(57)【要約】本発明は、優れた設計及び磁気特性を有する高透磁率方向性電磁鋼材の製造方法を提供するものである。厚さ約１．５〜約４．０ｍｍのホットバンド材は、珪素約２．５〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０２〜約０．０８％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、イオウ約０．１％と、セレン約０．１４％と、マンガン約０．０３〜約０．１５％と、錫約０．０２％と、銅約１％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有するものであり、全て重量パーセントである。このバンド材は、少なくとも約４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率と、少なくとも２０％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）とを有し、このストリップ材は熱処理されたバンド材の少なくとも片面の全厚の少なくとも約２％の厚さの同一構造層の厚さを有するものである。このバンド材は、少なくとも毎秒３０℃の割合で８７５〜９５０℃から４００℃以下の温度まで冷間圧延される前に焼鈍された後、急冷される。このバンド材は、１以上の工程で少なくとも８０％の最終冷圧下率により冷延圧下され、焼鈍され、脱炭され、そして少なくとも片面が焼鈍分離剤で被覆される。最終焼鈍は、安定した２次粒成長と、少なくとも１８４０の７９６Ａ／ｍで測定される透磁率とを与える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
高透磁率方向性電磁鋼材を製造する方法であって、前記製造方法は：
厚さ約１．５〜約４ｍｍのバンド材を提供する工程を有し、
前記バンド材の組成は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム０．２５以上〜約１．２％と、炭素約０．０１〜約０．０８％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素と間の必要なバランスとを有するものであり、
、
また、前記バンド材は、少なくとも約４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率、及び少なくとも約２０％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）を有するものであり、
さらに、
前記熱間圧延されたバンド材を焼鈍（アニール）し、熱処理されたバンド材全厚の少なくとも約２％の厚さの同一構造層の厚さを提供する工程と、
前記バンド材を１以上の段階で冷間圧延して冷間圧延されたストリップ材を提供する工程であって、前記冷間圧延は少なくとも８０％の冷圧下率を最終的に提供するものである、工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材を焼鈍する工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材に十分に脱炭焼鈍を施してマグネティックエージングを防止する工程と、
前記焼鈍が施されたストリップ材の少なくとも１表面を焼鈍分離コーティングで被覆する工程と、
前記被覆されたストリップ材に最終焼鈍を施して２次粒成長に影響を与え、これにより少なくとも１８４０の７９６Ａ／ｍで測定される透磁性を提供する工程と、
を有する前記高透磁率電磁鋼材を製造する方法。
【請求項２】
請求項１記載の前記方法において、前記構成は、イオウ約０．１％と、セレン約０．１４％と、マグネシウム約０．０３〜約０．１５％と、錫約０．２％と、銅約１％と、を有するものである。
【請求項３】
請求項１記載の前記方法において、前記同一構造層は、少なくとも約４％の厚さを少なくとも前記ストリップ材の１面に有するものである。
【請求項４】
請求項１記載の前記方法において、前記オーステナイト体積は、約２０〜約４０％である。
【請求項５】
請求項１記載の前記方法において、前記オーステナイト体積は約２５〜約３５％である。
【請求項６】
請求項１記載の前記方法において、前記冷間圧延は１段階で施され、前記最終冷延圧下は少なくとも約８５％の冷圧下率を最終的に提供するものである。
【請求項７】
請求項１記載の前記方法において、前記最終厚にするための前記冷間圧延前のストリップ材の微細構造は、１重量％以上のマルテンサイト及び／又は残留オーステナイトを有するフェライトマトリックスを有し、前記最終厚にするための前記冷間圧延前のストリップ材は少なくとも０．０２０％の炭素含有量を有するものである。
【請求項８】
請求項１記載の前記方法において、前記体積抵抗率は少なくとも約５０μΩ−ｃｍである。
【請求項９】
請求項１記載の前記方法において、前記炭素は約０．０３％〜約０．０６％である。
【請求項１０】
請求項１記載の前記方法において、前記クロムは０．２５％以上〜約０．７５％である。
【請求項１１】
請求項１記載の前記方法において、前記クロムは０．３％以上〜約０．５％である。
【請求項１２】
請求項１記載の前記方法において、前記珪素は約２．７５％〜約３．７５％である。
【請求項１３】
請求項１記載の前記方法において、前記珪素は約３．０％〜約３．５％である。
【請求項１４】
請求項１記載の前記方法において、前記アルミニウムは０．０２％〜約０．０３％である。
【請求項１５】
請求項１記載の前記方法において、前記マグネシウムは約０．０５％〜約０．０９％である。
【請求項１６】
請求項１記載の前記方法において、前記錫は約０．０５％〜約０．１％である。
【請求項１７】
請求項１記載の前記方法において、前記イオウは及び／又はセレンは約０．０２％〜約０．０３％である。
