JPH1036912A

JPH1036912A - 磁束密度が高く、鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH1036912A
Application number: JP19507596A
Authority: JP
Inventors: Ryutaro Kawamata; 竜太郎川又; Takeshi Kubota; 猛久保田; Masahiro Yamamoto; 政広山本; Seiichi Senoo; 聖一妹尾; Kazufumi Hanzawa; 和文半澤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-07-24
Filing date: 1996-07-24
Publication date: 1998-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は磁束密度が高く鉄損の低い無方向性
電磁鋼板の製造法を提供する。【解決手段】鋼中に重量％で、0.1%＜Si≦4.0%、0.1%
≦Mn≦1.0%、 C≦0.005%、 N≦0.005%、 S≦0.005%を満
足し残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分のス
ラブを用い、熱間圧延し熱延板とし、酸洗し１回の冷間
圧延を施し、仕上焼鈍を施すか、あるいはスキンパス圧
延を仕上焼鈍後施す無方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、仕上熱延ロールと鋼板との平均摩擦係数が0.25以下
であり 750℃≦巻取温度≦1000℃でありコイルの保有熱
で自己焼鈍を行う無方向性電磁鋼板製造法。さらに上記
熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷却水に 0.5〜20％の
油脂を混入するか、粗圧延後のシートバーを仕上熱延前
に先行するシートバーに接合し、連続して仕上熱延する
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気機器の鉄心材
料として用いられる、磁束密度が高く、鉄損が低い優れ
た磁気特性を有する無方向性電磁鋼板の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板
がその鉄心材料として使用される回転機および中、小型
変圧器等の分野においては、世界的な電力、エネルギー
節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動き
の中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。

【０００３】無方向性電磁鋼板においては低鉄損化の手
段として一般に、電気抵抗増大による渦電流損低減の観
点からＳｉあるいはＡｌ等の含有量を高める方法がとら
れてきた。しかし、この方法では磁束密度が低下すると
いう問題点があった。このような問題点の克服のため
に、熱延板結晶粒径を粗大化することで磁束密度と鉄損
の両方を改善させる方法が行われてきた。

【０００４】高磁束密度低鉄損の材料を提供するために
は、仕上熱延終了後、箱焼鈍あるいは連続焼鈍による熱
延板焼鈍を施し、結晶組織の粗大化を図ることが行われ
てきた。しかしながらこれらの方法では熱延板焼鈍もし
くは箱焼鈍によるコスト上昇が避けられず、昨今の需要
家の機能と価格に対する厳しい要請を同時に満足するこ
とは出来ず、低コストで高磁束密度低鉄損な無方向性電
磁鋼板を製造しうる方法の開発が求められている。

【０００５】このような問題点を解決する方法として、
特開昭５４−７６４２２号公報には、コイルを７５０℃
から１０００℃の温度で巻取り、コイル自身の保有熱で
自己焼鈍する方法が開示されている。しかしながら先願
により提供される低コスト高磁束密度無方向性電磁鋼板
に対しても需要家の価格と磁気特性に対してはさらなる
厳しい要求があり、この要求を満足する製造プロセスの
開発が求められていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
昨今の市場の要請に対し、従来困難であった、低コスト
で高磁束密度かつ低鉄損を達成する製造法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００７】

【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、以下の通りである。（１）鋼中に重量％で、０．１０％≦Ｓｉ≦４．００
％、０．１０％≦Ｍｎ≦１．００％、Ｃ≦０．００５０
％、Ｎ≦０．００５０％、Ｓ≦０．００５０％を含有
し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分のス
ラブを用い、熱間圧延し熱延板とし、酸洗し、１回の冷
間圧延を施し、次いで仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板
の製造方法において、仕上熱間圧延時の熱延ロールと鋼
板との平均摩擦係数が０．２５以下であり、仕上熱延終
了後、７５０℃以上１０００℃以下の温度でコイルを巻
取り、５分以上５時間以下コイル自身の保有熱で自己焼
鈍することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。（２）１回目の冷間圧延後、仕上焼鈍を施し、さらに２
〜２０％のスキンパス圧延を施す事を特徴とする前項
（１）記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。（３）鋼中に重量％で、更に０．１０％≦Ａｌ≦２．００％を含有することを特徴とする前項（１）あるいは（２）
記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。（４）仕上熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷却水に
０．５〜２０％の油脂をエマルジョン状態で混入するこ
とを特徴とする前項（１），（２）あるいは（３）の何
れか一つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。（５）粗圧延後のシートバーを仕上熱延前に先行するシ
ートバーに接合し、当該シートバーを連続して仕上熱延
に供することを特徴とする前項（１），（２），（３）
あるいは（４）の何れか一つに記載の無方向性電磁鋼板
の製造方法。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。発明者らは、低鉄損と高磁束密度を同時に達成すべ
く従来技術における問題点を鋭意検討を重ねた結果、重
量％でＳｉを０．１％を上回り４．０％以下、Ｍｎを
０．１％以上１．０％以下、Ａｌを０．１％以上２．０
％以下含有する鋼にあって、仕上熱間圧延時の熱延ロー
ルと鋼板との平均摩擦係数が０．２５以下として熱延を
行い、これにより得た熱延板を高温で巻取り、コイル自
身の保有熱で自己焼鈍を施すことにより、磁束密度が高
く鉄損の低い無方向性電磁鋼板を製造することが可能で
あることを見出し発明の完成に至った。

