JP6842549B2 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
最近は、高磁束密度級の方向性電磁鋼板が商用化されるにつれ、鉄損の少ない材料が要求されている。これは、主に4つの技術的方法でアプローチすることができるが、その方法には、i)方向性電磁鋼板の磁化容易軸を含む{110}<001>結晶粒の方位を圧延方向に正確に配向する方法、ii)材料の薄物化方法、iii)化学的、物理的方法によりマグネチックドメインを微細化する磁区微細化方法、iv)表面処理などのような化学的方法による表面物性改善または表面張力付与方法などがある。
上記iv)の方法は、方向性電磁鋼板の表面の性質を積極的に改善することによって、素材の磁性を改善する方法である。その代表例として、脱炭焼鈍過程で必然的に生成される酸化層および焼鈍分離剤内の成分と化学的反応により生成されるベースコーティング層を除去する方法が挙げられる。
現在まで前記グラスレス技術の主な研究方向は、焼鈍分離剤に塩化物を添加した後、高温焼鈍工程で表面エッチング効果を利用する技術、そして、焼鈍分離剤としてAl2O3粉末を塗布した後、高温焼鈍工程でベースコーティング層自体を形成させない技術、の2つの方向で進められた。
このような技術の窮極的な方向は、結局、電磁鋼板の製造においてベースコーティング層を意図的に防止することによって、磁性劣化を招く表面ピニングサイト(Pinning Site)を除去し、究極的には、方向性電磁鋼板の磁性を改善することである。
また、既存の酸化能を低く制御して酸化層を最小限に形成してベースコーティング層の形成を最大限に抑制する方法は、高温焼鈍時、コイル状に熱処理する場合、コイル内の板の位置によって異なる露点と温度挙動を有し、この時、ベースコーティング層の形成に差があり、それによるグラスレスの程度の差が生じて、板の部分別の偏差の発生によって量産化に大きな問題点を生じる虞がある。
また、焼鈍分離剤内に塩化物などの添加物を添加して、高温焼鈍時、放出される塩酸によって表面酸化層と隣接する地鉄がFeCl2蒸気となって、剥離する方法が提示される。しかし、高温熱処理の必要性によってコイル焼鈍が必要になり、昇温時、コイルには温度偏差が発生する。この時、焼鈍分離剤に含まれている水分が高温になる時、コイルの各位置別に異なる影響を与えて、位置別の表面酸化層が異なる影響を受けるようになり、ベースコーティング層の形成またはベースコーティング層の剥離が異なる影響を受けて、焼鈍分離剤に添加剤による鏡面形成は良い条件を探してもコイルのすべての位置を同じ条件にすることが難しく、コイル全体に均一な鏡面化が原理的かつ構造的に難しいという問題がある。
Sb:0.005重量%〜0.15重量%およびSn:0.005重量%〜0.2重量%のうちの1種以上をさらに含むことが好ましい。
結晶粒粒径が1mm以下である結晶粒の面積比率が10%以下であることがよい。
表面粗さ(Ra)は、0.8μm以下であることが好ましい。
スラブは、Sb:0.005重量%〜0.15重量%およびSn:0.005重量%〜0.2重量%のうちの1種以上をさらに含むことができる。
スラブは、P:0.005重量%〜0.075重量%およびCr:0.005重量%〜0.35重量%のうちの1種以上をさらに含むことがよい。
焼鈍分離剤は、固形分としてMgOまたはAl2O3のみを含むことがよい。
2次再結晶焼鈍する段階の後、鋼板表面に形成されたベースコーティング層を除去する段階をさらに含むことが好ましい。
2次再結晶焼鈍する段階は、加熱段階および均熱段階を含み、均熱段階は、900〜1250℃の温度で行われることが好ましい。
ベースコーティング層が除去された方向性電磁鋼板は、磁区移動の制限する主な要素が除去可能で方向性電磁鋼板の鉄損を向上させることができ、ベースコーティング層による加工性の劣化を防止することができる。
ここで使用される専門用語は、単に特定の実施例を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分の存在や付加を除外させるわけではない。
別途に定義しないものの、ここで使用される技術用語および科学用語を含むすべての用語は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が一般に理解する意味と同じ意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味で解釈されない。
また、特別に言及しない限り、%は、重量%を意味し、1ppmは、0.0001重量%である。さらに、ゴス(goss)結晶粒とは、結晶方位が{110}<001>から15度以内の方位を有する結晶粒を意味する。
本発明の一実施例において、追加元素をさらに含むとの意味は、追加元素の追加量だけ残部の鉄(Fe)を代替して含むことを意味する。
本発明は、方向性電磁鋼板内に特定の成分を添加することで、この成分が金属基地層とベースコーティング層との界面に偏析し、このような偏析された金属物質によってベースコーティング剥離を起こして鏡面化をなす方法を提供する。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板は、重量%で、Si:1.0%〜7.0%、C:0.005%以下(0%を含まない)、In:0.001%〜0.5%、および残部はFeおよびその他不可避に混入する不純物である。組成を限定した理由は下記の通りである。
