JP2620438B2 - 磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電気機器の鉄芯として用
いられる一方向性電磁鋼板の製造方法に関するもので特
に、スラブ加熱温度を1200℃以下とする製造プロセ
ス、即ちインヒビターを冷間圧延完了後に作り込む製造
プロセスにおける熱延板焼鈍条件の適正化により極めて
高い磁束密度を有する製品の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、主として変圧器、
発電機その他の電気機器の鉄芯材として用いられ、それ
が有する磁気特性として励磁特性と鉄損特性が良好であ
ることの他、良好な皮膜を有するものでなければならな
い。一方向性電磁鋼板は、二次再結晶現象を利用して圧
延面に{110}面、圧延方向に〈001〉軸をもつ所
謂ゴス方位を有する結晶粒を発達させることによって得
られる。
【0003】前記二次再結晶現象は、よく知られている
ように、仕上焼鈍過程で生じるが、二次再結晶の発現を
十分なものとするためには、仕上焼鈍過程における二次
再結晶発現温度域まで一次再結晶粒の成長を抑制するA
lN,MnS,MnSe等の微細な析出物、所謂インヒ
ビターを鋼中に存在させる必要がある。従って、電磁鋼
スラブは、インヒビター形成元素、例えばAl,Mn,
S,Se,N等を完全に固溶させるために、1350〜
1400℃といった高温に加熱される。而して、電磁鋼
スラブ中に完全に固溶せしめられたインヒビター形成元
素は、熱延板或は最終冷間圧延前の中間板厚の段階で焼
鈍によって、AlN,MnS,MnSeとして微細に析
出せしめられる。
【0004】特公昭46−23820号公報にはC,A
lを含むことを必須条件とする普通鋼もしくは珪素鋼素
材を用いて{110}〈001〉方位の二次再結晶粒を
発生させる処理工程において、最終冷延のすぐ前の焼鈍
を750〜1200℃で行った後、Si量に応じて75
0〜950℃以下を急冷することによって好ましいサイ
ズのAlNを鋼板に析出させる方法が、また特開昭50
−15727号公報ではC,Al,Mn,N,Cu等を
含む珪素鋼を熱延し、少なくとも1回の冷間圧延のプロ
セスをとる一方向性電磁鋼板の製造において、最終冷延
前に15秒〜2時間に亘り760〜1177℃で焼鈍
し、927℃以下で且つ400℃以上の温度から少なく
とも260℃程度までは自然冷却よりは早い速度で、最
高温度から927℃以下にして400℃以上の温度まで
は自然冷却よりは遅い速度で冷却する方法が提案されて
いる。これらの方法はいずれもスラブ加熱温度を高温に
して析出物を完全に固溶した後に熱延される素材にのみ
適用可能なものである。
【0005】このようなプロセスを採るとき、電磁鋼ス
ラブは前述のように高温に加熱されるから、溶融スケー
ル(ノロ)の発生が多量なものとなり、加熱炉補修の頻
度を高めてメインテナンスコストを高くするのみならず
設備稼動率を低下せしめさらに、燃料原単位を高くする
等の問題がある。かかる問題を解決すべく、電磁鋼スラ
ブの加熱温度を低いものとし得る一方向性電磁鋼板の製
造方法の研究が進められている。例えば、特公昭61−
60896号公報には、Mn含有量を0.08〜0.4
5%、S含有量を0.007%以下として〔Mn〕
〔S〕積を低くし更にAl,P,Nを含有せしめた電磁
鋼スラブを素材とすることにより、スラブ加熱温度を1
280℃未満とし得る製造プロセスが、また特開平1−
230721号公報にはAl,N,B,Ti等を含んだ
電磁鋼スラブを1200℃以下の温度で加熱する同様な
プロセスが提案されている。これらの方法はインヒビタ
ーを高温スラブ加熱材のように前工程で調整するもので
はなく、冷延以降の後工程で造り込むことを特徴として
おり、従って熱延及び熱延板焼鈍においては組織(再結
晶率、変態相等)の調整のみに注意を払えばよいことに
なる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】電磁鋼スラブの加熱温
