方向性电磁钢板 【技术领域】
本发明涉及适合用于变压器的铁芯材料等的方向性电磁钢板 (grain oriented electrical steel sheet)， 特别是涉及想要减轻实施剪切加工时的磁特性的劣化的方向 性电磁钢板。背景技术
电磁钢板是作为各种变压器或电动机等的铁芯而广泛使用的材料。特别是对于 被称为方向性电磁钢板的电磁钢板而言， 其晶粒 (crystalgrain) 的取向集聚向 (highly oriented) 为被称为高斯 (Goss) 取向的 {110}<001> 取向。
在制造这样的方向性电磁钢板时， 作为一般的技术使用下述技术 ： 使用被称为抑 制 剂 (inhibitor) 的 析 出 物 (precipitates)， 在 最 终 退 火 (finalannealing) 中 使 具 有 Goss 取向的晶粒发生二次再结晶 (secondaryrecrystallization)。
例 如， 在 专 利 文 献 1 中 公 开 了 含 有 指 定 量 的 Al 及 S 作 为 抑 制 剂 成 分 (inhibitor-forming element) 的方法， 即使用 AlN、 MnS 作为抑制剂的方法。另外， 在专利 文献 2 中公开了含有指定量的 S 及 Se 中的至少一种的方法， 即使用 MnS、 MnSe 作为抑制剂 的方法。 这些方法分别在工业上得到使用。 进而， 最近， 如专利文献 3 中所提出， 存在如下技 术： 即使是不含有抑制剂成分的钢板， 也能通过二次再结晶的作用使 Goss 取向晶粒 (Goss oriented grain) 发达 (develop)。
专利文献 3 中记载的技术为如下技术 ： 通 过 尽 量 排 除 抑 制 剂 成 分 等 杂 质， 使 生 成 一 次 再 结 晶 时 的、 晶 界 (grain boundary) 所 具 有 的 晶 界 能 的 晶 界 取 向 差 角 (misorientation) 依赖性显露 (elicit)， 从而即使不使用抑制剂， 也能使具有 Goss 取向的 晶粒发生二次再结晶。
对于上述方法而言， 不需要抑制剂成分， 因此， 不需要对抑制剂成分进行纯化的 工序。另外， 不需要使纯化退火 (purification annealing) 高温化， 由于不需要抑制剂 成分的钢中微细分散的工序， 因此也不需要为了微细分散而必需的高温钢坯加热 (slab reheating) 等， 是在工序及成本方面、 而且在设备等的维护方面均具有较大优点的方法。
在方向性电磁钢板的各种特性中， 铁损 (iron loss) 特性是与制品的能量损失直 接相关的特性， 认为最为重要。为了改善所述铁损特性， 认为可以降低 W17/50( 励磁磁通密度 1.7T、 励磁频率 50Hz 时的能量损失 ) 所代表的值。
另外， 对于使用方向性电磁钢板的变压器而言， 所述铁损特性受到重视， 即使在制 作变压器之后， 为了管理实际设备中的铁损特性， 需要定期地实施该测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献 1 ： 日本特公昭 40-15644 号公报
专利文献 2 ： 日本特公昭 51-13469 号公报
专利文献 3 ： 日本特开 2000-129356 号公报发明内容 发明所要解决的问题
通常， 电磁钢板的制品形成为片状， 并且在制作变压器时， 切割加工成预定的大 小。作为切割加工的方法， 通常是像剪子那样使 2 片刀片从上下相互推压的 ( 最终刀片之 间交错 ) 剪切加工 ( 也称为分切加工 ) 方法。
对于这样剪切后的钢板而言， 其加工面由于剪切力而被撕开， 在钢板内引入大量 应力。因此， 剪切后的电磁钢板容易产生来自引入应力的磁特性的劣化， 从而成为问题。
作为降低由所述剪切加工引起的磁特性劣化的方法， 有时在剪切加工之后应用在 700 ～ 900℃下进行数小时退火的去应力退火 (stressrelief annealing)。 但是， 进行去应 力退火仅限于大小 ( 长度 ) 为 500mm 以下的小变压器， 而不能在数米大小的大型变压器用 的铁芯等中应用。
因此， 期望对于数米大小的大型变压器用电磁钢板而言， 也能够降低进行剪切加 工时的磁特性劣化的技术。
用于解决问题的方法
发明人为了解决上述问题， 反复进行深入的研究， 结果发现， 通过含有微量的 Nb 等元素， 能够大幅度降低如上所述的剪切加工时的铁损劣化。
以下， 对成功完成本发明的实验进行说明。
< 实验 1>
