JP7393623B2 - 方向性電磁鋼板 - Google Patents
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Description
母材鋼板と、
前記母材鋼板上に形成されているグラス被膜と、
前記グラス被膜上に形成されている張力付与絶縁被膜とを備え、
前記母材鋼板の化学組成は、質量%で、
C:0.010%以下、
Si:2.50~4.00%、
Mn:0.01~1.00%、
N:0.010%以下、
sol.Al:0.010%以下、
S:0.010%以下、
P:0.030%以下、
Cr:0~0.50%、
Sn:0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Se:0~0.020%、
Sb:0~0.50%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
800A/mの磁場を付与したときの磁束密度B8が1.90T以上であり、
前記方向性電磁鋼板に対して第1の歪取焼鈍を実施した後、第1のレーザー照射を実施して、前記方向性電磁鋼板の板幅方向に0.0~3.0°の傾斜角Aで交差し、30~100μmの幅を有する第1の熱歪を3.0~6.0mmピッチで導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW1(W/kg)と定義し、
前記方向性電磁鋼板から前記張力付与絶縁被膜を除去し、前記張力付与絶縁被膜が除去された前記方向性電磁鋼板に対して前記第1の歪取焼鈍と同じ条件で第2の歪取焼鈍を実施した後、前記第1のレーザー照射と同じ条件で第2のレーザー照射を実施して、前記第1の熱歪と同じ傾斜角A、同じ幅、及び同じピッチで、第2の熱歪を導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW2(W/kg)と定義したとき、式(1)を満たす。
|W2-W1|≦0.030(W/kg)・・・式(1)
(I)ゴス方位結晶粒の高集積化
(II)ゴス方位結晶粒の細粒化
(I)及び(II)はトレードオフの関係にあり、(I)及び(II)を両立させることは困難であると考えられる。しかしながら、本発明者らは、ゴス方位結晶粒の集積度を高めつつ、ゴス方位結晶粒の細粒化も実現するために、一次再結晶に注目した。通常、ゴス方位結晶粒は、二次再結晶前の一次再結晶組織において、極めて少ない頻度でしか存在していない。このため、ゴス方位結晶粒が二次再結晶により成長する場合、ゴス方位結晶粒は粗大になりやすい。しかしながら、一次再結晶後においてゴス方位結晶粒を多数存在させることができれば、二次再結晶時において多数のゴス方位結晶粒が微細に形成されるはずである。そこで、本発明者らは、製造工程中の脱炭焼鈍工程に注目して、後述の方法に基づいて脱炭焼鈍工程を実施することで、微細なゴス方位結晶粒を多数生成することに成功した。
|W2-W1|≦0.030(W/kg)・・・式(1)
母材鋼板と、
前記母材鋼板上に形成されているグラス被膜と、
前記グラス被膜上に形成されている張力付与絶縁被膜とを備え、
前記母材鋼板の化学組成は、質量%で、
C:0.010%以下、
Si:2.50~4.00%、
Mn:0.01~1.00%、
N:0.010%以下、
sol.Al:0.010%以下、
S:0.010%以下、
P:0.030%以下、
Cr:0~0.50%、
Sn:0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Se:0~0.020%、
Sb:0~0.50%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
800A/mの磁場を付与したときの磁束密度B8が1.90T以上であり、
前記方向性電磁鋼板に対して第1の歪取焼鈍を実施した後、第1のレーザー照射を実施して、前記方向性電磁鋼板の板幅方向に0.0~3.0°の傾斜角Aで交差し、30~100μmの幅を有する第1の熱歪を3.0~6.0mmピッチで導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW1(W/kg)と定義し、
前記方向性電磁鋼板から前記張力付与絶縁被膜を除去し、前記張力付与絶縁被膜が除去された前記方向性電磁鋼板に対して前記第1の歪取焼鈍と同じ条件で第2の歪取焼鈍を実施した後、前記第1のレーザー照射と同じ条件で第2のレーザー照射を実施して、前記第1の熱歪と同じ傾斜角A、同じ幅、及び同じピッチで、第2の熱歪を導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW2(W/kg)と定義したとき、式(1)を満たす。
|W2-W1|≦0.030(W/kg)・・・式(1)
[1]に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記第1の歪取焼鈍では、750~900℃で1~4時間保持する。
[1]又は[2]に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記第1のレーザー照射では、レーザー出力をP(W)と定義し、ビーム照射径をS(mm2)と定義した場合、式(2)で定義されるパワー密度Ip(W/mm2)を3000~6000W/mm2とし、レーザー走査速度をVs(mm/s)と定義した場合、式(3)で定義される投入エネルギーUp(J/mm)を0.005~0.050J/mmとする。
