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JP4192399B2 - Oriented electrical steel sheet and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器や発電機、回転機等の電気機器の鉄心材料としての用途に供して好適な方向性電磁鋼板およびその製造方法に関し、特に素材特性のみならず実機特性の有利な改善を図ろうとするものである。
【0002】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は、主として変圧器の積鉄心や巻き鉄心の材料として使用され、特に送配電コスト削減の観点から、かような方向性電磁鋼板に対しては、電力変換に伴うエネルギーロス(鉄損) が少ないことが要求される。
鉄損を低下させるための技術のひとつは、鉄の結晶の磁化容易軸である<001>軸を圧延方向に揃えることであり、鉄の結晶組織をゴス方位と呼ばれる{110}<001>方位に高度に集積させることによって、高い透磁率が得られ、鉄損が低下することが知られている。
【0003】
このようなゴス方位に集積した結晶組織を得るために、二次再結晶と呼ばれる現象が利用される。すなわち、一次再結晶粒の熱的成長過程において、方位選択性の極めて強い異常粒成長を利用して、ゴス方位の結晶粒のみを優先的に成長させることにより、所望の組織が得られる。この際、方位選択性と異常粒成長速度の2点を制御することが、ゴス方位への集積度の高い二次再結晶組織を得るために重要である。
このためには、二次再結晶前の一次再結晶組織を所定の集合組織とすること、および一次再結晶粒の成長を選択的に抑制するインヒビターと呼ばれる析出分散相を均一かつ適正なサイズで形成することが必要とされる。
【0004】
後者の目的を達するものとして、特公昭46−23820 号公報等に、MnSeまたはMnSとAlNの複合析出相を形成させ、強力なインヒビターとして作用させる技術が開示されている。
しかしながら、これらの技術によってゴス方位への集積度の高い結晶組織を得た場合であっても、必ずしも製品の鉄損は低下しない。これは、二次再結晶粒径が必然的に粗大化するためである。
この問題を解決するために、特公昭59−20745 号公報には、二次再結晶粒の平均粒径を小さくして鉄損を低減する技術が、また特公平4−19296 号公報には、微細な二次粒の数と分布を制御して鉄損を低減する技術がそれぞれ開示されている。しかしながら、二次粒を微細化する技術は、ゴス方位に極めて近い粒のみを巨大成長させて高い磁束密度を得ようとする近年の方向性電磁鋼板の技術思想と相いれず、しばしば製品の磁気特性の劣化を招いていた。
【0005】
一方、鋼板に人為的に磁極を導入し、磁区幅を狭くして渦電流損を低減する方法として、レーザー光(特公昭57−2252号公報)やプラズマ炎(特公平7−7230号公報)等を照射する方法が、また耐熱型の磁区細分化方法として、二次再結晶後の鋼板に機械的加工により溝を形成する方法(特公昭62−53579 号公報)や最終仕上げ焼鈍前に圧延方向と直交する方向に線状の刻み目を導入する方法(特公平3−69968 号公報)等がそれぞれ開示されている。
しかしながら、特公昭57−2252号公報や特公平7−7230号公報に開示の方法では、歪取り焼鈍によって磁区細分化効果が消失してしまうという難点があった。また、特公昭62−53579 号公報や特公平3−69968 号公報に開示の方法では、溝による磁極によって高磁場域での磁束密度が劣化するという難点があった。
【0006】
一方、二次再結晶方位分布に起因する鋼板内部の磁束密度の不均一を改善して鉄損を低減する技術が、本発明者らによって特開平8−49045 号公報や特開平8−288115号公報および特開平9−209043号公報等に開示されている。
これらの方法は、二次再結晶粒のアスペクト比や圧延直角方向に隣接する二次再結晶粒間の結晶方位差(圧延面内での方位の差)を適正な範囲内とすることによって、材料内部の磁束分布の不均一度を低下させ、鉄損を改善することを主眼としている。
これらの技術を適用した場合、磁区細分化処理の有無にかかわらず鉄損の低減効果を得ることができるが、結晶方位の制御が不安定となり、突発的な磁気特性の劣化を招く場合があった。
【0007】
また、特開平9−143637号公報には、二次再結晶粒の形態(粒界の斜角度)を適正に制御することによって磁束密度の不均一度を低下させ、鉄損を改善する技術が開示されている。
この技術では、ある程度所望の効果は得られるものの、磁束密度分布の制御を粒界の斜角度という指標のみに頼っていたため、均一化が十分でないという難点があった。また。鋼成分や脱炭焼鈍、最終仕上げ焼鈍雰囲気等の変動のために低い斜角度を安定的に得ることが難しいというところにも問題を残していた。
【0008】
さらに、特開平6−89805 号公報には、Biを含有させると共に、圧延方向および圧延直角方向の二次粒の大きさをそれぞれ所定の範囲内に制御し、さらに粗大な二次粒の内部に微細粒を散在させる方法が開示されている。
しかしながら、この方法の場合、二次粒の粗大化によって鋼板内部の磁束密度分布の不均一化が時として生じ、十分な鉄損低減効果が得られないという難点があった。このような鉄損の劣化は、粗大粒の中に微細粒を散在させただけでは十分に改善されない。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、磁区細分化処理の有無にかかわらず、素材段階において優れた鉄損特性を有し、しかもトランスに組み込んだ後の実機鉄損特性にも優れた方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、方向性電磁鋼板の鉄損への影響因子として、特開平8−49045 号公報に述べたような鋼板内部における磁束密度の不均一分布に着目し、これを改善することによって鉄損を低減すべく研究を進めた。
その結果、製品板の地鉄中にBiを含有する方向性電磁鋼板であって、圧延直角方向の二次再結晶粒径が大きく、かつ圧延面内での結晶方位のずれが小さく、しかも後に定義する結晶粒界の斜角度が小さい場合に、鋼板内部の磁束密度分布が均一になり、鉄損の低い材料が得られることを見出した。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【0011】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
1.鋼中に、Si:2.0〜5.0mass%、Mn:0.04〜0.15mass%およびBi:0.0003〜0.05mass%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる方向性電磁鋼板であって、円相当径が5mm以下の結晶粒を除く二次再結晶粒の結晶方位〔001〕の圧延面内における圧延方向からのずれ角の面積平均値が4°以下、圧延直角方向の最大長さが30mm以上の二次再結晶粒が鋼板全体に占める面積率が70%以上、円相当径が5mm以下の結晶粒を除いた二次再結晶粒の粒界を直線で近似した粒界線分Li と鋼板の圧延方向または圧延方向と直交する方向とのなす角度θi、そして粒界線分Liの長さli から下記式により計算される斜角度<θ>が25°以下で、しかも鋼板の表面に厚さ:6μm以下、表面粗度(Ra):0.4 μm以下、鋼板の圧延方向への付与張力:4.9〜39.3 MPa(0.5〜4.0 kgf/mm2)(鋼板片面当たり)を満足する単独または複合の非磁性体被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。

【数1】
2.鋼中に、さらにCr:0.05〜0.5 mass%を含有させることを特徴とする上記1記載の方向性電磁鋼板。
3.鋼中に、さらに、Sb:0.001〜0.10mass% Mo:0.001〜0.20mass%、Cu:0.01〜0.30mass% Sn:0.005〜0.20mass%、Ge:0.005〜0.20mass%およびB:0.0010〜0.010 mass%のうちから選んだ1種または2種以上を含有させることを特徴とする上記1または2記載の方向性電磁鋼板。
【0012】
.鋼板の片面または両面に、深さが板厚の2〜15%、幅が30〜300 μm 、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる溝を有することを特徴とする上記1,2または3記載の方向性電磁鋼板。
【0013】
.鋼板の表面に、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる歪領域を有することを特徴とする上記1,2または3記載の方向性電磁鋼板。
【0014】
.鋼板の地鉄表面にフォルステライト被膜が存在しない上記1〜5のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。
【0015】
7.C:0.03〜0.10mass%、
Si:2.0 〜5.0 mass%、
Mn:0.04〜0.15mass%、
SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.005 〜0.040 mass%、
sol.Al:0.015〜0.035 mass%とN:0.003〜0.010 mass%および/または
B:0.0005〜0.0050mass%とN:0.001〜0.010 mass%
を含み、かつ
Bi:0.001〜0.070 mass%
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物の組成になる含珪素鋼スラブを、加熱した後、熱間圧延し、ついで焼鈍処理と冷間圧延を組み合わせて最終板厚に仕上げた後、脱炭焼鈍を施し、ついで最終最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷延板の表面粗度(Ra)を 0.5μm 以下とし、最終仕上げ焼鈍時の鋼帯の幅を 800mm以上とし、スラブ中のBi含有量をc0 (mass%) 、一方製品板地鉄中のBi含有量をc1 (mass%) とするとき、c1が下記式(1), (2), (3)の条件を満足する範囲となるように、最終仕上げ焼鈍前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤の塗布量と、最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度を定めることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

c1≦0.85c0 --- (1)
c1≧0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05≧c1≧0.0003 --- (3)
【0016】
8.C:0.03〜0.10mass%、
Si:2.0 〜5.0 mass%、
Mn:0.04〜0.15mass%、
SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.005〜0.040 mass%、
sol.Al:0.015〜0.035 mass%とN:0.003〜0.010 mass%および/または
B:0.0005〜0.0050mass%とN:0.001〜0.010 mass%
を含み、かつ
Bi:0.001〜0.070 mass%
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物の組成になる含珪素鋼スラブを、加熱後、熱間圧延し、ついで焼鈍処理と冷間圧延を組み合わせて最終板厚に仕上げた後、脱炭焼鈍を施し、ついで最終最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷延板の表面粗度(Ra)を 0.5μm 以下とし、最終仕上げ焼鈍時の鋼帯の幅を 800mm以上とし、最終仕上げ焼鈍前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤の塗布量を、鋼板片面当たり2〜9g/m2とし、最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度を下記式(4), (5), (6) の条件を満足する範囲に制御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

v≦3σ+5 --- (4)
v≧3σ−21 --- (5)
v≧2 --- (6)
ここで、v:900 〜1100℃の昇温速度(℃/h)
σ:鋼板片面当たりの分離剤塗布量(g/m2)
【0017】
9.スラブ中に、さらにCr:0.05〜0.5 mass%を含有させることを特徴とする上記7または8記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
10 .スラブ中に、さらに、 Sb 0.001 0.10mass %、 Mo 0.001 0.20mass %、 Cu 0.01 0.30mass %、 Sn 0.005 0.20mass %、 Ge 0.005 0.20mass %およびB: 0.0010 0.010 mass %のうちから選んだ1種または2種以上を含有させることを特徴とする上記7,8または9記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0018】
11.スラブ中におけるSとSeの合計量を0.02mass%以下とし、かつ最終冷延後から二次再結晶終了までの間に窒化処理を行うことを特徴とする上記7 10 のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0019】
12.最終冷間圧延以降に、鋼板表面に、深さが板厚の2〜15%、幅が30〜300 μm 、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる溝を形成させることを特徴とする上記7〜 11 のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0020】
13.最終仕上げ焼鈍以降に、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる歪領域を形成させることを特徴とする上記7〜 11 のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0021】
14.最終仕上げ焼鈍後、表面の酸化物を除去し、地鉄表面を鏡面化したのち、張力被膜を形成することを特徴とする上記7〜 13のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0022】
15.鋼板表面にフォルステライトを形成させない、または形成を阻害する焼鈍分離剤を用いて最終仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする上記7〜 14のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明の基礎となった実験結果について示す。
C:0.06mass%、Si:3.3 mass%、Mn:0.07mass%、sol.Al:0.03mass%、N:0.009 mass%、Se:0.02mass%およびMo:0.02mass%を基本成分として含有し、かつBiをそれぞれ、0, 0.001, 0.005, 0.01および0.02mass%含有する5種のスラブを用意し、これらを誘導加熱により1400℃に60分間加熱した後、熱間圧延によって2.5mm 厚の熱延鋼板とした。ついで 950℃, 1分間の熱延板焼鈍後、酸洗、ついで一次冷間圧延を施して厚さ:1.5 mmの中間厚とした後、1050℃, 1分間の中間焼鈍を施し、ついで酸洗後、二次冷間圧延により0.23mmの最終板厚に仕上げた。このときの表面粗度(Ra)は 0.3μm であった。
ついで、均熱過程における酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.50の条件で、850 ℃, 100 秒間の脱炭焼鈍を行った。その後、MgOを主成分とする焼純分離剤を塗布した後、コイル状に巻き取り、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。なお、最終仕上げ焼鈍時の鋼帯の幅は1000mmであった。
最終仕上げ焼鈍後、残余の焼鈍分離剤を水洗除去した後、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを、鋼板片面当たり5g/m2の目付量で塗布、焼き付けて製品とした。
以上の工程で得られた製品の表面に付与された圧延方向の張力を、鋼板片面の絶縁コーティングとフォルステライト層除去後の反り量によって測定したところ、6.86 MPa(0.7 kgf/mm2)であった。
【0024】
また、このようにして得られた製品板から、幅:100 mm、長さ:400 mmの試片を切り出し、歪取り焼鈍を施した後、単板磁気試験器(SST) により、それぞれの試片の鉄損W17/50 (Bm =1.7 T ,f=50Hzにおける鉄損) およびB8 (磁化力:800 A/m での磁束密度) を測定した。
測定した試片(100mm×400mm)の中から、B8 が1.96〜1.98Tと高いものを選別し、これらをマクロエッチングして二次粒界を顕にし、二次再結晶粒のサイズと形態を観察・測定した。
【0025】
図1に、B8 が1.95〜1.98Tの試料について、結晶方位〔001〕の圧延面内における圧延方向からのずれ角(α角)の面積平均値(<α>)と鉄損との関係について調べた結果を示す。ここで、<α>はα角の絶対値の平均とする。
同図から明らかなように、<α>の増大に伴って鉄損は増加しており、<α>が4°以下であれば、比較的安定してW17/50 ≦1.0 W/kgの鉄損値が得られている。
しかしながら、<α>で整理しただけでは鉄損値のばらつきは大きく、<α>の制御だけで鉄損を低減することは難しいことが分かる。
【0026】
そこで、次に、二次粒の圧延直角方向の長さによって鉄損値を整理することを試みた。
マクロエッチングにより得られた結晶組織から、各二次粒の圧延直角方向の最大長さと面積を測定し、圧延直角方向の最大長さが30mm以上の結晶粒が試料全体の面積に占める率をr3 と定めた。
図2に、図1で<α>が4°以下の試料について、r3 と鉄損W17/50 との関係について調べた結果を示す。
同図に示したとおり、r3 が増加するに従って鉄損が改善されており、r3 ≧70%でW17/50 ≦0.95 W/kg が安定して達成されることが分かる。
しかしながら、r3 の導入によっても鉄損は依然としてばらついており、<α>やr3 の制御のみでは鉄損の安定した低減は困難であることが分かる。
【0027】
以上の因子の他に、鋼板内部での磁束密度の不均一化には、圧延方向に対して斜めに伸びる二次再結晶粒界の存在が影響していると予想されるので、これを定量化する指標として、粒界の「斜角度」を導入した。
ここで、特開平9−143637号公報に定義されているような方法では、本発明で対象とするような二次粒径の大きな材料の斜角度を正しく評価することができないので、以下のような新しい方法で斜角度を定義した。
すなわち、本発明では、以下の方法により測定された結晶粒界方向の平均値を「斜角度」と定義する。
【0028】
以下の記述で、3個以上の結晶粒の粒界を一点で共有する点を「粒界多重点」とし、粒界と評価領域の境界線の交点も粒界多重点に含めるものとする。また、結晶粒界を粒界多重点において分割し、これら分割された粒界を「粒界要素」と呼び、粒界要素を何本かの線分で近似したときのそれぞれの線分を「粒界線分」と呼ぶこととする。
(1)二次再結晶粒界を観察し、決定する。このための方法として、マクロエッチング、磁区観察、粒界磁極検出などを利用できるが、観察方法は特に限定されない。二次粒組織の評価領域は、圧延方向に 150mm以上、圧延直角方向に100mm以上の領域とすることが好ましい。
【0029】
以下、斜角度を求めるための図形処理を行う。
(2)円相当径が5mm以下の粒径の小さい結晶粒は、磁束密度の不均一化に及ぼす影響が少ないので、このような微小粒の粒界の一部を消去する処理を行う(図3(a) )。
(イ) 微小粒が他の結晶粒と粒界を共有している場合は、微小粒を構成する粒界要素のうち長さが最も長い粒界要素を消滅させる(図4(a-1) でDAを消滅)。
(ロ) 微小粒が孤立している場合は、全ての粒界を消滅させる。
【0030】
(3)続いて、(2)の処理後の粒界に対して、下記の方法で粒界線分(L)を引き、粒界を直線状に近似化する(図3(b) )。
(ハ) 半直線(端点:P)と、この半直線の両側に半直線と平行する補助線を仮定する (図4(b-1))。 半直線と補助線の間隔dは3mmとする。
(ニ) ある粒界多重点に半直線の端点Pを固定し、Pと隣接する粒界多重点(Q)を結んだとき、実粒界が2本の補助線の間の領域にのみ存在するときは、PQを粒界線分とする(図4(b-2))。
(ホ) ただし、上記の条件で粒界線分が引けない場合(粒界要素が大きく曲がっているとき)は次の手順にて粒界線分を定める。ある粒界多重点にPを固定し、隣接する粒界多重点へ向かう粒界要素上に点P′を設け、半直線がP′を通るようにする。 P′を粒界要素上で移動させたとき、P−P′間の実粒界が2本の補助線の間の領域からはみ出さない条件の下でP−P′の距離を最も長くするP′を取り(Rとする)、線分PRを粒界線分とする(図4(b-2))。
Rから同様にRR′を引き、最も長いRR′を与えるR′をSとし、次の粒界線分をRSとする(図4(b-3))。
Sから同様に半直線を引いていく。Sと粒界多重点T(図4(b-4))を半直線で結んだとき、2本の補助線の間の領域から実粒界がはみ出すことなく半直線STが引けるならば、STを粒界線分とする。
上記の要領で全ての粒界を直線化する。
【0031】
(4)ある粒界線分Li の長さをli とし、Li と圧延方向もしくは圧延直角方向のなす角度の小さい方をθi とするとき、全ての粒界線分から、下記(7) 式により斜角度<θ>を導出する。(図3(c))
【数1】
【0032】
図5に、図2のr3 ≧70%の試料について、斜角度<θ>と鉄損W17/50 の関係について調べた結果を示す。図5では、粒界線分と補助線の距離dは3mmとして斜角度<θ>を求めた。
同図から明らかなように、斜角度が25°以下で鉄損W17/50 ≦0.85 W/kg の優れた特性が得られ、さらに斜角度が20°以下ではW17/50 ≦0.80 W/kg と、プレーン材としては極めて優れた鉄損値が得られている。
また、圧延直角方向の最大長さが60mm以上の結晶粒が全体に占める面積率をr6 とするとき、r6 ≧70%と条件を厳しくすることにより、さらに低い鉄損値が得られることが分かる。
【0033】
以上、図1、図2および図5の結果から、二次粒のα角の平均値<α>と圧延直角方向の最大長さおよび斜角度<θ>を適正に制御することによって、優れた鉄損特性の材料が得られることが判明した。
【0034】
上述したような因子を制御することによって、低鉄損が得られる理由については、次の機構を推定している。
(1) 平均のα角の低減による鉄損低減について
α角が0°より大きい結晶粒では、圧延方向に伸びる粒界上に生じる磁極の作用で、図6に示したように結晶粒内部で磁束密度の不均一が生じる。従ってα角の平均値を低減することで磁束密度の分布が均一化され、鉄損が低下すると考えられる。
すなわち、磁束密度分布を改善して鉄損を低減しようとする場合、従来から知られた単なる圧延方向と〔001〕方向のずれ角ではなく、圧延面内におけるずれ角(α角、すなわち結晶方位〔001〕を圧延面に投影した方向と圧延方向のなす角)を適正に制御する必要があるといえる。
【0035】
(2) 圧延直角方向の長さの増加による鉄損低減について
図7に示したように、二次粒の圧延直角方向の長さが長い方が結晶粒内での磁束密度の低下が少ない。従って、上記(1) と同様に、圧延直角方向の長さを増加させることによって、鋼板内部の磁束密度分布が均一化し、鉄損が低減すると考えられる。
【0036】
(3) 斜角度の低下による鉄損低減について
斜角度の低下による鉄損の低減機構については、以下のように考えられる。
いま、図8(a) のように斜角度の小さい二次粒を考えた場合、各磁区の長さ(〔001〕方向)は同じなので、単位長さ当たりの粒界磁極量(試料が磁化されたとときに粒界に生じる磁極量とする)は均等である。従って、この粒に磁界が印加されたとき、磁壁の移動量はいずれの磁区でも同等であり、結晶粒内で磁束密度の偏りは生じない。これに対して、斜角度の大きい粒(図8(b))の場合には、各磁区の長さが異なるため、図8(b′) に示したように粒内で磁束分布の不均一(すなわち磁壁移動量の不均一)が生じると考えられる。
