JPWO2016171124A1 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2015年4月20日に日本に出願された特願2015−086299号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
このように、方向性電磁鋼板の磁区制御法としてレーザ照射法を採用する場合、方向性電磁鋼板の耐錆性が低下するという問題がある。例えば、錆が発生するとその周辺の皮膜が剥離し、層間電流が著しく流れた場合には鉄損が増大する可能性がある。さらに万が一、錆びによって鋼板が浸食した場合は非磁性部が広がり、最適な磁区細分化条件が保たれないこともあり得る。
なお、鋼板の表面に絶縁皮膜が形成される前に、レーザ照射によって鋼板の表面に溝を形成し、その後に鋼板の表面に絶縁皮膜を形成するという製造プロセスを採用する場合においても、上記の問題は発生する。
(1)本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板は、圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する鋼板を備え、溝延在方向及び前記板厚方向を含む溝長手断面で前記溝を視た場合に、前記溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さRaが、1μm以上3μm以下であり、前記溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さRSmが、10μm以上150μm以下である。この方向性電磁鋼板が絶縁皮膜をさらに備え、前記溝延在方向に直交する溝短手断面で前記溝を視た場合に、前記溝と前記鋼板表面との境界を起点として、前記溝短手断面にて前記板厚方向と直交し且つ前記溝から遠ざかる方向に10μm以上500μm以下の領域を粒子存在領域と定義したとき、前記粒子存在領域における前記絶縁皮膜は、円相当径が0.1μm以上2μm以下である鉄含有粒子を含み、前記粒子存在領域の面積に対する前記鉄含有粒子の面積の割合が0.1%以上30%未満であり、前記鉄含有粒子の化学成分が、80〜100質量%のFeと、0〜10質量%のSiと、0〜10質量%のMgとを含む。
ただ、下限値に「超」と示す数値限定範囲には下限値が含まれず、上限値に「未満」と示す数値限定範囲には上限値が含まれない。
図1は、本実施形態に係る方向性電磁鋼板1の平面図である。図2は、図1のA−A線における矢視断面図である。図3は、図1のB−B線における矢視断面図である。なお、図1〜図3において、方向性電磁鋼板1の圧延方向をX、方向性電磁鋼板1の板幅方向(同一平面内で圧延方向に直交する方向)をY、方向性電磁鋼板1の板厚方向(XY平面に直交する方向)をZと定義する。
また、電磁鋼板では二次再結晶時に純化焼鈍を経ることが一般的である。純化焼鈍においてはインヒビター形成元素の系外への排出が起きる。特にN、Sについては濃度の低下が顕著で、50ppm以下になる。通常の純化焼鈍条件であれば、9ppm以下、さらには6ppm以下、純化焼鈍を十分に行えば、一般的な分析では検出できない程度(1ppm以下)にまで達する。
(A)溝5の溝底領域の表面粗さを示す表面粗さパラメータ(Ra、RSm)の値が所定範囲内である。
(B)絶縁皮膜4が鉄含有粒子を含んでいることが好ましい。
(C)グラス皮膜3及び絶縁皮膜4には、溝5に隣接する位置にMg濃化領域が溝延在方向に沿って存在することが好ましい。
(D)鋼板2では溝5に接する結晶粒の粒径が5μm以上であることが好ましい。
以下、上記構成A、B、C、及びDのそれぞれについて詳細に説明する。
本実施形態では、図2に示すように、溝延在方向(本実施形態では板幅方向Yに平行な方向)及び板厚方向Zを含む断面(溝長手断面)で溝5を視た場合に、溝5の溝底領域5aの輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さRaが、1μm以上3μm以下であり、好適には1.2μm以上2.5μm以下、更に好適には1.3μm以上2.3μm以下であり、上記溝底領域5aの輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さRSmが、10μm以上150μm以下であり、好適には40μm以上145μm以下、更に好適には60μm以上140μm以下である。
