JP2016130360A - 無方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】mass%で、C:0.0050%以下、Si:1.5〜5.0%、Mn:0.20〜3.0%、sol.Al:0.0050%以下、P:0.2%以下、S:0.0050%以下およびN:0.0040%以下を含有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造する際、上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、CaO/(SiO2+Al2O3+CaO)で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO)で定義されるAl2O3の組成比率を0.3以上とし、上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とする。
【選択図】図1
Description
また、特許文献2には、wt%で、C≦0.008%、Si≦4%、Al≦2.5%、Mn≦1.5%、P≦0.2%、S≦0.005%、N≦0.003%を含有する熱延板中に存在する酸化物系介在物のMnO組成比率(MnO/(SiO2+Al2O3+CaO+MnO))を0.35以下に制御することで、圧延方向に伸びた介在物の数を減らし、結晶粒の成長性を向上する技術が提案されている。しかし、この技術は、Mn含有量が低い場合には、微細なMnS等の硫化物の析出によって、却って磁気特性、特に、鉄損特性が低下するという問題がある。
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率が0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
で定義されるAl2O3の組成比率が0.3以上である無方向性電磁鋼板である。
記
A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
B群;Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
C群;Mg:0.001〜0.05mass%およびREM:0.001〜0.05mass%のうちから選ばれる1種または2種
D群;Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
で定義されるAl2O3の組成比率を0.3以上とし、上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式;
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
で定義されるAl2O3の組成比率を0.3以上とし、上記熱延板焼鈍を900〜1150℃の温度で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法を提案する。
以上のことから、低Al鋼における熱間圧延での割れや破断を防止するためには、Mnの増加やCaの添加が有効であることが確認された。
次いで、上記スラブを、1100℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とし、酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、1000℃の温度で仕上焼鈍を施した。
また、仕上焼鈍板の圧延方向の断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、酸化物系介在物の成分組成を分析し、下記(1)式;
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率(mass%比率)、および、下記(2)式;
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
で定義されるAl2O3の組成比率(mass%比率)を求めた。
なお、上記CaOおよびAl2O3の組成比率(mass%比率)は、いずれも200個以上の酸化物系介在物についての平均値である。また、酸化系介在物中には、上記SiO2、Al2O3、CaO以外にMnOやMgO等が認められたが、少量であるため、組成比率の計算では考慮しなかった。
CaOの組成比率(CaO/(SiO2+Al2O3+CaO))が0.4未満かつAl2O3の組成比率(Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO))が0.3未満の酸化物系介在物は、融点が低いため、熱間圧延時に圧延方向に伸長する傾向がある。圧延方向に伸長した介在物は、熱延直後の自己焼鈍や、熱延板焼鈍、仕上焼鈍における粒成長を阻害して結晶粒径を小さくしたり、磁壁の移動を阻害したりするため、鉄損が劣化する。したがって、仕上焼鈍後の鋼板(製品板)の磁気特性を向上するためには、鋼中に存在する酸化物系介在物の成分組成を適正範囲に制御し、熱間圧延時に圧延方向に伸長するのを防止し、粒成長性を改善するのが有効であると考えられる。
本発明は、上記知見に基いて、開発したものである。
C:0.0050mass%以下
Cは、磁気時効を起こして鉄損を増加させる元素であり、特に、0.0050mass%を超えると、鉄損の増加が顕著となることから、0.0050mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
Siは、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。特に、本発明では、Siと同じ効果を有するAlを低減しているため、Siは1.5mass%以上添加する。しかし、Siが5.0mass%を超えると、磁束密度が低下するだけでなく、鋼が脆化し、冷間圧延中に亀裂を生じる等、製造性を大きく低下させる。よって、上限は5.0mass%とする。好ましくは1.6〜3.5mass%の範囲である。
Mnは、Sと結合してMnSを形成し、FeSによる熱間脆性を防止する効果を有する。また、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素でもある。そこで、本発明では、Mnを0.20mass%以上含有させる。一方、3.0mass%を超えると、磁束密度が低下するため、上限は3.0mass%とする。好ましくは、0.25〜1.0mass%の範囲である。
