JP5265835B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、無方向性電磁鋼板の製造方法に関する。本明細書中において、「無方向性電磁鋼板」とは、ＤＩＮ ＥＮ １０１０６（「最終焼鈍した電磁鋼板」およびＤＩＮ ＥＮ １０１６５（「最終焼鈍していない電磁鋼板」）に規定された電磁鋼板を言い、更に、方向性電磁鋼板と認められない限り、無方向性がより強いタイプの電磁鋼板も含む。

無方向性電磁鋼板で厚さが０．６５〜１ｍｍの範囲のものは、例えば短時間だけ作動するタイプのモーターの製造に用いられる。典型的には、この種のモーターは家電製品用やモーター車両の補助駆動装置用に用いられる。この種のモーターは高性能を意図しており、エネルギー消費は副次的な問題である。

無方向性熱間圧延電磁鋼板の最初の方法はＤＥ １９８ ０７ １２２．Ａ１により知られている。この公知方法では、組成（質量％）がＣ：０．００１〜０．１％、Ｓｉ：０．０５〜３．０％、Ａｌ：０．８５％以下、ただし％Ｓｉ＋２％Ａｌ≦３．０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、残部：鉄および通常の不純物である素材を、鋳造状態から直接かまたは再加熱してから、９００℃以上の温度まで熱間圧延する。熱間圧延中に、オーステナイト／フェライト共存領域で２回以上の成形パスを行なう。その際、必要なら、時間短縮・省エネルギー型の方式で、従来のこのタイプのものに比べて磁気特性の高い電磁鋼板であって、冷間圧延し最終処理した状態のものを製造できる。

従来の無方向性電磁鋼板の製造方法、例えばＥＰ ０８９７９９３Ａ１に記載された方法では、特定組成の鋼のスラブまたは薄スラブを粗圧延して粗ストリップを得る。次いで、粗ストリップを数パスで熱間圧延する。必要なら、熱間圧延ストリップを焼鈍し、その後巻き取ってコイルにする。コイル巻き取り後は、普通どおりに、ホットストリップを酸洗し、更に焼鈍し、その後、１工程または中間焼鈍を介した数工程で最終冷間圧延して最終厚さにする。必要なら、更にスキンパス圧延を行なう。エンドユーザが必要とする場合には、冷間圧延ストリップにも最終焼鈍を施す。

鋳造スラブから粗圧延により粗ストリップを得る代わりに、薄スラブを用いるかまたは鋳造粗ストリップを用いて、直接電磁鋼板を製造することも可能である。鋳造粗ストリップを用いる場合には、ホットストリップとほぼ同じ寸法の極薄ストリップを鋳造する方法もある。このような粗ストリップの鋳造と、このストリップの熱間圧延とを一体の連続プロセスで行なうことは、技術的にもコスト的にも利点がある。

製造プロセスにおける個々の処理工程は、最終製品の磁気特性に影響を及ぼす。例えばそのために、鋼組成で決まる鋼の変態挙動に応じて、圧延パス手順と個々の圧延パス中におけるホットストリップのミクロ組織の状態とを、圧延開始温度および各圧延パス間の冷却によって熱間圧延中に設定することにより、所望の磁気特性を有する最終製品を得るようにしている。同様に、最終製品の特性は、焼鈍温度、コイル巻き取り温度、冷間圧延中の変形によって決まる。