すなわち、印加磁界による磁壁移動の駆動力は磁区の長さに比例するため圧延方向に長い磁区ほど磁壁移動量が大きくなる。このため、斜角度の大きい方向性電磁鋼板では、結晶粒内部で磁束分布が不均一化し、鉄損が劣化すると考えられる。
以上の (1)〜(3) の因子を適正に制御して鋼板内部の磁束分布を均一化することで、鉄損の低減が図られたものと推定される。
【0037】
続いて、上記の理想的な二次再結晶形態を有する方向性電磁鋼板の安定した製造方法について検討した。
図9に、スラブ中のBi添加量と上記条件(<α>≦4°、r3 ≧70%、<θ>≦25°)を満足する試料 (幅:100mm ×長さ:400 mmサイズにて評価)の出現頻度との関係を示す。
同図に示したように, Biを 0.001mass%以上添加することにより、本発明で規定したような二次粒の形態の二次粒が発生し易くなっており、本発明で所期した製品を製造するためには素材中にBiを含有させることが極めて有利であることが分かる。
しかしながら、素材中にBiを含有させただけでは、理想的な二次粒が得られる比率はたかだか50%程度であり、安定して鉄損の低減を図ることは難しい。
【0038】
そこで、Biを鋼中に含有せしめた素材を用いて、本発明の要件(<α>≦4°、r3 ≧70%、<θ>≦25°)を満たす製品をより確実に製造する方法について検討した。
検討実験では、前記の実験と同様の工程で製品を製造するに当たり、MgOを主成分とする焼鈍分離剤の塗布量(鋼板片面当たり)を1〜12 g/m2 の範囲で、また最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度を1〜32.5℃/hの範囲で変化させたところ、このような最終仕上げ焼鈍条件の変化によって鋼中に残留するBiの量が変化することが判明した。
【0039】
図10に、素材中のBi添加量および製品板地鉄中のBi残留量と(<α>≦4°、r3 ≧70%、<θ>≦25°) の条件を満たす試料の発生頻度との関係について調べた結果を示す。
図10の結果から、素材中のBi含有量をc0 (mass%) 、また製品板地鉄中のBi含有量をc1 (mass%) とするとき、c1が下記式(1),(2),(3) の条件を満足するように制御することによって、本発明で規定した二次粒の製品が安定して得られることが分かる。

c1≦0.85c0 --- (1)
c1≧0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05≧c1≧0.0003 --- (3)
【0040】
次に、図11に、焼鈍焼鈍分離剤の塗布量および最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度と製品板地鉄中のBi残留量との関係について調べた結果を、スラブ中Bi含有量が (a)0.03mass%の場合、 (b)0.01mass%の場合についてそれぞれ示す。
同図から明らかなように、分離剤の塗布量(片面当たり)をσ(g/m2)、また最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度をv(℃/h)としたとき、σおよびvが下記式(4), (5)の条件を満足する範囲に制御することによって、製品板地鉄中のBi量を図10で見出した適正範囲とすることができる。
一方、 900〜1100℃の温度域での昇温速度が2℃/hr を下回った場合や焼鈍分離剤の塗布量が9g/m2を超えた場合には、析出分散型のインヒビター(AlN, MnSe) の劣化によるとみられる磁性劣化が生じた。また、焼鈍分離剤の塗布量が2g/m2未満の場合には、最終仕上げ焼鈍中に積層した鋼板同士の融着が生じたので、v,σは式(4), (5)と同時に式(6), (7)をも満足する必要がある。

v≦3σ+5 --- (4)
v≧3σ−21 --- (5)
v≧2 --- (6)
2≦σ≦9 --- (7)
【0041】
以上のように、製品板地鉄中に適正量のBiが残留したとき、本発明で規定する二次粒形態が得られることが究明されたのである。
ここに、Biが鋼中に適正量残留することによって二次粒の形態が適正化される理由については、必ずしも明確に解明されたわけではないが、最終仕上げ焼鈍中の極めて高温の領域までBiが鋼中に残留することで抑制力が高温まで保持され、圧延直角方向の粒径を大きくすると共に、斜め方向の粒界の生成を抑制する効果がもたらされたものと考えている。また、鋼中に残留するBiが多すぎると、粒径の粗大化が過度に進行し、斜角度の大きな粒界の発生頻度が再び高まるものと推定される。
また、図11の結果から、最終仕上げ焼鈍中の昇温速度と焼鈍分離剤の塗布量は昇温過程でのBiの鋼中からの消失に影響を及ぼしていると考えられ、これらを制御して製品板地鉄中のBi量を適正化することが可能である。
【0042】
次に、上記の二次粒形態制御によって低い鉄損値を達成した方向性電磁鋼板を用いてモデルトランスを作製し、実機の鉄損を測定したところ、通常の製品よりも、高いB.F.(実機の鉄損の素材鉄損に対する比)を示した。
この理由は、二次再結晶粒界の形態変化によって粒界から漏洩する磁界の量が増加し、B.F.の増大を招いたものと推定される。
【0043】
そこで、積層間の漏洩磁界の影響を低減すべく、鋼板表面の非磁性体層(フォルステライト+絶縁コーティング)の厚さと製品の表面粗度について調査を行った。
その結果、これら両者をある値より低く保つことにより、B.F.の増加を阻止することができることが判明した。
図12に、非磁性体層厚さおよび表面粗度とB.F.との関係を示す。
同図から明らかなように、鋼板表面の非磁性体層の厚さを6μm 以下とし、かつ表面粗度を 0.4μm 以下とすることによって、B.F.が1.20以下の良好な値が得られることが判明した。
【0044】
次に、本発明の方向性電磁鋼板について、各構成要件の数値を前記の範囲に限定した理由について述べる。
製品板地鉄中の Si 量: 2.0 5.0 mass
Siは、電気抵抗を高めて鉄損を低下させるだけでなく、鉄のBCC組織を安定化させて高温の熱処理を可能とするために必要な元素であり、少なくとも2.0 mass%を必要とするが、 5.0 mass%を超すと冷延が困難となるので、Si量は 2.0〜5.0 mass%の範囲に限定した。
【0045】
製品板地鉄中の Bi 量: 0.0003 0.05mass
Biは、AIN, MnS, MnSe, Cu2-X Se, Cu2-X S等の析出分散型のインヒビターと共存することにより、正常粒成長抑制力を高め、磁束密度を向上させる元素としてよく知られているが、本発明では、最終仕上げ焼鈍の際に全てのBiを鋼中から消失させなくすることによって、本発明で規定した理想的な結晶粒界形状とする。従って、製品板の地鉄中にはBiが存在していることが不可欠であるが、Bi量が0.0003mass%に満たないと上記の粒界形状の適正化効果が現れない。一方、0.05mass%を超えて残留した場合には、ヒステリシス損の増大を招く。従って、製品板地鉄中のBi量として0.0003〜0.05mass%の範囲に限定した。
【0046】
圧延直角方向の最大長さが 30mm 以上の粒の面積率: 70 %以上(望ましくは圧延直角方向の最大長さが 60mm 以上の粒の面積率: 70 %以上)
本発明は、二次再結晶粒の形態と方位の制御により、鋼板内部の磁束密度の分布を均一化し、低鉄損を達成することを意図したものである。前掲図7に示したように、二次粒の圧延直角方向の長さが増加するほど、α角のずれによる磁束密度の低下領域が小さくなり、磁束密度分布が均一化する。従って、圧延直角方向の長さが長い方が磁束密度分布の均一化に有利であり、図2の結果から、圧延直角方向の長さが30mm以上の結晶粒の面積率r3 が70%以上で低い鉄損が得られているので、上記の範囲に限定した。また、図5に示したように、圧延直角方向の長さが60mm以上の結晶粒の面積率r6 が70%以上でさらに低い鉄損が安定して得られるので、さらに望ましい範囲としてr6 ≧70%が推奨される。
なお、二次再結晶粒の圧延直角方向の最大長さは、図13に示すように、圧延方向に平行な2本の直線を二次再結晶粒の両側から二次粒界と交わらないように接し、これらの線の間隔とするのが良い。
【0047】
圧延直角方向の最大長さが 30mm 以上の粒に関して、結晶方位〔001〕の圧延面内における圧延方向からのずれ角(α角)の面積平均値が4°以下
図6で説明した機構により、結晶方位の中でも特にα角の増加により磁束密度の均一性が失われる。従って、磁束密度を均一化するには、α角の平均値を低減することが有効である。このような効果は結晶粒の面積に応じて全体の鉄損への寄与が大きくなり、円相当径が5mmより小さい粒ではほとんど無視できるので、円相当径が5mm以上の粒に関するα角の面積平均をとり、これを<α>とするのがよい。
ここで、<α>は各結晶粒のα角の絶対値にその粒の面積率(その粒の面積が評価額域全体の面積に占める割合)の乗じたものの和とする。
図1に示したとおり、圧延直角方向の最大長さが30mm以上の結晶粒のα角の平均値<α>が4°以下で低鉄損が得られるので、この範囲に限定した。
【0048】
斜角度: 25 °以下(望ましくは 20 °以下)
図8で説明した機構により、二次粒の斜角度(<θ>)を低下させることによって、磁束密度分布が均一化され、鉄損が低減するものと考えられる。図5に示したとおり、<θ>を25°以下、望ましくは20°以下とすることによって極めて低い鉄損が安定して得られるので、斜角度<θ>をこの範囲に限定した。
また、円相当径が5mm以下の結晶粒は、磁束密度の分布に及ぼす影響は小さいので、斜角度の評価からは除くものとした。
【0049】
斜角度の測定方法としては、結晶粒径が大きい場合にも評価可能な方法として、前述した方法が適している。図4を用いて説明した方法では、半直線と補助線の距離dは3mmとしたが、二次再結晶粒形状の近似化を行う場合、dについては0.5 〜5mm程度とすることが望ましい。
というのは、dが5mmを超えると、実際の粒界と粒界線分による近似粒界が大きくずれ、斜角度を正確に評価できない場合が生じ、一方、dが極端に小さいとli およびθi の測定誤差が大きくなり斜角度が正確に評価できなくなるからである。
なお、前述の斜角度の測定方法では、粒界線分を引き始める点(半直線Pを最初に置く点) をどこにするかで<θ>に若干の誤差が出るが、これによって斜角度の測定値が大幅に変化することはない。
また、本発明で規定した粒界の近似化方法と異なる方法であっても、実際の粒界を反映した直線近似化が可能な方法であれば、本発明と同様に斜角度の測定方法として使用することができる。
以上の二次再結晶粒の形態(圧延直角方向長さ、α角、斜角度)の評価領域は、圧延方向に 200mm以上、圧延直角方向に 100mm以上とするのが良い。というのは、評価領域があまりに狭いと含まれる結晶粒の数が極端に少なくなり、正確な評価ができないからである。
【0050】
鋼板表面の非磁性層の厚さ:6μ m 以下、表面粗度 (Ra) 0.4 μ m 以下
上記の二次粒形態をとることによって、極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板が得られるものの、この方向性電磁鋼板を用いて実機トランスを作製した場合、ビルディングファクターB.F.は劣化する。
これを回避するためには、図12に示したように、鋼板表面の非磁性層の厚さを6μm 以下に制限すると共に、表面粗度(Ra)を0.4 μm 以下に抑制する必要がある。
【0051】
ここに、鋼板表面の非磁性層の厚さと表面粗度の低下によってB.F.が低減する理由は、必ずしも明らかでないが、鋼板間の非磁性空間の減少が原因と考えられる。
すなわち、結晶粒界形状の変化によりトランス接合部付近で鋼板面間の渡り磁束の集中が起こり、このため鋼板面内の渦電流が増加してB.F.が劣化すると考えられるが、この点、鋼板間の非磁性空間の厚みを減少すれば鋼板面間での磁束の渡り領域が分散されるため、面内の渦電流が低減するものと推定される。また、鋼板表面の粗度の増加によっても鋼板間の非磁性空間の体積は増加するため、コーティング等の非磁性層の厚みと同時に考慮する必要がある。
ここで、鋼板表面の非磁性層の厚みが6μm を超えたり、表面粗度(Ra)が 0.4μm を超えたりした場合、方向性電磁鋼板をトランスに組んだ際の非磁性空間の体積が増加し、B.F.が1.2 以上に劣化するため、上記の範囲に限定した。
このような製品を得るための方法としては、最終冷延板の表面粗度(Ra)を0.5μm 以下とする方法や絶縁コーティング液中の粗粒シリカの添加量を低減する方法などが有効である。
【0052】
鋼板表面の圧延方向への付与張力: 4.9 39.3 MPa(0.5 4.0 kgf/mm 2 ) (鋼板片面当たり)
鋼板表面に張力被膜が存在すると、磁区幅が狭くなって渦電流損が低下することが知られているが、本発明のような磁束密度分布の均一化により低鉄損化を図ろうとする場合には、特に鋼板の圧延方向への付与張力を増大して、細分化効果を高める必要がある。
この目的のためには、表面の被膜は単独あるいは2種以上の複合の被膜であって良い。通常は、地鉄表面の被膜としてフォルステライト、この上にリン酸塩系のコーティングが形成される。その他にも、TiNやガラスコーティング等の公知の張力被膜があるが、いずれも本発明に適用可能である。
ここで、鋼板の表面から付与される圧延方向の張力の測定方法としては、鋼板片面の被膜層を除去した後の鋼板の反り量から算出する方法が好適である。
このような表面被膜によって付与される張力が、鋼板片面当たり4.9 MPa (0.5kgf/mm2)に満たない場合には鉄損の低減効果に乏しく、一方39.3 MPa(4.0 kgf/mm2)を超えると張力による鉄損低減効果が飽和するため、上記の範囲に限定した。
【0053】
溝および歪領域に関する条件
以上の要件を満足させることにより、極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板が安定して得られるが、本発明の効果は、鋼板内部の磁束密度分布の均一化により達成されるため、磁区細分化技術を適用すれば、これらの加算効果により、さらに優れた鉄損低減効果を得ることができる。
磁区細分化手段としては、鋼板表面に溝を形成する方法が有効で、鋼板の片面または両面に、深さ:板厚の2〜15%、幅:30〜300 μm 、間隔:2〜50mm、圧延方向となす角度:60〜90°を満足する線状または線状に連なる溝を形成することが好ましい。この範囲を外れると、溝壁面に生じる磁極量が不十分となるかまたは過剰となり、十分な鉄損低減効果が得られない。
また、鋼板の表面に、間隔:2〜50mm、圧延方向となす角度:60〜90°の線状または線状に連なる歪領域を形成させることも磁区細分化効果を得る上で有効である。しかしながら、歪領域が、上記の範囲を外れると、歪領域に生成する90°磁区により導入される磁極量が適正範囲から外れ、十分な鉄損の低減効果が得られなくなるので、この範囲に限定した。
【0054】
鋼板表面でのフォルステライト被膜の除去または非形成
通常の方向性電磁鋼板の表面に存在するフォルステライト被膜は、主として焼鈍分離剤MgOと鋼板表面のSiO2の反応により最終仕上げ焼鈍中に形成され、張力付与効果と絶縁効果を同時に有する優れた被膜であるが、地鉄中にアンカーを形成し、地鉄表面に凹凸を生じさせため、磁壁のピンニングを増加させてヒステリシス損を増加させる。このフォルステライト被膜はMg2SiO4 を主成分とするが、FeAl2O4, TiN等を微量含有したものも対象とする。
このようなフォルステライト層を最終仕上げ焼鈍後に酸洗等により除去するか、または最終仕上げ焼鈍中に形成させないようにすることにより、ヒステリシス損を低減することができる。
本発明は、鋼板内部の磁束分布の均一化により鉄損を低減する技術であるため、磁壁移動のピンニングの低下技術との併用により加算的に鉄損低減効果が得られる。また、さらに、このような技術を前述の磁区細分化処理と併用することによって、極めて優れた鉄損が得られる。
【0055】
次に、本発明の方向性電磁鋼板の製造方法に関する限定理由を述べる。
素材中の Bi 含有量と製品板地鉄中の Bi 含有量の関係に関する規定
本発明の方向性電磁鋼板は、製品板地鉄中に0.0003mass%以上のBiを残留せしめることによって得られるが、より安定して所望の二次粒形態の製品を得るためには、図10に示したように、スラブ中のBi量と製品板地鉄中のBi量との関係を適正に制御することが重要であり、スラブ中のBi含有量c0 (mass%) と製品板地鉄中のBi含有量c1 (mass%) につき、下記式(1) 〜(3) の関係を満足させる必要がある。

c1≦0.85c0 --- (1)
c1≧0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05≧c1≧0.0003 --- (3)
製品板地鉄中のBi量が、式(2), (3)の値よりも少ない場合は、最終仕上げ焼鈍中に鋼中のBiが急速に抜け出る結果、二次粒が理想的な形態とならないと考えられる。一方、製品板地鉄中のBi量が式(1) を超えて大きい場合には、二次再結晶開始温度が過度に上昇して所望の二次粒が得られない場合が生じると推定される。
従って、スラブ中のBi量と製品板地鉄中のBi量の関係については、式(1),(2),(3) を満足する範囲に制御することが重要である。
【0056】
焼鈍分離剤の塗布量、最終仕上げ焼鈍時の昇温速度
本発明は、製品板地鉄中にBiを所定量残存させることにより得られる理想的な二次再結晶粒形態を有する方向性電磁鋼板であるが、これを安定して製造するためには、スラブ中のBi量に応じて製品板地鉄中のBi量を適正範囲に制御することが重要である。
製品板中のBi量は、最終仕上げ焼鈍条件により適正に制御することができる。すなわち、Biは主として最終仕上げ焼鈍の昇温途中 900〜1100℃の温度域で二次再結晶に影響を及ぼしつつ鋼中から消失するため、この温度域での昇温速度とコイル層間の流通性を適正に制御する必要がある。昇温速度が式(5) (v≧3σ−21)の関係よりも遅い場合、最終仕上げ焼鈍中の鋼中Biの消失が過度に進行し、良好な二次粒が得られない。一方、昇温速度が式(4) (v≦3σ+5)を超えて速くなった場合には、鋼中Biの残留量が過大となり、この場合も二次粒形態が悪化する。
【0057】
また、昇温速度が2℃/hr 未満あるいは分離剤塗布量が9g/m2超では、AlN等の析出分散型のインヒビターの劣化が進行して、良好な磁気特性が得られない。一方、分離剤塗布量が2g/m2未満では最終仕上げ焼鈍中に鋼板同士の融着が起こるので好ましくない。従って、焼鈍分離剤の塗布量は鋼板片面当たり2〜9g/m2、最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度は、下記式(4),(5),(6) を満たす範囲とする。

v≦3σ+5 --- (4)
v≧3σ−21 --- (5)
v≧2 --- (6)
ここで、v:900 〜1100℃の昇温速度(℃/h)
σ:鋼板片面当たりの分離剤塗布量(g/m2)
【0058】
最終仕上げ焼鈍時の鋼帯幅、最終冷延板の表面粗度
上記したように、最終仕上げ焼鈍中にコイル層間の流通性が過度に高いと、Biの純化が低温で進行し、鋼中Biの欠乏が生じるため理想的な二次再結晶粒が得られなくなる。このため、コイルの層間の気体流通性を過度に高めないようにする必要がある。 Biが純化する際の雰囲気の流通性は、鋼帯の幅の増加に従って低下し、コイルの表面粗度の増加に従って向上する。従って、コイル層間の雰囲気の流通性を低位に保つために、鋼帯の幅としては 800mm以上とし、最終冷延後の鋼板の表面粗度(Ra)は 0.5μm 以下とする必要がある。
また、本発明では、B.F.の劣化を防ぐため製品表面の粗度(Ra)を0.4 μm以下に規定しているが、この条件を満たすためにも、最終冷延後の鋼板の表面粗度(Ra)は 0.5μm 以下にする必要がある。
【0059】
磁区細分化処理
上記の方法で方向性電磁鋼板を製造するに当たり、磁区細分化処理を施して、磁束分布の均一化による鉄損低減効果に、磁区細分化による鉄損低減効果を相加的に作用させることができる。
耐熱型磁区細分化方法としては、最終冷延板や最終仕上げ焼鈍以降の鋼板にエッチングにより溝を形成する方法や、最終仕上げ焼鈍板または絶縁コーティング塗布後の板に歯車ロールで機械的に溝を形成させる方法や、その他の溝形成技術を使用することができる。
また、非耐熱型磁区細分化方法としては、レーザー光やプラズマによる局所加熱により歪を導入する方法などがある。
なお、これら耐熱型磁区細分化方法と非耐熱型磁区細分化方法とは併用することもできる。
【0060】
鏡面化処理・フォルステライト被膜の非形成
通常、最終仕上げ焼鈍中に形成されるフォルステライトは、鋼板に対する張力によって磁区細分化効果を発揮し、渦電流損失を低減する効果を有することが知られているが、一方で地鉄中のアンカーの発達によりヒステリシス損を増加させる作用を有している。従って、地鉄表面を鏡面状態としたのち、張力付与効果と絶縁効果を有するコーティングを被成することにより、ヒステリシス損の低減が可能となる。
本発明は、二次再結晶粒の形態制御を通じて鋼板内部の磁束密度の分布を理想的な状態に近づけることで、主に渦電流損失の低減を図ったものであり、鏡面化処理によるヒステリシス損の低減を同時に実施することで非常に有効に鉄損の低減を図ることができる。また、前記したような二次再結晶粒の形態変化によるB.F.の劣化を防ぐために製品の表面粗度を規定したが、地鉄表面の鏡面化処理により、コーティング塗布後の表面の粗度が低下してB.F.の劣化防止にも役立つ。
【0061】
上記のような平滑な地鉄表面を得るためには、機械研磨や酸洗により最終仕上げ焼鈍板表面の酸化物を除去したのち、酸洗や電解処理等によって鏡面化を行うことが有効である。 また、最終仕上げ焼鈍板表面にフォルステライトを鋼板表面に存在させない技術の利用やこれと上記の鏡面化処理を組み合わせる方法の適用も鉄損低減に有効に作用する。このような方法としては焼純分離剤としてアルミナ等を使用する方法、MgO中に塩化物を添加する方法などがあり、いずれも適用可能である。
以上のようにして、表面を鏡面化した最終仕上げ焼鈍板に対し、絶縁・張力被膜を形成させる方法としては、イオンプランテーション法やゾルゲル法などいずれの公知の方法も適用可能である。
【0062】
脱炭焼鈍開始から二次再結晶の間の窒化処理
本発明では、インヒビターとして、Biと、AlNおよび/またはBNならびにMnSおよび/またはMnSeを使用する。
スラブ中のインヒビター成分量が不十分な場合でも、生産工程途中で鋼中の窒素量を増加させてAlN、BNの微細分散を増加させることにより、正常粒成長抑制力が確保され、良好な磁気特性を得ることが可能である。このような窒化処理は、窒化を効率的に行うために板厚が薄い最終冷延以降に行うのが望ましい。また、一次粒での正常粒成長抑制力を強化する目的から、二次再結晶開始までに行う必要がある。
【0063】
次に、本発明の製造方法において、素材の成分組成を前記の範囲に限定した理由について説明する。
C:0.03〜0.10mass%
Cは、γ−α変態を利用して熱延組織を改善するのに有効なだけでなく、ゴス方位結晶粒の発生に有用な元素であるが、含有量が0.03mass%に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.10mass%を超えると脱炭焼鈍において脱炭不良を起こすおそれがあるので、C量は0.03〜0.10mass%の範囲に限定した。
【0064】
Si:2.0 〜5.0 mass%
Siは、電気抵抗を高めて鉄損を低下させるだけでなく、鉄のBCC組織を安定化させて高温の熱処理を可能とする上で必要な元素であり、少なくとも2.0 mass%を必要とするが、5.0 mass%を超えると冷延が困難となるので、Si量は 2.0〜5.0 mass%の範囲に限定した。
【0065】
Mn:0.04〜0.15mass%
Mnは、鋼の熱間脆性の改善に有効に寄与するだけでなく, SやSeが混在している場合には、MnSやMnSe等の析出物を形成し、抑制剤としての機能を発揮する。しかしながら、含有量が0.04mass%より少ないと上記の効果が不十分であり、一方0.15mass%を超えるとMnSe等の析出物が粗大化してインヒビターとしての効果が失われるので、Mn量は0.04〜0.15mass%の範囲に限定した。
また、この Mn 0.04 0.15mass %は、製品である方向性電磁鋼板においても必須成分である。
【0066】
Sおよび/またはSe:0.005 〜0.040 mass%
SeおよびSは、MnやCuと結合してMnSe、MnS、Cu2-X Se、Cu2-X Sを形成し、鋼中の分散第二相としてインヒビター作用を発揮する有用成分である。しかしながら、含有量が 0.005mass%に満たないとその添加効果に乏しく、一方 0.040mass%を超えるとスラブ加熱時の固溶が不完全となるだけでなく、製品表面の欠陥の原因ともなるので、単独添加または複合添加いずれの場合も 0.005〜0.040 mass%の範囲で含有させるものとした。