通过由再结晶退火 ( 一次再结晶退火 )- 最终退火 ( 纯化退火 ) 构成的通常的制造 方法来制作方向性电磁钢板， 所述方向性电磁钢板， 以质量％计， 含有 Si ： 3.30 ～ 3.34％、 Mn ： 0.06 ～ 0.07％、 Sb ： 0.025 ～ 0.028％及 Cr ： 0.03 ～ 0.04％， 并且使 Nb 的添加量分别为 4ppm( 不可避免的杂质水平 )、 22ppm、 48ppm、 65ppm、 90ppm 及 210ppm， 余量由 Fe 及不可避免 的杂质构成。 在最终退火 ( 纯化退火 ) 时， 通过使最高到达钢板温度为 1200℃， 使析出物形 成元素 (Nb) 暂时固溶， 然后， 将从 900℃至 500℃的冷却速度设为平均 20℃ / 小时， 并降温
至常温。
将 这 样 得 到 的 方 向 性 电 磁 钢 板 切 割 成 被 称 为 爱 泼 斯 坦 (Epstein) 试 验 片 的 30mm×280mm 尺寸。此时， 准备用钢丝钳缓慢地以不向钢中引入应力的方式进行切割的情 况、 与如上所述作为一般的方向性电磁钢板的切割方法的、 通过使用上刀片和下刀片的剪 切机进行切割的情况这两种情况下的 2 种试验片。根据 JIS C 2550 中记载的方法对所得 到的样品的铁损进行测定。
图 1 中示出了将从利用剪切机切割的样品的铁损值减去利用钢丝钳切割的样品 的铁损值而得到的值设定为 ΔW( 以下对于本发明相同 )， 并对所述 ΔW( 纵轴 ： W/kg) 与钢 中的 Nb 的含量 ( 横轴 ： 质量 ppm) 的关系进行调查的结果。
利用剪切机切割的情况下， 如上所述， 钢板中残存应力而铁损劣化。另一方面， 利 用钢丝钳的切割虽然花费时间， 但能够几乎不使应力残存在钢板中而进行切割。
因此， 可以认为该图中所示的 ΔW 大致表示由于应力残存而劣化的铁损量。因此， 由该图可知， 通过含有 Nb， 能够降低由于剪切而劣化的铁损量。
如上所述， 含有 Nb 的样品能够降低由剪切引起的铁损劣化的原因尚不明确， 发明人作如下考虑。
进行本次实验中使用的 Nb 含有材料的组织调查后表明， Nb 形成析出物而在钢中 分散。较小的析出物的直径约为 0.02μm， 较大的析出物的直径约为 3μm。在通常的方向 性电磁钢板中， 这样的钢中的析出物几乎不存在， 因此推测， 该析出物的存在可能有助于降 低由剪切引起的铁损劣化。
另一方面， 由于剪切而铁损发生劣化是由于在剪切后的部位应力蓄积。 在此， 应力 的蓄积是指， 在铁的晶粒内铁原子规则地排列， 此时来自外部的应力等对其产生作用， 从而 铁原子的排列变形或变得不规则。
但是认为， 在所述规则排列的铁原子中存在如上所述的析出物时， 对该部位施加 如剪切加工那样的应力来进行切割时， 在该析出物的周围发生应力集中， 从而在使铁原子 的排列变形之前产生裂缝。如果认为通过该机制上述的应力的蓄积能够得到缓和， 则能够 说明上述现象。
钢板中所含有的 Nb 可以认为是固溶状态和形成析出物的状态二种， 但如上所述， 认为形成析出物是重要的。因此， 对于含有 22ppm 的 Nb 的试样， 调查了 Nb 析出比例 ( 析出 物中所含有的 Nb 的含量相对于 Nb 总含量的比例 )。 为了求出 Nb 析出物中的 Nb 析出比例， 首先， 需要求出 Nb 总含量 ( 钢板中的含量 ： 质量％ )。Nb 总含量能够通过 JIS G 1237 中记载的电感耦合等离子体发射光谱法 (ICP 发 射光谱法 ： inductively-coupledplasma optical emission spectrometry) 求得。需要说 明的是， Ta 通过 JIS G1236、 V 通过 JIS G 1221、 Zr 通过 JIS G 1232 中记载的各方法求出 含量。
另一方面， 对于析出物中所含有的 Nb 的含量 ( 钢板中的含量 ： 质量％ )， 可以将钢 板通过电解溶解， 仅捕捉 ( 过滤 ) 析出物， 并测定该析出物中的 Nb 重量， 由进行电解而减少 的钢板的重量与该析出物中的 Nb 重量来计算。
具体而言， 这种析出物中所含有的 Nb 的含量的定量值通过以下方法求出。
首先， 将制品板切割成 50mm×20mm 的大小， 在加热至 85℃的 10％ HCl 水溶液中浸 渍 2 分钟， 由此， 除去制品的涂层和被膜。然后， 进行重量测定， 使用市售的电解液 (10％ AA 液： 10％乙酰丙酮 -1％四甲基氯化铵 - 甲醇 ) 进行电解， 直至约 1g 被电解。 进而， 为了使用 于电解的制品板的表面上附着的析出物剥离， 将制品板浸渍到乙醇溶液中， 并施加超声波。
在该乙醇溶液和上述电解中使用的电解液中含有析出物， 通过使用 0.1μm 目的 滤纸 ( 能够捕捉直到 nm 级别的析出物 ) 对它们进行过滤来捕捉析出物。过滤后， 将过滤得 到的析出物连同滤纸一起放入铂坩埚中， 在 700℃下加热 1 小时， 再加入 Na2B4O7 和 NaCO3， 在 900℃下加热 15 分钟。将其暂时冷却后， 再在 1000℃下加热 15 分钟。
