JP6690501B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
(実験1)
質量%でC:0.070%、Si:2.0%〜5.0%、Mn:0.100%、Al:0.025%、N:0.009%を含有する鋼スラブを、1400℃温度で加熱した後、熱間圧延して2.4mmの板厚とし、1100℃、60秒の熱延板焼鈍を施した。その後、冷間圧延して1.7mmの中間厚とした後、1100℃×80sの中間焼鈍を施し、その後、最終冷間圧延を施して板厚0.23mmとした。
PH2O/PH2≦1.538-0.315×[Si]
を満たす範囲で、二次再結晶が良好に発現するとともに、良好な鉄損が得られた。
(実験2)
質量%でC:0.080%、Si:2.0〜5.0%、Mn:0.100%、Al:0.022%、N:0.008%を含有する鋼スラブを、1400℃温度で加熱した後、熱間圧延して2.4mmの板厚とし、1100℃、60秒の熱延板焼鈍を施した。その後、冷間圧延して1.8mmの中間厚とした後、1100℃×80sの中間焼鈍を施し、その後、最終冷間圧延を施して板厚0.23mmとした。
VFA>10.91×[S]−27.27
を満たす範囲のときであった。ここで、図2における二次再結晶不良とは、仕上焼鈍後の鋼板に含まれる結晶粒のうち、粒径1mm未満の結晶粒が面積分率で5%以上である状態を指し、二次再結晶良好とは、粒径1mm未満の結晶粒が面積分率で5%未満である状態を指す。
最終仕上焼鈍では、鋼中のインヒビタの分解が鋼板表層から開始するため、焼鈍中に鋼板表層から再結晶粒の粗大化が生じる。高Siの鋼でインヒビタの抑制力が弱い場合、鋼板表層の結晶粒の粗大化が進行するために、本来二次再結晶の核となるべきGoss方位粒が蚕食されて、二次再結晶不良になると考えられる。ここで、最終仕上焼鈍の加熱速度を速めると、鋼板表層の粒成長が進行する前に二次再結晶が発現する温度に到達するために、二次再結晶不良が抑制されると考えられる。
1.質量%で、
C:0.002%以上0.150%以下、
Si:2.5%以上4.5%以下、
Mn:0.010%以上0.800%以下
Al:0.010%以上0.050%以下および
N:0.003%以上0.020%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する鋼スラブを加熱し、
該鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、前記熱間圧延後の熱延鋼板に、1回の冷間圧延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を有する冷延鋼板とし、該冷延鋼板に脱炭焼鈍を施し、その後最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法であって、前記脱炭焼鈍の加熱過程における雰囲気酸化性PH2O/PH2が下記(1)式を満たし、前記最終仕上焼鈍における、900〜1100℃の範囲の平均昇温速度VFA(℃/h)が下記(2)式を満たす、方向性電磁鋼板の製造方法。
記
PH2O/PH2≦1.538−0.315×[Si] … (1)
VFA>10.91×[Si]−27.27 … (2)
ここで、
[Si]は、質量%でのSiの含有量である。
質量%で、
S:0.002%以上0.030%以下および
Se:0.002%以上0.100%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する、上記1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
質量%で、
Cr:0.010%以上0.500%以下、
Cu:0.010%以上0.500%以下、
P:0.005%以上0.500%以下、
Ni:0.010%以上1.500%以下、
Sb:0.005%以上0.500%以下、
Sn:0.005%以上0.500%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
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
また、本発明によれば、Si含有量の高い低鉄損の方向性電磁鋼板を、冷間圧延時の破断によって生産性を落とすことなく製造することができる。
以下、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。まず、鋼の成分組成の限定理由について述べる。なお、本明細書において、各成分元素の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは、0.002%に満たないと、Cによる粒界強化効果が失われ、スラブによる割れが生じるなどして、製造に支障をきたすようになる。一方、0.150%を超えると、脱炭焼鈍で、Cを時期時効の起こらない0.005%以下に低減することが困難となる。よって、Cは0.002%以上0.150%以下の範囲とする。好ましくは0.010%以上0.150%以下である。
Siは鋼の比抵抗を高め、渦電流損を低減するのに必要な元素である。上記効果は、2.5%未満であると十分でなく、一方、4.5%を超えると、二次再結晶が困難になるとともに、加工性が低下し、圧延して製造することが困難となる。よってSiは2.5%以上4.5%以下の範囲とする。好ましくは、3.0%以上4.0%以下の範囲である。
Mnは、鋼の熱間加工性を改善するために必要な元素である。上記効果は、0.010%未満では十分に得られず、一方、0.800%を超えると、製品板の磁束密度が低下するようになる。よってMnは0.010%以上0.800%の範囲とする。好ましくは0.020%以上0.500%以下の範囲である。
