JPWO2020149338A1 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者らは、この針状介在物が磁壁の移動を妨げる原因、つまり鉄損に悪影響を及ぼす原因だと推測し、さらなる研究を行った結果、以下の条件が満たされている場合に、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板の鉄損を従来よりも低減できることを見出した。
<条件>
母材鋼板の圧延方向に直交する断面をみた場合に、前記母材鋼板の板厚方向において前記母材鋼板の表面から前記母材鋼板の内側に向かって10μmの長さを有し、且つ前記板厚方向に直交する方向に20mmの長さを有する領域を観察領域としたとき、前記観察領域に1μm以上の長さを有する針状介在物が存在しない。
本電磁鋼板において、母材鋼板の圧延方向に直交する断面(C断面)をみた場合に、母材鋼板の板厚方向において鋼板表面から母材鋼板の内側に向かって10μmの長さを有し、且つ板厚方向に直交する方向(板幅方向)に20mmの長さを有する領域を観察領域としたとき、この観察領域に1μm以上の長さを有する針状介在物が存在しないことを特徴とする。
以下では、母材鋼板の板厚方向における観察領域の長さを「板厚方向長さ」と呼称し、母材鋼板の板幅方向における観察領域の長さを「板幅方向長さ」と呼称する。
(y)仕上げ焼鈍中、AlN(インヒビター)の分解で生成したAlが、焼鈍分離剤のAl成分に加わり、焼鈍分離剤におけるMgOの比率が相対的に低下し、焼鈍分離剤の成分組成が、ムライト生成域に移行する(図1参照)。
なお、鉄損が大きい方向性電磁鋼板の観察領域における針状介在物の長さの上限は、特段制限されず、例えば5μmである。
C断面に現れる母材鋼板の表層領域、すなわち鋼板表面から母材鋼板の内側に向かって10μmの長さを有する領域に針状介在物が存在すると、磁壁の移動が妨げられて鉄損の低減が難しくなることや、脱炭焼鈍板の表面に形成されるSiO2の厚さが数μm程度であることから、針状介在物の個数を測定する観察領域の板厚方向長さは10μmとする。
長さ1μm以上の針状介在物は、前述したように、介在物の最大長径/最大短径が10以上の介在物である。この針状介在物が、磁壁の移動を大きく阻害するので、本発明者らは、上記観察領域の結晶粒内に存在する針状介在物の個数に着目した。
次に、本電磁鋼板の母材鋼板の化学組成(成分組成)について説明する。母材鋼板の化学組成は、方向性電磁鋼板に要求される磁気特性及び機械的特性を得ることができれば特定の組成に限定されないが、母材鋼板の化学組成の一例を挙げると以下の通りである。
以下、それぞれの元素について説明する。以下の説明において、化学組成に係る%は、全て質量%を意味する。
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。最終製品で0.085%を超えると、時効析出し、ヒステリシス損が劣化するので、Cは0.085%以下とする。Cは、好ましくは0.070%以下、より好ましくは0.050%以下である。
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。Siは、好ましくは1.50%以上、より好ましくは2.50%以上である。
Mnは、オーステナイト形成元素であり、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。
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、酸可溶性Alは0.065%以下とする。酸可溶性Alは、好ましくは0.050%以下、より好ましくは0.040%以下である。下限は0%を含むが、酸可溶性Al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。酸可溶性Alは、仕上げ焼鈍で、通常、0.002%以下に低減する。
Sは、Mnと結合して、インヒビターとして機能するが、最終製品において、Sが0.003%を超えると、鋼板中にMnSとして析出し、ヒステリシス損が増大するので、0.003%以下とする。下限は0%を含むが、S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。
従って、母材鋼板のS含有量を低減する観点からも、焼鈍分離剤のMgO添加量は多いほど好ましいが、上記のように、焼鈍分離剤のMgO添加量が50質量%を超えると、フォルステライトが生成されるため、焼鈍分離剤のMgO添加量の上限は50質量%に制御する必要がある。
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、最終製品で0.0040%超であると、鋼板中にAlNとして析出し、ヒステリシス損が増大するので、0.0040%以下とする。下限は0%を含むが、N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、Nは、仕上げ焼鈍で、通常、0.003%程度以下に低減する。
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。
本電磁鋼板の断面構造中の各層を特定するために、SEM又はTEMに取り付けられたEDSを用いて、板厚方向に沿って線分析を行い、各層の化学成分の定量分析を行う。定量分析する元素は、Fe、P、Si、O、Mg、Alの6元素とする。
本電磁鋼板は、絶縁被膜が除去された鋼板の表面についてX線回折法により分析を行っても、フォルステライトのピークは検出されない。なお、本電磁鋼板からの絶縁被膜は、例えば、本電磁鋼板を80℃の20%NaOH水溶液に20分浸漬することで除去することができる。
次に、本電磁鋼板の製造方法について説明する。
本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:0.0040〜0.0120%、S:0.010%以下、B:0.0005〜0.0080%を含有する。
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。Cは、好ましくは0.070%以下、より好ましくは0.050%以下である。
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。Siは、好ましくは1.50%以上、より好ましくは2.50%以上である。