由于坩埚中凝固成糖状， 因此， 连同坩埚一起加入到 25％ HCl 水溶液中， 直接在约 90℃下加热 30 分钟， 使糖状的物质全部溶解。通过将该溶液利用 JIS G1237 记载的 ICP 发 射光谱法进行分析来求出析出物中的 Nb 重量。
另外， 通过将该 Nb 重量除以由于电解而减少的制品板 ( 钢板 ) 的重量， 求出析出 物中所含有的 Nb 的含量 ( 质量％ )。
通过将如上求出的析出物中所含有的 Nb 的含量 ( 质量％ ) 除以上述 Nb 总含量 ( 质量％ )， 能够求出 Nb 析出比例。
上述试样中的 Nb 析出比例为 65％。 因此， 进一步进行了调查， 结果发现， 为了显示 出本发明的效果， 需要至少 Nb 总含量中的 10％析出。
通过上述机制可以认为， Nb 这样的析出物形成元素残存在钢中的量越多， ΔW 特 性越良好， 但析出物也具有使加工前的原材料本身的铁损特性劣化的作用。 因此， 在由剪切 加工引起的铁损劣化较小的范围中， 优选析出物量少。 本实验中， 对于 Nb 含量为 65ppm 以上 的原材料而言， 由于原材料本身的铁损发生劣化， 因此认为， 含量需要控制在 50ppm 以下。
接着， 对二次再结晶晶粒的结晶粒径对 ΔW 产生的影响进行调查。这是由于， 通过 存在多个晶界， 预测由如上所述的剪切引起的应力蓄积也能得到缓和， 因此认为， 在结晶粒 径小且晶界多的情况下， 存在最初由剪切加工引起的铁损劣化小、 由上述析出物引起的应 力蓄积的缓和机制没有显示效果的可能性。
< 实验 2>
通过连铸来制造钢坯， 并在 1250 ℃下进行钢坯加热， 然后， 通过热轧精加工至 2.7mm 的厚度， 其中， 所述钢坯， 以质量％计， 含有 C ： 0.035％、 Si ： 3.31％、 Mn ： 0.13％、 Sb ： 0.039％、 Cr ： 0.05％、 P： 0.012％、 N： 42ppm 及 S ： 31ppm， 余量由 Fe 及不可避免的杂质构成。 接着， 实施 1000℃、 15 秒的热轧板退火， 然后， 通过冷轧精加工至 0.30mm 的板厚。
进 而， 在 50 ％ N2-50 ％ H2 湿 润 气 氛 中 ( 脱 碳 气 氛 中 )， 在 800 ～ 880 ℃ 的 温 度 范围内、 60 秒的均热条件下， 实施再结晶退火， 然后， 涂布以 MgO 为主体的退火分离剂 (annealing separator)， 然后， 进行在 1050 ～ 1230℃的温度范围内保持 10 小时的纯化退 火。
为了使由纯化退火引起的二次再结晶的结晶粒径发生变化， 变更再结晶退火和纯 化退火的温度。
接着， 在 900℃、 15 秒的条件下， 进行兼具有以磷酸镁和硼酸为主体的张力赋予涂 层 (tension coating) 的形成的平整退火 (flatteningannealing)。 进而， 切割成上述爱泼 斯坦试验片 (30mm×280mm) 的尺寸。此时， 与实验 1 同样地进行钢丝钳切割和利用剪切机 的切割。根据 JIS C2550 中记载的方法对所得到的样品的铁损进行测定。
然后， 通过酸洗使钢基 (steel substrate) 露出， 从而测定二次再结晶晶粒的结晶 粒径。对于结晶粒径而言， 对于各条件测定 4 片爱泼斯坦试验片的粒径， 并对其进行平均。 进而， 进行钢基的成分分析， 结果为 C ： 0.0018％、 Si ： 3.30％、 Mn ： 0.13％、 Sb ： 0.039％、 Cr ： 0.05％、 P： 0.011％， 其他元素在检测限以下。另外， 将通过上述方法求出的 ΔW( 纵轴 ： W/ kg) 与结晶粒径 ( 横轴 ： mm) 的关系示于图 2 中。
该实验中， 由于没有残留 Nb 这样的析出物形成元素， 因此， 没有发挥实验 1 中得到 的效果， 因此， 在平均粒径大的情况下， 得到 ΔW 大的结果， 平均粒径减小时， 得到 ΔW 减小 的结果。换言之， 对于由 Nb 等形成析出物的元素的添加带来的 ΔW 降低效果而言， 可以说 在二次再结晶晶粒的平均粒径为 5mm 以上的情况下发挥所述效果。
发明人由以上的实验发现， 在二次再结晶晶粒的粒径大的方向性电磁钢板的最终 制品板中， 使 Nb 这样的元素的含量为 10 ～ 50ppm， 并且使至少其中的 10％以析出物的形式 存在， 由此， 能够抑制剪切加工时的铁损劣化。
本发明基于上述见解。