なお、鋼板表面2aと溝5の輪郭(うねり曲線LWC1)との間の距離を測定するためには、Z方向における鋼板表面2aの位置(高さ)を予め測定しておく必要がある。例えば、観察範囲50内の鋼板表面2aにおける複数箇所のそれぞれについて、レーザ式表面粗さ測定器を用いてZ方向の位置(高さ)を測定し、それらの測定結果の平均値を鋼板表面2aの高さとして利用してもよい。
なお、磁区細分化の効果を好ましく得るためには、本実施形態における溝5の溝幅Wが10μm〜250μmであることが好ましい。この溝幅Wは、溝延在方向に直交する溝短手断面での溝5のうねり曲線上で、鋼板表面2aから板厚方向Zに溝5の表面に向かう深さが、溝5の溝深さDに対し0.05×Dとなる2つの点を結ぶ線分の長さ(溝開口部)として求めればよい(図9参照)。
図3に示すように、本実施形態では、溝延在方向に直交する溝短手断面で溝5を視た場合に、溝5と鋼板表面2aとの境界Gを起点として、溝短手断面にて板厚方向Zと直交し且つ溝5から遠ざかる方向に10μm以上500μm以下の長さで延在する領域を粒子存在領域W1と定義する。
fi ≧ 0.05×D …(2)
(ただし、iは、1〜pの整数)
本実施形態では、グラス皮膜3及び絶縁皮膜4のうち、グラス皮膜3及び絶縁皮膜4に含まれる質量分率での平均Mg含有量と比較して、Mg含有量が平均で1.3倍以上を満足する領域をMg濃化領域W2と定義する。図3に示すように、本実施形態では、溝延在方向に直交する溝短手断面で溝5を視た場合に、上記のMg濃化領域W2が、溝5と鋼板表面2aとの境界Gを起点として、溝短手断面にて板厚方向Zと直交し且つ溝5から遠ざかる方向に0.1μm以上10μm以下の領域に含まれている。
本実施形態では、鋼板2において、溝5に接する結晶粒の粒径が平均で5μm以上であることが好ましい。溝5の周辺に、溝5の形成に由来する溶融凝固領域が存在する場合、溝5に接する結晶粒の粒径は微細となる。この場合、最終的に結晶方位が{110}<001>方位から逸脱する可能性が高くなり、好ましい磁気特性が得られない可能性が高くなる。従って、溝5の周辺には、溶融凝固領域が存在しないことが好ましい。溝5の周辺に溶融凝固領域が存在しない場合には、溝5に接する結晶粒(二次再結晶粒)の粒径が平均で5μm以上となる。また、溝5に接する結晶粒の粒径の上限は特に限定されないが、この上限を100×103μm以下としてもよい。なお、結晶粒の粒径は、円相当径を意味する。結晶粒の粒径は、例えばASTM E112などの一般的な結晶粒径測定法によって求めればよく、またはEBSD(Electron Back Scattering Diffraction Pattern)法によって求めてもよい。また、溝5に接する結晶粒は、上記の溝短手断面または板厚方向Zに垂直な断面にて観察すればよい。
上記の溶融凝固領域を有さない溝5は、例えば、後述の製造方法によって得ることが可能である。
図11は、方向性電磁鋼板1の製造プロセスを示すフローチャートである。図11に示すように、最初の鋳造工程S01では、質量分率で、Si:0.8%〜7%、C:0%超〜0.085%、酸可溶性Al:0%〜0.065%、N:0%〜0.012%、Mn:0%〜1%、Cr:0%〜0.3%、Cu:0%〜0.4%、P:0%〜0.5%、Sn:0%〜0.3%、Sb:0%〜0.3%、Ni:0%〜1%、S:0%〜0.015%、Se:0%〜0.015%、を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学成分を有する溶鋼が連続鋳造機に供給されて、スラブが連続的に製出される。
さらに、鋼板2の通板雰囲気に存在する、0.5μm以上の径を有する粒子の数量が、1CF(キュービックフィート)当たり10個以上10000個未満となるように雰囲気制御を行うことが好ましい。
