JP5392076B2 - 一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
現在、製造技術の著しい進歩により、例えば、板厚0.23mm、磁束密度B8(磁化力800A/mにおける値)1.92T、鉄損W17/50(50Hz、1.7Tでの最大磁化の値)0.85W/kgの一方向性電磁鋼板を製造することが可能である。
このような、優れた磁気特性を備える一方向性電磁鋼板を製造するためには、最終仕上げ焼鈍の際に、二次再結晶粒が{110}<001>方位(ゴス方位)に高度に集積した二次再結晶集合組織を形成することが必要である。
ゴス方位に高度に集積した二次再結晶集合組織を形成するためには、(i)ゴス方位の二次再結晶粒が優先的に発達し易い一次再結晶組織を形成することと、(ii)二次再結晶過程において、ゴス方位以外の好ましくない方位の結晶粒の成長を、インヒビターで抑制することが不可欠である。
冷間圧延には、レバース圧延(特公昭54−13846号公報参照)とタンデム圧延(特公昭54−29182号公報参照)の二つがあるが、現在、加工発熱を利用して高温圧延を行うとともに、圧延と圧延の間でのリール巻取り後の時効効果を利用するレバース圧延が主に用いられている。
多量のSiを含有する鋼板は変形抵抗が高いので、レバース圧延する場合、大径ワークロールを使用すると、圧延反力が大きくなり、限界圧下量が制限されるが、小径ワークロールを使用すると、鋼板との接触面積が小さくなり、同じ圧下量でも、圧延反力が小さくなるので、限界圧下量が向上する。このため、高圧下率の圧延を行う際には、小径ワークロールを使用する方が有利である(特公昭50−37130号公報、特開平2−282422号公報、特開平5−33056号公報および特開平9−287025号公報参照)。
クラスター型レバース圧延機としては、21型や22型に代表されるゼンジマー圧延機が主流であり、該圧延機においては、薄鋼板の圧延性を確保する観点から、主に、95mmφ以下の小径ワークロールが用いられている。例えば、特許文献8には、80mmφと90mmφのロールを用いた実施例が記載されている。
これに対し、図1(b)に示すように、分割型ハウジングに組み込んだゼンジマー圧延機においては、ハウジングを上下に移送させることにより、ハウジング内のスペースを調整することができるので、鋼種や板厚の鋼板条件、及び、圧延条件に応じてワークロールの径を変えることができる。最近では、設備的及び操業的な技術進歩や、NMSミルの開発により、95mmφ以上のワークロールを使用することが可能である。
そこで、本出願人は、このことを踏まえ、磁気特性に及ぼすワークロールの直径の影響を検討した。
その結果、ワークロール直径を95〜170mmφにすると、磁気特性が向上するとの知見を得、ワークロールの直径が95〜170mmφのクラスター型レバース圧延機を用いて、磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板を製造する技術を提案した(特開2001−192732号公報および特開2002−129234号公報参照)。
また特開2002−129234号公報には、「クラスターミルの大径ワークロール効果は圧延パスの前段において有効であるという冶金的発見」に基づいて、分割型のハウジングで構成されたクラスターミルを用いて圧延の前段パスを大径ワークロールで圧延し、後段パスを小径ワークロールに組替えて圧延することにより方向性電磁鋼板を製造する技術が開示されており、前段圧延の前段パスにおいて大径ワークロールを用いる方法が開示されている。
一方向性電磁鋼板の冷間圧延において、例えば、90mmφ以下の小径ワークロールを用いると、磁気特性は、むしろ劣化するといわれているが、本発明は、小径ワークロールの高圧下特性を最大限に生かすとともに、結晶粒の粒径が均一で、かつ、ゴス方位の結晶粒と、ゴス方位と対応関係にある方位の結晶粒が、圧延方向に揃った一次再結晶組織を形成することを課題とする。
そして、本発明は、上記課題を解決する一方向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
そして、小径ワークロールを用いる圧延に続き、大径ワークロールを用いる圧延を行えば、結晶粒の粒径が均一で、ゴス方位の結晶粒とゴス方位と対応関係にある方位の結晶粒が圧延方向に揃った一次再結晶組織を形成できることを見いだした。
また、大径ワークロールを用いる圧延において、圧延間で時効処理を施せば、より好ましい一次再結晶組織を形成できることを見いだした。
(1) 少なくともAlNをインヒビターとして用いて一方向性電磁鋼板を製造する方法であって、質量%で、C:0.025〜0.10%、Si:2.5〜4.5%、Mn:0.03〜0.55%、Al:0.007〜0.040%を含有する、SおよびSeの1種または2種を合計で0.01〜0.04%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを1100〜1450℃以上に加熱し、熱間圧延を施して熱延板とした後、熱延板焼鈍を施し、次いで、分割型ハウジング式クラスター型レバース圧延機で、複数回の冷間圧延を施し、その後、一次再結晶焼鈍、次いで、二次再結晶焼鈍を施して一方向性電磁鋼板を製造する方法において、
(a)1回目の冷間圧延、又は、1回目と2回目の冷間圧延を、直径55〜105mm未満の小径ワークロールを用いて行い、
