WO2011102455A1 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

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村上 健一
義行 牛神
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新日本製鐵株式会社
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    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
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    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/16Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet that suppresses variations in magnetic properties.
  • a grain-oriented electrical steel sheet is a steel sheet containing Si and having a crystal grain orientation highly accumulated in the ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> orientation, and is used as a material for a wound core of a stationary inductor such as a transformer. . Control of crystal grain orientation is performed by utilizing an abnormal grain growth phenomenon called secondary recrystallization.
  • nitriding annealing is usually performed after performing decarburization annealing that also serves as primary recrystallization annealing.
  • decarburization annealing and nitridation annealing can be performed at the same time, these can be performed in one furnace, existing annealing equipment can be used, and the total processing time required for annealing can be shortened. Thus, energy consumption can be suppressed.
  • An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet that can suppress variations in magnetic properties.
  • the variation in magnetic properties after finish annealing as described above is particularly remarkable when a slab having a low C content is used, particularly when the C content is 0.06% by mass or less.
  • the reason why the slab having a low C content is used is that it is required to reduce the time required for decarburization annealing in the manufacturing process of the grain-oriented electrical steel sheet from the viewpoint of reducing CO 2 emission in recent years.
  • the cause of the variation in magnetic properties after finish annealing is not clear, but even if the crystal grains appear uniform before finish annealing, the grains may not grow uniformly during finish annealing. it is conceivable that.
  • the present inventors form effective precipitates in order to uniformize grain growth during finish annealing in a low-temperature slab heating method in which decarburization annealing and nitridation annealing are performed simultaneously. Therefore, it was thought that secondary recrystallization could occur uniformly. And the present inventors repeated the experiment which measures the magnetic characteristic of the grain-oriented electrical steel sheet obtained by adding various elements to a slab. As a result, the present inventors have found that the addition of Ti and Cu is effective for making the secondary recrystallization uniform.
  • the present invention has been made on the basis of the above findings, and the gist thereof is as follows.
  • Si 2.5% by mass to 4.0% by mass
  • C 0.02% by mass to 0.10% by mass
  • Mn 0.05% by mass to 0.20% by mass
  • acid-soluble Al 0 .020 mass% to 0.040 mass%
  • N 0.002 mass% to 0.012 mass%
  • S 0.001 mass% to 0.010 mass%
  • P 0.01 mass% to 0.00 mass%.
  • a step of hot-rolling steel comprising the balance of Fe and inevitable impurities to obtain a hot-rolled steel sheet; Performing annealing of the hot-rolled steel sheet to obtain an annealed steel sheet; Cold-rolling the annealed steel sheet to obtain a cold-rolled steel sheet; A step of performing decarburization annealing and nitridation annealing of the cold-rolled steel plate to obtain a decarburized steel plate, A step of performing a final annealing of the decarburized nitrided steel sheet; Have The step of obtaining the decarburized and nitrided steel sheet, Start heating the cold-rolled steel sheet in a decarburizing and nitriding atmosphere, Next, performing a first annealing at a first temperature in the range of 700 ° C.
  • a method for producing a grain-oriented electrical steel sheet comprising:
  • the first temperature is in the range of 700 ° C. to 850 ° C .;
  • the steel further comprises Cr: 0.010 mass% to 0.20 mass%, Sn: 0.010 mass% to 0.20 mass%, Sb: 0.010 mass% to 0.20 mass%. , Ni: 0.010 mass% to 0.20 mass%, Se: 0.005 mass% to 0.02 mass%, Bi: 0.005 mass% to 0.02 mass%, Pb: 0.005 mass% To 0.02 mass%, B: 0.005 mass% to 0.02 mass%, V: 0.005 mass% to 0.02 mass%, Mo: 0.005 mass% to 0.02 mass%, and As: The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to (1) or (2), comprising at least one selected from the group consisting of 0.005 mass% to 0.02 mass%.
  • the Ti content of the steel is 0.0020 mass% to 0.0080 mass%
  • the Cu content of the steel is 0.01% by mass to 0.10% by mass
  • the Ti content (mass%) of the steel is expressed as [Ti] and the Cu content (mass%) as [Cu]
  • a relationship of “20 ⁇ [Ti] + [Cu] ⁇ 0.18” is established.
  • an appropriate amount of Ti and / or Cu is contained in the steel, and decarburization annealing and nitridation annealing are performed at an appropriate temperature, so that variations in magnetic properties can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing the relationship between Ti content and Cu content, and evaluation of magnetic flux density and its variation.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • the present inventors repeatedly conducted an experiment for measuring the magnetic properties of the grain-oriented electrical steel sheet obtained by adding various elements to the slab, and in order to make secondary recrystallization uniform, Ti And the addition of Cu was found to be effective.
  • silicon steel having a composition used for producing grain-oriented electrical steel sheets by a low-temperature slab heating method was used. And this carbon steel was made to contain Ti and Cu in various ratios, and the steel ingot of various compositions was produced. Moreover, the steel ingot was heated at a temperature of 1250 ° C. or less to perform hot rolling, and then cold rolling was performed. Furthermore, after cold rolling, decarburization annealing and nitridation annealing were simultaneously performed, and then finish annealing was performed. And the magnetic flux density B8 of the obtained grain-oriented electrical steel sheet was measured, and the dispersion
  • the magnetic flux density B8 is a magnetic flux density generated in the grain-oriented electrical steel sheet when a magnetic field of 800 A / m is applied at 50 Hz.
  • FIG. 1 An example of the results obtained by the above experiment is shown in FIG. Although details of the experiment will be described later, the circles in FIG. 1 indicate that the average value of the magnetic flux density B8 of the five single plate samples is 1.90 T or more, and the difference between the maximum value and the minimum value of the magnetic flux density B8. Is 0.030T or less. In FIG. 1, at least, the average value of the magnetic flux density B8 of at least 5 single-plate samples was less than 1.90T, or the difference between the maximum value and the minimum value of the magnetic flux density B8 exceeded 0.030T. Indicates that it was. From FIG. 1, when 0.0020 mass% to 0.010 mass% Ti and / or 0.010 mass% to 0.50 mass% Cu is contained in the steel ingot, the average value of the magnetic flux density B8 It is clear that the variation of the magnetic flux density B8 is small.
  • FIG. 2 is a flowchart showing a method for manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to an embodiment of the present invention.
  • molten steel for grain-oriented electrical steel sheets having a predetermined composition is cast to produce a slab (step S1).
  • the casting method is not particularly limited.
  • Molten steel is, for example, Si: 2.5 mass% to 4.0 mass%, C: 0.02 mass% to 0.10 mass%, Mn: 0.05 mass% to 0.20 mass%, acid-soluble Al : 0.020 mass% to 0.040 mass%, N: 0.002 mass% to 0.012 mass%, S: 0.001 mass% to 0.010 mass%, P: 0.01 mass% to 0 0.08% by mass.
  • the molten steel further contains at least one selected from the group consisting of Ti: 0.0020 mass% to 0.010 mass% and Cu: 0.010 mass% to 0.50 mass%.
  • the molten steel contains at least one of both Ti and Cu within a range of Ti: 0.010% by mass or less and Cu: 0.50% by mass or less, or at least Ti: 0.0020% by mass or Cu: 0.010. It contains so that one of the mass% or more may be satisfy
  • the balance of the molten steel consists of the balance Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities include elements that form inhibitors in the manufacturing process of grain-oriented electrical steel sheets and remain in the grain-oriented electrical steel sheets after purification by high-temperature annealing.
  • Si is an extremely effective element for increasing the electrical resistance of the grain-oriented electrical steel sheet and reducing eddy current loss that constitutes part of the iron loss. If the Si content is less than 2.5% by mass, eddy current loss cannot be sufficiently suppressed. On the other hand, if the Si content exceeds 4.0% by mass, the workability deteriorates. Accordingly, the Si content is set to 2.5% by mass to 4.0% by mass.
