JP2002129233A - 圧延方向および圧延直交方向の磁気特性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
圧延方向および圧延直交方向の磁気特性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法Info
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Abstract
れていても、L方向およびC方向ともに良好な磁気特性
を有する方向性電磁鋼板を得る。 【解決手段】 方向性電磁鋼板の製造に際し、最終冷延
前の平均結晶粒径を 100μm 以上にすると共に、最終冷
延における圧下率を80%以上とする。
Description
ーターや発電機等の鉄心用材料としての用途に供して好
適な、圧延方向および圧延直交方向の両方の磁気特性に
優れる方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
を強く受け、優れた磁気特性を得るためには磁化容易軸
<001>が鋼板面に平行になっている必要があること
が知られている。
01>方位を発達させた一方向性電磁鋼板が製造され、
変圧器等に使用されている。しかしながら、この一方向
性電磁鋼板は、圧延方向(以下、L方向とする)につい
ては優れた磁気特性を有しているものの、圧延直交方向
(以下、C方向とする)および圧延方向から45°の方向
(以下、D方向とする)の磁気特性は極めて悪い。
二次再結晶粒を発達させたいわゆる二方向性電磁鋼板
は、L方向とC方向の両方に<001>軸を持つため、
L方向とC方向の磁気特性に優れている。また、L方向
とC方向の磁化の合成により、D方向の磁気特性も一方
向性電磁鋼板より優れている。従って、この鋼板を、テ
ィースおよびコアバックがL方向およびとC方向に一致
するようにして扇形の部品に打ち抜き、組み合わせて鉄
心とすることで、大型モーターや発電機等の効率向上や
小型化が可能になる。
は、古くから研究がなされていて、例えば表面エネルギ
ーを利用する方法(特公昭36−8554号公報等)や、クロ
ス圧延を利用する方法(特公昭35−2657号公報等)など
が知られている。しかしながら、これらの方法は、焼鈍
条件の厳密な制御や特殊な圧延方向を必要とするため、
工業的に大量生産するのには適していなかった。
炭素でSi,Al,N等の含有量を限定した鋼を、熱延、冷
延の後に特定条件で焼鈍することによって、L方向とC
方向の磁気特性のバランスを改善した電磁鋼板の製造方
法が開示されている。しかしながら、この技術によって
得られる鋼板のC方向の磁気特性は、B50(磁化力 500
0A/mにおける磁束密度)で1.62T以下であり、一般の無
方向性電磁鋼板と比べても低いため、より高いB50が求
められている。
高純度鋼を素材として、この鋼材の最終冷延前における
粒径を 100μm 以上とし、冷間圧延後の再結晶焼鈍、仕
上げ焼鈍により{100}<001>方位が適度に発達
した二次再結晶組織とすることによって、圧延面内での
平均磁気特性に優れた電磁鋼板を製造する技術を開発
し、特願平11−115965号明細書において開示した。この
方法は、特殊な焼鈍方法や圧延方法を用いないため、大
量生産に適してはいるものの、素材である高純度鋼の精
錬コストが高いというところに問題を残していた。
を有利に解決するもので、Se,S,O,N等の不純物が
一定量含有されていても、圧延方向および圧延直交方向
の磁気特性に優れる方向性電磁鋼板の有利な製造方法を
提案することを目的とする。
の目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、以下に述べ
る知見を得た。 (1) 発明者らが先に開発した高純度鋼(特願平11−1159
65号明細書)では、Se,S,O,N等を極力低減するこ
とによって、二次再結晶における粒界の移動を促進して
いる。 (2) かかる粒界移動は、不純物だけでなく、一次再結晶
の集合組織にも大きく影響される。 (3) 最終冷延の圧下率を高めること、さらにはCを0.01