度を1200℃以下の低いものとする本発明の製造プロ
セスにおいて重要なことは脱炭焼鈍板の結晶組織(平均
粒径、粒径分布)、集合組織の調整と脱炭焼鈍以降のイ
ンヒビターの造り込み(窒化)である。特に脱炭焼鈍板
の結晶組織、集合組織は製品の磁気特性に大きな影響を
及ぼすことが知られており特開平2−182866号公
報では一次再結晶粒の平均直径を15μm以上、直径の
変動係数を0.6以下にすることを提案している。この
組織に影響を与える因子としては冷間圧延以前の金属組
織及び析出物のサイズや分散状態、冷延後の焼鈍温度等
が挙げられるが、これらを左右する工程は、熱延板焼鈍
(最終冷延前焼鈍を含む)と脱炭焼鈍である。これを解
決するための方法を特開平2−259019号公報で提
案した。
【0007】本発明はこれをさらに詳細に検討し磁束密
度に及ぼす鋼の成分(Al,N)と最終冷延前の鋼板の
焼鈍条件と脱炭焼鈍時の一次再結晶粒成長との関係を明
らかにし、熱延板焼鈍条件を高温側で適正にして、窒化
処理することにより極めて高い磁束密度を有する一方向
性電磁鋼板の製造法を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記の通りである。
【0009】(1)重量でC:0.025〜0.075
%、Si:2.5〜4.5%、S<0.015%、酸可
溶性Al:0.015〜0.040%、N<0.010
%、Mn:0.050〜0.45%を含有し残部Fe及
び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを1200℃以
下の温度に加熱した後、熱延し、最終冷延前の鋼板に2
段均熱する焼鈍を実施し、一回または中間焼鈍を介挿す
る二回以上の圧延でその最終圧延率を80%以上とし、
ついで脱炭焼鈍、仕上焼鈍を行い、脱炭焼鈍から仕上焼
鈍の二次再結晶開始温度までの間に、鋼板に窒化処理
する一方向性電磁鋼板の製造において、前記最終冷延前
の鋼板に実施する焼鈍を、高温側均熱と、800℃〜9
50℃に30秒以上300秒以内滞留させ、ついで室温
まで10℃/sec 以上の速度で冷却処理する低温側均熱
との2段均熱で行うにあたり、前記高温側の均熱処理
を、均熱温度T℃が、熱延板の成分から求めたAl
R (酸可溶性Al−27/14×N)(ppm)との関係
1240−2.1AlR <T<1310−1.8AlR
(最高温度:1150℃最低温度:1100℃)の範
囲になるように設定し、この温度範囲で180秒以内
持して行うことを特徴とする磁束密度の高い一方向性電
磁鋼板の製造方法。
【0010】(2)重量でC:0.025〜0.075
%、Si:2.5〜4.5%、S<0.015%、酸可
溶性Al:0.015〜0.040%、N<0.010
%、Mn:0.050〜0.45%、Sn:0.02〜
0.15%、Cr:0.05〜0.15%を含有し残部
Fe及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを出発素
材とすることを特徴とする請求項1記載の磁束密度の高
い一方向性電磁鋼板の製造方法。
【0011】以下本発明を詳細に説明する。本発明にお
いて、出発材料とする電磁鋼スラブの成分組成の限定理
由は以下の通りである。Cはその含有量が0.025%
未満になると二次再結晶が不安定になり且つ、二次再結
晶した場合でも製品の磁束密度(B8 値)が1.80T
に満たない低いものとなる。一方、Cの含有量が0.0
75%を超えて多くなり過ぎると、脱炭焼鈍時間が長大
なものとなり、生産性を著しく損なう。
【0012】Siは、その含有量が2.5%未満になる
と低鉄損の製品を得難く、一方、Siの含有量が4.5
%を超えて多くなり過ぎると材料の冷間圧延時に、割
れ、破断が多発し、安定した冷間圧延作業を不可能にす
る。
【0013】本発明の出発材料の成分系における特徴の
1つは、Sを0.015%未満、好ましくは0.007
%以下とする点にある。従来、公知の技術、たとえば特
公昭40−15644号公報、或は特公昭47−252
