TWI831324B - 電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法及電磁鋼帶的製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其可於高施工效率下，抑制因卷材接合部的機械特性劣化或形狀劣化而導致在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況。本發明進行預熱式雙面摩擦攪拌接合，並且根據藉由接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且同時滿足下式(1)~式(4)的關係的條件進行接合。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)
Description
本發明是有關於一種電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法、電磁鋼帶的製造方法、摩擦攪拌接合裝置及電磁鋼帶的製造裝置。
於鋼板的生產線、例如酸洗、冷軋、退火及鍍敷等生產線中，為了提升生產性或提高良率，一般於實施所謂的卷材接合後使鋼帶通行。此處，所謂卷材接合，是指於生產線上將先行的鋼帶(以下，亦稱為先行鋼帶)的端部(後端)與繼先行鋼帶之後的鋼帶(以下，亦稱為後行鋼帶)的端部(前端)接合。以下，亦將藉由卷材接合而形成的接合部稱為卷材接合部。再者，前端是生產線上的鋼帶的前進方向側的端部。另外，後端是生產線上的鋼帶的與前進方向相反之側的端部。藉由進行該卷材接合，能夠於遍及鋼帶的全長而賦予了張力的狀態下進行軋製等。另外，於鋼帶的前端或後端，亦能夠對板厚或形狀進行高精度控制。
於卷材接合中，先前一般應用閃光對焊(flash butt welding)等。但是，隨著雷射焊機的進步，例如於電磁鋼板或不鏽鋼鋼板、高張力鋼板的生產線上，於卷材接合中應用雷射焊接亦逐漸成為主流。
作為此種技術，例如於專利文獻1中揭示了：「一種高Si鋼的雷射焊接方法，其特徵在於，當對高Si鋼進行焊接時，使用以Ni為主成分的填充焊絲(filler wire)，或者供給以Ni為主成分的粉末填料，以焊接金屬的化學組成滿足下述(1)式的方式進行焊接。
X=[%Ni]-[%Si]×2.5-([%Cr]+[%Mo])×0.4≧0‥(1)
其中，[%Ni]、[%Si]、[%Cr]及[%Mo]分別表示焊接金屬中的Ni、Si、Cr及Mo的含量(重量%)。」。
於專利文獻2中揭示了：「一種雷射焊接方法，將先行板與後行板對接並使用填充焊絲進行雷射焊接，所述方法的特徵在於，焊接初期的所述先行板和後行板的對接縫隙(Gap)與焊接金屬的平均寬度(DEPO)之比(Gap/DEPO)為0.3~0.8。」。
於專利文獻3中揭示了：「一種薄板的焊接部，對在連續冷軋線上搬送的包含特殊鋼的先行薄板與後行薄板進行雷射焊接而形成，所述焊接部中，若將存在於上側伸出部的下側的所述母材的最小厚度設為L1，將由下側伸出部與所述上側伸出部夾持的所述母材的最小厚度設為L2，則L1及L2中的至少任一個大於零，所述上側伸出部包含藉由冷軋而於母材上表面側延伸出的焊接金屬，所述下側伸
出部包含藉由冷軋而於所述母材的下表面側延伸出的焊接金屬。」。
[現有技術文獻]
[專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平5-305466號公報
專利文獻2：日本專利特開2004-25284號公報
專利文獻3：日本專利特開2011-140026號公報
專利文獻4：日本專利特表平07-505090號公報
專利文獻5：日本專利第3261433號
專利文獻6：日本專利第4838385號
專利文獻7：日本專利第4838388號
專利文獻8：日本專利特再表2019-26864號公報
專利文獻9：日本專利特再表2019-54400號公報
專利文獻10：日本專利第6332561號
專利文獻11：日本專利第6332562號
專利文獻12：日本專利第6497451號
專利文獻13：日本專利特開2020-124739號公報
[非專利文獻]
非專利文獻1：崔,L.；藤井,H.；辻,N.；野木,K.(Cui,L.；Fujii,H.；Tsuji,N.；Nogi,K.)材料快報(Scripta Mater.)2007，56，p.637-640.
但是，由於雷射焊接是熔融焊接，因此會產生因熔融及凝固時的雜質偏析而引起的脆化、或因氫侵入而引起的脆化。其結果，有時會導致接合部(焊接部)的機械特性劣化。特別是，由於電磁鋼板的成分組成中含有大量的Si，故卷材接合部的機械特性劣化容易變得明顯。因此，若如專利文獻1~專利文獻3般應用雷射焊接作為電磁鋼帶的卷材接合，則存在如下問題：於生產線、例如連續冷軋線上，因卷材接合部發生斷裂、生產線停止等而導致生產性的降低。
另外，由於在電磁鋼板的生產線上連續地搬送電磁鋼帶，因此亦期望提升卷材接合的施工效率。
本發明是鑒於以上現狀而開發的，其目的在於提供一種電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其可於高施工效率下，抑制因卷材接合部的機械特性劣化或形狀劣化而導致在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況。
另外，本發明的目的在於提供一種使用了所述電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法的電磁鋼帶的製造方法。
進而，本發明的目的在於提供一種可適宜地用於所述電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法的摩擦攪拌接合裝置。
此外，本發明的目的在於提供一種具有所述摩擦攪拌接合裝置的電磁鋼板的製造裝置。
於是，發明者等人為了達成所述目的而反覆進行了努力研究。首先，發明者等人對在應用雷射焊接作為電磁鋼帶的卷材接合的情況下會發生卷材接合部的機械特性劣化或形狀劣化的理由進行了調查/研究，結果獲得了以下見解。
(a)如上所述，於電磁鋼板的成分組成中含有大量的、例如為2.0質量%~5.0質量%程度的Si。Si為鐵氧體穩定化元素。因此，若於電磁鋼帶的卷材接合中應用一般的雷射焊接，則作為熔融部的卷材接合部的鐵氧體晶粒、甚至熱影響部的鐵氧體晶粒粗大化。因此，卷材接合部的機械特性、特別是韌性或彎曲強度大幅劣化，導致在生產線上發生卷材接合部的斷裂。
(b)另外，於所述專利文獻1~專利文獻3的技術中，使用以作為沃斯田鐵穩定化元素的Ni為主成分的填充材料(填料)。因此，於卷材接合部主要獲得沃斯田鐵相。但是，於所述專利文獻1~專利文獻3的技術中，需要消除先行鋼帶與後行鋼帶的對接縫隙的變動，對熔融部(焊接金屬)中的填充材料的融合量與鋼板的融合量進行極其嚴格的管理，並始終對熔融部(焊接金屬)中的Ni當量與Cr當量的平衡進行恰當控制。即，若熔融部(焊接金屬)中的Ni當量與Cr當量的平衡未得到恰當控制，則於卷材接合部會形成為硬且脆的組織的麻田散鐵相。因此，卷材接合部的機械特性、特別是韌性大幅劣化。另外，於熱影響部，由於鐵氧體晶粒的粗大化，卷材接合部的機械特性大幅劣化。基於該些理由，會導致在生產線上發生卷材接合部的斷裂。
(c)進而，所述先行鋼帶與後行鋼帶的對接縫隙的變動會對焊接部的余高產生影響。例如，於焊接部的余高變高而焊接部成為過度凸出的形狀的情況下，當對焊接部施加負荷時，應力會集中於焊趾部。因此，就該方面而言，所述先行鋼帶與後行鋼帶的對接縫隙的變動成為在生產線上發生卷材接合部的斷裂的原因。再者，焊接部的盈餘可藉由磨削等而去除。但是，此種步驟的增加會導致生產性的大幅降低。
依據以上方面，發明者等人進一步反覆進行了各種研究，結果，發明者等人構思出應用摩擦攪拌接合作為電磁鋼帶的卷材接合。
此處，所謂摩擦攪拌接合，是指利用了旋轉工具與被接合材的摩擦熱、及被接合材的塑性流動的固相接合。即，利用旋轉工具對被接合材的未接合部(接合預定區域)進行摩擦攪拌。當被接合材的未接合部藉由摩擦熱而受到加熱時，開始發生塑性流動。而且，塑性流動域與母材部的界面大幅伸長。藉此，不存在氧化物的純淨界面彼此接觸，被接合材不會熔融而形成接合部。此處，接合部是藉由旋轉工具和被接合材的摩擦熱與塑性流動而受到熱加工並成為再結晶組織的區域，有時亦稱為攪拌部。另外，於與接合部鄰接的區域中形成如下區域：該區域雖然會受到藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的影響，但因溫度或加工並不充分而成為未達再結晶的組織。將該區域稱為熱加工影響部。進而，於被接合材中亦存在不受藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的
影響的區域。將該區域稱為母材部。再者，摩擦攪拌接合的相關技術例如於專利文獻4~專利文獻13及非專利文獻1中進行了揭示，但該些均不適用於電磁鋼帶的卷材接合。
因此，發明者等人基於所述構思進一步反覆進行了各種研究，結果獲得了以下見解。
(d)為了有利地解決所述(a)~(c)的問題，重要的是：對被接合材進行預熱處理，並且作為接合方式而應用所謂的雙面摩擦攪拌接合。於此基礎上，於接合步驟中，選擇藉由接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且使所述接合部及熱加工影響部的鋼組織微細化、使接合部與母材部的硬度差降低的條件進行接合。具體而言，重要的是選擇同時滿足下式(1)~式(4)的關係的條件進行接合。
藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況得到有效抑制。另外，可於抑制缺陷產生的同時使接合速度高速化，因此施工效率優異，於生產性的方面亦極其有利。再者，以下，亦將針對被接合材進行預熱處理的雙面摩擦攪拌接合稱為預熱式雙面摩擦攪拌接合。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
(e)另外，較佳為選擇同時滿足上列式(1)~式(4)的關係、進而滿足下式(5)及式(6)的關係的條件進行接合。藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況更有效地得到抑制。