AlとNはともにインヒビタ形成元素として必要であるが、上記下限値より少ないと、インヒビタ効果が十分に得られず、一方、上記上限値を超えると、固溶温度が高くなり、スラブの再加熱を行った場合にも未固溶で残存し、磁気特性を劣化させる。よってAlは0.010%以上0.050%以下、Nは0.003%以上0.020%以下の範囲とする。好ましくは、Alは0.015%以上0.035%以下、Nは0.005%以上0.015%以下の範囲である。
以上、本発明の基本成分について説明したが、本発明では、その他にも必要に応じて、以下の元素を適宜含有させることができる。
SとSeはともにMnと結合してインヒビタを形成するが、それぞれ含有量が上記下限値より少ないと、インヒビタ効果が十分に得られず、一方、上記上限値を超えると、固溶温度が高くなり、スラブの再加熱を行った場合にも未固溶で残存し、磁気特性を劣化させる。好ましくはS:0.004%以上0.015%以下および/またはSe:0.005%以上0.050%以下の範囲である。
Crは仕上焼鈍におけるフォルステライト被膜の形成を安定化させ、被膜不良を軽減することで生産性を向上させる、有用な元素である。しかしながら、含有量が0.010%未満では、被膜形成の安定化の効果が乏しく、0.500%超では、磁束密度が劣化するため、Crは0.010%以上0.500%以下の範囲とした。好ましくは0.050%以上0.400%以下の範囲である。
Niは、オーステナイト生成元素であるため、オーステナイト変態を利用することで熱延板組織を改善し、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0.010%未満では、磁気特性の向上効果が小さく、一方、含有量が1.500%超では、加工性が低下するため通板性が悪くなるほか、二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。従って、Niは0.010%以上1.500%以下の範囲とした。好ましくは0.100%以上0.600%以下の範囲である。
Sn、Sb、P、CuおよびMoは、磁気特性向上に有用な元素であるが、それぞれ含有量が上記範囲の下限値に満たないと、磁気特性の改善効果が乏しく、一方、それぞれ含有量が上記範囲の上限値を超えると、二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。従って、Sn:0.005%以上0.500%以下、Sb:0.005%以上0.500%以下、P:0.005%以上0.500%以下、Cu:0.010%以上0.500%以下、Mo:0.005%以上0.100%以下の範囲でそれぞれ含有することができる。好ましくは、Sn:0.010%以上0.100%以下、Sb:0.010%以上0.100%以下、P:0.010%以上0.100%以下、Cu:0.050%以上0.300%以下、Mo:0.010%以上0.050%以下の範囲である。
B、NbおよびVはいずれも微細な窒化物あるいは炭化物として析出することで、インヒビタとしての役割をはたし、磁束密度を向上させるのに有用な元素である。しかしながら、それぞれ含有量が上記範囲の下限値に満たないと、磁気特性の改善効果が乏しく、一方、それぞれ含有量が上記範囲を超えると、仕上焼鈍における純化が困難となって鉄損が劣化する。従って、B:0.0002%以上0.0025%以下、Nb:0.0010%以上0.0100%以下、V:0.0010%以上0.0100%以下の範囲でそれぞれ含有することができる。好ましくは、B:0.0002%以上0.0015%以下、Nb:0.0010%以上0.0060%以下、V:0.0010%以上0.0060%以下の範囲である。
[加熱]
上述した成分組成を有する鋼を常法の精錬プロセスで溶製した後、常法の造塊―分塊圧延または連続鋳造法で鋼素材(スラブ)を製造してもよいし、あるいは、直接鋳造法で100mm以下の厚さの薄鋳片を製造してもよい。上記スラブは、常法に従い、1400℃程度の温度に再加熱する。
次に、加熱された鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とする。熱間圧延の条件については、粗圧延を行う場合は、粗圧延の終了温度を1100℃以上とし,仕上げ圧延の終了温度は900℃以上とすることが望ましい。
次いで、熱間圧延して得た熱延板は、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。この熱延板焼鈍の温度は、良好な磁気特性を得るために、800〜1150℃の範囲とするのが好ましい。800℃未満では、熱間圧延で形成されたバンド組織が残留し、整粒の一次再結晶組織を得ることが難しくなり、二次再結晶粒の成長が阻害される。一方、1150℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化し過ぎて、整粒の一次再結晶組織を得ることが難しくなる。また、焼鈍時間は、10〜600秒程度とすることが好ましい。
熱延板焼鈍後の鋼板は、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延板とする。中間焼鈍を施す場合、上記中間焼鈍の焼鈍温度は、900〜1200℃の範囲とするのが好ましい。900℃未満では、中間焼鈍後の再結晶粒が細かくなり、さらに、一次再結晶組織におけるGoss核が減少して製品板の磁気特性が低下する。一方、1200℃を超えると、熱延板焼鈍と同様、結晶粒が粗大化し過ぎて、整粒の一次再結晶組織を得ることが難しくなる。また、中間焼鈍時間は、10〜600秒程度とすることが好ましい。
また、冷間圧延における最終圧延開始から最終圧延完了までの圧下率(最終圧延の圧下率)は85%以上とすることが望ましい。上記最終圧延の圧下率を85%とすることで、一次再結晶集合組織がGoss方位の二次再結晶に有利なものとなり、磁束密度が向上して、履歴損が改善される。最終圧延の圧下率は、より好ましくは87%以上である。