【請求項１８】
請求項１記載の前記方法において、前記銅は約０．０５％〜約０．１５％である。
【請求項１９】
請求項１記載の前記方法において、前記炭素は約０．００３％以下のレベルまで脱炭されるものである。
【請求項２０】
請求項１記載の前記方法において、前記脱炭焼鈍後の前記焼鈍は、毎秒約１００℃以上の割合の急加熱を含むものである。
【請求項２１】
高透磁率方向性電磁鋼材を初期焼鈍する方法であって、前記方法は：
珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０１〜約０．０８％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、窒素約０．００３〜約０．０１３％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有する方向性電磁鋼材を提供する工程と、
前記バンド材を約１１５０℃以上の温度まで加熱する工程と、
ソークを少なくとも１秒間、約１１５０℃以上のピーク温度で提供する工程と、
前記バンド材を前記ソーク温度から、約１０００℃以下〜約８７０℃の温度に低速冷却する工程と、
前記バンド材を毎秒３０℃の割合で、開始冷却温度の前記最終低速冷却温度から４００℃以下の温度まで急冷してマルテンサイトの焼き戻しを防止する工程であって、前記急冷開始温度はクロム含有量に基づいて選択されるものである、工程と、
を有する前記方法。
【請求項２２】
請求項２１記載の方法において、前記バンド材は毎秒２０℃以上の割合で４００℃〜１００℃以下まで冷却されるものである。
【請求項２３】
請求項２１記載の方法において、前記バンド材は毎秒４０℃以上の割合で、前記開始急冷温度の前記最終低速冷却温度から４００℃以下の温度まで冷却されるものである。
【請求項２４】
高透磁率方向性電磁鋼材を製造する方法であって、前記方法は、
厚さ約１．５〜約４ｍｍのバンド材を提供する工程を有し、
前記バンド材の組成は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０１〜０．０３％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有するものであり、
また、前記バンドは、少なくとも約４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率、及び少なくとも２０％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）を有するものであり、
さらに、
前記熱処理されたバンド材を焼鈍し、前記熱処理されたバンド材の全厚の少なくとも２％の厚さの同一構造層の厚さを提供する工程と、
前記バンド材を１以上の段階で冷間圧延して冷間圧延されたストリップ材を提供する工程であって、前記冷間圧延は少なくとも８０％の冷圧下率を最終的に提供するものである、工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材を焼鈍する工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材を十分に脱炭し、マグネティックエージングを防止する工程と、
前記脱炭されたストリップ材を窒化させる工程と、
前記焼鈍されたストリップ材の少なくとも１面を焼鈍分離コーティングで被覆する工程と、
前記被覆されたストリップ材を最終焼鈍して２次粒成長に影響を与え、これにより少なくとも１８４０の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率を提供する工程と、
を有する前記方法。
【請求項２５】
請求項２４記載の前記方法において、前記クロム含有量は０．２５％以上〜約１．２％である。
【請求項２６】
請求項２４記載の前記方法において、前記クロムは０．３０％以上〜約１．２％である。
【請求項２７】
高透磁率方向性電磁鋼材を製造する方法であって、前記方法は、
厚さ約１．５〜約４ｍｍのバンド材を提供する工程を有し、
前記バンド材の組成は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０２〜０．０４５％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有するものであり、
また、前記バンド材は、少なくとも約４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率、及び少なくとも２０％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）を有するものであり、
さらに、
前記熱処理されたバンド材を焼鈍し、前記熱処理されたバンド材の全厚の少なくとも２％の厚さの同一構造層の厚さを提供する工程と、
前記バンド材を１以上の段階で冷間圧延して冷間圧延されたストリップ材を提供する工程であって、前記冷間圧延は少なくとも８０％の冷圧下率を最終的に提供するものである、工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材を焼鈍する工程と、
前記冷延圧下されたストリップ材を十分に脱炭し、マグネティックエージングを防止する工程と、
前記脱炭されたストリップ材を窒化させる工程と、
前記焼鈍されたストリップ材の少なくとも１面を焼鈍分離コーティングで被覆する工程と、
前記被覆されたストリップ材を最終焼鈍して２次粒成長に影響を与え、これにより少なくとも１８８０の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率を提供する工程と、
を有する前記方法。
【請求項２８】
請求項２７記載の前記方法において、前記クロムは０．２５％以上〜約１．２％である。