Ip=(4/π)×(P/S)・・・式(2)
Up=P/Vs・・・式(3)
[1]~[3]のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記方向性電磁鋼板の前記母材鋼板の板厚は、0.17~0.22mmである。
[1]~[4]のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記母材鋼板の前記化学組成は、
Cr:0.01~0.50%、
Sn:0.01~0.50%、及び、
Cu:0.01~0.50%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する。
[1]~[5]のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記母材鋼板の前記化学組成は、
Se:0.001~0.020%、及び、
Sb:0.01~0.50%、
からなる群から選択される1元素以上を含有する。
図1は、本実施形態による方向性電磁鋼板の斜視図である。図1を参照して、本実施形態による方向性電磁鋼板1は、母材鋼板10と、グラス被膜11と、張力付与絶縁被膜12とを備える。グラス被膜11は、母材鋼板10上に形成されている。図1では、グラス被膜11は、母材鋼板10の表面に直接接触して、母材鋼板10の表面上に形成されている。張力付与絶縁被膜12は、グラス被膜11上に形成されている。図1では、グラス被膜11及び張力付与絶縁被膜12は、母材鋼板10の一方の表面のみに形成されている。しかしながら、グラス被膜11及び張力付与絶縁被膜12は、母材鋼板10の一対の表面上に形成されていてもよい。
上述の母材鋼板10の化学組成は、次の元素を含有する。なお、母材鋼板10の化学組成における各元素の含有量で使用する「%」は、特に断りがない限り、質量%を意味する。
炭素(C)は、磁束密度を改善するため、スラブにおいては必須の元素である。しかしながら、Cは方向性電磁鋼板の製造工程において鋼板から抜けていく。製品である方向性電磁鋼板にCが0.010%を超えて残存すれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Cはセメンタイト(Fe3C)を形成して、方向性電磁鋼板の鉄損を劣化する。したがって、C含有量は0.010%以下である。C含有量の好ましい上限は0.006%であり、さらに好ましくは0.003%である。C含有量はなるべく低い方が好ましい。したがって、C含有量は0%であってもよい。しかしながら、C含有量の過度の低減は、製造コストを引き上げる。したがって、C含有量の好ましい下限は、0%超であり、さらに好ましくは0.001%である。
シリコン(Si)は、鋼材の電気抵抗(比抵抗)を高めて方向性電磁鋼板の鉄損を低減する。Si含有量が2.50%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、仕上げ焼鈍工程において鋼が相変態して、二次再結晶が十分に進行しない。その結果、上記効果が十分に得られない。一方、Si含有量が4.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板が脆化して、製造工程における通板性が顕著に低下する。したがって、Si含有量は2.50~4.00%である。Si含有量の好ましい下限は2.80%であり、さらに好ましくは3.00%であり、さらに好ましくは3.20%である。Si含有量の好ましい上限は3.70%であり、さらに好ましくは3.60%であり、さらに好ましくは3.50%である。
マンガン(Mn)は、方向性電磁鋼板の比抵抗を高めて方向性電磁鋼板の鉄損を低減する。Mnはさらに、熱間加工性を高めて、熱間圧延における割れの発生を抑制する。Mnはさらに、S及び/又はSeと結合して微細MnS及び/又は微細MnSeを形成する。微細MnS及び微細MnSeは、インヒビターとして活用される微細AlNの析出核となる。そのため、微細MnS及び微細MnSeの析出量が多ければ、十分な量の微細AlNが得られる。Mn含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、十分な量の微細MnS及び微細MnSeが析出しない。一方、Mn含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、方向性電磁鋼板の磁束密度が低下し、鉄損も劣化する。したがって、Mn含有量は0.01~1.00%である。Mn含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。Mn含有量の好ましい上限は0.70%であり、さらに好ましくは0.50%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.10%である。