まず、下記条件1及び条件2を満足する方向性電磁鋼板の耐錆性を検証した。
(条件1)
溝長手断面で溝を視た場合に、溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さRaが、1μm以上3μm以下である。
(条件2)
溝長手断面で溝を視た場合に、溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さRSmが、10μm以上150μm以下である。
質量分率で、Si:3.0%、C:0.08%、酸可溶性Al:0.05%、N:0.01%、Mn:0.12%、Cr:0.05%、Cu:0.04%、P:0.01%、Sn:0.02%、Sb:0.01%、Ni:0.005%、S:0.007%、Se:0.001%、を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学成分を有するスラブに対して熱間圧延が実施され、厚さ2.3mmの熱延鋼板が得られた。
続いて、表2に示すように、公知の製造方法を用いて、実施例9として、上記条件1及び条件2を満足し、且つグラス皮膜を備えない方向性電磁鋼板を用意した。また、比較例5〜7として、上記条件1及び条件2の少なくとも一方を満足せず、且つグラス皮膜を備えない方向性電磁鋼板を用意した。鋼板の化学組成は、上記検証1と同じである。上記検証1と同様に、上記条件1及び条件2を満たすために、レーザ走査方向に対するアシストガス噴射角(第1角度θ1)と、鋼板表面に対するアシストガス噴射角(第2角度θ2)と、アシストガス25の流量と、通板雰囲気中の粒子量とを上記実施形態で説明した範囲内で調整した。
参考までに、耐錆性の試験後に磁気特性(鉄損W17/50)を測定した結果、耐錆性が“良”であった実施例9の鉄損は、0.832W/kgであった。耐錆性が“不良”であった比較例5の鉄損は、0.925W/kgであった。同じく耐錆性が“不良”であった比較例6の鉄損は、0.736W/kgであった。なお、実施例9及び比較例5〜7ともに、溝深さDが5μm以上40μm以下、溝幅Wが10μm以上250μm以下であった。
続いて、上記条件1及び2に加えて、以下の条件3及び条件4を満足する方向性電磁鋼板の耐錆性を検証した。
(条件3)
グラス皮膜および絶縁皮膜に含まれる質量分率での平均Mg含有量と比較して、Mg含有量が平均で1.3倍以上を満足するグラス皮膜および絶縁皮膜中の領域をMg濃化領域と定義したとき、溝短手断面で溝を視た場合に、上記Mg濃化領域が、溝と鋼板表面との境界を起点として、溝短手断面にて板厚方向と直交し且つ溝から遠ざかる方向に0.1μm以上10μm以下の領域に含まれる。
(条件4)
板厚方向から溝を視た場合(溝を平面視した場合)に、溝延在方向に沿って互いに隣り合うMg濃化領域の間の距離dwが、0超100μm以下である。
参考までに、耐錆性の試験後に磁気特性(鉄損W17/50)を測定した結果、耐錆性が“優良”であった実施例10の鉄損は、0.836W/kgであった。また、耐錆性が“良”であった実施例19の鉄損は、0.701W/kgであった。なお、実施例10〜21において、溝深さDが5μm以上40μm以下、溝幅Wが10μm以上250μm以下であった。
続いて、上記条件1及び2に加えて、以下の条件5及び条件6を満足する方向性電磁鋼板の耐錆性を検証した。
(条件5)
溝短手断面で溝を視た場合に、溝と鋼板表面との境界を起点として、溝短手断面にて板厚方向と直交し且つ溝から遠ざかる方向に10μm以上500μm以下の長さで延在する領域を粒子存在領域と定義したとき、粒子存在領域における絶縁皮膜が鉄含有粒子を含む。
(条件6)
粒子存在領域における絶縁皮膜に含まれる鉄含有粒子の円相当径が、0.1μm以上2μm以下であり、粒子存在領域の面積に対する鉄含有粒子の面積の割合が0.1%以上30%未満である。