【請求項２９】
請求項２７記載の前記方法において、前記クロムは０．３０％以上〜約１．２％である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理されたストリップ材、又はバンド材から高透磁率方向性電磁鋼材を製造する方法に関し、この鋼材は珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素を少なくとも約０．０１％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％とを有するものである。前記鋼材のストリップ材は、典型的に、少なくとも４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率と、少なくとも約２０％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）と、最終冷間圧延前、少なくとも１面にストリップ材の全厚の少なくとも約２％の同一構造層の厚さとを有するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁鋼材は大きく２種類に特徴付けられる。無方向性電磁鋼材は、均一の磁気特性が全方向に亘って与えられるように設計されるものである。これらの鋼材は、鉄、珪素及びアルミニウムを有することで鋼板に高い体積抵抗率が与えられ、これによりコア損失が低減されるものである。また、無方向性電磁鋼材は、マグネシウム、リン及び当該技術分野で公知の他の要素を含み、より高い体積抵抗率が与えられ、磁気化の最中に生じるコア損失を低減させるようになっている。
【０００３】
方向性電磁鋼材は、選択的な結晶粒方位の発達によって得られる高い方向性の磁気特性で、高い体積抵抗率が与えられるように設計されるものである。これらの鋼材は、使用した粒成長インヒビターと、用いた処理手順と、達成された結晶粒方位の特性（７９６Ａ／ｍで測定される透磁率）とによって区別される。標準（若しくは従来）の方向性電磁鋼材が少なくとも１７８０の透磁率を有しているのに対し、高透磁率方向性電磁鋼材は少なくとも約１８４０（典型的には１８８０以上）の透磁率を有する。通常、商業的に生産された方向性電磁鋼材の体積抵抗率は４５〜５５μΩ−ｃｍの範囲内であって、これは製鋼方法に付随する鉄や他の不純物と共に珪素２．９５％〜３．４５％を添加することによって与えられる。特に重要な処理工程として、溶融、スラブ若しくはストリップ材キャスティング、スラブ再加熱、熱間圧延、焼鈍及び冷間圧延が含まれる。
【０００４】
方向性電磁鋼材において所望の磁気特性を達成するため、キューブオンエッジ（ｃｕｂｅ−ｏｎ−ｅｄｇｅ）の結晶粒方位が、鋼材の最終高温焼鈍であって先行技術では一般に２次粒成長として引用される処理により発達させられる。２次粒成長とは、微小なキューブオンエッジの方向性が優先的に成長し、他の方向性を有する結晶粒を取り込むプロセスである。活発な２次粒成長は、主に２つのファクタに依存するものである。１つ目は、結晶粒構造及び鋼材の結晶テクスチャ（特に鋼材面の表層及び表面近くの層）が、２次粒成長に適切な条件を与えることである。２つ目は、初期の粒成長を抑制することができるアルミニウム窒化物、マンガン硫化物、セレン化マンガン等の粒成長インヒビターの分散を与え、２次粒成長が完了するまで初期粒成長を抑制することである。
【０００５】
鋼材の構成や処理は、粒成長インヒビター、微細構造及び結晶テクスチャの形態に影響を与える。高透磁率方向性電磁鋼材を生産するための典型的な方法は、析出アルミニウム窒化物若しくはマンガン硫化物と結合した析出アルミニウム窒化物、及び／又はセレン化マンガンに依存して、初期粒成長を抑制させるものである。銅等の他の析出物が、アルミニウム窒化物との結合に含まれてもよい。熱処理されたバンド材の鋼面表層及び表面近くの層の特性は、高透磁率電磁鋼材の開発に重要である。炭素が消耗し、実質的にオーステナイト及びその分解生成物が存在しないこの表面域が、実質的な単相又は同一構造のフェライト微細構造を与えるものであり、先行技術では表面脱炭層として引用されている。或いは、シヤーバンド材（ｓｈｅａｒ  ｂａｎｄ）等のように、同一構造の表層と多様な形態（フェライト相とオーステナイト相との混合相又はその分解生成物）の内層との間の境目として定義されている場合もある。活発な成長を維持し、高次のキューブオンエッジ結晶粒方位を提供する可能性が高いキューブオンエッジ２次粒子核は、同一構造層内、或いは同一構造の表層と多様な形態の内層との間の境目近傍に含まれる。
【０００６】
コア損失がより少ない方向性電磁鋼材の開発においては、高い体積抵抗率の鋼材が求められていた。通常、より高い珪素レベルが使用されており、これはオーステナイト相とフェライト相の間に、適切な比率、若しくは相平衡を維持するため、高レベルのオーステナイト生成元素を必要とするものである。炭素は、オーステナイトのレベルを増加させるための最も一般的な添加物である。
【０００７】
高透磁率方向性鋼板の製造に高レベルの珪素及び炭素を使用することは、多くの製造上の問題を引き起こし、困難性と製造コストを共に増加させた。より高レベルの珪素や炭素は、固化、スラブ若しくはストリップ材キャスティング、スラブ若しくはストリップ材再加熱及び／又は熱間圧延などの高温処理中に起こりうる不具合の発生に重要な影響力を有する固相温度を低下させる。より高レベルの珪素と、より少ない炭素の使用は、物質の柔軟性を低下させ、かつ脆弱性を増加させて、鋼材の処理をより困難かつコスト高にするものである。高レベルの珪素と、より少ない炭素は、低安定性の２次粒成長の一因となる。珪素レベルが増加すると、窒素の熱活動が増加し、アルミニウム窒化物の粒成長インヒビターの溶解度積が低減する。その後、高溶解温度が必要となり、ホットバンド材焼鈍等の処理の生産性が低下してコスト高となる。より高レベルの炭素、及び珪素は、炭素除去に要する時間を増加させ、脱炭焼鈍をより困難かつコスト高にさせる。
