JP6057108B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
一方、鋼板を脱炭反応が進行する高温まで急速加熱することは、低温での脱炭を阻害するとともに、鋼板表層にシリカとファイアライトからなる緻密な酸化層が形成するのを妨げることとなり、その結果、仕上焼鈍におけるフォルステライト被膜の形成が不安定となる。
そこで、発明者らは、以下に説明する種々実験を重ねた結果、Goss方位が十分に形成される温度まで急速加熱した後に、加熱速度を落として脱炭焼鈍の均熱温度まで加熱することで、脱炭性の確保と、健全なフォルステライト被膜に必要な酸化層の形成を同時に両立させることが可能であることを見出した。
まず、発明者らは、脱炭焼鈍の加熱過程を急速加熱することによって、良好な鉄損特性が得られる条件について検討するため、以下の実験を行った。
C:0.04mass%、Si:3.2mass%、Mn:0.05mass%、Al:0.006mass%、N:0.0035mass%、S:0.0010mass%、およびSe:0.0010mass%を含有する鋼素材(スラブ)を熱間圧延して板厚2.2mmの熱延板とし、1030℃×60秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して最終板厚0.27mmの冷延板とし、この冷延板から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を多数切り出した。
次いで、上記試験片を酸素ポテンシャルPH2O/PH2=0.30の湿水素雰囲気中で、室温から650〜770℃間の種々の温度T1まで、加熱速度R1を種々に変化して加熱した後、上記温度T1から850℃の均熱温度T2までの加熱速度を10℃/sとして加熱し、その後、同一雰囲気中で850℃×120秒の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍後の試験片表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布した後、840℃で30時間保持して二次再結晶を起こさせる仕上焼鈍を施した。
斯くして得た仕上焼鈍後の試験片について、JIS C2550に準拠して磁束密度1.7T、励磁周波数50Hzにおける鉄損W17/50を測定した。
次に、加熱途中で加熱速度を低減させた場合の脱炭性とフォルステライト被膜の耐剥離性のバランスについて検討するため、以下の実験を行った。
実験1で得た板厚0.27mmの試験片を用いて、酸素ポテンシャルPH2O/PH2=0.28の湿水素雰囲気中で、500℃から加熱速度R1を200℃/sとして種々の温度T1(ただし、700℃<T1<850℃)まで加熱した後、該温度T1から850℃の均熱温度T2までを種々の加熱速度R2で加熱し、その後、同一雰囲気中で850℃×120秒の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍を同一条件で施した試験片のうちの1枚については、燃焼−赤外線吸収法を用いて脱炭焼鈍後の鋼板中の炭素濃度を同定し、それ以外の試験片については、脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布した後、840℃で30時間保持し二次再結晶を起こさせる仕上焼鈍を施した。
斯くして得た仕上焼鈍後の試験片について、JIS C2550に準拠して磁束密度1.7T、励磁周波数50Hzにおける鉄損W17/50を測定するとともに、フォルステライト被膜の耐剥離性を評価するための試験に供した。この耐剥離性試験では、耐剥離性を、10〜100mmφまでの10mm単位で直径が異なる複数の円柱状の棒に、30mm幅に剪断した試験片を長手方向に巻き付けたときに、被膜剥離が生じなかった最小の直径(剥離径)で評価した。ここで、被膜剥離の発生は、被膜が剥がれ落ちたり、被膜破壊によって白色の筋が試験片表面に発生したりしたときとした。なお、脱炭性は、脱炭焼鈍後のC濃度が0.0030mass%(30massppm)以下を良好、耐剥離性は、剥離径が30mmφ以下を良好と評価した。
C:0.045mass%、Si:3.3mass%、Mn:0.1mass%、Al:0.0050mass%、N:0.0030mass%、S:0.0005mass%およびSe:0.0005mass%を含有するスラブを、熱間圧延して板厚2.2mmの熱延板とし、1100℃×60秒の熱延板焼鈍を施し、冷間圧延して最終板厚0.27mmの冷延板とし、この冷延板から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を多数切り出した。
次いで、上記試験片を、種々の酸素ポテンシャルPH2O/PH2に調整した湿水素雰囲気中で、500℃から温度T1(=720℃)までを加熱速度R1(=180℃/s)で加熱した後、上記温度T1から850℃の均熱温度T2までの加熱速度を10℃/sとして加熱し、その後、PH2O/PH2=0.39に調整した湿水素雰囲気中で850℃×120秒の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍を同一条件で施した試験片のうちの1枚については、燃焼−赤外線吸収法を用いて脱炭焼鈍後の鋼板中の炭素濃度を同定し、それ以外の試験片については、脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布した後、840℃で30時間保持し二次再結晶を起こさせる仕上焼鈍を施した。
斯くして得た仕上焼鈍後の試験片について、実験2と同様にしてフォルステライト被膜の耐剥離性を評価した。