50号公報に開示されている技術においては、Sは、二
次再結晶を生起させるに必要な析出物の1つであるMn
Sの形成元素として必須であった。前記公知技術におい
て、Sが最も効果を発揮する含有量範囲があり、それは
熱間圧延に先立って行われるスラブの加熱段階でMnS
を固溶できる量として規定されていた。しかしながら、
インヒビターとして(Al,Si)Nを用いる本発明に
おいては、MnSは特に必要としない。むしろ、MnS
が増加することは磁気特性上好ましくない。従って、本
発明においては、Sの含有量は0.015%未満、好ま
しくは0.007%以下である。
【0014】AlはNと結合してAlNを形成するが、
本発明においては、後工程即ち一次再結晶完了後に鋼を
窒化することにより、(Al,Si)Nを形成せしめる
ことを必須としているから、フリーのAlが一定量以上
必要である。そのため、酸可溶性Alとして、0.01
5〜0.040%添加する。
【0015】Nは0.010%以下にする必要がある。
これを超えるとブリスターと呼ばれる鋼板表面の脹れが
発生する。また一次再結晶組織の調整が困難になる。下
限は0.0020%がよい。この値未満になると二次再
結晶粒を発達させるのが困難になる。
【0016】Mnは、その含有量が少な過ぎると二次再
結晶が不安定となり、一方、多過ぎると高い磁束密度を
もつ製品を得難くなる。適正な含有量は、0.050〜
0.45%である。
【0017】SnとCrは複合添加で仕上焼鈍後の被膜
形成を安定化すると同時にSnは脱炭焼鈍後の集合組織
を改善し、ひいては二次再結晶粒を小粒化し被膜の安定
化と相俟って鉄損改善に効果が大きい。Snの適量は
0.02%〜0.15%でありこれより少ないと効果が
弱く、一方多いと窒化が困難になり二次再結晶粒が発達
しなくなる。一方、Crの適量は0.05〜0.15%
が良い。なお、微量のCu,P,Tiを鋼中に含有せし
めることは、本発明の趣旨を損なうものではない。
【0018】次に、本発明の製造プロセスについて説明
する。電磁鋼スラブは、転炉或は電気炉等の溶解炉で鋼
を溶製し、必要に応じて真空脱ガス処理し、次いで連続
鋳造によって或は造塊後分塊圧延することによって得ら
れる。然る後、熱間圧延に先立つスラブ加熱がなされ
る。本発明のプロセスにおいては、スラブの加熱温度は
1200℃以下の低いものとして加熱エネルギの消費量
を少なくするとともに、鋼中のAlNを完全には固溶さ
せずに不完全固溶状態とする。また、さらに固溶温度の
高いMnSは、上記スラブ加熱温度では当然のことなが
ら不完全固溶状態となる。このスラブを熱延して所定の
厚みの熱延板を造る。
【0019】次に本発明の特徴である熱延板焼鈍につい
て実験結果に基づいて説明する。C:0.054%、S
i:3.25%、Mn:0.14%、S:0.007
%、Sn:0.05%、Cr:0.10%をベース成分
としこれに酸可溶性AlとNを表1に示したように変化
させて添加したインゴットを、1150℃に加熱した後
熱延し2.0mmの熱延板を造った。次いでこの熱延板を
表2に示す条件で焼鈍した。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】この後酸洗し板厚0.23mmまで冷延し、
ついで脱炭焼鈍を835℃の温度でN2 :25%、
2 :75%、露点60℃の雰囲気中で行った。更に7
50℃×30sec の窒化処理をN2 ,H2 ,NH3 の混
合ガス中で行い窒化後の鋼板のN2 量をほぼ200ppm
に調整した。この後MgOとTiO2 を主成分とする焼
鈍分離剤を塗布し1200℃、20時間の仕上焼鈍を行
った。仕上焼鈍後のAlR −熱延板焼鈍一次均熱温度
(T)−磁束密度の関係を図1に示す。この図から12
40−2.1AlR <T<1310−1.8AlR の範
囲で、しかも1100〜1150℃の高温均熱において
高Bが得られることが分かる。
【0023】次に表1のインゴットNo.4の熱延板を用
いて二次均熱温度の影響を検討した。熱延板焼鈍は次の