【０００８】
上記事情に鑑みて、高い体積抵抗率及び改良された処理特性を有する高透磁率方向性電磁鋼材の製造向けに、改良された方法が必要となる。本発明の方法においては、珪素、クロム及び炭素の適切な比率が、活発かつ安定的な２次粒成長と高い磁気特性のために提供される。また、本発明の方法は、脱炭処理を向上させるものである。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
高透磁率方向性電磁鋼材は、クロムを有する珪素鋼から製造される。粒成長インヒビターは、主にアルミニウム窒化物、又は１以上のマグネシウム硫化物／セレン化物若しくは他のインヒビターと組合されたアルミニウム窒化物である。鋼材は高い磁気特性を有し、７９６Ａ／ｍで測定された少なくとも１８４０の透磁性を有するものである。この鋼材は、特に炭素除去に要する時間が著しく減少した脱炭焼鈍において、向上した設計性や生産性を有するものである。
【００１０】
熱処理されたバンド材は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０１％以上と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとからなる構成を有するものが提供される。なお、全て重量パーセントである。添加物は、イオウ約０．１％と、セレン約０．１４％と、マンガン約０．０３〜約０．４５％と、錫約０．２％と、銅約１％とを含んで作られてもよい。また、他の添加物は、モリブデン約０．２％と、アンチモン約０．２％と、ホウ素約０．０２％と、ニッケル約１％と、ビスマス約０．２％と、リン約０．２％と、ヒ素約０．１％と、バナジウム約．３％とを含んで作られてもよい。任意の好ましい又はより好ましい範囲が、単独で又は広い若しくは好ましい範囲との組合せで使用することができる。
【００１１】
鋼材は、少なくとも４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率と、少なくとも約０．０１％の炭素とを有し、これにより熱処理がされるに従って少なくとも約２０％のオーステナイト体積分率が与えられ、少なくとも鋼材の１面は熱処理された鋼材の全厚の少なくとも約２％の同一構造層を有する。鋼材は、ストリップ材が脱炭された後、最終厚になるまで、少なくとも１回の冷延圧下を使用して処理される。脱炭された鋼材は、少なくとも片面が焼鈍分離コーティングで被覆され、その後、２次粒成長が達成され、フォルステライトコーティングを展開して鋼材を精製するために高温で焼鈍される。
【００１２】
クロムの添加は、窒素の熱活動を低下させ、粒成長インヒビターを形成するために使用されるアルミニウム窒化物の溶解度積を低減させる。従って、本発明の鋼材では、熱間圧延の間及び後、アルミニウム窒化物の早期析出が少ない傾向にある。更に、より低い焼鈍温度及び／又はより短い焼鈍時間が使用されてもよいが、冷間圧延前と同量のアルミニウム窒化物が提供される。これは、エネルギー使用の減少と焼鈍の生産性の向上によって製造コストを低減するための利点である。
【００１３】
熱処理されたバンド材は少なくとも２０％のオーステナイト体積分率を有しており、最終厚にするための冷間圧延前、急冷されて主要なオーステナイト分解生成物としてのパーライトが形成されることを防止する。本発明におけるクロムを含有する鋼材は、マルテンサイト及び／又は残留オーステナイトに変化する傾向が低い。急激な急冷は、オーステナイトが、所望のキューブオンエッジ結晶粒方位や磁気特性の最適な発達に必要とされる残留オーステナイト及び／又はマルテンサイト等の硬質な第２相（ａ  ｈａｒｄ  ｓｅｃｏｎｄ  ｐｈａｓｅ）に変化することを確実にするために必要とされる。クロム約０．６０％は、好ましい開始急冷温度を上昇させる。
【００１４】
本発明の鋼材は、最終製品の磁気特性に妥協をすることなく、これら上記範囲における改良を実現するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、高い体積抵抗率と、特に本発明の方法による生産性の著しい向上を可能にさせる脱炭焼鈍での向上した処理特性とを備える高透磁率（１８４０以上）を有する方向性電磁鋼材の製造方法を提供するものである。本発明の方法により製造された高透磁率電磁鋼材は、クロムの添加が窒素の熱活動を低下させ、粒成長インヒビターの形成に使用されるアルミニウム窒化物の溶解度積を減少させるという点において、先行技術の方法に対して更なる利点を提供するものである。本発明の鋼材では、熱間圧延の最中及び後、早期にアルミニウム窒化物が析出される傾向が低く、改良されたコントロールが提供される。より低い焼鈍温度及び／又はより短い焼鈍時間が使用されてもよいが、製造コストが焼鈍におけるエネルギー使用の低減や生産性の向上から恩恵を受けるので、この有益性に見合う量の窒化アルミニウムが冷間圧延に先立って提供される。
【００１６】
本発明は、高透磁率方向性電磁鋼材が厚さ約１．５〜約４ｍｍの熱処理されたバンド材から製造される処理を教示するものである。このバンド材は、圧延前、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０１％以上と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとからなる構成を有する。なお、全て重量パーセントである。添加物が、珪素約０．１％と、セレン約０．１４％と、マンガン約０．０３〜約０．４５％と、錫約０．２％と、銅約１％とを含んで作られてもよい。また、他の添加物が、モリブデン約０．２％と、アンチモン約０．２％と、ホウ素約０．０２％と、ニッケル約１％と、ビスマス約０．２％と、リン約０．２％と、砒素約０．１％と、バナジウム約０．３％とを含んで作られてもよい。任意の好ましい範囲は、単一で、又は広い若しくは好ましい範囲との組合せで、使用することができる。上記及び本明細書の全体にわたる全パーセントは重量％であって、記載がない場合は冷間圧延前の定められている値である。
