JPWO2018084203A1 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
質量%で、C:0.002%以上0.100%以下、Si:2.00%以上8.00%以下およびMn:0.005%以上1.000%以下を含有し、Al:0.0100%未満、N:0.0050%未満、S:0.0050%未満およびSe:0.0050%未満に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を連続鋳造に供して厚さ25mm以上100mm以下のスラブを形成し、該スラブを加熱してから熱間圧延を施して熱延鋼板とする方向性電磁鋼板の製造方法において、前記スラブを加熱する工程は、温度を1000℃以上1300℃以下かつ時間を10秒以上600秒以下とし、該加熱後30秒以内に前記熱間圧延を開始する。
Description
質量%でC:0.018%、Si:3.21%、Mn:0.080%、Al:0.0032%、N:0.0013%、S:0.0019%およびSe:0.0011%を含んだ溶鋼から厚さ60mmの薄いスラブを連続鋳造法にて製造し、該スラブを熱間圧延工程まで搬送する途中に、当該スラブをトンネル炉に通過させることにより、熱間圧延前のスラブ加熱を行った。上記加熱過程の加熱温度および加熱時間を種々に変化させて上記スラブの加熱を行った。
薄いスラブの特徴として、スラブの組織がほぼ柱状晶であることが挙げられる。これは、厚いスラブの場合と比較して薄いスラブは、鋳込み時の冷却が速く、凝固シェル界面の温度勾配が大きく、板厚中央部から等軸晶が発生しにくいためと考えられる。柱状晶のスラブ組織は、熱間圧延後に、その後の熱処理でも再結晶しにくい熱延加工組織を発生することが知られており、この再結晶しにくい組織の影響により、方向性電磁鋼板の最終製品の磁気特性を劣化させる。すなわち、熱間圧延前の状態で、柱状晶組織がスラブ組織の主体となることが磁性劣化の原因と推定される。
さらに、加熱後から熱間圧延を開始するまでの時間が30秒を超えて長くなると、不純物の析出が起こり、その結果、製品板の磁気特性を劣化させたと考えられる。
1.質量%で、
C:0.002%以上0.100%以下、
Si:2.00%以上8.00%以下および
Mn:0.005%以上1.000%以下を含有し、
Al:0.0100%未満、N:0.0060%未満、S:0.0100%未満およびSe:0.0100%未満に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を連続鋳造に供して厚さ25mm以上100mm以下のスラブを形成し、該スラブを加熱してから熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板に、1回の冷間圧延または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚を有する冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に一次再結晶焼鈍を施し、
該一次再結晶焼鈍後の冷延鋼板に二次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記スラブを加熱する工程は、温度を1000℃以上1300℃以下かつ時間を10秒以上600秒以下とし、該加熱後30秒以内に前記熱間圧延を開始する方向性電磁鋼板の製造方法。
質量%で、S:0.0030%未満およびSe:0.0030%未満である、上記1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
質量%で、
Cr:0.01%以上0.50%以下、
Cu:0.01%以上0.50%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Ni:0.001%以上0.50%以下、
Sb:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.005%以上0.50%以下、
Bi:0.005%以上0.50%以下、
Mo:0.005%以上0.100%以下、
B:0.0002%以上0.0025%以下、
Nb:0.0010%以上0.0100%以下および
V:0.0010%以上0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、上記1から3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
以下、本発明の一実施形態による方向性電磁鋼板およびその製造方法について説明する。まず、鋼の成分組成の限定理由について述べる。なお、本明細書において、各成分元素の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは0.100%を超えて含有すると、脱炭焼鈍後に磁気時効の起こらない0.005%以下に低減することが困難になるため、0.100%以下に限定される。一方、0.002%未満では、Cによる粒界強化効果が失われ、スラブにクラックが生じるなど、操業性に支障がでる欠陥を引き起こす。従って、Cは0.002%以上0.100%以下とする。好ましくは、0.010%以上0.050%以下である。
Siは鋼の比抵抗を高め、鉄損を改善させるために必要な元素である。そのためには、2.00%以上の含有が必要である。一方、8.00%を超えると鋼の加工性が劣化し、圧延が困難となる。従って、Siは2.00%以上8.00%以下とする。好ましくは、2.50%以上4.50%以下である。
