JP7010305B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents

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Description

本発明は、変圧器や発電機等の鉄心材料として使用する、高磁束密度かつ極低鉄損の方向性電磁鋼板に関する。
本願は、2018年1月25日に、日本に出願された特願2018-010203号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
方向性電磁鋼板は、軟磁性材料であり、変圧器(トランス)等の電気機器の鉄心等に用いられる。方向性電磁鋼板は、7質量%以下程度のSiを含有し、結晶粒が、ミラー指数で{110}<001>方位に高度に集積している鋼板である。方向性電磁鋼板の製造において、結晶粒の方位を制御することは重要なプロセスであり、二次再結晶という異常粒成長現象を利用して制御されている。
二次再結晶を適確に制御するためには、二次再結晶前の一次再結晶で得られる組織(一次再結晶組織)を適切に形成すること、及び、インヒビターという微細析出物又は粒界偏析元素を適切に調整することが重要である。
インヒビターは、二次再結晶において、一次再結晶組織中の{110}<001>方位以外の結晶粒の成長を抑制し、{110}<001>方位の結晶粒を優先的に成長させる機能を有するので、インヒビターの種類及び量の調整は、特に重要である。
インヒビターに関しては、多くの研究結果が開示されている。なかでも、特徴的な技術として、Bをインヒビターとして活用する技術がある。例えば、特許文献1及び2には、インヒビターとして機能する固溶Bが、{110}<001>方位の発達に有効であることが開示されている。
特許文献3及び4には、Bを添加した材料に対して冷間圧延以降の工程で窒化処理をすることで微細なBNを形成することと、形成された微細なBNがインヒビターとして機能して、{110}<001>方位の発達に寄与することと、が開示されている。
特許文献5には、熱間圧延でBNの析出を極力抑制する一方で、その後の焼鈍の昇温過程で極めて微細なBNを析出させることと、そのようにして析出した微細なBNがインヒビターとして機能することと、が開示されている。
特許文献6及び7には、熱延工程でBの析出形態を制御することで、インヒビターとしての機能させる方法が開示されている。
これらの文献では、Bを鋼成分として添加してインヒビターとして活用する技術が開示されている。これらの文献には、これらの技術により、二次再結晶後に、{110}<001>方位が高度に発達することでヒステリシス損が小さくなるので、低鉄損の方向性電磁鋼板が得られると開示されている。しかしながら、これらの文献には、二次再結晶後のBの析出状態を制御することによって、高磁束密度と極低鉄損とを両立することに関しては何ら開示されていない。
米国特許第3905842号明細書 米国特許第3905843号明細書 日本国特開平01-230721号公報 日本国特開平01-283324号公報 日本国特開平10-140243号公報 国際公開第11/007771号 国際公開第11/007817号
先行技術文献に開示の従来技術では、二次再結晶後の鋼板内部におけるBの析出形態を十分に制御できないため、B析出物によりヒステリシス損が増大し、極低鉄損の方向性電磁鋼板を得ることは難しい。
本発明は、従来技術の現状を踏まえ、B化合物をインヒビターとして活用する方向性電磁鋼板において、高磁束密度化及び極低鉄損化を課題とし、該課題を解決する方向性電磁鋼板を提供することを目的とする。
鋼成分としてBを添加し、高磁束密度かつ極低鉄損の方向性電磁鋼板を安定的に製造するためには、二次再結晶により、結晶粒を{110}<001>方位に高度に配向させて磁束密度を高めるとともに、鋼板中のBの析出形態を適切に制御することが重要である。
インヒビターとしてBNを用いる場合、仕上げ焼鈍後のBの析出形態が微細であると、鋼板中に微細なBNが析出するため、高磁束密度と極低鉄損との両立が困難であり、特に微細なBNに起因するヒステリシス損の増大により極低鉄損を実現することが難しい。
本発明者らは、以上のことを踏まえ、上記課題を解決する手法について鋭意検討した。その結果、仕上げ焼鈍後のBの析出形態をFeB及び/又はFeBとすれば、ヒステリシス損への影響を極力少なくすることができるため、高磁束密度と極低鉄損とを両立した方向性電磁鋼板を得ることができることを見いだした。
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下のとおりである。
(1)本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成された下層被膜と、前記下層被膜上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜と、を備え、
前記母材鋼板は、化学成分として、質量%で、
C:0.085%以下;
Si:0.80~7.00%;
Mn:0.05~1.00%;
Al:0.010~0.065%;
N:0.012%以下;
Seq=S+0.406・Se:0.015%以下;
B:0.0005~0.0080%;
を含有し、
残部Fe及び不純物からなり、
前記母材鋼板は、長軸長さが1μm以上20μm以下のB化合物を1×10~1×10個/mmの個数密度で含有し、
前記B化合物がFe BとFe Bとの少なくとも一方であり、
前記下層被膜は、フォルステライトが主体であるグラス被膜、又は、酸化珪素が主体である中間層である。
(2)上記(1)に係る方向性電磁鋼板は、前記下層被膜が前記グラス被膜であって、前記絶縁被膜及び前記グラス被膜を除去して前記母材鋼板をグロー放電発光分析で測定し、前記母材鋼板の板厚中心よりも前記グラス被膜側を、前記グラス被膜側の表層領域と前記表層領域と前記板厚中心との間の中心領域との二つに分け、前記中心領域に到達するまでのスパッタ時間をt(center)とし、前記表層領域に到達するまでのスパッタ時間をt(surface)としたとき、前記時間t(center)におけるBの発光強度IB_t(center)と、前記時間t(surface)におけるBの発光強度IB_t(surface)とが、下記式(1)を満たしてもよい。
B_t(center)>IB_t(surface)・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
(3)上記(1)に係る方向性電磁鋼板は、前記下層被膜が前記中間層であって、前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをdとし、グロー放電発光分析(GDS)で前記中間層の表面からBの発光強度を測定したときの前記中間層の前記表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、前記中間層の前記表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とが、下記式(2)を満たしてもよい。
B(d/2)>IB(d/10)・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
本発明によれば、B化合物をインヒビターとして活用する方向性電磁鋼板において、B化合物の析出形態を適切に制御することによりヒステリシス損を小さくできるので、高磁束密度と極低鉄損とを両立した方向性電磁鋼板を工業的に安定して提供することができる。
