JPWO2020203928A1 - 方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
されている。
1.鋼板の地鉄表面に形成した絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板において、前記絶縁被膜が部分的に前記地鉄の内部に入り込むアンカー部を有し、前記アンカー部は前記地鉄表面からの深さが3.5μm以下の範囲にあり、前記方向性電磁鋼板の曲げ試験により前記地鉄から前記絶縁被膜をはく離させた際の、前記地鉄の表面における前記絶縁被膜の残留部をネック部とするとき、該ネック部は、面積5μm2以下の個数が0.06個/μm2以下および、面積10〜40μm2の個数が0.005個/μm2以上0.011個/μm2以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
水への溶解度が3g/L以下、累積50%粒子径D(μm)の4倍以上の径を有する粒子の体積分率がR(vol%)および粒度の標準偏差がSd(μm)である添加剤を、濃度C(mass%)にて含有する、焼鈍分離剤を、塗布量A(g/m2)にて塗布するに際して、前記累積50%粒子径D、体積分率R、粒度の標準偏差Sd、濃度Cおよび塗布量Aが、次の各式
D≧1.8、
Sd≦0.6・D、
0.15≦(A・C・R)/D3≦20
を満足することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
ここで、本発明では地鉄表面に形成した被膜を絶縁被膜(本発明において単に被膜ともいう)と称し、地鉄に直接に密着している被膜を規定しているが、かかる被膜は、フォルステライト被膜でも良いし、絶縁コーティングによって形成した被膜でも良い。なお、必要に応じて、その絶縁被膜の表面に絶縁機能を有する被膜をさらに形成することもできるが、かかる直接地鉄表面と接していない絶縁被膜の表面の被膜は、本発明の要件を満たす必要はない。
さらに、本発明における曲げ試験とは、通常の曲げ密着性試験(たとえば、前記特許文献1,2,4等を参照)と同じく、鋼板を径の異なる各種丸棒で巻きつけて被膜剥離を目視観察する試験であり、今回は被膜が剥離した中で最も径の大きい被膜残存部のあるサンプルをネック部の観察に用いた。
また、曲げ試験後にネック部の面積を測定する際には、剥離した部分をSEMでの表面観察用にせん断し、加速電圧5kV、2000倍の倍率で写真撮影し、この写真を、画像解析装置(旭化成エンジニアリング製画像解析ソフト「A像くん」)を用いて面積の測定を行った。
C:0.04mass%(以下、鋼板の成分に関するmass%は単に%で示す。)、Si:3.3%、Al:0.008%、N:0.003%、Mn:0.08%およびSb:0.02%を含み、残部はFeおよび不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを、1300℃で30分加熱後、熱間圧延して2.2mmの板厚にしたのち、1050℃で1分間の中間焼鈍を挟んで冷間圧延をし、最終板厚0.23mmに仕上げた。その後、かかる最終板厚の鋼板に脱炭焼鈍を行った後に、MgOを主体として、表1に示す種々の条件に従って添加剤(硫酸ストロンチウム)を配合した焼鈍分離剤を、表1に示す種々の条件に従って塗布し、その後仕上焼鈍として820℃で50時間保持したのちに1200℃で5時間保持する純化焼鈍を行った。ここで、表1に示す各種条件において、Aは焼鈍分離剤の塗布量(g/m2)、Cは添加剤の濃度(mass%)、Rは添加剤における粗粒の体積分率(vol%)、Dは添加剤の平均粒径(累積50%粒子径:μm)およびSdは添加剤粒度の標準偏差:μm)である。
以上の磁気特性と被膜密着性の評価結果を表1に示す。