なお、スラブ加熱温度を1350℃以下の低温加熱とし、冷延工程終了以降の窒化処理によってインヒビターの強化を行う場合には、スラブ加熱工程でS、Seを完全に固溶させるために、SとSeの合計量を0.02mass%以下とすることが好ましい。というのは、これらの合計量が0.02mass%を超えて添加した場合には、MnS、MnSeの粗大な析出物が生じて磁気特性が劣化するからである。
【0067】
sol.Al:0.015 〜0.035 mass%
Alは、鋼中でAINを形成し、分散第二相としてインヒビターの作用をする有用元素であるが、添加量が 0.015mass%に満たないと十分な析出量を確保できず、一方 0.035mass%を超えて添加するとAINが粗大に析出してインヒビターとしての作用が失われるため、sol.Alとして 0.015〜0.035 mass%の範囲に限定した。
【0068】
B:0.0005〜0.0050mass%
Bは、鋼中でBNを形成し, AINと同様に分散第二相としてインヒビターの作用をする有用元素である。しかしながら、含有量が0.0005mass%に満たないとBNの析出量が十分に確保されず、一方0.0050mass%を超えて添加するとBNが粗大析出してインヒビターとしての作用が失われるため、B量は0.0005〜0.0050mass%の範囲に限定した。
なお、BNは、AINと同時に析出することにより、正常粒成長抑制力をさらに強化して磁性向上に有利に作用するので、AlとBを共に添加する方法も推奨される。
【0069】
N:0.003 〜0.010 mass% (sol.Al:0.015 〜0.035 mass%と併用の場合)
N:0.001 〜0.010 mass% (B:0.0005〜0.0050mass%と併用の場合)
Nは、AlNやBNを形成するために必要な元素である。インヒビターとしてAlNを良好に機能させるためには 0.003〜0.010 mass%添加させる必要がある。添加量が0.003 mass%を下回るとAlNの析出が不十分となる。
一方、BNの析出に関しては、N添加量が 0.001mass%を下回るとBNの析出が不十分となる。
また、AlN、BNいずれの場合も、N添加量が 0.010mass%を超えるとスラブ加熱時にふくれ等を生じる。
従って、Alを添加する場合のN量は 0.003〜0.010 mass%の範囲に、またBを添加する場合のN量は 0.001〜0.010 mass%の範囲にそれぞれ限定する。
【0070】
Bi:0.001 〜0.070 mass%
Biは、1次再結晶粒の粒界に優先的に濃化し、焼鈍中の粒界の移動度を低下させることによって二次再結晶温度を上昇させ磁束密度を向上させる作用がある。このような効果はSb、As等と類似であるが, Biは鉄に対する溶解度が特に低く、かつ融点が 271℃と非常に低いため、Sb, Asに比較して粒界に偏析する作用が高いと考えられる。このために正常粒成長抑制力の付与効果が高く、方位集積度向上に有効に作用すると考えられる。
また、前述のように最終仕上げ焼鈍中に完全に鋼中から純化することなく、最終仕上げ焼鈍板中の適量残留させることで、二次再結晶が適正に制御され、本発明で規定する理想的な二次再結晶粒組織を形成させることができる。
しかしながら、素材中のBi含有量が 0.001mass%を下回ると鋼中からの消失が早期に起こるため上記の効果が得られず、一方 0.070mass%を超えて添加すると製品板地鉄中の残留量が過大となりヒステリシス損の劣化を来すため、Bi量は 0.001〜0.070 mass%の範囲に限定した。
【0071】
Cr:0.05〜0.50mass%
鋼中にBiが存在する場合は、フォルステライト被膜の形成が阻害されるため、製品の被膜劣化を生じ易い。このため、鋼板表面の張力不足による磁区幅の増加が、結晶粒界斜角度の制御による鉄損低減効果を相殺してしまう場合がある。
この点、鋼中にCrを添加した場合、良好なフォルステライト被膜の形成が促進され、本発明による鉄損低減効果をさらに有効に発揮することが可能となる。鋼中のCrは、脱炭焼鈍板表面サブスケール中のSiO2の形態を変化させることによって、最終仕上げ焼鈍雰囲気中にBiが存在する場合であってもSiO2とMgOの反応が十分に促進されると考えられる。ここで、鋼中のCr量が0.05mass%を下回る場合は上記の効果が発揮されず、一方0.50mass%を超える場合は炭化Cr等の生成により磁気特性の劣化を招くために、Cr量は0.05〜0.50mass%の範囲に限定した。
【0072】
以上、基本成分について説明したが、その他、抑制力補強のために、Sb, Mo, Cu, Sn, Ge, B等を単独もしくは複合的に添加することは磁気特性をさらに向上させる上で有効である。
Sb 、Biと同様に、粒界に偏析して抑制力を高める効果があり 0.001〜0.10mass%の範囲で添加することが望ましい。
Moは、二次粒の核をゴス方位に先鋭化させる効果を有し、 0.001〜0.20mass%の範囲でその効果が顕著である。
Cuは、Mnと同様、SeやSと結合して、析出物を形成し抑制力を高める元素であり、その効果は0.01〜0.30mass%の範囲で顕著である
Sn, Geは、二次再結晶粒の生成頻度を高めることによって鉄損の低減に有効に作用する成分であり、いずれも 0.005〜0.20mass%の範囲で含有させることが好ましい。
また、Bは、鋼中でBNの析出物を形成することによって正常粒成長抑制力をさらに高める働きがあるので、Bは0.0010〜0.010 mass%の範囲で添加することが望ましい。
【0073】
【実施例】
実施例1
C:0.065 mass%、Si:3.35mass%、Mn:0.070 mass%、Al:0.022 mass%、N:0.0085mass%、Sb:0.030 mass%、Se:0.020 mass%およびMo:0.020 mass%を含み、かつBiをそれぞれ、0, 0.001, 0.010, 0.030, 0.070mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱し、60分保定した後、誘導加熱により1400℃、40分間加熱し、ついで熱間圧延によって 2.5mm厚の熱延鋼板とした。ついで1000℃、1分の熱延板焼鈍後、酸洗してから、一次冷間圧延を施して、厚さ:1.6 mmとした後、1000℃、1分間の中間焼鈍を施し、ついで酸洗後、二次冷間圧延により0.23mmの最終板厚に仕上げた。
この時、圧延ロールの表面粗度調整により、最終冷延板の表面粗度を表1に示したように変化させた。
【0074】
ついで、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.50の雰囲気中にて、850 ℃, 100 秒間の脱炭焼鈍を行った。その後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を表1に示した種々の塗布量(片面当たりの目付量)にて塗布し、コイル状に巻き取った後、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。
この時、最終仕上げ焼鈍の 900〜1100℃の温度域については、平均の昇温速度を表1に示したように変化させた。
ついで、未反応の分離剤を水洗により除去した後、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを、鋼板片面当たり6g/m2の目付量にて塗布、焼き付けした。
製品の表面の非磁性層(絶縁コーティング+フォルステライト)の厚みは2.3μm であり、これらにより鋼板に付与される圧延方向の張力は8.83 MPa(0.9 kgf/mm2)(鋼板片面当たり)であった。
その後、プラズマ炎の照射により、圧延方向の間隔:10mm、圧延方向となす角度:80°の条件で線状歪を導入し、磁区の細分化を行った。
かくして得られた製品板の地鉄中におけるBi含有量、圧延直角方向の最大長さが30mm以上の結晶粒の面積率r3 、α角の面積平均値<α>、斜角度<θ>および製品板の表面粗度について調査した。
また、製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
さらに、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表1に併記する。
【0075】
【表1】
【0076】
同表から明らかなように、製品板地鉄中に0.0003〜0.05mass%のBiを含有し、かつ二次再結晶粒組織が、<α>≦4°、r3 ≧70%、<θ>≦25°の条件を満足する適合例はいずれも、製品のW17/50 が0.70W/kg以下であると同時にB.F.が1.20を下回る優れた特性値を示している。中でも、記号1K、1M、1O、1Pはそれぞれ、斜角度<θ>が20°以下であることから、W17/50 が0.63W/kgを下回る特に優れた鉄損を得ることができた。
【0077】
実施例2
C:0.065 mass%、Si:3.35mass%、Mn:0.070 mass%、Cu:0.15mass%、Al:0.020 mass%、N:0.0085mass%、S:0.030 mass%およびSn:0.10mass%を含み、かつ、Biを0.010 mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱し、30分保定したのち、誘導加熱により1400℃、40分間加熱し、ついで熱間圧延によって 2.5mm厚の熱延鋼板とした。ついで1000℃, 1分の熱延板焼鈍後、酸洗してから、一次冷間圧延を施して厚さ:1.7 mmとしたのち、1000℃、1分間の中間焼鈍を施し、ついで酸洗後、2次冷間圧延を施して0.23mmの最終板厚に仕上げた。
ついで、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.45の条件で、840 ℃, 160 秒間の脱炭焼鈍を行った。その後、MgOを主成分とし、これに MgCl2を10mass%添加した焼鈍分離剤を5g/m2の目付量(片面当たり)にて塗布した。
その後、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。
この時、900 〜1100℃の温度域については昇温速度を12℃/hとした。また、コイル幅は1200mmとした。
【0078】
最終仕上げ焼鈍後、鋼板表面の分離剤を水洗により除去した後、電解研磨して鏡面状態とし、さらにエッチングにより圧延方向とはぼ直交する溝を、深さ:20μm 、幅:120 μm 、間隔:3mmにて形成した。 溝形成部以外の部分の表面粗度(Ra)は 0.1μm であった。ついで、表2に示すように、鋼板表面にTiNを 0.1〜2.0 μm の膜厚にて蒸着後、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを種々の目付量にて塗布した。
かくして得られた製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
また、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表2に併記する。
【0079】
【表2】
【0080】
表2に示したとおり、本発明の要件を満足する方向性電磁鋼板であって、かつ鏡面化と溝の形成を同時の行った製品ではW17/50 が0.62W/kgを下回る極めて優れた鉄損が得られており、同時にB.F.も1.20以下と良好であり、被膜の剥離等も生じなかった。
【0081】
実施例3
C:0.070 mass%、Si:3.30mass%、Mn:0.070 mass%、Al:0.027 mass%、N:0.0090mass%、Sb:0.048 mass%、Se:0.019 mass%、Cu:0.12mass%およびMo:0.022 mass%を含み、かつBiを0.01mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱し、60分保定した後、誘導加熱により1400℃, 40分間加熱し、ついで熱間圧延によって 2.2mm厚の熱延鋼板とした。ついで、1100℃, 1分の熱延板焼鈍後、酸洗してから、冷間圧延により0.27mmの最終板厚に仕上げた。
続いて、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.50の条件で 840℃,100 秒間の脱炭焼鈍を行った。
【0082】
ついで、MgOを主成分とし、TiO2を6mass%添加した焼鈍分離剤を3〜10g/m2の目付量(片面当たり)にて塗布した後、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。この時、 900〜1100℃の温度域については、表3に示すように昇温速度を1〜20℃/hの範囲で種々に変化させ、また焼鈍分離剤の塗布量は鋼板片面当たり3〜10g/m2の範囲で変化させた。なおコイル幅は1000mmとした。最終仕上げ焼鈍後、鋼板表面の分離剤を水洗により除去したのち、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを塗布し、ついでレーザー光による磁区細分化処理を、圧延方向に6mmピッチ、圧延方向となす角度:80°にて線状に行って製品とした。
この製品の非磁性層の厚みは 2.2〜3.3 μm であり、圧延方向に付与される張力は鋼板片面の張力被膜当たり7.85〜11.77 MPa (0.8〜1.2 kgf/mm2)であった。かくして得られた製品板の地鉄中におけるBi含有量、r3 、r6 、<α>および<θ>について調査した。
また、製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
さらに、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表3に併記する。
【0083】
【表3】
【0084】
同表に示したとおり、Biを鋼中に添加した素材を使用し、焼鈍分離剤の塗布量と最終仕上げ焼鈍の昇温速度を適正に制御することにより、本発明で規定する理想的な二次再結晶組織が得られ、W17/50 が0.80W/kgを下回る鉄損の低い製品が得られている。
特に、二次再結晶粒の圧延直角方向の最大幅が60mmを超える粒の面積率r6 ≧70%、<θ>≦20°の条件を満足する3B、3Dについては、W17/50 ≦ 0.75W/kg以下という極めて良好な鉄損の製品が得られている。
【0085】
実施例4
C:0.074 mass%、Si:3.40mass%、Mn:0.068 mass%、B:0.0040mass%、N:0.0070mass%、Sb:0.050 mass%、Se:0.018 mass%、Cu:0.10mass%およびMo:0.020 mass%を基本成分として含み、かつBiをそれぞれ、0, 0.030, 0.060mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱し、60分保定した後、誘導加熱により1400℃、40分間加熱し、ついで熱間圧延によって 2.2mm厚の熱延板とした。ついで、酸洗後、一次冷間圧延を施して 1.5mm厚とした後、1050℃, 1分間の中間焼鈍を施してから、酸洗し、二次冷間圧延を施して0.22mmの最終板厚に仕上げた。この時、一部でワークロールの粗度を変化させて、冷延板の表面粗度を変化させた。
その後、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.45の条件で 840℃,160 秒間の脱炭焼鈍を行った。ついで、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。この時、コイル幅は1000mm、焼鈍分離剤の塗布量は鋼板片面当たり8g/m2、900 〜1100℃の温度域における昇温速度は1〜40℃/hとした。
【0086】
最終仕上げ焼鈍後、鋼板表面の焼鈍分離剤を水洗により除去したのち、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを塗布して製品とした。なお、この方向性電磁鋼板の表面のフォルステライトと絶縁コーティングの厚さの合計は3μm であり、圧延方向に付与された張力は鋼板片面当たり8.83 MPa(0.9 kgf/mm2)であった。
かくして得られた製品板の地鉄中におけるBi含有量、r3 、<α>、<θ>および製品板の表面粗度について調査した。
また、製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
さらに、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表4に示す。
【0087】
【表4】
【0088】
同表から明らかなように、鋼中Bi量と最終仕上げ焼鈍の昇温速度(900〜1100℃) を適正に制御することにより、本発明で規定する理想的な二次再結晶組織が得られ、プレーン材の鉄損W17/50 が0.85W/kgを下回る鉄損の低い製品が得られており、B.F.も1.20以下と良好であった。
また、斜角度<θ>が15℃以下では、W17/50 ≦ 0.80 W/kgというプレーン材としては極めて低い鉄損の製品が得られている。
【0089】
実施例5
Si:3.25mass%、Mn:0.075 mass%、C:0.070 mass%、S:0.005 mass%、sol.Al:0.025 mass%、N:0.0080mass%、Sn:0.05mass%およびCu:0.12mass%を基本成分として含み、かつBiをそれぞれ、0, 0.02mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱し、60分保定した後、熱間圧延によって 2.2mm厚の熱延鋼板とした。ついで 900℃, 1分の熱延板焼鈍後、酸洗してから、一次冷間圧延を施して 1.5mm厚としたのち、1050℃, 1分間の中間焼鈍を施し、ついで酸洗後、二次冷間圧延により0.22mmの最終板厚に仕上げた。この時、冷延板の表面粗度(Ra)を0.35μm とした。ついで、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.40の条件で 840℃,160 秒間の脱炭焼鈍を行い、引き続きアンモニア雰囲気中で窒化処理を行って、窒素量を 0.020mass%に増加させた。
【0090】
その後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、最高到達温度:1200℃, 10時間の最終仕上げ焼鈍を施した。この時、コイル幅は1050mmとし、焼鈍分離剤の塗布量は鋼板片面当たり5g/m2または9g/m2とし、さらに 900〜1100℃の温度域における昇温速度は3℃/hまたは15℃/hとした。
最終仕上げ焼鈍終了後、鋼板表面の分離剤を水洗により除去したのち、突起ロールにより深さ:15μm 、幅:60μm 、圧延方向の間隔:15mm、圧延方向となす角度:10°の溝を形成した後、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを塗布して製品とした。このようにして得られた方向性電磁鋼板の表面のフォルステライトと絶縁コーティングの厚さの合計は3μm であり、鋼板の圧延方向に付与された張力は鋼板片面当たり9.02 MPa(0.92 kgf/mm2)であった。
かくして得られた製品板の地鉄中におけるBi含有量、r3 、<α>、<θ>および製品板の表面粗度について調査した。
また、製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
さらに、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表5に示す。
【0091】
【表5】
【0092】
同表に示したとおり、鋼中Bi量と焼鈍分離剤の塗布量および最終仕上げ焼鈍の昇温速度(900〜1100℃) を適正に制御することにより、本発明で規定する理想的な二次再結晶組織が得られ、W17/50 が0.70W/kgを下回る低鉄損の製品が得られており、B.F.も1.20以下と良好であった。また、斜角度<θ>が15°以下ではW17/50 ≦ 0.62 W/kgという極めて低い鉄損の製品が得られている。
【0093】
実施例6
C:0.070 mass%、Si:3.3 mass%、Mn:0.075 mass%、Al:0.025 mass%、N:0.0090mass%、S:0.0012mass%、Cu:0.07mass%、Sn:0.070 mass%およびBi:0.070 mass%を含み、かつCrをそれぞれ、0, 0.02, 0.05, 0.20, 0.50,0.70mass%含有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼スラブを、ガス加熱炉に装入して1230℃まで加熱後、誘導加熱炉にて1400℃に30分間加熱したのち、熱間圧延によって 2.2mm厚の熱延鋼板とした。ついで、900 ℃, 1分の熱延板焼鈍後、酸洗してから、一次冷間圧延を施し、厚さ:1.4 mmとした後、1100℃、1分間の中間焼鈍を施し、ついで酸洗後、二次冷間圧延により板厚:0.23mm、表面粗度(Ra)0.36μm の最終冷延板とした。
ついで、均熱過程の酸化ポテンシャルP(H2O)/P(H2)=0.55の条件で 820℃,150 秒間の脱炭焼鈍を施した。
【0094】
その後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を鋼板片面当たり6g/m2塗布し、コイル状に巻き取った後、最高到達温度:1200℃, 10時間、 900〜1100℃の温度域における平均昇温速度:13℃/hの条件で最終仕上げ焼鈍を施した。最終仕上げ焼鈍時のコイル幅は1150mmであった。
ついで、未反応の分離剤を水洗により除去したのち、コロイダルシリカを含有するリン酸マグネシウムを主成分とする絶縁張力コーティングを鋼板片面当たり5.5 g/m2の目付量にて塗布し、850 ℃にて焼き付けた。この時の圧延方向における付与張力は鋼板片面当たり2.94〜14.7 MPa(0.3〜1.5 kgf/mm2)であった。
その後、プラズマ炎の照射により圧延方向の間隔:10mm、圧延方向となす角度:10°の線状歪導入による磁区細分化処理を行った。このようにして得られた製品の表面粗度(Ra)は0.28μm であった。
かくして得られた製品板の地鉄中におけるBi含有量、r3 、<α>、<θ>、非磁性層の厚さ、鋼板への付与張力および被膜外観について調査した。
また、製品板から、エプスタイン試片:500 gを採取し、エプスタイン磁気試験法により、磁束密度B8 と鉄損W17/50 の測定を行った。
さらに、この製品板により、モデルトランスを作製してW17/50 を測定し、エプスタイン試験による鉄損との比較により、B.F.を求めた。
得られた結果を表6に示す。
【0095】
【表6】
【0096】
同表に示したとおり、製品板地鉄中にCrを0.05〜0.50mass%を含有させることによって、被膜特性、鉄損およびB.F.の一層の向上が達成されている。
【0097】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、素材の磁気特性に優れるのはいうまでもなく、実機に適用しても鉄損の低い方向性電磁鋼板を安定して得ることができ、その工業的貢献度は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 結晶方位[001]の圧延面内における圧延方向からのずれ角(α角)の面積平均値(<α>)と鉄損との関係を示したグラフである。
【図2】 圧延直角方向の最大長さが30mm以上の結晶粒の面積率(r3 )と鉄損W17/50 との関係を示したグラフである。
【図3】 粒界成分の導出方法の説明図である。
【図4】 粒界成分を導出するための具体的な手順の説明図である。
【図5】 粒界斜角度<θ> と鉄損W17/50 の関係を示したグラフである。
【図6】 α角の増加に伴う磁束密度分布の不均一化の説明図である。
【図7】 圧延直角方向の長さの減少に伴う磁束密度分布の不均一化の説明図である。
【図8】 粒界斜角度<θ>の増加に伴う磁束密度分布の不均一化の説明図である。
【図9】 素材中のBi添加量と理想的な二次再結晶粒の出現頻度との関係を示したグラフである。
【図10】 素材中のBi添加量および製品板地鉄中のBi残留量と理想的な二次再結晶粒の発生頻度との関係を示したグラフである。
【図11】 焼鈍分離剤の塗布量および最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度と製品板地鉄中のBi残留量との関係を示したグラフである。
【図12】 非磁性体層厚さおよび表面粗度とB.F.との関係を示したグラフである。