  • C is an element effective in controlling the structure (primary recrystallization structure) obtained by the primary recrystallization. If the C content is less than 0.02% by mass, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the C content exceeds 0.10% by mass, the time required for decarburization annealing becomes longer, and the amount of CO 2 emission increases. If the decarburization annealing is insufficient, it is difficult to obtain a grain-oriented electrical steel sheet with good magnetic properties. Therefore, the C content is set to 0.02% by mass to 0.10% by mass. Further, as described above, in the conventional technique, when the C content is 0.06% by mass or less, variation in magnetic properties after finish annealing is particularly remarkable. This is particularly effective when the content is 0.06% by mass or less.
  • Mn increases the specific resistance of grain-oriented electrical steel sheets and reduces iron loss. Mn also exhibits the effect of preventing cracking during hot rolling. When the Mn content is less than 0.05% by mass, these effects cannot be obtained sufficiently. On the other hand, when Mn content exceeds 0.20 mass%, the magnetic flux density of a grain-oriented electrical steel sheet will fall. Accordingly, the Mn content is set to 0.05 mass% to 0.20 mass%.
  • Acid-soluble Al is an important element that forms AlN that acts as an inhibitor. If the content of acid-soluble Al is less than 0.020% by mass, a sufficient amount of AlN cannot be formed, and the inhibitor strength is insufficient. On the other hand, if the content of acid-soluble Al exceeds 0.040% by mass, AlN becomes coarse and the inhibitor strength decreases. Therefore, the content of acid-soluble Al is 0.020 mass% to 0.040 mass%.
  • N is an important element that reacts with acid-soluble Al to form AlN.
  • nitriding annealing is performed after cold rolling, it is not necessary that the steel for grain-oriented electrical steel sheet contains a large amount of N.
  • a large load may be required during steelmaking.
  • the N content exceeds 0.012% by mass, pores called blisters are generated in the steel sheet during cold rolling. Accordingly, the N content is set to 0.002 mass% to 0.012 mass%. In order to further reduce blisters, the N content is preferably 0.010% by mass or less.
  • MnS precipitate mainly affects the primary recrystallization, and exhibits the effect of suppressing the local fluctuation of the primary recrystallization grain growth caused by hot rolling. If the Mn content is less than 0.001% by mass, this effect cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the Mn content exceeds 0.010% by mass, the magnetic properties are likely to deteriorate. Accordingly, the Mn content is set to 0.001% by mass to 0.010% by mass. In order to further improve the magnetic properties, the Mn content is preferably 0.009% by mass or less.
  • P increases the specific resistance of the grain-oriented electrical steel sheet and reduces iron loss.
  • the P content is set to 0.01% by mass to 0.08% by mass.
  • Ti reacts with N to form TiN precipitates.
  • Cu reacts with S to form CuS precipitates. And these precipitates have the effect
  • TiN precipitates suppress variation in grain growth in the high temperature region of finish annealing and reduce deviation of magnetic properties of grain-oriented electrical steel sheets.
  • CuS precipitate suppresses the dispersion
  • the molten steel contains one or both of Ti and Cu in a range of Ti: 0.010 mass% or less and Cu: 0.50 mass% or less, at least Ti: 0.0020 mass% or more, or Cu: 0.010. It contains so that one of the mass% or more may be satisfy
  • the lower limit of the Ti content is preferably 0.0020% by mass, and the upper limit of the Ti content is preferably 0.0080% by mass. Moreover, it is preferable that the minimum of Cu content is 0.01 mass%, and it is preferable that the upper limit of Cu content is 0.10 mass%. Further, when the Ti content (mass%) is expressed as [Ti] and the Cu content (mass%) is expressed as [Cu], the relationship of “20 ⁇ [Ti] + [Cu] ⁇ 0.18” is established. Is more preferable, and the relationship of “10 ⁇ [Ti] + [Cu] ⁇ 0.07” is preferably satisfied.
  • Cr and Sn make the properties of the oxide layer formed during decarburization annealing good, and the properties of the glass film formed using this oxide layer during finish annealing also good. That is, Cr and Sn improve the magnetic characteristics through stabilization of the formation of the oxide layer and the glass film, and suppress variations in the magnetic characteristics.
  • Cr content exceeds 0.20% by mass
  • Sn content exceeds 0.20 mass%
  • coat may become inadequate. Therefore, it is preferable that both Cr content and Sn content are 0.20 mass% or less. Moreover, in order to fully obtain said effect, it is preferable that both Cr content and Sn content are 0.01 mass% or more.
  • Sn is a grain boundary segregation element and has the effect of stabilizing secondary recrystallization.
  • Sb 0.010% by mass to 0.20% by mass
  • Ni 0.010% by mass to 0.20% by mass
  • Se 0.005% by mass to 0.02% by mass
  • Bi 0.005% by mass %
  • Pb 0.005 mass% to 0.02 mass%
  • B 0.005 mass% to 0.02 mass%
  • V 0.005 mass% to 0.02 mass%
  • Mo 0.005 mass% to 0.02 mass% and / or As: 0.005 mass% to 0.02 mass% may be contained in the molten steel. All of these elements are inhibitor strengthening elements.
  • the slab is heated (step S2).
  • the heating temperature is preferably 1250 ° C. or less from the viewpoint of energy saving.
  • a hot rolled steel sheet is obtained by performing hot rolling of the slab (step S3).
  • the thickness of the hot-rolled steel sheet is not particularly limited and is, for example, 1.8 mm to 3.5 mm.
  • an annealed steel sheet is obtained by annealing the hot-rolled steel sheet (step S4).
  • the annealing conditions are not particularly limited, and for example, the annealing is performed at a temperature of 750 ° C. to 1200 ° C. for 30 seconds to 10 minutes. This annealing improves the magnetic properties.
  • a cold rolled steel sheet is obtained by performing cold rolling of the annealed steel sheet (step S5).
  • Cold rolling may be performed only once, or multiple times of cold rolling may be performed while intermediate annealing is performed therebetween.
  • the intermediate annealing is preferably performed at a temperature of 750 ° C. to 1200 ° C. for 30 seconds to 10 minutes, for example.
  • the reduction ratio of the final cold rolling is preferably 80% to 95%.
  • decarburization annealing and nitridation annealing (decarburization nitriding annealing) of the cold rolled steel sheet in a decarburized and nitriding atmosphere are performed to obtain a decarburized nitrided steel sheet (step S6).
  • Carbon in the steel sheet is removed by decarburization annealing, and primary recrystallization occurs.
  • nitrogen content in a steel plate increases by nitriding annealing.
  • the decarburizing and nitriding atmosphere include a humid atmosphere containing a gas (such as ammonia) having nitriding ability together with hydrogen, nitrogen, and water vapor.
  • thermoforming and nitriding annealing heating of the cold-rolled steel sheet is started at least in a decarburizing and nitriding atmosphere, and then a first annealing is performed at a temperature T1 within a range of 700 ° C. to 950 ° C., and thereafter The second annealing is performed at the temperature T2. That is, an atmosphere containing a gas having nitriding ability is prepared before decarburization occurs, and decarburization and nitridation are simultaneously performed.
  • the temperature T2 is a temperature within a range of 850 ° C. to 950 ° C. if the temperature T1 is less than 800 ° C., and a temperature within a range of 800 ° C.
  • annealing at temperature T1 and annealing at temperature T2 decarburization, primary recrystallization, and nitriding occur, but annealing at temperature T1 mainly contributes to nitriding, and annealing at temperature T2 mainly performs primary recrystallization. Contributes to the expression of crystals.
  • the crystal grains (primary recrystallized grains) obtained by the primary recrystallization are too small, and the subsequent secondary recrystallization is not sufficiently developed.
  • the temperature T1 exceeds 950 ° C.
  • the primary recrystallized grains are too large and the subsequent secondary recrystallization is not sufficiently developed.
  • the temperature T1 is less than 800 ° C. and the temperature T2 is less than 850 ° C.
  • the crystal grains (primary recrystallized grains) obtained by the primary recrystallization are too small and the subsequent secondary recrystallization is sufficiently developed. do not do.
  • nitriding may be insufficient or primary recrystallized grains may be too small.