そもそも、被膜の剥離は、鋼板のヤング率と被膜のヤング率の違いから、鋼板に曲げ応力をかけた際に地鉄被膜界面でアンカー部が剪断応力を受けて破壊されることにより起こる。図4(b)の写真では、被膜密着性の良好な条件では大きなネック部が残存しており、図4(a)の写真では、被膜密着性の不良な条件では大きなネック部の存在頻度が低くなっていることがわかる。このことから、大きなネック部が被膜密着性に大きく関係しており、小さなネック部は被膜密着性に必ずしも影響を与えていないと考えられる。また、磁気特性の観点からも、凹凸があると磁壁の移動を妨げてヒステリシス損失(Wh)を増加させるので、密着性に影響の小さいアンカー部はできるだけ減らす必要がある。さらに、被膜剥離する際には、アンカー部はネック部で破壊されて該ネック部を境に被膜から切り離され鋼板内部にそのまま存在している。従って、アンカー部ごと抜けずにネック部が破壊されるぎりぎりの深さがあれば、地鉄奥深くまでアンカー部が存在しなくても、被膜の密着性には実質的な差異はない。そうであれば、やはりヒステリシス損への影響を考えると、アンカー部深さはできる限り小さくすることが望ましい。
通常、フォルステライト被膜の形成は固相反応なので、かかる被膜の形成は反応助剤における添加剤の粒子径の影響を受けやすい。そのため、添加剤の粒径が大きいと鋼板との反応性が低下し、粒径が小さいと鋼板との反応性が増大する。すなわち、粒度が均一な粉体では被膜も均一に形成されて平坦な膜となる一方で、平均粒径に対して粗粒が適度に存在する添加剤は、鋼板との接触部位により被膜の形成速度が異なることになって、鋼板と被膜の界面に凹凸ができる。この凹凸が、アンカー部の形成のもととなっているからである。
そこで、本発明者らは、上記実験の詳細な解析を行った。その結果、添加剤の平均粒径の4倍以上の粒径を持つものが粗粒として粗大なアンカー部の形成に強い影響を及ぼすことを見出した。そして、このためには、焼鈍分離剤の塗布量Aと、添加剤の濃度C、添加剤平均粒径Dおよび粗粒の体積分率(以下、含有率とも言う)Rとを特定の関係に収めることが重要であることを併せて見出した。
この発明に従う絶縁被膜は、部分的に地鉄内部に入り込むアンカー部および該アンカー部と被膜上部とを接続するネック部を形成してなり、鋼板の曲げ試験により被膜を地鉄からはく離させたときに、地鉄表面に残存するネック部について、面積5μm2以下の個数を0.06個/μm2以下とする。面積5μm2以下の個数が0.06個を超えると、ヒステリシス損が増大して鉄損が劣化するからである。好ましくは、0.05個/μm2以下である。なお、ネック部面積の下限は特に限定されないが、測定精度の観点から0.01μm2程度とする。また、個数は少ないほど鉄損が低減するので0個/μm2でも良い。
C:0.01〜0.10%
Cは、0.01%に満たないと、Cによる粒界強化効果が失われ、スラブに割れが生じるなど、製造に支障を来たす欠陥を生ずるようになる。一方、0.10%を超えると、脱炭焼鈍で、磁気時効の起こらない0.004%以下に低減することが困難となる。よって、Cは0.01〜0.10%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、0.02%以上であり0.08%以下である。
Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減すのに必要な元素である。上記効果は、2%未満では十分ではなく、一方、4%を超えると、加工性が低下し、圧延して製造すること困難となる。よって、Siは2〜4%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは、2.8%以上であり3.7%以下である。
Mnは、鋼の熱間加工性を改善するために必要な元素である。上記効果は、0.01%未満では十分ではない。一方、0.5%を超えると、製品板の磁束密度が低下するようになる。よって、Mnは0.01〜0.5%の範囲とするのが好ましい。より好ましくは0.02%以上であり0.20%以下である。
