JPH06207216A - 超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法

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JPH06207216A
JPH06207216A JP81593A JP81593A JPH06207216A JP H06207216 A JPH06207216 A JP H06207216A JP 81593 A JP81593 A JP 81593A JP 81593 A JP81593 A JP 81593A JP H06207216 A JPH06207216 A JP H06207216A
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magnetic flux
flux density
low melting
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Fumio Kurosawa
文夫 黒澤
Kunihide Takashima
邦秀 高嶋
Ryutaro Kawamata
竜太郎 川又
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 トラント等に用いられる一方向性電磁鋼板の
磁束密度を極限まで高める。 【構成】 ハイビー成分系に周期律表のIVb,Vbの低
融点の元素を鋼中に気泡状および/または液状に添加含
有させる。 【効果】 上記元素の添加により、成品のB8 が1.9
5T〜2Tにも達する一方向性電磁鋼板の製造が可能に
なった。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トランス等の鉄心に用
いられる{110}〈001〉方位即ちゴス方位を高度
に発達させた超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、軟磁性材料として
主にトランスその他の電気機器の鉄心材料に使用されて
いるもので、磁気特性として励磁特性と鉄損特性が良好
でなくてはならない。この励磁特性を表す指標として通
常磁束密度B8 (磁場の強さ800A/m における磁束密
度)やB10が用いられ、鉄損特性を表す指標としてW
17/50 (50Hzで1.7Tまで磁化させたときの単位重
量あたりの鉄損)やW13/60 等が用いられている。一方
向性電磁鋼板は製造工程の最終段階の900℃以上の温
度での仕上げ焼鈍工程で二次再結晶を起こさせ、鋼板面
に{110}面、圧延方向に〈001〉軸を持ったいわ
ゆるゴス組織を発達させることによって得られている。
そのなかでも磁束密度B8 が1.88T以上の優れた励
磁特性を持つものは高磁束密度一方向性電磁鋼板と呼ば
れている。
【0003】高磁束密度一方向性電磁鋼板の代表的製造
法として特公昭40−15644号公報、特公昭51−
13469号公報があげられる。現在世界的規模で生産
されている高磁束密度一方向性電磁鋼板は上記2特許を
基本として生産されていると云える。然るに上記特許に
基づく製品の磁束密度B8 は1.88乃至高々1.95
T程度であり、3%Si鋼の飽和磁束密度2.03Tの
95%程度の値を示しているに過ぎない。然るに近年省
エネルギー、省資源への社会的要求は益々激しくなり、
一方向性電磁鋼板の鉄損低減、磁化特性改善への要求も
熾烈になってきている。一方技術的には鉄損低減の方法
としてレーザー照射等の磁区制御技術が特公昭58−5
968号公報、特公昭57−2252号公報等により確
立され、この方法では更なる高磁束密度材への要求が鉄
損低減への手段として強くなっている。即ち、従来の高
磁束密度一方向性電磁鋼板の磁束密度B8 を更に理想方
位に近づける手段の出現が待たれているのが現状であ
る。
【0004】この目的達成の手段として本発明者らは特
公昭57−1565号公報で従来のAl入り高磁束密度
一方向性電磁鋼板の溶鋼に炭酸塩含有物を添加する方法
を提案した。しかし、この方法は実験室的には実現性が
有るが、工業規模では実施されてないのが実情である。
更に本発明者らは特公昭58−50295号公報で温度
勾配焼鈍法を提案した。この方法で初めて安定した磁束
密度B8 が1.95T以上の製品が得られるようになっ
た。しかし、この方法は工場サイズのコイルフォームで
実施する場合、コイル一端から加熱し、反対端部は温度
勾配をつけるため冷却するという非常に熱エネルギー的
損失を伴うため工業生産としては問題点を大きくはらん
でいる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を回避し極めて磁束密度の高い超高磁束密度一方向性
電磁鋼板の製造を可能にすることを目的とする。一方向
性電磁鋼板用素材にBi等を添加含有せしめることは特
開昭50−72817号公報、特開昭51−78733
号公報、特開昭53−39922号公報等に記載されて
いるが、これらの特許は何れも必須のインヒビターとし
てS,Seを含有し、且つSb,As等と同様の作用効
果を持つ元素の一つとしての意味であり、Sbの代替元
素として位置づけたのに過ぎない。
【0006】更にこれらの特許は本質的にAlをインヒ
ビター元素として含有せず、本発明とはその性格を異に
するものと云える。更にBiを含有せしめることは特開
昭51−107499号公報、特開昭63−10012
7号公報にも記載されている。これらの特許では必須の
インヒビターとしてAlを含有している点では本発明と
同様であるが、何れもSb,As等の同一作用元素の位
置づけで、したがってBi添加含有の実施例の記載もな
く、Bi等の添加の思想、性格は不明である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、次の通りである。 1)重量%で、C:0.03〜0.15%、Si:2.