【図13】 二次再結晶粒の圧延直角方向の最大長さの好適測定方法を示した図である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grain-oriented electrical steel sheet suitable for use as an iron core material for electrical equipment such as transformers, generators, and rotating machines, and a method for manufacturing the same, and particularly to improve not only material characteristics but also actual machine characteristics. It is intended to be illustrated.
[0002]
[Prior art]
The grain-oriented electrical steel sheet is mainly used as a material for transformer cores and wound cores. In particular, from the viewpoint of reducing transmission and distribution costs, such grain-oriented electrical steel sheets have energy loss (iron) due to power conversion. Loss) is required.
One of the techniques for reducing the iron loss is to align the <001> axis, which is the easy axis of iron crystal, with the rolling direction, and the iron crystal structure is referred to as the Goss orientation {110} <001> orientation It is known that high magnetic permeability can be obtained and the iron loss is reduced by highly accumulating it.
[0003]
In order to obtain a crystal structure accumulated in such a Goss orientation, a phenomenon called secondary recrystallization is used. That is, in the thermal growth process of primary recrystallized grains, a desired structure can be obtained by preferentially growing only goss-oriented crystal grains using abnormal grain growth with extremely strong orientation selectivity. At this time, it is important to control the two points of orientation selectivity and abnormal grain growth rate in order to obtain a secondary recrystallized structure having a high degree of accumulation in the Goth orientation.
For this purpose, the primary recrystallized structure before the secondary recrystallization is set to a predetermined texture, and the precipitated dispersed phase called an inhibitor that selectively suppresses the growth of the primary recrystallized grains is formed in a uniform and appropriate size. It is required to form.
[0004]
In order to achieve the latter purpose, Japanese Patent Publication No. 46-23820 discloses a technique for forming a complex precipitation phase of MnSe or MnS and AlN and acting as a powerful inhibitor.
However, even if a crystal structure having a high degree of integration in the Goth direction is obtained by these techniques, the iron loss of the product is not necessarily reduced. This is because the secondary recrystallization grain size inevitably becomes coarse.
In order to solve this problem, Japanese Patent Publication No. 59-20745 discloses a technique for reducing the iron loss by reducing the average grain size of secondary recrystallized grains, and Japanese Patent Publication No. 4-19296 discloses a technique for reducing iron loss. Techniques for reducing iron loss by controlling the number and distribution of fine secondary grains are disclosed. However, the technology for refining the secondary grains is not compatible with the recent technical idea of grain-oriented electrical steel sheets that seeks to obtain a high magnetic flux density by enlarging only grains that are very close to the Goss orientation. The characteristic was deteriorated.
[0005]
On the other hand, as a method of artificially introducing magnetic poles into a steel plate to reduce the eddy current loss by narrowing the magnetic domain width, a laser beam (Japanese Patent Publication No. 57-2252) or a plasma flame (Japanese Patent Publication No. 7-7230) In addition, the method of irradiating the steel, etc., as a heat-resistant magnetic domain refinement method, is a method of forming grooves in the steel plate after secondary recrystallization by mechanical processing (Japanese Patent Publication No. 62-53579) or rolling before final finish annealing. A method of introducing linear notches in a direction orthogonal to the direction (Japanese Patent Publication No. 3-69968) is disclosed.
However, the methods disclosed in Japanese Patent Publication No. 57-2252 and Japanese Patent Publication No. 7-7230 have a problem that the magnetic domain refinement effect disappears due to strain relief annealing. In addition, the methods disclosed in Japanese Patent Publication No. 62-53579 and Japanese Patent Publication No. 3-69968 have a problem that the magnetic flux density in the high magnetic field region is deteriorated by the magnetic poles formed by the grooves.
[0006]
On the other hand, a technique for reducing the iron loss by improving the non-uniformity of the magnetic flux density inside the steel sheet due to the secondary recrystallization orientation distribution is disclosed by the present inventors in Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-49045 and 8-288115. This is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-209043 and the like.
By adjusting the aspect ratio of the secondary recrystallized grains and the crystal orientation difference between the secondary recrystallized grains adjacent to the direction perpendicular to the rolling (difference in orientation within the rolling surface) within the appropriate range, The main focus is to improve the iron loss by reducing the non-uniformity of the magnetic flux distribution inside the material.
When these technologies are applied, an effect of reducing iron loss can be obtained regardless of the presence or absence of magnetic domain subdivision treatment, but the control of crystal orientation becomes unstable and may cause sudden deterioration of magnetic characteristics. It was.
[0007]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-143637 discloses a technique for improving iron loss by reducing the non-uniformity of magnetic flux density by appropriately controlling the form of secondary recrystallized grains (grain oblique angle). It is disclosed.
Although this technique can achieve a desired effect to some extent, there is a problem that uniformization is not sufficient because the control of the magnetic flux density distribution relies only on the index of the oblique angle of the grain boundary. Also. There was also a problem in that it was difficult to stably obtain a low oblique angle due to fluctuations in the steel composition, decarburization annealing, final finish annealing atmosphere, and the like.
[0008]
Furthermore, in JP-A-6-89805, Bi is contained, and the size of secondary grains in the rolling direction and in the direction perpendicular to the rolling direction is controlled within a predetermined range, and further inside the coarse secondary grains. A method of dispersing fine particles is disclosed.
However, in the case of this method, the coarsening of the secondary grains sometimes causes non-uniformity of the magnetic flux density distribution inside the steel sheet, and there is a problem that a sufficient iron loss reduction effect cannot be obtained. Such deterioration of the iron loss cannot be sufficiently improved only by dispersing fine grains in coarse grains.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention advantageously solves the above problem, and has excellent iron loss characteristics at the material stage regardless of the presence or absence of magnetic domain subdivision treatment, and also in actual machine iron loss characteristics after being incorporated in a transformer. The object is to propose an excellent grain-oriented electrical steel sheet together with its advantageous manufacturing method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the inventors have found that the non-uniform distribution of magnetic flux density inside the steel sheet as described in JP-A-8-49045 is an influencing factor on the iron loss of the grain-oriented electrical steel sheet. Attention was paid and research was carried out to reduce iron loss by improving this.
As a result, it is a grain-oriented electrical steel sheet containing Bi in the base metal of the product plate, the secondary recrystallization grain size in the direction perpendicular to the rolling direction is large, and the deviation of the crystal orientation in the rolling plane is small, and later It has been found that when the oblique angle of the defined grain boundary is small, the magnetic flux density distribution inside the steel plate becomes uniform and a material with low iron loss can be obtained.
The present invention is based on the above findings.
[0011]
  That is, the gist configuration of the present invention is as follows.
1. The steel is a grain-oriented electrical steel sheet containing Si: 2.0 to 5.0 mass%, Mn: 0.04 to 0.15 mass% and Bi: 0.0003 to 0.05 mass%, with the balance being a composition of Fe and inevitable impurities, The area average value of the deviation angle from the rolling direction in the rolling plane of the crystal orientation [001] of the secondary recrystallized grains excluding the crystal grains having an equivalent circle diameter of 5 mm or less is 4 ° or less, and the maximum length in the direction perpendicular to the rolling is Grain boundary line segment L that approximates the grain boundary of secondary recrystallized grains excluding crystal grains with an area ratio of secondary recrystallized grains of 30 mm or more in the entire steel sheet to 70% or more and equivalent circle diameter of 5 mm or less.i Between the rolling direction of the steel sheet and the direction perpendicular to the rolling direction θi, And grain boundary line segment LiLength of li From the following formula, the oblique angle <θ> calculated by the following formula is 25 ° or less, the thickness of the steel plate is 6 μm or less, the surface roughness (Ra) is 0.4 μm or less, and the applied tension in the rolling direction of the steel plate is 4.9. -39.3 MPa (0.5-4.0 kgf / mm21) A grain-oriented electrical steel sheet having a single or composite non-magnetic coating film satisfying (per one side of steel sheet).
                              Record
[Expression 1]
2. 2. The grain-oriented electrical steel sheet according to 1 above, wherein Cr: 0.05 to 0.5 mass% is further contained in the steel.
3. In addition to steel, Sb: 0.001 to 0.10 mass%, Mo: 0.001 to 0.20 mass%, Cu: 0.01 to 0.30 mass%, Sn: 0.005-0.20 mass%, Ge: 0.005-0.20 mass%andB: 0.0010-0.010 mass%of3. The grain-oriented electrical steel sheet according to 1 or 2 above, which contains one or more selected from among them.
[0012]
4. Lines or continuous grooves with a depth of 2 to 15% of the plate thickness, a width of 30 to 300 μm, a distance of 2 to 50 mm, and an angle with the rolling direction of 60 to 90 ° on one or both sides of the steel plate It is characterized by having1, 2 or 3 aboveThe grain-oriented electrical steel sheet described.
[0013]
5. The surface of the steel sheet has a linear region having an interval of 2 to 50 mm and an angle with the rolling direction of 60 to 90 ° or a strain region continuous in a linear shape.1, 2 or 3 aboveThe grain-oriented electrical steel sheet described.
[0014]
6. There is no forsterite coating on the steel plate surfaceAny of the above 1-5The grain-oriented electrical steel sheet described.