【００１７】
好ましい構成は、珪素２．７５〜３．７５％と、クロム０．２５以上〜約０．７５％と、炭素約０．０３〜約０．０６％と、アルミニウム約０．０２〜約０．０３と、窒素約０．００５〜約０．０１％と、マンガン約０．０５〜約０．１５％と、錫約０．０５〜約０．１％と、イオウ及び／又はセレン約０．０２〜約０．０３％と、銅約０．０５〜約０．２５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有するものである。任意の好ましい範囲は、単一で、又は広い若しくは好ましい範囲との組合せで、使用することができる。より好ましい構成は、Ｓｉを３．０〜３．５％含むものである。より多くの珪素は、より高い体積抵抗率を提供することによってコア損失を向上させるためには望ましいが、望ましい位相バランス、微細構造特性及び設計特性を維持するため、フェライト相の形成及び／又は固化とオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）の低下に与える珪素の影響を考慮しなければならない。
【００１８】
冷間圧延前の熱処理されたバンド材の組成は、炭素約０．０１％以上、好ましくは炭素約０．０２〜約０．０８％、より好ましくは炭素約０．０３〜約０．０６％を有するものである。冷間圧延前の熱処理されたバンド材において、約０．０１０％以下の炭素のレベルは望ましくない。２次再結晶が不安定になり、製品のキューブオンエッジ方位の質が損なわれるからである。同一構造層の薄層化は鈍い２次粒成長を招き、低質なキューブオンエッジ方位を提供することになり、脱炭焼鈍において炭素０．００３％以下を得る困難性の増大を招くため、上記炭素約０．０８％の高い比率は望ましいものではない。本発明においては、脱炭焼鈍の最中、取り除かれる必要のある炭素の容量が低減され、脱炭焼鈍に要する時間が顕著に削減され、生産性が顕著に向上し、製造コストが減少する。
【００１９】
本発明の初期鋼材は、熱処理されたバンド材から作られる。「熱処理されたバンド材」は、断続的長さの鋼板を意味し、インゴット鋳造、厚スラブキャスティング（ｔｈｉｃｋ  ｓｌａｂ  ｃａｓｔｉｎｇ）、薄スラブキャスティング（ｔｈｉｎ  ｓｌａｂ  ｃａｓｔｉｎｇ）、ストリップ材鋳造、又は炭素、珪素、クロム、アルミニウム及び窒素を有するフェラス溶解構成を使用するコンパクトなストリップ材製造による他の方法等を使用して製造されたものである。
【００２０】
珪素、クロム及び炭素は、本発明の方法に関係する主要な要素であり、また、他の要素も顕著な量がある場合、オーステナイトの容量に作用することを考慮しなければならない。また、同一構造の厚さ及びオーステナイト体積分率は、最終厚にするための冷間圧延前の炭素含有量の変化により影響を受けるものである。
【００２１】
等式（１）は、通常の合金添加物が鉄の体積抵抗率（ｐ）に及ぼす影響を計算するために使用することができる。
【００２２】
【数１】
2005504881.tif 000002
【００２３】
ここで、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びＰは、夫々鋼材を構成するマンガン、珪素、アルミニウム、クロム、及びリンの比率である。高い体積抵抗率の電磁鋼材は長い間所望されてきたが、一般に、先行技術の方法は合金中の珪素の比率を増加させることに依存するものである。先行技術で示されるように、珪素比率の増加は位相バランス、すなわちオーステナイト及びフェライトの相対比率を処理中に変化させるものとなる。
【００２４】
下記の等式（２）は、サダヨリその他による、"低コア損失方向性珪素鋼板の開発（Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ  ｏｆ  Ｇｒａｉｎ  Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｉ  Ｓｔｅｅｌ  Ｓｈｅｅｔｓ  ｗｉｔｈ  Ｌｏｗ  Ｉｒｏｎ  Ｌｏｓｓ）"、川崎製鉄技報、Ｖｏｌ．２１、Ｎｏ．３、ｐｐ．９３〜９８、１９８９、に開示されていた等式の拡張形であって、珪素３．０％〜３．６％と炭素０．０３０〜０．０６５％とを含む鉄において、１１５０℃（γ１１５０℃）で、オーステナイトの体積分率のピークを計算するためのものである。
【００２５】
【数２】
2005504881.tif 000003
【００２６】
位相バランスは、通常は少なくともオーステナイト約２０％、より一般的には約２０〜約５０％、好ましくは約３０〜約４０％を有する高透磁率の方向性鋼板において重要である。処理中のオーステナイト相の提供は、トランスクリティカルプロセスの焼鈍の間、通常の粒成長を制御する役目をする；アルミニウム窒化物の溶解を促進させるため；及び、<１１１>再結晶テクスチャに近い鮮明さ(マルテンサイト及び／又は残留オーステナイト等の硬化相への変化)を発達させるためである。通常、より高い珪素レベルは、等式（２）に示されるように所望の位相バランスを維持するため、より高い炭素含有量を必要とする。珪素と炭素の高い比率は、電磁鋼材の乏しい物質特性の一因となり、主に、脆弱性を増加させ、脱炭中に炭素を取り除く困難性を増加させる。本発明は、高い磁気特性と、クロムの添加によって珪素及び炭素のレベルを減少させる処理利点とを提供するものである。
【００２７】