0.8×TbmL≦TszL...(5)
TszH≦1.3×TbmH...(6)
此處，TszL 為接合部的厚度的最小值(mm)，TszH 為接合部的厚度的最大值(mm)，TbmL 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較薄的電磁鋼帶的板厚(mm)，TbmH 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較厚的電磁鋼帶的板厚(mm)。
其中，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚相同的情況下，為TbmL=TbmH。
本發明是於所述見解的基礎上進一步加以研究而完成者。
即，本發明的主旨結構為如下所述。
1.一種電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，藉由彼此相向的一對旋轉工具將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合，所述電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法包括：預熱步驟，利用在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合方向的前方的加熱裝置，對所述被接合材的未接合部進行預熱；以及接合步驟，對於所述被接合材的未接合部，使所述旋轉工具自兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓，並使所述旋轉
工具沿接合方向移動，藉此將所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶接合，所述被接合材的未接合部為所述第一電磁鋼帶的端部與繼所述第一電磁鋼帶之後的所述第二電磁鋼帶的端部的對接部或重疊部，藉由使所述加熱裝置與所述旋轉工具連動地沿接合方向移動而連續進行所述預熱步驟與所述接合步驟，於所述接合步驟中，於藉由所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶的接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且滿足下式(1)~式(4)的關係的條件下進行接合。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，
Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
2.如所述1所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述接合步驟中，於滿足下式(5)及式(6)的關係的條件下進行接合。
0.8×TbmL≦TszL...(5)
TszH≦1.3×TbmH...(6)
此處，TszL 為接合部的厚度的最小值(mm)，TszH 為接合部的厚度的最大值(mm)，TbmL 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較薄的電磁鋼帶的板厚(mm)，TbmH 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較厚的電磁鋼帶的
板厚(mm)。
其中，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚相同的情況下，為TbmL=TbmH。
3.如所述1或2所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述預熱步驟中，所述被接合材的預熱溫度滿足下式(11)~式(13)的關係。
100≦TPw=0≦1000...(11)
100≦TPw=0.2D≦1000...(12)
50≦TPw=0.5D≦800...(13)
此處，W為自被接合材的接合中央線沿接合垂直方向離開的距離(mm)，TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D分別為W=0、W=0.2×D及W=0.5×D的位置處的被接合材的表面的預熱溫度(℃)。另外，D為旋轉工具的肩部的直徑(mm)。
4.如所述3所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述預熱步驟中，所述被接合材的預熱溫度滿足下式(14)及式(15)的關係。
0.70≦TPw=0.2D/TPw=0≦1.00...(14)
TPw=0.5D/TPw=0≦0.45...(15)
5.如所述1至4中任一項所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，所述加熱裝置為高頻感應加熱裝置、雷射照射加熱裝置或將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
6.一種電磁鋼帶的製造方法，包括：藉由如所述1至5中任一項所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合而獲得接合鋼帶的步驟；以及對所述接合鋼帶實施冷軋而獲得冷軋鋼帶的步驟。
7.一種摩擦攪拌接合裝置，用於如所述1至5中任一項所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中，所述摩擦攪拌接合裝置包括：把持裝置，對被接合材進行把持；一對旋轉工具，彼此相向；所述旋轉工具的驅動裝置；加熱裝置，在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合方向的前方；以及所述把持裝置、所述旋轉工具的驅動裝置及所述加熱裝置的動作控制裝置。
8.如所述7所述的摩擦攪拌接合裝置，更包括：溫度測定裝置，於所述被接合材的兩面測定所述被接合材的預熱溫度即TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D。
此處，W為自被接合材的接合中央線沿接合垂直方向離開的
距離(mm)，TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D分別為W=0、W=0.2×D及W=0.5×D的位置處的被接合材的表面的預熱溫度(℃)。另外，D為旋轉工具的肩部的直徑(mm)。
9.如所述7或8所述的摩擦攪拌接合裝置，其中，所述加熱裝置為高頻感應加熱裝置、雷射照射加熱裝置或將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
10.一種電磁鋼帶的製造裝置，包括如所述7至9中任一項所述的摩擦攪拌接合裝置。
11.如所述10所述的電磁鋼帶的製造裝置，其中，於連續冷軋線上，如所述7至9中任一項所述的摩擦攪拌接合裝置配置於冷軋裝置的上游側、或酸洗裝置及冷軋裝置的上游側。
藉由本發明，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會產生卷材接合部的機械特性劣化或形狀劣化，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況得到有效抑制。另外，可於抑制缺陷產生的同時使接合速度高速化。特別是可將接合速度提速至3500mm/分鐘以上、進而提速至4000mm/分鐘以上，因此施工效率優異，就生產性的方面而言亦極其有利。藉此，可達成電磁鋼板的生產性的進一步提升，產業上的利用價值極大。
1:第一電磁鋼帶(被接合材)
2:第二電磁鋼帶(被接合材)
3-1:旋轉工具(表面側旋轉工具)
3-2:旋轉工具(背面側旋轉工具)
4:接合部
4-1:熱加工影響部(第一電磁鋼帶側)
4-2:熱加工影響部(第二電磁鋼帶側)
5-1、5-2:肩部
6-1、6-2:銷(針)
7:把持裝置
9-1、9-2:前端部
10-1:加熱裝置(表面側加熱裝置)
10-2:加熱裝置(背面側加熱裝置)
11:旋轉工具的驅動裝置
12:動作控制裝置
a:銷部的直徑
b:銷部的長度
D:旋轉工具的肩部的直徑/肩徑
g:銷間的間隙
G:旋轉工具的肩部間的間隙
H、L:預熱區域
W:自被接合材的接合中央線沿接合垂直方向離開的距離
α:傾斜角度
圖1A是對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接
合方法進行說明的概略圖，且是表示藉由預熱式雙面摩擦攪拌接合進行的對接接合的一例的側面立體圖。
圖1B是圖1A的A-A箭視圖。
圖1C是圖1A的俯視圖。
圖1D是圖1A的接合中央線位置處的剖面圖。
圖2A是表示依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中使用的旋轉工具的形狀的一例的示意圖。
圖2B是表示依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中使用的旋轉工具的形狀的一例的示意圖。
圖3是藉由依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法獲得的電磁鋼帶的接合接頭的示意圖。
基於以下的實施形態對本發明進行說明。
[1]電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法
首先，使用圖1A~圖1D對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法進行說明。圖1A~圖1D是對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法進行說明的概略圖，圖1A是側面立體圖，圖1B是圖1A的A-A箭視圖，圖1C是圖1A的俯視圖，圖1D是圖1A的接合中央線位置處的剖面圖。
圖中，符號1為第一電磁鋼帶(被接合材)，符號2為第二電磁鋼帶(被接合材)，符號3-1為旋轉工具(表(正)面側旋轉工具)，符號3-2為旋轉工具(背面側旋轉工具)，符號4為接合部，
