名目上０．４０〜０．４５である気体中で８１５℃まで加熱して、前記鋼中の炭素レベルを低下させた。８１５℃での浸漬時間として、０．２３ｍｍ厚に冷間圧延する材料には９０秒、０．３００ｍｍ厚に冷間圧延する材料には１７０秒を許した。脱炭焼鈍工程が完了した後、炭素及び表面酸素の化学試験と、グロー放電分光分析（ＧＤＳ：Ｇｌｏｗ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を用いた表面組成分析とのためにサンプルを取って、当該組成と当該酸化物層の深さを測定した。前記帯を次いで、４％酸化チタンを含有する酸化マグネシウムから成る焼鈍分離剤被覆によって被覆した。前記被覆した帯を次いで、７５％Ｎ２２５％Ｈ２の気体中で浸漬温度の１２００℃まで加熱することによって高温焼鈍し、この温度下で前記帯を１００％乾燥Ｈ２中少なくとも１５時間保持した。冷却後、前記帯を洗浄し、反応しなかった焼鈍分離剤被覆を除去した。サンプルをとって、フォルステライト被膜の均一性、厚さ、及び組成を測定した。前記試料を次いで、張力効果Ｃ−５タイプ二次被覆によって被覆し、１９ｍｍ（０．７５インチ）成形ロールを用いた１段式の３ロール圧延試験手順を用いて接着力を試験した。前記被覆の接着力を、圧縮側の帯表面を用いて評価した。
図１は高温焼鈍が行われる前の酸化物層の顕微鏡写真をクロミウム含有量別に示している。図２、３、及び４は、焼鈍した表面酸化物層における酸素、クロミウム、及びシリコンの量（重量％）をそれぞれ示している。図２及び３は前記板表面下０．５〜２．５μｍの深さにおける酸化物層の酸素及びクロミウム含有量の上昇を示している。図５は高温焼鈍の間に酸化物層と焼鈍分離剤被膜との間の反応により形成されたフォルステライト被膜の顕微鏡写真を示している。フォルステライト被膜の根構造の増強は、板のクロミウム含有量を上昇させたとき顕著となった。図６はフォルステライト被膜の酸素プロファイルのＧＤＳ分析を示しており、これはフォルステライト被膜の厚さ及び密度を測定するために用いられた。このデータは、フォルステライト被膜の厚さ及び密度が、基材の金属比で０．７％超のクロミウム添加によって増強されたことを示している。図７はフォルステライト被膜のクロミウムプロファイルのＧＤＳ分析を示している。
図８は二次被覆及び被覆接着力試験後の標本の写真を示しており、これはクロミウム含有量が上昇するにつれて接着力が劇的に上昇したことを示している。先行技術の鋼である金属Ａ及びＢは、被覆が剥がれた場所が線となって確認されるように、被覆の剥離を示している。それとは逆に、金属Ｃ〜Ｆの鋼は、被覆に幾つかの斑点で見られるように、剥離が大幅に減少していることを示している。金属Ｈ及びＩは、実質的に被覆に剥がれ又は斑点が見られないことを示している。
鉄損に対する利点を実演するために、表２に示す組成を有する産業規模の金属を作成した。金属Ｊ及びＫは先行技術の典型例であり、金属Ｌ及びＭは本実施形態の組成である。
鋼を２００ｍｍ厚を持つスラブへと連続的に鋳造した。前記スラブを１２００℃に加熱し、２５％の熱間縮小を与えて１５０ｍｍ厚として、さらに１４００℃に加熱し圧延して２．０ｍｍ厚の熱延鋼板へと圧延した。前記熱間圧延帯を次いで１１５０℃で焼鈍し、空気中で９５０℃まで冷却し、次いで毎秒５０℃超の速度で３００℃未満になるまで急速冷却した。前記圧延帯を、次いで毎秒５００℃超の速度で７４０℃まで急速加熱することによって脱炭焼鈍し、次いで加湿したＨ２‐Ｎ２気体であってＨ２０／Ｈ２比率が名目上０．４０〜０．４５である気体中で８１５℃まで加熱して、前記鋼中の炭素レベルを低下させた。 評価の一部として、実施例１における検討と比較するためにＧＤＳ分析用のサンプルを確保した。
