JP7445651B2 - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[数1]
0.3≦[表面微細結晶粒径]×[微細粒形成厚さ]×([As]/[Bi])≦5.0
[数1]中、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な結晶粒の平均粒径(μm)を意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]は前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記Biの組成(重量%)を意味する。
本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、[数2]を満たすことができる。
[数2]
1≦[As]/[Bi]≦10
[数2]中、[As]は前記スラブ内の前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記スラブ内の前記Biの組成(重量%)を意味する。
前記スラブは、[数2]を満たすことができる。
[数2]
1≦[As]/[Bi]≦10
[数2]中、[As]は前記スラブ内の前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記スラブ内の前記Biの組成(重量%)を意味する。
[数1]
0.3≦[表面微細結晶粒径]×[微細粒形成厚さ]×([As]/[Bi])≦5.0
[数1]中、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な結晶粒の平均粒径(μm)を意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]は前記スラブ内の前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記スラブ内の前記Biの組成(重量%)を意味する。
したがって、本発明の一実施形態による無方向性電磁鋼板は、高速回転に適合する。
本明細書で、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の形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。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ものではない。
本発明の一実施形態で追加元素をさらに含むことの意味は、追加元素の追加量の分、残部である鉄(Fe)を代替して含むことを意味する。
[数1]
0.3≦[表面微細結晶粒径]×[微細粒形成厚さ]×([As]/[Bi])≦5.0
[数1]中、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な結晶粒の平均粒径(μm)を意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]はAsの組成(重量%)、[Bi]はBiの組成(重量%)を意味する。
より具体的には、[数2]を満たすことができる。
[数2]
1≦[As]/[Bi]≦10
[数2]中、[As]はスラブ内のAsの組成(重量%)、[Bi]はスラブ内のBiの組成(重量%)を意味する。
Siは、材料の比抵抗を高めて鉄損を低める役割を果たし、過度に少なく添加される場合、高周波鉄損改善効果が足りないことがある。逆に過度に多く添加される場合、材料の硬度が上昇して冷間圧延性が極度に悪化して生産性および打抜性が劣位になることがある。したがって、前述した範囲でSiを添加することができる。より具体的に、Siを2.7~3.5重量%含むことができる。
Alは、材料の比抵抗を高めて鉄損を低める役割を果たし、過度に少なく添加されると、高周波鉄損低減に効果がなく、窒化物が微細に形成されて磁性を劣化させることがある。逆に過度に多く添加される場合、製鋼と連続鋳造などの全ての工程上に問題を発生させて生産性を大幅に低下させることがある。したがって、前述した範囲でAlを添加することができる。より具体的にAlを0.5~2.0重量%含むことができる。さらに具体的にAlを0.5~1.5重量%含むことができる。
Mnは、材料の比抵抗を高めて鉄損を改善し、硫化物を形成させる役割を果たし、過度に少なく添加されると、MnSが微細に析出されて磁性を劣化させる。逆に過度に多く添加されると、磁性に不利な[111]集合組織の形成を助長して磁束密度が急激に減少することがある。したがって、前述した範囲でMnを添加することができる。より具体的にMnを0.3~4.0重量%含むことができる。さらに具体的にMnを0.4~3.0重量%含むことができる。
Asは、表面層に偏析して結晶粒成長性を調節する役割を果たす。基本的に本発明の一実施形態では従来技術の問題点を解決するために主要添加成分であるSi、AlおよびMnの範囲を最適化するだけでなく、特殊添加元素であるAsおよびBiを一定比率で少量添加する。また後で製造方法の説明で言及する最終焼鈍時の昇温速度まで制御して、表面に微細粒を形成させて磁性が優れた範囲を限定した。この時、Asが過度に少なく添加されると、十分に偏析なれず、結晶粒成長性を助長する役割を果たせないこともある。逆に過度に多く添加されると、鋼板全体の結晶粒成長性を抑制して磁性が劣位になることがある。したがって、前述した範囲でAsを添加することができる。より具体的にAsを0.001~0.02重量%含むことができる。
Biは、Asの表面偏析を助ける添加剤の役割を果たす。過度に少なく添加されると、Asの表面偏析を助けて焼鈍工程で極表面層に結晶粒微細化を促進させる役割を果たすことができる。逆に過度に多く添加されると、微細な析出物の形成を助長して鉄損を劣化させることがある。したがって、前述した範囲でBiを添加することができる。より具体的にBiを0.0007~0.01重量%含むことができる。
Nは、Ti、Nb、Vと結合して窒化物あるいは炭化物を形成する。このような窒化物または炭化物は、その大きさが微細なほど結晶粒成長性を低下させるが、各窒化物または炭化物はその程度および役割が異なるため、これを考慮してその含有量は前述した範囲で添加することができる。
Cは、N、Ti、Nb、Vなどと反応して微細な炭化物を作って結晶粒成長性および磁区移動を妨害する役割を果たし、磁気時効を起こすため、前述した範囲で添加することができる。
Sは、硫化物を形成して結晶粒成長性を劣位にさせるため、前述した範囲で添加することができる。より具体的にC、S、N、Ti、NbおよびVをそれぞれ0.003重量%以下含むことができる。
[As]+[Bi]は、一定量以上存在して極表面層に偏析すればよいため、AsあるいはBiのうちの1種だけ存在すればよく、その合計が過度に多ければ微細な析出物の形成で結晶粒成長性が極めて劣位になることがある。また[As]/[Bi]比を限定する理由は、過度に小さい範囲では極表面偏析が十分に発生せず、結晶粒助長が難しいことがある。逆に過度に大きい範囲ではBiの触媒の役割がないので表面微細結晶粒径をほとんど生成することができないため、その比率を限定することができる。