符號5-1及符號5-2為肩部(凸肩(shoulder))，符號6-1及符號6-2為銷(針)，符號7為把持裝置，符號9-1及符號9-2為前端部，符號10-1為加熱裝置(表(正)面側加熱裝置)，符號10-2為加熱裝置(背面側加熱裝置)，符號11為旋轉工具的驅動裝置，符號12為動作控制裝置。再者，於圖1A中，省略了把持裝置的圖示。另外，α為旋轉工具的傾斜角度(°)，a為銷部的直徑(以下，亦稱為針徑)(mm)，b為銷部的長度(以下，亦稱為針長度)(mm)，D為旋轉工具的肩部的直徑(mm)，g為銷間的間隙(mm)，G為旋轉工具的肩部間的間隙，H及I表示由加熱裝置預熱的預熱(預定)區域。再者，自容易觀察的觀點出發，於圖1B及圖1C中，以虛線表示10-1的加熱裝置(表面側加熱裝置)及/或10-2的加熱裝置(背面側加熱裝置)。另外，關於表(正)面(側)的記載，為了與表面區分，於首次出現之處等表述為表(正)面。
另外，於圖1A~圖1D中，利用接合方向(旋轉工具的行進方向)、接合垂直方向(與接合方向垂直、且與板厚方向垂直的方向，於圖1A~圖1D中與接合部的寬度方向及電磁鋼帶的行進方向一致)、及板厚方向(相對於被接合材的表面垂直的方向)示出了各部的配置等。
例如，於圖1B中，鉛垂方向為板厚方向。水平方向為接合垂直方向。紙面近前側的方向為接合方向。即，於圖1B所示的面
內，包含接合垂直方向以及板厚方向。另外，虛線所示的10-1及10-2的加熱裝置位於較3-1及3-2的旋轉工具更靠紙面近前側處。同樣地，於圖1C中，虛線所示的10-1的加熱裝置位於較預熱區域H及預熱區域I更靠紙面近前側處。
再者，此處提及的所謂電磁鋼帶，是指作為電磁鋼板的製造用原材料的中間製品的含義，特別是指自熱軋結束後至用於一次再結晶的熱處理(例如，脫碳退火或一次再結晶退火)前的階段中的中間製品。再者，藉由依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造方法製造的電磁鋼帶是如後所述般將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合後進行冷軋而得者。以下，亦將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合後的狀態的電磁鋼帶稱為接合鋼帶，亦將對該接合鋼帶進行冷軋而成的電磁鋼帶稱為冷軋鋼帶。另外，依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法例如適宜於電磁鋼帶的生產線、特別是連續冷軋線上實施。此處，所謂連續冷軋線是指利用冷軋裝置對鋼帶進行連續冷軋的生產線。連續冷軋線例如包括鋼帶的搬送裝置以及冷軋裝置。於連續冷軋線上，有時亦任意地進一步附帶酸洗裝置或退火爐、塗敷裝置等。
而且，依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法如上所述般應用預熱式雙面摩擦攪拌接合作為電磁鋼帶的卷材接合。於此基礎上，其特徵在於：選擇使接合部及熱加工影響部的鋼組織成為鐵氧體相主體的組織、且使接合部及熱加工影響部的鋼組織微細化、使接合部與母材部的硬度差降低的條件進
行接合。
更具體而言，依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法是：一種藉由彼此相向的一對旋轉工具將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，包括：預熱步驟，利用在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合方向的前方的加熱裝置，對所述被接合材的未接合部進行預熱；以及接合步驟，對於所述被接合材的未接合部，使所述旋轉工具自兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓，並使所述旋轉工具沿接合方向移動，藉此將所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶接合，所述被接合材的未接合部為所述第一電磁鋼帶的端部與繼所述第一電磁鋼帶之後的所述第二電磁鋼帶的端部的對接部或重疊部，藉由使所述加熱裝置與所述旋轉工具連動地沿接合方向移動而連續進行所述預熱步驟與所述接合步驟，於所述接合步驟中，於藉由所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶的接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且滿足下式(1)~式(4)的關係的條件下進行接合。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
此處，作為接頭形式的適宜的例子，可列舉對接接合及搭接接合。
所謂對接接合，是指於使第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的端面彼此相向的狀態下，使旋轉工具一邊旋轉一邊按壓包含第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的端面(對接面)的對接部。然後，於該狀態下，使旋轉工具沿接合方向移動，藉此將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合。
所謂搭接接合，是指將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的端部的至少一部分重疊，使旋轉工具一邊旋轉一邊按壓重疊部。然後，於該狀態下，使旋轉工具沿接合方向移動，藉此將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合。
對接接合與搭接接合僅未接合部的形態不同，其他裝置的結構基本相同，因此，此處，例示如圖1A~圖1D般藉由預熱式雙面摩擦攪拌接合進行對接接合的情況來進行說明。預熱式雙面摩擦攪拌接合方法是將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶於進行預熱的基礎上，使用彼此相向的一對旋轉工具加以接合的摩擦攪拌接合方法。即，使彼此相向的一對旋轉工具自預熱後的被接合材的未接合部的兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓。而且，於該狀態下，使旋轉工具沿接合方向移動，藉此將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合。
於此種預熱式雙面摩擦攪拌接合中例如使用如下的摩擦攪拌接合裝置，即，所述摩擦攪拌接合裝置如圖1A所示，包括：把持裝置(未圖示)，對被接合材進行把持；一對旋轉工具，彼此相向；
所述旋轉工具的驅動裝置；加熱裝置，在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合方向的前方；以及所述把持裝置、所述旋轉工具的驅動裝置及所述加熱裝置的動作控制裝置。
於動作控制裝置中，例如對旋轉工具的傾斜角度α、旋轉工具的前端部的位置及前端部(銷)彼此之間的距離g(以下，亦稱為銷間的間隙g)、旋轉工具的肩部間的間隙G、接合速度(及與旋轉工具連動地移動的加熱裝置向接合方向的移動速度)、壓入荷重、旋轉工具的轉速、旋轉轉矩以及加熱裝置的功率等進行控制。
於預熱式雙面摩擦攪拌接合中，將摩擦攪拌接合裝置的旋轉工具分別配置於作為被接合材的第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶(以下，亦簡稱為被接合材)的兩面。另外，將加熱裝置在被接合材的至少一個面上配置於旋轉工具的接合方向的前方。再者，有時將配置於被接合材的表面側(鉛垂方向上側)的旋轉工具稱為表面側旋轉工具，將配置於被接合材的背面側(鉛垂方向下側)的旋轉工具稱為背面側旋轉工具。另外，有時將配置於被接合材的表面側(鉛垂方向上側)的加熱裝置稱為表面側加熱裝置，將配置於被接合材的背面側(鉛垂方向下側)的加熱裝置稱為背面側加熱裝置。第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶以與圖中所示的接合中央線平行的方式配置，且分別由把持裝置把持。
此處，接合中央線是將接合時旋轉工具的旋轉軸的(於
被接合材的表面上的)通過設定(瞄準)位置連結而成的線，且與接合方向平行。再者，接合中央線亦可稱為接合時旋轉工具的旋轉軸的(於被接合材的表面上的)軌跡，通常會經過接合部的寬度方向上的中心位置。於對接接合的情況下，該位置例如如圖1A~圖1D所示般為第一電磁鋼帶的端部(後端)與第二電磁鋼帶的端部(前端)的對接部的接合垂直方向上的中心位置。換言之，該位置為接合垂直方向上的第一電磁鋼帶的端部(後端)與第二電磁鋼帶的端部(前端)的中間點。另外，於搭接接合的情況下，該位置例如為第一電磁鋼帶的端部(後端)與第二電磁鋼帶的端部(前端)的重疊部的寬度(接合垂直方向的寬度)上的中心位置。
然後，對於位於接合中央線上的被接合材的未接合部(接合預定區域)、即第一電磁鋼帶的端部(後端)與第二電磁鋼帶的端部(前端)的對接部進行預熱。繼而，對於預熱後的被接合材的未接合部，使旋轉工具自兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓。而且，於該狀態下，使旋轉工具沿接合方向移動。藉由利用該預熱而向被接合材輸入的熱、以及被接合材與旋轉工具的摩擦熱，使被接合材軟化。然後，利用旋轉工具對該軟化的部位進行攪拌，藉此使其產生塑性流動，將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合。特別是藉由對被接合材進行預熱，未接合部的軟化變得容易，利用旋轉工具進行的攪拌得到促進。其結果，可有效地抑制在生產線上發生卷材接合部的斷裂及產生
缺陷的情況，同時使接合速度高速化，能夠達成高施工效率。再者，於接合完成的部分形成接合部。另外，與接合部鄰接地形成熱加工影響部。
