JP6876280B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
本願は、2017年07月13日に、日本に出願された特願2017−137440号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このような課題に対し、特許文献6に、鋼板表面に非晶質酸化物被膜を形成した後、張力絶縁被膜を形成する方法が開示されている。また、特許文献7〜11には、さらに密着性が高い張力絶縁被膜を形成することを目的に、非晶質酸化物被膜の構造を制御する技術が開示されている。
(1)本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、鋼板と、前記鋼板上に形成されたSiO 2 からなる非晶質酸化物被膜と、を有し、前記鋼板が、化学組成として、質量%で、C:0.085%以下、Si:0.80〜7.00%、Mn:1.50%以下、酸可溶性Al:0.065%以下、S:0.013%以下、Cu:0〜0.80%、N:0〜0.012%、P:0〜0.50%、Ni:0〜1.00%、Sn:0〜0.30%、Sb:0〜0.30%、を含有し、残部がFe及び不純物からなり表面の写像鮮映度を写像鮮映測定装置で測定した値である、前記表面のNSIC値が、4.0%以上である。
鋼板と、前記鋼板上に形成された非晶質酸化物被膜と、を有し、前記鋼板が、化学組成として、質量%で、C:0.085%以下、Si:0.80〜7.00%、Mn:1.50%以下、酸可溶性Al:0.065%以下、S:0.013%以下、Cu:0〜0.80%、N:0〜0.012%、P:0〜0.50%、Ni:0〜1.00%、Sn:0〜0.30%、Sb:0〜0.30%、を含有し、残部がFe及び不純物からなり
鋼板表面の写像鮮映度を写像鮮映測定装置で測定した値である、鋼板表面のNSIC値(鋼板表面の写像鮮映度を写像鮮映測定装置[NSIC]で測定した値)が4.0%以上である。
この電磁鋼板は、質量%で、C:0.085%以下、Si:0.80〜7.00%、Mn:0.01〜1.50%、酸可溶性Al:0.01〜0.065%、S:0.003〜0.013%を含有し、残部Fe及び不純物からなるスラブを素材とする、フォルステライト系被膜のない方向性電磁鋼板である。
本発明者らは、フォルステライト系被膜がない(表面にフォルステライト系被膜が形成されていない)方向性電磁鋼板において、優れた被膜密着性を確保する方法について検討した。その結果、被膜と鋼板表面との界面において応力集中を抑制することが必要であり、そのためには、フォルステライト系被膜がない鋼板の表面に、非晶質酸化物被膜を形成(特に鋼板の表面に直接接するように非晶質酸化物被膜を形成)した上で、この非晶質酸化物被膜のモルフォロジーを均一(平滑)にすることが重要であると発想し鋭意検討した。フォルステライト系被膜がない鋼板は、仕上げ焼鈍後にフォルステライト系被膜を除去したり、又は、フォルステライトの生成を意図的に防止することによって形成できる。例えば、焼鈍分離剤の組成を調整することで、フォルステライトの生成を意図的に防止することができる。
本発明者らは、次に述べる実験を行い、被膜密着性と、非晶質酸化物を有する方向性電磁鋼板の表面のNSIC値との関係を調査した。
次いで、非晶質酸化物被膜を有する方向性電磁鋼板の表面に、リン酸塩、クロム酸、及び、コロイダルシリカを主体とする塗布液を塗布し、窒素雰囲気中で、835℃で30秒、焼き付けて、張力絶縁被膜を鋼板表面に形成して、張力絶縁被膜の鋼板表面との被膜密着性を調査した。
非晶質酸化物被膜とは、実質的に非晶質な酸化物のみからなる被膜である。被膜が酸化物を有するかどうかは、TEMやFT−IRを用いて確認できる。
外部酸化型ではなく、内部酸化型の非晶質酸化物被膜を形成すると、上記陥入部を起点として張力絶縁被膜が剥離する場合がある。
C:0.085%以下
Cは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気時効で鉄損を大きくする元素である。そのため、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で、C含有量を0.010%未満にまで低減する必要がある。
C含有量が0.085%を超えると、脱炭焼鈍に長時間を要し、生産性が低下するので、C含有量は0.085%以下とする。好ましくは0.070%以下、より好ましくは0.050%以下である。
下限は特に限定しないが、一次再結晶組織を安定的に制御する点で、0.050%以上が好ましい。
Siは、鋼板の電気抵抗を高くして、鉄損を小さくする元素である。Si含有量が0.80%未満であると、含有させる効果が十分に得られない。また、二次再結晶焼鈍時に相変態が生じて、二次再結晶を適確に制御できず、結晶方位が損なわれて、磁気特性が低下する。そのため、Si含有量は0.80%以上とする。好ましくは2.50%以上、より好ましくは3.00%以上である。
Mn含有量が1.50%を超えると、二次再結晶焼鈍時に相変態し、良好な磁束密度が得られない。そのため、Mn含有量は1.50%以下とする。好ましくは1.20%以下、より好ましくは0.90%以下である。
Alが0.065%を超えると、粗大な(Al、Si)Nが析出したり、(Al、Si)Nの析出が不均一になる。その結果、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下する。そのため、酸可溶性Al含有量は0.065%以下とする。好ましくは0.055%以下、より好ましくは0.045%以下である。Al含有量は0%でもよい。
一方、酸可溶性Alは、Nと結合し、インヒビターとして機能する(Al、Si)Nを形成する元素である。そのため、製造に用いるスラブにおいて、酸可溶性Alが0.010%未満であると、十分な量の(Al、Si)Nが形成されず、二次再結晶が安定しない。そのため、製造に用いるスラブにおける酸可溶性Alは0.010%以上とすることが好ましく、このAlが鋼板に残存してもよい。スラブ中の酸可溶性Alの含有量は、より好ましくは0.002%以上、より好ましくは0.030%以上である。