即， 本发明的主旨构成如下。1. 一种方向性电磁钢板， 其特征在于， 以质量％计， 含有 C ： 0.005 ％以下、 Si ： 1.0 ～ 8.0％及 Mn ： 0.005 ～ 1.0％， 并且含有总计 10 ～ 50ppm 的选自 Nb、 Ta、 V 及 Zr 中的一 种或两种以上， 余量由 Fe 及不可避免的杂质构成 ； 上述 Nb、 Ta、 V 及 Zr 的含量的至少 10％ 以析出物的形式存在， 且所述析出物的直径 ( 圆等效直径 ) 平均为 0.02 ～ 3μm， 而且钢板 的二次再结晶晶粒的平均粒径为 5mm 以上。
2. 上述 1 所述的方向性电磁钢板， 其特征在于， 以质量％计， 还含有选自 Ni ： 0.010 ～ 1.50％、 Cr ： 0.01 ～ 0.50％、 Cu ： 0.01 ～ 0.50％、 P： 0.005 ～ 0.50％、 Sn ： 0.005 ～ 0.50％、 Sb ： 0.005 ～ 0.50％、 Bi ： 0.005 ～ 0.50％及 Mo ： 0.005 ～ 0.100％中的至少一种。
3. 上述 1 或 2 所述的方向性电磁钢板， 其特征在于， 在表面上以相对于所述钢板的 轧制直角方向为 15°以内的角度具有宽度 ： 50 ～ 1000μm、 深度 ： 10 ～ 50μm 的直线状或虚 线状的凹槽 (groove)。
4. 一种铁芯的制造方法， 其特征在于， 对上述 1 ～ 3 中任一项所述的方向性电磁钢 板进行剪切， 然后， 在不进行去应力退火的条件下进行层叠。
发明效果
根据本发明， 能够有效地抑制方向性电磁钢板的由剪切加工引起的磁特性劣化， 从而能够制作能量损失少的变压器用的铁芯。 附图说明 图 1 是表示钢中的 Nb 含量 ( 横轴 ： ppm) 与由剪切加工引起的铁损劣化量 (ΔW) ( 纵轴 ： W/kg) 的关系的图。
图 2 是表示二次再结晶晶粒的结晶粒径 ( 横轴 ： mm) 与由剪切加工引起的铁损劣 化量 (ΔW)( 纵轴 ： W/kg) 的关系的图。
具体实施方式
以下， 对本发明具体地进行说明。
首先， 对于本发明中将钢板的成分组成限定于上述范围的理由进行说明。需要说 明的是， 钢板成分中的％标记以及 ppm 标记， 只要没有特别说明， 则分别表示质量％、 质量 ppm。
C： 0.005％以下
C 是钢中不可避免地混入的元素， 由于产生因磁时效引起的磁特性劣化， 优选尽量 降低。但是， 难以完全除去， 从制造成本方面出发， 允许为 0.005％以下。优选为 0.002％以 下。没有理由应该特别地限定 C 含量的下限， 但在工业上含有大于零的 C。
Si ： 1.0 ～ 8.0％
Si 是在最终制品板中用于提高钢的比电阻、 改善铁损所必需的元素， 但在低于 1.0％时， 其效果缺乏。另一方面， 在超过 8.0％的情况下， 钢板的饱和磁通密度显著降低。 因此， Si 限定为 1.0 ～ 8.0％。Si 含量的优选的下限为 3.0％。另外， Si 含量的优选的上 限为 3.5％。
Mn ： 0.005 ～ 1.0％
Mn 是用于提高热轧时的加工性所必需的元素， 但在添加量低于 0.005％时， 加工性改善效果缺乏。另一方面， 超过 1.0％时， 二次再结晶变得不稳定， 从而磁特性发生劣化。 因此， Mn 限定为 0.005 ～ 1.0％。Mn 含量的优选的下限为 0.02％。另外， Mn 含量的优选的 上限为 0.20％。
本发明中， 作为析出物形成元素， 含有总计 10 ～ 50ppm 的范围内的选自 Nb、 Ta、 V 及 Zr 中的一种或两种以上 ( 以下称为 “Nb 等” )， 这是不可欠缺的。这是因为， 在 Nb 等总计 低于 10ppm 时， 作为本发明的最大的特征的、 用于铁损改善的析出物没有充分地生成。另一 方面， Nb 等总计超过 50ppm 时， 如上所述， 原材料自身的铁损特性发生劣化， 因此， 将 50ppm 作为其上限。优选为 10 ～ 30ppm 的范围。
另外， 上述 Nb 等的析出物的存在为 10％以上， 需要使所述析出物的平均直径 ( 圆 等效直径 ) 为 0.02 ～ 3μm 的范围。平均直径低于 0.02μm 时， 析出物过小而难以发生应 力集中。另一方面， 超过 3μm 时， 析出物的存在频率 ( 个数 ) 减少而产生应力集中的部位 减少。优选的析出物的平均直径为 0.05 ～ 3μm。更优选的下限为 0.12μm， 进一步优选的 下限为 0.33μm。另外， 更优选的上限为 1.2μm， 进一步优选的上限为 0.78μm。