条件で行った。
【0024】 一次均熱温度:1000℃ 均熱時間 :30sec 二次均熱温度:700〜950℃ 滞留時間 :120sec この後の処理条件は前述したものと同じにした。この結
果を図2に示す。これからB8 :1.93T以上得られ
る二次均熱温度の範囲は800℃〜950℃の範囲であ
る。上記一次均熱温度は1000℃を採用したが、11
00℃,1150℃の場合でも本発明範囲の2次均熱温
度(900℃)で同様に高いB 8 が得られること表2に
示す通りである。一次、二次均熱時間については種
討した結果、一次均熱時間は180sec以内、二次均熱
温度の滞留時間は30sec 以上300sec 以内が良い。
また、二次均熱温度域からの冷却速度は10℃/sec 以
上が高Bが安定して得られる。なお、これは熱延板を酸
洗し冷延した後に行う焼鈍にも適用可能である。
【0025】この焼鈍で高B8 が得られる理由について
はまだ明らかになっていないが現在のところ次のように
考えている。二次再結晶の方位を含めて二次再結晶現象
に影響する因子としては一次再結晶組織(平均粒径、粒
径分布)、集合組織、インヒビター強度等がある。一次
再結晶完了後粒成長に伴なって集合組織、粒径分布に変
化が生じる。二次再結晶の核化、粒成長を容易にするた
めには一次再結晶組織として粒径は均一であり一定の大
きさ以上であることが望ましい。一方、集合組織は二次
再結晶する方位粒({110}〈001〉方位等)と二
次再結晶粒を粒成長させ易い方位粒({111}〈11
2〉方位等)を適当量得ることが必要である。これには
圧延率を除くと冷間圧延する前の鋼板の結晶粒径(再結
晶率)及び変態相の量、固溶C等が影響する。本発明の
プロセスにおいて、冷間圧延以前にインヒビターが存在
することは一次再結晶組織の調整を困難にするため好ま
しくないが、素材成分にAl,Nを用いるかぎりAlN
の析出は避けられない。特に粒成長に影響を及ぼす微細
析出物のコントロールが重要である。この析出サイズは
焼鈍条件が同一ならAl(AlR )の低いものが一次再
結晶粒粒成長抑制力は強い。本発明の熱延板焼鈍におい
て一次均熱温度をAlR によって変える理由はAlR
異いから生じるAlNの析出サイズを熱延板焼鈍温度を
変えることによってコントロールし、一次再結晶粒成長
の変動をなくし均一でかつ一定の大きさ以上の粒径の一
次再結晶組織を得るものと考えている。二次均熱温度及
びこの温度域からの冷却速度は一定サイズ、一定量の変
態相と固溶Cを確保するために必要であり、これもまた
一次再結晶集合組織の適正化を図る上での役割を果して
いるものと考えている。
【0026】この結晶組織及び集合組織の適正化は冷間
圧延後に行う脱炭焼鈍温度との組合せで達成される。冷
間圧延は高いB8 値を得るために80%以上とする。脱
炭焼鈍は脱炭を行う他に前述した如く一次再結晶組織の
調整及び被膜形成に必要な酸化層を生成させる役割があ
り、これは通常800〜900℃の温度域で湿水素、窒
素ガスの混合ガス中で行う。即ち、雰囲気ガスは水素と
窒素の混合ガスとして露点は30℃以上がよい。
【0027】脱炭焼鈍後は窒化能のある薬剤、例えばM
nN,CrN等を添加したMgO,TiO2 を含む焼鈍
分離剤を塗布した後1100℃以上の温度で仕上焼鈍を
行う。また仕上焼鈍の雰囲気ガスに窒化能のあるガスを
使用してもよい。その他の実施態様として脱炭焼鈍後に
NH3 等の窒化能のあるガスを含んだ雰囲気中で700
〜800℃の温度で短時間焼鈍を行って窒化した後、公
知の焼鈍分離剤を塗布し仕上焼鈍を行うこともできる。
以下実施例にて説明する。
【0028】
【実施例】C:0.050%、Si:3.50%、M
n:0.12%、S:0.008%、N:0.0076
%、Sn:0.05%、Cr:0.12%、含む溶鋼に
Alを添加し、酸可溶性Alが0.023%の鋼塊を造
った。この鋼塊を1150℃で加熱してから、熱延し、
2.0mm厚の熱延板にした。この後熱延板焼鈍を次の条