  • the holding time at temperature T1 is less than 15 seconds, nitriding tends to be insufficient, and if the holding time at temperature T2 is less than 15 seconds, it is difficult to obtain sufficiently large primary recrystallized grains. Become.
  • the temperature T2 may be equal to the temperature T1. That is, if the temperature T1 is 800 ° C. or higher, the annealing at the temperature T1 and the annealing at the temperature T2 may be continuously performed. Further, when the temperature T1 and the temperature T2 are different, it is preferable that the temperature T1 is a temperature suitable for nitriding and the temperature T2 is a temperature suitable for the development of primary recrystallization. By setting the temperature T1 and the temperature T2 in this way, it is possible to further increase the magnetic flux density and further suppress variations in the magnetic flux density. For example, it is preferable to set the temperature T1 to a temperature in the range of 700 ° C. to 850 ° C. and set the temperature T2 to a temperature in the range of 850 ° C. to 950 ° C.
  • the temperature T1 is in the range of 700 ° C. to 850 ° C.
  • nitrogen that has entered the surface of the steel sheet can be diffused particularly effectively to the center of the steel sheet. Therefore, secondary recrystallization is sufficiently developed and good magnetic properties can be obtained.
  • the temperature T2 is in the range of 850 ° C. to 950 ° C., the primary recrystallized grains can be adjusted to a particularly preferable size. Therefore, secondary recrystallization is sufficiently developed and good magnetic properties can be obtained.
  • an annealing separator mainly composed of MgO is applied to the surface of the decarburized and nitrided steel sheet with a water slurry, and the decarburized and nitrided steel sheet is wound into a coil shape.
  • a coil-shaped finish-annealed steel sheet is obtained by performing batch-type finish annealing to a coil-shaped decarbonized steel sheet (step S7). Secondary recrystallization occurs by finish annealing.
  • step S8 After that, the coiled finish annealed steel sheet is unwound and the annealing separator is removed. Subsequently, a coating liquid mainly composed of aluminum phosphate and colloidal silica is applied to the surface of the finish-annealed steel sheet, and this baking is performed to form an insulating film (step S8).
  • the steel to be subjected to hot rolling is not limited to a slab obtained by casting molten steel, and a so-called thin slab may be used. Moreover, when using a thin slab, it is not necessary to perform slab heating below 1250 degreeC.
  • the hot-rolled steel sheet was annealed at 1100 ° C. for 120 seconds to obtain an annealed steel sheet.
  • pickling of the annealed steel sheet was performed, and then the annealed steel sheet was cold-rolled to obtain a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.23 mm.
  • decarburization annealing and nitriding annealing decarburizing and nitriding annealing
  • annealing was performed at a temperature T1 of 800 ° C. to 840 for 40 seconds, followed by annealing at 870 ° C. for 70 seconds.
  • an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the surface of the decarburized and nitrided steel sheet with a water slurry. And the finish annealing for 20 hours was performed at 1200 degreeC, and the finish annealing steel plate was obtained. Subsequently, the finish-annealed steel sheet was washed with water and then sheared to a single-plate magnetic measurement size having a width of 60 mm and a length of 300 mm. Next, a coating liquid mainly composed of aluminum phosphate and colloidal silica was applied to the surface of the finish annealed steel sheet, and this baking was performed to form an insulating film. In this way, a sample of grain-oriented electrical steel sheet was obtained.
  • the magnetic flux density B8 of each grain-oriented electrical steel sheet was measured.
  • the magnetic flux density B8 is a magnetic flux density generated in the grain-oriented electrical steel sheet when a magnetic field of 800 A / m is applied at 50 Hz.
  • the magnetic flux density B8 of 5 single plate samples for measurement was measured.
  • an average value “average B8”, a maximum value “B8max”, and a minimum value “B8min” were obtained.
  • the difference “ ⁇ B8” between the maximum value “B8max” and the minimum value “B8min” was also obtained.
  • the difference “ ⁇ B8” is an index indicating the fluctuation range of the magnetic characteristics.
  • the evaluation results based on the average value “average B8” and the difference “ ⁇ B8” are shown in FIG. As described above, the circles in FIG. 1 indicate that the average value “average B8” is 1.90 T or more and the difference “ ⁇ B8” is 0.030 T or less. Further, in FIG. 1, ⁇ indicates that the average value “average B8” was less than 1.90T or the difference “ ⁇ B8” exceeded 0.030T.
  • Sample No. with a Ti content of less than 0.0020 mass% and a Cu content of less than 0.010 mass% In 1, the difference “ ⁇ B8” was as large as over 0.030T. That is, there was a large variation in magnetic characteristics. In addition, Sample No. with Ti content exceeding 0.010 mass%. 5 and Sample No. with a Cu content exceeding 0.50 mass%. No. 10 contained a large amount of precipitates, and as a result of affecting the finish annealing, the average value “average B8” was as small as less than 1.90T. That is, sufficiently high magnetic properties could not be obtained.
  • the hot-rolled steel sheet was annealed at 1090 ° C. for 120 seconds to obtain an annealed steel sheet.
  • pickling of the annealed steel sheet was performed, and then the annealed steel sheet was cold-rolled to obtain a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.23 mm.
  • a steel sheet for annealing is cut out from the cold-rolled steel sheet, and decarburized and nitrided (decarburized and nitrided) are decarburized and nitrided in a gas atmosphere containing water vapor, hydrogen, nitrogen, and ammonia.
  • a steel plate was obtained.
  • annealing at a temperature T2 shown in Table 2 was performed for 80 seconds.
  • an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the surface of the decarburized and nitrided steel sheet with a water slurry. And the finish annealing for 20 hours was performed at 1200 degreeC, and the finish annealing steel plate was obtained. Subsequently, in the same manner as in the first experiment, treatments from washing to formation of the insulating coating were performed, and a sample of grain-oriented electrical steel sheet was obtained.
  • the hot-rolled steel sheet was annealed at 1070 ° C. for 120 seconds to obtain an annealed steel sheet.
  • pickling of the annealed steel sheet was performed, and then the annealed steel sheet was cold-rolled to obtain a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.23 mm.
  • a steel sheet for annealing is cut out from the cold-rolled steel sheet, and decarburized and nitrided (decarburized and nitrided) are decarburized and nitrided in a gas atmosphere containing water vapor, hydrogen, nitrogen, and ammonia. A steel plate was obtained.
  • an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the surface of the decarburized and nitrided steel sheet with a water slurry. And the finish annealing for 20 hours was performed at 1200 degreeC, and the finish annealing steel plate was obtained. Subsequently, in the same manner as in the first experiment, treatments from washing to formation of the insulating coating were performed, and a sample of grain-oriented electrical steel sheet was obtained.
  • sample Nos. In which the temperature T1 is in the range of 700 to 850 ° C. and the temperature T2 is in the range of 850 to 950 ° C. 42-No. 44, and no. 48, the average value “average B8” was particularly large as 1.91 T or more, and the difference “ ⁇ B8” was particularly small as 0.025 T or less.
  • the sample No. In 41 the difference “ ⁇ B8” was as large as over 0.030T, and the average value “average B8” was as small as less than 1.90T.
  • Sample No. with a temperature T2 of less than 800 ° C. 46 the difference “ ⁇ B8” was as large as over 0.030T, and the average value “average B8” was as small as less than 1.90T.
  • sample No. with a temperature T2 exceeding 950 ° C. 49 the difference “ ⁇ B8” was as large as over 0.030T, and the average value “average B8” was as small as less than 1.90T.
  • the sample No. 1 with a temperature T1 of less than 800 ° C and a temperature T2 of less than 850 ° C. 47 the average value “average B8” was as small as less than 1.90T.
  • the hot-rolled steel sheet was annealed at 1100 ° C. for 120 seconds to obtain an annealed steel sheet.
  • pickling of the annealed steel sheet was performed, and then the annealed steel sheet was cold-rolled to obtain a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.23 mm.
  • decarburization annealing and nitriding annealing decarburizing and nitriding annealing
  • annealing was performed at a temperature T1 of 800 ° C. to 840 for 30 seconds, followed by annealing at 860 ° C. for 80 seconds.