Nb 等的析出物的析出的比例优选为 20％以上， 更优选为 31％以上。 进一步优选为 48％以上。不需要确定上限， 即使 100％析出也没有问题。 对于 Nb 等的析出物的平均直径而言， 优选通过扫描电子显微镜对所得到的样品 的截面进行观察， 在约 10000 倍的倍率下拍摄约 10 个视野， 并通过图像分析来求出圆等效 直径的平均值。另外， 析出物的比例 ( 析出比例 ) 优选基于实验 1 中记载的方法进行测定。 作为 Nb 等含有 2 种以上的元素的情况下， 将析出物中所含有的 Nb 等的总含量 ( 质量％ ) 除以钢板中所含有的 Nb 等的总含量 ( 质量％ ) 即可。
作为析出物形成元素， 从热轧时难以产生钢板的缺陷的观点出发， 优选为选自 Nb、 V 及 Zr 的一种或两种以上。从能够降低热轧时的缺陷的观点出发， 特别优选 Nb。这些情况 下， 必须范围 10 ～ 50ppm 及优选范围 10 ～ 30ppm 也适用， 优选的析出物直径及析出的比例 也与上述同样。
在此， 为了调节 Nb 等的析出物的直径和析出的比例， 控制纯化退火时的最高到达 钢板温度及之后的从 900℃至 500℃的冷却速度是有效的。这是由于， 对于这些析出物而 言， 通过使纯化退火在高温下进行而使其暂时固溶， 并在进行冷却时使其再析出， 由此能够 调节其直径的大小和析出比例。
对于以上的现象而言， 与一般的析出现象同样地， 在冷却速度快的情况下， 析出物 量变少 ( 以一部分固溶的状态残留 ) 且析出物的直径也变小。另一方面， 在冷却速度慢的 情况下， 具有呈相反状态的倾向。
另外， 如上所述， 为了发挥由析出物形成元素添加而带来的 ΔW 降低效果， 需要使 原材料的二次再结晶晶粒的平均粒径为 5mm 以上。需要说明的是， 该粒径是在本发明的解 决问题中列举的、 数米大小的大型变压器用电磁钢板中一般的粒径， 通过不限定大小来控 制二次再结晶的升温速度及气氛， 能够控制平均粒径为 5mm 以上。二次再结晶晶粒的平均 粒径优选通过实验 2 中记载的方法进行测定。
需要说明的是， 使二次再结晶晶粒的平均粒径低于 5mm 来降低 ΔW 的方法， 由于铁 损和磁通密度的绝对值变差， 因此不优选。
以上， 对本发明的基本的成分构成等进行了说明。
本发明中， 根据需要， 可以适当含有以下所述的元素。
Ni ： 0.010 ～ 1.50％
为了提高磁特性， 可以添加 Ni。此时， 添加量低于 0.010％时， 磁特性的提高幅度 小。 另一方面， 超过 1.50％时， 二次再结晶变得不稳定， 从而磁特性有可能变差。 因此， 优选 使 Ni 在 0.010 ～ 1.50％的范围。
Cr ： 0.01 ～ 0.50％、 Cu ： 0.01 ～ 0.50％、 P： 0.005 ～ 0.50％
以降低铁损为目的， 可以添加 Cr、 Cu 及 P 中的至少一种。
但是， 在各自的添加量比上述的下限量少的情况下， 铁损的降低效果缺乏。 另一方 面， 在超过上述的上限量的情况下， 二次再结晶晶粒的生长得到抑制， 反而使铁损增大。因 此， 优选使其分别在上述的范围内含有。
Sn ： 0.005 ～ 0.50 ％、 Sb ： 0.005 ～ 0.50 ％、 Bi ： 0.005 ～ 0.50 ％、 Mo ： 0.005 ～ 0.100％
以提高磁通密度为目的， 可以添加 Sn、 Sb、 Bi 及 Mo 中的至少一种。
但是， 在各自的添加量比上述的下限量少的情况下， 磁特性的提高效果缺乏。 另一 方面， 超过上述的上限量的情况下， 二次再结晶晶粒的生长得到抑制而磁特性变差。因此， 优选使其分别在上述的范围内含有。 综上， 在本发明的电磁钢板中还可以含有选自 Ni ： 0.010 ～ 1.50 ％、 Cr ： 0.01 ～ 0.50％、 Cu ： 0.01 ～ 0.50％、 P： 0.005 ～ 0.50％、 Sn ： 0.005 ～ 0.50％、 Sb ： 0.005 ～ 0.50％、 Bi ： 0.005 ～ 0.50％及 Mo ： 0.005 ～ 0.100％中的至少一种。另外， 关于这些元素组的任意 的下位集合， 可以选择含有选自构成该下位集合的元素 ( 组 ) 中的至少一种。
除了上述以外， 还可以根据需要含有至少 1 组、 需要量 ( 公知 ) 的抑制剂成分 (AlN 形成元素 Al 及 N、 MnS 形成元素 Mn 及 S、 MnSe 形成元素 Mn 及 Se、 TiN 形成元素 Ti 及 N 等 )。
余量为 Fe 及通常的不可避免的杂质。 作为不可避免的杂质， 可以列举 ： P、 S、 O、 Al、 N、 Ti、 Ca、 B 等 (Al 等在不作为抑制剂成分进行添加的情况下相当于杂质 )。