Pは、微量の添加で鋼の硬さを高める効果が大きい有用な元素であり、要求される硬さに応じて適宜添加する。しかし、Pの過剰な添加は、冷間圧延性の低下をもたらすので、上限は0.2mass%とする。好ましくは、0.040〜0.15mass%の範囲である。
Sは、硫化物となって析出物や介在物を形成し、製造性(熱間圧延性)や製品板の磁気特性を低下させるので、少ないほど好ましい。本発明では、MnやCaにより、上記Sの悪影響を抑制するので、上限は0.0050mass%まで許容されるが、磁気特性を重視する場合には0.0025mass%以下とするのが好ましい。なお、Sは少ないほど好ましいので、下限は特に規定しない。
Alは、Siと同様、鋼の電気抵抗を高めて鉄損を低減するのに有効な元素である。しかし、先述したように、スクラップを鋳物銑の原料としてリサイクルする観点から、Alは0.05mass%未満であることが望まれており、低いほど好ましい。
さらに、本発明では、集合組織を改善し、磁束密度を高めるため、Alをさらに低減し、sol.Al(酸可溶Al)で0.0050mass%以下に制限する。好ましくは、0.0020mass%以下である。
Nは、前述したCと同様、磁気特性を劣化させる元素であり、特に、低Al材では、上記悪影響は顕著となるので、0.0040mass%以下に制限する。好ましくは0.0030mass%以下である。なお、下限については、少ないほど好ましいので、特に規定しない。
A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
Caは、Mnと同様、鋼中のSを固定して低融点のFeSの生成を防止し、熱間圧延性を改善する効果があるが、本発明では、Mnを増量しているため、Caの添加は必須ではない。しかし、Caは、熱間圧延におけるヘゲの発生を抑止する効果があるので、0.0005mass%以上添加するのが好ましい。しかし、0.0100mass%を超える添加は、Ca硫化物やCa酸化物の量が増加して粒成長を阻害し、却って鉄損特性が劣化するため、上限は0.0100mass%とするのが好ましい。より好ましくは0.0010〜0.0050mass%の範囲である。
SnおよびSbは、いずれも、集合組織を改善し、磁気特性を向上する効果を有する。上記効果を得るには、単独または複合して、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。しかし、過剰に添加すると、鋼が脆化し、鋼板の製造過程で板破断やヘゲ等の表面欠陥を引き起こすため、上限はそれぞれ0.1mass%とするのが好ましい。より好ましくはそれぞれ0.02〜0.05mass%の範囲である。
MgおよびREMは、高温でMnSやCu2Sよりも安定な硫化物を生成して粗大化し、微細な硫化物が減少するため、粒成長性が改善されて、磁気特性を向上する効果を有する元素である。上記効果を得るためには、MgおよびREMのうちの1種以上を、それぞれ0.001mass%以上含有するのが好ましい。一方、MgおよびREMは0.05mass%を超えて添加しても、効果が飽和し、経済的に不利となるため、上限はそれぞれ0.05mass%とするのが好ましい。
Cu,NiおよびCrは、鋼板の比抵抗を高めて鉄損を低減させるのに有効な元素である。上記効果を得るためには、それぞれ0.01mass%以上添加するのが好ましい。一方、これらの元素は、SiやAlと比較して高価であるため、それぞれの添加量は0.5mass%以下とするのが好ましい。
本発明の無方向性電磁鋼板が、優れた磁気特性を有するためには、製品板(仕上焼鈍板)中、ひいては、その素材となる熱延板やスラブ中に存在する酸化物系介在物のCaOの組成比率(CaO/(SiO2+Al2O3+CaO))が0.4以上および/またはAl2O3の組成比率(Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO))が0.3以上であることが必要である。上記範囲を外れると、酸化物系介在物が熱間圧延により伸展し、熱延直後の自己焼鈍や、熱延板焼鈍、仕上焼鈍における粒成長性を阻害して、磁気特性を劣化させるからである。好ましくは、CaOの組成比率は0.5以上および/またはAl2O3の組成比率は0.4以上、より好ましくは、CaOの組成比率は0.6以上、または、Al2O3の組成比率は0.5以上である。なお、鋼板中に存在する酸化物系介在物のCaOの組成比率およびAl2O3の組成比率は、鋼板の圧延方向に平行な断面(L断面)に存在する酸化物系介在物をSEM(走査型電子顕微鏡)で200個以上観察し、それらの成分組成を分析したときの平均値から算出した値である。
介在物の成分組成を、上記範囲に制御するためには、二次精錬工程における脱酸剤としてのSi,Alの添加量や、Caの添加量、脱酸時間等を適正化し、スラブ中の酸化物系介在物を上記の適正範囲に制御することが必要である。
具体的には、Al2O3の組成比率を高めるためには、脱酸剤としてのAlの添加量を増加するのが有効である。ただし、Alの添加量を増加すると、sol.Alも増加するので、sol.Alが0.0050mass%以下となる範囲で、Alの添加量を増加する必要がある。一方、CaOの組成比率を高めるためには、CaSi等のCa源を添加することの他に、脱酸剤としてのSiの添加量を少なくし、SiO2を減少させることが有効である。
上記の方法で、鋼中に存在する酸化物系介在物の組成比率を上記範囲に制御することができる。なお、Alは窒化物形成元素であり、Caは硫化物形成元素であるため、脱酸剤として添加するAlやCa源の量は、NやSの含有量に応じて、適宜調整することが重要である。
本発明の無方向性電磁鋼板は、熱延板焼鈍を省略して製造する場合には、熱間圧延後のコイルの巻取温度を規制する必要があるが、熱延板焼鈍を施して製造する場合には、通常の無方向性電磁鋼板に適用されている製造設備および製造工程で製造することができる。 すなわち、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法は、まず、転炉あるいは電気炉などで溶製した鋼を脱ガス処理設備等で二次精錬し、所定の成分組成に調製した後、連続鋳造法または造塊−分塊圧延法により鋼素材(スラブ)とする。
ここで、本発明の製造方法において重要なことは、前述したように、鋼中に存在する酸化物系介在物の成分組成を適正範囲に制御する、すなわち、CaOの組成比率(CaO/(SiO2+Al2O3+CaO))を0.4以上、および/または、Al2O3の組成比率(Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO))を0.3以上に制御する必要があることである。その方法については、上述したとおりである。