第1実施形態に係る方向性電磁鋼板の層構成を示す模式図である。 第1実施形態に係る方向性電磁鋼板に対してGDSを行った場合の結果の一例を示すグラフである。
本発明の方向性電磁鋼板(以下「本発明電磁鋼板」ということがある。)は、母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成された下層被膜と、前記下層被膜上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜と、を備え、
前記母材鋼板は、化学成分として、質量%で、
C:0.085%以下;
Si:0.80~7.00%;
Mn:0.05~1.00%;
Al:0.010~0.065%;
N:0.012%以下;
Seq=S+0.406・Se:0.015%以下;
B:0.0005~0.0080%;
を含有し、
残部Fe及び不可避的不純物からなり、
前記母材鋼板は、平均長軸長さが1μm以上20μm以下のB化合物を1×10~1×10個/mmの個数密度で含有し、
前記下層被膜は、フォルステライトが主体であるグラス被膜、又は、酸化珪素が主体である中間層である。
また、本発明電磁鋼板は、前記下層被膜が前記グラス被膜であって、前記方向性電磁鋼板において、グラス被膜を除く鋼板をグロー放電発光分析(GDS)で測定したBの発光強度IBが、板厚中心まで到達するスパッタ時間をt(center)とし、グラス被膜を除く鋼板表層のスパッタ時間をt(surface)としたとき、前記時間t(center)におけるBの発光強度IB_t(center)と、前記時間t(surface)におけるBの発光強度IB_t(surface)とが、下記式(1)を満たしてもよい。
B_t(center)>IB_t(surface)・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
また、本発明電磁鋼板は、前記下層被膜が前記中間層である場合には、前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをdとし、グロー放電発光分析(GDS)で前記中間層の表面からBの発光強度を測定したときの前記中間層の前記表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、前記中間層の前記表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とが、下記式(2)を満たしてもよい。
B(d/2)>IB(d/10) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
また、本発明電磁鋼板は、前記B化合物がFeB及び/又はFeBであってもよい。
以下、本発明電磁鋼板について説明する。
[第1実施形態]
第1実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成され、フォルステライトが主体であるグラス被膜と、前記グラス被膜上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜と、を備える。前記母材鋼板は、化学成分として、質量%で、
C:0.085%以下;
Si:0.80~7.00%;
Mn:0.05~1.00%;
Al:0.010~0.065%;
N:0.012%以下;
Seq=S+0.406・Se:0.015%以下;
B:0.0005~0.0080%;
を含有し、
残部Fe及び不純物からなり、
前記母材鋼板は、長軸長さが1μm以上20μm以下のB化合物を1×10~1×10個/mmの個数密度で含有する。
また、本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、前記母材鋼板の板厚中心よりもグラス被膜側を、前記グラス被膜側の表層領域と前記表層領域と前記板厚中心との間の中心領域との二つに分けたとき、前記絶縁被膜及び前記グラス被膜を除く母材鋼板をグロー放電発光分析(GDS)で測定したBの発光強度Iが、前記中心領域に到達するまでのスパッタ時間をt(center)とし、前記表層領域に到達するまでのスパッタ時間をt(surface)としたとき、前記時間t(center)におけるBの発光強度IB_t(center)と、前記時間t(surface)におけるBの発光強度IB_t(surface)とが、下記式(3)を満たしてもよい。
B_t(center)>IB_t(surface)・・・・・・・・・・・・・・・・(3)
<母材鋼板の成分組成(化学成分)>
まず、本発明電磁鋼板の母材鋼板の成分組成の限定理由について説明する。以下、特に断りが無ければ、「%」は「質量%」を意味する。
<成分組成>
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、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で除去する元素である。0.085%を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、生産性が低下するので好ましくない。C量は、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0%を含むが、Cを0.0001%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、0.0001%が実質的な下限である。
Si:0.80~7.00%
Siは、鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損特性を改善する元素である。0.80%未満では、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の結晶方位が損なわれるので、好ましくない。Si量は、好ましくは1.50%以上、より好ましくは2.50%以上である。
一方、Si量が7.00%を超えると、加工性が低下し、圧延時に割れが発生するので、好ましくない。Si量は、好ましくは5.50%以下、より好ましくは4.50%以下である。
Mn:0.05~1.00%
Mnは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、S及び/又はSeと結合して、インヒビターとして機能するMnS及び/又はMnSeを形成する元素である。Mn量が0.05%未満では添加効果が十分に発現しないので、好ましくない。Mn量は、好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.09%以上である。
一方、Mn量が1.00%を超えると、MnS及び/又はMnSe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ので、好ましくない。Mn量は、好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.60%以下である。
酸可溶性Al:0.010~0.065%
酸可溶性Alは、Nと結合して、インヒビターとして機能する(Al、Si)Nを生成する元素である。酸可溶性Al量が0.010%未満では、添加効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、好ましくない。酸可溶性Al量は、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上である。