電磁鋼板の製造は非常に多数の工程を要するため、技術的に制約されるし費用もかかる。特に、鋼板の板厚が大きくなるほどこの点で不利になる。

そこで本発明は、方向性を持たず、磁気特性が良好な、板厚の厚い電磁鋼板を経済的に製造する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、無方向性熱間圧延電磁鋼板の製造方法であって、鋳造されたスラブ、ストリップ、粗ストリップ、または薄スラブなどを素材とし、この素材は下記組成（質量％）：
Ｃ：０．０００１〜０．０５％、
Ｓｉ： ≦１．５％、
Ａｌ： ≦０．５％、ただし［％Ｓｉ］＋２［％Ａｌ］≦１．８、
Ｍｎ：０．１〜１．２％、
残部：鉄および通常の不純物
を有する鋼から成り、
仕上圧延ラインにおいて、Ａｒ₁温度より高い温度で、厚さ≦１．５ｍｍのホットストリップを圧延し、その際に、少なくとも熱間圧延の最終成形パスをオーステナイト／フェライト共存領域で行い、かつ、このオーステナイト／フェライト共存領域での圧延における総変形量ε_Hを＜３５％とする方法を提供する。本発明に用いる鋼は、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｂおよび／またはＢのような合金添加物を、総量で１．５％以下含有できる。

本発明によれば、ストリップは、オーステナイト形成鋼を鋳造したものであり、鋳造状態から直接用い、圧延によりホットストリップとする。熱間圧延の圧延条件は、圧延完了時にフェライト変態が完了していないようにする。すなわち、少なくとも最終パスはオーステナイト／フェライト共存領域で行い、他のパスは全てオーステナイト状態で行なう。

本発明により素材の製造および電磁鋼板の熱間圧延を行なうことにより、得られる無方向性電磁鋼板は、改めて通常の冷間圧延により厚さ低減する必要なくエンドユーザに出荷できる薄さである。

本発明において特に良好な結果が得られるのは、鋳造薄スラブまたは鋳造ストリップを素材として用い、この素材の製造に引き続く連続プロセスとして熱間圧延を行なった場合である。すなわち、鋳造―圧延プラントで製造した素材を連続して次工程で処理して得られたホットストリップは優れた特性を持つ。

本発明により設定した操業条件を観察した結果、無方向性熱間圧延電磁鋼板は、ホットストリップを従来のように冷間圧延した電磁鋼板と少なくとも同等の特性を有することが分かつた。本発明の方法によれば更に、従来必要であった費用と時間を費やす工程を省略して、良好な磁気特性を有する高品位の電磁鋼板を製造することができる。

通常は、熱間圧延完了後に、必要に応じて冷却した後、ホットストリップをコイルに巻き取る。巻き取り温度は７００℃以上が望ましい。経験によると、この巻き取り温度を維持すれば、完全もしくは少なくとも実質的に、ホットストリップ焼鈍ができる。その理由は、ホットストリップはコイルの状態で既に軟化しており、ホットストリップの特性を決定するパラメータ、すなわち粒径、テクスチャ、析出等のパラメータが好ましい影響を受けているからである。この観点から、ホットストリップにコイルの保有熱を利用した自己焼鈍を施すと、特に有利である。高温で巻き取って実質的な冷却を行なわなかったホットストリップは、このようにコイル保有熱によりインラインで焼鈍が行なわれるので、従来必要としていたフード型焼鈍は全く不要になる。このようにして、磁気特性および技術特性の優れた焼鈍済ストリップが製造できる。電磁鋼板の特性を向上させるために従来行なわれていたホットストリップ焼鈍に比べて、必要な時間とエネルギーが大幅に低減する。所要特性上必要な場合には、コイルの状態で行なわれる自己焼鈍の代わりに、またはその補完として、コイル巻き取り後に焼鈍を行なうことができる。ホットストリップ焼鈍をどのような形で行なう場合でも、従来のように酸素低減雰囲気中で焼鈍を行なうことが有利である。

本発明の他の実施形態においては、特にＳｉ含有量が０．７質量％以上の鋼に適した方法として、仕上圧延ラインでの圧延後に、ホットストリップを６００℃未満、特に５５０℃未満でコイルに巻き取る。この組成の場合は、上記温度で巻き取りを行なうことによって、ホットストリップが強化される。この組成の電磁鋼板の磁気特性は、コイル巻き取り後直ちに加速冷却を施すことにより更に向上させることができる。