  • an annealing separator mainly composed of MgO was applied to the surface of the decarburized and nitrided steel sheet with a water slurry. And the finish annealing for 20 hours was performed at 1200 degreeC, and the finish annealing steel plate was obtained. Subsequently, in the same manner as in the first experiment, treatments from washing to formation of the insulating coating were performed, and a sample of grain-oriented electrical steel sheet was obtained.
  • sample no. In any of 51 to 60 the average value “average B8” was as large as 1.90 T or more, and the difference “ ⁇ B8” was as small as 0.030 T or less. That is, high magnetic characteristics were obtained, and variations in magnetic characteristics were small.
  • sample No. 1 containing 0.010% by mass to 0.20% by mass of Cr and / or 0.010% by mass to 0.20% by mass of Sn. 52, no. 53, no. 55, no. 56, no. 58-No.
  • the average value “average B8” was particularly large at 1.91 T or more, and the difference “ ⁇ B8” was particularly small at 0.025 T or less.
  • the present invention can be used, for example, in the electrical steel sheet manufacturing industry and the electrical steel sheet utilizing industry.

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Abstract

 Ti:0.0020質量%~0.010質量%及び/又はCu:0.010質量%~0.50質量%を含有する所定の組成の鋼の熱間圧延を行って熱間圧延鋼板を得る。前記熱間圧延鋼板の焼鈍を行って焼鈍鋼板を得る。前記焼鈍鋼板の冷間圧延を行って冷間圧延鋼板を得る。前記冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を行って脱炭窒化鋼板を得る。次いで、前記脱炭窒化鋼板の仕上焼鈍を行う。前記脱炭窒化鋼板を得る際に、脱炭かつ窒化雰囲気中で前記冷間圧延鋼板の加熱を開始し、次に、所定の範囲内の第1の温度で第1の焼鈍を行い、次に、所定の範囲内の第2の温度で第2の焼鈍を行う。

Description

方向性電磁鋼板の製造方法
 本発明は、磁気特性のばらつきの抑制を図った方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
 方向性電磁鋼板は、Siを含有し、結晶粒の方位が{110}<001>方位に高度に集積した鋼板であり、変圧器等の静止誘導器の巻き鉄心等の材料として利用されている。結晶粒の方位の制御は、二次再結晶とよばれる異常粒成長現象を利用して行われている。
 二次再結晶を制御する方法として次の二つの方法が挙げられる。一方では、鋼片を1280℃以上の温度で加熱してインヒビターとよばれる微細析出物をほぼ完全に固溶させた後に、熱間圧延、冷間圧延、及び焼鈍等を行い、熱間圧延及び焼鈍の際に微細析出物を析出させる。他方では、鋼片を1280℃未満の温度で加熱した後に、熱間圧延、冷間圧延、脱炭焼鈍、窒化処理、及び仕上焼鈍等を行い、窒化処理の際にインヒビターとしてAlN、(Al,Si)N等を析出させる。前者の方法は高温スラブ加熱法とよばれることがあり、後者の方法は低温スラブ加熱法とよばれることがある。
 低温スラブ加熱法では、通常、一次再結晶焼鈍を兼ねる脱炭焼鈍を実施した後に、窒化焼鈍を行うが、近年、脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に実施することが試みられている。脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に実施することが可能となれば、これらを一つの炉で行うことが可能となり、既存の焼鈍設備を利用することができ、また、焼鈍に要する総処理時間を短縮してエネルギの消費量を抑制することができる。
 しかしながら、脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に実施すると、コイル状に巻き取られた状態で行われる仕上焼鈍後に部位による磁気特性のばらつき(磁気特性偏差)が顕著になる。
特開平3-122227号公報 韓国登録特許第817168号公報 特開2009-209428号公報 特開平7-252531号公報 特表2001-515540号公報 特開2007-254829号公報
 本発明は、磁気特性のばらつきを抑制することができる方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
 上述のような仕上焼鈍後の磁気特性のばらつきは、C含有量が低いスラブを用いた場合、特にC含有量が0.06質量%以下の場合に特に顕著であることが判明した。C含有量が低いスラブを用いるのは、近年のCO排出削減の観点から、方向性電磁鋼板の製造過程における脱炭焼鈍にかける時間を短縮することが要請されているためである。仕上焼鈍後の磁気特性のばらつきが生じる原因は定かではないが、仕上焼鈍前には結晶粒が均一に見えている場合でも、仕上焼鈍中に結晶粒が均一に成長しないことがあるためであると考えられる。また、結晶粒が均一に成長しない原因としては、脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に実施すると、脱炭焼鈍中に一次再結晶及び窒化が進行するため、鋼板の厚さ方向における析出物の大きさに差が生じていることが考えられる。つまり、鋼板の表層部では、窒化に伴う析出物の形成により一次再結晶粒が大きくなりにくいのに対し、中心部では、ある量の窒素が拡散してくるまでは析出物が形成されずに一次再結晶粒が大きくなりやすい。従って、一次再結晶粒の粒径にばらつきが生じ、二次再結晶により得られる粒径(二次再結晶粒径)が不均一となり、磁気特性のばらつきが大きくなっていることが考えられる。
 本発明者らは、このような知見に基づき、脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に行う低温スラブ加熱法において、仕上焼鈍中の結晶粒成長を均一化するために、有効な析出物を形成することで均一に二次再結晶を生じさせることができるではないかと考えた。そして、本発明者らは、スラブに種々の元素を添加して得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を測定する実験を繰り返し行った。この結果、本発明者らは、二次再結晶を均一化するには、Ti及びCuの添加が有効であることを見出した。
 本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下の通りである。
 (1) Si:2.5質量%~4.0質量%、C:0.02質量%~0.10質量%、Mn:0.05質量%~0.20質量%、酸可溶性Al:0.020質量%~0.040質量%、N:0.002質量%~0.012質量%、S:0.001質量%~0.010質量%、及びP:0.01質量%~0.08質量%を含有し、更に、Ti:0.0020質量%~0.010質量%及びCu:0.010質量%~0.50質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼の熱間圧延を行って熱間圧延鋼板を得る工程と、
 前記熱間圧延鋼板の焼鈍を行って焼鈍鋼板を得る工程と、
 前記焼鈍鋼板の冷間圧延を行って冷間圧延鋼板を得る工程と、
 前記冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を行って脱炭窒化鋼板を得る工程と、
 前記脱炭窒化鋼板の仕上焼鈍を行う工程と、
 を有し、
 前記脱炭窒化鋼板を得る工程は、
 脱炭かつ窒化雰囲気中で前記冷間圧延鋼板の加熱を開始し、
 次に、700℃~950℃の範囲内の第1の温度で第1の焼鈍を行う工程と、
 次に、前記第1の温度が800℃未満であれば850℃~950℃の範囲内、前記第1の温度が800℃以上であれば800℃~950℃の範囲内の第2の温度で第2の焼鈍を行う工程と、
 を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
 (2) 前記第1の温度は700℃~850℃の範囲内にあり、