窒素(N)は、方向性電磁鋼板の製造工程中において、Alと結合してAlNを形成し、インヒビターとして機能する。したがって、Nは、方向性電磁鋼板の素材であるスラブにおいては必須の元素である。しかしながら、Nは、方向性電磁鋼板の製造工程において、鋼板から抜けていく。方向性電磁鋼板中のN含有量が0.010%を超えれば、鋼板にブリスタ(空孔)が過剰に生成する。ブリスタは、被膜欠陥の原因となり、方向性電磁鋼板の絶縁性が低下する。したがって、N含有量は0.010%以下である。N含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.006%であり、さらに好ましくは0.004%である。N含有量は0%であってもよい。しかしながら、N含有量の過剰な低減は困難な場合がある。したがって、N含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
アルミニウム(Al)は、方向性電磁鋼板の製造工程中において、Nと結合してAlNを形成し、インヒビターとして機能するため、スラブにおいては必須の元素である。しかしながら、Alは方向性電磁鋼板の製造工程において鋼板から抜けていく。方向性電磁鋼板中におけるsol.Al含有量が0.010%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Al系介在物が鋼板中に残存する。この場合、方向性電磁鋼板の鉄損が劣化する。したがって、sol.Al含有量は0.010%以下である。sol.Al含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.006%である。sol.Al含有量は0%であってもよい。しかしながら、Al含有量の過剰な低減は困難な場合もある。したがって、Al含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。なお、本明細書において、sol.Alは酸可溶Alを意味する。したがって、sol.Al含有量は、酸可溶Alの含有量である。
硫黄(S)は、製造工程中において、Mnと結合して、インヒビターである微細MnSを形成する。そのため、Sはスラブにおいては必須の元素である。しかしながら、Sは方向性電磁鋼板の製造工程において鋼材から抜けていく。方向性電磁鋼板中のS含有量が0.010%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、母材鋼板中にMnSが残存するため、鉄損が劣化する。したがって、S含有量は0.010%以下である。S含有量の好ましい上限は0.008%であり、さらに好ましくは0.006%であり、さらに好ましくは0.004%である。S含有量は0%であってもよい。しかしながら、S含有量の過剰な低減は困難な場合がある。したがって、S含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
燐(P)は、圧延時における鋼板の加工性を低下する。P含有量が0.0300%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼板の加工性が顕著に低下する。したがって、P含有量は0.030%以下である。P含有量の好ましい上限は0.020%であり、さらに好ましくは0.010%である。P含有量は0%であってもよい。しかしながら、P含有量の過剰な低減は困難な場合がある。したがって、P含有量の好ましい下限は0.001%である。なお、Pは集合組織を改善し、鋼板の磁気特性を改善する。この効果を有効に発揮するためのP含有量の好ましい下限は0.002%であり、さらに好ましくは0.005%である。
母材鋼板10の化学組成はさらに、Feの一部に代えて、Cr、Sn、及びCuからなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有してもよい。Cr、Sn及びCuはいずれも任意元素であり、方向性電磁鋼板1のグラス被膜11の密着性を高める。
クロム(Cr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cr含有量は0%であってもよい。含有される場合、Crは、Sn及びCuと同様に、グラス被膜11の母材鋼板10への密着性を高める。Crはさらに、二次再結晶において、ゴス方位結晶粒の集積度を高める。Cr含有量が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cr含有量が0.50%を超えれば、Cr酸化物が生成して、方向性電磁鋼板1の磁気特性が低下する。したがって、Cr含有量は0~0.50%である。Cr含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。Cr含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。
スズ(Sn)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sn含有量は0%であってもよい。含有される場合、Snは、Cr及びCuと同様に、グラス被膜11の母材鋼板10への密着性を高める。Snが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sn含有量が0.50%を超えれば、方向性電磁鋼板1の製造工程中において、二次再結晶が不安定となり、その結果、方向性電磁鋼板1の磁気特性が低下する。したがって、Sn含有量は0~0.50%である。Sn含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.02%であり、さらに好ましくは0.03%である。Sn含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.15%である。