実操業試験の結果、熱間圧延中の変形の大部分をオーステナイト領域で行うことにより、特に良好な特性が得られることが分かった。すなわち、本発明のもう1つの実施形態はこの結果を利用したものであり、圧延中にオーステナイト／フェライト共存領域で行う変形量ε_Hを１０％〜１５％に限定する。

γ／α共存領域でのホットストリップの変形度にかかわらず、圧延材の冷却防止のための温度管理は、成形速度に対する成形度の比率を適当に選定することにより、すなわち変形により生ずる熱を利用することにより行なうことが可能であり、それによって、完全にフェライトに変態することを防止できる。

この観点で、「総変形量ε_H」という用語は、各相領域に入るときのストリップ厚さに対する各相領域での圧延による厚さ減少量の比率を指す。

この定義によれば、本発明により製造したホットストリップの厚さは、例えばオーステナイト領域での圧延を終えた時点での厚さをｈ₀とし、引き続き２相共存領域で行う圧延でホットストリップの厚さがｈ１に減少したとすると、２相共存領域での総変形量ε_Hは（ｈ₀−ｈ₁）／ｈ₀となり、ここでｈ₀はオーステナイト／フェライト共存領域で最初に圧延スタンドに入るときの厚さであり、ｈ₁はこの２相共存領域で最後に圧延スタンドから出るときの厚さである。

ストリップの表面品質と加工性とを高めるために、コイルに巻き取った後に酸洗することが望ましい。

エンドユーザが最終焼鈍済の電磁鋼板を求めている場合には、ホットストリップを酸洗した後に、７４０℃以上の焼鈍温度で焼鈍して最終焼鈍済電磁鋼板を得ることが望ましい。一方、酸洗後の最終焼鈍をこれより低く６５０℃以上の温度で行なうと、最終焼鈍未完了の電磁鋼板が得られ、これをエンドユーザ側で最終焼鈍することができる。

組成による特性、電磁鋼板の所望特性、および製造設備に応じて、焼鈍処理はフード型炉または連続炉のいずれでも行なうことができる。

本発明により製造される熱間圧延電磁鋼板の加工性を更に高めるために、酸洗後のホットストリップに変形量３％以下の平滑化圧延を行なうことができる。この圧延により、熱間圧延で形成されたミクロ組織に実質的な影響を及ぼすことなく、ストリップ表面の凹凸部分を平滑化することができる。

上記の純然たる平滑化のための圧延パスの代わりに、あるいはそれに加えて、本発明により製造したホットストリップの寸法精度と表面品質を更に高めるために、酸洗後のホットストリップに変形量が３％を超え１５％以下のスキンパス圧延を行なうことができる。この再圧延においても、通常の冷間圧延で高い変形量により生ずる変化に匹敵するようなミクロ組織上の変化は全く生じない。

本発明の更に望ましい実施形態においては、２相共存領域での熱間圧延の際に潤滑を行なう。潤滑しながら熱間圧延することにより、剪断変形が低減するので、圧延後のストリップは断面組織の均一性が高まる。また、潤滑は圧延負荷も低減するので、各圧延パスでの厚さ減少量を増加させることが可能になる。

ホットストリップの最終厚さは０．６５〜１ｍｍとすることが望ましい。経済的な製造により低廉化したこの厚さのストリップに対する需要が大きいからである。

本発明の方法は、Ｓｉ含有量が最大１質量％までの鋼を処理するのに特に適している。この組成にするとオーステナイト相の生成傾向が高いので、オーステナイト単相からオーステナイト／フェライト共存組織への変態の制御を特に正確に行なうことができる。

鋼の炭素含有量が０．００５質量％を超える場合には、仕上げ・出荷の前に、脱炭媒体中でホットストリップを焼鈍することが望ましい。

以下、実施例により本発明をより詳細に説明する。

以下において、「Ｊ₂₅₀₀」、「Ｊ₅₀₀₀」、「Ｊ₁₀₀₀₀」は、それぞれ磁界強度２５００Ａ／ｍ、５０００Ａ／ｍ、１００００Ａ／ｍでの固有磁束密度（磁気分極）を表す。