〜0.05mass%程度含有させた上で圧延温度を 150〜450
℃に高めることによって、{100}<001>方位の
二次再結晶に有利な一次再結晶の集合組織を形成するこ
とが可能であり、この方法によればSe, S, O, N等を
ある程度含有することによる不利を克服できる。本発明
は、上記の知見に立脚するものである。
である。 1.C:0.05mass%以下, Si:1.5 〜4.5 mass%, Mn:
0.005 〜1.0 mass%およびAl:0.001 〜0.020 mass%を
含み、かつSe, Sを合計で150ppm以下、Oを 60ppm以
下、Nを 50ppm以下に抑制し、残部はFeおよび不可避的
不純物の組成になる鋼スラブを、熱間圧延し、必要に応
じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間焼鈍を挟
む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚に仕上げ、つい
で再結晶焼鈍を施し、その後必要に応じて焼鈍分離剤を
塗布してから、最終仕上げ焼鈍を施して二次再結晶を生
じさせることからなる方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、最終冷延前の平均結晶粒径を 100μm 以上とし、か
つ最終冷延における圧下率を80%以上とすることを特徴
とする、圧延方向および圧延直交方向の磁気特性に優れ
る方向性電磁鋼板の製造方法。
範囲としたことを特徴とする上記1記載の方向性電磁鋼
板の製造方法。
の40%以上の板厚減少が生じる圧延区間における温度を
150〜450 ℃とした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の製造方法。
したことを特徴とする上記1,2または3記載の方向性
電磁鋼板の製造方法。
記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
明する。まず、本発明において鋼スラブの成分組成を上
記の範囲に限定した理由について説明する。 C:0.05mass%以下 Cは、0.05mass%を超えると脱炭焼鈍によっても 50ppm
以下まで除去することが困難となり、磁気時効による鉄
損の劣化を招く。また、最終冷延前の焼鈍の際にγ相が
生じ、結晶粒を平均粒径:100 μm 以上の大きさに成長
させるのが困難となる。これらの理由により、Cは0.05
mass%以下に限定した。一方で、Cは、冷延時に結晶粒
内における局所変形を促進させ、{100}<001>
組織の発達を促す効果も有する。この作用は、0.003 ma
ss%以上で発生し、0.01mass%以上でより強くなるた
め、Cは0.01mass%以上添加することが好ましい。
る。また、最終冷延前の焼鈍の際におけるγ相の発生を
抑制して粒成長を促進する作用があるため、1.5mass%
以上で含有させるものとした。一方、4.5 mass%を超え
ると加工性が劣化し、最終冷延の際に割れが発生し易く
なるので、4.5 mass%以下に限定した。
含有量が 0.005mass%未満ではその効果がなく、一方
1.0mass%を超えると二次再結晶が困難になるので、 0.
005〜1.0 mass%の範囲に限定した。
方位の集積度が低下したり、二次再結晶が不安定とな
り、一方 0.020mass%を超えると{110}<001>
方位が増加してC方向の磁気特性が劣化するので、Al量
は 0.001〜0.020mass%の範囲に限定した。特にAl量が
0.001〜0.010 mass%の範囲では、仕上げ焼鈍後の鉄損
が低減されるのでより有利である。この理由は定かでは
ないが、鋼板内部のAl窒化物あるいは酸化物が低減され
るためではないかと考えられる。
制する作用があり、{100}<001>方位の集積度
を低下させる。特に、合計で 150 ppmを超えると、たと
え本発明の方法を用いても磁気特性の劣化が避けられな
いので、150ppm以下に限定した。
{100}<001>方位の集積度を低下させる。ま