銅(Cu)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Cu含有量は0%であってもよい。含有される場合、CuはCr及びSnと同様に、グラス被膜11の母材鋼板10への密着性を高める。Cuが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Cu含有量が0.50%を超えれば、方向性電磁鋼板1の製造工程中における熱間加工性が低下する。したがって、Cu含有量は0~0.50%である。Cu含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。Cu含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。
セレン(Se)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Se含有量は0%であってもよい。含有される場合、SeはSbと同様にインヒビターとして機能して、方向性電磁鋼板1の製造工程において、二次再結晶を安定化する。その結果、方向性電磁鋼板1の磁気特性が高まる。Seが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Se含有量が0.020%を超えれば、グラス被膜11の母材鋼板10に対する密着性が低下する。したがって、Se含有量は0~0.020%である。Se含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%である。Se含有量の好ましい上限は0.015%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.008%である。
アンチモン(Sb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sb含有量は0%であってもよい。含有される場合、SbはSeと同様にインヒビターとして機能して、方向性電磁鋼板1の製造工程において、二次再結晶を安定化する。その結果、方向性電磁鋼板1の磁気特性が高まる。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Sb含有量が0.50%を超えれば、グラス被膜11が劣化する。したがって、Sb含有量は0~0.50%である。Sb含有量の好ましい下限は0%超であり、さらに好ましくは0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。Sb含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.30%であり、さらに好ましくは0.20%であり、さらに好ましくは0.10%である。
グラス被膜11は、母材鋼板10上に形成されている。グラス被膜11は、方向性電磁鋼板において周知技術として知られる構成を有する。具体的には、グラス被膜11はたとえば、フォルステライト(Mg2SiO4)、スピネル(MgAl2O4)及び、コーディエライト(Mg2Al4Si5O16)からなる群から選択される1種以上を含有する。好ましくは、グラス被膜11は、フォルステライトを主体とする。本明細書でいう「フォルステライトを主体とする」とは、グラス被膜11中のフォルステライトの含有量が質量%で60.0%以上であることを意味する。グラス被膜11は、フォルステライトを含有し、スピネル及びコーディエライトを含有しなくてもよく、フォルステライト及びスピネルを含有し、コーディエライトを含有しなくてもよく、フォルステライト、スピネル、及び、コーディエライトを含有してもよい。
張力付与絶縁被膜12は、グラス被膜11上に形成されている。張力付与絶縁被膜12は、複数の方向性電磁鋼板1を積層して使用する場合の、互いに積層された方向性電磁鋼板1の間の絶縁を担保するために、方向性電磁鋼板1の最上層に形成される。張力付与絶縁被膜12は、方向性電磁鋼板において周知技術として知られる構成を有する。具体的には、張力付与絶縁被膜12は、クロム酸金属塩、リン酸金属塩、コロイダルシリカ、ポリテトラフルオロエチレン、Zr化合物、Ti化合物等の無機物の少なくとも1種以上を含有する。好ましくは、張力付与絶縁被膜12は、リン酸金属塩を主体とする被膜である。ここで、「リン酸金属塩を主体とする」とは、張力付与絶縁被膜12内のリン酸金属塩の割合が質量%で80%以上であることを意味する。
本実施形態の方向性電磁鋼板1では、800A/mの磁場を付与したときの磁束密度B8が1.90T以上である。磁束密度B8が1.90T未満であれば、十分な磁気特性が得られない。したがって、本実施形態の方向性電磁鋼板1では、800A/mの磁場を付与したときの磁束密度B8が1.90T以上である。