本発明における高透磁率方向性鋼板は、クロム含有量を約０．１％〜約１．２％、好ましくは０．２５％以上〜約０．６％、より好ましくは０．３％以上〜約０．５％の範囲で有してもよい。クロム約１．２％以下がオーステナイトの形成を促すのに対して、クロムレベル約１．２％以上は脱炭及びガラスフィルムの形成に悪影響を及ぼす。
【００２８】
熱処理されたバンド材の同一構造層の厚さは、安定的な２次成長を達成するために重要である。より多くの窒素、炭素又はクロムの使用は、この層厚を薄くさせる。一般的に、熱処理されたバンド材は、厚さを仕上げるための冷間圧延前、熱間圧延され、１０００〜１２００℃で３０秒以上のソーク時間の間酸化環境で焼鈍される。冷間圧延の前、不十分な炭素除去は、同一構造層の表薄を招く。本発明において、炭素、珪素及びクロムレベルは調節され、最終冷間圧延前の炭素除去に対する低下した依存度で、安定的な２次粒成長の達成を促す同一構造層の厚さが提供される。過剰な炭素除去はオーステナイトの体積分率を低下させる。
【００２９】
本発明の重要な特徴は、合金の位相バランスである。より高い珪素レベルは、オーステナイトとフェライトの所望比率を維持するために、より高い炭素含有量を典型的に必要とする；しかし、２次粒成長は、表面同一構造層の厚さの減少が原因で、悪影響を受ける。本発明の方法に従うクロム添加物の使用は、表面同一構造層を薄層化させることなく、高い体積抵抗率と、オーステナイト及びフェライトの適正な比率とを与える方法を提供するものである。
【００３０】
本発明の開発過程において、クロムの添加はオーステナイトの分解挙動に影響を与え、冷間圧延の間マルテンサイト又は残留オーステナイトの形成をより困難にさせると決定付けられた。"硬化相"、すなわちマルテンサイト、残留オーステナイト又はベイナイト（ｂａｉｎｉｔｅ）は、高透磁率電磁鋼材のキューブオンエッジ方位の最適な発達のため、最終厚にするための冷間圧延前に熱処理されたバンド材の所望の微細構造特性である。本発明の好ましい実施において、より高レベルのクロムは好ましい急冷開始温度を上昇させる。初期バンド材の急冷は、最終厚にするための冷間圧延前に用いられるのに対し、バンド材は８７０℃以上〜４５０℃以下まで毎秒３０℃以上の速度で温度が冷却され、より好ましくは毎秒４０℃以上の速度でオーステナイトがパーライトに分解されることを防止するものである。４５０℃以下で、冷却速度は僅かに低下される。少なくとも毎秒２０℃の冷却速度が使用され、マルテンサイトの焼き戻しが防止されてもよい。熱処理されたバンド材は、毎秒３０℃以上の割合で冷却され、マルテンサイト及び／又は残留オーステナイトが主なオーステナイト分解生成物として提供される。
【００３１】
鋼材が開始時に熱処理されたバンド材へと溶解するコンバージョンの最中、炭素の変化が生じる場合がある。
【００３２】
本発明の間接的な教示は、最終厚にするための冷間圧延前の鋼材バンド材における炭素、珪素及びクロムの容量が、安定的かつ一貫した２次粒成長の発達に必要とされるオーステナイトの所望比率を提供するのに十分でなければならないということである。
【００３３】
表面同一構造の層厚は等式（３）を使用することで計算することができる。
【００３４】
【数３】
2005504881.tif 000004
【００３５】
ここで、Ｉはｍｍで示される表面同一構造の層厚であり、γ１１５０℃は等式（２）によって導かれた冷間圧延前のバンド材におけるオーステナイト体積分率であり、ｔはバンド材の厚さであり、％Ｓｉは合金に含まれる珪素の重量パーセントである。熱処理されたバンド材のうち少なくと１つの表面同一構造層の厚さは、熱処理されたバンド材の全厚さの少なくとも２％、好ましくは少なくとも４％でなければならない。炭素の添加は制御され、所望のオーステナイト体積分率が、冷間圧延前の初期バンド材の少なくとも２％である表面同一構造層の厚さと共に提供される。好ましくは、約２０〜４０％のオーステナイト体積分率と、少なくとも４％の同一構造層の厚さが提供されるものである。
【００３６】
本発明のクロムを有する高透磁率方向性電磁鋼材は、アルミニウム窒化物の粒成長インヒビターが提供されるため、アルミニウム約０．０１％〜約０．０５％、好ましくは約０．０２０〜約０．０３０％の容量を含み、窒素約０．００５％〜約０．０１０％、好ましくは約０．００６〜約０．００８％の容量を含むものである。先に述べたように、本発明の鋼材における低下した窒素の熱活動は、熱間圧延及びホットバンド材アニーリングで柔軟性を提供するアルミニウム窒化物の溶解性を向上させるので、望ましいものである。しかし、最終焼鈍における早期のアルミニウム窒化物の溶解は、当該技術分野の当業者に不安定な２次粒成長を招く可能性があると認識されている。アルミニウム窒化物のインヒビターが十分に安定していない場合、溶解度積を再調整するため溶解し易いアルミニウムが使用される。
【００３７】
本発明の更なる利点は、脱炭焼鈍に要する時間が非常に短縮されることである。本発明の鋼材との合金バランスは、炭素及び珪素の低い比率と、使用されるクロムの高い比率とを可能にさせる。工業的なトライアルにおいて、脱炭焼鈍の生産性の３０％の向上が、厚さ０．２７ｍｍの高透磁性方向性鋼材で示された。
【００３８】
また、より高いクロムレベルの使用は、内部破裂（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｒｕｐｔｕｒｅ）を減少させることによって、キャストスラブの内部精度を向上させるという利点がある。これは、銅が鋼材に現存している場合にとりわけ当てはまる。向上した延性は、結晶粒境界への銅の割り当てを抑制することに関係する場合がある。固相温度が上昇し、高いスラブ再加熱温度が使用される場合、表面の酸化は低減される。
【００３９】
