JPH06256847A - 磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄損の低い高磁束密度一方向性電磁鋼板の安
定製造を可能にする。 【構成】 Ｓｉ：２．５〜５．０％、Ｃ，Ｍｎ，Ａｌ，
Ｎを含み、Ｓ或いはＳｅを単独又は複合で≦０．１５
％、Ｐ：０．０１５〜０．１５％、Ｃｕ：０．０３〜
０．３０％、必要に応じて、Ｓｎ，Ｃｒを添加し、残部
Ｆｅ及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを１２８
０℃以下の温度に加熱熱延し、必要に応じて熱延板焼鈍
をし、最終圧延率を８０％以上とし、脱炭焼鈍、窒化焼
鈍、仕上焼鈍を行う。 【効果】 普通鋼並のスラブ加熱温度で、低鉄損高磁束
密度鋼板を安定して製造することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電機機器の鉄心に用いら
れる一方向性電磁鋼板の製造方法に関するもので、これ
により鉄損の低い高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造を
可能にするものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は鋼板面が｛１１０｝
面で、圧延方向が〈１００〉軸を有するいわゆるゴス方
位（ミラー指数で｛１１０｝〈００１〉方位を表す）を
持つ結晶粒から構成されており、軟磁性材料として変圧
器及び発電機用の鉄心に使用される。この鋼板は磁気特
性として磁化特性と鉄損特性が良好でなければならな
い。磁化特性の良否はかけられた一定の磁場中で鉄心内
に誘起される磁束密度の高低で決まり、磁束密度の高い
製品では鉄心を小型化できる。磁束密度の高さは鋼板結
晶粒の方位を｛１１０｝〈００１〉に高度に揃えること
によって達成できる。

【０００３】鉄損は鉄心に所定の交流磁場を与えた場合
に熱エネルギーとして消費される電力損失であり、その
良否に対して磁束密度、板厚、不純物量、比抵抗、結晶
粒の大きさ等が影響する。磁束密度の高い鋼板は電機機
器の鉄心を小さくでき、又鉄損も小さくなるので望まし
く、当該技術分野ではできる限り磁束密度の高い製品を
安いコストで製造する方法の開発が課題である。

【０００４】ところで、現在、工業生産されている代表
的な一方向性電磁鋼板の製造方法として３種類あるが、
各々については長所、短所がある。第一の技術はＭ．
Ｆ．Ｌｉｔｔｍａｎｎによる特公昭３０−３６５１号公
報に示されたＭｎＳを用いた２回冷延工程であり、得ら
れる二次再結晶粒は安定して発達するが、高い磁束密度
が得られない。第二の技術は田口等による特公昭４０−
１５６４４号公報に示されたＡｌＮ＋ＭｎＳを用いた最
終冷間圧延率を８０％以上の強圧下率とするプロセスで
あり、高い磁束密度は得られるが、工業生産に際しては
製造条件の厳密なコントロールが要求される。第三の技
術は今中等による特公昭５１−１３４６９号公報に示さ
れたＭｎＳ（及び／又はＭｎＳｅ）＋Ｓｂを含有する珪
素鋼を２回冷延工程によって製造するプロセスであり、
比較的に高い磁束密度は得られている。

【０００５】上記３種類の技術においては共通して次の
ような問題がある。即ち、上記技術はいずれもが析出物
を微細、均一に制御する技術として熱延に先立つスラブ
加熱温度を１２５０℃超、実際には１３００℃以上と極
めて高い温度にすることによって粗大に析出している析
出物を一旦固溶させ、その後の熱延中、あるいは熱処理
中に析出させている。スラブ加熱温度を上げることはス
ラブ加熱時の使用エネルギーの増大、設備損傷率の増大
等の他材質的にはスラブの結晶組織に起因する線状の二
次再結晶不良が発生し、特に薄手材、高Ｓｉ材において
顕著になってくる。

【０００６】このような高温スラブ加熱法に対し特開昭
６２−４０３１５号公報或いは特願平１−９１９５６号
に開示されている技術、即ち二次再結晶に必要なインヒ
ビターは、脱炭焼鈍（一次再結晶）完了以降から仕上焼
鈍における二次再結晶発現以前までに造り込むものがあ
る。その手段としては、鋼中にＮを侵入させることによ
って、インヒビターとして機能する（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを
形成させる。鋼中にＮを侵入させる手段としては、仕上
焼鈍昇温過程での雰囲気ガスからのＮの侵入を利用する
か、脱炭焼鈍後段領域あるいは脱炭焼鈍完了後のストリ
ップを連続ラインでＮＨ₃ 等の窒化源となる雰囲気ガス
を用いて行う。