进而， 本发明中， 优选在钢板的表面上， 在以相对于轧制直角方向为 15°以内的角 度交叉的方向上形成宽度 ： 50 ～ 1000μm、 深度 ： 10 ～ 50μm 的直线状或虚线状的凹槽。通 过所述凹槽的形成， 磁畴细化 (magnetic domain refining) 效果得以发挥， 从而实现铁损 的进一步降低。需要说明的是， 优选使该凹槽的间隔 ( 间距 ) 为约 2mm ～约 7mm。另外， 在 凹槽相对于轧制直角方向为 0°的情况下， 严格来讲不是交叉， 但此处包括在交叉中。 即， 凹 槽以相对于轧制直角方向为 15°以内的角度形成即可。
通过上述凹槽的形成， 本发明的电磁钢板的铁损大约降低约 0.17W/kg。这与 Nb、 Ta、 V 及 Zr 中的元素的选择无关而出现上述效果。
接着， 对本发明的方向性电磁钢板的优选的制造方法进行阐述。该制造方法的主 要工序可以利用通常的方向性电磁钢板的制造工序。即为如下一系列的工序 ： 对使用进行 预定的成分调节后的钢水而制造的钢坯进行热轧， 对所得到的热轧板根据需要实施热轧板 退火， 然后， 实施 1 次或隔着中间退火的 2 次以上的冷轧， 制成最终板厚， 接着， 对钢板实施 再结晶退火后， 实施纯化退火， 并根据需要进行平整退火， 然后， 赋予涂层。
在进行钢水中的成分调节的情况下， C 的添加量超过 0.10％时， 在以后的工序中 难以降低至不会引起磁时效的 50ppm(0.005％ ) 以下， 因此， 优选使其在钢水阶段为 0.10％
以下。 另外， Si 即使在钢水中的成分调节的阶段调节为最终需要量即 1.0 ～ 8.0％， 也没 有问题。 另一方面， 利用在钢坯制造以后的工序中通过浸硅处理 (siliconization) 等使 Si 量增加的方法时， 也可以将钢水中的 Si 量抑制在最终需要量以下来进行添加。
关于作为本发明的主要成分的 Nb、 Ta、 V 及 Zr， 在钢水阶段以后的工序中难以添加 或削减， 最优选在上述钢水中的成分调节的阶段添加需要量。
具有上述成分的钢水可以通过通常的铸锭法、 连铸法来制造钢坯， 也可以通过直 接铸造法来制造 100mm 以下厚度的薄铸片。钢坯通过通常的方法进行加热、 热轧， 也可以在 铸造后不加热而立即进行热轧。 在薄铸片的情况下， 可以进行热轧， 也可以省略热轧而直接 进入之后的工序。
作为热轧前的钢坯加热温度， 对于包含抑制剂成分的成分系统而言， 通常采用约 1400℃的高温。 另一方面， 对于不含有抑制剂成分的成分系统而言， 通常采用 1250℃以下的 低温， 在成本方面有利。
接着， 根据需要实施热轧板退火。为了得到良好的磁性， 热轧板退火温度优选为 800 ℃以上且 1150 ℃以下。这是由于， 热轧板退火温度低于 800 ℃时， 热轧中的条带组织 (band texture) 残留， 从而难以实现进行整粒 (uniformly-sized grain(s)) 后的一次再结 晶组织， 因此， 即使实施热轧板退火， 促进二次再结晶生长的效果也相对较小。 另一方面， 热 轧板退火温度超过 1150℃时， 热轧板退火后的晶粒变粗大。因此， 在这种情况下， 也难以实 现进行整粒后的一次再结晶组织。
在热轧板退火后， 根据需要实施隔着中间退火的 1 次以上的冷轧， 然后， 进行再 结晶退火。将冷轧的温度设为 100℃～ 300℃的范围， 而且在冷轧过程中进行 1 次或多次 100 ～ 300℃范围内的时效处理， 这在使磁特性进一步提高的方面是有效的。在实施再结晶 退火的情况下， 需要进行脱碳时， 将该气氛设为湿润气氛， 但在不需要进行脱碳时， 也可以 在干燥气氛下进行。再结晶退火后， 可以进一步采用通过浸硅法使 Si 量增加的技术。
然后， 在重视铁损而使镁橄榄石被膜形成的情况下， 通过采用以 MgO 为主体的退 火分离剂后实施最终退火 ( 纯化退火 )， 能够在使二次再结晶组织生长的同时使镁橄榄石 被膜形成。
在重视冲孔加工性而不积极地形成镁橄榄石被膜的情况下， 可以不采用退火分离 剂， 或者在采用的情况下， 也可以不使用形成镁橄榄石被膜的 MgO 而使用二氧化硅或氧化 铝等。
在涂布这些退火分离剂时， 进行不带入水分的静电涂布等是有效的。 另外， 也可以 使用耐热无机材料片 ( 二氧化硅、 氧化铝、 云母 )。
最终退火只要是二次再结晶出现的温度就是充分的， 优选在 800℃以上进行。另 外， 优选使二次再结晶完成的退火条件， 一般而言， 优选在 800℃以上的温度下保持 20 小时 以上。在重视冲孔性而不使镁橄榄石被膜形成的情况下， 只要完成二次再结晶即可， 因此， 保持温度优选为约 850℃～约 950℃， 也可以以直到该保持处理来结束最终退火。为了重视 铁损或者降低变压器的噪音而使镁橄榄石被膜形成的情况下， 升温至约 1200℃是有利的。
需要说明的是， 在所述高温退火的冷却时， 对于至少从 900℃至 500℃的温度范围 而言， 优选以 5 ～ 100℃ / 小时的速度进行冷却。 从低于 900℃的保持温度开始进行冷却时，