方向性電磁鋼板1において、方向性電磁鋼板1に対して第1の歪取焼鈍を実施した後、第1のレーザー照射を実施して、方向性電磁鋼板1の板幅方向に0.0~3.0°の傾斜角Aで交差し、30~100μmの幅を有する第1の熱歪を3.0~6.0mmピッチで導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW1(W/kg)と定義する。さらに、方向性電磁鋼板1から張力付与絶縁被膜12を除去し、張力付与絶縁被膜12が除去された方向性電磁鋼板2に対して第1の歪取焼鈍と同じ条件で第2の歪取焼鈍を実施した後、第1のレーザー照射と同じ条件で第2のレーザー照射を実施して、第1の熱歪と同じ傾斜角A、同じ幅、及び同じピッチで、第2の熱歪を導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW2(W/kg)と定義する。この場合、本実施形態の方向性電磁鋼板1は、式(1)を満たす。
|W2-W1|≦0.030・・・式(1)
(I)ゴス方位結晶粒の高集積化
(II)ゴス方位結晶粒の細粒化
方向性電磁鋼板1のゴス方位結晶粒指数F1は、次の方法で測定できる。始めに、最終製品である方向性電磁鋼板1に対して、歪取焼鈍を実施する。仮に、方向性電磁鋼板1にレーザー照射(磁区細分化処理)が施されていたとしても、この歪取焼鈍を実施することにより、レーザー照射(磁区細分化処理)の効果が除去される。歪取焼鈍では、歪が除去できればよいので、焼鈍方法は特に限定されない。
Ip=(4/π)×(P/S)・・・式(2)
Up=P/Vs・・・式(3)
本実施形態の方向性電磁鋼板1の母材鋼板10の化学組成は、次の方法により求めることができる。
本実施形態の方向性電磁鋼板1の母材鋼板10の板厚は、特に限定されない。方向性電磁鋼板1の母材鋼板10の板厚はたとえば、0.17~0.35mmであり、好ましくは、0.17~0.22mmである。補助磁区は母材鋼板10の板厚が0.22mm以下の場合に生成しやすい。しかしながら、本実施形態の方向性電磁鋼板1では、母材鋼板10の板厚が0.17~0.22mmであっても、優れた騒音特性を示す。
以下、本実施形態の方向性電磁鋼板1の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態の方向性電磁鋼板1は、上述の構成を有すれば、製造方法は特に限定されない。ただし、以下に説明する方向性電磁鋼板1の製造方法は、本実施形態の方向性電磁鋼板1の製造方法の好適な例である。
図6は、本実施形態による方向性電磁鋼板1の製造方法のフロー図である。図6を参照して、本製造方法は、スラブに対して熱間圧延を実施する熱間圧延工程(S1)と、熱間圧延後の鋼板(熱延鋼板)に対して焼鈍処理を実施する熱延板焼鈍工程(S2)と、熱延板焼鈍工程後の鋼板に対して1又は2回以上の冷間圧延(S30)を実施する冷間圧延工程(S3)と、冷間圧延工程後の鋼板(冷延鋼板)に対して脱炭焼鈍を実施する脱炭焼鈍工程(S4)と、脱炭焼鈍工程後の鋼板の表面に焼鈍分離剤を塗布する焼鈍分離剤塗布工程(S5)と、焼鈍分離剤が塗布された鋼板に対して仕上げ焼鈍を実施して、グラス被膜を形成する仕上げ焼鈍工程(S6)と、仕上げ焼鈍工程後の鋼板に対して、張力付与絶縁被膜を形成する絶縁被膜形成工程(S7)とを含む。以下、各工程S1~S7について説明する。
熱間圧延工程(S1)は、準備されたスラブに対して熱間圧延を実施して熱延鋼板を製造する。スラブの化学組成は、方向性電磁鋼板1の母材鋼板10の化学組成が上述の化学組成となるように調整される。スラブは周知の方法で製造する。たとえば、溶鋼を製造(溶製)する。溶鋼を用いて、連続鋳造法により、スラブを製造する。
熱延板焼鈍工程(S2)は任意の工程であり、実施しなくてもよい。実施する場合、熱延板焼鈍工程(S2)では、熱間圧延工程(S1)にて製造された熱延鋼板に対して焼鈍処理を実施する。熱延板焼鈍工程を実施することにより、鋼板組織に再結晶が生じ、磁気特性が高まる。
冷間圧延工程(S3)では、製造された鋼板に対して、1又は複数回の冷間圧延(S30)を実施する。冷間圧延(S30)は、冷間圧延機を用いて実施する。冷間圧延機は、たとえば、一列に配列された複数の冷間圧延スタンドを備えるタンデム式の圧延機であって、各冷間圧延スタンドは、複数の冷間圧延ロールを含む。冷間圧延機は、1台のリバース式の冷間圧延スタンドであってもよい。
る方向性電磁鋼板1に要求される特性及び製造コストに応じて決定される。
冷延率(%)=100-最後の冷間圧延後の冷延鋼板の板厚/最初の冷間圧延開始前の鋼板の板厚×100
脱炭焼鈍工程(S4)では、冷間圧延工程(S3)後の鋼板(冷延鋼板)に対して、脱炭焼鈍を実施して一次再結晶を発現させる。なお、本実施形態において、脱炭焼鈍工程(S4)は重要な工程であり、脱炭焼鈍工程(S4)により、ゴス方位結晶粒指数F1が式(1)を満たすように、(I)ゴス方位結晶粒の高集積化と、(II)ゴス方位結晶粒の細粒化とを両立することができる。
ゴス方位結晶粒増加工程(S41)では、鋼板内において、ゴス方位結晶粒の核(ゴス核)を増加させる。図7に示すとおり、ゴス方位結晶粒増加工程(S41)では、鋼板に対して急速加熱を実施する。そして、鋼板温度が600℃から昇温到達温度T1(℃)に到達するまで、昇温速度HR1(℃/秒)で加熱する。そして、鋼板温度が600℃から昇温到達温度T1(℃)に到達した後、冷却速度CR1(℃/秒)で鋼板を冷却して、鋼板温度を冷却停止温度T2(℃)とする。昇温速度HR1、昇温到達温度T1、冷却速度CR1、及び、冷却停止温度T2はそれぞれ、次の条件とする。