S含有量が0.013%を超えると、MnSの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下する。そのため、Sは0.013%以下とする。好ましくは0.012%以下、より好ましくは0.011%以下である。
一方、Sは、Mnと結合して、インヒビターとして機能するMnSを形成する元素である。そのため、製造に用いるスラブにおいて、S含有量を0.003%以上とすることが好ましく、このSが鋼板に残存してもよい。製造に用いるスラブにおいてS含有量は、より好ましくは0.005%以上、さらに好ましくは0.008%以上である。
Cu:0〜0.80%
Cuは、Sと結合し、インヒビターとして機能する析出物を形成する元素である。Cu含有量が0.01%未満であると、効果が十分に発現しないので、Cuは0.01%以上が好ましい。より好ましくは0.04%以上である。
N:0〜0.0120%
Nは、Alと結合して、インヒビターとしての機能するAlNを形成する元素である。
Pは、鋼板の比抵抗を高め、鉄損の低減に寄与する元素である。含有させる効果を確実に得る点では、P含有量は0.01%以上が好ましい。
一方、Pが0.50%を超えると、圧延性が低下する。そのため、P含有量は0.50%以下が好ましい。より好ましくは0.35%以下である。下限は0%を含むが、Pを0.0005%未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、0.0005%が実質的な下限である。
Niは、鋼板の比抵抗を高めて、鉄損の低減に寄与するとともに、熱延鋼板の金属組織を制御し、磁気特性の向上に寄与する元素である。下限は0%を含むが、含有させる効果を確実に得る点で、Ni含有量は0.01%以上が好ましい。
一方、Ni含有量が1.00%を超えると、二次再結晶が不安定に進行し、磁気特性が低下する。そのため、Ni含有量は1.00%以下が好ましい。より好ましくは0.35%以下である。
Sb:0〜0.30%
Sn及びSbは、結晶粒界に偏析し、仕上げ焼鈍時、焼鈍分離剤が放出する水分でAlが酸化される(この酸化で、コイル位置でインヒビター強度が異なり、磁気特性が変動する)のを防止する作用をなす元素である。下限は0%を含むが、含有させる効果を確実に得る点で、いずれの元素の含有量も0.01%以上が好ましい。
一方、いずれの元素もその含有量が0.30%を超えると、二次再結晶が不安定となり、磁気特性が劣化する。そのため、Sn及びSbのいずれも0.30%以下が好ましい。より好ましくは、いずれの元素も0.25%以下である。
脱炭焼鈍後、鋼板をアンモニア雰囲気中で焼鈍し、鋼板中にインヒビターのAlNを形成する。
スクラバーは、SiCを砥材とし、その砥粒番手が、100番〜500番(JISR6010におけるP100〜P500)であるものを用いることが好ましい。
砥粒番手が100番未満の場合、鋼板表面が削りすぎられることにより表面活性が高まる。その結果、鉄系酸化物などが形成されやすくなり、被膜密着性が低下するので、好ましくない。一方、砥粒番手が500番超の場合、焼鈍分離剤を十分に除去することができず、絶縁被膜を形成した際の被膜密着性が劣ることになるので、好ましくない。
酸素分圧(PH2O/PH2)は0.005超であると、非晶質酸化膜以外の鉄系酸化物も形成され、被膜密着性が低下する。また、保持温度が600℃未満では、非晶質酸化物が十分に生成しない。また、1150℃超では設備負荷が高くなるので好ましくない。
表1に示す成分組成の珪素鋼スラブ(鋼No.A〜F)を、それぞれ1100℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とした。
上記熱延鋼板に1100℃で焼鈍を施した後、一回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延を施して最終板厚0.23mmの冷延鋼板とした。その後、この冷延鋼板に、脱炭焼鈍と窒化焼鈍とを施した。
具体的には、被膜が形成されたそれぞれの鋼No.製造条件No.の組み合わせにおいて、鋼板断面をFIB(Focused Ion Beam)加工し、透過電子顕微鏡(TEM)にて10μm×10μmの範囲を観察し、被膜がSiO2からなることを確認した。
また、表面をフーリエ変換赤外分光法(FT−IR)で分析したところ、波数1250(cm-1)の位置にピークが存在した。このピークは、SiO2由来のピークであるので、このことからも、被膜がSiO2で形成されていることが確認できた。
また、被膜を有する鋼板に対し、X線回折を行った際に、地鉄のピークを除けばハローのみが検出され、特定のピークが検出されなかった。
すなわち、いずれも形成された被膜は非晶質酸化物被膜であった。
Claims (3)
- 鋼板と、
前記鋼板上に形成されたSiO 2 からなる非晶質酸化物被膜と、
を有し、
前記鋼板が、化学組成として、質量%で、
C:0.085%以下、
Si:0.80〜7.00%、
Mn:1.50%以下、
酸可溶性Al:0.065%以下、
S:0.013%以下、
Cu:0〜0.80%、
N:0〜0.012%、
P:0〜0.50%、
Ni:0〜1.00%、
Sn:0〜0.30%、
Sb:0〜0.30%、
を含有し、
残部がFe及び不純物からなり
表面の写像鮮映度を写像鮮映測定装置で測定した値である、前記表面のNSIC値が、4.0%以上である
ことを特徴とする
方向性電磁鋼板。 - 前記鋼板が、前記化学組成として、質量%で、Cu:0.01〜0.80%を含有することを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
- 前記鋼板が、前記化学組成として、質量%で、N:0.001〜0.012%、P:0.010〜0.50%、Ni:0.010〜1.00%、Sn:0.010〜0.30%、及び、Sb:0.010〜0.30%の1種又は2種以上を含有する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。
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