【０００９】無方向性電磁鋼板の磁気特性は冷延前結晶
組織を粗大化することで改善することが可能である。従
来技術では、冷延前結晶組織をより粗大化するために、
連続焼鈍炉もしくは箱焼鈍による熱延板焼鈍を施すこと
が行われてきた。しかしながらこれらの従来技術では、
成品磁束密度の改善はみられるものの、熱延板焼鈍工程
の付加によるコスト上昇が大きく、需要家においてはそ
のコスト上昇を受け入れがたいのが実情であった。

【００１０】一方でこのような問題点を解決する方法と
して、特開昭５４−７６４２２号公報にはコイルを７５
０℃から１０００℃の温度で巻取り、コイル自身の保有
熱で自己焼鈍する方法が開示されている。しかしながら
先願による磁束密度が改善された低コスト無方向性電磁
鋼板に対しても、昨今の需要家からは更なる価格と磁気
特性に対する厳しい要求が寄せられている。

【００１１】発明者等はこのような無方向性電磁鋼板の
低コストプロセスにおける磁気特性の限界を打破すべく
鋭意検討を進めた結果、Ｓｉを０．１％を上回り４．０
％以下、Ｍｎを０．１％以上１．０％以下、Ａｌを０．
１％以上２．０％以下含有する鋼にあって、仕上熱間圧
延時の熱延ロールと鋼板との平均摩擦係数を０．２５以
下として熱延を実施し、さらにこれを７５０℃以上１０
００℃以下の温度でコイルに巻取り、コイル自身の保有
熱で自己焼鈍を施すことで、仕上焼鈍後の製品における
磁束密度が従来の自己焼鈍法よりも高く、鉄損が低い無
方向性電磁鋼板を製造することに成功した。また、本発
明のような低摩擦率の仕上熱間圧延を安定的に行う観点
から、粗圧延後のシートバーを、先行するシートバーに
接合し、仕上熱間圧延を連続的に行うことが有効である
ことも見出した。

【００１２】まず、成分について説明すると、Ｓｉは鋼
板の固有抵抗を増大させ渦流損を低減させ、鉄損値を改
善するために添加される。Ｓｉ含有量が０．１０％未満
であると固有抵抗が十分に得られないので０．１０％以
上の量添加する必要がある。一方、Ｓｉ含有量が４．０
％を超えると圧延時の耳割れが著しく増加し、圧延が困
難になるので４．０％以下とする必要がある。

【００１３】Ａｌも、Ｓｉと同様に、鋼板の固有抵抗を
増大させ渦電流損を低減させる効果を有する。本発明が
目的とする低鉄損高磁束密度無方向性電磁鋼板を得るた
めには、０．１０％以上添加する必要がある。一方、Ａ
ｌ含有量が２．０％を超えると、磁束密度が低下し、コ
スト高ともなるので２．００％以下とする。