 前記第2の温度は850℃~950℃の範囲内にあることを特徴とする(1)に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 (3) 前記鋼は、更に、Cr:0.010質量%~0.20質量%、Sn:0.010質量%~0.20質量%、Sb:0.010質量%~0.20質量%、Ni:0.010質量%~0.20質量%、Se:0.005質量%~0.02質量%、Bi:0.005質量%~0.02質量%、Pb:0.005質量%~0.02質量%、B:0.005質量%~0.02質量%、V:0.005質量%~0.02質量%、Mo:0.005質量%~0.02質量%、及びAs:0.005質量%~0.02質量%からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする(1)又は(2)に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 (4) 前記鋼のTi含有量は0.0020質量%~0.0080質量%であり、
 前記鋼のCu含有量は0.01質量%~0.10質量%であり、
 前記鋼のTi含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つことを特徴とする(1)~(3)のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 (5) 「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことを特徴とする(4)に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 (6) 前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行うことを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 (7) 前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上とすることを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
 本発明によれば、適切な量のTi及び/又はCuが鋼に含まれており、適切な温度で脱炭焼鈍及び窒化焼鈍が行われるため、磁気特性のばらつきを抑制することができる。
図1は、Ti含有量及びCu含有量と、磁束密度及びそのばらつきの評価との関係を示す図である。 図2は、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法を示すフローチャートである。
 上述のように、本発明者らは、スラブに種々の元素を添加して得られた方向性電磁鋼板の磁気特性を測定する実験を繰り返し行い、二次再結晶を均一化するには、Ti及びCuの添加が有効であることを見出した。
 この実験では、例えば、低温スラブ加熱法による方向性電磁鋼板の製造に用いられる組成の珪素鋼を用いた。そして、この炭素鋼に、Ti及びCuを種々の割合で含有させ、種々の組成の鋼塊を作製した。また、鋼塊を1250℃以下の温度で加熱して熱間圧延を行い、その後に冷間圧延を行った。更に、冷間圧延後に脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を同時に行い、その後に仕上焼鈍を行った。そして、得られた方向性電磁鋼板の磁束密度B8を測定して、仕上焼鈍後のコイル内の磁束密度B8のばらつきを調べた。磁束密度B8は、50Hzにて800A/mの磁場が印加されたときに、方向性電磁鋼板に発生する磁束密度である。
 この結果、鋼塊に、0.0020質量%~0.010質量%のTi、及び/又は0.010質量%~0.50質量%のCuが含有されている場合に、仕上焼鈍後のコイル内の磁束密度B8のばらつきが著しく低減されることが見出された。
 上記の実験により得られた結果の一例を図1に示す。実験の詳細は後述するが、図1中の○印は、5枚の単板試料の磁束密度B8の平均値が1.90T以上であり、かつ磁束密度B8の最大値と最低値との差が0.030T以下であったことを示す。また、図1中の●は、少なくとも、5枚の単板試料の磁束密度B8の平均値が1.90T未満であったか、磁束密度B8の最大値と最低値との差が0.030Tを超えていたことを示す。図1から、0.0020質量%~0.010質量%のTi、及び/又は0.010質量%~0.50質量%のCuが鋼塊に含有されている場合、磁束密度B8の平均値が高く、磁束密度B8のばらつきが小さいことが明らかである。
 次に、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。図2は、本発明の実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法を示すフローチャートである。
 本実施形態では、先ず、所定の組成の方向性電磁鋼板用の溶鋼の鋳造を行ってスラブを作製する(ステップS1)。鋳造方法は特に限定されない。溶鋼は、例えば、Si:2.5質量%~4.0質量%、C:0.02質量%~0.10質量%、Mn:0.05質量%~0.20質量%、酸可溶性Al:0.020質量%~0.040質量%、N:0.002質量%~0.012質量%、S:0.001質量%~0.010質量%、P:0.01質量%~0.08質量%を含有する。溶鋼は、更に、Ti:0.0020質量%~0.010質量%及びCu:0.010質量%~0.50質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有する。つまり、溶鋼は、Ti及びCuの一方又は両方を、Ti:0.010質量%以下及びCu:0.50質量%以下の範囲で、少なくともTi:0.0020質量%以上又はCu:0.010質量%以上の一方を満たすように含有する。溶鋼の残部は残部Fe及び不可避的不純物からなる。なお、不可避不純物には、方向性電磁鋼板の製造工程でインヒビターを形成し、高温焼鈍による純化の後に方向性電磁鋼板中に残存している元素も含まれる。
 ここで、上記の溶鋼の組成の数値限定理由について説明する。
 Siは、方向性電磁鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損の一部を構成する渦電流損失を低減するのに極めて有効な元素である。Si含有量が2.5質量%未満であると、渦電流損失を十分に抑制することができない。一方、Si含有量が4.0質量%を超えていると、加工性が低下する。従って、Si含有量は2.5質量%~4.0質量%とする。
 Cは、一次再結晶により得られる組織(一次再結晶組織)を制御する上で有効な元素である。C含有量が0.02質量%未満であると、この効果が十分に得られない。一方、C含有量が0.10質量%を超えていると、脱炭焼鈍に要する時間が長くなり、COの排出量が多くなる。なお、脱炭焼鈍が不十分であると、良好な磁気特性の方向性電磁鋼板を得にくい。従って、C含有量は0.02質量%~0.10質量%とする。また、上述のように、従来の技術では、C含有量が0.06質量%以下の場合に仕上焼鈍後の磁気特性のばらつきが特に顕著であるため、本実施形態は、C含有量が0.06質量%以下の場合に特に有効である。
 Mnは、方向性電磁鋼板の比抵抗を高めて鉄損を低減させる。Mnは、熱間圧延における割れの発生を防止する作用も呈する。Mn含有量が0.05質量%未満であると、これらの効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が0.20質量%を超えていると、方向性電磁鋼板の磁束密度が低下する。従って、Mn含有量は0.05質量%~0.20質量%とする。
 酸可溶性Alは、インヒビターとして作用するAlNを形成する重要な元素である。酸可溶性Alの含有量が0.020質量%未満であると、十分な量のAlNを形成することができず、インヒビター強度が不足する。一方、酸可溶性Alの含有量が0.040質量%を超えていると、AlNが粗大化し、インヒビター強度が低下する。従って、酸可溶性Alの含有量は0.020質量%~0.040質量%とする。
 Nは、酸可溶性Alと反応してAlNを形成する重要な元素である。後述のように、冷間圧延後に窒化焼鈍が行われるため、方向性電磁鋼板用鋼に多量のNが含まれている必要はないが、N含有量を0.002質量%未満とするには、製鋼時に大きな負荷が必要とされることがある。一方、N含有量が0.012質量%を超えていると、冷間圧延時に鋼板中にブリスターとよばれる空孔を生じてしまう。従って、N含有量は0.002質量%~0.012質量%とする。ブリスターの更なる低減のために、N含有量は0.010質量%以下であることが好ましい。
 Sは、Mnと反応してMnS析出物を形成する重要な元素である。MnS析出物は主に一次再結晶に影響を与え、熱間圧延に起因してもたらされる一次再結晶の粒成長の場所的な変動を抑える作用を呈する。Mn含有量が0.001質量%未満であると、この効果が十分に得られない。一方、Mn含有量が0.010質量%を超えていると、磁気特性が低下しやすい。従って、Mn含有量は0.001質量%~0.010質量%とする。磁気特性の更なる向上のために、Mn含有量は0.009質量%以下であることが好ましい。
 Pは、方向性電磁鋼板の比抵抗を高めて鉄損を低減させる。P含有量が0.01質量%未満であると、この効果が十分に得られない。一方、P含有量が0.08質量%を超えていると、冷間圧延が困難になることがある。従って、P含有量は0.01質量%~0.08質量%とする。
 TiはNと反応してTiN析出物を形成する。また、CuはSと反応してCuS析出物を形成する。そして、これら析出物は、仕上焼鈍における結晶粒の成長をコイルの部位によらず均一化し、方向性電磁鋼板の磁気特性のばらつきを抑制する作用を呈する。特に、TiN析出物は仕上焼鈍の高温域での粒成長のばらつきを抑制し、方向性電磁鋼板の磁気特性の偏差を小さくすると考えられる。また、CuS析出物は脱炭焼鈍又は仕上焼鈍の低温域における粒成長のばらつきを抑制し方向性電磁鋼板の磁気特性の偏差を小さくすると考えられる。Ti含有量が0.0020質量%未満、かつCu含有量が0.010質量%未満であると、これらの効果が十分に得られない。一方、Ti含有量が0.010質量%を超えていると、TiN析出物が過剰に形成され、仕上焼鈍後にも残存してしまう。同様に、Cu含有量が0.50質量%を超えていると、CuS析出物が過剰に形成され、仕上焼鈍後にも残存してしまう。そして、これら析出物が方向性電磁鋼板に残存していると、高い磁気特性を得ることが困難となる。従って、溶鋼は、Ti及びCuの一方又は両方を、Ti:0.010質量%以下及びCu:0.50質量%以下の範囲で、少なくともTi:0.0020質量%以上又はCu:0.010質量%以上の一方を満たすように含有する。つまり、溶鋼は、Ti:0.0020質量%~0.010質量%及びCu:0.010質量%~0.50質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有する。