以下，對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法的預熱步驟及接合步驟進行詳細說明。
[預熱步驟]
於預熱步驟中，將加熱裝置在被接合材的至少一個面上配置於旋轉工具的接合進行方向的前方，且利用加熱裝置對被接合材的未接合部進行預熱。再者，藉由使加熱裝置與旋轉工具連動地沿接合方向移動，可連續進行預熱步驟與後述的接合步驟。另外，藉由對被接合材進行預熱，未接合部的軟化變得容易，利用旋轉工具進行的攪拌得到促進。其結果，可有效地抑制在生產線上發生卷材接合部的斷裂及產生缺陷的情況，同時使接合速度高速化，能夠達成高施工效率。
接下來，使用圖1C，以將加熱裝置配置於被接合材的兩面的情況(以下，亦稱為雙面配置)為例，對適宜的預熱溫度等進行說明。此處，被接合材的預熱溫度是預熱結束時刻(加熱裝置通過的時刻)下的被接合材的表面的溫度(並非內部溫度而為表面溫度)。而且，適宜的是被接合材的預熱溫度於被接合材的兩面滿足以下要件。再者，於將加熱裝置配置於被接合材的僅任意一個面的情況(以下，亦稱為單面配置)下，只要被接合材的預熱溫度於被接合材的兩面滿足以下要件，則亦可獲得同樣的效
果。因此，省略對單面配置例子的說明。
100≦TPw=0≦1000...(11)
100≦TPw=0.2D≦1000...(12)
50≦TPw=0.5D≦800...(13)
於預熱式雙面摩擦攪拌接合中，重要的是藉由利用預熱而向被接合材輸入的熱、以及被接合材與旋轉工具的摩擦熱，使被接合材軟化，以促進利用旋轉工具進行的攪拌。為此，有效的是對圖1C所示的預熱區域I(被接合材的表面中的0≦W≦0.1×D的區域)及預熱區域H(被接合材的表面中的0.1×D<W≦0.5×D)的預熱溫度、特別是作為該些加熱區域的代表位置的W=0、W=0.2×D及W=0.5×D的位置處的被接合材的預熱溫度進行適當控制。就此種觀點而言，適宜的是將被接合材的預熱溫度控制為滿足上列式(11)~式(13)的關係。此處，W為自被接合材的接合中央線沿接合垂直方向離開的距離(mm)，TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D分別為W=0、W=0.2×D及W=0.5×D的位置處的被接合材的表面的預熱溫度(℃)。另外，D為旋轉工具的肩部的直徑(mm)。再者，預熱區域是被接合材的由加熱裝置預熱的表面區域。
0.70≦TPw=0.2D/TPw=0≦1.00...(14)
TPw=0.5D/TPw=0≦0.45...(15)
另外，於預熱步驟中，關於被接合材的預熱溫度，更佳為於使其滿足上列式(11)~式(13)的關係的基礎上，進而滿足上列式(14)及式(15)的關係。即，為了獲得藉由預熱的塑性流動促進效果，有效的是提高被接合材的預熱溫度。但是，若過度提高被接合材的預熱溫度，則有時會於預熱區域的周邊產生顯微組織的變質。因此，更有效的是於接合中央線附近的預熱區域I中提高預熱溫度，另一方面於遠離接合中央線的預熱區域H中抑制預熱溫度。特別是關於作為預熱區域I及預熱區域H的代表位置的W=0、W=0.2×D及W=0.5×D的位置處的被接合材的預熱溫度，有效的是將TPw=0.2D相對於TPw=0之比即TPw=0.2D/TPw=0設為0.70~1.00的範圍，且將TPw=0.5D相對於TPw=0之比即TPw=0.5D/TPw=0控制為0.45以下。因此，於預熱步驟中，關於被接合材的預熱溫度，更佳為使其滿足上列式(14)及式(15)的關係。
另外，預熱步驟中使用的加熱裝置並無特別限定，例如可列舉高頻感應加熱裝置或雷射照射加熱裝置。
此處，於使用高頻感應加熱裝置作為加熱裝置的情況下，例如，於20kHz以上且360kHz以下的範圍內對使用頻率進行各種調整，並且於10kW以上且200kW以下的範圍內對功率進行各種調整。藉此，可將被接合材的表面溫度控制為滿足上列式(11)~式(15)的關係。
另外，於使用雷射照射加熱裝置作為加熱裝置的情況下，例如，於0.3μm以上且11μm以下的範圍內對雷射光的波長進行各種調整，並且於2kW以上且50kW以下的範圍內對功率進行各種調整。藉此，可將被接合材的表面溫度控制為滿足上列式(11)~式(15)的關係。
再者，作為加熱裝置，亦可使用將多種加熱裝置組合而成的裝置，例如使用將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
另外，只要加熱裝置在被接合材的至少一個面上配置於旋轉工具的接合(行進)方向的前方，則加熱裝置與旋轉工具之間的距離或預熱區域的範圍(以下，亦稱為預熱範圍)並無特別限定。其中，若加熱裝置與旋轉工具的距離變得過小，則有旋轉工具因加熱裝置產生的熱而受損之虞。因此，加熱裝置與旋轉工具的位置關係較佳為考慮加熱效率或對被接合材的影響來決定。例如，於利用使用頻率為20kHz~360kHz的高頻感應加熱裝置的例子中，較佳為將加熱裝置與旋轉工具之間的距離(接合方向上的端部間距離)設為1mm~100mm的範圍。另外，預熱範圍亦無特別限定，就滿足上列式(11)~式(15)的關係的觀點而言，適宜將接合垂直方向上的預熱範圍的中心位置設為0≦W≦0.1×D的範圍。再者，預熱範圍例如可藉由對加熱裝置的配置、功率及頻率進行調整來控制。
[接合步驟]
於所述預熱步驟中，於對被接合材的未接合部進行預熱後，對於被接合材的未接合部，使旋轉工具自兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓。而且，於該狀態下，使旋轉工具沿接合方向移動，藉此將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合。
而且，於該接合步驟中，重要的是：於藉由接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且滿足下式(1)~式(4)的關係的條件下進行接合。藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況得到有效抑制。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，
Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
進而，於依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中，適宜的是於滿足下式(5)及式(6)的關係的條件下進行接合。
0.8×TbmL≦TszL...(5)
TszH≦1.3×TbmH...(6)
此處，TszL 為接合部的厚度的最小值(mm)，TszH 為接合部的厚度的最大值(mm)，TbmL 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較薄的電磁鋼帶的板厚(mm)，TbmH 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較厚的電磁鋼帶的
板厚(mm)。
其中，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚相同的情況下，為TbmL=TbmH。
再者，關於被接合材(第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶)、接合部及熱加工影響部、以及上列式(1)~式(6)等的說明，如後述的[2]電磁鋼帶的接合接頭中所記載。
另外，為了設為藉由接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且滿足上列式(1)~式(4)的關係的條件、適宜的是進而滿足上列式(5)及式(6)的關係的條件，例如適宜的是同時滿足以下方面。
‧進行所述預熱步驟。
‧於此基礎上，關於由旋轉工具的轉速RS(次/分鐘)、旋轉工具的肩部的直徑D(mm)及接合速度JS(mm/分鐘)表示的RS×D3/JS，使其滿足下式(7)及式(8)的關係。
4×TJ≦D≦10×TJ...(7)
180×TJ≦RS×D3/JS≦1500×TJ...(8)
此處，於未接合部為對接部的情況下，式(7)及式(8)中的TJ為第一電磁鋼帶的板厚及第二電磁鋼帶的板厚的平均值(mm)，於未接合部為重疊部的情況下，式(7)及式(8)中的TJ
為重疊部的厚度(mm)(即，第一電磁鋼帶的板厚(mm)與第二電磁鋼帶的板厚(mm)的合計)。
即，根據未接合部的厚度對旋轉工具的肩部的直徑D(以下，亦簡稱為肩徑D)進行適當控制。藉此，可有效地對被接合材賦予由旋轉工具與作為被接合材的第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶之間產生的摩擦熱引起的溫度上升、以及由摩擦力引起的剪切應力。此處，若肩徑D小於4×TJ(mm)，則無法獲得充分的塑性流動，有時難以滿足規定的關係。另一方面，若肩徑D超過10×TJ(mm)，則產生塑性流動的區域不必要地擴大，於接合部被投入過大的熱量。因此，接合部的再結晶組織粗大化，有時難以滿足規定的關係。因此，為了設為滿足規定的關係的條件，關於肩徑D，較佳為使其滿足所述式(7)的關係。肩徑D更佳為5×TJ(mm)以上。另外，肩徑D更佳為9×TJ(mm)以下。
另外，RS×D3/JS是與每單位接合長度的發熱量相關的參數。而且，藉由將RS×D3/JS的範圍設為180×TJ~1500×TJ，可有效地對被接合材賦予由旋轉工具與作為被接合材的第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶之間產生的摩擦熱引起的溫度上升、以及由摩擦力引起的剪切應力。此處，當RS×D3/JS小於180×TJ時，發熱量有時變得不充分。因此，無法於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的接面形成冶金上經接合的狀態的接合界面，有時難以滿足規定的關係。另一方面，若RS×D3/JS超過1500×TJ，則由摩擦攪拌引起的發熱量變得過大，於接合部被投入過大的熱量。因此，接合部