对于从该温度至 500℃的温度范围而言， 优选以 5 ～ 100℃ / 小时的速度进行冷却。这是由 于， 如果上述温度范围内的冷却速度超过 100℃ / 小时， 则析出物变得过细， 有可能不会在 固溶的状态下析出。 另一方面， 如果低于 5℃ / 小时， 则析出物的直径变得过大， 另外该冷却 时间变长， 有可能降低生产率等。更优选的冷却速度的下限为 7.8℃ / 小时。更优选的冷却 速度的上限为 30℃ / 小时， 从得到稳定的结果的观点出发， 进一步优选的冷却速度的上限 为 14℃ / 小时。
在最终退火后， 为了除去附着的退火分离剂， 进行水洗、 刷净、 酸洗是有用的。然 后， 进行平整退火来矫正形状， 这对降低铁损是有效的。
在将钢板层叠使用的情况下， 为了改善铁损， 在平整退火前或平整退火后， 对钢板 表面实施绝缘涂层是有效的。为了降低铁损， 优选能够对钢板赋予张力的涂层。如果采用 利用通过粘结剂的张力涂层涂布方法、 物理蒸镀法或化学蒸镀法等在钢板表层上涂布无机 物的方法， 则涂膜的密合性优良， 并且具有显著的铁损降低效果， 因此， 特别优选。
为了降低铁损， 优选进行磁畴细化处理。作为该处理方法， 可以例示 ： 如通常所实 施的那样在最终制品板上设置凹槽、 或者通过激光或等离子体以线状引入热应力或冲击应 力的方法 ； 和在达到最终加工板厚的冷轧板等中间制品上预先设置凹槽的方法。 作为使用本发明的钢板的优选的铁芯的制造方法， 可以列举 ： 对本发明的钢板进 行剪切， 在不进行去应力退火的条件下进行层叠来制造铁芯的方法。 此时， 对于本发明的钢 板而言， 能够将剪切前后的钢板的铁损的劣化抑制在 0.1W/kg 以下 ( 优选为 0.041W/kg 以 下 )。 特别是在对大型 ( 例如最长边的长度超过 500mm) 的板进行剪切来制造大型的铁芯的 情况下， 该制造方法特别有利。钢板的层叠数、 通过上述剪切而得到的钢板的尺寸和形状、 上述凹槽的有无及其尺寸、 进而涂层的有无和种类等， 基于现有的知识进行适当选择即可。
< 实施例 1>
通过连铸来制造钢坯， 在 1400℃下进行钢坯加热后， 通过热轧精加工成 2.4mm 的 厚度， 其中， 所述钢坯含有 C ： 0.065 ％、 Si ： 3.25 ％、 Mn ： 0.13 ％、 Al ： 240ppm、 N： 70ppm、 S： 36ppm 及 Nb ： 25ppm( 仅 No.7 钢为 Nb ： 20ppm)， 余量由 Fe 及不可避免的杂质构成。然后， 在 1000℃下实施 40 秒的热轧板退火后， 通过冷轧制成 1.6mm 的板厚， 进一步实施 900℃的中间 退火， 然后， 通过冷轧精加工成 0.23mm 厚。
然后， 在 60％ N2-40％ H2 湿润气氛中， 在 850℃下实施 90 秒的均热条件的再结晶 退火， 然后， 涂布以 MgO 为主体的退火分离剂， 并在 1220℃下进行 6 小时的纯化退火。在纯 化退火中， 对从 900℃至 500℃的冷却速度如表 1 所示进行控制， 变更 Nb 析出物的直径和 Nb 的析出比例。然后， 在 850℃下实施 20 秒的平整退火。
将所得到的样品切割成 30mm×280mm 尺寸。此时的切割在钢丝钳切割和利用剪切 机的切割 2 种条件下进行。基于 JIS C 2550 中记载的方法对所得到的样品的磁特性进行 测定， 并将通过利用钢丝钳的切割而得到的样品的磁特性示于表 1 中。
进而， 对于通过 2 种条件的切割方法分别得到的铁损而言， 将通过从利用剪切机 切割的样品的铁损中减去通过利用钢丝钳的切割得到的样品的铁损的方法而求出的 ΔW 一并示于表 1 中。
接着， 对磁测定后的样品进行酸洗处理来除去被膜， 从而测定二次再结晶晶粒的 结晶粒径。 将其结果与 Nb 的析出物直径及析出比例的调查结果一并示于表 1 中。 需要说明
的是， 对该酸洗处理后除去被膜的样品进行了钢板中的成分调查， 结果为 C ： 0.0016％、 Si ： 3.24％、 Mn ： 0.13％、 Nb ： 18ppm( 仅 No.7 钢为 Nb ： 15ppm)， 可以确认是满足本发明的要素的 成分组成。
表1
*)Nb 量在钢坯中为 20ppm， 在被膜除去样品中为 15ppm
如该表所示可知， 对于结晶粒径、 Nb 的析出物直径及析出比例满足本发明的优化 范围的发明例而言， 磁特性均良好， 并且 ΔW 小， 从而由剪切加工产生的铁损劣化小。
< 实施例 2>
准备如下得到的含有表 2 记载的成分的方向性电磁钢板的制品板 ( 板厚 ： 0.23mm) ： 根据通常的制造方法实施二次再结晶退火， 接着， 在 1150℃下实施纯化退火， 然 后， 将从 900℃至 500℃的冷却速度设定为 25℃ / 小时。