 なお、Ti含有量の下限は0.0020質量%であることが好ましく、Ti含有量の上限は0.0080質量%であることが好ましい。また、Cu含有量の下限は0.01質量%であることが好ましく、Cu含有量の上限は0.10質量%であることが好ましい。また、Ti含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つことがより好ましく、「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことが好ましい。
 なお、以下の種々の元素の少なくとも一種が溶鋼に含まれていてもよい。
 Cr及びSnは、脱炭焼鈍時に形成される酸化層の性質を良好なものとし、仕上焼鈍時にこの酸化層を用いて形成されるグラス皮膜の性質も良好なものとする。つまり、Cr及びSnは、酸化層及びグラス皮膜の形成の安定化を通して、磁気特性を向上し、磁気特性のばらつきを抑制する。但し、Cr含有量が0.20質量%を超えていると、グラス皮膜の形成が不安定になる場合がある。また、Sn含有量が0.20質量%を超えていると、鋼板の表面が酸化されにくくなってグラス皮膜の形成が不十分となる場合がある。従って、Cr含有量及びSn含有量は、いずれも0.20質量%以下であることが好ましい。また、上記の効果を十分に得るために、Cr含有量及びSn含有量は、いずれも0.01質量%以上であることが好ましい。なお、Snは粒界偏析元素であり、二次再結晶を安定化ならしめる効果もある。
 また、Sb:0.010質量%~0.20質量%、Ni:0.010質量%~0.20質量%、Se:0.005質量%~0.02質量%、Bi:0.005質量%~0.02質量%、Pb:0.005質量%~0.02質量%、B:0.005質量%~0.02質量%、V:0.005質量%~0.02質量%、Mo:0.005質量%~0.02質量%、及び/又はAs:0.005質量%~0.02質量%が溶鋼に含有されていてもよい。これらの元素はいずれもインヒビター強化元素である。
 本実施形態では、このような組成の溶鋼からスラブを作製した後、スラブを加熱する(ステップS2)。この加熱の温度は、省エネルギの観点から1250℃以下とすることが好ましい。
 次いで、スラブの熱間圧延を行うことにより、熱間圧延鋼板を得る(ステップS3)。熱間圧延鋼板の厚さは特に限定されず、例えば、1.8mm~3.5mmとする。
 その後、熱間圧延鋼板の焼鈍を行うことにより、焼鈍鋼板を得る(ステップS4)。焼鈍の条件は特に限定されず、例えば、750℃~1200℃の温度で30秒間~10分間行う。この焼鈍により磁気特性が向上する。
 続いて、焼鈍鋼板の冷間圧延を行うことにより、冷間圧延鋼板を得る(ステップS5)。冷間圧延は1回のみ行ってもよく、複数回の冷間圧延を、間に中間焼鈍を行いながら行ってもよい。中間焼鈍は、例えば750℃~1200℃の温度で30秒間~10分間行うことが好ましい。
 なお、上記のような中間焼鈍を行わずに冷間圧延を行うと、均一な特性を得にくくなることがある。また、中間焼鈍を間に行いつつ複数回の冷間圧延を行うと、均一な特性を得やすくなるが、磁束密度が低くなることがある。従って、冷間圧延の回数及び中間焼鈍の有無は、最終的に得られる方向性電磁鋼板に要求される特性及びコストに応じて決定することが好ましい。
 また、いずれの場合であっても、最終冷間圧延の圧下率は80%~95%とすることが好ましい。
 冷間圧延後、脱炭かつ窒化雰囲気中で冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍(脱炭窒化焼鈍)を行うことにより、脱炭窒化鋼板を得る(ステップS6)。脱炭焼鈍により鋼板中の炭素が除去され、一次再結晶が生じる。また、窒化焼鈍により、鋼板中の窒素含有量が増加する。脱炭かつ窒化雰囲気としては、水素、窒素及び水蒸気と共に、窒化能を備えたガス(アンモニア等)を含有する湿潤雰囲気が挙げられる。
 この脱炭窒化焼鈍では、少なくとも、脱炭かつ窒化雰囲気中で冷間圧延鋼板の加熱を開始し、その後に、700℃~950℃の範囲内の温度T1で第1の焼鈍を行い、その後に、温度T2で第2の焼鈍を行う。つまり、脱炭が生じる前に窒化能を備えたガスを含む雰囲気を準備しておき、脱炭及び窒化を同時に行う。ここで、温度T2は、温度T1が800℃未満であれば850℃~950℃の範囲内の温度であり、温度T1が800℃以上であれば800℃~950℃の範囲内の温度である。また、温度T1及び温度T2のそれぞれに15秒間以上保持することが好ましい。温度T1での焼鈍及び温度T2での焼鈍のいずれにおいても、脱炭、一次再結晶、及び窒化が生じるが、温度T1での焼鈍は主として窒化に寄与し、温度T2での焼鈍は主として一次再結晶の発現に寄与する。
 温度T1が700℃未満であると、一次再結晶により得られる結晶粒(一次再結晶粒)が小さすぎて、後の二次再結晶が十分に発現しない。一方、温度T1が950℃を超えていると、一次再結晶粒が大きすぎて、後の二次再結晶が十分に発現しない。また、温度T1が800℃未満の場合に温度T2が850℃未満であると、一次再結晶により得られる結晶粒(一次再結晶粒)が小さすぎて、後の二次再結晶が十分に発現しない。同様に、温度T1が800℃超であっても、温度T2が800℃未満であると、一次再結晶により得られる結晶粒(一次再結晶粒)が小さすぎて、後の二次再結晶が十分に発現しない。一方、温度T2が950℃を超えていると、一次再結晶粒が大きすぎて、後の二次再結晶が十分に発現しない。また、温度T1が700℃未満であるか、温度T1及び温度T2が950℃を超えていると、鋼板の内部まで窒素が拡散しにくく、後の二次再結晶が十分に発現しない。
 また、温度T1及びT2での各保持時間が15秒間未満であると、窒化が不十分になったり、一次再結晶粒が小さすぎたりすることがある。特に、温度T1での保持時間が15秒間未満であると、窒化が不十分になりやすく、温度T2での保持時間が15秒間未満であると、十分な大きさの一次再結晶粒を得にくくなる。
 なお、温度T2を温度T1と等しくてもよい。つまり、温度T1が800℃以上であれば、温度T1での焼鈍及び温度T2での焼鈍を継続して行ってもよい。また、温度T1と温度T2とを相違させる場合、温度T1を窒化に好適な温度とし、温度T2を一次再結晶の発現に好適な温度とすることが好ましい。このように温度T1及び温度T2を設定すれば、磁束密度をより高め、磁束密度のばらつきをより抑制することが可能となる。例えば、温度T1を700℃~850℃の範囲内の温度に設定し、温度T2を850℃~950℃の範囲内の温度に設定することが好ましい。
 温度T1が700℃~850℃の範囲内にあれば、鋼板の表面に侵入してきた窒素を特に効果的に鋼板の中心部まで拡散させることが可能である。従って、二次再結晶が十分に発現し、良好な磁気特性が得られる。また、温度T2が850℃~950℃の範囲内にあれば、一次再結晶粒を特に好ましい大きさに調整することが可能である。従って、二次再結晶が十分に発現し、良好な磁気特性が得られる。
 脱炭窒化焼鈍の後には、脱炭窒化鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーにて塗布し、脱炭窒化鋼板をコイル状に巻き取る。そして、コイル状の脱炭窒化鋼板にバッチ式の仕上焼鈍を行うことにより、コイル状の仕上焼鈍鋼板を得る(ステップS7)。仕上焼鈍により、二次再結晶が生じる。
 その後、コイル状の仕上焼鈍鋼板の巻き解き、及び焼鈍分離剤の除去を行う。続いて、仕上げ焼鈍鋼板の表面にリン酸アルミニウム及びコロイダルシリカを主成分とした被覆液を塗布し、この焼付けを行って絶縁被膜を形成する(ステップS8)。
 このようにして方向性電磁鋼板を製造することができる。
 なお、熱間圧延の対象とする鋼は、溶鋼の鋳造により得られるスラブに限定されず、所謂薄スラブを用いてもよい。また、薄スラブを用いる場合、必ずしも1250℃以下のスラブ加熱を行わなくてもよい。
 次に、本発明者らが行った実験について説明する。これらの実験における条件等は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した例であり、本発明は、これらの例に限定されるものではない。
 (第1の実験)
 先ず、Si:3.1質量%、C:0.06質量%、Mn:0.10質量%、酸可溶性Al:0.029質量%、N:0.008質量%、S:0.0060質量%、及びP:0.030質量%を含有し、更に、表1に示す量のTi及びCuを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる15種類の鋼塊を、真空溶解炉を用いて作製した。次いで、1150℃で鋼塊の焼鈍を1時間行い、その後、熱間圧延を行って厚さが2.3mmの熱間圧延鋼板を得た。
 続いて、1100℃で熱間圧延鋼板の焼鈍を120秒間行って焼鈍鋼板を得た。次いで、焼鈍鋼板の酸洗いを行い、その後、焼鈍鋼板の冷間圧延を行って厚さが0.23mmの冷間圧延鋼板を得た。続いて、水蒸気、水素、窒素、及びアンモニアを含有するガス雰囲気中で冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍(脱炭窒化焼鈍)を行って脱炭窒化鋼板を得た。この脱炭窒化焼鈍では、800℃~840の温度T1で40秒間の焼鈍を行った後、870℃で70秒間の焼鈍を行った。
 その後、脱炭窒化鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーにて塗布した。そして、1200℃で20時間の仕上焼鈍を行って仕上焼鈍鋼板を得た。続いて、仕上焼鈍鋼板を水洗し、その後、幅が60mm、長さが300mmの単板磁気測定用サイズに剪断した。次いで、仕上焼鈍鋼板の表面にリン酸アルミニウム及びコロイダルシリカを主成分とする被覆液を塗布し、この焼付けを行って絶縁被膜を形成した。このようにして、方向性電磁鋼板の試料を得た。