本発明の高透磁率電磁鋼材の製造は、従来技術で公知の処理工程を含むものであってもよく、冷間圧延の連続的工程の合間に焼鈍処理を使用する１以上の冷間圧延工程、；冷間圧延の間、鋼材のインターパスエージング（ｉｎｔｅｒｐａｓｓ  ａｇｉｎｇ）、；脱炭焼鈍の前又は間、シートの超速焼鈍、；脱炭焼鈍の間又は後、鋼材への窒素の導入、；磁壁間隔を細分化して更にコア損失を改善するための、最終高透磁率電磁鋼材に対するレーザスクライブ等の磁区細分化処理の適用；又は高透磁率電磁鋼材ストリップ材に残留引っ張り応力を与えて更にコア損失を改善するための、最終ストリップ材に対する２次被覆の適用；を含むものであるが、これらに制限されない。
【００４０】
窒化向けのバンド材構成は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム０．１以上〜約１．２％と、炭素約０．０２〜約０．０４５％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、鉄と残りの要素との間の必要なバランスとを有するものである。バンド材構成は更に、Ｍｎを０．０５〜０．５％と、Ｎを０．００１〜０．０１３％と、Ｐを０．００５〜０．０４５％と、及びＳｎを０．００５〜０．３％と、０．３％のＳｂ、Ａｓ、Ｂｉ若しくはＰｂの単独又は組合せ、の添加物を含んでもよい。この構成は、脱炭焼鈍の間又は後に窒化される高透磁率方向性電磁鋼材向けに、特定の利便性を有するものである。この鋼材構成の処理では、７９６Ａ／ｍで測定された透磁率であって、１８８０以上、通常は１９００よりも上の透磁率が与えられる。
【００４１】
窒化向けの別のバンド材構成は、珪素約２．０〜約４．５％と、クロム約０．１〜約１．２％と、炭素約０．０１〜０．０３％と、アルミニウム約０．０１〜約０．０５％と、必要な鉄及び残留要素のバランスとを有するものである。このバンド材構成は更に、Ｍｎを０．０５〜０．５％と、Ｎを０．００１〜０．０１３％と、Ｐを０．００５〜０．０４５％と、Ｓｎを０．００５〜０．３％と、及び０．３％のＳｂ、Ａｓ、Ｂｉ若しくはＰｂの単独又は組合せ、の添加物を含んでもよい。この構成は、脱炭焼鈍の間又は後に窒化される高透磁率方向性電磁鋼材向けに、特定の利便性を有するものである。この鋼材構成の処理では、透磁率１８４０以上の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率が与えられる。
【００４２】
例１
【００４３】
表１は、高透磁率電磁鋼材用のクロム、珪素及び炭素の含有範囲の微細構造特性をまとめたものである。
【００４４】
【表１】
2005504881.tif 000005
【００４５】
これら典型的な結果は、２．３ｍｍ厚を有する初期ストリップ材から設計される、５０μΩ−ｃｍと同等若しくはそれ以上の体積抵抗率を有する鋼材に対してのものである。鋼材ＡからＧは、本発明の教示に従う構成であって、クロム含有量１．２％が使用される一方、２０％以上のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）と、初期バンド材厚の２％以上の同一構造層の厚さ（Ｉ／ｔ）とを実現するものである。これら微細構造特性は、冷間圧延前、少ない炭素含有量を初期バンド材に使用しながら実現される。
【００４６】
例２
【００４７】
工業規模のトライアルでは、先行技術及び本発明の方法に示される構成が加熱され、下記表ＩＩの鋼材Ｈ及びＩが夫々溶解され、約２００ｍｍ厚を有するスラブに断続的にキャストされ、約１２００℃まで加熱されて約１５０ｍｍ厚まで熱延圧下され、更に約１４００℃まで加熱されて約２．０ｍｍと約２．３ｍｍの初期バンド材厚まで熱間圧延された。表ＩＩＩの微細構造特性は、鋼材ＨとＩが活発な２次粒成長を促す特性を有することを示すものである。
【００４８】
【表２】
2005504881.tif 000006
【００４９】
鋼材Ｈ及びＩから熱間圧延されたバンド材は、名目上１１５０℃の温度で焼鈍され、空気中で８７５〜９７５℃まで冷却され、最後に１００℃又はそれ以下まで、毎秒１５℃以下の割合若しくは毎秒５０℃を超える割合で冷却された。鋼材Ｈ及びＩから熱処理されたバンド材は、中間焼鈍なしで、約０．２０ｍｍ〜約０．２８ｍｍの間の最終厚まで直接冷間圧延された。最終冷間圧延されたストリップ材は、鋼材の炭素レベルを０．００３％若しくはそれ以下まで低下させるため、名目上０．４０〜０．４５の割合のＨ２Ｏ／Ｈ２を有する湿った水素−窒素環境において、２５℃〜７４０℃までは毎秒５００℃を越える割合の急加熱が使用され、名目上８１５℃の温度で脱炭焼鈍をされた。更に、脱炭されたストリップ材にはＭｇＯコーティングが施され、水素−窒素環境において名目上１２００℃のソーク温度（ｓｏａｋ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）まで加熱されることにより最終焼鈍される。そして、最終焼鈍されたストリップ材はスクラブされて余分なＭｇＯが取り除かれ、応力除去焼鈍が８３０℃で２時間の間、非酸化水素−窒素環境内で施された後、ストリップ材は少なくとも１５時間の間１００％乾燥窒素に浸された。サンプルは、発達したキューブオンエッジ方位の特性を判断するため、透磁率がＨ＝７９６Ａ／ｍで連続的にテストされ、２次結晶粒構造が検証された。
【００５０】
【表３】
2005504881.tif 000007
【００５１】
図１は、７９６Ａ／ｍでの透磁率に対する最終厚を示すものであり、鋼材Ｈ及びＩの初期バンド材は毎秒１５℃若しくはそれ以下の割合で冷却された。非常に優れた、かつ一貫性のある特性が、０．２５ｍｍ若しくはそれ以上の最終厚の鋼材Ｈで得られた。しかし、０．２５ｍｍ以下の最終厚での結果は、一貫性がなく、本発明の構成を使用する高透磁率方向性電磁鋼材の生産が困難であることを示すものである。
【００５２】