「Ｐ_1.0-」、「Ｐ_1.5」は、周波数５０Ｈｚにおいてそれぞれ磁束密度１．０Ｔ、１．５Ｔでのヒステレシス損を表す。

以下の各表に示した磁気特性は個々のストリップの圧延方向について測定したものである。

表１に、本発明の方法により電磁鋼板を製造するのに用いた鋼の、特性に影響のある合金成分の含有量（質量％）を示す。

表１に示した組成の溶湯を用意し、鋳造−圧延プラントで連続鋳造して粗ストリップとし、これを数スタンドから成る別個の熱間圧延ラインに供した。

表２ａ、２ｂ、２ｃに、鋼Ａ、Ｂから製造した各々３種類の電磁鋼板Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３について、各磁気特性Ｊ₂₅₀₀、Ｊ₅₀₀₀、Ｊ₁₀₀₀₀、Ｐ１．０、Ｐ１．５をそれぞれ示す。

これらの電磁鋼板Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３の熱間圧延においては、変形の大部分をオーステナイト領域で行った。そして、１パスのみをオーステナイト／フェライト共存領域で行った。このプロセスで行なった総変形量ε_Hは３５％未満であり、特に３０％であった。

圧延したホットストリップを巻き取り温度７５０℃でコイルに巻き取った。

サンプルＡ１、Ｂ１（表２ａ）は、ホットストリップを冷却後に直接仕上げ処理して、通常市販形態でエンドユーザへの出荷前の状態の電磁鋼板とした。サンプルＡ２、Ｂ２（表２ｂ）は、ホットストリップを酸洗した後、更に平滑化圧延パスを施して、エンドユーザへの出荷前の状態とした。この平滑化圧延パスは、最大変形量ε_Hが３％であった。ストリップＡ３、Ｂ３（表２ｃ）は、出荷前に、酸洗した後にスキンパス圧延を施した。

厚さ１ｍｍの電磁鋼板について、本発明の方法により製造した場合と、従来法により熱間圧延および冷間圧延して製造した場合とを比較した結果、本発明の方法により製造した電磁鋼板の固有磁束密度の達成値および比ヒステレシス損の達成値は、従来法により製造した電磁鋼板のこれらの値と狭い範囲で一致していた。

図１に、本発明により製造した３種類の電磁鋼板ａ、ｂ、ｃと従来法により製造した電磁鋼板ｄの固有磁束密度を磁界強度に対して対数表示した曲線を示す。鋼板ａはそのまま試験し、鋼板ｂは平滑化パスを施してあり、鋼板ｃはスキンパス圧延を施してある。

図２に、本発明により製造した３種類の電磁鋼板ａ、ｂ、ｃと従来法により製造した電磁鋼板ｄの比ヒステレシス損を固有磁束密度に対して対数表示した曲線を示す。

これらの図に明瞭に示されているように、本発明により製造した電磁鋼板ａ、ｂ、ｃの特性は、従来法により製造した電磁鋼板ｄの特性とほんの僅かに異なるだけである。すなわち、本発明による熱間圧延における圧延条件を最適化することにより、費用のかかる冷間圧延を省いて、高品位で市販性のある電磁鋼板が得られる。

図１は、本発明により製造した３種類の電磁鋼板ａ、ｂ、ｃと従来法により製造した電磁鋼板ｄの固有磁束密度を磁界強度に対して対数表示した曲線を示すグラフである。 図２は、本発明により製造した３種類の電磁鋼板ａ、ｂ、ｃと従来法により製造した電磁鋼板ｄの比ヒステレシス損を固有磁束密度に対して対数表示した曲線を示すグラフである。

Claims (21)