ゴス方位結晶粒増加工程(S41)において、鋼板を昇温する場合、鋼板温度が600℃~昇温到達温度T1に至るまでの平均の昇温速度を、昇温速度HR1(℃/秒)と定義する。昇温速度HR1が100℃/秒未満である場合、ゴス核の生成が不足する。この場合、ゴス方位結晶粒の集積度が低下する。一方、昇温速度HR1が2000℃/秒を超えれば、設備への負担が大きくなり、製造コストも高くなる。したがって、昇温速度HR1は100~2000℃/秒である。昇温速度HR1の好ましい下限は200℃/秒であり、さらに好ましくは300℃/秒であり、さらに好ましくは400℃/秒である。昇温速度HR1の好ましい上限は1800℃/秒であり、さらに好ましくは1600℃/秒であり、さらに好ましくは1200℃/秒である。
昇温到達温度T1は、昇温を停止する鋼板温度である。昇温到達温度T1が800℃未満であれば、ゴス核の生成が不足する。この場合、ゴス方位結晶粒の集積度が低下する。一方、昇温到達温度T1が1000℃を超える場合、炉材等の設備が焼損する場合がある。したがって、昇温到達温度T1は、800~1000℃である。昇温到達温度T1の好ましい下限は820℃であり、さらに好ましくは840℃であり、さらに好ましくは860℃である。昇温到達温度T1の好ましい上限は980℃であり、さらに好ましくは960℃であり、さらに好ましくは940℃である。
ゴス方位結晶粒増加工程(S41)では、昇温到達温度T1に到達した後、昇温到達温度T1を保持せずに冷却を開始する。鋼板温度が800~600℃の平均の冷却速度を冷却速度CR1と定義する。この場合、冷却速度CR1が5℃/秒未満であれば、鋼板の表面にSiO2被膜が過剰に形成してしまい、最終脱炭焼鈍工程(S43)において、鋼板を十分に脱炭できない。一方、冷却速度CR1が100℃/秒を超えれば、設備の負担が大きくなり、製造コストも高くなる。したがって、冷却速度CR1は5~100℃/秒である。冷却速度CR1の好ましい下限は10℃/秒であり、さらに好ましくは20℃/秒であり、さらに好ましくは30℃/秒である。冷却速度CR1の好ましい上限は90℃/秒であり、さらに好ましくは80℃/秒であり、さらに好ましくは70℃/秒である。
冷却停止温度T2はT3以下である。冷却停止温度T2はT3以下であれば、特に限定されない。冷却停止温度T2はたとえば、T3であってもよいし、400℃以下であってもよいし、300℃以下であってもよいし、200℃以下であってもよいし、100℃以下であってもよい。
ゴス方位結晶粒成長工程(S42)では、ゴス方位結晶粒増加工程(S41)により生成したゴス核をある程度成長させる。これにより、多数のゴス核をゴス方位結晶粒へと成長させることができる。なお、ゴス方位結晶粒増加工程(S41)で多数生成したゴス核を、ゴス方位結晶粒成長工程(S42)でゴス方位結晶粒に成長させた場合、結果的に、多数のゴス方位結晶粒が生成する。その結果、仕上げ焼鈍後においても、ゴス方位結晶粒が微細に維持される。
保持温度T3が450℃未満である場合、ゴス方位結晶粒が十分に成長しない。この場合、ゴス方位結晶粒の集積度が低下する。一方、保持温度が550℃を超えても、ゴス方位結晶粒が十分に成長しない。この場合、ゴス方位結晶粒の集積度が低下する。したがって、保持温度T3は450~550℃である。保持温度T3の好ましい下限は460℃であり、さらに好ましくは470℃である。保持温度T3の好ましい上限は530℃であり、さらに好ましくは510℃である。
保持温度T3での保持時間t3が10秒未満である場合、ゴス方位結晶粒が十分に成長しない。この場合、ゴス方位結晶粒の集積度が低下する。一方、保持時間t3は特に限定されない。生産性を考慮すれば、保持時間t3の好ましい上限は100秒である。したがって、保持温度T3での保持時間t3は10~100秒である。保持時間t3の好ましい下限は15秒であり、さらに好ましくは20秒である。保持時間t3の好ましい上限は90秒であり、さらに好ましくは80秒である。
最終脱炭焼鈍工程(S43)は、従前の脱炭焼鈍工程と同じ条件で実施すればよい。たとえば、最終脱炭焼鈍工程(S43)は、ゴス方位結晶粒成長工程(S42)後の鋼板を脱炭焼鈍温度T4に加熱する。そして、脱炭焼鈍温度T4で保持時間t4保持して、脱炭焼鈍を実施する。これにより、鋼板に一次再結晶を発現させる。最終脱炭焼鈍工程中の雰囲気は、周知の雰囲気で足り、たとえば、水素及び窒素を含有する湿潤窒素水素混合雰囲気である。脱炭焼鈍を実施することにより、鋼板中の炭素が鋼板から除去され、一次再結晶が発現する。最終脱炭焼鈍工程(S43)での製造条件は周知の条件で足りる。たとえば、次のとおりである。
脱炭焼鈍温度T4は、脱炭焼鈍を実施する熱処理炉の炉温に相当し、脱炭焼鈍中の鋼板の温度に相当する。脱炭焼鈍温度T4が750℃未満であれば、一次再結晶発現後の鋼板の結晶粒が小さすぎる。この場合、仕上げ焼鈍工程(S6)において、二次再結晶が十分に発現しない。一方、脱炭焼鈍温度T4が1000℃を超えれば、一次再結晶発現後の鋼板の結晶粒が大きすぎる。この場合も、仕上げ焼鈍工程(S6)において、二次再結晶が十分に発現しない。脱炭焼鈍温度T4が750~1000℃であれば、一次再結晶後の鋼板の結晶粒が適切なサイズとなり、仕上げ焼鈍工程(S6)において、二次再結晶が十分に発現する。
脱炭焼鈍温度T4での保持時間t4は特に限定されない。脱炭焼鈍温度T4での保持時間t4はたとえば、50~300秒である。なお、保持時間t4経過後の鋼板を周知の方法で常温まで冷却する。冷却方法は放冷であってもよいし、水冷であってもよい。好ましくは、最終脱炭焼鈍工程(S43)後の鋼板を放冷する。