[0015]
7. C: 0.03-0.10 mass%,
    Si: 2.0-5.0 mass%,
    Mn: 0.04-0.15 mass%
    One or two selected from S and Se: 0.005 to 0.040 mass%,
    sol.Al: 0.015-0.035 mass% and N: 0.003-0.010 mass% and / or
    B: 0.0005 to 0.0050 mass% and N: 0.001 to 0.010 mass%
And including
    Bi: 0.001 to 0.070 mass%
ContainsAnd the rest Fe And inevitable impuritiesA series of silicon-containing steel slabs that are heated, then hot-rolled, then combined with annealing and cold rolling to finish to the final thickness, then decarburized and then final final-annealed. In the method for producing a grain-oriented electrical steel sheet comprising the steps of
  The surface roughness (Ra) of the final cold-rolled sheet is 0.5 μm or less, the width of the steel strip during final finish annealing is 800 mm or more, and the Bi content in the slab is c0 (mass%) On the other hand, the Bi content in the product plate steel is c1 (mass%) c1Is within the range satisfying the conditions of the following formulas (1), (2), (3), and the application amount of the annealing separator applied to the steel sheet surface before the final finish annealing, and 900-1100 during the final finish annealing. A method for producing a grain-oriented electrical steel sheet, characterized by determining a rate of temperature rise in a temperature range of ° C.
                        Record
              c1≦ 0.85c0             --- (1)
              c1≧ 0.36c0−0.0072 --- (2)
        0.05 ≧ c1≧ 0.0003 --- (3)
[0016]
8). C: 0.03-0.10 mass%,
    Si: 2.0-5.0 mass%,
    Mn: 0.04-0.15 mass%
    One or two selected from S and Se: 0.005 to 0.040 mass%,
    sol.Al: 0.015-0.035 mass% and N: 0.003-0.010 mass% and / or
    B: 0.0005 to 0.0050 mass% and N: 0.001 to 0.010 mass%
And including
    Bi: 0.001 to 0.070 mass%
ContainsAnd the rest Fe And inevitable impuritiesA series of silicon-containing steel slabs that are heated and then hot-rolled, combined with annealing and cold rolling to finish to the final thickness, then decarburized and then final final-annealed. In the method for producing a grain-oriented electrical steel sheet comprising steps,
  The surface roughness (Ra) of the final cold-rolled sheet is 0.5 μm or less, the width of the steel strip during final finish annealing is 800 mm or more, and the amount of annealing separator applied to the steel sheet surface before final finish annealing is 2-9g / m per side2The grain temperature of the grain-oriented electrical steel sheet is characterized by controlling the rate of temperature rise in the temperature range of 900-1100 ° C during the final finish annealing to a range satisfying the conditions of the following formulas (4), (5), (6): Production method.
                        Record
              v ≦ 3σ + 5 --- (4)
              v ≧ 3σ−21 --- (5)
              v ≧ 2 --- (6)
        Where, v: temperature rising rate of 900-1100 ° C. (° C./h)
                σ: coating amount of separating agent per one side of steel sheet (g / m2)
[0017]
9. 9. The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to 7 or 8, wherein Cr: 0.05 to 0.5 mass% is further contained in the slab.
Ten . During the slab, Sb : 0.001 ~ 0.10mass %, Mo : 0.001 ~ 0.20mass %, Cu : 0.01 ~ 0.30mass %, Sn : 0.005 ~ 0.20mass %, Ge : 0.005 ~ 0.20mass % And B: 0.0010 ~ 0.010 mass 10. The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to the above 7, 8, or 9, characterized by containing one or more selected from%.
[0018]
11. The total amount of S and Se in the slab is set to 0.02 mass% or less, and nitriding is performed after the final cold rolling until the end of secondary recrystallization.~ Ten EitherThe manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet of description.
[0019]
12. After the final cold rolling, on the surface of the steel sheet, a line or wire having a depth of 2 to 15% of the plate thickness, a width of 30 to 300 μm, an interval of 2 to 50 mm, and an angle with the rolling direction of 60 to 90 ° It is characterized by forming a continuous grooveAbove 7 ~ 11 EitherThe manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet of description.
[0020]
13. After the final finish annealing, it is characterized by forming a linear region having a spacing of 2 to 50 mm and an angle with a rolling direction of 60 to 90 ° or a linear strain region.Above 7 ~ 11 EitherThe manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet of description.
[0021]
14. After final finish annealing, after removing surface oxide and mirroring the surface of the steel, a tension film is formed.Above 7 ~ 13The manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet in any one of.
[0022]
15. It is characterized in that the final finish annealing is performed using an annealing separator that does not cause forsterite to be formed on the steel plate surface or inhibits the formation.Above 7 ~ 14The manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet in any one of.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
First, the experimental results on which the present invention is based will be described.
C: 0.06 mass%, Si: 3.3 mass%, Mn: 0.07 mass%, sol.Al: 0.03 mass%, N: 0.009 mass%, Se: 0.02 mass% and Mo: 0.02 mass% are contained as basic components, And five kinds of slabs containing Bi, 0, 0.001, 0.005, 0.01 and 0.02 mass%, respectively, were prepared, heated to 1400 ° C for 60 minutes by induction heating, and then hot rolled to a thickness of 2.5 mm by hot rolling. A steel plate was used. Next, after hot-rolled sheet annealing at 950 ° C for 1 minute, pickling, followed by primary cold rolling to a thickness of 1.5 mm, followed by intermediate annealing at 1050 ° C for 1 minute, then pickling Then, it was finished to a final thickness of 0.23 mm by secondary cold rolling. The surface roughness (Ra) at this time was 0.3 μm.
Next, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.50, decarburization annealing was performed at 850 ° C. for 100 seconds. Then, after applying a sinter separating agent mainly composed of MgO, it was wound into a coil and subjected to final finishing annealing at a maximum temperature of 1200 ° C. for 10 hours. Note that the width of the steel strip at the time of final finish annealing was 1000 mm.
After the final finish annealing, the remaining annealing separation agent is washed away with water, and then an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica is applied at 5 g / m per side of the steel sheet.2The product was coated and baked at a weight per unit area.
The tension in the rolling direction applied to the surface of the product obtained in the above process was measured by the insulation coating on one side of the steel sheet and the warpage amount after removing the forsterite layer, and 6.86 MPa (0.7 kgf / mm2)Met.
[0024]
In addition, from the product plate thus obtained, a specimen having a width of 100 mm and a length of 400 mm was cut out, subjected to strain relief annealing, and then subjected to each test using a single plate magnetic tester (SST). Iron loss W of a piece17/50 (Iron loss at Bm = 1.7 T, f = 50 Hz) and B8  (Magnetizing force: magnetic flux density at 800 A / m) was measured.
From the measured specimen (100mm x 400mm), B8 Were selected as high as 1.96 to 1.98 T, and these were macro-etched to reveal secondary grain boundaries, and the size and morphology of secondary recrystallized grains were observed and measured.
[0025]
In FIG.8 The result of having investigated about the relationship between the area average value (<(alpha)) of the shift | offset | difference angle ((alpha) angle | corner) from the rolling direction in the rolling surface of the crystal orientation [001] about the sample of 1.95-1. . Here, <α> is the average of the absolute values of the α angle.
As is apparent from the figure, the iron loss increases as <α> increases. If <α> is 4 ° or less, W is relatively stable.17/50 An iron loss value of ≦ 1.0 W / kg is obtained.
However, it can be seen that the variation of the iron loss value is large only by arranging by <α>, and it is difficult to reduce the iron loss only by the control of <α>.
[0026]
Then, next, it tried to arrange | position an iron loss value with the length of the rolling grain perpendicular direction of a secondary grain.
From the crystal structure obtained by macroetching, the maximum length and area of each secondary grain in the direction perpendicular to the rolling direction are measured, and the ratio of crystal grains whose maximum length in the direction perpendicular to the rolling direction is 30 mm or more to the total area of the sample is rThree It was determined.
FIG. 2 shows a sample having a <α> of 4 ° or less in FIG.Three And iron loss W17/50 The result of having investigated about the relationship with is shown.
As shown in the figure, rThree As iron increases, the iron loss is improved, rThree ≧ 70% W17/50 It can be seen that ≦ 0.95 W / kg is achieved stably.
However, rThree The iron loss still varies due to the introduction of <α> and rThree It can be seen that it is difficult to stably reduce the iron loss only by the control of the above.
[0027]
In addition to the above factors, the existence of secondary recrystallization grain boundaries extending obliquely with respect to the rolling direction is expected to affect the non-uniformity of the magnetic flux density inside the steel sheet. As an index to make it easier, we introduced the “oblique angle” of grain boundaries.
Here, in the method as defined in JP-A-9-143637, the oblique angle of a material having a large secondary particle size as the object of the present invention cannot be correctly evaluated. The oblique angle was defined in a new way.
That is, in the present invention, the average value in the grain boundary direction measured by the following method is defined as “oblique angle”.
[0028]
In the following description, a point sharing a grain boundary of three or more crystal grains is referred to as a “grain boundary multiple point”, and an intersection of the boundary between the grain boundary and the evaluation region is also included in the grain boundary multiple point. Also, the grain boundaries are divided at the grain boundary multiple points, and these divided grain boundaries are called `` grain boundary elements '', and each line segment when the grain boundary element is approximated by several line segments is expressed as `` It will be called "grain boundary line segment".
(1) The secondary recrystallization grain boundary is observed and determined. As a method for this, macro etching, magnetic domain observation, grain boundary magnetic pole detection, or the like can be used, but the observation method is not particularly limited. The evaluation region of the secondary grain structure is preferably 150 mm or more in the rolling direction and 100 mm or more in the direction perpendicular to the rolling.
[0029]
Hereinafter, graphic processing for obtaining the oblique angle is performed.
(2) A crystal grain having a circle equivalent diameter of 5 mm or less and having a small grain size has little influence on the non-uniformity of magnetic flux density, and therefore, a process of erasing a part of the grain boundary of such a fine grain is performed (see FIG. 3 (a)).
(B) When the fine grain shares a grain boundary with other crystal grains, the grain boundary element having the longest length among the grain boundary elements constituting the fine grain is eliminated (FIG. 4 (a-1) DA disappeared).
(B) When the minute grains are isolated, all the grain boundaries are eliminated.
[0030]
(3) Subsequently, the grain boundary line segment (L) is drawn with respect to the grain boundary after the processing of (2) by the following method to approximate the grain boundary to a straight line (FIG. 3 (b)).
(C) A half line (end point: P) and auxiliary lines parallel to the half line are assumed on both sides of the half line (FIG. 4 (b-1)). The distance d between the half line and the auxiliary line is 3 mm.
(D) When a half-line end point P is fixed to a certain grain boundary multipoint, and the grain boundary multipoint (Q) adjacent to P is connected, the actual grain boundary exists only in the region between the two auxiliary lines. When doing so, let PQ be the grain boundary line segment (FIG. 4 (b-2)).
(E) However, if the grain boundary line cannot be drawn under the above conditions (when the grain boundary element is bent greatly), the grain boundary line is determined by the following procedure. P is fixed at a certain grain boundary multipoint, and a point P ′ is provided on the grain boundary element toward the adjacent grain boundary multipoint so that the half line passes through P ′. When P 'is moved on the grain boundary element, the distance P-P' is maximized under the condition that the actual grain boundary between P-P 'does not protrude from the region between the two auxiliary lines. P ′ is taken (R), and the line segment PR is taken as a grain boundary line segment (FIG. 4 (b-2)).
Similarly, RR ′ is subtracted from R, R ′ giving the longest RR ′ is set as S, and the next grain boundary line segment is set as RS (FIG. 4 (b-3)).
Similarly, a half line is drawn from S. If S and the grain boundary multiple point T (FIG. 4 (b-4)) are connected by a half line, if the half line ST can be drawn without the actual grain boundary protruding from the region between the two auxiliary lines, ST Is a grain boundary line segment.
Straighten all grain boundaries as described above.
[0031]
(4) A certain grain boundary line segment Li The length of li And Li The smaller of the angle between the rolling direction and the direction perpendicular to the rolling direction is θi In this case, the oblique angle <θ> is derived from all the grain boundary lines by the following equation (7). (Fig. 3 (c))
[Expression 1]
[0032]
FIG. 5 shows r in FIG.Three For samples with ≧ 70%, oblique angle <θ> and iron loss W17/50 The result of having investigated about the relationship of is shown. In FIG. 5, the slant angle <θ> was obtained by setting the distance d between the grain boundary line segment and the auxiliary line to 3 mm.
As is apparent from the figure, the iron loss W is at an oblique angle of 25 ° or less.17/50 Excellent characteristics of ≦ 0.85 W / kg can be obtained.17/50 ≦ 0.80 W / kg, an extremely excellent iron loss value is obtained as a plain material.
In addition, the area ratio of the crystal grains having a maximum length of 60 mm or more in the direction perpendicular to the rolling to the whole is expressed as r.6 And r6 It can be seen that a lower iron loss value can be obtained by stricter the condition of ≧ 70%.
[0033]
As described above, from the results of FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 5, the average value <α> of the secondary grains and the maximum length in the direction perpendicular to the rolling and the oblique angle <θ> were appropriately controlled. It has been found that a material with iron loss characteristics can be obtained.
[0034]
The following mechanism is estimated about the reason why the low iron loss is obtained by controlling the factors as described above.
(1) Reduction of iron loss by reducing the average α angle
In crystal grains having an α angle larger than 0 °, the magnetic flux density is nonuniform in the crystal grains as shown in FIG. 6 due to the action of magnetic poles generated on the grain boundaries extending in the rolling direction. Therefore, it can be considered that by reducing the average value of the α angle, the distribution of the magnetic flux density is made uniform and the iron loss is reduced.
That is, when improving the magnetic flux density distribution to reduce the iron loss, the deviation angle (α angle, that is, the crystal orientation) in the rolling plane is not the conventional deviation angle between the rolling direction and the [001] direction. It can be said that it is necessary to appropriately control the angle between the direction in which [001] is projected on the rolling surface and the rolling direction.
[0035]
(2) Reduction of iron loss by increasing the length in the direction perpendicular to rolling
As shown in FIG. 7, the longer the secondary grains in the direction perpendicular to the rolling direction, the smaller the decrease in magnetic flux density in the crystal grains. Therefore, as in (1) above, increasing the length in the direction perpendicular to rolling is considered to make the magnetic flux density distribution inside the steel plate uniform and reduce iron loss.
[0036]
(3) Reduction of iron loss by lowering the oblique angle
The mechanism for reducing the iron loss due to the decrease in the oblique angle is considered as follows.
Now, when considering secondary grains with a small oblique angle as shown in FIG. 8 (a), the length of each magnetic domain ([001] direction) is the same. The amount of magnetic poles generated at the grain boundaries is equal. Therefore, when a magnetic field is applied to this grain, the amount of domain wall movement is the same in any magnetic domain, and there is no bias in magnetic flux density within the crystal grain. On the other hand, in the case of a grain having a large oblique angle (FIG. 8B), the length of each magnetic domain is different, so that the magnetic flux distribution is not uniform within the grain as shown in FIG. 8B '. (That is, the domain wall displacement is not uniform).
That is, since the driving force of domain wall movement by the applied magnetic field is proportional to the length of the magnetic domain, the domain wall movement amount increases as the magnetic domain is longer in the rolling direction. For this reason, in the grain-oriented electrical steel sheet having a large oblique angle, it is considered that the magnetic flux distribution becomes non-uniform inside the crystal grains and the iron loss deteriorates.
It is presumed that iron loss was reduced by appropriately controlling the above factors (1) to (3) to make the magnetic flux distribution inside the steel plate uniform.
[0037]
Then, the stable manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet which has said ideal secondary recrystallization form was examined.
FIG. 9 shows the amount of Bi added to the slab and the above conditions (<α> ≦ 4 °, rThree ≧ 70%, <θ> ≦ 25 °) The relationship with the appearance frequency of the sample (width: 100 mm × length: evaluated at 400 mm size) is shown.
As shown in the figure, the addition of 0.001 mass% or more of Bi facilitates the generation of secondary grains in the form of secondary grains as defined in the present invention. It can be seen that it is extremely advantageous to contain Bi in the raw material in order to produce.
However, the ratio of obtaining ideal secondary grains is only about 50% only by adding Bi to the material, and it is difficult to stably reduce the iron loss.
[0038]
Therefore, the requirements of the present invention (<α> ≦ 4 °, rThree ≧ 70%, <θ> ≦ 25 °) was examined for a method for more reliably manufacturing products satisfying the requirements.
In the examination experiment, when manufacturing the product in the same process as the above experiment, the application amount of the annealing separator mainly composed of MgO (per one side of the steel plate) is 1 to 12 g / m2 When the temperature increase rate in the temperature range of 900 to 1100 ° C is changed in the range of 1 to 32.5 ° C / h during the final finish annealing, it remains in the steel due to such changes in the final finish annealing conditions. It was found that the amount of Bi changed.
[0039]
FIG. 10 shows the amount of Bi added to the material and the amount of Bi remaining in the product plate iron (<α> ≦ 4 °, rThree (≧ 70%, <θ> ≦ 25 °) The results of examining the relationship with the occurrence frequency of the sample satisfying the conditions of:
From the results in Fig. 10, the Bi content in the material is expressed as c0 (mass%), and Bi content in the product plate steel1 (mass%) c1Is controlled to satisfy the conditions of the following formulas (1), (2), and (3), it can be seen that the product of secondary grains defined in the present invention can be stably obtained.
Record
c1≦ 0.85c0             --- (1)
c1≧ 0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05 ≧ c1≧ 0.0003 --- (3)
[0040]
Next, Fig. 11 shows the results of investigating the relationship between the application amount of the annealing annealing separator and the temperature rise rate in the temperature range of 900 to 1100 ° C during the final finish annealing and the Bi residual amount in the product sheet iron. The case where the Bi content is (a) 0.03 mass% and (b) 0.01 mass% are shown respectively.
As is clear from the figure, the coating amount (per side) of the separating agent is σ (g / m2) And during final finish annealing, when the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C is assumed to be v (° C / h), σ and v are controlled within the range satisfying the conditions of the following formulas (4) and (5) By doing so, the amount of Bi in the product sheet metal can be set within the appropriate range found in FIG.
On the other hand, when the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C is lower than 2 ° C / hr, or the coating amount of the annealing separator is 9 g / m.2In the case of exceeding the above, magnetic deterioration, which appears to be due to deterioration of the precipitation dispersion type inhibitor (AlN, MnSe), occurred. Also, the application amount of annealing separator is 2g / m2If it is less than the range, the steel sheets laminated during the final finish annealing are fused together, so v and σ must satisfy Eqs. (6) and (7) simultaneously with Eqs. (4) and (5). There is.
Record
v ≦ 3σ + 5 --- (4)
v ≧ 3σ−21 --- (5)
v ≧ 2 --- (6)
2 ≦ σ ≦ 9 --- (7)
[0041]
As described above, it has been clarified that when an appropriate amount of Bi remains in the product plate steel, the secondary grain shape defined in the present invention can be obtained.
Here, the reason why the shape of the secondary grains is optimized by the appropriate amount of Bi remaining in the steel is not necessarily clearly clarified, but Bi is not limited to the extremely high temperature region during the final finish annealing. It is considered that the restraining force is maintained at a high temperature by remaining in the steel, and the effect of suppressing the generation of grain boundaries in the oblique direction is achieved while increasing the grain size in the direction perpendicular to the rolling. Moreover, when there is too much Bi remaining in the steel, it is presumed that the coarsening of the particle size proceeds excessively, and the frequency of occurrence of grain boundaries having a large oblique angle increases again.