【００１４】Ｍｎは、Ａｌ，Ｓｉと同様に鋼板の固有抵
抗を増大させ渦電流損を低減させる効果を有する。この
目的のため、Ｍｎ含有量は０．１０％以上とする必要が
ある。一方、Ｍｎ含有量が１．００％を超えると熱延時
の変形抵抗が増加し、熱延が困難となるとともに、熱延
後の結晶組織が微細化しやすくなり、製品の磁気特性が
悪化するので、Ｍｎ含有量は１．００％以下とする必要
がある。また、Ｍｎ添加量は仕上熱延前の高温のシート
バー接合部の強度確保の点からも極めて重要である。な
ぜなら、低融点の硫化物が結晶粒界に存在することによ
るシートバー接合部の熱間脆化を防止するために、Ｍｎ
とＳとの重量濃度の比であるＭｎ／Ｓの値を２０以上と
することが必要であるからである。本発明の成分範囲で
は、Ｍｎ含有量が０．１０％以上であり、Ｓ含有量は
０．００５０％以下であるので、Ｍｎ／Ｓの値は２０以
上に保たれ、この観点からは問題がない。

【００１５】また、製品の機械的特性の向上、磁気的特
性、耐錆性の向上あるいはその他の目的のために、Ｐ，
Ｂ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕの１種または２種以
上を鋼中に含有させても本発明の効果は損なわれない。

【００１６】Ｃ含有量が０．００５０％を超えると使用
中の磁気時効により鉄損が悪化して使用時のエネルギー
ロスが増加するため、０．００５０％以下に制御するこ
とが必要である。なお、熱延板焼鈍時の結晶粒成長を促
進して成品の磁気特性を向上させるため、ならびに仕上
焼鈍時の結晶粒成長を促進しさらに鉄損の改善（低減）
をはかるためには、Ｃ含有量は好ましくは０．００２０
％以下、さらに好ましくは０．００１０％以下であるこ
とが好ましい。

【００１７】Ｓ，Ｎは熱間圧延工程におけるスラブ加熱
中に一部再固溶し、熱間圧延中にＭｎＳ等の硫化物、Ａ
ｌＮ等の窒化物を形成する。これらが存在することによ
り熱延組織の粒成長を妨げるとともに、仕上焼鈍時の結
晶粒成長を妨げ鉄損が悪化するのでＳは０．００５０
％、Ｎは０．００５０％以下にする必要がある。なお、
熱延板焼鈍時の結晶粒成長を促進して成品の磁気特性を
向上させるため、ならびに仕上焼鈍時の結晶粒成長を促
進し、さらに鉄損の改善（低減）をはかるためには、好
ましくはＳ，Ｎとも０．００２０％以下、さらに好まし
くは０．００１０％以下であることが好ましい。

【００１８】次に本発明のプロセス条件について説明す
る。前記成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続
鋳造あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼スラ
ブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧延
を施し所定の厚みとする。

【００１９】仕上熱延において、仕上熱延機のワークロ
ールと鋼板との間の摩擦係数を低減するために、潤滑剤
として油脂をロール冷却水に混入する。油脂と冷却水が
分離することを防止するために必要に応じ界面活性剤を
加える。仕上熱延時にロール冷却水に混入する油脂の量
は体積比で０．５％以上２０％以下とする。ロール冷却
水中の油脂量が０．５％未満ではその効果が得られず、
２０％超ではその効果が飽和し、不経済であるので２０
％以下とする。

【００２０】仕上熱延時の熱延ロールと鋼板との平均摩
擦係数の成品磁気特性に対する影響を調査するため下記
のような実験を行った。表１に示す成分の鋼を溶製し仕
上熱延を実施した。仕上熱延時の摩擦係数をロール冷却
水中の油脂含有量、油脂成分を変化させることにより
０．１以下から０．３以上まで変化させた。平均摩擦係
数は各スタンドにおける実測の先進率より計算し、その
平均値により求めた。仕上熱延終了温度は１０００℃で
一定とし、２．５mm厚に仕上げ、９００℃で巻取り、直
ちに保熱炉にコイルを装入し、８６０℃で１時間の自己
焼鈍を実施した。これを酸洗、冷延し０．５０mm厚と
し、脱脂した後、成分１は９００℃で、成分２は９８０
℃で４５秒焼鈍しエプスタイン試料を切断して磁気特性
を測定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】仕上熱延時の平均摩擦係数に対する製品磁
束密度の依存性を図１に示した。平均摩擦係数として仕
上熱延機の各スタンドの実測値の平均を用いた。仕上熱
延時の平均摩擦係数が０．２５以下であると成品磁束密
度が上昇することがわかる。以上の実験から示されるよ
うに、仕上熱延の圧延ロールと鋼板との間の摩擦係数の
値は、仕上熱延全スタンドの平均値が０．２５以下であ
れば良い。０．２５超ではその効果が不十分であり成品
磁束密度が低下する。