続く熱間圧延の条件は、通常の条件で行えばよい。熱間圧延した鋼板の板厚は、生産性を確保する観点から、1.5〜2.8mmの範囲とするのが好ましい。1.5mm未満では、熱間圧延での圧延トラブルが増加し、一方、2.8mm超えでは冷延圧下率が高くなり過ぎて、集合組織が劣化するからである。より好ましい熱延板厚は1.7〜2.4mmの範囲である。
ここで、熱延板焼鈍を省略する場合には、熱間圧延後のコイルの巻取温度を650℃以上とすることが必要である。熱延板コイルの自己焼鈍が不十分で、冷間圧延前の鋼板が十分に再結晶していないと、リジングが発生したり、磁束密度が低下したりするためである。好ましくは、670℃以上である。
一方、熱延板焼鈍を行う場合には、熱延板焼鈍の均熱温度を900〜1150℃の範囲とするのが好ましい。均熱温度が900℃未満では、圧延組織が残存し、磁気特性の改善効果が十分に得られない。一方、1150℃を超えると、結晶粒が粗大化し、冷間圧延で割れが発生し易くなる他、経済的にも不利となるからである。
なお、熱延板焼鈍を行う場合でも、コイル巻取温度を650℃以上としてもよいことは勿論である。
次いで、上記スラブを1050〜1130℃の温度に再加熱した後、熱間圧延して板厚2.3mmの熱延板とした。この際、コイル巻取温度はすべて680℃とした。
次いで、上記熱延板を酸洗した後、冷間圧延して最終板厚0.50mmの冷延板とし、均熱温度1000℃で仕上焼鈍した後、絶縁被膜を被成し、無方向性電磁鋼板(製品板)とした。なお、上記表1に示した鋼Jは熱間圧延中に割れが生じ、鋼EおよびQは冷間圧延中に割れが生じたため、その後の工程は中止した。
また、上記製品板の圧延方向(L)および圧延直角方向(C)からエプスタイン試験片を切り出して、磁束密度B50(磁化力5000A/mにおける磁束密度)および鉄損W15/50(磁束密度1.5T、周波数50Hzで励磁したときの鉄損)をJIS C2552に準拠して測定した。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAl2O3の組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAl2O3の組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
また、仕上焼鈍板の圧延方向の断面(L断面)を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、酸化物系介在物の成分組成を分析し、下記(1)式;
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
で定義されるCaOの組成比率(mass%比率)、および、下記(2)式;
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
で定義されるAl2O3の組成比率(mass%比率)を求めた。
なお、上記CaOおよびAl2O3の組成比率(mass%比率)は、いずれも200個以上の酸化物系介在物についての平均値である。また、酸化物系介在物中には、上記SiO2、Al2O3、CaO以外にMnOやMgO等が認められたが、少量であるため、組成比率の計算では考慮しなかった。
次いで、上記のようにして得た製品板について、実施例1と同様にして、CaOの組成比率およびAl2O3の組成比率を算出するとともに、磁束密度B50および鉄損W10/15を測定した。
Claims (4)
- C:0.0050mass%以下、Si:1.5〜5.0mass%、Mn:0.20〜3.0mass%、sol.Al:0.0050mass%以下、P:0.2mass%以下、S:0.0050mass%以下およびN:0.0040mass%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼板中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率が0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAl2O3の組成比率が0.3以上である無方向性電磁鋼板。
記
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2) - 上記成分組成に加えてさらに、下記A〜D群のうちの少なくとも1群の成分を含有することを特徴とする請求項1に記載の無方向性電磁鋼板。
記
A群;Ca:0.0005〜0.0100mass%
B群;Sn:0.01〜0.1mass%およびSb:0.01〜0.1mass%のうちから選ばれる1種または2種
C群;Mg:0.001〜0.05mass%およびREM:0.001〜0.05mass%のうちから選ばれる1種または2種
D群;Cu:0.01〜0.5mass%、Ni:0.01〜0.5mass%およびCr:0.01〜0.5mass%のうちから選ばれる1種または2種以上 - 請求項1または2に記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とした後、上記熱延板に熱延板焼鈍を施すことなく冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAl2O3の組成比率を0.3以上とし、
上記熱間圧延におけるコイル巻取温度を650℃以上とすることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。 - 請求項1または2に記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延して熱延板とし、熱延板焼鈍を施した後、冷間圧延し、仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法において、
上記スラブ中に存在する酸化物系介在物における、下記(1)式で定義されるCaOの組成比率を0.4以上、および/または、下記(2)式で定義されるAl2O3の組成比率を0.3以上とし、
上記熱延板焼鈍を900〜1150℃の温度で行うことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
記
CaO/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(1)
Al2O3/(SiO2+Al2O3+CaO) ・・・(2)
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