一方、酸可溶性Al量が0.065%を超えると、(Al、Si)N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ので、好ましくない。酸可溶性Al量は、好ましくは0.050%以下、より好ましくは0.040%以下である。
N:0.012%以下
窒化物生成による鉄損劣化の懸念があるので、0.012%以下とする。後述するが、スラブ成分におけるNは、Alと結合して、インヒビターとして機能するAlNを形成する元素であるが、一方で、Nは、冷間圧延時、鋼板中にブリスター(空孔)を形成する元素でもある。N量が0.004%未満では、AlNの形成が不十分となるので、好ましくない。N量は、好ましくは0.006%以上、より好ましくは0.007%以上である。
一方、N量が0.012%を超えると、冷間圧延時、鋼板中にブリスター(空孔)が生成する懸念があるので、好ましくない。N量は、好ましくは0.010%以下、より好ましくは0.009%以下である。
Seq=S+0.406・Se:0.015%以下
硫化物生成による鉄損劣化の懸念があるので、0.015%以下とする。後述するが、スラブ成分においては、S及びSeは、Mnと結合して、インヒビターとして機能するMnS及び/又はMnSeを形成する元素である。添加量は、SとSeの原子量比を考慮して、Seq=S+0.406・Seで規定する。
Seqが0.003%未満であると、添加効果が十分に発現しないので、好ましくない。Seqは、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.007%以上である。一方、Seqが0.015%を超えると、MnS及び/又はMnSe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ので、好ましくない。Seqは、好ましくは0.013%以下、より好ましくは0.011%以下である。
B:0.0005~0.0080%
Bは、Nと結合し、MnS又はMnSeと複合析出して、インヒビターとして機能するBNを形成する元素である。
B量が0.0005%未満では、添加効果が十分に発現しないので、好ましくない。B量は、好ましくは0.0010%以上、より好ましくは0.0015%以上である。一方、B量が0.0080%を超えると、BN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ので、好ましくない。B量は、好ましくは0.0060%以下、より好ましくは0.0040%以下である。
母材鋼板において、上記元素を除く残部は、Fe及び不純物である。不純物は、鋼原料から及び/又は製鋼過程で不可避的に混入する元素で、本発明方向性電磁鋼板の特性を阻害しない範囲で含まれる場合には許容される。
また、本発明電磁鋼板は、磁気特性を阻害せず、他の特性を高め得る範囲で、Cr:0.30%以下、Cu:0.40%以下、P:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Sn:0.30%以下、Sb:0.30%以下、及び、Bi:0.01%以下の1種又は2種以上を含有してもよい。
次に、本発明電磁鋼板において特徴とするB化合物について説明する。
<B化合物の形態>
B化合物について、種類は限定されないが、形態は、平均長軸長さを1μm以上20μm以下とする。
長軸長さが1μm未満であると、析出頻度が高くなり、ヒステリシス損が増大するため、好ましくない。平均長軸長さは好ましくは4μm以上、より好ましくは8μm以上である。
一方、B化合物の形態は、析出頻度を低くする点で、粗大な形態が好ましいが、長軸長さが20μm以上のB化合物を析出させるには、純化焼鈍における降温速度を著しく遅くする必要があり、工業生産上困難であるため好ましくない。そのため、B化合物の平均長軸長さは20μm以下とする。平均長軸長さは、好ましくは17μm以下、より好ましくは10μm以下である。
<B化合物の個数密度>
B化合物の個数密度は1×10~1×10個/mmとする。個数密度が1×10個/mmを超えると、B化合物が小さくなり、長軸長さ1μm未満のB化合物の析出頻度が高くなり、鉄損が増大するので、好ましくない。個数密度は、好ましくは0.5×10個/mm以下、より好ましくは1×10個/mm以下である。
また、B化合物の個数密度が1×10個/mm未満であると、Bが著しく不均一に析出しており、二次再結晶を制御するインヒビターとして機能しないため好ましくない。B化合物の個数密度は、好ましくは1×10個/mm以上、より好ましくは1×10個/mm以上である。
B化合物の個数密度の定量的な評価は、例えば、板厚中心部まで研磨した鋼板において、試料Z面(圧延方向に垂直な面)に、EPMAによるBマッピングを実施して行う。他には、試料の断面を研磨し、EPMAでBマッピングを実施して行う方法が挙げられる。
<B化合物:FeB又はFeB>
B化合物は、FeB又はFeBが好ましい。B化合物は、インヒビターとして機能したBNが、純化焼鈍で分解し、降温中に再析出した化合物である。
高温で固溶したNが大気中へ放出されず、鋼板内部に過飽和状態で存在すると、純化焼鈍における降温中、固溶Bが固溶Nと結合し、BNが、微細かつ高頻度に再析出して、ヒステリシス損を増大させる。純化焼鈍において、焼鈍温度が高温で、固溶Nが系外に放出されると、FeB又はFeBが、粗大かつ低頻度で析出し、鉄損への悪影響が減少する。
FeB及び/又はFeBの同定は、EPMAによる分析の他、透過電子顕微鏡による電子線回折を用いて行うことができる。FeB及び/又はFeBは、結晶系が正方晶系であり、562.1pm>a=b>459.9pm、467.4pm>c>382.4pmであることを特徴とする。
<GDSによるBの存在位置>
鋼板の深さ方向におけるBの分布において、母材鋼板表層部のB濃度(強度)が母材鋼板中心部のB濃度(強度)よりも高いことは、母材鋼板表層部に、微細なBNが存在することを表す。そのような場合には、鉄損が増大するため好ましくない。
図1は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板の層構成を示す模式図である。図1に示すように、本実施形態に係る方向性電磁鋼板100は、母材鋼板10とグラス被膜20と絶縁被膜30とを備える。また、母材鋼板10の板厚中心Cよりも表面(グラス被膜20と母材鋼板10との界面)側の領域を2つに分け、より表面側を表層領域12とし、より板厚中心C側を中心領域14と呼称する。
絶縁被膜及びグラス被膜を除去した鋼板をグロー放電発光分析(GDS)で測定したBの発光強度Iが、中心領域14まで到達するスパッタ時間をt(center)とし、表層領域12まで到達するスパッタ時間をt(surface)としたとき、IB_t(center)とIB_t(surface)とが下記式(4)を満たすことが好ましい。
B_t(center)>IB_t(surface) ・・・(4)
B_t(center) :t(center)におけるBの発光強度
B_t(surface):t(surface)におけるBの発光強度
なお、上述の測定を行う際には、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液で絶縁被膜30を除去し、グラス被膜20は塩酸、硝酸、硫酸等を用いて除去する。
また、上述のt(surface)はグラス被膜直下の位置を意味し、t(center)はグラス被膜直下から板厚センターまでの位置と定義する。
図2は、本実施形態におけるGDSの測定結果を示す一例である。具体的には、t(surface)は測定開始から300秒~400秒とし、t(center)は、400秒以上の位置に相当する時間と定義する。