脱炭焼鈍工程(S4)後の鋼板に対して、焼鈍分離剤塗布工程(S5)を実施する。焼鈍分離剤塗布工程(S5)では、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布する。具体的には、鋼板表面に焼鈍分離剤を含有する水性スラリーを塗布する。水性スラリーは、焼鈍分離剤に水を加えて攪拌して作製する。焼鈍分離剤は、酸化マグネシウム(MgO)を含有する。好ましくは、MgOは焼鈍分離剤の主成分である。ここで、「主成分」とは、焼鈍分離剤中のMgO含有量が、質量%で80.0%以上であることを意味する。焼鈍分離剤は、MgO以外に、周知の添加剤を含有してもよい。
焼鈍分離剤塗布工程(S5)後の鋼板に対して、仕上げ焼鈍工程(S6)を実施して、二次再結晶を発現させる。仕上げ焼鈍工程(S6)は、熱処理炉を用いて実施する。仕上げ焼鈍工程での製造条件はたとえば、次のとおりである。なお、仕上げ焼鈍における炉内雰囲気は、周知の雰囲気である。
仕上げ焼鈍温度での保持時間:10~60時間
仕上げ焼鈍温度が1100℃未満であれば、十分な二次再結晶が発現せず、また二次再結晶に用いた析出物を除去する純化が十分ではない。そのため、製造された方向性電磁鋼板の磁気特性が低くなる。一方、仕上げ焼鈍温度が1300℃を超えても二次再結晶、純化に対する効果が低いとともに、鋼板の変形などの問題が生じる。仕上げ温度が1100~1300℃であれば、上記保持時間が適切であることを前提として、十分な二次再結晶が発現して、磁気特性が高まる。さらに、鋼板表面上にフォルステライト主体とするグラス被膜11が形成される。
本実施形態による方向性電磁鋼板1の製造方法ではさらに、仕上げ焼鈍工程(S6)後に、絶縁被膜形成工程(S7)を実施する。絶縁被膜形成工程(S7)では、仕上げ焼鈍工程(S6)の冷却後の方向性電磁鋼板1の表面(グラス被膜11上)に、コロイド状シリカ及びリン酸塩を主体とする絶縁コーティング剤を塗布した後、焼付けを実施する。これにより、グラス被膜上に、張力付与絶縁被膜12が形成される。
なお、本実施形態の方向性電磁鋼板1は、脱炭焼鈍工程(S4)後、焼鈍分離剤塗布工程(S5)前に、窒化処理工程を実施してもよい。窒化処理工程では、脱炭焼鈍工程(S4)後の鋼板に対して、窒化処理を実施して、窒化処理鋼板を製造する。窒化処理工程は周知の条件で実施すれば足りる。好ましい窒化処理条件はたとえば、次のとおりである。
窒化処理温度:700~850℃
窒化処理炉内の雰囲気(窒化処理雰囲気):水素、窒素及びアンモニア等の窒化能を有するガスを含有する雰囲気
本実施形態による方向性電磁鋼板1はさらに、必要に応じて、仕上げ焼鈍工程(S6)後、又は、絶縁被膜形成工程(S7)後に、レーザー照射工程(磁区細分化処理工程)を実施してもよい。レーザー照射工程では、方向性電磁鋼板1の表面に、磁区細分化効果のあるレーザー光を照射したり、表面に溝を形成したりする。この場合、さらに磁気特性に優れる方向性電磁鋼板1が製造できる。
化学組成が、質量%で、C:0.030~0.10%、Si:3.0~3.5%、Mn:0.02~0.90%、N:0.005~0.03%、sol.Al:0.200~0.3%、S:0.005~0.03%、P:0.005~0.030%を含有するスラブを製造した。スラブに対して熱間圧延工程を実施した。具体的には、スラブを1350℃に加熱した後、スラブに対して熱間圧延を実施して、板厚2.3mmの熱延鋼板を製造した。熱間圧延工程後の熱延鋼板に対して、900~1200℃の焼鈍温度で、保持時間が10~300秒の熱延板焼鈍工程を実施した。その後、冷間圧延工程を実施して、鋼番号A1~A20の板厚を0.22mmとし、鋼番号A21~A40の板厚0.19mmとする冷延鋼板を製造した。冷延鋼板に対して、後述の条件にて、脱炭焼鈍工程を実施した。その後、酸化マグネシウム(MgO)を主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布して、仕上げ焼鈍工程を実施した。仕上げ焼鈍工程での仕上げ焼鈍温度は1200℃であり、仕上げ焼鈍温度での保持時間は20時間であった。さらに、仕上げ焼鈍工程の冷却後の方向性電磁鋼板の表面(グラス被膜上)に、コロイド状シリカ及びリン酸塩を主体とする絶縁コーティング剤を塗布した後、焼付けを実施した。以上の工程により、各試験番号の方向性電磁鋼板を製造した。
各試験番号の方向性電磁鋼板の母材鋼板の化学組成を、次の方法により求めた。始めに、各試験番号の方向性電磁鋼板から、張力付与絶縁被膜を除去した。具体的には、方向性電磁鋼板を、NaOH:30~50質量%及びH2O:50~70質量%を含有し、80~90℃の水酸化ナトリウム水溶液に、7~10分間浸漬した。浸漬後の方向性電磁鋼板(張力付与絶縁被膜が除去された方向性電磁鋼板)を水洗した。水洗後、温風のブロアーで1分間弱、乾燥させた。
各試験番号の方向性電磁鋼板1のゴス方位結晶粒指数を、次の方法で求めた。始めに、各試験番号の方向性電磁鋼板1から、60mm×長さ300mmのサンプルを採取した。サンプルに対して第1の歪取焼鈍を実施した。第1の歪取焼鈍では、熱処理温度を800℃とし、熱処理温度での保持時間を2時間とした。なお、歪取焼鈍を実施した熱処理炉の雰囲気は、窒素雰囲気とし、露点は-20℃とした。