炭素は、1次再結晶焼鈍過程で脱炭が起こり、最終的に製造される電磁鋼板内には50ppm以下にその含有量が減少する。より好ましくは、30ppm以下に減少する。
そのため、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板において、炭素は、重量%で、0.005%以下に限定する。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おいては、炭素は、スラブにおいて0.005〜0.10重量%含む。
Inが0.001重量%未満で含まれると、鏡面化効果が発揮されにくい。Inが0.5重量%を超えて含まれると、圧延性を害し、圧延クラックが増加しうる。さらに具体的には、Inは、0.005〜0.3重量%含むことができる。さらに具体的には、0.01〜0.1重量%含むことができる。
アルミニウム(Al)は、最終的にAlN、(Al、Si)N、(Al、Si、Mn)Nなどの形態の窒化物となって抑制剤として作用する成分であって、その含有量が0.01重量%未満の場合には、抑制剤としての十分な効果を期待することができず、高すぎる場合には、Al系の窒化物が過度に粗大に析出、成長するので、抑制剤としての効果が不十分になる。そのため、Alをさらに含む場合、その含有量を0.01〜0.1重量%に定める。さらに好ましくは、Alの含有量を0.01〜0.05重量%含むことができる。
アンチモン(Sb)とスズ(Sn)は、低温偏析元素であって、既存の析出物の補助する役割として集積度の改善に良い影響を与える。Sb:0.005〜0.15重量%およびSn:0.005〜0.2重量%のうちの1種以上をさらに含んでもよい。具体的には、Sb:0.01〜0.06重量%およびSn:0.02〜0.1重量%のうちの1種以上をさらに含んでもよい。
前述した組成は、絶縁被膜などの別途のコーティング層を除いた素地鋼板内での含有量を意味する。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板は、結晶粒粒径が1mm以下である結晶粒の面積比率が10%以下になってもよい。このような組織特性によって、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板は、磁性がさらに向上する。
本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板の製造方法は、重量%で、Si:1.0〜7.0%、C:0.005〜0.10%、In:0.001〜0.5%、および残部はFeおよびその他不可避に混入する不純物であるスラブを提供する段階と、スラブを加熱する段階と、スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階と、熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、冷延板を1次再結晶焼鈍する段階と、1次再結晶焼鈍済みの鋼板を2次再結晶焼鈍する段階と、を含む。以下、各段階別に詳細に説明する。
次に、前述したスラブを加熱する。スラブ加熱温度は、1000〜1280℃であってもよい。スラブ加熱温度が上昇すると、鋼板の製造費用が上昇し、スラブの表面部の溶融によって加熱炉を補修し、加熱炉の寿命が短縮しうる。同時に、スラブを1,280℃以下の温度に加熱すると、スラブの柱状晶組織が粗大に成長することが防止され、後続の熱間圧延工程で板の幅方向にクラックが発生するのを防止可能で実歩留まりを向上させることができる。
次に、必要に応じて、熱延板を熱延板焼鈍する。1000〜1200℃の温度で焼鈍することができる。
次に、熱延板を冷間圧延を施して冷延板を製造する。冷間圧延は、リバース(Reverse)圧延機あるいはタンデム(Tandem)圧延機を用いて、1回または複数回の冷間圧延あるいは中間焼鈍を含む複数回の冷間圧延法にして、最終製品厚さの冷延板が製造されるように実施する。冷間圧延は、1回の強圧延により最終厚さ0.1〜0.5mm、より具体的には、0.15〜0.35mmに製造される。
1次再結晶焼鈍過程で浸窒が行われる。窒素量が少なすぎると、2次再結晶が困難になるので、スラブ成分内の窒素量が150ppm以下の場合、浸窒により窒素含有量を150ppm以上に窒化し、窒化量が多すぎると、窒素放出口の欠陥が形成されるので、最大500ppm以下に浸窒する。つまり、1次再結晶焼鈍済みの鋼板は、Nを0.015〜0.05重量%含む。
次に、1次再結晶焼鈍済みの鋼板を、2次再結晶焼鈍を実施する。2次再結晶焼鈍は、適正な昇温率で昇温して、{110}<001>Goss方位の2次再結晶を起こす加熱段階および均熱段階を含む。均熱段階での温度は、900〜1250℃になってもよい。
本発明の一実施形態では、このようなベースコーティング層を除去する段階をさらに含んでもよい。前述のように、本発明の一実施形態において、鋼板内に鏡面化元素のInを適正量添加することによって、ベースコーティング層を円滑に除去することができ、除去後、鋼板の表面粗さを低下させることができる。除去する方法としては、物理的方法または化学的方法を使用することができる。
実施例1
重量%で、Si:3.2%、C:0.052%を含み、下記表1に示したとおり、Inを追加的に添加し、残部をなすFeとその他不可避に混入する不純物からなる鋼スラブを製造した。鋼スラブを熱間圧延して2.6mmの熱延板を作った後、熱延板焼鈍および酸洗後の最終厚さである0.3mmの厚さに冷間圧延をした。