将该方向性电磁钢板切割成 30mm×280mm 尺寸。此时， 在利用钢丝钳的切割的情 况与利用剪切机的切割的情况的 2 种条件下进行。
通过 JIS C 2550 中记载的方法对所得到的样品的磁特性进行测定， 并将通过利用 钢丝钳的切割而得到的样品的磁特性示于表 2 中。另外， 将与实施例 1 同样地求出的 ΔW 一并示于表 2 中。
另外， 对磁测定后的样品进行酸洗处理来除去被膜， 从而测定二次再结晶晶粒的 结晶粒径。将其结果与 Nb 等的析出物直径及析出比例的调查结果一并示于表 2 中。需要 说明的是， 表 2 的钢板中的成分是对该酸洗处理后除去被膜的样品进行成分测定的结果。
另外， 进行了析出物的调查， 结果， 平均的析出物直径为 0.05 ～ 3.34μm， 析出比 例为 0 ～ 79％。
如该表所示可知， 对于结晶粒径、 Nb 等的析出物直径及析出比例满足本发明的优 化范围的发明例而言， 磁特性均良好， 并且 ΔW 小， 由剪切加工产生的铁损劣化小。< 实施例 3>
通过连铸来制造钢坯， 在 1400℃下进行钢坯加热后， 通过热轧精加工成 2.4mm 的 厚度， 其中， 所述钢坯含有 C ： 0.065％、 Si ： 3.25％、 Mn ： 0.13％、 Cr ： 0.05％、 Al ： 240ppm、 N： 70ppm、 S： 36ppm、 P： 0.013％、 Sn ： 0.075％、 Sb ： 0.036％、 Mo ： 0.011％及 Nb ： 25ppm， 余量由 Fe 及不可避免的杂质构成。然后， 在 1000℃下实施 40 秒的热轧板退火后， 通过冷轧制成 1.6mm 的板厚， 进一步在 700 ～ 1020℃的温度范围内实施中间退火， 然后， 通过冷轧精加工 成 0.23mm 厚的钢板。
接着， 在钢板表面上通过局部的电解蚀刻以与轧制直角方向成 10°的角度的方式 以 8mm 间距形成宽度 ： 100μm、 深度 ： 25μm 的线状凹槽。然后， 在 60％ N2-40％ H2 湿润气氛 中， 在 800 ～ 900℃下实施 90 秒的均热条件的再结晶退火， 然后， 涂布以 MgO 为主体的退火 分离剂， 并在 1220℃下进行 6 小时的纯化退火。然后， 将从 900℃至 500℃的冷却速度设为 10℃ / 小时进行冷却。
然后， 在 850℃下实施 20 秒的平整退火。为了变更二次再结晶后的粒径的大小， 将中间退火温度和再结晶退火温度进行各种变更。 将所得到的样品切割成爱泼斯坦试验片 的 30mm×280mm 尺寸。此时， 在利用钢丝钳切割的情况和利用剪切机的切割的情况的 2 种 条件下进行。
通过 JIS C 2550 中记载的方法对所得到的样品的磁特性进行测定， 并将通过利用 钢丝钳的切割而得到的样品的磁特性示于表 3 中。另外， 将与实施例 1 同样地求出的 ΔW 一并示于表 3 中。
另外， 对磁测定后的样品进行酸洗处理来除去被膜， 从而测定二次再结晶晶粒的 结晶粒径。 将其结果与 Nb 等的析出物直径及析出比例的调查结果一并示于表 3 中。 另外， 对 该酸洗处理后除去被膜的样品进行了钢板中的成分调查， 结果， C： 0.0016％、 Si ： 3.24％、 Mn ： 0.13％、 Cr ： 0.05％、 P： 0.011％、 Sn ： 0.074％、 Sb ： 0.036％、 Mo ： 0.011％、 Nb ： 18ppm， 是 满足本发明的要素的成分组成。
表3
如该表所示可知， 对于结晶粒径、 Nb 的析出物直径及析出比例满足本发明的优化 范围的发明例而言， 磁特性均良好， 并且 ΔW 小， 由剪切加工产生的铁损劣化小。
另外， 由实施例 1 ～ 3 可知， 通过本发明， 能够得到 ΔW 约为 0.1W/kg 以下的、 剪切 加工时的磁特性劣化少的方向性电磁钢板。 由此可知， 对本发明的钢板进行剪切加工， 在不 实施去应力退火的条件下制造层叠铁芯， 对改善铁芯的磁特性、 特别是对改善铁损是有效 的。
另外， 对于使用实施例 1 ～ 3 的 Nb 析出物的钢而言， 析出物直径 ( 平均直径 ) 为 0.12μm 以上且 1.2μm 以下 ( 优选为 0.78μm 以下。另外， 优选析出比例为 48％以上 )， ΔW 为 0.038W/kg 以下时， 能够得到更加优良的特性。由上述实施例 1 ～ 3 等可知， 为了得 到这样的析出物直径和量， 优选将最终退火后的冷却速度设为 7.8 ～ 30℃ / 小时， 进一步优 选设为 7.8 ～ 14℃ / 小时。
产业上的可利用性
根据本发明， 能够减轻方向性电磁钢板的剪切加工时的磁特性劣化。结果能够得 到铁损少的铁芯， 因而， 能够制作能量效率高的大型变压器等。