また、IB_t(surface)は、測定開始から300~400秒のBの発光強度の平均値とする。IB_t(center)は、測定開始から400~900秒(測定終了まで)のBの発光強度の平均値とする。しかしながら、t(surface)、t(center)の時間はグラス被膜厚さやGDS測定条件で任意に変更することができるので、一例である。
B_t(center)≦IB_t(surface)であると、母材鋼板表層部のB濃度(強度)が、母材鋼板中心部のB濃度(強度)以上となり、母材鋼板表層部に微細なBNが存在して、鉄損が増大するため好ましくない。
<グラス被膜>
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、母材鋼板上に接してグラス被膜が形成されている。グラス被膜は、フォルステライト(MgSiO)等の複合酸化物を含んでいる。グラス被膜は、後述する仕上焼鈍処理において、シリカを主成分として含有する酸化物層が、マグネシアを主成分として含有する焼鈍分離剤と反応することで形成される。
<絶縁被膜>
本実施形態に係る方向性電磁鋼板では、グラス被膜上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜が形成される。
次に、本発明珪素鋼から本発明電磁鋼板を製造する製造方法について説明する。
<珪素鋼スラブ成分>
本発明電磁鋼板の珪素鋼スラブ成分として、質量%で、C:0.085%以下、Si:0.80~7.00%、Mn:0.05~1.00%、酸可溶性Al:0.010~0.065%、N:0.004~0.012%、Seq=S+0.406・Se:0.003~0.015%、B:0.0005~0.0080%を含有する。
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、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で除去する元素である。0.085%を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、生産性が低下するので、C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0%を含むが、Cを0.0001%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、0.0001%が実質的な下限である。なお、方向性電磁鋼板においては、脱炭焼鈍で、通常、0.001%程度以下に低減する。
Si:0.80~7.00%
Siは、鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損特性を改善する元素である。0.80%未満では、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の結晶方位が損なわれるので、Siは0.80%以上とする。好ましくは1.50%以上、より好ましくは2.50%以上である。
一方、7.00%を超えると、加工性が低下し、圧延時に割れが発生するので、Siは7.00%以下とする。好ましくは5.50%以下、より好ましくは4.50%以下である。
Mn:0.05~1.00%
Mnは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、S及び/又はSe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。0.05%未満では、添加効果が十分に発現しないので、Mnは0.05%以上とする。好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.09%以上である。
一方、1.00%を超えると、MnSの析出分散が不均一になり、所望の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Mnは1.00%以下とする。好ましくは0.80%以下、より好ましくは0.06%以下である。
酸可溶性Al:0.010~0.065%
酸可溶性Alは、Nと結合して、インヒビターとして機能する(Al、Si)Nを生成する元素である。0.010%未満では、添加効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、酸可溶性Alは0.010%以上とする。好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上である。
一方、0.065%を超えると、(Al、Si)Nの析出分散が不均一になり、所望の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、酸可溶性Alは0.065%以下とする。好ましくは0.050%以下、より好ましくは0.040%以下である。
N:0.004~0.012%
Nは、Alと結合して、インヒビターとして機能するAlNを形成する元素であるが、一方で、冷間圧延時、鋼板中にブリスター(空孔)を形成する元素でもある。0.004%未満では、AlNの形成が不十分となるので、Nは0.004%以上とする。好ましくは0.006%以上、より好ましくは0.007%以上である。
一方、0.012%を超えると、冷間圧延時、鋼板中にブリスター(空孔)が生成する懸念があるので、Nは0.012%以下とする。好ましくは0.010%以下、より好ましくは0.009%以下である。
Seq=S+0.406・Se:0.003~0.015%
S及びSeは、Mnと結合して、インヒビターとして機能するMnS及び/又はMnSeを形成する元素である。添加量は、SとSeの原子量比を考慮して、Seq=S+0.406・Seで規定する。
Seqが0.003%未満であると、添加効果が十分に発現しないので、Seqは0.003%以上とする。好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.007%以上である。一方、Seqが0.015%を超えると、MnS及び/又はMnSe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ので、Seqは0.015%以下とする。好ましくは0.013%以下、より好ましくは0.011%以下である。
B:0.0005~0.0080%
Bは、Nと結合し、MnSと複合析出して、インヒビターとして機能するBNを形成する元素である。
0.0005%未満では、添加効果が十分に発現しないので、Bは0.0005%以上とする。好ましくは0.0010%以上、より好ましくは0.0015%以上である。一方、0.0080%を超えると、BNの析出分散が不均一になり、所望の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Bは0.0080%以下とする。好ましくは0.0060%以下、より好ましくは0.0040%以下である。
珪素鋼スラブにおいて、上記元素を除く残部は、Fe及び不可避的不純物である。不可避的不純物は、鋼原料から及び/又は製鋼過程で不可避的に混入する元素で、本発明電磁鋼板の特性を阻害しない範囲で許容される元素である。
また、珪素鋼スラブは、本発明電磁鋼板の磁気特性を阻害せず、他の特性を高め得る範囲で、Cr:0.30%以下、Cu:0.40%以下、P:0.50%以下、Ni:1.00%以下、Sn:0.30%以下、Sb:0.30%以下、及び、Bi:0.01%以下の1種又は2種以上を含有してもよい。
<珪素鋼スラブ>