【０００７】この製造法においては脱炭焼鈍後の一次再
結晶粒の粒径及びその集合組織が二次再結晶粒の発達並
びに磁気特性を大きく左右する。特に一次再結晶集合組
織は良好なＧｏｓｓ組織を発達させるうえで重要な因子
である。一方、仕上焼鈍昇温過程で形成されるフォルス
テライト被膜もその形成状態により二次再結晶集合組織
の集積度を左右する。これは二次再結晶開始温度域のイ
ンヒビターの弱体化（消失時間）に影響しているものと
考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこれらの二次
再結晶に影響する因子の適正化及び変動を小さくし、高
磁束密度一方向性電磁鋼板を安定して製造可能ならしめ
ることを目的とする。

【０００９】

【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Ｃ：０．０２０〜０．０７５％、Ｓｉ：２．５〜
５．０％、Ｍｎ：０．０５〜０．４５％、Ｓ或いはＳｅ
を単独又は複合で≦０．０１５％、酸可溶性Ａｌ：０．
０１０〜０．０５０％、Ｎ：０．００３５〜０．０１２
％、Ｃｕ：０．０３〜０．３０％、Ｐ：０．０１５〜
０．１５％、必要に応じて、Ｓｎ：０．０２〜０．１５
％、Ｃｒ：０．０３〜０．２０％を添加し、残部Ｆｅ及
び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを、１２８０℃
以下の温度に加熱した後熱延し必要に応じて熱延板焼鈍
をし、１回又は中間焼鈍を介挿する２回以上の圧延でそ
の最終圧延率を８０％以上とし、次いで脱炭焼鈍、仕上
焼鈍をする一方向性電磁鋼板の製造において、脱炭焼鈍
以降、仕上焼鈍の昇温過程の二次再結晶開始温度域にお
いて窒化処理を行うことを特徴とする磁気特性の優れた
一方向性電磁鋼板の製造方法にある。

【００１０】以下本発明を詳細に説明する。重量比で
Ｃ：０．０５４％、Ｓｉ：３．２５％、Ｍｎ：０．１０
％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、
Ｐ：０．０４０％、Ｎ：０．００７５％を含んだ溶鋼に
Ｃｕを表１に示す量で添加したスラブを準備した。更に
上記基本成分にＣｕとＳｎを表２に示す量を添加したス
ラブを準備した。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】このようなスラブを１１５０℃で加熱熱延
し２．３mmの熱延板を造った。これを１１２０℃＋９０
０℃で焼鈍した後急冷却した。次いで酸洗し０．２３mm
に冷延した。これを８３０℃×９０秒の脱炭焼鈍を湿水
素、窒素雰囲気中で行った。この後窒化焼鈍を７５０℃
×３０秒で水素、窒素、アンモニア混合ガス中で行い、
鋼板の窒素量をほぼ２００ppm に調整した。次いでＭｇ
Ｏ，ＴｉＯ₂ を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し１２０
０℃×２０時間の仕上焼鈍を行った。

【００１４】この後無水クロム酸、燐酸アルミニウムを
主成分とする張力コーティングを施した。表１に示した
試料を用いた結果を図１に示す。図から判るようにＣｕ
の添加効果は０．０３％以上において現れる。Ｃｕを添
加すると脱炭焼鈍時の酸化が均一に行われ焼鈍後におい
て酸化層の厚み変動が小さくなる。このため仕上焼鈍後
のフォルステライト被膜も均一な厚みのものが形成され
る。これを図２に示す。

【００１５】このように一定量のＣｕ添加は良好なフォ
ルステライト被膜形成に役立っていると考えられる。一
般に集積度の高いＧｏｓｓ組織を得るには二次再結晶開
始温度域におけるインヒビターは徐々に弱まることが望
ましいとされている。本発明における被膜形成時期は、
二次再結晶開始時期より早いため、良好な被膜が形成さ
れるとインヒビターの弱まる速度が遅くなり、（１１
０）〔００１〕方位の結晶粒の優先成長を有利にしてい
るものと考えられる。

【００１６】なお、Ｃｕの量が０．３０％を超すと熱延
板の表面性状が劣り又酸洗性も悪くなる。表２に示した
試料を用いて処理した結果を図３に示す。Ｓｎを添加す
ると鉄損特性が大幅に改善されるが、Ｃｕとの複合添加
によりさらなる低鉄損化が可能となる。Ｓｎの効果は一
次再結晶集合組織の改善（Ｇｏｓｓ核の付加）ひいては
二次再結晶粒の小粒化を達成することによるものが大き
いと考えられる。

【００１７】本発明の限定理由は以下の通りである。Ｃ
は、その含有量が０．０２０％未満になると、二次再結
晶が不安定になり、二次再結晶した場合でも製品の磁束
密度がＢ₈ で１．８０Ｔと低いものとなる。一方、Ｃの
含有量が０．０７５％を超えて多くなり過ぎると、脱炭
焼鈍時間が長くなり、生産性を損なう。好ましくは０．
０３〜０．０６％がよい。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５．０％を
超えて多くなり過ぎると材料の冷延性に問題を生ずる。