なお、実施例22〜34に対応する方向性電磁鋼板において、溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さRaが1.9μm、溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さRSmが42μmであった。
参考までに、耐錆性の試験後に磁気特性(鉄損W17/50)を測定した結果、耐錆性が“優良”であった実施例22の鉄損は、0.823W/kgであった。また、耐錆性が“良”であった実施例31の鉄損は、0.718W/kgであった。なお、実施例22〜34において、溝深さDが5μm以上40μm以下、溝幅Wが10μm以上250μm以下であった。
続いて、上記条件1、2、3、及び4に加えて、条件5及び条件6を満足する方向性電磁鋼板の耐錆性を検証した。
2 鋼板
2a 鋼板表面
2b 鋼板領域
3 グラス皮膜
4 絶縁皮膜
5 溝
5a 溝底領域
5b 溝領域
6 鉄含有粒子
BL 溝基準線
LWC 溝長手うねり曲線
SWC 溝短手うねり曲線
RC 粗さ曲線
W1 粒子存在領域
W2 Mg濃化領域
W 溝幅
X 圧延方向
Y 板幅方向
Z 板厚方向
Claims (4)
- 圧延方向と交差する方向に延在し且つ溝深さ方向が板厚方向となる溝が形成された鋼板表面を有する鋼板を備える方向性電磁鋼板において、
溝延在方向及び前記板厚方向を含む溝長手断面で前記溝を視た場合に、
前記溝の溝底領域の輪郭を成す粗さ曲線の算術平均高さRaが、1μm以上3μm以下であり、
前記溝底領域の前記輪郭を成す粗さ曲線要素の平均長さRSmが、10μm以上150μm以下であり、
前記方向性電磁鋼板が絶縁皮膜をさらに備え、
前記溝延在方向に直交する溝短手断面で前記溝を視た場合に、
前記溝と前記鋼板表面との境界を起点として、前記溝短手断面にて前記板厚方向と直交し且つ前記溝から遠ざかる方向に10μm以上500μm以下の領域を粒子存在領域と定義したとき、
前記粒子存在領域における前記絶縁皮膜は、円相当径が0.1μm以上2μm以下である鉄含有粒子を含み、
前記粒子存在領域の面積に対する前記鉄含有粒子の面積の割合が0.1%以上30%未満であり、
前記鉄含有粒子の化学成分が、80〜100質量%のFeと、0〜10質量%のSiと、0〜10質量%のMgとを含む
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 前記方向性電磁鋼板が前記鋼板と前記絶縁皮膜との間にグラス皮膜をさらに備え、
前記グラス皮膜及び前記絶縁皮膜に含まれる質量分率での平均Mg含有量と比較して、Mg含有量が平均で1.3倍以上を満足する前記グラス皮膜及び前記絶縁皮膜中の領域をMg濃化領域と定義したとき、
前記溝延在方向に直交する溝短手断面で前記溝を視た場合に、
前記Mg濃化領域が、前記溝と前記鋼板表面との境界を起点として、前記溝短手断面にて前記板厚方向と直交し且つ前記溝から遠ざかる方向に0.1μm以上10μm以下の領域に含まれており、かつ、
前記板厚方向から前記溝を視た場合に、
前記Mg濃化領域が前記溝延在方向に沿って連続的に存在する、
または、複数の前記Mg濃化領域が前記溝延在方向に沿って間隔を有して存在し、前記溝延在方向に沿って互いに隣り合う前記Mg濃化領域の間の距離が、0超100μm以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。 - 前記溝上に、平均厚さが0μm以上5μm以下の前記グラス皮膜と、平均厚さが1μm以上5μm以下の前記絶縁皮膜とが形成されており、
前記鋼板上に、平均厚さが0.5μm以上5μm以下の前記グラス皮膜と、平均厚さが1μm以上5μm以下の前記絶縁皮膜とが形成されており、
前記溝上に形成された前記グラス皮膜の前記平均厚さが、前記鋼板上に形成された前記グラス皮膜の前記平均厚さよりも薄い
ことを特徴とする請求項2に記載の方向性電磁鋼板。 - 前記鋼板では前記溝に接する結晶粒の粒径が5μm以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の方向性電磁鋼板。
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