【００２３】本発明のごとく仕上熱間圧延を低摩擦率で
行う場合、仕上熱延機へのシートバーへの噛み込み時
に、シートバーの噛み込み不良の発生や、仕上熱延中に
ロールと鋼板の間にスリップが生じ、延ロールの寿命を
著しく縮めるとともに、鋼板表層に深い圧延疵を生じせ
しめる場合がある。このような低摩擦率の仕上熱間圧延
における問題点を解決し、安定的に操業を行う方法とし
て、粗圧延後のシートバーを、仕上熱間圧延前に先行す
るシートバーに接合し、当該シートバーを連続して仕上
熱間圧延に供することが特に有効である。

【００２４】自己焼鈍を行う際のコイルの巻取温度は７
５０℃未満では磁気特性の改善が不十分であるので、７
５０℃以上とする。一方、１０００℃を上回るとコイル
の巻きずれが発生しやすくなり、鋼板表層の酸化も激し
くなるため１０００℃以下とする。自己焼鈍の時間は、
５分未満では磁気特性改善が不十分であるので、５分以
上行う。また、５時間を超えると鋼板の酸化が激しくな
り酸洗不良が発生しやすくなるので、５時間以下とす
る。焼鈍の効果、および経済性からみた好ましい自己焼
鈍時間は３０分から９０分である。本発明では自己焼鈍
中のコイルの酸化を防止するため水素を含有する還元性
雰囲気、あるいは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲
気、あるいは減圧下で自己焼鈍を行ってもよい。このよ
うにして自己焼鈍を施した熱延板は１回の冷間圧延工程
を施し、次いで仕上焼鈍を施すか、その後さらにスキン
パス圧延工程を施して製品としてもよい。

【００２５】仕上焼鈍は連続焼鈍により施すが、その際
に特開昭６１−２３１１２０号広報に開示されているご
とく、前段で９５０℃〜１１００℃の温度範囲で５秒〜
１分間の短時間焼鈍し、後段で８００℃〜９５０℃で１
０秒〜２分間保定するなどの方法により仕上焼鈍を行っ
てもよい。

【００２６】またさらに連続焼鈍後にスキンパス圧延工
程を付加して製品としてもよい。スキンパス圧延率は２
％未満ではその効果が得られず、２０％超では磁気特性
が悪化するため２％から２０％とする。

【００２７】

【実施例】次に、本発明の実施例について述べる。（実施例１）表２に示した成分を有する無方向性電磁鋼
用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延機により厚み
５０mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上熱延機により
２．５mmに仕上げた。仕上熱延機のロール冷却水に油脂
をエマルジョン状態で混入し、その混入量を変えること
より摩擦係数を調整した。平均摩擦係数は各スタンドに
おける実測の先進率より計算し、その平均値により求め
た。この時、仕上熱延終了温度は１０００℃とし、９０
０℃で巻取り、コイルを保熱炉に装入し、８８０℃で１
時間の自己焼鈍を施した。

【００２８】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
５０mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて９００℃で４
５秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、
磁気特性を測定した。表３に本発明と比較例の成分と磁
気測定結果をあわせて示す。このように仕上熱延時の平
均摩擦係数を０．２５以下に低減すれば、磁束密度の値
が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無方向性電磁鋼
板を得ることが可能である。

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】（実施例２）表４に示した成分を有する無
方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延
機により厚み５５mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上熱
延機により２．５mmに仕上げた。仕上熱延機のロール冷
却水に油脂をエマルジョン状態で混入し、その混入量を
調整するこにより平均摩擦係数を変化させた。平均摩擦
係数は各スタンドにおける実測の先進率より計算し、そ
の平均値により求めた。また、仕上熱間圧延時に鋼板と
ワークロール間にスリップが生じ、鋼板の表面に疵が形
成されることを防止するために、粗圧延後のシートバー
を先行するシートバーに溶接し、仕上熱間圧延を連続し
て行った。熱延仕上温度は９５０℃とし、８６０℃で巻
取り、コイルを直ちに保熱炉に装入し、８６０℃で１時
間の自己焼鈍を施した。