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。Mnは、好ましくは0.07%以上、より好ましくは0.09%以上である。
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。酸可溶性Alは、好ましくは0.015%以上、より好ましくは0.020%以上である。
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、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。0.0040%未満では、AlNの形成が不十分となるので、Nは0.0040%以上とする。Nは、好ましくは0.0060%以上、より好ましくは0.0070%以上である。
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。
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。
上記成分組成の溶鋼を、通常の方法で鋳造して珪素鋼スラブとし、次いで、通常の熱間圧延に供して熱延板とし、コイル状に巻き取る。続いて、熱延板に、熱延板焼鈍を施した後、1回の冷間圧延又は中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延に供し、最終板厚の鋼板とする。
前述したように、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤のMgO添加量を28質量%〜50質量%の範囲で制御すると共に、焼鈍分離剤の塗布量を片面当たり6.0g/m2以上に制御することにより、長さ1μm以上の針状介在物(ムライト)が母材鋼板に存在しない方向性電磁鋼板を得ることができる。焼鈍分離剤の塗布量の上限は、特に限定しないが、コストの観点から、片面当たり12.0g/m2以下が好ましい。
仕上げ焼鈍後に、余剰の焼鈍分離剤を水洗除去した鋼板にコロイダルシリカを含む塗布液を塗布し、コロイダルシリカを焼き付けて、張力絶縁被膜を形成する。以上により、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない低鉄損の方向性電磁鋼板が得られる。
表1に示す成分組成のスラブを1100℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.6mmの熱延板とし、該熱延板に1100℃で熱延板焼鈍を施し、その後、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の鋼板とした。
比較例b4及びb5では、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり6.0〜12.0g/m2の範囲に制御されているが、焼鈍分離剤のMgO量が50質量%超である。この場合、母材鋼板の観察領域に長さ1μm以上の針状介在物(ムライト)は存在しないが、フォルステライトが生成し、その結果、鉄損W17/50が1.00W/kg超に上昇した。
比較例b6では、焼鈍分離剤のMgO量は28質量%以上であるが、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり6.0g/m2未満であるので、母材鋼板の観察領域に長さ1μm以上の針状介在物(ムライト)が複数存在し、鉄損W17/50は1.00W/kg超に上昇した。
比較例b7〜b15では、焼鈍分離剤のMgO量は28質量%〜50質量%の範囲に制御されているが、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり6.0g/m2未満であるので、母材鋼板の観察領域に長さ1μm以上の針状介在物(ムライト)が複数存在し、鉄損W17/50は1.00W/kg超に上昇した。
表1に示す鋼No.A5の成分組成のスラブを1100℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚2.60mmの熱延鋼板とし、該熱延鋼板に1100℃で熱延板焼鈍を施した後、中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延に供し、最終板厚0.23mmの鋼板として巻き取った。
前述したように、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤のMgO添加量を28質量%〜50質量%の範囲で制御すると共に、焼鈍分離剤の塗布量を片面当たり6.0g/m2以上に制御することにより、長さ1μm以上の針状介在物(ムライト)が母材鋼板に存在しない方向性電磁鋼板を得ることができる。焼鈍分離剤の塗布量の上限は、特に限定しないが、コストの観点から、片面当たり12.0g/m2以下が好ましい。
Claims (2)
- 母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板において、
前記母材鋼板は、化学組成として、質量%で、
C:0.085%以下、
Si:0.80〜7.00%、
Mn:0.05〜1.00%、
酸可溶性Al:0.065%以下、
S:0.003%以下、
N:0.0040%以下、
B:0.0005〜0.0080%、
P:0〜0.50%、
Ni:0〜1.00%、
Sn:0〜0.30%、
Sb:0〜0.30%、
Cu:0〜0.40%、
Cr:0〜0.30%、
Bi:0〜0.01%、
を含有し、残部がFe及び不純物からなり、
前記母材鋼板の圧延方向に直交する断面をみた場合に、前記母材鋼板の板厚方向において前記母材鋼板の表面から前記母材鋼板の内側に向かって10μmの長さを有し、且つ前記板厚方向に直交する方向に20mmの長さを有する領域を観察領域としたとき、前記観察領域に1μm以上の長さを有する針状介在物が存在しない
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。 - 前記針状介在物に、3Al2O3・2SiO2で表されるムライトが含まれることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板。
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