まず、二次再結晶を生じさせるためにインヒビターを利用する場合で、例えば、AlN系インヒビターを利用するときには、AlおよびNを、それぞれAl:0.01〜0.04%、N:0.003〜0.015%の範囲で含有させるのが好ましい。また、MnS・MnSe系インヒビターを利用する場合には、前述した量のMnと、S:0.002〜0.03%およびSe:0.003〜0.03%のうちの1種または2種を含有させることが好ましい。それぞれ添加量が、上記下限値より少ないと、インヒビター効果が十分に得られない。一方、上限値を超えると、インヒビター成分がスラブ加熱時に未固溶で残存し、磁気特性の低下をもたらす。なお、AlN系とMnS・MnSe系のインヒビターは併用して用いてもよい。
一次再結晶焼鈍の昇温速度は、特に限定されないが、500〜700℃間を50℃/s以上で行うと、二次再結晶粒が微細化されて鉄損が改善されるので望ましい。また、均熱時間は80秒以上200秒以下、より好ましくは90秒以上150秒以下である。均熱時間が80秒未満であると脱炭が不十分となったり、一次粒成長が不十分となったりするおそれがあり、200秒を超えると、一次粒成長が進みすぎるおそれがあるからである。さらに、本発明は、仕上焼鈍時に保定して焼鈍することもできる。
D≧1.8、
Sd≦0.6・D、
0.15≦(A・C・R)/D3≦20
を満足することが肝要である。
なお、上記Dの下限値は特に限定されないが、工業的には0.2μm程度である。
このフォルステライト被膜を形成させない場合、すなわち膜なし鏡面化を図る場合に用いる焼鈍分離剤としては、MgO に替えてAl2O3やMgAl2O4などの非反応性酸化物を主剤として用いることができる。あるいは、主剤にMgOを用いるとともに、副剤としてハロゲンを1〜20mass%含有させた焼鈍分離剤を用いてもよい。これらの焼鈍分離剤を用いると、仕上焼鈍後の鋼板表面の酸素目付量は0.1g/m2以下になり、酸化膜はほとんど形成されない。一方で、焼鈍分離剤における添加剤の粒度等の上記規制を満足していれば、上記した条件を満足するアンカー部が地鉄側に形成される。該アンカー部内の被膜部分は、仕上焼鈍後に、地鉄表面を覆う薄膜とともに地鉄表面から剥がれる結果、該アンカー部は地鉄側に空洞となって残ることになる。該空洞には、その後の絶縁コーティング塗布時にコーティング材が入り込み、焼き付け後には絶縁被膜と一体のアンカー部となる結果、上記したアンカー部と同等の効果を発揮することなる。その結果、絶縁コートの密着性を高めることができる。なお、この際、かかるコーティングによって形成された絶縁被膜が本発明の要件を満足していることは言うまでもない。
さらに、磁気特性を改善するため、一次再結晶焼鈍の前、途中または後に窒化処理を行う方法が知られているが、本発明ではこのような方法を併せて行っても差し支えない。
さらに、脱炭焼鈍前の鋼板表面の平均粗度Saを0.3μm以下、最大谷深さSvを2μm以上5μm以下に調整することが好ましく、仕上焼鈍時に保定して焼鈍することもできる。なお、上記Saの下限値は特に限定されないが、工業的には0.5μm程度である。また、上記粗度は、ISO25178の定義に従う。
なお、膜なし鏡面化の場合は、仕上焼鈍を行った後、絶縁コートを塗布する前までに鋼板にロールやエッチング、レーザー加工などで凹凸をつけて、所定のネック部を調整することもできる。
C:0.06%、Si:3.28%、Al:0.02%、N:80massppm、Mn:0.07%、S:0.005%およびCu:0.06%を含み、残部は鉄および不可避不純物よりなるスラブを1400℃に加熱し、2.2mm厚に熱間圧延し、1050℃、2分間の中間焼鈍をはさんで0.23mm厚まで冷間圧延し、最終板厚の鋼板に仕上げた。ついで、レーザー照射により鋼板表面に微細加工を行い、鋼板の表面性状(平均粗度Saおよび最大谷深さSv)を変更した。その後、該鋼板に対し、一次再結晶焼鈍として800℃×120s、水蒸気分圧P(H2O)/P(H2):0.4にて焼鈍を行った。