【００３２】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
３５mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて前段において
１０５０℃で１０秒保定し、後段は９００℃で３０秒保
定し焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁
気特性を測定した。表５に本発明と比較例の成分と磁気
測定結果をあわせて示す。表５に示されるように、仕上
熱延時の平均摩擦係数を０．２５以下に低減すれば、磁
束密度の値が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無方
向性電磁鋼板を得ることが可能である。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】（実施例３）表６に示した成分を有する無
方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延
機により厚み５０mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上熱
延機により２．５mmに仕上げた。仕上熱延機のロール冷
却水に油脂をエマルジョン状態で混入し、その混入量を
調整するこにより平均摩擦係数を０．２１とした。平均
摩擦係数は各スタンドにおける実測の先進率より計算
し、その平均値により求めた。熱延終了後のコイルは表
７に示した条件で自己焼鈍を実施した。その後、酸洗を
施し、冷間圧延により０．３５mmに仕上げた。これを連
続焼鈍炉にて９８０℃で４５秒間焼鈍した。その後、エ
プスタイン試料に切断し、磁気特性を測定した。表７に
自己焼鈍条件と磁気測定結果をあわせて示す。

【００３６】表７に示されるように、自己焼鈍温度が７
５０℃以上１０００℃以下であれば、特性の優れた無方
向性電磁鋼板を得ることが可能である。８５０℃未満で
あれば磁気特性の改善が不十分であり、１０００℃以上
にコイルの巻取温度を上昇させると巻きずれが発生する
ため、自己焼鈍は不可能であった。また、自己焼鈍時間
は５分以上５時間以内で優れた磁気特性が得られている
ことがわかる。連続焼鈍による熱延板焼鈍時間が５時間
以上の場合、酸洗不良が発生し、鉄損がかえって悪化し
ている。このように、仕上熱延時の平均摩擦係数の低減
とともに、熱延板焼鈍条件を適切に制御することによ
り、磁束密度の値が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れ
た無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。

【００３７】

【表６】

【００３８】

【表７】

【００３９】（実施例４）表８に示した成分を有する無
方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延
機により厚み５０mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上熱
延機により２．５mmに仕上げた。仕上熱延機のロール冷
却水に油脂をエマルジョン状態で混入し、その混入量を
変えることより摩擦係数を調整した。平均摩擦係数は各
スタンドにおける実測の先進率より計算し、その平均値
により求めた。この時、仕上熱延終了温度は９５０℃と
し、８５０℃で巻取り、コイルを直ちに保熱炉に装入
し、８５０℃で１時間の自己焼鈍を施した。

【００４０】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
５０mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて８５０℃で３
０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、
磁気特性を測定した。表９に本発明と比較例の成分と磁
気測定結果をあわせて示す。このように仕上熱延時の平
均摩擦係数を０．２５以下に低減すれば、磁束密度の値
が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無方向性電磁鋼
板を得ることが可能である。

【００４１】

【表８】

【００４２】

【表９】

【００４３】

【発明の効果】このように本願発明によれば、従来の熱
延板焼鈍法よりも安価なコストで、かつ、従来の自己焼
鈍法よりも磁束密度が高く鉄損の低い、磁気特性の優れ
た無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】仕上熱延時の平均摩擦係数と成品磁束密度の関
係を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者妹尾聖一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 (72)発明者半澤和文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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼中に重量％で、０．１０％≦Ｓｉ≦４．００％、０．１０％≦Ｍｎ≦１．００％、Ｃ≦０．００５０％、Ｎ≦０．００５０％、Ｓ≦０．００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成
分のスラブを用い、熱間圧延し熱延板とし、酸洗し、１
回の冷間圧延を施し、次いで仕上焼鈍を施す無方向性電
磁鋼板の製造方法において、仕上熱間圧延時の熱延ロー
ルと鋼板との平均摩擦係数が０．２５以下であり、仕上
熱延終了後、７５０℃以上１０００℃以下の温度でコイ
ルを巻取り、５分以上５時間以下コイル自身の保有熱で
自己焼鈍することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造
方法。
【請求項２】１回目の冷間圧延後、仕上焼鈍を施し、
さらに２〜２０％のスキンパス圧延を施す事を特徴とす
る請求項１記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】鋼中に重量％で、更に０．１０％≦Ａｌ≦２．００％を含有することを特徴とする請求項１あるいは２記載の
無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】仕上熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷
却水に０．５〜２０％の油脂をエマルジョン状態で混入
することを特徴とする請求項１，２あるいは３の何れか
一つに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項５】粗圧延後のシートバーを仕上熱延前に先
行するシートバーに接合し、当該シートバーを連続して
仕上熱延に供することを特徴とする請求項１，２，３あ
るいは４の何れか一つに記載の無方向性電磁鋼の製造方
法。