的峰值溫度(最高到達溫度)上升，或者冷卻速度降低，接合部的再結晶組織粗大化。其結果，有時難以滿足規定的關係。因此，就設為滿足規定的關係的條件的觀點而言，關於RS×D3/JS，較佳為使其滿足所述式(8)的關係。RS×D3/JS更佳為240×TJ以上。另外，RS×D3/JS更佳為1200×TJ以下。
再者，當於表面側旋轉工具與背面側旋轉工具中旋轉工具的轉速RS及/或肩徑D不同時，較佳為在表面側旋轉工具及背面側旋轉工具的各旋轉工具中滿足上列式(7)及式(8)的關係。
另外，於依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中，較佳為旋轉工具的傾斜角度α滿足下式(9)的關係。
0°<α≦2°...(9)
此處，α為包含接合方向以及板厚方向(相對於被接合材的表面而垂直的方向)的面中的、旋轉工具的旋轉軸(以下，亦稱為工具的旋轉軸)相對於板厚方向(相對於被接合材的表面而垂直的方向)的傾斜角度。再者，將旋轉工具的前端部相對於接合方向而領先的朝向(的角度)設為+。
即，旋轉工具由較被接合材硬的材質形成。但是，於使用了陶瓷等缺乏韌性的材料的旋轉工具中，若對銷加載彎曲方向的力，則應力會局部地集中，有造成破壞之虞。關於該方面，若使工具的旋轉軸相對於板厚方向傾斜α(°)以使銷的前端相對於
接合方向而領先，則可使針對旋轉工具的負荷作為在旋轉軸方向上被壓縮的分力而由旋轉工具承受。藉此，可降低彎曲方向的力，可避免旋轉工具的破壞。
此處，若旋轉工具的傾斜角度α超過0°，則可獲得上述效果。但是，若旋轉工具的傾斜角度α超過2°，則接合部的表面/背面容易成為凹形。因此，接合部的厚度的最小值相對於母材的厚度而降低。其結果，會對接頭強度產生不良影響，有時會導致在生產線上發生卷材接合部的斷裂。因此，旋轉工具的傾斜角度α較佳為在表面側旋轉工具與背面側旋轉工具兩者中設為0°<α≦2°的範圍。
進而，於依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中，較佳為旋轉工具的肩部間的間隙G(mm)滿足下式(10)的關係。
0.5×TJ-0.1×D×sinα≦G≦0.9×TJ-0.1×D×sinα...(10)
即，於雙面摩擦攪拌接合中，就抑制接合時的缺陷產生、同時達成接合速度的高速化的觀點而言，有利的是對圖1D所示的旋轉工具的肩部間的間隙G(以下，亦簡稱為肩部間間隙G)進行適當控制。再者，肩部間間隙G亦可稱為板厚方向上的表面側旋轉工具的肩部與背面側旋轉工具的肩部的間隔距離。特別是若肩部間間隙G處於0.5×TJ-0.1×D×sinα~0.9×TJ-0.1×D×sinα的範圍
內，則彼此相向的旋轉工具的肩部成為與被接合材的表面側及背面側密接或壓入被接合材的表面側及背面側的狀態。其結果，被接合材自表面側及背面側被旋轉工具的肩部以充分的荷重按壓，於抑制接合時的缺陷產生、同時達成接合速度的高速化的方面是有利的。因此，肩部間間隙G較佳設為0.5×TJ-0.1×D×sinα~0.9×TJ-0.1×D×sinα的範圍。
關於上述以外的條件，只要是滿足上列式(1)~式(4)的關係、較佳為滿足上列式(5)~式(10)的關係的條件，則並無特別限定，依照常規方法即可。
例如，旋轉工具的轉速較佳為200r/min(次/分鐘)~6000r/min(次/分鐘)。藉由將旋轉工具的轉速設為該範圍內，可於良好地保持表面形狀的同時抑制因投入過大的熱量而引起的機械特性的降低，因此有利。旋轉工具的轉速更佳為300r/min以上。另外，旋轉工具的轉速更佳為5000r/min以下。
接合速度較佳為1000mm/min(毫米/分鐘)~10000mm/min(毫米/分鐘)。接合速度更佳為2000mm/min以上，進而佳為3500mm/min以上，進而更佳為4000mm/min以上，進而更佳為5000mm/min以上。
旋轉工具的前端部的位置或壓入荷重、旋轉轉矩、銷間的間隙等依照常規方法適當設定即可。
再者，如圖1A~圖1D所示，於預熱式雙面摩擦攪拌接合中，將表面側旋轉工具的旋轉方向與背面側旋轉工具的旋轉方
向設為自被接合材的表面側(或背面側)觀察時為相反方向。另外，表面側旋轉工具的轉速與背面側旋轉工具的轉速較佳設為相同轉速。藉此，可將自表面側旋轉工具施加至被接合材的旋轉轉矩與自背面側旋轉工具施加至被接合材的旋轉轉矩相互抵消。其結果，與自其中一個面按壓未接合部來進行接合的單面摩擦攪拌接合法相比，能夠簡化用於約束被接合材的夾具的結構。
另外，若將表面側旋轉工具的旋轉方向與背面側旋轉工具的旋轉方向設為自被接合材的表面側(或背面側)觀察時為相同方向，則相對於其中一個旋轉工具而言的另一個旋轉工具的相對速度接近於零。其結果，被接合材的塑性流動接近均質狀態，塑性變形亦變小。因此，亦無法獲得由材料的塑性變形引起的發熱，故難以達成良好的接合狀態。因此，就相對於被接合材的板厚方向而均質地獲得對於達成良好的接合狀態而言充分的溫度上升與剪切應力的觀點而言，較佳為將表面側旋轉工具的旋轉方向與背面側旋轉工具的旋轉方向設為自被接合材的表面側(或背面側)觀察時為相反方向。
另外，關於在依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中使用的旋轉工具，亦無特別限定，依照常規方法即可。
例如，旋轉工具的前端部於接合時與作為被接合材的第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶接觸。因此，旋轉工具的前端部由在接合時暴露的高溫狀態下較第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶硬的材質形
成。藉此，於接合時，旋轉工具可於保持前端部的形狀的狀態下對第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶施加變形。其結果，可持續達成高攪拌能力，能夠進行恰當的接合。再者，關於旋轉工具的前端部、第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的硬度，藉由高溫維氏硬度試驗方法進行測定並加以比較即可。再者，可使旋轉工具的僅前端部由較第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶硬的材質形成。另外，亦可使旋轉工具整體由較第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶硬的材質形成。
於圖2A及圖2B中，作為雙面摩擦攪拌接合中使用的旋轉工具的例子，示出旋轉工具的前端部包括肩部(圖中的由肩徑表示的範圍)、以及配置於該肩部且與該肩部共有旋轉軸的銷(圖中的由針徑表示的範圍)時的形狀。
於圖2A所示的旋轉工具的例子中，旋轉工具的形狀為肩徑D：13mm、針徑：4mm、針長度：0.6mm、凹面深度(未圖示)：0.3mm。
於圖2B所示的旋轉工具的例子中，旋轉工具的形狀為肩徑D：20mm、針徑：6.7mm、針長度：0.9mm、凹面深度(未圖示)：0.3mm。
肩部呈由大致平面或平緩曲面形成的平坦形狀。肩部具有於接合時一邊旋轉一邊與第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶接觸並產生摩擦熱的功能。另外，肩部具有藉由按壓因熱而軟化的部位來防止材料離散、並促進向旋轉方向的塑性流動的功能。
銷形成為與肩部不連續的形狀而呈朝向被接合材(未圖示)大致垂直地突出的形狀。銷具有於接合時藉由在第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的軟化部向板厚中心方向侵入而提升板厚中心部附近的攪拌能力的功能。另外，銷通常位於肩部的中心。
關於肩徑D(mm)，如上所述，較佳為使其滿足上列式(7)及式(8)的關係。另外，旋轉工具的針徑及針長度等並無特別限定，依照常規方法適當設定即可。例如，當於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚不同的情況下進行對接接合時，只要考慮第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚的平均值來設定依照常規方法的旋轉工具的針徑及針長度等即可。另外，當對第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶進行搭接接合時，只要考慮第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚的合計值來設定依照常規方法的旋轉工具的針徑及針長度等即可。
作為旋轉工具，除了可使用由肩部與銷構成了所述旋轉工具的前端部的旋轉工具(以下，亦簡稱為有銷的旋轉工具)之外，亦可使用僅由肩部構成了旋轉工具的前端部的無銷的旋轉工具(以下，亦簡稱為無銷的旋轉工具)。作為無銷的旋轉工具，例如可列舉將旋轉工具的前端面(與被接合材的接觸面)設為平面、凸型的曲面或凹型的曲面的無銷的旋轉工具。再者，於無銷的旋轉工具的情況下，肩徑D亦可稱為前端徑。前端徑為旋轉工具的前端面在與旋轉軸垂直的面上的直徑(將旋轉工具的前端面向與旋轉軸平行的方向投影時的投影區域的直徑)。
[2]電磁鋼帶的接合接頭
接下來，使用圖3對電磁鋼帶的接合接頭進行說明。圖中，符號1為第一電磁鋼帶(被接合材)，符號2為第二電磁鋼帶(被接合材)，符號4為接合部，符號4-1為熱加工影響部(第一電磁鋼帶側)，符號4-2為熱加工影響部(第二電磁鋼帶側)。再者，圖3是電磁鋼帶的接合接頭的板厚方向上的剖面圖。圖中，鉛垂方向為板厚方向。水平方向為接合垂直方向。紙面近前側的方向為接合方向。即，於圖3所示的面(此處提及的板厚方向上的剖面)內，包含接合垂直方向以及板厚方向。
所述電磁鋼帶的接合接頭是：一種將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合的電磁鋼帶的接合接頭，所述電磁鋼帶的接合接頭包括接合部、以及與該接合部鄰接的熱加工影響部，該接合部及該熱加工影響部的鋼組織分別為鐵氧體相主體的組織，且滿足下式(1)~式(4)的關係。
Dsz≦200μm...(1)
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...