た、焼鈍による除去も困難で、60 ppmを超えると本発明
の方法を用いても磁気特性の劣化が避けられないので、
60 ppm以下に限定した。
抑制して{100}<001>方位の集積度を低下させ
るので、50 ppm以下に限定した。
元素である。しかしながら、含有量が1ppm に満たない
とその添加効果に乏しく、一方 100 ppmを超えると二次
再結晶が生じなくなるので、B量は1〜100 ppm の範囲
に限定した。なお、多量の添加は板の脆化をもたらし、
曲げ加工によって割れ易くなるので、より好ましくは1
〜20 ppmの範囲である
て、1.5 mass%以下のNi、0.5 mass%以下のCu,Mo,S
n,Sb、1mass%以下のCuを適宜含有させることができ
る。また、不可避的不純物として、例えば0.05 masss%
以下のP,Cu,Ni,Cr,Mo等を含んでいても特に問題は
ない。
述べる。上記の好適成分に調整された鋼スラブを、常法
に従い加熱したのち、熱間圧延を行う。ついで、必要に
応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間焼鈍を
挟む2回以上の冷間圧延を行って最終板厚に仕上げる。
本発明では、この最終冷延の前の段階で結晶粒の大きさ
を平均粒径で 100μm以上にしておくことが重要であ
り、かくして{100}<001>方位の集積度の向上
ひいては磁気特性の向上が達成されるのである。これに
対し、平均結晶粒径が 100μm 未満の場合、あるいは圧
延による伸長粒が残存している場合、一次再結晶後に
{111}組織が発達し、{110}<001>方位の
二次再結晶が成長し易くなり、L方向の磁気特性は向上
するものの、C方向の磁気特性の劣化を招く。ここに、
最終冷延前に 100μm 以上の平均結晶粒径を得るために
は、最終冷延前に 900℃以上、1250℃以下の温度で熱延
板焼鈍あるいは中間焼鈍を行うことが有効である。
上にすることが重要であり、かくして{100}<00
1>方位の集積度を有利に向上させることができる。
板厚減少量の40%以上の板厚減少を生じさせる圧延区間
を 150〜450 ℃の温間圧延とすることが有効である。例
えば最終冷延前の板厚が3mm、仕上げ厚が0.35mmの場
合、温間圧延の区間での板厚の減少量の合計が、板厚減
少量:2.65mmの40%である1.06mm以上となるようにする
のがよい。なお、温間圧延区間の上限はなく、圧延の全
区間を温間圧延としてもかまわない。ここに、温間圧延
の温度を 150〜450 ℃とした理由は、圧延温度が 150℃
未満では温度上昇の効果が少なく、一方 450℃を超える
と導入した転位の回復が生じるため、{100}<00
1>方位への集積があまり期待できなくなるからであ
る。かかる温間圧延は、C含有量が0.01mass%以上の場
合に、最も有効に{100}<001>方位の集積度を
高める効果がある。
鈍温度:750 〜950 ℃、焼鈍時間:10〜200 秒として一
次再結晶を生じさせる。この時、一次再結晶粒の粒径が
大きすぎると、仕上げ焼鈍で二次再結晶が生じなくな
る。ここに、粒径の上限値はAl量や不純物量によって変
化するが、概ね70μm 程度である。また、磁気時効によ
る磁気特性の劣化を防止するため、雰囲気を湿潤水素雰
囲気としてC量を 50ppm以下好ましくは 30ppm以下とす
るのが望ましい。
℃の温度に10時間以上保持して二次再結晶を生じさせる
ことが好ましい。焼鈍雰囲気は非酸化性雰囲気とする必
要があるが、5 vol%以上の窒素を含有させることによ
って二次再結晶が安定して生じるようになる。また、こ
の仕上げ焼鈍中における鋼板同士の密着を防止するため
に、マグネシア、アルミナ、シリカ等の粉末やシートを
焼鈍分離剤として用いることも可能である。
仕上げ焼鈍後の鋼板表面に絶縁コーティング処理を施す
ことが望ましい。絶縁コーティングには、従来の電磁鋼
板に用いられている無機、半有機、有機コーティングが
使用できる。また、張力を付与するシリカ−りん酸塩系
のコーティングを施すことも、騒音の低減および歪感受
性の低減に有効である。また、コイル形状で仕上げ焼鈍