(b)2回目又は3回目以降、最終前までの冷間圧延を、直径105〜150mm未満の大径ワークロールを用いて行い、
(c)最終の冷間圧延を、上記大径ワークロールの直径より小さい直径の小径ワークロールを用いて行うことを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。
(2) 更に、質量%で、N:0.003〜0.020%を含有することを特徴とする前記(1)に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(3) 更に、Cu:0.20以下、Sn:0.11以下、Sb:0.021以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする前記(1)又は2に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(4) 前記小径ワークロールの直径が70〜95mmであることを特徴とする前記(1)〜(3)の何れかに記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(5) 前記大径ワークロールの直径が115〜150mm未満であることを特徴とする前記(1)〜(4)の何れかに記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(6) 前記最終の冷間圧延で用いる小径ワークロールの直径が、55〜105mm未満であることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれかに記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(7) 前記2回目又は3回目以降、最終前の冷間圧延において、圧延間で、100〜350℃、1分以上の時効処理を行うことを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれかに記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(8) 前記時効処理を、加工発熱を利用して行うことを特徴とする前記(7)に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
(9) 前記冷間圧延の回数が、3以上7以下であることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
この時、1回目の冷間圧延(以下「1パス」ということがある)及び最終の冷間圧延(以下「最終パス」ということがある)で用いるワークロールの直径を、65〜97mmの範囲で変えて、圧延荷重を測定した。また、2回目以降(最終パスを除く)の冷間圧延(以下「中間パス」ということがある)で用いるワークロールの直径を、95〜180mmの範囲で変えて、圧延荷重を測定した。なお、パススケジュールは同一とした。その結果を、図2に示す。
リバース圧延機ではパス当りの圧下率が高いほど圧延能率が上がるが、一方で咬み込みが不安定になり破断リスクが高まる傾向にある。従って、各パスの板厚・板温などの条件毎に限界圧下率が規定される。
各パス最も効率の高い圧下率を実現し、かつベアリング等各種部品の耐力範囲内に圧延反力を抑えるためには図2に示すように「1パス」で小径ワークロールを用いる必要がある。
このことは、高圧下を目指す圧延初期のパス(1パス、2パス)、及び、加工硬化した鋼板を圧延する必要がある最終パスにおいて、小径ワークロールを使用しても、中間パスで大径ワークロールを用いた場合における圧延荷重と同程度の圧延荷重で圧延できることを意味している。
図中には、比較のため、1パスと最終パスで、直径100mmの大径ワークロールを用いた場合(図中「△」参照)と、中間パス及び最終パス(2パス以降)で直径60mmの小径ワークロールを用いた場合(図中「◇」参照)における圧延反力を併せて示した。
小径ワークロールを用いる1パスでの圧延反力は、許容圧延荷重1200tより大幅に低い900tである。そして、中間パスで、直径100mmの大径ロールを用いることにより圧延反力が増大しても、約1000t程度までであり、また、最終パスで、直径100mmの大径ワークロールを用いても、約1100tまでである。
この場合、圧延を通じての許容圧延荷重は、1100tであり、全パスで、直径100mmの大径ワークロールを用いた場合の許容圧延荷重1200t(=1パスでの圧延反力)に比べ、大幅に低減されている。
この許容圧延荷重は、ワークロールの直径よって異なるが、図3に示すように、小径ワークロールと大径ワークロールの直径を適宜選択することにより、許容圧延荷重を大幅に低減することができる。その結果、所要の板厚までに圧延するのに必要なパス数を削減できるし、また、鋼板の破断を防止することができるので、生産性を著しく高めることができる。
本出願人の知見(特開2001−192732号公報および特開2002−129234号公報参照)によれば、大径ワークロールを用いて圧延し、併せて、加工発熱を利用して時効処理を行うと、電磁鋼板の磁気特性を改善することができる。
通常圧延の場合、小径ワークロールを大径ワークロールに替えても、磁束密度B8[T]は向上しないが、大径ワークロールを用いて高温圧延を行うと、磁束密度B8[T]が向上することが解る。
圧延初期のパス(1パス、2パス)では、鋼板の温度が充分に上がりきっていないので、大径ワークロールを用いることにより得られる磁束密度向上効果を期待することはできない。