Mnは熱間加工性を良好にするために必要な元素である。そのためには、0.005%以上の含有が必要である。一方、1.000%を超えると製品板の磁束密度が低下する。従って、Mnは0.005%以上1.000%以下とする。好ましくは、0.040%以上0.200%以下である。
[スラブの厚さ]
上記成分を有する溶鋼から、連続鋳造法によりスラブを製造する。製造されるスラブの厚さは、コストダウンのため、100mm以下とする。一方、生産性の観点から、スラブの厚さは25mm以上とする。好ましくは、40mm以上80mm以下とする。
溶鋼から製造された上記スラブは、熱間圧延前の加熱過程により加熱される。加熱条件は、加熱温度を1000℃以上1300℃以下、かつ加熱時間を10秒以上600秒以下とすることが、上述の図1および図2の実験結果に示した通り、必須の条件である。
上記加熱過程では、インヒビターを固溶させるための長時間の高温焼鈍を必要としないため、コスト低減の観点からは、加熱温度を1250℃以下かつ加熱時間を300秒以下とすることが好ましい。さらに、磁気特性の観点からは、加熱温度を1110℃以上1200℃以下かつ加熱時間を10秒以上200秒以下とすることが好ましい。また、上記加熱過程は、加熱の少なくとも一部を誘導加熱方式で行うこととしてもよい。誘導加熱方式とは、例えば、スラブに交流磁場を印加して自己発熱により加熱する方式である。
なお、加熱方法は、トンネル炉と呼ばれる、搬送テーブルと加熱炉が一体となった設備を用いて、搬送中に加熱保持されることが好ましい。この方法により、スラブ内の温度変動を抑制することが可能である。
上記加熱後に、熱間圧延を行う。スラブが薄いため、粗圧延を省略して、タンデムミルによる仕上圧延のみ実施することがコストの観点から望ましい。その際、加熱後から熱間圧延を開始するまでの時間を30秒以内に制御することが、優れた磁気特性を得るために必須である。好ましくは20秒以内であり、より好ましくは10秒以内である。
熱間圧延温度は、開始温度を900℃以上、終了温度を700℃以上とすることが、インヒビターを含まない成分系で最終磁性を良好にするため望ましい。ただし、終了温度は高すぎると圧延後の形状が悪くなりやすいため、1000℃以下とすることが望ましい。
熱間圧延して得た熱延鋼板は、必要に応じて熱延板焼鈍が施される。良好な磁性を得るためには、熱延板焼鈍温度は800℃以上1150℃以下が好適である。熱延板焼鈍温度が800℃未満であると熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒の一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。熱延板焼鈍温度が1150℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるため、整粒の一次再結晶組織を実現する上で極めて不利である。望ましくは950℃以上1080℃以下である。焼鈍時間は10秒以上200秒以下が好適である。10秒未満であると、バンド組織が残留しやすく、200秒を超えると、粒界に偏析元素等が偏析してその後の冷間圧延にて割れ等の欠陥が発生しやすくなる懸念が生じる。
熱間圧延後または熱延板焼鈍後に、必要に応じて中間焼鈍を挟む1回以上の冷間圧延を施して最終板厚を有する冷延鋼板とする。中間焼鈍温度は900℃以上1200℃以下が好適である。この温度が900℃未満であると再結晶粒が細かくなり、一次再結晶組織におけるGoss核が減少して磁性が劣化する。一方、1200℃を超えると、熱延板焼鈍と同様に粒径が粗大化しすぎるため、整粒の一次再結晶組織を実現する上で極めて不利である。
また、中間焼鈍温度は、900℃〜1150℃程度とすることがより好ましい。最終冷間圧延では、再結晶集合組織を変化させて磁気特性を向上させるために、冷間圧延の温度を100℃〜300℃に上昇させて行うこと、および冷間圧延途中で100〜300℃の範囲での時効処理を1回または複数回行うことが有効である。
上記冷間圧延後に一次再結晶焼鈍を施す。当該一次再結晶焼鈍は、脱炭焼鈍を兼ねることとしてもよい。焼鈍温度は、800℃以上900℃以下が脱炭性の観点から有効である。雰囲気は、脱炭性の観点から、湿潤雰囲気とすることが望ましい。また、焼鈍時間は、30〜300秒程度とすることが好ましい。ただし、脱炭が不要なC:0.005%以下しか含有していない場合はこの限りではない。
上記一次再結晶焼鈍後の鋼板に、必要に応じて焼鈍分離剤を塗布する。ここで、鉄損を重視してフォルステライト被膜を形成させる場合には、MgOを主体とする焼鈍分離剤を適用し、その後、純化焼鈍を兼ねて二次再結晶焼鈍を施すことにより二次再結晶組織を発達させると共に、フォルステライト被膜を形成する。打ち抜き加工性を重視してフォルステライト被膜を形成しない場合には、焼鈍分離剤を適用しないか、適用する場合でもフォルステライト被膜を形成するMgOは使用せずに、シリカやアルミナ等を用いる。これらの焼鈍分離剤を塗布する際は、水分を持ち込まない静電塗布等を行うことが有効である。耐熱無機材料シート(シリカ、アルミナ、マイカ)を用いてもよい。
上記一次再結晶焼鈍後または焼鈍分離剤塗布後に二次再結晶焼鈍を行う。二次再結晶焼鈍は、純化焼鈍を兼ねることとしてもよい。純化焼鈍を兼ねた二次再結晶焼鈍は、二次再結晶発現のために800℃以上で行うことが望ましい。また、二次再結晶を完了させるために800℃以上の温度で20時間以上保持させることが望ましい。上記した打ち抜き性を重視してフォルステライト被膜を形成させない場合には、二次再結晶が完了すればよいことから、850〜950℃の温度域での保持にて焼鈍を終了することも可能である。一方、上記した鉄損を重視したり、トランスの騒音を低下するためにフォルステライト被膜を形成する場合は、1200℃程度まで昇温することが望ましい。