件で行った。 (イ)1130℃×2分(在炉)+900℃×2分(在炉)−100℃湯冷却 (ロ)1000℃×2分(在炉)+900℃×2分(在炉)−100℃湯冷却 (ハ) 950℃×2分(在炉)+900℃×2分(在炉)−100℃湯冷却 この後酸洗してから0.23mmに冷延し、ついで835
℃×90秒の脱炭焼鈍を露点65℃の湿水素、窒素雰囲
気中で行った。引き続き窒化処理を750℃×30秒
間、乾窒素、水素混合ガスにアンモニアを添加した雰囲
気ガス中で行い、窒化後の鋼板の〔N〕量を200ppm
にした。この後MgOとTiO2 を主成分とするスラリ
ーを塗布乾燥した後1200℃×20時間の仕上焼鈍を
行った。仕上焼鈍後の磁気特性を表3に示す。
【0029】
【表3】
【0030】これから熱延板焼鈍の1次均熱温度T℃が
1240−2.1Al R <T<1310−1.8Al R
を満たす(イ)の条件において高Bが得られている。こ
れは本発明の条件を満たすものである。
【0031】
【発明の効果】以上のように本発明はAl,Nの成分
と、最終冷延前の鋼板焼鈍条件及び一次再結晶粒成長の
関係を整理し、前記焼鈍条件を適正にして、脱炭焼鈍後
の窒化処理を行うことにより、極めて高い磁束密度の一
方向性電磁鋼板を安定して得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】AlR と一次均熱温度との関係を示す図であ
る。
【図2】二次均熱温度とB8 との関係を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原谷 勤 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平2−259019(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で C:0.025〜0.075%、Si:2.5〜4.5%、 S<0.015%、 酸可溶性Al:0.015〜0.040%、 N<0.010%、 Mn:0.050〜0.45% を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなる電磁鋼ス
    ラブを1200℃以下の温度に加熱した後、熱延し、
    終冷延前の鋼板に2段均熱する焼鈍を実施し、一回また
    は中間焼鈍を介挿する二回以上の圧延でその最終圧延率
    を80%以上とし、ついで脱炭焼鈍、仕上焼鈍を行い、
    脱炭焼鈍から仕上焼鈍の二次再結晶開始温度までの間
    に、鋼板に窒化処理をする一方向性電磁鋼板の製造にお
    いて、前記最終冷延前の鋼板に実施する焼鈍を、高温側
    均熱と、800℃〜950℃に30秒以上300秒以内
    滞留させ、ついで室温まで10℃/sec 以上の速度で冷
    却処理する低温側均熱との2段均熱で行うにあたり、前
    記高温側の均熱処理を、均熱温度T℃が、熱延板の成分
    から求めたAlR (酸可溶性Al−27/14×N)
    (ppm)との関係1240−2.1AlR <T<131
    0−1.8AlR (最高温度:1150℃最低温度:
    1100℃)の範囲になるように設定し、この温度範囲
    で180秒以内保持して行うことを特徴とする磁束密度
    の高い一方向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量で C:0.025〜0.075%、Si:2.5〜4.5%、 S<0.015%、 酸可溶性Al:0.015〜0.040%、 N<0.010%、 Mn:0.050〜0.45%、 Sn:0.02〜0.15%、 Cr:0.05〜0.15% を含有し残部Fe及び不可避的不純物からなる電磁鋼ス
    ラブを出発素材とすることを特徴とする請求項1記載の
    磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造方法。
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