【００１８】本発明の出発材料の成分系における特徴の
一つは、Ｓは０．０１５％以下、好ましくは０．００７
０％以下とする点にある。Ｓは周知の如くＭｎＳを形成
し粒成長を抑制する作用をする。本発明においては二次
再結晶粒を発現させるに必要なインヒビターは脱炭焼鈍
以降で造り込むことを特徴としており、冷延以前で微細
な析出物が分散することは一次再結晶粒径を調整して高
磁束密度低鉄損を得る本発明においては好ましくない。
従ってＳは０．０１５％以下としている。又Ｓ量を少な
くすることは熱延時の耳割れの低減にも効果が大きい。

【００１９】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
０〜０．０５０％添加する。

【００２０】Ｎは０．００３５〜０．０１２％にする必
要がある。０．０１２％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。又一次再結晶組織の調整
が困難になる。下限は０．００３５％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。

【００２１】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。

【００２２】Ｐは磁束密度を高位安定化し又鋼の固有抵
抗を高めるため鉄損低減にも有効な元素で、添加量０．
０１５％以上でその効果が現れ、０．１５％を超えると
鋼の脆化が大きく加工時の取扱いが困難となる。

【００２３】Ｃｕは０．０３％未満では磁束密度向上の
効果がなく、一方０．３０％を超えると熱延板の表面性
状が劣り又酸洗性も悪くなる。Ｃｒは脱炭焼鈍時の酸化
を促進する元素であるが、Ｓｎとの複合添加で仕上焼鈍
後の被膜形成が安定化する。

【００２４】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改善し被膜の安定化と相まって鉄
損改善に効果が大きい。Ｓｎの適量は０．０２〜０．１
５％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。好まし
くは０．０３〜０．０８％がよい。Ｃｒの適量は０．０
３〜０．２０％がよい。好ましくは０．０５〜０．１５
％がよい。

【００２５】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、転炉或い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
続鋳造によって或いは造塊後分塊圧延することによって
得られる。熱延板の焼鈍は公知の方法でよいが、通常９
００〜１１７０℃の温度で行った後急冷却をする。なお
熱延板の焼鈍を省略しても充分商品価値あるものが製造
可能である。冷延率は高いＢ₈ 値を得るために８０％以
上とする。

【００２６】脱炭焼鈍は脱炭を行う他に一次再結晶組織
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
ある。これは通常８００〜９００℃の温度域で湿水素、
窒素ガス中で行う。

【００２７】次に窒化処理条件の限定理由について述べ
る。図４は窒素がもっとも鋼中に入りやすいＨ₂ ガスと
ＮＨ₃ ガスの混合ガスを雰囲気として、３０秒間窒化処
理を行った後、仕上焼鈍して得られた製品が良好な二次
再結晶を示す領域を、窒化処理温度と鋼板の窒素量とＮ
Ｈ₃ ガス濃度の関係で示す。

【００２８】この図から明らかなごとく、７５０〜８５
０℃の温度域で窒化が良好であることがわかる。なお８
５０℃を超えると一次再結晶粒が成長し二次再結晶不良
となる。又６５０℃未満では窒化が困難になり二次再結
晶不良となる。良好な二次再結晶粒を安定して発達させ
るには窒素量は１２０ppm 以上必要である。

【００２９】以上の理由から窒化処理温度は６５０〜８
５０℃とし、鋼板中の窒素量は１２０ppm とした。この
後ＭｇＯ，ＴｉＯ₂ を主成分とするスラリーを塗布し１
１００℃以上の温度で仕上焼鈍を公知の方法で行う。

【００３０】

【実施例】

実施例１ 重量比でＣ：０．０５６％、Ｓｉ：３．５％、Ｍｎ：
０．１２％、Ｓ：０．００８％、酸可溶性Ａｌ：０．０
２８％、Ｃｒ：０．０８％、Ｐ：０．０５５％、Ｎ：
０．００７３％、Ｓｎ：０．０７％を含んだ溶鋼にＣｕ
を（ａ）０．０１％、（ｂ）０．０５％、（ｃ）０．１
０％、（ｄ）０．２５％、（ｅ）０．４６％を添加した
インゴットを造りこれを加熱熱延し２．３mmの熱延板に
した。

【００３１】次いで１２００℃＋９００℃で焼鈍した後
急冷却した。次いで酸洗し０．３０mmに冷延した。これ
を８３５℃×１５０秒の脱炭焼鈍を湿水素、窒素雰囲気
中で行った。この後７５０℃×３０秒の窒化処理を水
素、窒素、アンモニアの混合ガス中で行い鋼板の窒素量
をほぼ１８０ppm に調整した。次いでＭｇＯ，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。この磁気特性を表３に示す。