を行った場合には、鋼板に張力を付与しながら750〜900
℃の温度で平坦化焼鈍を施すのが、形状矯正および磁
性改善のために有効であり、さらにかかる焼鈍の雰囲気
を湿潤水素として脱炭を併せて行うことも可能である。
て製造した後、1100℃で20分間加熱してから、熱間圧延
により 2.6mm厚の熱延板とした。これらのスラブのB含
有量は 0.3〜0.8 ppm である。ついで、1050℃で60秒の
熱延板焼鈍を行ったところ、表1に併記したようにほと
んどの熱延板は平均粒径が 200μm 以上になったが、一
部の成分系では1200℃まで熱延板焼鈍温度を上げても平
均粒径は200μm に達しなかった。ついで、1回の冷間
圧延で0.35mmの最終板厚に仕上げた(圧下率:86.5
%)。この最終冷間圧延は全部で6パスとし、1〜5パ
スの圧延区間は 200℃の温間圧延として 0.5mmまで減厚
し(全板厚減少量の93.3%)、6パス目を常温の冷間圧
延とした。
%、露点:40℃の雰囲気中にて 900℃、30秒の再結晶焼
鈍および窒素雰囲気にて 950℃、50hの仕上げ焼鈍を行
った。さらに、重クロム酸アルミニウム、エマルジョン
樹脂、エチレングリコールを混合した液を塗布し、300
℃で焼き付けて半有機コーティングを被成し製品とし
た。かくして得られた製品のL方向、C方向における磁
気特性を単板磁気試験器で測定した。得られた結果を表
1に併記する。
する発明例(No.1〜9)はいずれも、L方向およびC方
向とも良好な磁気特性が得られた。これに対し、No.11
および14の成分では、熱延板や冷延板の形状が不良であ
った。また、No.10 ではCが 100 ppm残留したため、B
50がほぼ同等でC残留量が15 ppmと低いものよりも、鉄
損W15/50 が約30%増大した。
Al:0.008 mass%、S:45 ppm、Se:6ppm 、O:33 p
pm、N:27 ppmを含有し、残部はFeおよび不可避的不純
物の組成になる鋼スラブを、1100℃で20分間加熱してか
ら、熱間圧延により5mm厚の熱延板とし、ついで中間焼
鈍を挟む2回の冷間圧延によって0.35mmの板厚に仕上げ
た。この際、2回目の冷延(最終冷延)の圧下率と冷延
前粒径を表2のように変化させた。冷延前粒径の調整は
中間焼鈍温度を変化させることにより行った。また、2
回目の冷延は 180℃の温間で全パスを行った。ついで、
水素:50 vol%、窒素:50 vol%、露点:40℃の雰囲気
中にて 900℃、30秒の再結晶焼鈍および窒素:20 vol
%、アルゴン:80 vol%の雰囲気で980℃、50hの仕上
げ焼鈍を行った。かくして得られた製品のL方向、C方
向における磁気特性を単板磁気試験器で測定した。得ら
れた結果を表2に併記する。
径および最終冷延圧下率が本発明の条件を満足している
場合には、L方向およびC方向とも良好な磁気特性を得
ることができた。
させ、他は実質的に実施例2と同じ成分組成になる鋼ス
ラブを、1100℃で20分間加熱してから、熱間圧延により
3.2mm 厚の熱延板とし、ついで熱延板焼鈍を行って平均
結晶粒径を 180μm とした。ついで全パス区間を 200℃
とした温間圧延により板厚:0.35mmの最終冷延板に仕上
げた。その後、実施例2と同様な再結晶焼鈍および仕上
げ焼鈍を実施した。かくして得られた製品板のC方向の
B50について調べた結果を図1に示す。同図に示したと
おり、Cが 0.003mass%以上、特にC量が0.01mass%以
上になると、C方向のB50が格段に向上している。
は、実質的に実施例2と同じ成分組成になる鋼スラブ
を、1100℃で20分間加熱してから、熱間圧延により3.2
mm厚の熱延板とし、ついで熱延板焼鈍を行って平均結晶
粒径を 140μm とした。ついで、冷間圧延と 250℃の温
間圧延とを、温間圧延の区間の比率を全板厚減少量の0
〜100 %の範囲で種々に変化させて行い、板厚:0.35mm
の最終冷延板に仕上げた。その後、実施例2と同様な再
結晶焼鈍および仕上げ焼鈍を実施した。かくして得られ
た製品板のC方向のB50について調べた結果を図2に示
す。同図から明らかなように、温間圧延の区間が40%以