(4)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
另外，所述電磁鋼帶的接合接頭例如可藉由所述依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法而獲得(製造)。
[被接合材(第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶)]
第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶是作為被接合材的電磁鋼帶。第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的成分組成只要是作為冷軋階段的電磁鋼帶(電磁鋼板)而言普遍的組成，則並無特別限定。
作為此種電磁鋼帶的成分組成，可例示以2.0質量%~5.0
質量%的範圍含有Si的成分組成。另外，可例示C為0.005質量%以下、Si為2.0質量%~5.0質量%、Al為3.0質量%以下、Mn為2.00質量%以下、P為0.2質量%以下、S為0.01質量%以下、及N為0.01質量%以下，且剩餘部分為Fe及不可避免的雜質的成分組成。再者，於所述成分組成中，可任意含有選自由以質量%計為0.2%以下的Sn、0.2%以下的Sb、0.01%以下的Ca、0.05%以下的稀土金屬(rare-earth metal，REM)、及0.01%以下的Mg所組成的群組中的至少一種。進而，於所述成分組成中，可任意含有選自由以質量%計為1%以下的Cr、1%以下的Ni、及1%以下的Cu所組成的群組中的至少一種。再者，Si及Fe以外的元素亦可均為0%。
另外，第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的成分組成可相同，亦可不同。
第一電磁鋼帶的板厚t1及第二電磁鋼帶的板厚t2並無特別限定，但t1及t2分別適宜為1.2mm~3.2mm。再者，t1與t2可相同，亦可不同。
另外，於作為被接合材的第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶中，將未受到藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的影響的區域稱為母材部。
另外，母材部、以及後述的接合部及熱加工影響部以如下方式劃定。
即，將電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合
垂直方向以及板厚方向的面)成為切斷面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷。繼而，對切斷面進行研磨，並利用苦味酸飽和水溶液、硝酸乙醇腐蝕液(nital)(硝酸與乙醇的溶液)或王水(將濃鹽酸與濃硝酸以3：1的體積比混合而成的溶液)進行蝕刻。繼而，利用光學顯微鏡對該切斷面進行觀察，並根據蝕刻的程度等，劃定母材部、以及接合部及熱加工影響部。
[接合部]
接合部是受到藉由旋轉工具和被接合材的摩擦熱與塑性流動進行的熱加工而成為再結晶組織的區域。
接合部包含鐵氧體相主體的鋼組織，具體而言包含以面積率計為95%以上的鐵氧體相。鐵氧體相的面積率亦可為100%。另外，鐵氧體相以外的剩餘部分組織的面積率為5%以下。作為鐵氧體相以外的剩餘部分組織，例如可例示麻田散鐵、硫化物、氮化物或碳化物等第二相等。剩餘部分組織的面積率亦可為0%。
再者，鐵氧體相的面積率以如下方式測定。
即，以後述的接合部的測定區域被包含於觀察面中的方式，自電磁鋼帶的接合接頭切出試驗片。再者，觀察面設為圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)。繼而，對試驗片的觀察面進行研磨，然後利用3vol.%硝酸乙醇腐蝕液、苦味酸飽和水溶液或王水進行蝕刻，使組織顯現。繼而，於後述的接合部的測定區域內，利用光學顯微鏡以倍率：500倍拍攝合計10個視野。繼而，根據所獲得的組織圖像，使用奧多比系統(Adobe
Systems)公司的Adobe Photoshop，計算10個視野的鐵氧體相的面積。繼而，針對每個視野算出的鐵氧體相的面積除以各自的視野區域的面積並乘以100。然後，將該些值的算術平均值設為鐵氧體相的面積率。
另外，重要的是使接合部的鋼組織微細化，具體而言為減小構成接合部的鋼組織的鐵氧體晶粒的粒徑(以下，亦稱為鐵氧體粒徑)以使其滿足下式(1)的關係。藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況得到有效抑制。
Dsz≦200μm...(1)
此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)。
此處，Dsz依據日本工業標準(Japanese Industrial Standards，JIS)G 0551來測定。具體而言，以如下方式測定。
即，將電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)成為切斷面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷。於該切斷面中，將接合垂直方向設為X軸，將板厚方向設為Y軸。而且，將接合垂直方向上的接合部的中心位置、且為板厚(鉛垂)方向上的被接合材的板厚中心位置設為X軸與Y
軸的原點。關於接合垂直方向上的接合部的中心位置，例如於對接接頭的情況下為對接縫隙的中心位置，於搭接接頭的情況下為重疊部的中心位置。關於板厚(鉛垂)方向上的被接合材的板厚中心位置，例如於對接接頭的情況下為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中板厚較小的一者的板厚中心位置，於搭接接頭的情況下為重疊部的板厚中心位置。而且，將X=-0.2×t~+0.2×t、Y=-0.2×t~+0.2×t的區域設為測定區域。此處，t為第一電磁鋼帶的板厚及第二電磁鋼帶的板厚的平均值(mm)。其中，於所述測定區域中包含熱加工影響部或母材部等非接合部的區域的情況下，將該區域自測定區域中去除。再者，關於X軸及Y軸，任意設定+及-即可。
然後，於所述測定區域內的任意位置，藉由依據JIS G 0551「鋼-結晶粒度的顯微鏡試驗方法」的切斷法(利用每1mm試驗線中捕捉到的晶粒數或交點的數量P進行評價)，進行共計5次接合部的鐵氧體粒徑的測定，將該些的平均值設為Dsz。再者，以下亦將接合部的鐵氧體粒徑的測定區域簡稱為接合部的測定區域。
另外，重要的是降低接合部與母材部的硬度差，具體而言是使其滿足下式(4)的關係。藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況得到有效抑制。
0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...
(4)
此處，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
此處，Hsz、Hbm1及Hbm2依據JIS Z 2244來測定。具體而言，分別以如下方式測定。
即，於所述切斷面中的所述接合部的測定區域內的任意5處，於試驗力：4.9N的條件下測定維氏硬度(HV)。然後，將該些的平均值設為Hsz。
另外，於所述切斷面中，於第一電磁鋼帶的母材部的板厚中心位置±0.2×t1的區域(板厚(鉛垂)方向的水平面(level))內、及第二電磁鋼帶的母材部的板厚中心位置±0.2×t2的區域(板厚(鉛垂)方向的水平面)內的任意5處，分別於試驗力：4.9N的條件下測定維氏硬度(HV)。再者，關於接合垂直(水平)方向上的位置，只要是母材部即可，可任意選擇。然後，將於第一電磁鋼帶的母材部及第二電磁鋼帶的母材部測定出的維氏硬度(HV)的平均值分別設為Hbm1及Hbm2。此處，t1及t2分別為第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的板厚。
另外，接合部的厚度並無特別限定，但較佳為對其與第一電磁鋼帶和第二電磁鋼帶的厚度的關係進行適當控制，具體而
言是使其滿足下式(5)及式(6)的關係。藉此，即便為使用電磁鋼帶作為被接合材的情況，亦不會導致卷材接合部的形狀劣化，卷材接合部的機械特性進一步提高，在生產線上發生卷材接合部的斷裂的情況進一步得到有效抑制。
0.8×TbmL≦TszL...(5)
TszH≦1.3×TbmH...(6)
此處，TszL為接合部的厚度的最小值(mm)，TszH為接合部的厚度的最大值(mm)，TbmL為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較薄的電磁鋼帶的板厚(mm)，TbmH為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較厚的電磁鋼帶的板厚(mm)。
其中，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚相同的情況下，為TbmL=TbmH。
再者，TszL及TszH例如以如下方式測定即可。即，將電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)成為切斷面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷。然後，於該切斷面上，使用滑動卡尺等測定TszL及TszH。
[熱加工影響部]
熱加工影響部為如下區域：該區域與接合部鄰接，且雖然會受到藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的影響，但因溫度或加工不充分而未成為再結晶組織。另外，熱加工影響部與接合部鄰接地形成於第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的兩側。
熱加工影響部與接合部同樣地包含鐵氧體相主體的鋼組織，具體而言包含以面積率計為95%以上的鐵氧體相。鐵氧體相的面積率亦可為100%。另外，鐵氧體相以外的剩餘部分組織的面積率為5%以下。作為鐵氧體相以外的剩餘部分組織，例如可例示麻田散鐵、硫化物、氮化物或碳化物等第二相等。剩餘部分組織的面積率亦可為0%。鐵氧體相的面積率按照與上述方法相同的要領來測定即可。
另外，於熱加工影響部中，重要的同樣是使鋼組織微細化，具體而言是使熱加工影響部的鐵氧體粒徑成為母材部的鐵氧體粒徑以下。即，使其滿足下式(2)及式(3)的關係。
Dhaz1≦Dbm1...(2)
Dhaz2≦Dbm2...(3)
此處，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平
均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)。
此處，Dhaz1、Dhaz2、Dbm1及Dbm2依據JIS G 0551，按照與接合部的鐵氧體粒徑的平均值即Dsz相同的要領來測定。