転炉又は電気炉等で溶製し、必要に応じ、真空脱ガス処理を施した、所定の成分組成を有する溶鋼を、連続鋳造又は造塊後分塊圧延して本発明珪素鋼のスラブ(珪素鋼スラブ)を得る。珪素鋼スラブは、通常、150~350mm、好ましくは220~280mmの厚さの鋳片であるが、30~70mmの薄スラブでもよい。薄スラブの場合、熱延板を製造する際、中間厚みに粗加工を行う必要がないという利点がある。
<珪素鋼スラブの加熱温度>
鋼スラブを1250℃以下に加熱して、熱間圧延に供する。加熱温度が1250℃を超えると、溶融スケール量が増大するとともに、MnS及び/又はMnSeが完全に固溶し、その後の工程で微細に析出して、所望の一次再結晶粒径を得るための脱炭焼鈍温度を900℃以上にする必要があるので、好ましくない。加熱温度は、より好ましくは1200℃以下である。
加熱温度の下限は、特に限定されないが、珪素鋼スラブの加工性を確保する点で、加熱温度は1100℃以上が好ましい。
<熱間圧延、熱延板焼鈍>
1250℃以下に加熱した珪素鋼スラブを熱間圧延に供して熱延板とする。熱延板を1000~1150℃(一段目温度)に加熱して再結晶させた後、続いて、一段目温度より低い850~1100℃(二段目温度)に加熱して焼鈍し、熱間圧延時に生じた不均一組織を均一化する。熱延板焼鈍は、熱延板を最終冷間圧延に供する前に熱間圧延での履歴を均一化するため、1回以上行うことが好ましい。
熱延板焼鈍において、一段目温度は、その後の工程でのインヒビターの析出に大きく影響する。一段目温度が1150℃を超えると、その後の工程でインヒビターが微細に析出し、所望の一次再結晶粒径を得るための脱炭焼鈍温度を900℃以上にする必要があるので、好ましくない。一段目温度は、より好ましくは1120℃である。
一方、一段目温度が1000℃未満であると、再結晶が不十分となり、熱延板組織の均一化が達成されないので、好ましくない。一段目温度は、より好ましくは1030℃以上である。
二段目温度が1100℃を超えると、一段目温度の場合と同様に、その後の工程でインヒビターが微細に析出するので、好ましくない。二段目温度は、より好ましくは1070℃以下である。一方、二段目温度が850℃未満であると、γ相が生成せず、熱延板組織の均一化が達成されないので、好ましくない。二段目温度は、より好ましくは880℃以上である。
<冷間圧延>
熱延板焼鈍を施した鋼板に、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して、最終板厚の鋼板とする。冷間圧延は、常温で行ってもよいし、常温より高い温度、例えば、200℃程度に鋼板を加熱して温間圧延してもよい。
<脱炭焼鈍>
最終板厚の鋼板に、鋼板中Cの除去と、一次再結晶粒径を所望の粒径に制御することを目的とし、湿潤雰囲気中で、脱炭焼鈍を施し。例えば、770~950℃の温度で、一次再結晶粒径が15μm以上となるような時間、脱炭焼鈍を行うことが好ましい。
脱炭焼鈍温度が770℃未満であると、所望の結晶粒径が得られないので、脱炭焼鈍温度は770℃以上が好ましい。より好ましくは800℃以上である。一方、脱炭焼鈍温度が950℃を超えると、結晶粒径が所望の結晶粒径を超えてしまうので、好ましくない。脱炭焼鈍温度は、より好ましくは920℃以下である。
<窒化処理>
脱炭焼鈍を施した鋼板、仕上げ焼鈍を施す前に、鋼板のN量が40~1000ppmとなるように、窒化処理を施す。窒化処理後の鋼板のN量が40ppm未満であると、AlNが十分に析出せず、AlNがインヒビターとして機能しないので、好ましくない。窒化処理後の鋼板のN量は、より好ましくは80ppm以上である。
一方、鋼板のN量が1000ppmを超えると、次の仕上げ焼鈍において、二次再結晶完了後も過剰にAlNが存在し、鉄損が増大するので、好ましくない。鋼板のN量は、より好ましくは970ppm以下である。
<焼鈍分離剤の塗布>
続いて、窒化処理を施した鋼板に焼鈍分離剤を塗布して、仕上げ焼鈍に供する。焼鈍分離剤は、通常の焼鈍分離剤を用いる。
<仕上げ焼鈍>
[二次再結晶焼鈍]
仕上げ焼鈍のうち、二次再結晶焼鈍では、BNによりインヒビターが強化されているので、1000~1100℃の温度域の加熱速度は15℃/時間以下が好ましい。より好ましくは10℃/時間以下である。加熱速度の制御に替えて、鋼板を1000~1100℃の温度域に10時間以上保持してもよい。
<純化焼鈍>
二次再結晶焼鈍を施した鋼板に、二次再結晶焼鈍に引き続いて、純化焼鈍を施す。二次再結晶完了後の鋼板に純化焼鈍を施すと、インヒビターとして利用した析出物が無害化されて、最終磁気特性におけるヒステリシス損が低減するため、好ましい。純化焼鈍の雰囲気は、特に限定されないが、例えば、水素雰囲気が挙げられる。また、純化焼鈍は、約1200℃の温度下で10~30時間保定して行う。純化焼鈍の温度は制限しないが、生産性の観点から、1180℃から1220℃が好ましい。1180℃以下では元素の拡散に要する時間がかかってしまい、長時間の焼鈍が必要となるため好ましくない。また、1220℃以上では焼鈍炉の保全(耐久性)が困難となるため好ましくない。
[冷却条件]
純化焼鈍後に所定の冷却条件(降温速度)で鋼板を冷却する。
B化合物の長軸長さを所望の範囲に制御するため、1200~1000℃の温度域の降温速度は50℃/時間未満とする。さらに、1000~600℃の温度域の降温速度は30℃/時間未満とする。
このような降温速度とする理由は、以下のとおりである。
BNは、高温域で固溶Bと固溶Nとなり、降温中に固溶できないNは大気中に放出される。一方、降温中に固溶できないBは系外に放出されず、グラス被膜中又は母材鋼板内部に、B化合物、例えば、BN、FeB、FeBとして析出する。母材鋼板内部に、固溶Nが十分に存在しない場合には、BNは析出せず、FeB又はFeBが析出する。
高温域からの降温中、降温速度が適切であれば、固溶Nは系外に放出され、母材鋼板内部にFeB又はFeBが析出し、さらに、析出したFeB又はFeBが、オストワルド成長して、粗大化する。
降温速度が速いと、固溶Nが大気中に放出されず、母材鋼板内部でBNが微細に析出したり、FeB又はFeBがオストワルド成長せずに、微細に析出する。母材鋼板内部に微細に析出したB化合物は、ヒステリシス損を増大させ、最終製品の鉄損を増大させる。
降温速度が10℃/時間未満であると、生産性への影響が大きいので、降温速度は10℃/時間以上が好ましい。それ故、1200~1000℃の温度域の降温速度は10~50℃/時間が好ましく、1000~600℃の温度域の降温速度は10~30℃/時間が好ましい。
冷却時の雰囲気は、少なくとも1200℃~600℃の温度域はH100%、600℃未満の温度域ではN100%が好ましい。1200℃~600℃の温度域を冷却するときの雰囲気がN100%であると、冷却中に鋼板が窒化し、窒化物生成によるヒステリシス損劣化の原因になるため好ましくない。1200℃~600℃の温度域を冷却するときにHの代わりにArを用いることも可能であるが、コストの観点から好ましくない。
<磁区細分化処理>
仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板に、磁区細分化処理を行ってもよい。磁区細分化処理により、鋼板表面に溝が形成され、磁区幅が小さくなり、その結果鉄損を低減することができるため好ましい。磁区細分化処理の具体的な方法は特に限定されないが、例えば、レーザー照射、電子ビーム照射、エッチング、歯車による溝形成法が挙げられる。
なお、磁区細分化処理を行うのは仕上焼鈍後が好ましいが、仕上焼鈍前に行ってもよく、絶縁被膜形成後に行ってもよい。
<絶縁被膜の形成>
二次再結晶後の鋼板表面、又は、純化焼鈍後の鋼板表面に、絶縁被膜形成液を塗布し、焼き付けて絶縁被膜を形成する。絶縁被膜の種類は、特に限定されず、従来公知の絶縁被膜が適合する。例えば、リン酸塩とコロイダルシリカを含む水系塗布溶液を塗布して形成する絶縁被膜がある。