一般に加工発熱で板温を上げようとした場合、クーラント油の供給量を低減する方法がとられる。しかし、必要最低限の潤滑性確保やロール焼付防止を考慮した場合、圧延初期パス(1パス、2パス)では大径ワークロール使用による磁束密度改善効果を期待できる温度域まで到達することは困難である。
このように、本発明においては、小径ワークロールと大径ワークロールの作用効果に基づいて、小径ワークロールと大径ワークロールを使い分け、圧延パススケジュールを構成する。この点が、本発明の特徴である。
本発明者は、中間パスにおいて、大径ワークロールを採用すると、磁束密度が向上することを、次のように、組織学的にも確認した。
一次再結晶焼鈍後の板厚50mmと110mmの鋼板の板厚1/5t(t:板厚)のところから試験片を採取し、X線分析し、SGH法(原勢ら:日本金属学会会報第29巻第7号P552)により、ND軸回りのゴス方位の強度(IN)とΣ9対応方位の強度(IcΣ9)を解析した。その結果を、図5に示す。
磁束密度が高い一方向性電磁鋼板を製造するうえで、一次再結晶集合組織が具備すべき条件は、(i)ゴス方位が多いこと、及び、(ii)ゴス方位を優先的に成長させるΣ9対応方位が先鋭であることである。
したがって、図5から、中間パスにおいて、大径ワークロールを用いることにより、二次再結晶のゴス集積度を高めるのに好適な一次再結晶集合組織が、充分に形成されていることが解る。
以上は、AlNをインヒビターとして用いた低温スラブ加熱法における結果であるが、本発明者は、MnS、AlN+MnS(MnSe)をインヒビターとして、また、Sn、Sb、Cu等を補助的なインヒビターとして用いた高温スラブ加熱法についても、同様に調査した。
AlNは、MnS(MnSe)に比較して、インヒビター作用が強く、かつ、熱的に安定しているので、中間パスにおいて大径ワークロールを用いる高温圧延がなされても、一次再結晶集合組織が、効果的に、磁束密度向上効果を発揮するものと推定される。
ワークロールの直径と一次再結晶集合組織の形成との関係に係るメカニズムは、現在、明らかでないが、本出願人が既に提案した仮説(特開2001−192732号公報および特開2002−129234号公報参照)は次の通りである。
中間パスで用いるワークロールの直径が小さいと、圧延中、鋼鈑表面部における剪断変形成分が大きくなり、一次再結晶後に、(110)面が増加し、(111)面が減少する(河野ら:鉄と鋼、68(1982),P.58、参照)。この時、(110)面においては、ゴス方位からND軸周りに回転した方位群が増加し、集合組織は、好ましくない幅広の集合組織となる。
この集合組織を先鋭にすることが、磁束密度を高めるうえで有効であるので、生産性の向上の観点から圧延初期のパス(1パス、又は、1パスと2パス)で小径ワークロールを用いる本発明においては、中間パスで大径ワークロールを用い、一次再結晶後の集合組織を、磁束密度の向上に好ましい先鋭的な集合組織とする。
Al:Alは、インヒビター成分として必須の元素である。所要量のインヒビターを確保し、高磁束密度を得るため、0.007%以上必要である。一方、多過ぎると、溶体化処理に必要なスラブ加熱時間が長くなり、生産性が低下するので、上限を0.040%とする。
なお、電磁鋼スラブを高温加熱することを前提とする場合は、最終の冷間圧延前に焼鈍を施し、AlNを形成する必要があるので、電磁鋼スラブは、Nを、0.003〜0.020%程度含有する必要がある。一方、低温スラブ加熱を前提とする場合は、一次再結晶後に、窒化処理でAlNを形成するので、電磁鋼スラブ中にNを含有させておく必要はない。それ故、本発明において、電磁鋼スラブ中のNの含有量は、特に限定しない。
Siは、所定の電気抵抗を確保し、良好な鉄損特性を得るため、2.5%以上必要がある。一方、多過ぎると、鋼板の硬度が増し、冷間圧延が困難になるので、上限を4.5%とする。
一方、低温スラブ加熱を前提とする場合、AlN析出のための焼鈍は必要ないが、パス間で適宜行う時効処理をより有効にする炭化物の析出態様や固溶Cの固溶態様を得るために、最終の冷間圧延の前に、焼鈍を行ってもよい。
なお、パス間において時効処理を行なう場合、冷延鋼板を、100〜350℃で1分以上保持することが重要である。
そして、本発明は、上記技術思想を実現するため、分割型ハウジング式クラスター型レバース圧延機を用いることを特徴とする(図1(b)、参照)。
ワークロールの直径が大き過ぎると、磁束密度の上昇は期待できず、また、圧延機自体が大規模なものになり、保守・管理も含め設備費が増大し、かつ、ロール交換作業の負担も増大するので、2パス又は3パス以降の中間パスで用いるワークロールの直径の上限は、150mm未満とする。
2パス又は3パス以降の中間パスで用いるワークロールの直径は105〜150mm未満とするが、磁束密度1.93超を確実に得る点と、圧延機のハンドリング性の点から、115〜150mm未満が好ましい。
最終圧延が終了した鋼板には、脱脂処理を施し、その後、脱炭と一次再結晶を兼ねた焼鈍を施す。電磁鋼スラブを加熱する温度が1250℃以下(低温スラブ加熱)の場合は、一次再結晶から二次再結晶の間に窒化処理を行い、インヒビターとして機能するAlNを形成する。
窒化処理は、仕上げ焼鈍の途中で行うか(特開昭60−179885号公報参照)、鋼板を走行させながら「水素+窒素+アンモニア」の混合ガス中で焼鈍して行う(特開平1−82393号公報参照)。良好な二次再結晶粒を安定して発達させるためには、窒素量は、120ppm以上、好ましくは150ppm以上必要である。また、一次再結晶粒径を制御すると、磁気特性はさらに向上する(特開昭1−82939号公報等参照)。