另外，第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的測定區域(以下，亦稱為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的測定區域)以如下方式設定。即，將電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)成為切斷面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷。於所述切斷面中，將接合垂直方向設為X軸，將板厚方向設為Y軸。而且，將第一電磁鋼帶的板厚中心位置(水準)處的接合部與第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的邊界位置設為X軸與Y軸的原點。關於X軸，將第一電磁鋼帶側設為+，將接合部側設為-，將X=0~+0.4×t1、Y=-0.2×t1~+0.2×t1的區域設為測定區域。此處，t1為第一電磁鋼帶的板厚。再者，關於Y軸，任意設定+及-即可。其中，於所述測定區域中包含接合部或母材部等非第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的區域的情況下，將該區域自測定區域中去除。
如上所述，接合部是指受到藉由旋轉工具和被接合材的摩擦熱與塑性流動進行的熱加工而成為再結晶組織的區域。熱加
工影響部是指與接合部鄰接，且雖然會受到藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的影響，但因溫度或加工不充分而成為未達再結晶的組織的區域。母材是指不受藉由摩擦熱與塑性流動進行的熱加工的影響的區域。
同樣，第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的測定區域(以下，亦稱為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的測定區域)以如下方式設定。即，將電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)成為切斷面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷。於所述切斷面中，將接合垂直方向設為X軸，將板厚方向設為Y軸。而且，將第二電磁鋼帶的板厚中心位置(水準)處的接合部與第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的邊界位置設為X軸與Y軸的原點。關於X軸，將第二電磁鋼帶側設為+，將接合部側設為-，將X=0~+0.4×t2、Y=-0.2×t2~+0.2×t2的區域設為測定區域。此處，t2為第二電磁鋼帶的板厚。再者，關於Y軸，任意設定+及-即可。其中，於所述測定區域中包含接合部或母材部等非第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的區域的情況下，將該區域自測定區域中去除。
另外，第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的測定區域(以下，亦稱為第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的母材部的測定區域)分別設為所述切斷面中的第一電磁鋼帶的母材部的板厚中心位置±0.2×t1的區域(板厚(鉛垂)方向的水平面)及第二電磁鋼帶的母材部的板厚中心位置±0.2×t2的區域(板厚(鉛
垂)方向的水平面)即可。再者，關於接合垂直(水平)方向上的位置，只要是母材部即可，可任意選擇。此處，t1及t2分別為第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶的板厚。
再者，作為接頭形式，可例示對接接頭或搭接接頭。
[3]電磁鋼帶的製造方法
接下來，對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造方法進行說明。
依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造方法包括：藉由所述依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合而獲得接合鋼帶的步驟；以及對所述接合鋼帶實施冷軋而獲得冷軋鋼帶的步驟。
此處，接合鋼帶適宜具有第一電磁鋼帶、第二電磁鋼帶、以及所述[2]的電磁鋼帶的接合接頭，且第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶經由所述電磁鋼帶的接合接頭而接合。
另外，關於冷軋條件並無特別限定，依照常規方法即可。另外，亦可於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的接合後且進行冷軋前，任意地進行酸洗。
[4]摩擦攪拌接合裝置
接下來，對依照本發明一實施形態的摩擦攪拌接合裝置進行說明。
依照本發明一實施形態的摩擦攪拌接合裝置是一種用於所述
[1]電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法的摩擦攪拌接合裝置，包括：把持裝置，對被接合材進行把持；一對旋轉工具，彼此相向；驅動裝置，能夠使所述旋轉工具進行旋轉以及向接合方向的移動；加熱裝置，在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合進行方向的前方；以及所述把持裝置、所述旋轉工具的驅動裝置及所述加熱裝置的動作控制裝置。
此處，作為把持裝置的態樣，例如可列舉：‧具有可動把持構件、以及所述可動把持構件的滑動裝置的把持裝置；及‧具有固定把持構件、可動把持構件以及所述可動把持構件的滑動裝置的把持裝置。
旋轉工具的態樣如所述[1]的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中所例示。
作為旋轉工具的驅動裝置的態樣，可列舉具有旋轉工具的旋轉驅動部、以及向旋轉工具的接合方向移動的移動裝置的驅動裝置。旋轉驅動部及移動裝置的驅動方式並無特別限定，例如藉由電動驅動方式即可。
加熱裝置的態樣如所述[1]的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法中所例示。另外，於加熱裝置中，附帶使加熱裝置與旋轉工
具連動地向接合方向移動的移動裝置。移動裝置的驅動方式並無特別限定，例如藉由電動驅動方式即可。
作為動作控制裝置的態樣，可列舉如下的動作控制裝置，該動作控制裝置具有：輸入部，輸入各種設定值等資料；運算部，對所輸入的資料進行運算處理；儲存裝置，儲存資料等；以及輸出部，基於運算部中的運算處理結果，輸出針對把持裝置、旋轉工具的驅動裝置及加熱裝置的動作訊號。
另外，就將被接合材的預熱溫度控制於上列式(11)~式(15)的範圍內的觀點而言，較佳為更包括溫度測定裝置，所述溫度測定裝置於被接合材的兩面測定TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D。作為此種溫度測定裝置的態樣，例如可列舉作為TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D測定用途而設置有多個輻射型溫度計的溫度測定裝置，或者(設定成對包含TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D的範圍的溫度進行網羅測定的)溫度記錄儀等。
再者，關於上述以外的裝置結構等，並無特別限定，設為現有公知的摩擦攪拌接合裝置的裝置結構即可。
[5]電磁鋼帶的製造裝置
接下來，對依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造裝置進行說明。
依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造裝置包括所述[4]的摩擦攪拌接合裝置。
另外，依照本發明一實施形態的電磁鋼帶的製造裝置
中，於連續冷軋線上，所述[4]的摩擦攪拌接合裝置配置於冷軋裝置的上游側、或酸洗裝置及冷軋裝置的上游側(自上游側起為摩擦攪拌接合裝置、酸洗裝置及冷軋裝置的順序)。再者，關於酸洗裝置及冷軋裝置，可適宜地使用在電磁鋼帶的連續冷軋線上普遍使用者。
另外，所謂連續冷軋線是指利用冷軋裝置對鋼帶進行連續冷軋的生產線。連續冷軋線例如包括鋼帶的搬送裝置以及冷軋裝置。於連續冷軋線上，有時亦任意地進一步附帶酸洗裝置或退火爐、塗敷裝置等。
再者，關於上述以外的裝置結構等，並無特別限定，設為現有公知的電磁鋼帶的製造裝置的裝置結構即可。
[實施例]
以下，使用實施例對本發明的作用及效果進行說明。再者，本發明並不限定於以下的實施例。
將具有表1所示的成分組成(剩餘部分為Fe及不可避免的雜質)的電磁鋼帶作為被接合材(第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶)。而且，藉由表2中記載的預熱條件及表3中記載的接合條件的預熱式摩擦攪拌接合，模擬處於連續冷軋線上的情況而將第一電磁鋼帶(先行鋼帶)與第二電磁鋼帶(後行鋼帶)於進行預熱的基礎上加以接合，製造出電磁鋼帶的接合接頭。此處，於對接接合的情況下，將坡口設為於作為被接合材的2片電磁鋼帶的端面不附加坡口角度的所謂I型坡口，於銑削加工程度的表面狀
態下對2片電磁鋼帶進行了對接、接合。後述的表3及表4的情況亦同樣如此。再者，於表1中一併記載了電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值、硬度的平均值及愛理遜(Erichsen)值。此處，電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值及硬度的平均值藉由上述方法來求出。另外，愛理遜值是依據JIS Z 2247中規定的愛理遜試驗方法測定的值。再者，關於未明確記載的條件，依照常規方法進行了設定。
再者，於預熱步驟中，使加熱裝置與旋轉工具連動地(以與接合速度相同的速度)沿接合方向移動。另外，加熱裝置使用了高頻感應加熱裝置。更具體而言，將最大功率100kW、頻帶70kHz~90kHz的高頻電源連接至長度100mm、寬度30mm的四角形感應加熱線圈。然後，將該感應加熱線圈設置成長度100mm的邊與接合進行方向平行、且在被接合材的單面或兩面上位於自表面沿板厚方向離開10mm的位置。再者，於表2中的加熱裝置的配置中，記載為「單面」者是僅於被接合材的單面(表(正)面)配置有加熱裝置的含義，記載為「雙面」者是於被接合材的兩面(表(正)面及背面兩者)配置有加熱裝置的含義。另外，利用設置於摩擦攪拌接合裝置的溫度記錄儀，於被接合材的兩面測定了預熱溫度。將所測定的被接合材的預熱溫度一併記載於表2中。另外，隔著接合中央線而於前進側(advancing side)(第一電磁鋼帶側)與後退側(retreating side)(第二電磁鋼帶側)兩者測定了TPW=0.2D及TPW=0.5D，但為大致相同的溫度。因此，此處，作為代
表，僅記載了前進側的測定溫度。另外，為了進行比較，於部分條件下未進行預熱。
另外，於接合步驟中，使配置於鉛垂方向上側的表面側旋轉工具自鉛垂方向上側觀察時順時針旋轉，使配置於鉛垂方向下側的背面側旋轉工具自鉛垂方向上側觀察時逆時針旋轉。即，於正視各個旋轉工具的前端部的狀態下，各個旋轉工具均逆時針旋轉。另外，使用了圖2A及圖2B中所示的兩種剖面尺寸及形狀的旋轉工具中的任一者。另外，表面側旋轉工具與背面側旋轉工具使用了相同剖面尺寸及形狀的旋轉工具。再者，該些旋轉工具均以較被接合材硬的、維氏硬度HV1090的碳化鎢(WC)為原材料。另外，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚不同的情況下，第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的對接部中將背面(配置背面側旋轉工具之側的面)設為無階差的狀態，將表面(配置表面側旋轉工具之側的面)設為有階差的狀態。另外，以第一電磁鋼帶(先行鋼帶)成為前進側、第二電磁鋼帶(後行鋼帶)成為後退側的方式進行接合。