最終板厚に圧延した冷延板は、均熱温度が700〜1000℃の脱炭焼鈍を施す。均熱温度が700℃未満であると、一次再結晶および脱炭が十分に進行せず、所望の1次再結晶集合組織が得られなくなる。一方、1000℃を超えると1次粒径が粗大化しすぎることで2次再結晶の駆動力を失い、続く仕上焼鈍でGoss方位粒の2次再結晶が生じなくなる可能性がある。従って、脱炭焼鈍の均熱温度は700〜1000℃が好ましい。また、焼鈍時間は、10〜600秒程度とすることが好ましい。
PH2O/PH2≦1.538−0.315×[Si]
を満たす必要がある([Si]は、質量%でのSiの含有量)。PH2O/PH2が上式の範囲を外れると、脱炭焼鈍の加熱過程で緻密な酸化層が形成され、均熱後も緻密な酸化層として残り、最終仕上焼鈍中の鋼板への窒素の侵入が抑制されるために、AlNの分解が過度に進んで二次再結晶不良となる。
脱炭焼鈍を施した鋼板は、MgOを主体とする焼鈍分離材を鋼板表面に塗布、乾燥したのち、最終仕上焼鈍を施し、Goss方位に高度に集積させた二次再結晶組織を発達させるとともに、フォルステライト被膜を形成させるのが好ましい。最終仕上焼鈍の焼鈍温度は、1200℃程度まで昇温するのが好ましい。
VFA>10.91×[Si]−27.27
VFAが上式を満たさない場合、最終仕上焼鈍中に鋼板表層粒の正常粒成長が進行し、二次再結晶の核となるGoss方位が蚕食されて二次再結晶不良となる。また、最終仕上焼鈍中の雰囲気は50%未満のN2を含有するH2・N2混合雰囲気とすることが望ましい。
その他の製造条件は、方向性電磁鋼板の一般的な製造方法に従えばよい。
質量%でC:0.070%、Si:2.4〜4.6%、Mn:0.100%、Al:0.025%、N:0.008%を含有する鋼スラブを、1400℃の温度で加熱した後、熱間圧延して2.5mmの板厚とし、1100℃、60秒の熱延板焼鈍を施した。その後、冷間圧延して1.7mmの中間厚とした後、1100℃×80sの中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を施して板厚0.23mmとした。
表2に示す成分の鋼スラブを、1400℃温度で加熱した後、熱間圧延して2.5mmの板厚とし、1100℃、60秒の熱延板焼鈍を施した。その後、冷間圧延して1.7mmの中間厚とし、1100℃で80sの中間焼鈍を施した後、最終冷間圧延を施して板厚0.23mmとした。その後、850℃で120sの脱炭焼鈍を施した。
測定の結果を表2に示す。表2に示すようにC、Si、Mn、Al、Nを本発明の範囲内とすることで、良好な鉄損を得られることがわかる。また、S、Se、Cr、Cu、P、Ni、Sb、Sn、Mo、B、Nb、Vを本発明の範囲内で添加することでさらに良好な磁気特性を得られることがわかる。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.002%以上0.150%以下、
Si:3.8%以上4.5%以下、
Mn:0.010%以上0.800%以下
Al:0.010%以上0.050%以下および
N:0.003%以上0.020%以下
を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する鋼スラブを加熱し、
該鋼スラブに熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
前記熱間圧延後の熱延鋼板に、1回の冷間圧延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を有する冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に脱炭焼鈍を施し、その後最終仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記脱炭焼鈍の加熱過程における雰囲気酸化性PH2O/PH2が下記(1)式を満たし、
前記最終仕上焼鈍における、900〜1100℃の範囲の平均昇温速度VFA(℃/h)が下記(2)式を満たす、方向性電磁鋼板の製造方法。
記
PH2O/PH2≦1.538−0.315×[Si] … (1)
VFA>10.91×[Si]−27.27 … (2)
ここで、
[Si]は、質量%でのSiの含有量である。 - 前記成分組成は、さらに、
質量%で、
S:0.002%以上0.030%以下および
Se:0.002%以上0.100%以下
のうちから選ばれる1種または2種を含有する、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、さらに、
質量%で、
Cr:0.010%以上0.500%以下、
Cu:0.010%以上0.500%以下、
P:0.005%以上0.500%以下、
Ni:0.010%以上1.500%以下、
Sb:0.005%以上0.500%以下、
Sn:0.005%以上0.500%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
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記脱炭焼鈍の加熱過程における、500℃〜700℃での平均昇温速度VDCが50℃/s以上である、請求項1から3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記冷間圧延の最終圧延における圧下率が85%以上である、請求項1から4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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