1. 無方向性熱間圧延電磁鋼板の製造方法であって、鋳造されたスラブ、ストリップ、粗ストリップ、または薄スラブなど素材とし、この素材は下記組成（質量％）：
   Ｃ：０．０００１〜０．０５％、
   Ｓｉ： ≦１．５％、
   Ａｌ： ≦０．５％、ただし[％Ｓｉ]＋２[％Ａｌ]≦１．８、
   Ｍｎ：０．１〜１．２％、
   残部：鉄および不可避的不純物、
   を有する鋼から成り、
   仕上圧延ラインにおいて、Ａｒ₁温度より高い温度で、厚さ≦１．５ｍｍのホットスト
   リップを圧延し、その際に、少なくとも仕上熱間圧延の最終成形パスをオーステナイト／フェライト共存領域で行い、かつ、このオーステナイト／フェライト共存領域での圧延における圧下率ε_Hを＜３５％とする方法。
   
2. 請求項１記載の方法において、前記鋼が、Ｐ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｎｂおよび／またはＢから選ばれる添加元素を総量で１．５％以下含むことを特徴とする方法。
   
3. 請求項１または２記載の方法において、前記素材が薄鋳造スラブまたは鋳造ストリップとして製造され、かつ、該素材の製造後に引き続き熱間圧延を行なうことを特徴とする方法。
   
4. 請求項１から３までのいずれか１項記載の方法において、前記ホットストリップをコイルに巻き取ることを特徴とする方法。
   
5. 請求項４記載の方法において、前記巻き取りの温度が７００℃以上であることを特徴とする方法。
   
6. 請求項５記載の方法において、コイルの保有熱を利用して、前記ホットストリップに自己焼鈍を施すことを特徴とする方法。
   
7. 請求項５記載の方法において、前記ホットストリップをコイルに巻き取った後に焼鈍することを特徴とする方法。
   
8. 請求項４から７までのいずれか１項記載の方法において、ホットストリップの焼鈍を酸素低減雰囲気中で行なうことを特徴とする方法。
   
9. 請求項１から８までのいずれか１項記載の方法において、前記ホットストリップを巻き取り後に酸洗することを特徴とする方法。
   
10. 請求項１から９までのいずれか１項記載の方法において、前記ホットストリップを７４０℃以上の焼鈍温度で焼鈍することにより最終焼鈍済電磁鋼板を得ることを特徴とする方法。
    
11. 請求項１または９記載の方法において、前記ホットストリップを６５０℃以上７４０℃未満の焼鈍温度で焼鈍することにより、電磁鋼板を得ることを特徴とする方法。
    
12. 請求項１０または１１記載の方法において、焼鈍をバッチ炉で行なうことを特徴とする方法。
    
13. 請求項１０または１１記載の方法において、焼鈍を連続炉で行なうことを特徴とする方法。
    
14. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法において、ホットストリップを冷間圧延せずに仕上げて出荷することを特徴とする方法。
    
15. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法において、ホットストリップに圧下率≦３％の平滑化圧延を施すことを特徴とする方法。
    
16. 請求項１５記載の方法において、平滑化圧延したストリップを仕上げて出荷することを特徴とする方法。
    
17. 請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法において、ホットストリップに圧下率＞３％〜１５％のスキンパス圧延を施すことを特徴とする方法。
    
18. 請求項１７記載の方法において、前記スキンパス圧延したストリップを仕上げて出荷することを特徴とする方法。
    
19. 請求項１から１８までのいずれか１項記載の方法において、前記ホットストリップの最終厚さが０．６５〜１ｍｍであることを特徴とする方法。
    
20. 請求項１から１９までのいずれか１項記載の方法において、オーステナイト／フェライト共存領域における熱間圧延の際に潤滑を行なうことを特徴とする方法。
    
21. 請求項１から２０までのいずれか１項記載の方法において、前記鋼のＳｉ含有量が１質量％以下であることを特徴とする方法。
    

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