冷延板を昇温した後、50体積%水素と50体積%窒素を同時投入して形成した、露点温度63〜67℃の混合雰囲気下、850℃の温度で120秒間維持して同時脱炭窒化処理して、炭素を30ppm以下、窒素を300ppmにした。
それぞれの条件に対して測定した表面の光沢度は表1の通りである。光沢度の測定は、Horiba社の測定器を用いて、反射角60°で表面に反射した光の量を測定した。光沢度が20未満の場合に不良、20〜200の場合に優秀、200超過の場合に非常に優秀と表示した。また、表面粗さ(Ra)を測定して、下記表1に示した。
重量%で、Si:3.0%、C:0.051%、Mn:0.09%、Al:0.029%、N:0.0040%およびS:0.005%、インジウム(In)およびSbを表2のように変化させ、そして、残部をなすFeとその他不可避に混入された不純物である方向性電磁鋼板のスラブを準備した。このスラブを1150℃の温度で90分間加熱した後、熱間圧延をし、580℃まで急冷して、580℃で1時間焼鈍し、炉冷し、熱間圧延して、2.3mmの厚さの熱延板を製造した。
この熱延板を1,050℃以上の温度に加熱した後、910℃で80秒間維持し、沸騰水で急冷して酸洗した。次に、0.30mmの厚さに冷間圧延した。冷延板を昇温した後、50体積%水素と50体積%窒素を同時投入して形成した、露点温度63〜67℃の混合雰囲気下、850℃の温度で120秒間維持して同時脱炭窒化処理して、炭素を30ppm以下、窒素を300ppmにした。
そのため、以上に述べた実施例はあらゆる面で例示的なものであり、限定的ではないと理解しなければならない。本発明の範囲は、上記の詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の意味および範囲、そしてその均等概念から導出されるあらゆる変更または変更された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
Claims (12)
- 重量%で、Si:1.0〜7.0%、C:0%超、0.005%以下、Mn:0.005〜0.9%、In:0.001〜0.5%、および残部はFeおよびその他不可避に混入する不純物からなり、ベースコーティング層が除去されたことを特徴とする方向性電磁鋼板。
- Al:0.01〜0.1重量%、N:0.015〜0.05重量%、およびS:0%超、0.03重量%以下をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- Sb:0.005〜0.15重量%をさらに含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方向性電磁鋼板。
- 結晶粒粒径が1mm以下である結晶粒の面積比率が10%以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板。
- 表面粗さ(Ra)は、0.8μm以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板。
- 重量%で、Si:1.0〜7.0%、C:0.005〜0.10%、Mn:0.005〜0.9%、In:0.001〜0.5%、および残部はFeおよびその他不可避に混入する不純物からなるスラブを提供する段階と、
前記スラブを加熱する段階と、
前記スラブを熱間圧延して熱延板を製造する段階と、
前記熱延板を冷間圧延して冷延板を製造する段階と、
前記冷延板を1次再結晶焼鈍する段階と、
前記1次再結晶焼鈍済みの鋼板を2次再結晶焼鈍する段階と、
鋼板表面に形成されたベースコーティング層を除去する段階と、を含むことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブは、Al:0.01〜0.1重量%、N:0%超、0.02重量%以下、およびS:0%超、0.03重量%以下をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記スラブは、Sb:0.005〜0.15重量%をさらに含むことを特徴とする請求項6又は7に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記2次再結晶焼鈍する段階において、前記1次再結晶焼鈍済みの鋼板に焼鈍分離剤を塗布し、前記2次再結晶焼鈍することを特徴とする請求項6乃至8のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍分離剤は、固形分としてMgOまたはAl2O3のみを含むことを特徴とする請求項9に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1次再結晶焼鈍済みの鋼板は、Nを0.015〜0.05重量%含むことを特徴とする請求項6乃至10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2次再結晶焼鈍する段階は、加熱段階および均熱段階を含み、前記均熱段階は、900〜1250℃の温度で行われることを特徴とする請求項6乃至11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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