 そして、各方向性電磁鋼板の磁束密度B8を測定した。磁束密度B8は、上述のように、50Hzにて800A/mの磁場が印加されたときに、方向性電磁鋼板に発生する磁束密度である。なお、試料毎に、5枚の測定用の単板試料の磁束密度B8を測定した。そして、試料毎に、平均値「平均B8」、最高値「B8max」、及び最低値「B8min」を求めた。更に、最高値「B8max」と最低値「B8min」との差「ΔB8」も求めた。差「ΔB8」は、磁気特性の変動幅を示す指標である。これらの結果をTi含有量及びCu含有量と共に表1示す。また、平均値「平均B8」及び差「ΔB8」に基づく評価結果を図1に示す。上述のように、図1中の○印は、平均値「平均B8」が1.90T以上であり、かつ差「ΔB8」が0.030T以下であったことを示す。また、図1中の●は、平均値「平均B8」が1.90T未満であったか、差「ΔB8」が0.030Tを超えていたことを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1及び図1に示すように、Ti含有量及びCu含有量が本発明範囲内にある試料No.2~No.4、No.6~No.9、及びNo.11~No.15では、平均値「平均B8」が1.90T以上と大きく、差「ΔB8」が0.030T以下と小さかった。つまり、高い磁気特性が得られ、磁気特性のばらつきが小さかった。
 特に、Ti含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つ試料No.11、No.13、及びNo.15において、平均値「平均B8」及び差「ΔB8」のバランスが良好であった。その中でも、「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つ試料No.15において、平均値「平均B8」及び差「ΔB8」のバランスが極めて良好であった。
 一方、Ti含有量が0.0020質量%未満、かつCu含有量が0.010質量%未満の試料No.1では、差「ΔB8」が0.030T超と大きかった。つまり、磁気特性のばらつきが大きかった。また、Ti含有量が0.010質量%を超える試料No.5、及びCu含有量が0.50質量%を超える試料No.10では、析出物が多量に含まれ、仕上焼鈍に影響を及ぼした結果、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。つまり、十分に高い磁気特性が得られなかった。
 (第2の実験)
 先ず、Si:3.1質量%、C:0.04質量%、Mn:0.10質量%、酸可溶性Al:0.030質量%、N:0.003質量%、S:0.0055質量%、及びP:0.028質量%を含有し、更に、表2に示す量のTi及びCuを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる3種類の鋼塊を、真空溶解炉を用いて作製した。次いで、1150℃で鋼塊の焼鈍を1時間行い、その後、熱間圧延を行って厚さが2.3mmの熱間圧延鋼板を得た。
 続いて、1090℃で熱間圧延鋼板の焼鈍を120秒間行って焼鈍鋼板を得た。次いで、焼鈍鋼板の酸洗いを行い、その後、焼鈍鋼板の冷間圧延を行って厚さが0.23mmの冷間圧延鋼板を得た。続いて、冷間圧延鋼板から焼鈍用の鋼板を切り出し、水蒸気、水素、窒素、及びアンモニアを含有するガス雰囲気中で鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍(脱炭窒化焼鈍)を行って脱炭窒化鋼板を得た。この脱炭窒化焼鈍では、800℃で50秒間の焼鈍を行った後、表2に示す温度T2での焼鈍を80秒間行った。
 その後、脱炭窒化鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーにて塗布した。そして、1200℃で20時間の仕上焼鈍を行って仕上焼鈍鋼板を得た。続いて、第1の実験と同様にして、水洗から絶縁被膜の形成までの処理を行い、方向性電磁鋼板の試料を得た。
 そして、第1の実験と同様にして、試料毎に、平均値「平均B8」、最高値「B8max」、最低値「B8min」、及び差「ΔB8」を求めた。これらの結果をTi含有量、Cu含有量、及び温度T2と共に表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示すように、Ti含有量、Cu含有量、及び温度T2が本発明範囲内にある試料No.27~No.29、及びNo.32~No.34では、平均値「平均B8」が1.90T以上と大きく、差「ΔB8」が0.030T以下と小さかった。つまり、高い磁気特性が得られ、磁気特性のばらつきが小さかった。
 一方、Ti含有量が0.0020質量%未満、かつCu含有量が0.010質量%未満の試料No.21~No.25では、差「ΔB8」が0.030T超と大きかった。つまり、磁気特性のばらつきが大きかった。
 また、温度T2が800℃未満の試料No.26及びNo.31では、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。温度T2が950℃超の試料No.30及びNo.35では、差「ΔB8」が0.030T超と大きく、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。
 (第3の実験)
 先ず、Si:3.1質量%、C:0.04質量%、Mn:0.10質量%、酸可溶性Al:0.030質量%、N:0.003質量%、S:0.0055質量%、P:0.028質量%、Ti:0.0025質量%、及びCu:0.028質量%を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる9種類の鋼塊を、真空溶解炉を用いて作製した。次いで、1150℃で鋼塊の焼鈍を1時間行い、その後、熱間圧延を行って厚さが2.3mmの熱間圧延鋼板を得た。
 続いて、1070℃で熱間圧延鋼板の焼鈍を120秒間行って焼鈍鋼板を得た。次いで、焼鈍鋼板の酸洗いを行い、その後、焼鈍鋼板の冷間圧延を行って厚さが0.23mmの冷間圧延鋼板を得た。続いて、冷間圧延鋼板から焼鈍用の鋼板を切り出し、水蒸気、水素、窒素、及びアンモニアを含有するガス雰囲気中で鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍(脱炭窒化焼鈍)を行って脱炭窒化鋼板を得た。この脱炭窒化焼鈍では、表3に示す680℃~860℃の範囲内の温度T1で20秒間の焼鈍を行った後、表3に示す830℃~960℃の範囲内の温度T2での焼鈍を90秒間行った。
 その後、脱炭窒化鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーにて塗布した。そして、1200℃で20時間の仕上焼鈍を行って仕上焼鈍鋼板を得た。続いて、第1の実験と同様にして、水洗から絶縁被膜の形成までの処理を行い、方向性電磁鋼板の試料を得た。
 そして、第1の実験と同様にして、試料毎に、平均値「平均B8」、最高値「B8max」、最低値「B8min」、及び差「ΔB8」を求めた。これらの結果を温度T1、温度T2と共に表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 温度T1及び温度T2が本発明範囲内にある試料No.42~No.45、及びNo.48では、平均値「平均B8」が1.90T以上と大きく、差「ΔB8」が0.030T以下と小さかった。つまり、高い磁気特性が得られ、磁気特性のばらつきが小さかった。
 更に、温度T1が700℃~850℃の範囲内にあり、温度T2が850℃~950℃の範囲内にある試料No.42~No.44、及びNo.48では、平均値「平均B8」が1.91T以上と特に大きく、差「ΔB8」が0.025T以下と特に小さかった。
 一方、温度T1が700℃未満の試料No.41では、差「ΔB8」が0.030T超と大きく、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。温度T2が800℃未満の試料No.46でも、差「ΔB8」が0.030T超と大きく、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。また、温度T2が950℃超の試料No.49でも、差「ΔB8」が0.030T超と大きく、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。更に、温度T1が800℃未満であり、かつ温度T2が850℃未満の試料No.47では、平均値「平均B8」が1.90T未満と小さかった。
 (第4の実験)
 先ず、Si:3.2質量%、C:0.048質量%、Mn:0.08質量%、酸可溶性Al:0.028質量%、N:0.004質量%、S:0.0061質量%、P:0.033質量%、Ti:0.0024質量%、及びCu:0.029質量%を含有し、更に、表4に示す量のCr及びSnを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる10種類の鋼塊を、真空溶解炉を用いて作製した。次いで、1100℃で鋼塊の焼鈍を1時間行い、その後、熱間圧延を行って厚さが2.3mmの熱間圧延鋼板を得た。
 続いて、1100℃で熱間圧延鋼板の焼鈍を120秒間行って焼鈍鋼板を得た。次いで、焼鈍鋼板の酸洗いを行い、その後、焼鈍鋼板の冷間圧延を行って厚さが0.23mmの冷間圧延鋼板を得た。続いて、水蒸気、水素、窒素、及びアンモニアを含有するガス雰囲気中で冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍(脱炭窒化焼鈍)を行って脱炭窒化鋼板を得た。この脱炭窒化焼鈍では、800℃~840の温度T1で30秒間の焼鈍を行った後、860℃で80秒間の焼鈍を行った。
 その後、脱炭窒化鋼板の表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーにて塗布した。そして、1200℃で20時間の仕上焼鈍を行って仕上焼鈍鋼板を得た。続いて、第1の実験と同様にして、水洗から絶縁被膜の形成までの処理を行い、方向性電磁鋼板の試料を得た。