リン酸塩として、例えば、Ca、Al、Sr等のリン酸塩が好ましいが、中でも、リン酸アルミニウム塩がより好ましい。コロイダルシリカの種類は、特に限定されず、その粒子サイズ(数平均粒径)も、適宜選択できるが、200nmを超えると、処理液中で沈降する場合があるので、コロイダルシリカの粒子サイズ(数平均粒径)は、200nm以下が好ましい。より好ましくは170nmである。
コロイダルシリカの粒子サイズが100nm未満でも、分散に問題はないが、製造コストが上昇するので、経済性の点で、100nm以上が好ましい。より好ましくは150nm以上である。
絶縁被膜は、絶縁被膜形成液を、例えば、ロールコーター等による湿式塗布方法で、鋼板表面に塗布し、空気中、800~900℃で、10~60秒焼き付けて形成する。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係る方向性電磁鋼板及びその製造方法について説明する。なお、第1実施形態に係る方向性電磁鋼板と同様の構成については、詳細な説明を省略する。
第2実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板と、前記母材鋼板上に接して形成され酸化珪素が主体である中間層と、前記中間層上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜と、を備え、
前記母材鋼板は、化学成分として、質量%で、
C:0.085%以下;
Si:0.80~7.00%;
Mn:0.05~1.00%;
Al:0.010~0.065%;
N:0.012%以下;
Seq=S+0.406・Se:0.015%以下
B:0.0005~0.0080%;
を含有し、
残部Fe及び不純物からなり、
前記母材鋼板は、長軸長さが1μm以上20μm以下のB化合物を1×10~1×10個/mmの個数密度で含有する。
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをdとし、グロー放電発光分析(GDS)で前記中間層の表面からBの発光強度を測定したときの前記中間層の前記表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、前記中間層の前記表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とが、下記式(5)を満たしてもよい。
B(d/2)>IB(d/10)・・・・・・・・・・・(5)
第1実施形態の方向性電磁鋼板は母材鋼板と絶縁被膜との間にグラス被膜を備えていたが、第2実施形態の方向性電磁鋼板は母材鋼板と絶縁被膜との間に中間層を備える。
<中間層>
本実施形態に係る方向性電磁鋼板は、母材鋼板上に接して形成され、酸化珪素が主体である中間層を備える。本実施形態において、中間層は母材鋼板と絶縁皮膜とを密着させる機能を有する。
中間層の主体をなす酸化珪素は、SiOα(α=1.0~2.0)が好ましい。α=1.5~2.0であれば、酸化珪素がより安定するので、より好ましい。鋼板表面に酸化珪素を形成する酸化焼鈍を十分に行えば、α≒2.0のSiO2を形成することができる。
<GDSによるBの存在位置>
鋼板の深さ方向におけるBの分布において、母材鋼板表層部のB濃度(強度)が母材鋼板中心部のB濃度(強度)よりも高いと、母材鋼板表層部に、微細なBNが存在することになり、鉄損が増大するため好ましくない。
それ故、母材鋼板と中間層との合計厚さをd、グロー放電発光分析(GDS)で中間層の表面からBの発光強度を測定したときの中間層の表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、中間層の表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とが、下記式(6)を満たすことが好ましい。
B(d/2)>IB(d/10) ・・・(6)
母材鋼板と中間層との合計厚さdは、次のようにして測定する。まず、後述する製造方法により製造された方向性電磁鋼板に対して、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液で絶縁被膜を除去する。これにより母材鋼板上に中間層のみが形成された状態となるが、この状態での母材鋼板と中間層との合計厚さdを、マイクロメータや板厚さ計で測定する。
<製造方法>
第1実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、窒化処理を施した鋼板にマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、仕上げ焼鈍に供することにより、母材鋼板表面にはフォルステライトからなるグラス被膜が形成されていた。一方、第2実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、上述の方法で形成されたグラス被膜を酸洗、研削等の手段で除去する。除去後、好ましくは、鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑に仕上げる。
あるいは、焼鈍分離剤としてマグネシアの代わりにアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を用いることができ、これを塗布して乾燥し、乾燥後、コイル状に巻き取って、仕上げ焼鈍(二次再結晶)に供してもよい。仕上げ焼鈍により、フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜の生成を抑制して方向性電磁鋼板を作製することができる。作製後、好ましくは、鋼板表面を化学研磨又は電界研磨で平滑に仕上げる。
<中間層形成熱処理>
第2実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法では、上述の方法で仕上げ焼鈍を行った後に、中間層形成熱処理を行う。
フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜を除去した方向性電磁鋼板、又は、フォルステライト等の無機鉱物質の皮膜の生成を抑制した方向性電磁鋼板に焼鈍を施して、母材鋼板表面に酸化珪素を主体とする中間層を形成する。
焼鈍雰囲気は、鋼板の内部が酸化しないように、還元性の雰囲気が好ましく、特に、水素を混合した窒素雰囲気が好ましい。例えば、水素:窒素が75%:25%で、露点が-20~0℃の雰囲気が好ましい。
第2実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、上述以外の点については第1実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法と同様である。磁区細分化処理についても、第1実施形態と同様であり、磁区細分化処理を仕上焼鈍前に行ってもよく、仕上焼鈍後に行ってもよく、絶縁被膜形成後に行ってもよい。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。
(実施例1)
表1-1に示す成分組成の鋼スラブを、1150℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に、1100℃で焼鈍し、引続き900℃で焼鈍する熱延板焼鈍を施した後、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0.22mmの冷延鋼板とした。