前記帯を４％酸化チタンを含む酸化マグネシウムから主として成る焼鈍分離剤被膜により被覆した。前記焼鈍分離剤被膜を乾燥させた後、前記帯をＨ２−Ｎ２気体中で浸漬温度の１２００℃まで加熱することによって高温焼鈍し、この温度下で前記帯を１００％乾燥Ｈ２中少なくとも１５時間浸漬した。 高温焼鈍が完了した後、前記コイルを冷却し、マグネシア分離剤被膜から残留物を除去し、試験用材料を確保して高温焼鈍中に形成された磁気特性とフォルステライト被膜特性との両方を評価した。前記試験用材料を次いで張力効果ＡＳＴＭ規格タイプＣ−５被膜を用いて被覆した。前記二次被膜の厚さは名目上４ｇｍ／ｍ２〜名目上１６ｇｍ／ｍ２（両表面に塗布された合計）の範囲であり、この測定値は前記二次被膜を完全に乾燥し焼成した後の試料の重量上昇に基づいている。この試料を次いで測定し磁気特性の変化を決定した。
表３フォルステライト被膜上に二次被膜を塗布する前及び後の磁気特性について纏めている。図９及び図１０は、張力効果二次被膜塗布後のそれぞれ１．７Ｔ及び１．８Ｔの磁気密度において計測された６０Ｈｚの鉄損を示しており、ここでは明らかな改善が見られる。先行技術の金属Ｊ及びＫは、本発明の実施形態である金属Ｌ及びＭよりも大幅に高い鉄損を有している。さらに、これらの実施形態の組成は、より優れた技術的特性を持つフォルステライト被膜を得る結果へと繋る。図１１及び１２が示すように、これらの実施形態は、二次被覆重量の製造変動範囲にわたって、より優れた鉄損と非常に優れた鉄損の一貫性とを生み出す。さらに、この二次被覆重量の削減を可能にする能力は、電気機械設計において重要な鋼特性であることが知られる占積率の上昇へと繋がる。
図１３及び１４は、工場処理の間、高温焼鈍前に得た金属Ｌ及びＭのサンプルについてのＧＤＳにより決定された酸素及びクロミウムの表面化学スペクトルを示している。この結果は実施例１で議論したものと類似しており、つまり、酸化物層の酸素及びクロミウム含有量の増加が、鋼板表面から一定の深さにおいて観察された。
Claims (3)
- 電磁鋼板の製造方法であって、質量％で、２．９４％〜３．０９％のＳｉ、０．０２８％〜０．０５６％のＣ、０．４５％〜２．０％のＣｒ、０．０６７％〜０．０７４％のＭｎ、０．００９９％〜０．０１４％のＮ、０．０２５６％〜０．０３０％のＳ、０．０３０％〜０．０４２％のＡｌ、０．１１％〜０．１１８％のＳｎ、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼板に、５００℃／秒を超える比率で急速に加熱される脱炭焼鈍を行い、鋼板の表面から０．５〜２．５μｍの深さにおいて０．７質量％以上のクロミウム濃度とした後、高温焼鈍を行う、少なくとも１つの表面にフォルステライト被膜及び二次被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
- 請求項１記載の製造方法において、前記フォルステライト被膜は、前記少なくとも１つの表面から２〜３μｍの深さで定義される領域において７．０質量％以上の濃度の酸素を有する、製造方法。
- 電磁鋼板の製造方法であって、質量％で、２．９４％〜３．０９％のＳｉ、０．０２８％〜０．０５６％のＣ、０．４５％〜２．０％のＣｒ、０．０６７％〜０．０７４％のＭｎ、０．００９９％〜０．０１４％のＮ、０．０２５６％〜０．０３０％のＳ、０．０３０％〜０．０４２％のＡｌ、０．１１％〜０．１１８％のＳｎ、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼板に、５００℃／秒を超える比率で急速に加熱される脱炭焼鈍を行い、前記鋼板の少なくとも１つの表面から２．５μｍ以下の深さによって定義される表面領域のクロミウム濃度が前記少なくとも１つの表面から２．５μｍ超の深さによって定義されるバルク領域のクロミウム濃度よりも高くした後、高温焼鈍を行う、少なくとも１つの表面にフォルステライト被膜及び二次被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
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