脱炭焼鈍の加熱過程における雰囲気の酸化性を低くした場合には、加熱過程で形成される初期酸化層の形成が遅れるため、脱炭焼鈍の高温均熱段階での鋼板の地鉄と酸化性雰囲気の反応が進行しやすくなり脱炭焼鈍後の酸素目付量が増大する。一方、加熱過程の酸化性を高くした場合には、加熱途中に緻密な酸化層が形成されるが、この緻密な酸化層は脱炭を阻害するため、脱炭焼鈍の均熱温度に達してからの地鉄の酸化は抑制されて、脱炭焼鈍後の酸素目付量は減少する。
C:0.04mass%、Si:3.3mass%、Mn:0.08mass%、Al:0.045mass%、N:0.0025mass%、S:0.0010mass%およびSe:0.0015mass%を含有するスラブを熱間圧延して板厚2.2mmの熱延板とし、1040℃×60秒の熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延して最終板厚0.27mmの冷延板とし、この冷延板から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を多数切り出した。
次いで、上記試験片を、種々の酸素ポテンシャルPH2O/PH2に調整した湿水素雰囲気中で、500℃から温度T1(=710℃)までを加熱速度R1(=200℃/s)で加熱した後、上記温度T1から850℃の均熱温度T2までの加熱速度を8℃/sとして加熱し、その後、PH2O/PH2=0.29に調整した湿水素雰囲気中で850℃×120秒の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍後の試験片から、各条件につき1枚を抜き出し、上記の方法で脱炭焼鈍後の炭素濃度を同定した。また、同じ試験片を用いて、融解−赤外線吸収法により脱炭焼鈍後の鋼板の酸素濃度を同定し、全酸素が鋼板両面の表層にそれぞれ均等に分布しているものと仮定して、片面あたりの酸素目付け量を算出した。
一方、残された試験片については、脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布した後、840℃で30時間保持し二次再結晶を起こさせる仕上焼鈍を施した。
斯くして得た仕上焼鈍後の試験片について、実験1と同様にして鉄損W17/50を測定するとともに、実験2と同様にしてフォルステライト被膜の耐剥離性を評価した。なお、上記鉄損値は、1条件当たり10枚測定し、その平均値を求めた。
本発明は上記の新規な知見に基づくものである。
C:0.002〜0.10mass%
Cは、Goss方位結晶粒の発生に有用な成分であり、かかる作用を有効に発現させるためには、0.002mass%以上の含有を必要とする。一方、0.10mass%を超えると、脱炭焼鈍で脱炭不良を起こし、製品板が磁気時効を起こす原因となる。よって、Cは0.002〜0.10mass%の範囲とする。好ましくは0.01〜0.08mass%の範囲である。
Siは、鋼の比抵抗を高め、鉄損を低減させるのに必要な元素であるが、2.5mass%未満では上記効果が十分ではなく、一方、6.0mass%を超えると鋼の加工性が劣化し、圧延することが困難となる。よってSiは2.5〜6.0mass%の範囲とする。好ましくは2.9〜5.0mass%の範囲である。
Mnは、熱間加工性を改善するために必要な元素であるが、0.01mass%未満では、上記効果は十分に得られず、一方、0.8mass%を超えると、二次再結晶後の磁束密度が低下するようになる。よって、Mnは0.01〜0.8mass%の範囲とする。好ましくは0.05〜0.5mass%の範囲である。
また、上記AlとNの質量比Al/Nは、1.4以上とする必要がある。Al/Nが1.4未満であると、Alに対するNが過剰となるために、フリーな窒素が鋼中の微量な不純物と窒化物を形成し、二次再結晶におけるインヒビター効果を強めて、Goss方位の優先成長性を阻害するおそれがあるからである。好ましいAl/Nは2以上である。
本発明に用いる鋼素材(スラブ)は、上記成分組成を有する鋼を公知の精錬プロセスで溶製した後、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法で、連続鋳造法で製造するのが好ましい。また、100mm以下の厚さの薄鋳片を、直接鋳造法で製造してもよい。
この脱炭焼鈍の均熱温度T2は、脱炭性を確保する観点から820〜900℃の範囲とすることが好ましい。
なお、急速加熱する方法については、上記の加熱速度が得られれば、特に制限はないが、例えば、誘導加熱による方法や、鋼板に電流を流して加熱する通電加熱による方法などが制御性の観点からは好ましい。
次いで、上記冷延コイルを種々の加熱条件で840℃まで加熱し、PH2O/PH2=0.28の湿水素雰囲気中で840℃×130秒の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。この際、脱炭焼鈍後の鋼板からサンプルを採取し、燃焼−赤外線吸収法により、脱炭焼鈍後の炭素濃度を同定するとともに、融解−赤外線吸収法により、脱炭焼鈍後の片面あたりの酸素目付量を同定した。
次いで、上記脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、840℃で30時間保持して、二次再結晶を完了させる仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の各コイルの長手方向先端、中間および尾端から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を、板幅方向に向かって各10枚ずつ切り出し、JIS C2550に準じて磁束密度1.7T、励磁周波数50Hzにおける鉄損W17/50を測定するとともに、試験片を直径の異なる種々の丸棒に長手方向に巻き付け、鋼板表層のフォルステライト被膜に剥離が発生しない最大径(剥離径)を測定し、耐剥離性を評価した。