Figure 0007010305000001
最終板厚0.22mmの冷延鋼板に、湿潤雰囲気中で、860℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、窒化処理(鋼板の窒素量を増加する焼鈍)を施し、マグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、1200℃に20時間、水素ガス雰囲気中で保定した。保定後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。なお、冷却は1200℃~600℃の温度域をH100%雰囲気下、それ以下の温度域をN100%雰囲気下で行った。
焼鈍後、鋼板から余剰のマグネシアを除去し、生成したフォルステライト被膜(グラス被膜)上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする絶縁被膜を形成し、製品とした。
製品中の母材鋼板に含まれる化学成分を表1-2に記載した。
Figure 0007010305000002
<磁区制御>
磁区制御は、機械的手法やレーザー、電子ビームを照射して行った。一部の鋼板には、エッチングとレーザー照射による溝加工を行い磁区制御を行った。
<B化合物の種類>
析出物は、鋼板のC断面にて観察されるB化合物を含む領域を、FIBにて、平面試料に作製し、透過型電子顕微鏡で得た電子線回折パターンに基づいて同定した。その結果、析出物は、JCPDSカードに記載のFeB又はFeBであることが解かった。
<B化合物の個数密度>
B化合物の個数密度は、鋼板の圧延方向に平行な面の圧延方向2mm×板幅方向2mmの領域において、EPMAで、1μmピッチでB濃度をマッピング分析して求めた。
B化合物の個数密度は、鋼板の圧延方向に平行な面を、EPMAを用いたB濃度マッピング分析により求めた。一例として、圧延方向2mm×板幅方向2mmの領域において1μmピッチで分析して、その個数頻度を算出した。
<B化合物の長軸長さ>
マッピングで得られたB化合物をSEMにて例えば1000倍から5000倍まで倍率を上げ、直接観察を行い、20個以上のB化合物を観察し、個々の長軸長さを求め、平均長軸長さとした。
<GDS(IB_t(center)/IB_t(surface))>
GDSの測定を行う際には、水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液で絶縁被膜を除去し、グラス被膜は塩酸、硝酸、硫酸等を用いて除去する。鋼板をグロー放電発光分析(GDS)に供した。測定したBの発光強度Iが、中心領域に到達するまでのスパッタ時間をt(center)とし、表層領域に到達するまでのスパッタ時間をt(surface)としたとき、時間t(center)におけるBの発光強度IB_t(center)と時間t(surface)におけるBの発光強度IB_t(surface)とを測定した。測定結果から、両者の比であるIB_t(center)/IB_t(surface)を算出した。なお、t(surface)は300~400秒、t(center)は400~900秒とした。
<磁気特性>
<磁束密度B
上述の製法で得られた方向性電磁鋼板に対して、単板磁気測定(SST)により磁束密度B(800A/mで磁化した際の磁束密度)を測定した。
<鉄損W17/50
磁区制御前及び磁区制御後の方向性電磁鋼板から試験片(例えば、100mm×500mmの試験片)を作製し、磁束密度1.7T、周波数50Hzでの励磁条件下で測定された単位重量当たりのエネルギー損失である鉄損W17/50(単位はW/kg)を測定した。
各発明例及び比較例の構造上の特徴及び特性を表2に示す。発明条件を満たす発明例C1~C15では、比較例と比べて磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が得られていた。
Figure 0007010305000003
(実施例2)
実施例1と同じ方法で方向性電磁鋼板(製品)を作製した。次に、製品に対して、機械的手法やレーザー、電子ビームを用いて磁区制御を行った。
なお、D6では、仕上焼鈍前に磁区制御を行った。また、D7では、仕上焼鈍後かつ絶縁被膜形成前に磁区制御を行った。D8では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を5℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。D9では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を5℃/時間で冷却した。D10では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。なお、D6~D9の冷却時の雰囲気はD1~D5と同様の条件を用いたが、D10では1200℃~600℃の温度域を冷却するときはAr100%雰囲気、600℃未満の温度域を冷却するときはN100%雰囲気とした。D6~D10は、上述の点以外はD1~D5と同様の製造方法で製造した。
また、d1では、スラブを1270℃に加熱して熱間圧延を行った。また、d2ではスラブを1300℃に加熱して熱間圧延を行った。d3では、焼鈍分離剤を塗布して、1200℃で3時間、水素ガス雰囲気中で焼鈍を行った。d4では、焼鈍分離剤を塗布して、1200℃で5時間、水素ガス雰囲気中で焼鈍を行った。d5では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を60℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。d6では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を40℃/時間で冷却した。
d1~d6は、上述の点以外はD1~D5と同様の製造方法で製造した。
各発明例及び比較例の構造上の特徴及び特性を表3に示す。なお、t(surface)は300~400秒、t(center)は400~900秒とした。
Figure 0007010305000004
中心領域のBの発光強度IB_t(center)と表層領域のBのIB_t(surface)が上記式(1)を満たす発明例D1~D10では、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が得られていることが分かる。一方、いずれかの製造条件が本発明の範囲外であるd1~d6では、磁気特性が劣っていた。
(実施例3)
表4-1に示す成分組成の鋼スラブを、1150℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に、1100℃で焼鈍し、引続き900℃で焼鈍する熱延板焼鈍を施した後、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0.22mmの冷延鋼板とした。
Figure 0007010305000005
最終板厚0.22mmの冷延鋼板に、湿潤雰囲気中で、860℃で均熱処理を施す脱炭焼鈍を施し、その後、窒化処理(鋼板の窒素量を増加する焼鈍)を施し、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布して、1200℃に20時間、水素ガス雰囲気中で保定した。保定後、1200~100℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。なお、冷却は1200℃~600℃の温度域をH100%雰囲気下で行い、600℃未満の温度域をN100%雰囲気下で行った。