焼鈍時に形成される表面微細結晶粒径と微細粒形成厚さは、[As]/[Bi]の比率で依存することを発見して数式化した。過度に小さい範囲では微細粒がほとんど形成されない。逆に過度に大きい範囲では、表面微細結晶粒が粗大化されて平均結晶粒とほとんど同一になるため、それ以内の範囲で管理されなければならない。ここで、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な結晶粒の平均粒径(μm)を意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]はAsの組成(重量%)、[Bi]はBiの組成(重量%)を意味する。
熱延板を製造する段階の後、熱延板を熱延板焼鈍する段階をさらに含むことができる。この時、熱延板焼鈍温度は、850~1150℃であり得る。熱延板焼鈍温度が過度に低ければ組織が成長しないか、または微細に成長して磁束密度の上昇効果が少なく、逆に熱延板焼鈍温度が過度に高ければ磁気特性がむしろ劣化し、板形状の変形により圧延作業性が悪くなることがある。より具体的に温度範囲は950~1125℃であり得る。さらに具体的に熱延板の焼鈍温度は900~1100℃であり得る。熱延板焼鈍は、必要に応じて磁性に有利な方位を増加させるために行われるものであり、省略も可能である。
この時の極表面微細粒の結晶粒径の確認は、光学顕微鏡を利用することができ、観察面は圧延垂直方向の断面(TD面)である。
下記表1のように組成され、残部Feおよび不可避な不純物からなるスラブを製造した。スラブの不純物C、S、NおよびTiは全て0.003%に制御した。スラブを1150℃で加熱し、850℃の熱間仕上げ温度で熱間圧延して、板厚さ2.0mmの熱延板を製造した。熱間圧延された熱延板は、1100℃で4分間熱延板焼鈍後、酸洗および冷間圧延して厚さを0.25mmに作り、表2の温度範囲および昇温速度で最終焼鈍を施した。したがって、表2に記載された通り、80~100μmの平均結晶粒径の焼鈍板を製作した。この時の極表面微細粒の結晶粒径の確認は、光学顕微鏡を利用することができ、観察面は圧延垂直方向の断面(TD)である。
Claims (11)
- 重量%で、Si:2.5~3.8%、Al:0.5~2.5%、Mn:0.2~4.5%、As:0.0005~0.02%、Bi:0.0005~0.01%、および残部はFeおよび不可避な不純物からなり、下記[数1]を満たし、
厚さの10%以内の極表面層に平均結晶粒径の25%未満の粒径を有する微細な表面微細結晶粒が存在する、ことを特徴とする無方向性電磁鋼板。
[数1]
0.3≦[表面微細結晶粒径]×[微細粒形成厚さ]×([As]/[Bi])≦5.0
([数1]中、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な表面微細結晶粒の平均粒径(μm)であり、15~20μmを満たすことを意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な表面微細結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]は前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記Biの組成(重量%)を意味する。) - 前記Asと前記Biの合計は、0.0005~0.025%である、ことを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
- 下記[数2]を満たす、ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の無方向性電磁鋼板。
[数2]
1≦[As]/[Bi]≦10
([数2]中、[As]は無方向性電磁鋼板内のAsの組成(重量%)、[Bi]は無方向性電磁鋼板内のBiの組成(重量%)を意味する。) - N:0.0040%以下(0%を除く。)、C:0.0040%以下(0%を除く。)、S:0.0040%以下(0%を除く。)、Ti:0.0040%以下(0%を除く。)、Nb:0.0040%以下(0%を除く。)、V:0.0040%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含む、ことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 比抵抗が45μΩ・cm以上である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 鉄損(W0.5/100000)が10W/kg以下である、ことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板。
- 無方向性電磁鋼板の製造方法であって、
重量%で、Si:2.5~3.8%、Al:0.5~2.5%、Mn:0.2~4.5%、As:0.0005~0.02%、Bi:0.0005~0.01%、および残部はFeおよび不可避な不純物からなるスラブを準備する段階と、
前記スラブを加熱する段階と、
前記加熱された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、
前記冷延板を最終焼鈍して電磁鋼板を製造する段階と、
を含み、
前記冷延板を最終焼鈍する段階で、700℃までの加熱速度を10℃/s以上とし、
前記電磁鋼板の厚さの10%以内の極表面層に平均結晶粒径の25%未満の粒径を有する微細な表面微細結晶粒が存在し、
下記[数1]を満たすことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
[数1]
0.3≦[表面微細結晶粒径]×[微細粒形成厚さ]×([As]/[Bi])≦5.0
([数1]中、[表面微細結晶粒径]は電磁鋼板極表面層の微細な表面微細結晶粒の平均粒径(μm)であり、15~20μmを満たすことを意味し、[微細粒形成厚さ]は微細な表面微細結晶粒が形成される極表面層の厚さ(mm)を意味し、[As]は前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記Biの組成(重量%)を意味する。) - 前記スラブの前記Asと前記Biの合計は、0.0005~0.025%である、ことを特徴とする請求項7に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記スラブは[数2]を満たす、ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
[数2]
1≦[As]/[Bi]≦10
([数2]中、[As]は前記スラブ内の前記Asの組成(重量%)、[Bi]は前記スラブ内の前記Biの組成(重量%)を意味する。) - 前記スラブは、N:0.0040%以下(0%を除く。)、C:0.0040%以下(0%を除く。)、S:0.0040%以下(0%を除く。)、Ti:0.0040%以下(0%を除く。)、Nb:0.0040%以下(0%を除く。)、V:0.0040%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含む、ことを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記熱延板を製造する段階の後、
前記熱延板を熱延板焼鈍する段階をさらに含む、ことを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか一項に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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