上記二次再結晶焼鈍後は、さらに平坦化焼鈍を行うことができる。その際、焼鈍分離剤を適用した場合には、水洗やブラッシング、酸洗を行い、付着した焼鈍分離剤を除去する。その後、平坦化焼鈍を行って形状を矯正することが、鉄損低減のために有効である。平坦化焼鈍温度は、700〜900℃程度が形状矯正の観点から好適である。
鋼板を積層して使用する場合には、鉄損を改善するために、平坦化焼鈍前もしくは後に、鋼板表面に絶縁コーティングを施すことが有効である。コーティングとしては、鉄損低減のために鋼板に張力を付与できるものが望ましい。バインダーを介した張力コーティング塗布方法や、物理蒸着法や化学蒸着法により無機物を鋼板表層に蒸着させてコーティングする方法を採用することが好ましい。なぜなら、これらの方法は、コーティング密着性に優れ、かつ著しい鉄損低減効果が得られるためである。
上記平坦化焼鈍後に、鉄損低減のために、磁区細分化処理を行うことができる。処理方法としては、例えば、一般的に実施されているような、最終製品板に溝をいれる方法、レーザーや電子ビームにより線状に熱歪や衝撃歪を導入する方法、最終仕上板厚に達した冷間圧延板などの中間製品にあらかじめ溝をいれる方法が挙げられる。
その他の製造条件は、方向性電磁鋼板の一般に従えばよい。
質量%で、C:0.015%、Si:3.44%、Mn:0.050%、Al:0.0037%、N:0.0022%およびS:0.0026%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物の溶鋼から厚み25mmのスラブを連続鋳造にて製造し、熱間圧延前の加熱過程としてリジェネバーナー加熱方式のトンネル炉により表1に記載の条件で加熱処理を施した後、表1に記載の時間が経過してから熱間圧延を開始し、2.2mmの厚さに仕上げた。次いで、980℃で100秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延により0.23mmの板厚に仕上げた。
表2に記載の成分を含み、残部がFeおよび不可避的不純物の溶鋼から厚み100mmのスラブを連続鋳造にて製造し、熱間圧延前の加熱過程としてトンネル炉により1300℃に保持してあるトンネル炉を通過させて1300℃で300秒の保持をした後、20秒が経過してから熱間圧延を開始し、熱間圧延により3.0mmの厚さに仕上げた。トンネル炉での加熱過程におけるスラブ搬送速度は40m/minとした。また、700℃までの加熱は誘導加熱方式で加熱し、その後はガスバーナーで加熱および保持を行った。その後、1000℃で60秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延により1.8mmの板厚とした。さらに、1050℃で60秒の中間焼鈍を施した後、冷間圧延により0.23mm厚に仕上げた。
Claims (5)
- 質量%で、
C:0.002%以上0.100%以下、
Si:2.00%以上8.00%以下および
Mn:0.005%以上1.000%以下を含有し、
Al:0.0100%未満、N:0.0050%未満、S:0.0050%未満およびSe:0.0050%未満に抑制し、残部はFeおよび不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を連続鋳造に供して厚さ25mm以上100mm以下のスラブを形成し、該スラブを加熱してから熱間圧延を施して熱延鋼板とし、
該熱延鋼板に、1回の冷間圧延または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚を有する冷延鋼板とし、
該冷延鋼板に一次再結晶焼鈍を施し、
該一次再結晶焼鈍後の冷延鋼板に二次再結晶焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法であって、
前記スラブを加熱する工程は、温度を1000℃以上1300℃以下かつ時間を10秒以上600秒以下とし、該加熱後30秒以内に前記熱間圧延を開始する方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブを加熱する工程は、該スラブを鋳造方向に10m/min以上の速度で搬送しながら加熱する、請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記成分組成は、質量%で、
S:0.0030%未満およびSe:0.0030%未満である、請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Cr:0.01%以上0.50%以下、
Cu:0.01%以上0.50%以下、
P:0.005%以上0.50%以下、
Ni:0.001%以上0.50%以下、
Sb:0.005%以上0.50%以下、
Sn:0.005%以上0.50%以下、
Bi:0.005%以上0.50%以下、
Mo:0.005%以上0.100%以下、
B:0.0002%以上0.0025%以下、
Nb:0.0010%以上0.0100%以下および
V:0.0010%以上0.0100%以下
のうちから選ばれる1種または2種以上を含有する、請求項1から3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記スラブを加熱する工程は、該加熱の少なくとも一部を誘導加熱方式で行う、請求項1から4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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