【００３２】

【表３】

【００３３】本発明のＣｕ添加範囲において非常に優れ
た磁気特性が得られた。

【００３４】実施例２ 重量比でＣ：０．０５３％、Ｓｉ：３．４％、Ｍｎ：
０．１０％、Ｓ：０．０１０％、酸可溶性Ａｌ：０．０
３２％、Ｐ：０．０４０％、Ｎ：０．００７８％、Ｃ
ｒ：０．１２％、Ｓｎ：０．０５％を含んだ溶鋼にＣｕ
を（ａ）０．０１％、（ｂ）０．０７％、（ｃ）０．１
２％を添加したインゴットを造りこれを加熱熱延し１．
６mmの熱延板にした。次いで１２００℃＋９００℃で焼
鈍した後急冷却した。

【００３５】次いで酸洗し０．１７mmに冷延した。これ
を８３５℃×７０秒の脱炭焼鈍を湿水素、窒素雰囲気中
で行った。この後７５０℃×３０秒の窒化処理を水素、
窒素、アンモニアの混合ガス中で行い鋼板の窒素量をほ
ぼ２００ppm に調整した。次いでＭｇＯ，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。この後、燐酸−無水クロム酸を主成
分とする張力コーティングを施した。この磁気特性を表
４に示す。

【００３６】

【表４】

【００３７】本発明のＣｕ添加範囲において非常に優れ
た磁気特性が得られた。

【００３８】実施例３ 重量比でＣ：０．０４０％、Ｓｉ：３．０％、Ｍｎ：
０．１０％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０
３４％、Ｐ：０．０３５％、Ｎ：０．００７８％、Ｃ
ｒ：０．１２％、Ｓｎ：０．０５％を含んだ溶鋼にＣｕ
を（ａ）０．０１％、（ｂ）０．１０％を添加したイン
ゴットを造りこれを加熱熱延し２．８mmの熱延板にし
た。これを酸洗し０．３４mmに冷延した。

【００３９】次いで８４０℃で脱炭焼鈍を湿水素、窒素
雰囲気中で行った。この後７５０℃の窒化処理を水素、
窒素、アンモニアの混合ガス中で行い鋼板の窒素量をほ
ぼ２００ppm に調整した。次いでＭｇＯ，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。

【００４０】

【表５】

【００４１】熱延板焼鈍を省略してもＣｕを添加すると
優れた磁気特性が得られた。

【００４２】

【発明の効果】本発明により、二次再結晶が安定し、普
通鋼並のスラブ加熱温度で低鉄損高磁束密度の一方向性
電磁鋼板を安定して製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｃｕ添加量と磁気特性（磁束密度）の関係を表
す図表である。

【図２】Ｃｕ添加材とＣｕ無添加材の仕上焼鈍後の被膜
の断面写真の模式図である。

【図３】Ｃｕ，Ｓｎ添加量と磁気特性（磁束密度、鉄
損）の関係を表す図表である。

【図４】窒化条件（温度、時間）と窒化後の〔Ｎ〕量の
関係を示す図表である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で Ｃ ：０．０２０〜０．０７５％、 Ｓｉ：２．５〜５．０％、 Ｍｎ：０．０５〜０．４５％、 Ｓ或いはＳｅを単独又は複合で≦０．０１５％、 酸可溶性Ａｌ：０．０１０〜０．０５０％、 Ｎ ：０．００３５〜０．０１２％、 Ｃｕ：０．０３〜０．３０％、 Ｐ ：０．０１５〜０．１５％ 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを、
   １２８０℃以下の温度に加熱した後熱延し熱延板焼鈍を
   し、１回又は中間焼鈍を介挿する２回以上の圧延でその
   最終圧延率を８０％以上とし、脱炭焼鈍を行い、脱炭焼
   鈍以降、仕上焼鈍の昇温過程の二次再結晶開始温度域に
   おいて窒化処理を行い、次いで仕上焼鈍を行うことを特
   徴とする磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 重量比で Ｓｎ：０．０２〜０．１５％、 Ｃｒ：０．０３〜０．２０％ を含有することを特徴とする請求項１記載の磁気特性の
   優れた一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 窒化処理を脱炭焼鈍後６５０〜８５０℃
   の温度でストリップを走行せしめる状態下で水素、窒
   素、アンモニアの混合ガス中で行い、窒化後の鋼板の窒
   素量を１２０ppm 以上とすることを特徴とする請求項１
   又は２記載の磁気特性の優れた一方向性電磁鋼板の製造
   方法。