焼鈍後、鋼板から余剰のアルミナを除去した。その後、上記した条件で中間層形成熱処理を実施した。その後、鋼板上にコロイダルシリカとリン酸塩を主体とする絶縁被膜を形成し、製品とした。
製品中の母材鋼板に含まれる化学成分を表4-2に記載した。
Figure 0007010305000006
<磁区制御>
磁区制御は、機械的手法やレーザー、電子ビームを照射して行った。一部の鋼板には、エッチングとレーザー照射による溝加工を行い磁区制御を行った。
各発明例及び比較例のB化合物の長軸長さ、個数密度及び種類は、実施例1及び2と同様の方法で測定した。また、各発明例及び比較例の磁気特性も、実施例1及び2と同様の方法で測定した。
<GDS(IB(d/2)/IB(d/10))>
母材鋼板と中間層との合計厚さをdとし、グロー放電発光分析(GDS)で中間層の表面からBの発光強度を測定したときの中間層の表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、中間層の表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とを測定した。測定結果から、(IB(d/2)/IB(d/10))を算出した。
母材鋼板と中間層との合計厚さdは、マイクロメータや板厚さ計で測定した。
「中間層の表面からd/2の深さ位置」及び「中間層の表面からd/10の深さ位置」を決めるに当たっては、まずArスパッタの安定する1秒から10秒の間を中間層の表面と定義した。そのように定義された中間層の表面から、上述の方法で求めたdに基づいて、「中間層の表面からd/2の深さ位置」及び「中間層の表面からd/10の深さ位置」を決めた。
各発明例及び比較例の構造上の特徴及び特性を表5に示す。発明条件を満たす発明例G1~G15では、比較例と比べて磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が得られていた。
Figure 0007010305000007
(実施例4)
実施例3と同じ方法で方向性電磁鋼板(製品)を作製した。次に、製品に対して、機械的手法やレーザー、電子ビームを用いて磁区制御を行った。
なお、H6では、仕上焼鈍前に磁区制御を行った。また、H7では、仕上焼鈍後かつ絶縁被膜形成前に磁区制御を行った。H8では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を5℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。H9では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を5℃/時間で冷却した。H10では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。なお、H6~H9の冷却時の雰囲気はH1~H5と同様の条件を用いたが、H10では1200℃~600℃の温度域を冷却するときはAr100%雰囲気、600℃未満の温度域を冷却するときはN100%雰囲気とした。H6~H10は、上述の点以外はH1~H5と同様の製造方法で製造した。
また、h1では、スラブを1270℃に加熱して熱間圧延を行った。また、h2ではスラブを1300℃に加熱して熱間圧延を行った。h3では、焼鈍分離剤を塗布して、1200℃で3時間、水素ガス雰囲気中で焼鈍を行った。h4では、焼鈍分離剤を塗布して、1200℃で5時間、水素ガス雰囲気中で焼鈍を行った。h5では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を60℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を20℃/時間で冷却した。h6では、1200℃に20時間保定した後、1200~1000℃の温度域を40℃/時間で冷却し、1000~600℃の温度域を40℃/時間で冷却した。
h1~h6は、上述の点以外はH1~H5と同様の製造方法で製造した。
各発明例及び比較例の構造上の特徴及び特性を表6に示す。
Figure 0007010305000008
H1~H10では、磁気特性に優れた方向性電磁鋼板が得られていた。一方、いずれかの製造条件が本発明の範囲外であるh1~h6では、磁気特性が劣っていた。
前述したように、本発明によれば、Bをインヒビターとして用いる高磁束密度の方向性電磁鋼板(最終製品)において、B化合物の析出形態を適切に制御して、ヒステリシス損が小さい低鉄損の方向性電磁鋼板を工業的に安定して提供することができる。よって、本発明は、電磁鋼板製造産業において利用可能性が高いものである。

Claims (3)

  1. 母材鋼板と;
    前記母材鋼板上に接して形成された下層被膜と;
    前記下層被膜上に接して形成され、燐酸塩とコロイド状シリカとを主体とする絶縁被膜と;
    を備え、
    前記母材鋼板は、化学成分として、質量%で、
    C:0.085%以下;
    Si:0.80~7.00%;
    Mn:0.05~1.00%;
    Al:0.010~0.065%;
    N:0.012%以下;
    Seq=S+0.406・Se:0.015%以下;
    B:0.0005~0.0080%;
    を含有し、
    残部Fe及び不純物からなり、
    前記母材鋼板は、長軸長さが1μm以上20μm以下のB化合物を1×10~1×10個/mmの個数密度で含有し、
    前記B化合物がFe BとFe Bとの少なくとも一方であり、
    前記下層被膜は、フォルステライトが主体であるグラス被膜、又は、酸化珪素が主体である中間層である
    ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
  2. 前記下層被膜が前記グラス被膜であって、
    前記絶縁被膜及び前記グラス被膜を除去してグロー放電発光分析で測定し、前記母材鋼板の板厚中心よりも前記グラス被膜側を、前記グラス被膜側の表層領域と前記表層領域と前記板厚中心との間の中心領域との二つに分け、前記中心領域に到達するまでのスパッタ時間をt(center)とし、前記表層領域に到達するまでのスパッタ時間をt(surface)としたとき、前記t(center)におけるBの発光強度IB_t(center)と、前記t(surface)におけるBの発光強度IB_t(surface)とが、下記式(1)を満たす
    ことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
    B_t(center)>IB_t(surface)・・・・・・・・・・・・・・・・(1)
  3. 前記下層被膜が前記中間層であって、
    前記母材鋼板と前記中間層との合計厚さをdとし、グロー放電発光分析で前記中間層の表面からBの発光強度を測定したときの前記中間層の前記表面からd/2の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/2)と、前記中間層の前記表面からd/10の深さ位置におけるBの発光強度IB(d/10)とが、下記式(2)を満たす
    ことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
    B(d/2)>IB(d/10) ・・・・・・・・・・・・・・(2
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