5〜4.5%、Mn:0.01〜0.70%、S:0.
005〜0.045%、酸可溶性Al:0.010〜
0.065%、N:0.0030〜0.0450%、残
部:Feおよび不可避的不純物からなる材料を出発材と
して一方向性電磁鋼板を製造するに際し、溶鋼中に周期
律表のIVb族,Vb族の元素から構成される1000℃
以下の低融点の金属および該金属の化合物の少なくとも
1種類以上を凝固後の濃度で0.0005〜0.50%
添加し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記低融
点の金属および/または該金属の化合物を鋼中で気泡状
および/または液状にし、熱間圧延する。
【0008】2)重量%で、C:0.03〜0.15
%、Si:2.5〜4.5%、Mn:0.01〜0.7
0%、S:0.005〜0.045%、酸可溶性Al:
0.010〜0.065%、N:0.0030〜0.0
450%、残部:Feおよび不可避的不純物からなる材
料を出発材として一方向性電磁鋼板を製造するに際し、
溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族の元素から構成され
る1000℃以下の低融点の合金または該合金の混合物
を凝固後の濃度で0.0005〜0.50%添加し、鋳
造した後1000℃以上に加熱し、前記低融点の合金ま
たは該合金の混合物を鋼中で気泡状および/または液状
にし、熱間圧延する。
【0009】3)重量%で、C:0.03〜0.15
%、Si:2.5〜4.5%、Mn:0.01〜0.7
0%、S:0.005〜0.045%、酸可溶性Al:
0.010〜0.065%、N:0.0030〜0.0
450%、Sn:0.02〜0.50%、Cu:0.0
1〜0.10%、残部:Feおよび不可避的不純物から
なる材料を出発材として一方向性電磁鋼板を製造するに
際し、溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族の元素から構
成される1000℃以下の低融点の金属および該金属の
化合物の少なくとも1種類以上を凝固後の濃度で0.0
005〜0.50%添加し、鋳造した後1000℃以上
に加熱し、前記低融点の金属および/または該金属の化
合物を鋼中で気泡状および/または液状にし、熱間圧延
する。
【0010】4)重量%で、C:0.03〜0.15
%、Si:2.5〜4.5%、Mn:0.01〜0.7
0%、S:0.005〜0.045%、酸可溶性Al:
0.010〜0.065%、N:0.0030〜0.0
450%、Sn:0.02〜0.50%、Cu:0.0
1〜0.10%、残部:Feおよび不可避的不純物から
なる材料を出発材として一方向性電磁鋼板を製造するに
際し、溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族の元素から構
成される1000℃以下の低融点の合金または該合金の
混合物を凝固後の濃度で0.0005〜0.50%添加
し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記低融点の
合金または該合金の混合物を鋼中で気泡状および/また
は液状にし、熱間圧延する。
【0011】5)前記1)もしくは3)のIVb族元素と
してはPb、Vb族元素としてはBiである。
【0012】6)前記2)もしくは4)のIVb族元素と
してはPb,Sn、Vb族元素としてはSb,Biであ
る。
【0013】7)前記1)から6)のいずれかの100
0℃以上の鋼中で気泡状および/または液状として、そ
の気泡および/または液体の大きさは、1つあたり20
μm以下である。
【0014】以下本発明の詳細について説明する。本発