次いで、鋼板に、MgOスラリーを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、その後、コイル状に巻いて、最終の仕上げ焼鈍を施す。その後、必要に応じて、絶縁コーティングを施すが、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチング、その他の手法によって、磁区細分化処理を施すと、磁気特性が向上する。
次に、本発明の実施例について説明するが、実施例の条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。
表2に示す熱延板を、分割型ハウジング式クラスター型レバース圧延機で、表3に示す圧延条件で冷間圧延した。なお、パス間で、加工発熱を利用し、200〜350℃で1分以上の時効処理を行った。
得られた冷延板に、通常の方法で脱炭焼鈍を施し、通常の方法でマグネシア塗布し、仕上げ焼鈍、絶縁コーティング、形状矯正・焼付焼鈍を施し、製品鋼板とし、その磁束密度(B8)を測定した。また、製品鋼板に、機械的方法により磁区制御を施し、鉄損(W17/50)を測定した。その結果を、表3に、併せて示す。
区分aの比較例は、小径ワークロールの直径が50mmで、本発明で規定する下限55mm以下であり、圧延ができなかった例である。
区分bの比較例は、小径ワークロールの直径が54mmで、本発明で規定する下限55mm以下であり、また、大径ワークロールの直径が95mmで、本発明で規定する下限105mm以下の例であり、圧延は可能であったが、鉄損特性が悪化した。
区分cの比較例は、小径ワークロールの直径が110mmで、本発明で規定する上限105mm未満を超え、また、大径ワークロールの直径が150mmで、本発明で規定する上限150mm未満を超える例である。両ワークロールとも、直径が大きいので、圧延機のハンドリングに時間を要し、生産性が低下した例である。
区分eの比較例は、小径ワークロールの直径が109mmで、本発明で規定する上限105mm未満を超えるので、結果的に、パス数が多くなり、生産性が低下した例である。
Claims (9)
- 少なくともAlNをインヒビターとして用いて一方向性電磁鋼板を製造する方法であって、質量%で、C:0.025〜0.10%、Si:2.5〜4.5%、Mn:0.03〜0.55%、Al:0.007〜0.040%%、SおよびSeの1種または2種を合計で0.01〜0.04%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを1100〜1450℃に加熱し、熱間圧延を施して熱延板とした後、熱延板焼鈍を施し、次いで、レバース圧延機で、複数回の冷間圧延を施し、その後、一次再結晶焼鈍、次いで、二次再結晶焼鈍を施して、一方向性電磁鋼板を製造する方法において、
(a)1回目の冷間圧延、又は、1回目と2回目の冷間圧延を、直径55〜105mm未満のワークロールを用いて行い、
(b)2回目又は3回目以降、最終から2回前又は最終前までの冷間圧延を、直径105〜150mm未満のワークロールを用いて行い、
(c)最終の冷間圧延を、前記(b)における冷間圧延のワークロールの直径より小さい直径のワークロールを用いて行うことを特徴とする一方向性電磁鋼板の製造方法。 - 更に、質量%で、N:0.003〜0.020%を含有することを特徴とする請求項1に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 更に、質量%で、Cu:0.20以下、Sn:0.11以下、Sb:0.021以下の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または2の何れか1項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記1回目および最終の冷間圧延のワークロールの直径が70〜95mmであることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記2回目又は3回目以降、最終前までの冷間圧延のワークロールの直径が115〜150mm未満であることを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記最終の冷間圧延で用いるワークロールの直径が、55〜105mm未満であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記2回目又は3回目以降、最終前の冷間圧延において、圧延間で、100〜350℃、1分以上の時効処理を行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記時効処理を、加工発熱を利用して行うことを特徴とする請求項7に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
- 前記冷間圧延の回数が、3以上7以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の一方向性電磁鋼板の製造方法。
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