図２は、毎秒５０℃と同等若しくはそれ以上の冷却率が本発明のより好ましい方法に従って提供された場合の、鋼材Ｈ及びＩの結果を示すものである。この急冷率では、良質のキューブオンエッジ方位の発達をより促す微細構造を備える鋼材Ｉが提供された。鋼材Ｉでの改善された結果は、本発明のより好ましい方法が、０．２７ｍｍ以下の最終厚を有する高透磁率方向性電磁鋼材を生産するために使用することができることを示すものである。
【００５３】
図３は、鋼材Ｉの代表的な２次粒構造であって、２．３ｍｍ厚を有する初期バンド材から０．２３ｍｍの最終厚まで処理され、２次粒成長の安定性及び完成度における初期ストリップ材の急冷効果を示すものである。図３に示されるように、本発明の好ましい方法の急冷を使用しない場合、広範囲にわたる小規模で不完全な方向性が２次粒成長の最中コンシュームされず不完全な透磁率を招くのに対し、本発明の好ましい方法の急冷の使用は完全かつ一貫した２次粒成長を与えるものである。
【００５４】
例３
【００５５】
【表４】
2005504881.tif 000008
【００５６】
表ＩＶに示される一連の加熱は、表ＩＩの鋼材Ｈ及びＩと同様の構成で施された。この鋼材は、開始厚２．３ｍｍから最終厚０．２７ｍｍまで処理された。処理は、鋼材ＪからＯの初期バンド材が８７０℃〜１００℃又はそれ以下まで、毎秒１５℃若しくはそれ以下の割合で冷却されたものであるのに対し、鋼材ＰからＵは８７０〜９８０℃から１００℃又はそれ以下まで、毎秒５０℃若しくはそれ以上の割合で冷却されたことを除き、例２の手順に従って実施された。脱炭焼鈍の処理において、鋼材ＪからＯは８１５℃又はそれ以上で１９５〜２００秒間保持されたのに対し、鋼材ＰからＵは１３０〜１３５秒間保持された。鋼材のサンプルは、炭素除去を検証するためにテストされ、その分布は表Ｖにまとめられている。それから、脱炭焼鈍されたストリップ材は、ＭｇＯ焼鈍分離コーティングが施され、１２００℃で最終焼鈍がなされた。その後、鋼材はスクラブされて余分なＭｇＯが取り除かれ、２次コーティングで被覆され、８２５℃の温度で熱延され、レーザスクライブされた。最後に、鋼材は、ＡＳＴＭ  Ａ８０４の単一シートテスト方法を使用してコア損失のテストがなされた。
【００５７】
【表５】
2005504881.tif 000009
【００５８】
表ＩＶに示される鋼材ＪからＵの磁気特性は同程度のものであるが、これらの結果は、本発明の好ましい方法に従って製造された鋼材ＰからＵが、鋼材ＪからＯよりも脱炭が相当容易であり、生産性の向上と製造コストの削減を可能にすることを示した。
【００５９】
一連の加熱は、従来技術の方法と、表ＩＩの鋼材Ｍ及びＮと同様の構成を有する本発明の方法とに従って施された。処理は、初期ストリップ材の焼鈍中、先行技術方法の鋼材が８７５〜９５０℃から１００℃又はそれ以下まで、毎秒１５℃若しくはそれ以下の割合で冷却されたのに対し、本発明の鋼材は毎秒５０℃若しくはそれ以上の割合で冷却されたことを除き、例２の手順に従って実施された。両方の鋼材は、開始厚２．３ｍｍから最終厚０．２７ｍｍまで９０％冷延圧下され、続いて脱炭焼鈍が施されてストリップ材の炭素含有量は０．００３％以下まで低減された。
【００６０】
脱炭焼鈍処理において、両方の鋼材は例２の手順を使用して処理され、バンド材は８１５℃まで加熱された；しかし、鋼材Ｍは８１５℃又はそれ以上で１９５〜２００秒間保持されたのに対し、鋼材Ｎは１３０〜１３５秒間保持され炭素除去に効果が認められた。脱炭焼鈍の後、サンプルを確保して炭素除去の程度を検証し、分布が表Ｖにまとめられた。それから、脱炭焼鈍されたストリップ材は、ＭｇＯ焼鈍分離コーティングが施され、１２００℃で最終焼鈍がなされた。その後、鋼材はスクラブされて余分なＭｇＯが取り除かれ、２次コーティングで被覆され、８２５℃の温度で熱延され、米国特許第４，４５６，８１２号に従いレーザスクライブされた。最後に、鋼材は、ＡＳＴＭ  Ａ８０４の単一シートテスト方法を使用してコア損失のテストがなされた。
【００６１】
表ＩＶに示された先行技術のタイプＭと本発明のＮとの両方の鋼材の磁気特性は同程度のものであるが、表Ｖに示されるこれらの結果では、本発明の方法に従って製造された鋼材が、先行技術に従って製造された鋼材よりも脱炭が相当容易であり、生産性の向上と製造コストの削減を可能にすることが示された。
【００６２】
様々な改良が本発明の精神及び範囲を離れずに本発明に加えられてもよいと理解される。従って、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、本発明における高透磁率方向性電磁鋼材の、透磁率Ｈ＝７９６Ａ／ｍにおける最終冷間圧延前の低冷却率（<１５℃／秒）の影響を示すグラフである。
【図２】図２は、本発明における高透磁率方向性電磁鋼材の、透磁率Ｈ＝７９６Ａ／ｍにおける最終冷間圧延前の急冷率（>５０℃／秒）の影響を示すグラフである。
【図３】図３は、１Ｘでの写真であって、先行技術の低冷却率と、本発明の急冷却率とを使用して製造された高透磁率方向性電磁鋼材の０．２３ｍｍ厚サンプルの２次結晶粒構造を比較したものである。
【図１】
2005504881.tif 000010
【図２】
2005504881.tif 000011
【図３】
2005504881.tif 000012
【国際公開パンフレット】
2005504881.tif 000013
2005504881.tif 000014
2005504881.tif 000015
2005504881.tif 000016
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2005504881.tif 000018
2005504881.tif 000019
2005504881.tif 000020
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【国際調査報告】
2005504881.tif 000041
2005504881.tif 000042