上になるとC方向のB50が向上した。その効果は、特に
C量が 0.021mass%の場合に顕著であった。
化させること以外は、実質的に実施例2と同じ成分組成
になる鋼スラブを、1100℃で20分間加熱してから、熱間
圧延により3.2 mm厚の熱延板とし、ついで熱延板焼鈍を
行って平均結晶粒径を 180μm とした。ついで全パスが
200℃の温間圧延により板厚:0.35mmの最終冷延板に仕
上げた。その後、実施例2と同様な再結晶焼鈍および仕
上げ焼鈍を実施した。かくして得られた製品板のL方向
の鉄損W15/50 について調べた結果を図3に示す。同図
に示したとおり、Al含有量が0.01mass%を超えると鉄損
が若干劣化し、含有量が0.02mass%を超えると急激に劣
化する。Al量が 0.016mass%の鋼板では二次再結晶粒の
方位分散が増加すると同時に、鋼板内部の窒化アルミニ
ウムが増加しており、これらが鉄損の劣化原因と推定さ
れる。
こと以外は、実質的に実施例2と同じ成分組成になる鋼
スラブを、1100℃で60分間加熱してから、熱間圧延によ
り 2.0mm厚の熱延板とし、ついで熱延板焼鈍を行って平
均結晶粒径を310 μm とした。ついで全パスが 200℃の
温間圧延により板厚:0.35mmの最終冷延板に仕上げた。
その後、実施例2と同様な再結晶焼鈍および仕上げ焼鈍
を実施した。かくして得られた製品板のC方向のB50に
ついて調べた結果を表3に示す。
m 以上になるとB50は向上するが、100ppmを超えると二
次再結晶が生じなくなり、B50は大幅に低下した。
<001>方位に集積した二次再結晶組織として、L方
向およびC方向ともに良好な磁気特性を有する方向性電
磁鋼板を得ることができ、大型モーターや発電機等の鉄
心材料として偉功を奏する。
したグラフである。
との関係をC含有量をパラメータとして示したグラフで
ある。
を示したグラフである。
Claims (5)
- 【請求項1】 C:0.05mass%以下, Si:1.5 〜4.5 ma
ss%, Mn:0.005 〜1.0mass%およびAl:0.001 〜0.020
mass%を含み、かつSe, Sを合計で150ppm以下、Oを
60ppm以下、Nを 50ppm以下に抑制し、残部はFeおよび
不可避的不純物の組成になる鋼スラブを、熱間圧延し、
必要に応じて熱延板焼鈍を施したのち、1回または中間
焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚に仕上
げ、ついで再結晶焼鈍を施し、その後必要に応じて焼鈍
分離剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を施して二次再
結晶を生じさせることからなる方向性電磁鋼板の製造方
法において、 最終冷延前の平均結晶粒径を 100μm 以上とし、かつ最
終冷延における圧下率を80%以上とすることを特徴とす
る、圧延方向および圧延直交方向の磁気特性に優れる方
向性電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項2】 スラブ中のC量を0.01〜0.05mass%の範
囲としたことを特徴とする請求項1記載の方向性電磁鋼
板の製造方法。 - 【請求項3】 最終冷延工程において、全板厚減少量の
40%以上の板厚減少が生じる圧延区間における温度を 1
50〜450 ℃とした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の製造方法。 - 【請求項4】 スラブ中のAl量を 0.010mass%以下とし
たことを特徴とする請求項1,2または3記載の方向性
電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項5】 スラブ中にさらに、 B:1〜100 ppm を含有させたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
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