さらに、一次再結晶焼鈍後の鋼板の表面に、焼鈍分離剤を塗布した。すなわち、平均粒径1.2μm、粒径の標準偏差が0.4μmのMgOに、平均粒径が0.3μmのTiO2を6mass%と、平均粒径(累積50%粒子径)Dが2.0μmでその4倍以上の粒度の粒子の含有率Rが4.7vol%、粒度の標準偏差が0.4μmのMnOを2mass%(濃度C)で含有させた焼鈍分離剤を用いて、該焼鈍分離剤を塗布量A:9g/m2にて鋼板に塗布した。なお、このときのACR/D3は10.6である。
その後、仕上焼鈍として900℃で30時間保持し、引き続き1160℃で10時間の純化焼鈍を行った。純化焼鈍後は未反応焼鈍分離剤を除去後、リン酸マグネシウム−シリカ系の絶縁コーティングを塗布して焼き付けを兼ねて800℃で10秒の平坦化焼鈍を行った。
C:0.03%、Si:3.4%、Al:0.006%、N:30massppm、Mn:0.07%、P:0.02%およびMo:0.02%を含み、残部は鉄および不可避不純物よりなるスラブを1400℃に加熱し、2.2mm厚に熱間圧延し、1050℃、2分間の中間焼鈍をはさんで0.23mm厚まで冷間圧延し、最終板厚に仕上げた。その後、鋼板表面にレジスト印刷した後エッチングすることにより鋼板表面にパターニングされた穴を形成した。このときの平均粗度Saは0.3μmで、最大谷深さSvは3.9μmであった。その後、一次再結晶焼鈍として860℃×80s、水蒸気分圧P(H2O)/P(H2):0.5にて焼鈍を行った。
さらに、一次再結晶焼鈍後の鋼板の表面に、焼鈍分離剤を塗布した。すなわち、平均粒径0.8μm、粒径の標準偏差が0.3μmのMgOに、平均粒径が0.3μmのTiO2を4mass%と、平均粒径Dが6.2μmでその4倍以上の粒度の粒子の含有率Rが3.2vol%、粒度の標準偏差が0.52μmのタルク(Mg3Si4O10(OH)2)を4mass%(濃度C)含有させた焼鈍分離剤を用いて、該焼鈍分離剤を塗布量A:10g/m2にて鋼板に塗布した。なお、このときのACR/D3は0.53である。
その後、仕上焼鈍として850℃で、30時間保持しもしくは保定せずに、そのまま1160℃10時間の純化焼鈍を行った。純化焼鈍後は未反応焼鈍分離剤を除去し、リン酸マグネシウム−シリカ系の絶縁コーティングを塗布して焼き付けを兼ねて800℃で10秒の平坦化焼鈍を行った。
C:0.03%、Si:3.32%、Al:0.01%、N:60massppm、Mn:0.07%およびSb:0.04%を含み、残部は鉄および不可避不純物よりなるスラブを1400℃に加熱し、2.2mm厚に熱間圧延し、1050℃、2分間の中間焼鈍をはさんで0.23mmまで冷間圧延し、最終板厚に仕上げた。この際に最終冷間圧延のロール粗度を調整することにより、鋼板表面の平均粗度Saを0.22μm、最大谷深さSvを3.2μmに調整した。その後、一次再結晶焼鈍として850℃×90s、水蒸気分圧P(H2O)/P(H2):0.3にて焼鈍を行った。
さらに、一次再結晶焼鈍後の鋼板の表面に、焼鈍分離剤を塗布した。すなわち、平均粒径0.9μm、粒径の標準偏差が0.4μmのMgOに、BiCl3を6mass%と、平均粒径Dが3.6μmでその4倍以上の粒度の粒子の含有率Rが2.2vol%、粒度の標準偏差が1.5μmのSnOを1.5mass%(濃度C)含有させた焼鈍分離剤を用いて、該焼鈍分離剤を、塗布量A:10g/m2にて鋼板に塗布した。なお、このときのACR/D3は0.7である。
その後、仕上焼鈍として850℃で、30時間保持しもしくは保定せずに、そのまま1160℃10時間の純化焼鈍を行った。純化焼鈍後は未反応焼鈍分離剤を除去した。この段階の鋼板表面には酸化膜の残存はなく、鋼板表面から地鉄側へ10μm2程度の大きさの空洞が形成されていた。この仕上焼鈍後の鋼板に、リン酸マグネシウム−シリカ系の絶縁コーティングを塗布して焼き付けを兼ねて800℃で10秒の平坦化焼鈍を行った。ついで、かかる鋼板に電子ビーム照射により磁区細分化処理を行った。