另外，搭接接合的情況是以第一電磁鋼帶(先行鋼帶)成為搭接的上側、第二電磁鋼帶(後行鋼帶)成為搭接的下側的方式進行接合。旋轉工具的旋轉方向及旋轉工具的形狀等與對接接合的情況相同。
另外，為了進行比較，對於表4中記載的被接合材(第一電磁鋼帶及第二電磁鋼帶)，藉由表4記載的條件的雷射焊接，
將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合，製造出電磁鋼帶的接合接頭。
於雷射焊接中，使用了最大功率5.5kW的CO2雷射振盪器。保護氣體(shield gas)使用了氦，且保護氣體流量設為40升/分鐘。表4中的「填充焊絲添加」為「無」者於不使用填充焊絲的情況下進行了焊接。另外，表4中的「填充焊絲添加」為「有」者使用具有表5所示的成分組成(剩餘部分為Fe及不可避免的雜質)的金屬極鈍氣(metal inert gas，MIG)用焊絲(0.9mmΦ)作為填充焊絲進行了焊接。
針對如此般獲得的電磁鋼帶的接合接頭，利用所述要領，劃定了接合部、熱加工影響部及母材部。
另外，利用所述要領，測定了Dsz：接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)、Dhaz1：第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)、Dhaz2：第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)、Dbm1：第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)、Dbm2：第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)、Hsz：接合部的硬度的平均值、Hbm1：第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值、Hbm2：第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
進而，於所獲得的電磁鋼帶的接合接頭的鉛垂方向切斷面(圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面))上，測定了TszL：接合部的厚度的最小值(mm)及TszH：接合部的厚度的最大值(mm)。
再者，於藉由雷射焊接而獲得的電磁鋼帶的接合接頭中，將焊接部視為接合部、將熱影響部視為熱加工影響部來進行所述測定。測定要領等與藉由摩擦攪拌接合而獲得的電磁鋼帶的接合接頭的情況相同。
將結果示於表6及表7中。再者，當於後述的表面缺陷及內部缺陷的確認中確認到缺陷的情況下，省略了所述測定。另外，於確認到表面缺陷的情況下，亦省略了內部缺陷的確認。
另外，針對所獲得的電磁鋼帶的接合接頭，按照以下要領，對(I)表面缺陷的有無及(II)內部缺陷的有無進行了確認。將結果示於表8中。
(I)表面缺陷的有無
於所獲得的電磁鋼帶的接合接頭的接合部及熱加工影響部(於雷射焊接的情況下為焊接部及熱影響部)的表面及背面，藉由目視確認未接合狀態及裂紋的有無。而且，利用以下基準對表面缺陷的有無進行了判定。
無表面缺陷：未確認到未接合狀態及裂紋中的任一者。
有表面缺陷：確認到未接合狀態及裂紋中的至少一者。
(II)內部缺陷的有無
將所獲得的電磁鋼帶的接合接頭以圖3所示的面(即，包含接合垂直方向以及板厚方向的面)成為觀察面的方式沿板厚(鉛垂)方向切斷而採取試驗片。再者，接合方向上的切斷位置設為距接合(焊接)開始側的被接合材的端部為20mm的位置、距接合(焊接)結束側的被接合材的端部為20mm的位置、及作為被接合材的兩端部的中間的位置。而且，以該切斷位置處的切斷面成為觀察面的方式採取了合計3片試驗片。繼而，利用光學顯微鏡(倍率：10倍)對所獲得的試驗片的觀察面進行了觀察。而且，利用以下基準對內部缺陷的有無進行了判定。
無內部缺陷：於全部3片試驗片中，於接合部未確認到未接合狀態及裂紋中的任一者。
有內部缺陷：於至少一片試驗片中，於接合部確認到未接合狀態及裂紋中的至少一者。
另外，針對所獲得的電磁鋼帶的接合接頭，按照以下要領評價了對生產線上發生的卷材接合部的斷裂的抑制效果(以下，亦稱為斷裂抑制效果)。
即，自所獲得的電磁鋼帶的接合接頭，以包含接合部、第一電磁鋼帶側的熱加工影響部及母材以及第二電磁鋼帶側的熱加工影響部及母材的方式採取試驗片。繼而，使用所採取的試驗片，依據JIS Z 2247中規定的愛理遜試驗方法測定接合接頭的愛理遜值。而且，根據接合接頭的愛理遜值相對於母材部的愛理遜值的比率(以下，亦稱為愛理遜值的比率)，利用以下的基準對斷
裂抑制效果進行了評價。將結果示於表8中。
[愛理遜值的比率(%)]=[接合接頭的愛理遜值]/[母材部的愛理遜值]×100
○(合格)：愛理遜值的比率為80%以上
×(不合格)：愛理遜值的比率小於80%
再者，於第一電磁鋼帶的母材部的愛理遜值與第二電磁鋼帶的母材部的愛理遜值不同的情況下，母材部的愛理遜值為第一電磁鋼帶的母材部的愛理遜值與第二電磁鋼帶的母材部的愛理遜值中較小一者的值。
[表1]
[表2]
○滿足該式的關係
×不滿足該式的關係
[表3]
○滿足該式的關係
×不滿足該式的關係
[表5]
○滿足該式的關係
×不滿足該式的關係
根據表8，於發明例中，均進行了接合速度：3500mm/分鐘以上這一高速度下的接合，同時獲得了無缺陷、具有優異的斷裂抑制效果的電磁鋼帶的接合接頭。
另一方面，於比較例中，於進行接合速度：3500mm/分鐘以上的接合的情況下產生了缺陷，或者未獲得充分的斷裂抑制效果。
1:第一電磁鋼帶(被接合材)
2:第二電磁鋼帶(被接合材)
3-1:旋轉工具(表面側旋轉工具)
3-2:旋轉工具(背面側旋轉工具)
4:接合部
5-1、5-2:肩部
6-1、6-2:銷(針)
9-1、9-2:前端部
10-1:加熱裝置(表面側加熱裝置)
10-2:加熱裝置(背面側加熱裝置)
11:旋轉工具的驅動裝置
12:動作控制裝置
α:傾斜角度
Claims (8)
- 一種電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，藉由彼此相向的一對旋轉工具將作為被接合材的第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合，所述電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法包括：預熱步驟，利用在所述被接合材的至少一個面上配置於所述旋轉工具的接合方向的前方的加熱裝置，對所述被接合材的未接合部進行預熱；以及接合步驟，對於所述被接合材的未接合部，使所述旋轉工具自兩面一邊向彼此相反的方向旋轉一邊予以按壓，並使所述旋轉工具沿接合方向移動，藉此將所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶接合，所述被接合材的未接合部為所述第一電磁鋼帶的端部與繼所述第一電磁鋼帶之後的所述第二電磁鋼帶的端部的對接部或重疊部，藉由使所述加熱裝置與所述旋轉工具連動地沿接合方向移動而連續進行所述預熱步驟與所述接合步驟，於所述接合步驟中，於藉由所述第一電磁鋼帶與所述第二電磁鋼帶的接合而形成的接合部及熱加工影響部的鋼組織分別成為鐵氧體相主體的組織、且滿足下式(1)~式(4)的關係的條件下進行接合，Dsz≦200μm...(1) Dhaz1≦Dbm1...(2) Dhaz2≦Dbm2...(3) 0.9×(Hbm1+Hbm2)/2≦Hsz≦1.2×(Hbm1+Hbm2)/2...(4)此處，Dsz 為接合部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz1 為第一電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dhaz2 為第二電磁鋼帶側的熱加工影響部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Dbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的鐵氧體粒徑的平均值(μm)，Hsz 為接合部的硬度的平均值，Hbm1 為第一電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值，Hbm2 為第二電磁鋼帶的母材部的硬度的平均值。
- 如請求項1所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述接合步驟中，於滿足下式(5)及式(6)的關係的條件下進行接合， 0.8×TbmL≦TszL...(5) TszH≦1.3×TbmH...(6)此處，TszL 為接合部的厚度的最小值(mm)，TszH 為接合部的厚度的最大值(mm)，TbmL 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較薄的電磁鋼帶的板厚(mm)，TbmH 為第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶中較厚的電磁鋼帶的板厚(mm)；其中，於第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶的板厚相同的情況下，為TbmL=TbmH。
- 如請求項1或請求項2所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述預熱步驟中，所述被接合材的預熱溫度滿足下式(11)~式(13)的關係，100≦TPw=0≦1000...(11) 100≦TPw=0.2D≦1000...(12) 50≦TPw=0.5D≦800...(13)此處，W為自被接合材的接合中央線沿接合垂直方向離開的距離(mm)，TPw=0、TPw=0.2D及TPw=0.5D分別為W=0、W=0.2×D 及W=0.5×D的位置處的被接合材的表面的預熱溫度(℃)；另外，D為旋轉工具的肩部的直徑(mm)。
- 如請求項3所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，於所述預熱步驟中，所述被接合材的預熱溫度滿足下式(14)及式(15)的關係，0.70≦TPw=0.2D/TPw=0≦1.00...(14) TPw=0.5D/TPw=0≦0.45...(15)。
- 如請求項1或請求項2所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，所述加熱裝置為高頻感應加熱裝置、雷射照射加熱裝置或將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
- 如請求項3所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，所述加熱裝置為高頻感應加熱裝置、雷射照射加熱裝置或將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
- 如請求項4所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，其中，所述加熱裝置為高頻感應加熱裝置、雷射照射加熱裝置或將高頻感應加熱裝置與雷射照射加熱裝置組合而成的裝置。
- 一種電磁鋼帶的製造方法，包括：藉由如請求項1至請求項7中任一項所述的電磁鋼帶的摩擦攪拌接合方法，將第一電磁鋼帶與第二電磁鋼帶接合而獲得接合鋼帶的步驟；以及 對所述接合鋼帶實施冷軋而獲得冷軋鋼帶的步驟。
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