In addition, from the results in Fig. 11, it is considered that the rate of temperature increase during final finish annealing and the amount of annealing separator applied affect the disappearance of Bi from the steel during the temperature increase process. It is possible to optimize the amount of Bi in the product plate iron.
[0042]
Next, when a model transformer was produced using the grain-oriented electrical steel sheet that achieved the low iron loss value by the secondary grain shape control and the iron loss of the actual machine was measured, it was higher than that of a normal product. F. (Ratio of actual machine iron loss to material iron loss).
This is because the amount of the magnetic field leaking from the grain boundary increases due to the shape change of the secondary recrystallized grain boundary. F. It is estimated that the increase of
[0043]
Therefore, in order to reduce the influence of the leakage magnetic field between the stacks, the thickness of the nonmagnetic material layer (forsterite + insulating coating) on the steel sheet surface and the surface roughness of the product were investigated.
As a result, by keeping both of these below a certain value, F. It was found that the increase in the amount can be prevented.
FIG. 12 shows the nonmagnetic layer thickness and surface roughness, F. Shows the relationship.
As can be seen from the figure, the thickness of the non-magnetic layer on the steel sheet surface is set to 6 μm or less and the surface roughness is set to 0.4 μm or less. F. It was found that a good value of 1.20 or less can be obtained.
[0044]
Next, the reason why the numerical values of the respective constituent requirements are limited to the above ranges for the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention will be described.
Products in plate iron Si amount: 2.0 ~ 5.0 mass %
Si is an element necessary not only to increase the electric resistance and lower the iron loss, but also to stabilize the BCC structure of iron and enable high-temperature heat treatment, and requires at least 2.0 mass%. If it exceeds 5.0 mass%, cold rolling becomes difficult, so the Si content is limited to the range of 2.0 to 5.0 mass%.
[0045]
Products in plate iron Bi amount: 0.0003 ~ 0.05mass %
Bi is AIN, MnS, MnSe, Cu2-X Se, Cu2-X It is well known as an element that enhances the ability to suppress normal grain growth and improves the magnetic flux density by coexisting with a precipitation dispersion type inhibitor such as S. In the present invention, all Bi is added during final finish annealing. By making it not disappear from the steel, the ideal grain boundary shape defined in the present invention is obtained. Therefore, it is indispensable that Bi is present in the base iron of the product plate, but the effect of optimizing the grain boundary shape does not appear unless the Bi amount is less than 0.0003 mass%. On the other hand, when it exceeds 0.05 mass%, hysteresis loss increases. Therefore, it was limited to the range of 0.0003 to 0.05 mass% as the Bi amount in the product plate iron.
[0046]
The maximum length in the direction perpendicular to rolling is 30mm The area ratio of the above grains: 70 % Or more (preferably the maximum length in the direction perpendicular to rolling is 60mm The area ratio of the above grains: 70 %more than)
The present invention intends to achieve a low iron loss by uniformizing the distribution of magnetic flux density inside the steel sheet by controlling the form and orientation of secondary recrystallized grains. As shown in FIG. 7, as the length of the secondary grains in the direction perpendicular to the rolling direction increases, the area where the magnetic flux density is reduced due to the shift of the α angle becomes smaller, and the magnetic flux density distribution becomes uniform. Accordingly, a longer length in the direction perpendicular to the rolling is advantageous for uniforming the magnetic flux density distribution. From the results shown in FIG. 2, the area ratio r of crystal grains having a length in the direction perpendicular to the rolling of 30 mm or more.Three Is 70% or more, and a low iron loss is obtained. Therefore, it is limited to the above range. Further, as shown in FIG. 5, the area ratio r of crystal grains having a length in the direction perpendicular to the rolling of 60 mm or more.6 Is less than 70%, and even lower iron loss can be stably obtained.6 ≥70% is recommended.
Note that the maximum length of the secondary recrystallized grains in the direction perpendicular to the rolling direction is such that two straight lines parallel to the rolling direction do not cross the secondary grain boundaries from both sides of the secondary recrystallized grains, as shown in FIG. The distance between these lines should be in contact with.
[0047]
The maximum length in the direction perpendicular to rolling is 30mm Regarding the above grains, the area average value of the deviation angle (α angle) from the rolling direction in the rolling plane of the crystal orientation [001] is 4 ° or less.
With the mechanism described with reference to FIG. 6, the uniformity of the magnetic flux density is lost due to the increase of the α angle among the crystal orientations. Therefore, in order to make the magnetic flux density uniform, it is effective to reduce the average value of the α angle. Such an effect contributes greatly to the overall iron loss according to the area of the crystal grains, and is almost negligible for grains having an equivalent circle diameter of less than 5 mm. Therefore, the area of the α angle for grains having an equivalent circle diameter of 5 mm or more. It is better to take an average and set this as <α>.
Here, <α> is the sum of the absolute value of the α angle of each crystal grain multiplied by the grain area ratio (the ratio of the grain area to the total area of the evaluation frame).
As shown in FIG. 1, since the average value <α> of α angles of crystal grains having a maximum length in the direction perpendicular to the rolling of 30 mm or more is 4 ° or less, low iron loss can be obtained.
[0048]
Oblique angle: twenty five ° or less (preferably 20 ° or less)
By reducing the oblique angle (<θ>) of the secondary grains by the mechanism described in FIG. 8, it is considered that the magnetic flux density distribution is made uniform and the iron loss is reduced. As shown in FIG. 5, by setting <θ> to 25 ° or less, preferably 20 ° or less, extremely low iron loss can be stably obtained, so the oblique angle <θ> is limited to this range.
In addition, crystal grains having an equivalent circle diameter of 5 mm or less have a small effect on the distribution of magnetic flux density, and are therefore excluded from the evaluation of the oblique angle.
[0049]
As a method of measuring the oblique angle, the method described above is suitable as a method that can be evaluated even when the crystal grain size is large. In the method described with reference to FIG. 4, the distance d between the half line and the auxiliary line is 3 mm. However, when approximating the secondary recrystallized grain shape, d is preferably about 0.5 to 5 mm.
This is because if d exceeds 5 mm, the actual grain boundary and the approximate grain boundary due to the grain boundary line segment are greatly shifted, and the oblique angle cannot be accurately evaluated. On the other hand, if d is extremely small, li And θi This is because the measurement error becomes large and the oblique angle cannot be accurately evaluated.
In the above-described method for measuring the oblique angle, there is a slight error in <θ> depending on where the point at which the grain boundary line segment starts to be drawn (the point where the half line P is placed first) is generated. The value does not change significantly.
In addition, even if the method is different from the grain boundary approximation method defined in the present invention, as long as it is a method capable of linear approximation reflecting the actual grain boundary, as in the present invention, the oblique angle measurement method can be used. Can be used.
The evaluation region of the above secondary recrystallized grain morphology (length in the perpendicular direction of rolling, α angle, oblique angle) should be 200 mm or more in the rolling direction and 100 mm or more in the perpendicular direction of rolling. This is because if the evaluation region is too narrow, the number of crystal grains contained is extremely small, and accurate evaluation cannot be performed.
[0050]
Nonmagnetic layer thickness on steel plate surface: 6μ m Below, surface roughness (Ra) : 0.4 μ m Less than
Although the grain-oriented electrical steel sheet with extremely low iron loss can be obtained by taking the secondary grain form described above, when an actual transformer is produced using this grain-oriented electrical steel sheet, the building factor B.I. F. Deteriorates.
In order to avoid this, as shown in FIG. 12, it is necessary to limit the thickness of the nonmagnetic layer on the surface of the steel sheet to 6 μm or less and to suppress the surface roughness (Ra) to 0.4 μm or less.
[0051]
Here, the B.B. F. The reason for the reduction is not necessarily clear, but it is thought to be caused by a decrease in the nonmagnetic space between the steel plates.
That is, the transitional magnetic flux concentration between the steel plate surfaces occurs near the transformer joint due to the change in the shape of the crystal grain boundary. F. However, if the thickness of the non-magnetic space between the steel sheets is reduced, the transition area of the magnetic flux between the steel sheet surfaces will be dispersed, and it is estimated that the in-plane eddy current will be reduced. . Further, since the volume of the nonmagnetic space between the steel plates also increases with an increase in the roughness of the steel plate surface, it is necessary to consider it simultaneously with the thickness of the nonmagnetic layer such as a coating.
Here, when the thickness of the non-magnetic layer on the steel sheet surface exceeds 6 μm or the surface roughness (Ra) exceeds 0.4 μm, the volume of the non-magnetic space when the grain-oriented electrical steel sheet is assembled in the transformer increases. B. F. However, it was limited to the above range.
As a method for obtaining such a product, a method for reducing the surface roughness (Ra) of the final cold-rolled sheet to 0.5 μm or less, a method for reducing the addition amount of coarse silica in the insulating coating liquid, and the like are effective. is there.
[0052]
Applied tension in the rolling direction of the steel sheet surface: 4.9 ~ 39.3 MPa (0.5 ~ 4.0 kgf / mm 2 ) (Per one side of steel plate)
It is known that the presence of a tension coating on the steel sheet surface reduces the eddy current loss by narrowing the magnetic domain width. However, when trying to reduce iron loss by making the magnetic flux density distribution uniform as in the present invention. In particular, it is necessary to increase the tension applied in the rolling direction of the steel sheet to enhance the fragmentation effect.
For this purpose, the surface coating may be a single coating or a composite coating of two or more. Usually, forsterite is formed as a coating on the surface of the ground iron, and a phosphate-based coating is formed thereon. In addition, there are known tension coatings such as TiN and glass coating, all of which are applicable to the present invention.
Here, as a measuring method of the tension in the rolling direction applied from the surface of the steel plate, a method of calculating from the warpage amount of the steel plate after removing the coating layer on one side of the steel plate is suitable.
The tension applied by such a surface coating is 4.9 MPa (0.5 kgf / mm2) Is less effective in reducing iron loss, while 39.3 MPa (4.0 kgf / mm2) Exceeds the above range because the effect of reducing iron loss by tension is saturated.
[0053]
Conditions for grooves and strain regions
By satisfying the above requirements, a grain-oriented electrical steel sheet with extremely low iron loss can be stably obtained. However, the effect of the present invention is achieved by uniformizing the magnetic flux density distribution inside the steel sheet. If the technology is applied, a further excellent iron loss reduction effect can be obtained by these addition effects.
As a method for subdividing magnetic domains, a method of forming grooves on the steel sheet surface is effective. On one or both surfaces of the steel sheet, depth: 2 to 15% of the plate thickness, width: 30 to 300 μm, interval: 2 to 50 mm, It is preferable to form a linear shape or a linearly continuous groove satisfying an angle of 60 to 90 ° with the rolling direction. Outside this range, the amount of magnetic poles generated on the groove wall surface becomes insufficient or excessive, and a sufficient iron loss reduction effect cannot be obtained.
In addition, it is also effective to obtain a magnetic domain refinement effect on the surface of the steel sheet by forming a linear region having a spacing of 2 to 50 mm and an angle between the rolling direction of 60 to 90 ° or a linearly strained region. However, if the strain region is out of the above range, the amount of magnetic pole introduced by the 90 ° magnetic domain generated in the strain region is out of the appropriate range, and a sufficient iron loss reduction effect cannot be obtained. did.
[0054]
Removal or non-formation of forsterite film on steel plate surface
The forsterite film present on the surface of ordinary grain-oriented electrical steel sheet is mainly composed of annealing separator MgO and SiO on the steel sheet surface.2It is an excellent film that is formed during final finish annealing due to the reaction of, and has both a tension imparting effect and an insulating effect at the same time. Increase to increase hysteresis loss. This forsterite film is Mg2SiOFour Is the main component, but FeAl2OFour, TiN containing a trace amount is also targeted.
Hysteresis loss can be reduced by removing such a forsterite layer by pickling after final finish annealing or not forming it during final finish annealing.
Since the present invention is a technique for reducing iron loss by making the magnetic flux distribution inside the steel plate uniform, an effect of reducing iron loss can be additionally obtained by using it together with a technique for reducing pinning of domain wall motion. Furthermore, extremely excellent iron loss can be obtained by using such a technique in combination with the above-mentioned magnetic domain fragmentation treatment.
[0055]
Next, the reason for limitation regarding the manufacturing method of the grain-oriented electrical steel sheet of this invention is described.
In the material Bi Content and product in plate iron Bi Provisions regarding the content relationship
The grain-oriented electrical steel sheet of the present invention can be obtained by allowing Bi of 0.0003 mass% or more to remain in the product base metal. In order to obtain a product with a desired secondary grain shape more stably, FIG. As shown in Fig. 2, it is important to properly control the relationship between the amount of Bi in the slab and the amount of Bi in the product plate iron, and the Bi content in the slab c0 (mass%) and Bi content in product plate iron1 For (mass%), it is necessary to satisfy the relationships of the following formulas (1) to (3).
Record
c1≦ 0.85c0             --- (1)
c1≧ 0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05 ≧ c1≧ 0.0003 --- (3)
If the amount of Bi in the product plate iron is less than the values of the formulas (2) and (3), the Bi in the steel will rapidly escape during the final finish annealing. It is thought not to be. On the other hand, when the amount of Bi in the product plate steel exceeds the formula (1), it is estimated that the secondary recrystallization start temperature rises excessively and the desired secondary grains may not be obtained. The
Therefore, it is important to control the relationship between the Bi amount in the slab and the Bi amount in the product plate iron within a range that satisfies the equations (1), (2), and (3).
[0056]
Amount of annealing separator applied, heating rate during final finish annealing
The present invention is a grain-oriented electrical steel sheet having an ideal secondary recrystallized grain shape obtained by leaving a predetermined amount of Bi in the product plate iron, in order to stably produce this, It is important to control the amount of Bi in the product sheet metal to an appropriate range according to the amount of Bi in the slab.
The amount of Bi in the product plate can be appropriately controlled by the final finish annealing conditions. In other words, Bi disappears from the steel while affecting the secondary recrystallization in the temperature range of 900-1100 ° C during the temperature increase of the final finish annealing, so the temperature increase rate in this temperature range and the flowability between the coil layers It is necessary to control properly. When the rate of temperature rise is slower than the relationship of formula (5) (v ≧ 3σ−21), the disappearance of Bi in the steel during final finish annealing proceeds excessively, and good secondary grains cannot be obtained. On the other hand, when the rate of temperature increase exceeds the formula (4) (v ≦ 3σ + 5), the residual amount of Bi in the steel becomes excessive, and in this case, the secondary grain morphology also deteriorates.
[0057]
Also, the heating rate is less than 2 ° C / hr, or the separating agent coating amount is 9 g / m.2If it is too high, the precipitation-dispersed inhibitor such as AlN will deteriorate, and good magnetic properties cannot be obtained. On the other hand, the separating agent coating amount is 2 g / m2If it is less than the range, fusion between the steel plates occurs during the final finish annealing. Therefore, the application amount of the annealing separator is 2 to 9 g / m per one side of the steel plate.2During final finish annealing, the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C. is in a range that satisfies the following formulas (4), (5), and (6).
Record
v ≦ 3σ + 5 --- (4)
v ≧ 3σ−21 --- (5)
v ≧ 2 --- (6)
Where, v: temperature rising rate of 900-1100 ° C. (° C./h)
σ: coating amount of separating agent per one side of steel sheet (g / m2)
[0058]
Steel strip width during final finish annealing, surface roughness of final cold rolled sheet
As described above, if the flowability between the coil layers is excessively high during final finish annealing, Bi purification proceeds at a low temperature, and Bi depletion occurs in steel, making it impossible to obtain ideal secondary recrystallized grains. . For this reason, it is necessary not to excessively increase the gas flowability between the coil layers. The flowability of the atmosphere when Bi is purified decreases as the width of the steel strip increases, and improves as the surface roughness of the coil increases. Therefore, in order to keep the flowability of the atmosphere between the coil layers low, the width of the steel strip should be 800 mm or more, and the surface roughness (Ra) of the steel sheet after the final cold rolling should be 0.5 μm or less.
In the present invention, B.I. F. The surface roughness (Ra) of the product surface is specified to be 0.4 μm or less in order to prevent deterioration of the steel sheet.To satisfy this condition, however, the surface roughness (Ra) of the steel sheet after the final cold rolling should be 0.5 μm or less. There is a need to.
[0059]
Magnetic domain subdivision processing
When producing grain-oriented electrical steel sheets by the above method, it is possible to add a magnetic domain refinement treatment to the effect of reducing the iron loss by magnetic domain refinement to the effect of reducing the iron loss by homogenizing the magnetic flux distribution. it can.
The heat-resistant magnetic domain subdivision methods include the method of forming grooves in the final cold-rolled sheet and the steel sheet after final finish annealing by etching, or mechanically forming the grooves with a gear roll on the final finish annealed sheet or the plate after applying the insulating coating. The forming method and other groove forming techniques can be used.
Further, as a non-heat-resistant magnetic domain subdivision method, there is a method of introducing strain by local heating with laser light or plasma.
These heat-resistant magnetic domain subdivision methods and non-heat-resistant magnetic domain subdivision methods can be used in combination.
[0060]
Mirror treatment / Forsterite film not formed
Normally, forsterite formed during the final finish annealing is known to exhibit the effect of subdividing the magnetic domain by the tension on the steel sheet, and to reduce the eddy current loss. Has the effect of increasing the hysteresis loss. Therefore, the hysteresis loss can be reduced by applying a coating having a tension applying effect and an insulating effect after the surface of the ground iron is mirror-finished.
The present invention mainly aims to reduce eddy current loss by bringing the distribution of magnetic flux density inside the steel sheet closer to the ideal state through shape control of the secondary recrystallized grains. It is possible to reduce the iron loss very effectively by simultaneously performing the reduction. Further, as described above, the B.D. F. Although the surface roughness of the product was specified to prevent the deterioration of the surface, the surface roughness after coating application decreased due to the mirror surface treatment of the base iron surface. F. It also helps prevent deterioration.
[0061]
In order to obtain the smooth ground iron surface as described above, it is effective to remove the oxide on the surface of the final finish annealed plate by mechanical polishing or pickling and then mirror-finish it by pickling or electrolytic treatment. . In addition, the use of a technique in which forsterite is not present on the steel sheet surface on the surface of the final finish annealed sheet and the application of a method combining this with the above-described mirror finishing treatment also effectively reduce iron loss. As such a method, there are a method of using alumina or the like as a sinter separation agent, a method of adding a chloride in MgO, and the like, and any of them can be applied.
As described above, any known method such as an ion plantation method or a sol-gel method can be applied as a method for forming an insulating / tension coating on the final finish annealed plate having a mirror-finished surface.
[0062]
Nitriding between decarburization annealing and secondary recrystallization
In the present invention, Bi, AlN and / or BN, and MnS and / or MnSe are used as inhibitors.