明者らは、いわゆる高磁束密度一方向性電磁鋼板の磁束
密度を更に高めるべく種々の研究を重ねた結果、窒化ア
ルミニウムを主インヒビターとする一方向性電磁鋼板を
製造するに際し、溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族か
ら構成される1000℃以下の低融点の金属、該金属の
化合物および合金の1種類以上を凝固後の濃度で0.0
005〜0.50%添加し、鋳造し前記添加材を100
0℃以上の鋼中で気泡状および/または液状に分散せし
めることにより現在市販されている高磁束密度一方向性
電磁鋼板の磁束密度B8 =1.93T程度をはるかに超
える1.95T以上、2Tにおよぶ超高磁束密度一方向
性電磁鋼板を製造することに成功した。
【0015】本発明の成分組成の限定理由を説明する。
Cは0.03%未満では熱延に先立つスラブ再加熱時に
異常粒成長し、製品において線状細粒とよばれる二次再
結晶不良を起こすので好ましくない。一方0.15%超
では脱炭焼鈍工程での脱炭が不完全になりやすく、成品
での磁気時効を引き起こすので好ましくない。Siは
2.5%未満では成品の渦電流損が増大し、また4.5
%超では常温での冷延が困難になり好ましくない。
【0016】Mn,Sは硫化マンガンや低融点金属との
化合物を形成し、窒化アルミニウムの析出サイト等とな
り補助的インヒビターとして作用させるためにはMn:
0.01〜0.70%、S:0.005〜0.045%
が必要である。その理由として、Sは0.005%未
満、Mnは0.01%未満では十分なインヒビター効果
は得られず、一方、Sは0.045%を超えると脱硫時
間を要するためである。酸可溶性Alは高磁束密度一方
向性電磁鋼板製造のための主要インヒビター構成元素で
あり、0.010%未満では量的に不足し、インヒビタ
ー強度が不足する。一方、0.065%超では析出する
窒化アルミニウムが粗大化し、結果としてインヒビター
強度を低下するので好ましくない。Nも酸可溶性Al同
様に主インヒビター構成元素であり、0.0030〜
0.045%を逸脱するとインヒビターの最適条件を壊
すので好ましくない。
【0017】更に、Snについては薄手成品の二次再結
晶を安定化させる元素として有効であり、また二次再結
晶粒径を小さくする作用があるが、0.05%以下では
効果が十分ではなく、0.05%以上の添加が必要であ
り、0.5%を超えてもその作用が飽和するのでコスト
アップの点から0.5%以下に限定する。CuはSn添
加材の皮膜向上元素として有効であり、0.01%未満
では効果が薄く、0.10%を超えると成品の磁束密度
が低下するので好ましくない。
【0018】本発明の特徴であるAlNをインヒビター
として機能せしめる製造プロセスによって方向性電磁鋼
板を製造するとき、鋼中に周期律表のIVb族,Vb族か
ら構成される1000℃以下の低融点の金属、該金属の
化合物および合金の少なくとも1種類以上を凝固後の濃
度で0.0005〜0.50%添加し、鋳造し前記添加
材を1000℃以上の鋼中で気泡状および/または液状
に分散せしめることが極めて有効である。その濃度とし
てそれぞれ単独および/または2種以上でも0.000
5%未満では磁束密度の向上が僅かであり、また0.5
0%超では材料の欠陥等が多くなることと磁束密度の向
上の効果が飽和するので上限を0.50%に限定した。
なお、ここの金属による効果の差は僅かに認められるが
気泡状および/または液状の大きさと量に支配される。
【0019】周期律表のIVb族,Vb族から構成される
元素の添加方法としては金属、合金、金属間化合物、酸
化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、ほう化物、
ハロゲン化物、ケイ酸塩、炭酸塩、ほう酸塩、硫酸塩、