実施例3と同じ成分を持つ鋼塊を、実施例2と同じ工程で一次再結晶焼鈍まで行った。その後、主剤にアルミナを用い、これに平均粒径Dが3.6μmでその4倍以上の粒度の粒子の含有率Rが2.2vol%、粒度の標準偏差が1.5μmのSnOを濃度Cが1.5mass%となるように含有する焼鈍分離剤を、塗布量A:10g/m2にて鋼板に塗布した。このときのACR/D3は0.7である。仕上焼鈍以降は、実施例2と同じ工程で処理した。このようにして得られた鋼板の磁気特性および被膜密着性について調査した結果を表4に併記する。同表に示すように、焼鈍分離剤に非反応性のAl2O3を用いた場合も、絶縁コートにおいて本発明に従うアンカー部が形成されていることがわかる。その結果、鉄損、被膜密着性とも良好な結果が得られた。
2 地鉄
3 アンカー部
4 ネック部(面積率10〜40μm2)
5 ネック部(面積率5μm2以下)
6 アンカー部深さ
Claims (7)
- 鋼板の地鉄表面に形成した絶縁被膜を有する方向性電磁鋼板において、前記絶縁被膜が部分的に前記地鉄の内部に入り込むアンカー部を有し、前記アンカー部は前記地鉄表面からの深さが3.5μm以下の範囲にあり、前記方向性電磁鋼板の曲げ試験により前記地鉄から前記絶縁被膜をはく離させた際の、前記地鉄の表面における前記絶縁被膜の残留部をネック部とするとき、該ネック部は、面積5μm2以下の個数が0.06個/μm2以下および、面積10〜40μm2の個数が0.005個/μm2以上0.011個/μm2以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
- 請求項1に記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、Siを2〜4mass%含有する鋼を熱間圧延し、1回もしくは中間焼鈍を含む複数回の冷間圧延を施して最終板厚に仕上げた後一次再結晶焼鈍をし、ついで焼鈍分離剤を塗布してから仕上焼鈍を行ったのちに該焼鈍分離剤を除去し、絶縁コーティングを施して平坦化焼鈍する一連の方向性電磁鋼板の製造方法において、
水への溶解度が3g/L以下、累積50%粒子径D(μm)の4倍以上の径を有する粒子の体積分率がR(vol%)および粒度の標準偏差がSd(μm)である添加剤を、濃度C(mass%)にて含有する、焼鈍分離剤を、塗布量A(g/m2)にて塗布するに際して、前記累積50%粒子径D、体積分率R、粒度の標準偏差Sd、濃度Cおよび塗布量Aが、次の各式
D≧1.8、
Sd≦0.6・D、
0.15≦(A・C・R)/D3≦20
を満足することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 前記焼鈍分離剤の主剤をMgOとすることを特徴とする請求項2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍分離剤の主剤を非反応性酸化物とし、前記仕上焼鈍後の鋼板表面の酸素目付量を0.1g/m2以下にすることを特徴とする請求項2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記焼鈍分離剤にハロゲンを1〜20mass%含有させて、前記仕上焼鈍後の鋼板表面の酸素目付量を0.1g/m2以下とすることを特徴とする請求項3に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記最終板厚に仕上げる最終冷間圧延後かつ仕上焼鈍前のいずれかの段階において、鋼板表面の平均粗度Saを0.3μm以下、最大谷深さSvを2μm以上5μm以下に調整することを特徴とする請求項2〜5のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記仕上焼鈍は、800〜950℃の範囲に20〜100時間保持する処理を含むことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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