Even when the amount of the inhibitor component in the slab is insufficient, the amount of nitrogen in the steel is increased during the production process to increase the fine dispersion of AlN and BN. It is possible to obtain characteristics. Such nitriding treatment is desirably performed after the final cold rolling with a thin plate thickness in order to efficiently perform nitriding. Moreover, it is necessary to carry out before the start of secondary recrystallization for the purpose of strengthening the ability to suppress normal grain growth in the primary grains.
[0063]
Next, the reason why the component composition of the material is limited to the above range in the production method of the present invention will be described.
C: 0.03 ~ 0.10mass%
C is not only effective for improving the hot-rolled structure by using the γ-α transformation, but is also an element useful for the generation of goth-oriented crystal grains, but if the content is less than 0.03 mass%, Since the addition effect is poor, and if it exceeds 0.10 mass%, there is a risk of decarburization failure during decarburization annealing, so the C content is limited to a range of 0.03 to 0.10 mass%.
[0064]
Si: 2.0 to 5.0 mass%
Si is an element necessary not only for increasing electric resistance and reducing iron loss, but also for stabilizing the BCC structure of iron and enabling high-temperature heat treatment, and requires at least 2.0 mass%. If it exceeds 5.0 mass%, cold rolling becomes difficult, so the Si content is limited to the range of 2.0 to 5.0 mass%.
[0065]
Mn: 0.04-0.15 mass%
  Mn not only effectively contributes to the improvement of hot brittleness of steel, but when S and Se are mixed, precipitates such as MnS and MnSe are formed and function as an inhibitor. . However, if the content is less than 0.04 mass%, the above effect is insufficient. On the other hand, if it exceeds 0.15 mass%, precipitates such as MnSe are coarsened and the effect as an inhibitor is lost. It was limited to the range of 0.15 mass%.
  Also this Mn : 0.04 ~ 0.15mass % Is an essential component in the grain-oriented electrical steel sheet as a product.
[0066]
S and / or Se: 0.005 to 0.040 mass%
Se and S combine with Mn and Cu to form MnSe, MnS, Cu2-X Se, Cu2-X It is a useful component that forms S and exhibits an inhibitory action as a dispersed second phase in steel. However, if the content is less than 0.005 mass%, the effect of addition is poor. On the other hand, if it exceeds 0.040 mass%, not only the solid solution during slab heating becomes incomplete, but it also causes defects on the product surface. In either case of single addition or composite addition, the content was within the range of 0.005 to 0.040 mass%.
When the slab heating temperature is a low temperature heating of 1350 ° C. or lower and the inhibitor is strengthened by nitriding after the end of the cold rolling process, S and Se are completely dissolved in the slab heating process. The total amount of Se is preferably 0.02 mass% or less. This is because when these total amounts are added in excess of 0.02 mass%, coarse precipitates of MnS and MnSe are generated and the magnetic properties are deteriorated.
[0067]
sol.Al: 0.015-0.035 mass%
Al is a useful element that forms an AIN in steel and acts as an inhibitor as a dispersed second phase. However, if the addition amount is less than 0.015 mass%, a sufficient amount of precipitation cannot be secured, while 0.035 mass% When added in excess of, AIN precipitates coarsely and loses its action as an inhibitor, so it was limited to a range of 0.015 to 0.035 mass% as sol.Al.
[0068]
B: 0.0005-0.0050 mass%
B is a useful element that forms BN in steel and acts as an inhibitor as a dispersed second phase in the same manner as AIN. However, if the content is less than 0.0005 mass%, the amount of precipitated BN is not sufficiently secured. On the other hand, if added over 0.0050 mass%, BN coarsely precipitates and the action as an inhibitor is lost. It limited to the range of 0.0005-0.0050 mass%.
In addition, since BN precipitates simultaneously with AIN and further enhances the ability to suppress normal grain growth and acts to improve the magnetism, a method of adding both Al and B is also recommended.
[0069]
N: 0.003 to 0.010 mass% (when used in combination with sol. Al: 0.015 to 0.035 mass%)
N: 0.001 to 0.010 mass% (when used in combination with B: 0.0005 to 0.0050 mass%)
N is an element necessary for forming AlN and BN. In order to make AlN function well as an inhibitor, it is necessary to add 0.003 to 0.010 mass%. When the addition amount is less than 0.003 mass%, precipitation of AlN becomes insufficient.
On the other hand, regarding the precipitation of BN, if the amount of N added is less than 0.001 mass%, the precipitation of BN becomes insufficient.
In both cases of AlN and BN, if the amount of N added exceeds 0.010 mass%, blistering or the like occurs during slab heating.
Therefore, the amount of N when adding Al is limited to the range of 0.003 to 0.010 mass%, and the amount of N when adding B is limited to the range of 0.001 to 0.010 mass%.
[0070]
Bi: 0.001 to 0.070 mass%
Bi preferentially concentrates at the grain boundaries of the primary recrystallized grains and lowers the mobility of the grain boundaries during annealing, thereby increasing the secondary recrystallization temperature and improving the magnetic flux density. These effects are similar to Sb, As, etc., but Bi has a particularly low solubility in iron and has a very low melting point of 271 ° C, so it is more segregated at grain boundaries than Sb, As. it is conceivable that. For this reason, it is considered that the effect of imparting a normal grain growth inhibiting force is high, and that it effectively acts to improve the orientation accumulation degree.
In addition, as described above, the secondary recrystallization is appropriately controlled by leaving an appropriate amount in the final finish annealed plate without being completely purified from the steel during the final finish annealing as described above. Secondary recrystallized grain structure can be formed.
However, if the Bi content in the material is less than 0.001 mass%, disappearance from the steel will occur early, so the above effect cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.070 mass%, the residual amount in the product steel plate The amount of Bi was limited to the range of 0.001 to 0.070 mass% because of the excessive increase in the hysteresis loss.
[0071]
Cr: 0.05-0.50mass%
When Bi is present in the steel, the formation of the forsterite film is hindered, and thus the film of the product tends to deteriorate. For this reason, an increase in the magnetic domain width due to insufficient tension on the steel sheet surface may offset the iron loss reduction effect by controlling the grain boundary oblique angle.
In this regard, when Cr is added to the steel, formation of a good forsterite film is promoted, and the iron loss reduction effect according to the present invention can be more effectively exhibited. Cr in steel is SiO in decarburized annealed plate surface subscale.2Even if Bi is present in the final finish annealing atmosphere by changing the form of SiO2It is considered that the reaction between MgO and MgO is sufficiently promoted. Here, when the amount of Cr in the steel is less than 0.05 mass%, the above effect is not exhibited. On the other hand, when it exceeds 0.50 mass%, the magnetic properties are deteriorated due to the formation of Cr carbide or the like. It limited to the range of 0.05-0.50mass%.
[0072]
  The basic components have been described above., Mo, Cu, Sn, Ge, B, etc., are added alone or in combination in order to further improve the magnetic properties.
  Sb IsLike Bi, it has the effect of segregating at the grain boundaries and increasing the suppression force, 0.It is desirable to add in the range of 001-0.10 mass%.
  Mo has the effect of sharpening the nuclei of secondary grains in the Goth direction, and the effect is remarkable in the range of 0.001 to 0.20 mass%.
  Cu, like Mn, is an element that combines with Se and S to form precipitates and increase the suppressive force, and its effect is remarkable in the range of 0.01 to 0.30 mass%..
  Sn, Ge is a component that effectively acts to reduce iron loss by increasing the frequency of secondary recrystallized grains, and it is preferable that both are contained in the range of 0.005 to 0.20 mass%.
  Also,B isIt has the function of further enhancing the ability to suppress normal grain growth by forming BN precipitates in steel.Because, B is in the range of 0.0010 to 0.010 mass%AtIt is desirable to add.
[0073]
【Example】
Example 1
C: 0.065 mass%, Si: 3.35 mass%, Mn: 0.070 mass%, Al: 0.022 mass%, N: 0.0085 mass%, Sb: 0.030 mass%, Se: 0.020 mass% and Mo: 0.020 mass%, In addition, a silicon steel slab containing 0, 0.001, 0.010, 0.030, 0.070 mass% of Bi and the balance substantially Fe composition is placed in a gas heating furnace and heated to 1230 ° C for 60 minutes. After holding, it was heated at 1400 ° C. for 40 minutes by induction heating, and then hot rolled into a 2.5 mm thick hot-rolled steel sheet. Then, after hot-rolled sheet annealing at 1000 ° C. for 1 minute, pickling and then primary cold rolling to a thickness of 1.6 mm, followed by intermediate annealing at 1000 ° C. for 1 minute, then pickling Then, it was finished to a final thickness of 0.23 mm by secondary cold rolling.
At this time, the surface roughness of the final cold rolled sheet was changed as shown in Table 1 by adjusting the surface roughness of the rolling roll.
[0074]
Next, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) Decarburization annealing was performed at 850 ° C. for 100 seconds in an atmosphere of 0.50. After that, an annealing separator mainly composed of MgO was applied at various application amounts (weight per unit area) shown in Table 1, and wound up in a coil shape, then the maximum temperature reached: 1200 ° C, 10 hours The final finish annealing was performed.
At this time, in the temperature range of 900 to 1100 ° C. of the final finish annealing, the average heating rate was changed as shown in Table 1.
Next, after removing the unreacted separating agent by washing with water, an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica is applied to each side of the steel plate at 6 g / m 2.2It was applied and baked at a weight per unit area.
The thickness of the nonmagnetic layer (insulating coating + forsterite) on the surface of the product is 2.3μm, and the tension in the rolling direction applied to the steel sheet by these is 8.83 MPa (0.9 kgf / mm)2) (Per one side of the steel plate).
Thereafter, by applying a plasma flame, linear strain was introduced under the conditions of an interval in the rolling direction of 10 mm and an angle between the rolling direction of 80 ° and the magnetic domain.
The Bi content of the product plate thus obtained in the ground iron, the area ratio r of the crystal grains whose maximum length in the direction perpendicular to the rolling is 30 mm or moreThree The area average value <α> of the α angle, the oblique angle <θ>, and the surface roughness of the product plate were investigated.
In addition, an Epstein specimen: 500 g was taken from the product plate, and the magnetic flux density B was measured by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Furthermore, with this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
The obtained results are also shown in Table 1.
[0075]
[Table 1]
[0076]
As is apparent from the table, the product plate iron contains 0.0003 to 0.05 mass% Bi, and the secondary recrystallized grain structure is <α> ≦ 4 °, rThree Any of the conforming examples that satisfy the conditions of ≧ 70% and <θ> ≦ 25 °17/50 Is 0.70 W / kg or less and B.I. F. Shows an excellent characteristic value below 1.20. Among them, the symbols 1K, 1M, 1O, and 1P each have an oblique angle <θ> of 20 ° or less, so17/50 A particularly excellent iron loss of less than 0.63 W / kg could be obtained.
[0077]
Example 2
C: 0.065 mass%, Si: 3.35 mass%, Mn: 0.070 mass%, Cu: 0.15 mass%, Al: 0.020 mass%, N: 0.0085 mass%, S: 0.030 mass% and Sn: 0.10 mass%, In addition, a silicon steel slab containing 0.010 mass% of Bi and the balance being substantially Fe composition was charged into a gas heating furnace, heated to 1230 ° C, held for 30 minutes, and then heated to 1400 ° C by induction heating. , Heated for 40 minutes, and then hot rolled into a 2.5 mm thick hot rolled steel sheet. Next, after hot-rolled sheet annealing at 1000 ° C for 1 minute, pickling, and then performing primary cold rolling to a thickness of 1.7 mm, followed by intermediate annealing at 1000 ° C for 1 minute, and then pickling Secondary cold rolling was performed to a final thickness of 0.23 mm.
Next, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.45 Decarburization annealing was performed at 840 ° C. for 160 seconds. After that, MgO is the main component and MgCl25g / m of annealing separator with 10mass% added2It was applied at a basis weight (per side).
After that, a final finish annealing was performed for 10 hours at a maximum temperature of 1200 ° C.
At this time, the heating rate was set to 12 ° C./h in the temperature range of 900 to 1100 ° C. The coil width was 1200 mm.
[0078]
After the final finish annealing, the separating agent on the surface of the steel sheet is removed by washing with water, and then electropolished to a mirror state. Further, the grooves perpendicular to the rolling direction are etched, depth: 20 μm, width: 120 μm, spacing: It was formed at 3 mm. The surface roughness (Ra) of the portion other than the groove forming portion was 0.1 μm. Next, as shown in Table 2, after depositing TiN with a film thickness of 0.1 to 2.0 μm on the steel sheet surface, insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica was applied in various basis weights. did.
From the product plate thus obtained, an Epstein specimen: 500 g was collected, and the magnetic flux density B was determined by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Also, using this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
The obtained results are also shown in Table 2.
[0079]
[Table 2]
[0080]
As shown in Table 2, W is a grain-oriented electrical steel sheet that satisfies the requirements of the present invention, and has a mirror finish and groove formation at the same time.17/50 Has a very good iron loss of less than 0.62 W / kg. F. Was as good as 1.20 or less, and peeling of the film did not occur.
[0081]
Example 3
C: 0.070 mass%, Si: 3.30 mass%, Mn: 0.070 mass%, Al: 0.027 mass%, N: 0.0090 mass%, Sb: 0.048 mass%, Se: 0.019 mass%, Cu: 0.12 mass% and Mo: A silicon steel slab containing 0.022 mass% and containing 0.01 mass% Bi with the balance being substantially Fe in composition was charged into a gas heating furnace and heated to 1230 ° C, and held for 60 minutes. It was heated at 1400 ° C for 40 minutes by induction heating, and then hot rolled into a hot rolled steel sheet having a thickness of 2.2 mm. Subsequently, after hot-rolled sheet annealing at 1100 ° C. for 1 minute, it was pickled and finished to a final sheet thickness of 0.27 mm by cold rolling.
Subsequently, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.50 Decarburization annealing was performed at 840 ° C. for 100 seconds.
[0082]
Next, MgO is the main component and TiO23-10g / m of annealing separator with 6mass% added2Was applied at a weight per unit area (per side), and a final finish annealing was performed at a maximum temperature of 1200 ° C. for 10 hours. At this time, in the temperature range of 900 to 1100 ° C., as shown in Table 3, the heating rate was variously changed in the range of 1 to 20 ° C./h, and the application amount of the annealing separator was 3 to 3 per side of the steel plate. 10g / m2The range was changed. The coil width was 1000 mm. After the final finish annealing, after removing the separating agent on the steel sheet surface with water, apply an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica, and then perform magnetic domain fragmentation treatment with laser light in the rolling direction. The product was formed into a line at a pitch of 6 mm and an angle with the rolling direction: 80 °.
The thickness of the nonmagnetic layer of this product is 2.2 to 3.3 μm, and the tension applied in the rolling direction is 7.85 to 11.77 MPa (0.8 to 1.2 kgf / mm2)Met. Bi content in the ground iron of the product plate thus obtained, rThree , R6 , <Α> and <θ> were investigated.
In addition, an Epstein specimen: 500 g was taken from the product plate, and the magnetic flux density B was measured by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Furthermore, with this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
The results obtained are also shown in Table 3.
[0083]
[Table 3]
[0084]
As shown in the table, by using a material with Bi added to steel, the amount of annealing separator applied and the temperature increase rate of final finish annealing are controlled appropriately, so that the ideal two specified in the present invention can be obtained. The next recrystallized structure is obtained and W17/50 A product with a low iron loss of less than 0.80 W / kg has been obtained.
In particular, the area ratio r of grains whose maximum width in the direction perpendicular to the rolling direction of secondary recrystallized grains exceeds 60 mm.6 For 3B and 3D that satisfy the conditions of ≧ 70% and <θ> ≦ 20 °,17/50 A product with extremely good iron loss of ≦ 0.75 W / kg or less is obtained.
[0085]
Example 4
C: 0.074 mass%, Si: 3.40 mass%, Mn: 0.068 mass%, B: 0.0040 mass%, N: 0.0070 mass%, Sb: 0.050 mass%, Se: 0.018 mass%, Cu: 0.10 mass% and Mo: A silicon steel slab containing 0.020 mass% as a basic component and containing 0, 0.030, 0.060 mass% of Bi respectively, and the balance being substantially Fe composition, is charged to a gas heating furnace up to 1230 ° C. After heating and holding for 60 minutes, it was heated at 1400 ° C. for 40 minutes by induction heating, and then hot-rolled to a thickness of 2.2 mm by hot rolling. Next, after pickling, primary cold rolling is performed to a thickness of 1.5 mm, intermediate annealing is performed at 1050 ° C. for 1 minute, pickling, and secondary cold rolling is performed to obtain a 0.22 mm final plate. Finished thick. At this time, the roughness of the work roll was partially changed to change the surface roughness of the cold rolled sheet.
Then, oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.45 Decarburization annealing was performed at 840 ° C. for 160 seconds. Next, after applying an annealing separator mainly composed of MgO, final finishing annealing was performed at a maximum temperature of 1200 ° C. for 10 hours. At this time, the coil width is 1000mm, and the amount of annealing separator applied is 8g / m per side of the steel plate.2The heating rate in the temperature range of 900 to 1100 ° C. was 1 to 40 ° C./h.
[0086]
After the final finish annealing, the annealing separator on the surface of the steel sheet was removed by washing with water, and then an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica was applied to obtain a product. The total thickness of forsterite and insulating coating on the surface of this grain-oriented electrical steel sheet is 3 μm, and the tension applied in the rolling direction is 8.83 MPa (0.9 kgf / mm per side of the steel sheet).2)Met.
Bi content in the ground iron of the product plate thus obtained, rThree , <Α>, <θ> and the surface roughness of the product plate.
In addition, an Epstein specimen: 500 g was taken from the product plate, and the magnetic flux density B was measured by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Furthermore, with this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
Table 4 shows the obtained results.
[0087]
[Table 4]
[0088]
As is apparent from the table, the ideal secondary recrystallized structure defined in the present invention can be obtained by appropriately controlling the amount of Bi in steel and the temperature increase rate (900 to 1100 ° C) of final finish annealing. , Iron loss W of plain material17/50 A product with a low iron loss of less than 0.85 W / kg is obtained. F. Was also good at 1.20 or less.
When the oblique angle <θ> is 15 ° C. or less, W17/50 As a plain material with ≦ 0.80 W / kg, products with extremely low iron loss have been obtained.
[0089]
Example 5
Si: 3.25 mass%, Mn: 0.075 mass%, C: 0.070 mass%, S: 0.005 mass%, sol.Al: 0.025 mass%, N: 0.0080 mass%, Sn: 0.05 mass% and Cu: 0.12 mass% A silicon steel slab containing as basic components and containing 0.02 mass% Bi each, with the balance being essentially Fe composition, is charged into a gas heating furnace and heated to 1230 ° C and held for 60 minutes After that, a hot rolled steel sheet having a thickness of 2.2 mm was obtained by hot rolling. Then, after hot-rolled sheet annealing at 900 ° C for 1 minute, pickling, primary cold rolling to 1.5 mm thickness, intermediate annealing at 1050 ° C for 1 minute, then pickling, Subsequent cold rolling finished to a final thickness of 0.22 mm. At this time, the surface roughness (Ra) of the cold-rolled sheet was set to 0.35 μm. Next, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.40, decarburization annealing was performed at 840 ° C. for 160 seconds, followed by nitriding in an ammonia atmosphere to increase the nitrogen amount to 0.020 mass%.