硝酸塩等の入手し易い化合物形態等でよい。特に、本発
明は周期律表のIVb族,Vb族から構成される1000
℃以下の低融点の金属、該金属および合金の1種類以上
を凝固後の濃度で0.0005〜0.50%添加し、鋳
造し前記添加材を1000℃以上の鋼中で気泡状および
/または液状に均一微細分散することにより、鉄原子よ
り原子半径の大きいIVb族,Vb族の原子が僅かに抜け
るときに欠陥等を多く作りそれがインヒビターの析出サ
イトになるものと考えられる。その結果として、(1)
主インヒビターのAlNを有効に均一微細分散できる、
(2)結晶粒の粗大化を抑制できることが確認された。
【0020】1000℃以上の鋼中で気泡状および/ま
たは液状として、その気泡および/または液体の大きさ
は20μm超であると熱延時につぶされてしまうこと
と、大きな欠陥として素材の表面等を悪くするとともに
磁束密度等の向上や結晶粒の粗大化の抑制に寄与しない
ので20μm以下が好ましい。
【0021】次に製造プロセス条件について説明する。
前記の如く成分を調製した超高磁束密度一方向性電磁鋼
板用出発材は通常の溶解法、鋳造法を用いた場合でも本
発明の出発材とすることができる。次いでこの電磁鋼板
用素材は通常の熱間圧延により熱延コイルに圧延され
る。引き続いて1ステージの冷間圧延または中間焼鈍を
含む複数ステージの冷間圧延によって最終板厚とする
が、高磁束密度一方向性電磁鋼板を得ることから最終冷
延の圧延率(1ステージの冷間圧延の場合はその圧延
率)は65〜95%の強圧化が好ましい。最終圧延以外
のステージの圧延率は特に規定しなくてもよい。
【0022】最終冷延前には950〜1200℃で30
秒〜30分間の焼鈍を行い、急冷によりAlNの析出制
御を行う。最終成品板厚に圧延した冷延板を続いて通常
の方法で脱炭焼鈍の条件は特に規定しないが、好ましく
は700〜900℃の温度範囲で30秒〜30分間湿潤
な水素または水素、窒素の混合雰囲気で行うのがよい。
脱炭焼鈍後の鋼板表面には二次再結晶焼鈍における焼き
付き防止およびグラス被膜生成のため通常の組成の焼鈍
分離剤を塗布する。二次再結晶焼鈍は1000℃以上の
温度で5時間以上、水素またはそれらの混合雰囲気で行
う。引き続き余分の焼鈍分離剤を除去後、コイル巻きぐ
せを矯正するための連続焼鈍を行い、同時に絶縁被膜を
塗布、焼き付けする。更に、必要に応じてレーザー照射
等の磁区細分化の方法は特に規定する必要はない。
【0023】
【実施例】
(実施例1)重量%で、C:0.07%、Si:3.2
0%、Mn:0.05%、S:0.023%、酸可溶性
Al:0.025%、N:0.008%を含有する溶鋼
に表1に示す低融点金属を添加し、連続鋳造した鋳片を
1350℃に再加熱し直ちに熱延し、2.3mmの熱延板
とした。熱延板に1100℃の焼鈍を施し、0.3mmま
で冷延した。引き続き850℃で脱炭焼鈍を行い、Mg
O主成分とする焼鈍分離剤を塗布後1200℃の仕上げ
焼鈍を行った。
【0024】仕上げ焼鈍後の鋼板に残留する粉を除粉後
60×300mmの磁気測定試料を剪断し、850℃で歪
取り焼鈍を行って磁束密度B8 を測定した。また、前記
試料に5mmピッチでレーザーを照射し、磁区細分化処理
を行った。その状態での鉄損測定値を磁束密度値ととも
に表1に示す。その状態での磁気測定値をなお、本発明
のBiを気泡状および/または液状に含有せしめた熱延
板での透過電子顕微鏡により観察した写真を図1に示し
た。図において、白く見える円はBiを含有した気泡状
または液状の粒子である。
【0025】
【表1】
【0026】表1から明らかのように本発明によって得
られた鋼板は、従来法では到底得られないようなB8
1.95T以上、また、磁区細分化後の鉄損特性が0.