 そして、第1の実験と同様にして、試料毎に、平均値「平均B8」、最高値「B8max」、最低値「B8min」、及び差「ΔB8」を求めた。これらの結果をCr含有量及びSn含有量と共に表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4に示すように、試料No.51~60のいずれにおいても、平均値「平均B8」が1.90T以上と大きく、差「ΔB8」が0.030T以下と小さかった。つまり、高い磁気特性が得られ、磁気特性のばらつきが小さかった。その中でも、0.010質量%~0.20質量%のCr、及び/又は、0.010質量%~0.20質量%のSnを含有する試料No.52、No.53、No.55、No.56、No.58~No.60では、平均値「平均B8」が1.91T以上と特に大きく、差「ΔB8」が0.025T以下と特に小さかった。
 本発明は、例えば、電磁鋼板製造産業及び電磁鋼板利用産業において利用することができる。

Claims (23)

  1.  Si:2.5質量%~4.0質量%、C:0.02質量%~0.10質量%、Mn:0.05質量%~0.20質量%、酸可溶性Al:0.020質量%~0.040質量%、N:0.002質量%~0.012質量%、S:0.001質量%~0.010質量%、及びP:0.01質量%~0.08質量%を含有し、更に、Ti:0.0020質量%~0.010質量%及びCu:0.010質量%~0.50質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる鋼の熱間圧延を行って熱間圧延鋼板を得る工程と、
     前記熱間圧延鋼板の焼鈍を行って焼鈍鋼板を得る工程と、
     前記焼鈍鋼板の冷間圧延を行って冷間圧延鋼板を得る工程と、
     前記冷間圧延鋼板の脱炭焼鈍及び窒化焼鈍を行って脱炭窒化鋼板を得る工程と、
     前記脱炭窒化鋼板の仕上焼鈍を行う工程と、
     を有し、
     前記脱炭窒化鋼板を得る工程は、
     脱炭かつ窒化雰囲気中で前記冷間圧延鋼板の加熱を開始し、
     次に、700℃~950℃の範囲内の第1の温度で第1の焼鈍を行う工程と、
     次に、前記第1の温度が800℃未満であれば850℃~950℃の範囲内、前記第1の温度が800℃以上であれば800℃~950℃の範囲内の第2の温度で第2の焼鈍を行う工程と、
     を有することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
  2.  前記第1の温度は700℃~850℃の範囲内にあり、
     前記第2の温度は850℃~950℃の範囲内に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の製造方法。
  3.  前記鋼は、更に、Cr:0.010質量%~0.20質量%、Sn:0.010質量%~0.20質量%、Sb:0.010質量%~0.20質量%、Ni:0.010質量%~0.20質量%、Se:0.005質量%~0.02質量%、Bi:0.005質量%~0.02質量%、Pb:0.005質量%~0.02質量%、B:0.005質量%~0.02質量%、V:0.005質量%~0.02質量%、Mo:0.005質量%~0.02質量%、及びAs:0.005質量%~0.02質量%からなる群から選択された少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  4.  前記鋼は、更に、Cr:0.010質量%~0.20質量%、Sn:0.010質量%~0.20質量%、Sb:0.010質量%~0.20質量%、Ni:0.010質量%~0.20質量%、Se:0.005質量%~0.02質量%、Bi:0.005質量%~0.02質量%、Pb:0.005質量%~0.02質量%、B:0.005質量%~0.02質量%、V:0.005質量%~0.02質量%、Mo:0.005質量%~0.02質量%、及びAs:0.005質量%~0.02質量%からなる群から選択された少なくとも一種を含有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。
  5.  前記鋼のTi含有量は0.0020質量%~0.0080質量%であり、
     前記鋼のCu含有量は0.01質量%~0.10質量%であり、
     前記鋼のTi含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  6.  前記鋼のTi含有量は0.0020質量%~0.0080質量%であり、
     前記鋼のCu含有量は0.01質量%~0.10質量%であり、
     前記鋼のTi含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つ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。
  7.  前記鋼のTi含有量は0.0020質量%~0.0080質量%であり、
     前記鋼のCu含有量は0.01質量%~0.10質量%であり、
     前記鋼のTi含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つ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。
  8.  前記鋼のTi含有量は0.0020質量%~0.0080質量%であり、
     前記鋼のCu含有量は0.01質量%~0.10質量%であり、
     前記鋼のTi含有量(質量%)を[Ti]、Cu含有量(質量%)を[Cu]と表したとき、「20×[Ti]+[Cu]≦0.18」の関係が成り立つことを特徴とする請求項4に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  9.  「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことを特徴とする請求項5に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  10.  「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことを特徴とする請求項6に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  11.  「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことを特徴とする請求項7に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  12.  「10×[Ti]+[Cu]≦0.07」の関係が成り立つことを特徴とする請求項8に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  13.  前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行うことを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  14.  前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行う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。
  15.  前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行う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。
  16.  前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行うことを特徴とする請求項5に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  17.  前記鋼の熱間圧延を、前記鋼を1250℃以下の温度に加熱してから行うことを特徴とする請求項9に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  18.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上とすることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  19.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上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。
  20.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上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。
  21.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上とすることを特徴とする請求項5に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  22.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上とすることを特徴とする請求項9に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
  23.  前記第1の焼鈍及び前記第2の焼鈍の時間を15秒間以上とすることを特徴とする請求項13に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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