[0090]
Then, after applying an annealing separator mainly composed of MgO, a final finish annealing was performed at a maximum temperature of 1200 ° C. for 10 hours. At this time, the coil width is 1050 mm, and the amount of annealing separator applied is 5 g / m per side of the steel plate.2Or 9g / m2Further, the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C. was 3 ° C./h or 15 ° C./h.
After the final finish annealing, the separating agent on the surface of the steel sheet was removed by washing with water, and then a groove with a depth of 15 μm, a width of 60 μm, a spacing in the rolling direction of 15 mm, and an angle with the rolling direction of 10 ° was formed by a protruding roll. Thereafter, an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica was applied to obtain a product. The total thickness of the forsterite and insulating coating on the surface of the grain-oriented electrical steel sheet thus obtained is 3 μm, and the tension applied in the rolling direction of the steel sheet is 9.02 MPa (0.92 kgf / mm2)Met.
Bi content in the ground iron of the product plate thus obtained, rThree , <Α>, <θ> and the surface roughness of the product plate.
In addition, an Epstein specimen: 500 g was taken from the product plate, and the magnetic flux density B was measured by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Furthermore, with this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
The results obtained are shown in Table 5.
[0091]
[Table 5]
[0092]
As shown in the same table, the ideal secondary specified in the present invention is achieved by appropriately controlling the amount of Bi in steel, the amount of annealing separator applied, and the temperature increase rate (900 to 1100 ° C) of final finish annealing. A recrystallized structure is obtained and W17/50 A product with a low iron loss of less than 0.70 W / kg is obtained. F. Was also good at 1.20 or less. Also, if the oblique angle <θ> is 15 ° or less, W17/50 A product with extremely low iron loss of ≤ 0.62 W / kg has been obtained.
[0093]
Example 6
C: 0.070 mass%, Si: 3.3 mass%, Mn: 0.075 mass%, Al: 0.025 mass%, N: 0.0090 mass%, S: 0.0012 mass%, Cu: 0.07 mass%, Sn: 0.070 mass% and Bi: A silicon steel slab containing 0.070 mass% and containing Cr of 0, 0.02, 0.05, 0.20, 0.50, 0.70 mass%, with the balance being substantially Fe, was charged into a gas heating furnace. After heating to 1230 ° C, it was heated to 1400 ° C for 30 minutes in an induction heating furnace, and then hot rolled into a hot rolled steel sheet having a thickness of 2.2 mm. Next, after hot-rolled sheet annealing at 900 ° C for 1 minute, pickling and then primary cold rolling to a thickness of 1.4 mm, followed by intermediate annealing at 1100 ° C for 1 minute, then pickling Thereafter, a final cold rolled sheet having a sheet thickness of 0.23 mm and a surface roughness (Ra) of 0.36 μm was obtained by secondary cold rolling.
Next, the oxidation potential P (H2O) / P (H2) = 0.55 Decarburization annealing was performed at 820 ° C. for 150 seconds.
[0094]
After that, an annealing separator containing MgO as the main component is 6 g / m22After coating and winding in a coil shape, the final finish annealing was performed under the conditions of maximum temperature reached: 1200 ° C., 10 hours, average temperature rising rate in the temperature range of 900 to 1100 ° C .: 13 ° C./h. The coil width during final finish annealing was 1150 mm.
Next, after removing the unreacted separating agent by washing with water, an insulating tension coating mainly composed of magnesium phosphate containing colloidal silica was applied to each side of the steel sheet at 5.5 g / m 2.2The coating weight was baked at 850 ° C. The applied tension in the rolling direction at this time is 2.94 to 14.7 MPa (0.3 to 1.5 kgf / mm2)Met.
Then, the magnetic domain refinement process was performed by introducing linear strain at an interval of 10 mm in the rolling direction and an angle of 10 ° with the rolling direction by plasma flame irradiation. The surface roughness (Ra) of the product thus obtained was 0.28 μm.
Bi content in the ground iron of the product plate thus obtained, rThree , <Α>, <θ>, the thickness of the nonmagnetic layer, the tension applied to the steel plate, and the coating appearance.
In addition, an Epstein specimen: 500 g was taken from the product plate, and the magnetic flux density B was measured by the Epstein magnetic test method.8 And iron loss W17/50 Was measured.
Furthermore, with this product plate, a model transformer is manufactured and W17/50 Was measured and compared with the iron loss by the Epstein test. F. Asked.
The results obtained are shown in Table 6.
[0095]
[Table 6]
[0096]
As shown in the table, by including 0.05 to 0.50 mass% of Cr in the product plate base iron, the coating properties, iron loss and B.I. F. Further improvement has been achieved.
[0097]
【The invention's effect】
Thus, according to the present invention, it goes without saying that the magnetic properties of the material are excellent, and it is possible to stably obtain a grain-oriented electrical steel sheet with low iron loss even when applied to an actual machine, and its industrial contribution is Very large.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing a relationship between an area average value (<α>) of a deviation angle (α angle) from a rolling direction in a rolling plane having a crystal orientation [001] and iron loss.
[Fig. 2] Area ratio of crystal grains with maximum length in the direction perpendicular to rolling of 30 mm or more (rThree ) And iron loss W17/50 It is the graph which showed the relationship.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a method for deriving a grain boundary component.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a specific procedure for deriving a grain boundary component.
FIG. 5 Grain boundary oblique angle <θ> and iron loss W17/50 It is the graph which showed this relationship.
FIG. 6 is an explanatory diagram of non-uniform magnetic flux density distribution accompanying an increase in α angle.
FIG. 7 is an explanatory diagram of non-uniform magnetic flux density distribution accompanying a decrease in length in the direction perpendicular to rolling.
FIG. 8 is an explanatory diagram of non-uniform magnetic flux density distribution accompanying an increase in grain boundary oblique angle <θ>.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the amount of Bi added in the material and the appearance frequency of ideal secondary recrystallized grains.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the Bi addition amount in the material and the Bi residual amount in the product plate iron and the ideal occurrence frequency of secondary recrystallized grains.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the coating amount of the annealing separator and the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C. during the final finish annealing and the amount of Bi remaining in the product sheet iron.
FIG. 12 shows the nonmagnetic layer thickness and surface roughness and F. It is the graph which showed the relationship.
FIG. 13 is a diagram showing a preferred method for measuring the maximum length of secondary recrystallized grains in the direction perpendicular to the rolling direction.

Claims (15)

鋼中に、Si:2.0〜5.0mass%、Mn:0.04〜0.15mass%およびBi:0.0003〜0.05mass%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物の組成になる方向性電磁鋼板であって、円相当径が5mm以下の結晶粒を除く二次再結晶粒の結晶方位〔001〕の圧延面内における圧延方向からのずれ角の面積平均値が4°以下、圧延直角方向の最大長さが30mm以上の二次再結晶粒が鋼板全体に占める面積率が70%以上、円相当径が5mm以下の結晶粒を除いた二次再結晶粒の粒界を直線で近似した粒界線分Li と鋼板の圧延方向または圧延方向と直交する方向とのなす角度θi、そして粒界線分Liの長さli から下記式により計算される斜角度<θ>が25°以下で、しかも鋼板の表面に厚さ:6μm以下、表面粗度(Ra):0.4 μm以下、鋼板の圧延方向への付与張力:4.9〜39.3 MPa(0.5〜4.0 kgf/mm2)(鋼板片面当たり)を満足する単独または複合の非磁性体被膜を有することを特徴とする方向性電磁鋼板。

The steel is a grain-oriented electrical steel sheet containing Si: 2.0 to 5.0 mass%, Mn: 0.04 to 0.15 mass% and Bi: 0.0003 to 0.05 mass%, the balance being a composition of Fe and inevitable impurities, The area average value of the deviation angle from the rolling direction in the rolling plane of the crystal orientation [001] of the secondary recrystallized grains excluding the crystal grains having an equivalent circle diameter of 5 mm or less is 4 ° or less, and the maximum length in the direction perpendicular to the rolling is The grain boundary line segment L i that approximates the grain boundary of the secondary recrystallized grains excluding the crystal grains whose secondary recrystallized grains of 30 mm or more occupy the entire steel sheet have a ratio of 70% or more and the equivalent circle diameter of 5 mm or less. The angle θ i between the rolling direction of the steel sheet and the direction orthogonal to the rolling direction and the length l i of the grain boundary line segment L i , and the oblique angle <θ> calculated by the following formula is 25 ° or less, and the steel plate Thickness: 6 μm or less, surface roughness (Ra): 0.4 μm or less, tension applied in the rolling direction of the steel sheet: 4.9 to 39.3 MPa (0.5 to 4.0 kgf / mm 2 ) A grain-oriented electrical steel sheet characterized by having a single or composite non-magnetic coating satisfying (per one steel sheet surface).
Record
鋼中に、さらにCr:0.05〜0.5 mass%を含有させることを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼板。  The grain-oriented electrical steel sheet according to claim 1, further comprising Cr: 0.05 to 0.5 mass% in the steel. 鋼中に、さらに、Sb:0.001〜0.10mass% Mo:0.001〜0.20 mass%、Cu:0.01〜0.30 mass% Sn:0.005〜0.20mass%、Ge:0.005〜0.20mass%およびB:0.0010〜0.010mass%のうちから選んだ1種または2種以上を含有させることを特徴とする請求項1または2記載の方向性電磁鋼板。In steel, Sb: 0.001 to 0.10 mass% , Mo : 0.001 to 0.20 mass%, Cu: 0.01 to 0.30 mass% , Sn : 0.005 to 0.20 mass%, Ge: 0.005 to 0.20 mass% , and B: 0.0010 to The grain-oriented electrical steel sheet according to claim 1 or 2, wherein one or more selected from 0.010 mass % are contained. 鋼板の片面または両面に、深さが板厚の2〜15%、幅が30〜300μm 、間隔が2〜 50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる溝を有することを特徴とする請求項1,2または3記載の方向性電磁鋼板。  On one or both sides of the steel sheet, a linear or linear groove having a depth of 2 to 15% of the plate thickness, a width of 30 to 300 μm, a distance of 2 to 50 mm, and an angle of 60 to 90 ° with the rolling direction The grain-oriented electrical steel sheet according to claim 1, 2 or 3. 鋼板の表面に、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる歪領域を有することを特徴とする請求項1,2または3記載の方向性電磁鋼板。  4. A directional electromagnetic wave according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the surface of the steel plate has a linear region or a strain region continuous in a linear shape with an interval of 2 to 50 mm and an angle with the rolling direction of 60 to 90 °. steel sheet. 鋼板の地鉄表面にフォルステライト被膜が存在しない請求項1〜5のいずれかに記載の方向性電磁鋼板。  The grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 5, wherein a forsterite film is not present on the surface of the steel sheet. C:0.03〜0.10mass%、
Si:2.0 〜5.0 mass%、
Mn:0.04〜0.15mass%、
SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.005〜0.040 mass%、
sol.Al:0.015〜0.035 mass%とN:0.003〜0.010 mass%および/または
B:0.0005〜0.0050mass%とN:0.001〜0.010 mass%
を含み、かつ
Bi:0.001〜0.070 mass%
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物の組成になる含珪素鋼スラブを、加熱した後、熱間圧延し、ついで焼鈍処理と冷間圧延を組み合わせて最終板厚に仕上げた後、脱炭焼鈍を施し、ついで最終最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷延板の表面粗度(Ra)を 0.5μm 以下とし、最終仕上げ焼鈍時の鋼帯の幅を 800mm以上とし、スラブ中のBi含有量をc0 (mass%) 、一方製品板地鉄中のBi含有量をc1 (mass%) とするとき、c1が下記式(1), (2), (3)の条件を満足する範囲となるように、最終仕上げ焼鈍前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤の塗布量と、最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度を定めることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

c1≦0.85c0 --- (1)
c1≧0.36c0−0.0072 --- (2)
0.05≧c1≧0.0003 --- (3)
C: 0.03-0.10 mass%,
Si: 2.0-5.0 mass%,
Mn: 0.04-0.15 mass%
One or two selected from S and Se: 0.005 to 0.040 mass%,
sol.Al: 0.015-0.035 mass% and N: 0.003-0.010 mass% and / or B: 0.0005-0.0050 mass% and N: 0.001-0.010 mass%
And including
Bi: 0.001 to 0.070 mass%
Containing a silicon-Motoko slab balance consisting Fe and inevitable impurities, was heated, then hot rolled, then it was finished to a final thickness by combining the annealing and cold rolling, decarburization In the method for producing grain-oriented electrical steel sheets comprising a series of steps of performing annealing and then performing final final finishing annealing,
The surface roughness (Ra) of the final cold-rolled sheet is 0.5 μm or less, the width of the steel strip during final finish annealing is 800 mm or more, and the Bi content in the slab is c 0 (mass%). When the Bi content in the steel is c 1 (mass%), the steel plate surface before final finish annealing so that c 1 falls within the range satisfying the conditions of the following formulas (1), (2), (3) A method for producing a grain-oriented electrical steel sheet, characterized by determining an application amount of an annealing separator to be applied to the substrate and a rate of temperature rise in a temperature range of 900 to 1100 ° C. during final finish annealing.
Record
c 1 ≦ 0.85c 0 --- (1)
c 1 ≧ 0.36c 0 −0.0072 --- (2)
0.05 ≧ c 1 ≧ 0.0003 --- (3)
C:0.03〜0.10mass%、
Si:2.0 〜5.0 mass%、
Mn:0.04〜0.15mass%、
SおよびSeのうちから選んだ1種または2種:0.005〜0.040 mass%、
sol.Al:0.015〜0.035 mass%とN:0.003〜0.010 mass%および/または
B:0.0005〜0.0050mass%とN:0.001〜0.010 mass%
を含み、かつ
Bi:0.001〜0.070 mass%
を含有し、残部は Fe および不可避的不純物の組成になる含珪素鋼スラブを、加熱後、熱間圧延し、ついで焼鈍処理と冷間圧延を組み合わせて最終板厚に仕上げた後、脱炭焼鈍を施し、ついで最終最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終冷延板の表面粗度(Ra)を 0.5μm 以下とし、最終仕上げ焼鈍時の鋼帯の幅を 800mm以上とし、最終仕上げ焼鈍前に鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤の塗布量を、鋼板片面当たり2〜9g/m2とし、最終仕上げ焼鈍中 900〜1100℃の温度域における昇温速度を下記式(4), (5), (6) の条件を満足する範囲に制御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

v≦3σ+5 --- (4)
v≧3σ−21 --- (5)
v≧2 --- (6)
ここで、v:900 〜1100℃の昇温速度(℃/h)
σ:鋼板片面当たりの分離剤塗布量(g/m2)
C: 0.03-0.10 mass%,
Si: 2.0-5.0 mass%,
Mn: 0.04-0.15 mass%
One or two selected from S and Se: 0.005 to 0.040 mass%,
sol.Al: 0.015-0.035 mass% and N: 0.003-0.010 mass% and / or B: 0.0005-0.0050 mass% and N: 0.001-0.010 mass%
And including
Bi: 0.001 to 0.070 mass%
Contains, after the balance was finished silicon-Motoko slab consisting Fe and inevitable impurities, after heating, hot rolling, and then to the final thickness by combining the annealing and cold rolling, decarburization annealing In the method for producing a grain-oriented electrical steel sheet consisting of a series of steps, followed by final final annealing.
The surface roughness (Ra) of the final cold-rolled sheet is 0.5 μm or less, the width of the steel strip during final finish annealing is 800 mm or more, and the amount of annealing separator applied to the steel sheet surface before final finish annealing is 2-9g / m 2 per side, and the rate of temperature rise in the temperature range of 900 to 1100 ° C during final finish annealing should be controlled within the range satisfying the conditions of the following formulas (4), (5), (6) A method for producing a grain-oriented electrical steel sheet.
Record
v ≦ 3σ + 5 --- (4)
v ≧ 3σ−21 --- (5)
v ≧ 2 --- (6)
Where, v: temperature rising rate of 900-1100 ° C. (° C./h)
σ: Amount of separating agent applied to one side of steel sheet (g / m 2 )
スラブ中に、さらにCr:0.05〜0.5 mass%を含有させることを特徴とする請求項7または8記載の方向性電磁鋼板の製造方法。  The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to claim 7 or 8, further comprising Cr: 0.05 to 0.5 mass% in the slab. スラブ中に、さらに、During the slab, SbSb : 0.0010.001 ~ 0.10mass0.10mass %、%, MoMo : 0.0010.001 ~ 0.20 mass0.20 mass %、%, CuCu : 0.010.01 ~ 0.30mass0.30mass %、%, SnSn : 0.0050.005 ~ 0.20mass0.20mass %、%, GeGe : 0.0050.005 ~ 0.20mass0.20mass %およびB:% And B: 0.00100.0010 ~ 0.010mass0.010mass %のうちから選んだ1種または2種以上を含有させることを特徴とする請求項7,8または9記載の方向性電磁鋼板の製造方法。10. The method for producing grain-oriented electrical steel sheets according to claim 7, 8 or 9, comprising one or more selected from the group consisting of 1% and 2%. スラブ中におけるSとSeの合計量を0.02mass%以下とし、かつ最終冷延後から二次再結晶終了までの間に窒化処理を行うことを特徴とする請求項7 10 いずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。The total amount of S and Se in the slab than 0.02 mass%, and after the final cold rolling according to any one of claims 7-10, characterized in that the nitriding process and before the secondary recrystallization ends A method for producing grain-oriented electrical steel sheets. 最終冷間圧延以降に、鋼板表面に、深さが板厚の2〜15%、幅が30〜300 μm 、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる溝を形成することを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。After the final cold rolling, on the surface of the steel sheet, a line or wire having a depth of 2 to 15% of the plate thickness, a width of 30 to 300 μm, an interval of 2 to 50 mm, and an angle with the rolling direction of 60 to 90 ° method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 7 to 11, characterized in that a groove connecting to Jo. 最終仕上げ焼鈍以降に、間隔が2〜50mm、圧延方向となす角度が60〜90°の線状または線状に連なる歪領域を形成することを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。Since final annealing, according to any of claims 7-11 the interval 2 to 50 mm, angle between the rolling direction and forming a strain region continuous with the 60 to 90 ° linear or linear Method for producing a grain-oriented electrical steel sheet. 最終仕上げ焼鈍後、表面の酸化物を除去し、地鉄表面を鏡面化したのち、張力被膜を形成することを特徴とする請求項7〜13のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 7 to 13 , wherein after the final finish annealing, the oxide on the surface is removed and the ground iron surface is mirror-finished, and then a tension coating is formed. . 鋼板表面にフォルステライトを形成させない、または形成を阻害する焼鈍分離剤を用いて最終仕上げ焼鈍を施すことを特徴とする請求項7〜14のいずれかに記載の方向性電磁鋼板の製造方法。The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 7 to 14 , wherein the final finish annealing is performed using an annealing separator that does not form forsterite on the steel sheet surface or inhibits the formation.
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