90W/kg以下の極めて優れた成品が得られた。一方、比
較例の鋼板はB8 が1.92Tと低く、磁区細分化後の
鉄損特性は0.96W/kgと高い値しか示さなかった。 (実施例2)重量%で、C:0.08%、Si:3.5
%、Mn:0.05%、S:0.022%、酸可溶性A
l:0.028%、N:0.0088%、Sn:0.1
2%、Cu:0.08%を含有する素材に表2に示す低
融点金属を添加含有せしめた。以後の工程は実施例1と
同様に行った。磁束密度の測定値を表2に示す。
【0027】
【表2】
【0028】表2に示したように本発明によって得られ
た鋼板は、磁束密度B8 が1.95T以上の優れた製品
である。
【0029】一方、比較例の鋼板では、B8 が1.92
Tの低い値しか示さなかった。
【0030】なお、本発明の実施例において、熱延前の
加熱を1350℃の例についてのみ示したが、本発明に
おいては1000℃以上に加熱し添加材が気泡状および
/または液状に分散した状態にあればよく、鋳片の溶解
温度限界まで加熱し熱間圧延しても同等の高い磁束密度
と低鉄損特性が得られる。
【0031】
【発明の効果】本発明の周期律表のIVb族,Vb族から
構成される1000℃以下の低融点の金属、該金属の化
合物および合金の少なくとも1種類以上を凝固後の濃度
で0.0005〜0.50%添加し、鋳造し前記添加材
を1000℃以上の鋼中で気泡状および/または液状に
分散させ熱間圧延することにより超高磁束密度一方向性
電磁鋼板を製造すると、極めて磁束密度の高い、また磁
区細分化処理後の鉄損特性も極めて優れた製品が得ら
れ、工業的に極めて有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電磁鋼板の熱延板を透過電子顕微鏡で
観察した金属組織の写真である。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.03〜0.15%、 Si:2.5〜4.5%、 Mn:0.01〜0.70%、 S :0.005〜0.045%、 酸可溶性Al:0.010〜0.065%、 N :0.0030〜0.0450%、 残部:Feおよび不可避的不純物からなる材料を出発材
    として一方向性電磁鋼板を製造するに際し、溶鋼中に周
    期律表のIVb族,Vb族の元素から構成される1000
    ℃以下の低融点の金属および該金属の化合物の少なくと
    も1種類以上を凝固後の濃度で0.0005〜0.50
    %添加し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記低
    融点の金属および/または該金属の化合物を鋼中で気泡
    状および/または液状にし、熱間圧延することを特徴と
    する超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族の元
    素から構成される1000℃以下の低融点の合金または
    該合金の混合物を凝固後の濃度で0.0005〜0.5
    0%添加し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記
    低融点の合金または該合金の混合物を鋼中で気泡状およ
    び/または液状にし、熱間圧延することを特徴とする請
    求項1記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C :0.03〜0.15%、 Si:2.5〜4.5%、 Mn:0.01〜0.70%、 S :0.005〜0.045%、 酸可溶性Al:0.010〜0.065%、 N :0.0030〜0.0450%、 Sn:0.02〜0.50%、 Cu:0.01〜0.10%、 残部:Feおよび不可避的不純物からなる材料を出発材
    として一方向性電磁鋼板を製造するに際し、溶鋼中に周
    期律表のIVb族,Vb族の元素から構成される1000
    ℃以下の低融点の金属および該金属の化合物の少なくと
    も1種類以上を凝固後の濃度で0.0005〜0.50
    %添加し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記低
    融点の金属および/または該金属の化合物を鋼中で気泡
    状および/または液状にし、熱間圧延することを特徴と
    する超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 溶鋼中に周期律表のIVb族,Vb族の元
    素から構成される1000℃以下の低融点の合金または
    該合金の混合物を凝固後の濃度で0.0005〜0.5
    0%添加し、鋳造した後1000℃以上に加熱し、前記
    低融点の合金または該合金の混合物を鋼中で気泡状およ
    び/または液状にし、熱間圧延することを特徴とする請
    求項3記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 IVb族元素としてはPb、Vb族元素と
    してはBiであることを特徴とする請求項1もしくは3
    記載の方法。
  6. 【請求項6】 IVb元素としてはPb,Sn、Vb族元
    素としてはSb,Biであることを特徴とする請求項2
    もしくは4記載の方法。
  7. 【請求項7】 1000℃以上の鋼中で気泡状および/
    または液状として、その気泡および/または液体の大き
    さは、1つあたり20μm以下であることを特徴とする
    請求項1から6いずれか記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7981223B2 (en) 2001-07-16 2011-07-19 Nippon Steel Corporation Ultra-high magnetic flux density grain-oriented electrical steel sheet excellent in iron loss at a high magnetic flux density and film properties and method for producing the same

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US7981223B2 (en) 2001-07-16 2011-07-19 Nippon Steel Corporation Ultra-high magnetic flux density grain-oriented electrical steel sheet excellent in iron loss at a high magnetic flux density and film properties and method for producing the same

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