次いで、上記冷延コイルをPH2O/PH2=0.29の湿水素雰囲気中で500℃から温度T1(=710℃)までの加熱速度を150℃/sとして加熱し、710℃から均熱温度T2(=840℃)までを10℃/sで加熱した。その後、PH2O/PH2=0.30の湿水素雰囲気中で、840℃×100秒間の均熱処理する脱炭焼鈍を施し、さらに、温度および雰囲気の酸素ポテンシャルを、表2に示したように種々に変えた還元焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、850℃で30時間保持して、二次再結晶を完了させる仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の各コイルの長手方向先端、中間および尾端から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を、板幅方向に向かって各10枚ずつ切り出し、JIS C2550に準じて磁束密度1.7T、励磁周波数50Hzにおける鉄損W17/50を測定するとともに、試験片を直径の異なる種々の丸棒に長手方向に巻き付け、鋼板表層のフォルステライト被膜に剥離が発生しない最大径(剥離径)を測定し、耐剥離性を評価した。
次いで、上記冷延コイルをPH2O/PH2=0.27の湿水素雰囲気中で500℃から温度T1(=710℃)までの加熱速度を180℃/sとして加熱し、710℃から温度T2(=850℃)までを10℃/sで加熱し、その後、PH2O/PH2=0.28の湿水素雰囲気中で、850℃×120秒間の均熱処理する脱炭焼鈍を施した。
次いで、上記脱炭焼鈍後の鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、840℃で30時間保持して、二次再結晶を完了させる仕上焼鈍を施した。
次いで、上記仕上焼鈍後の各コイルの長手方向先端、中間および尾端から、圧延方向を長さ方向とする、幅100mm×長さ300mmの試験片を、板幅方向に向かって各10枚ずつ切り出し、JIS C2550に準じて磁束密度1.7T、励磁周波数50Hzにおける鉄損W17/50を測定し、全試験片の平均値を求めた。
Claims (6)
- C:0.002〜0.10mass%、Si:2.5〜6.0mass%、Mn:0.010〜0.8mass%を含有し、かつ、Al:0.010mass%未満、N:0.0050mass%未満、Se:0.0030mass%未満およびS:0.0050mass%未満を含有し、上記AlとNの質量比Al/Nが1.4以上であり、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有するスラブを熱間圧延し、熱延板焼鈍し、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延し、脱炭焼鈍して鋼板表面にサブスケールを形成した後、該鋼板表面にMgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布し、仕上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、
上記脱炭焼鈍の加熱過程における700〜780℃間のいずれかの温度をT1、820〜900℃間のいずれかの温度に設定された均熱温度をT2としたとき、500〜T1間の加熱速度R1を100℃/s以上200℃/s以下、T1〜T2間の加熱速度R2を15℃/s以下として加熱することによって、曲げ剥離径を30mm以下とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。 - 上記脱炭焼鈍における均熱温度T2に至るまでの雰囲気の酸素ポテンシャルPH2O/PH2を0.20〜0.55の範囲とすることを特徴とする請求項1に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記脱炭焼鈍の均熱温度T2に到達してから800℃以下に冷却されるまでの間に、均熱温度T2以上900℃以下でかつ雰囲気の酸素ポテンシャルPH2O/PH2が0.10以下である時間を5秒以上設けることを特徴とする請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記脱炭焼鈍後の鋼板表面の酸素目付量を片面あたり0.30〜0.75g/m2とすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記スラブは、上記成分組成に加えてさらに、Cr:0.01〜0.50mass%、Cu:0.01〜0.50mass%、P:0.005〜0.50mass%、Ni:0.01〜1.50mass%、Sb:0.005〜0.50mass%、Sn:0.005〜0.50mass%、Mo:0.005〜0.100mass%、B:0.0002〜0.0025mass%、Nb:0.0010〜0.0100mass%およびV:0.001〜0.01mass%のうちから選ばれる1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
- 上記冷間圧延以降のいずれかの工程において、鋼板表面に磁区細分化処理を施すことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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