各試験番号の方向性電磁鋼板1に対して、騒音特性を評価した。具体的には、方向性電磁鋼板から幅60mm×長さ300mmのサンプルを採取した。サンプルに対して、ゴス方位結晶粒指数測定試験と同じ条件で歪取焼鈍及びレーザー照射を実施した。サンプルの長さ方向は圧延方向RDに対応し、幅方向は板幅方向TDに対応した。特許文献4に記載の磁歪測定装置を用いて、交流磁歪測定法により磁歪を測定した。具体的には、図8に示す磁歪測定装置50を使用した。磁歪測定装置50は、レーザードップラ振動計51と、励磁コイル52と、励磁電源53と、磁束検出コイル54と、増幅器55と、オシロスコープ56とを備えた。
LVA=20×Log(√(Σ(ρc×2π×fn×αn×Cn/√2)2)/Pe0)
ここで、ρcは固有音響抵抗であり、ρc=400とした。Pe0は最小可聴音圧であり、Pe0=2×10-5(Pa)を用いた。A補正係数αnは、JIS C 1509-1(2005)の表2に記載の値を用いた。
VG(Very Good):50.0dBA未満
G(Good):50.0以上~55.0dBA未満
F(Fine):55.0以上60.0dBA未満
B(Bad):60.0dBA以上
上記評価において、F以上を合格とした。
各試験番号の方向性電磁鋼板から、幅60mm×長さ300mmのサンプルを採取した。採取されたサンプルを用いて、JIS C2256(2011)に準拠して、単板磁気特性試験(SST試験)により、磁束密度(T)を求めた。具体的には、サンプルに800A/mの磁場を付与して、磁束密度(T)を求めた。測定の結果、磁束密度B8が1.90T未満の試験番号の方向性電磁鋼板を不合格とし、ゴス方位結晶粒指数測定試験及び騒音特性測定試験を実施しなかった。
試験結果を表1及び表2に示す。表1及び表2を参照して、試験番号1~40の方向性電磁鋼板では、化学組成が適切であった。さらに、製造条件が適切であった。そのため、ゴス方位結晶粒指数F1が式(1)を満たした。その結果、騒音特性はいずれもF以上であり、優れた騒音特性が得られた。
10 母材鋼板
11 グラス被膜
12 張力付与絶縁被膜
Claims (5)
- 方向性電磁鋼板であって、
母材鋼板と、
前記母材鋼板上に形成されているグラス被膜と、
前記グラス被膜上に形成されている張力付与絶縁被膜とを備え、
前記母材鋼板の化学組成は、質量%で、
C:0.010%以下、
Si:2.50~4.00%、
Mn:0.01~1.00%、
N:0.010%以下、
sol.Al:0.010%以下、
S:0.010%以下、
P:0.030%以下、
Cr:0~0.50%、
Sn:0~0.50%、
Cu:0~0.50%、
Se:0~0.020%、
Sb:0~0.50%、及び、
残部がFe及び不純物からなり、
800A/mの磁場を付与したときの磁束密度B8が1.90T以上であり、
前記方向性電磁鋼板に対して、800℃で2時間保持する第1の歪取焼鈍を実施した後、第1のレーザー照射を実施して、前記方向性電磁鋼板の板幅方向に0.0~3.0°の傾斜角Aで交差し、30~100μmの幅を有する第1の熱歪を3.0~6.0mmピッチで導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW1(W/kg)と定義し、
前記方向性電磁鋼板から前記張力付与絶縁被膜を除去し、前記張力付与絶縁被膜が除去された前記方向性電磁鋼板に対して前記第1の歪取焼鈍と同じ条件で第2の歪取焼鈍を実施した後、前記第1のレーザー照射と同じ条件で第2のレーザー照射を実施して、前記第1の熱歪と同じ傾斜角A、同じ幅、及び同じピッチで、第2の熱歪を導入したときの周波数50Hz及び最大磁束密度1.7Tでの鉄損をW2(W/kg)と定義したとき、式(1)を満たす、
方向性電磁鋼板。
|W2-W1|≦0.030(W/kg)・・・式(1) - 請求項1に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記第1のレーザー照射では、レーザー出力をP(W)と定義し、ビーム照射径をS(mm2)と定義した場合、式(2)で定義されるパワー密度Ip(W/mm2)を3000~6000W/mm2とし、レーザー走査速度をVs(mm/s)と定義した場合、式(3)で定義される投入エネルギーUp(J/mm)を0.005~0.050J/mmとする、
方向性電磁鋼板。
Ip=(4/π)×(P/S)・・・式(2)
Up=P/Vs・・・式(3) - 請求項1又は請求項2に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記方向性電磁鋼板の前記母材鋼板の板厚は、0.17~0.22mmである、
方向性電磁鋼板。 - 請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記母材鋼板の前記化学組成は、
Cr:0.01~0.50%、
Sn:0.01~0.50%、及び、
Cu:0.01~0.50%、
からなる群から選択される1元素又は2元素以上を含有する、
方向性電磁鋼板。 - 請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記母材鋼板の前記化学組成は、
Se:0.001~0.020%、及び、
Sb:0.01~0.50%、
からなる群から選択される1元素以上を含有する、
方向性電磁鋼板。
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