JPS5856744B2 - 希土類金属で処理された冷間圧延非配向珪素鋼とその製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冷間圧延された非配向珪素鋼用の精錬鋼溶融物
を脱硫目的で汚染煙を生じることなく希土類金属で処理
することに向けられる。

冷間圧延された非配向珪素鋼の典型的従来技術製造にお
いては、溶融物６（アーク炉または他の適当な種類の炉
でつくられる。

典型的には、溶融物は炉添加、出銑添加または任意の数
の取鍋導入（ｒｅｌａｄｌｅ）操作での添加により脱酸
される。

カルシウムシリコンが優れた脱硫剤であると決定されて
おり、従来キルド溶融物の脱硫に添加されている。

カルシウムは硫黄と反応して珪素鋼の表面に浮上する。

この反応は微細な石灰粉末を包含する煙を好ましくない
ほど多量生じる。

脱硫したら、溶融物にアルゴンを泡立たせるかまたは脱
ガスして（またはその両方）溶融物の清潔さを改良し、
かつ溶融物全体にわたって温度均一性を達成する。

最近、厳しい汚染防止法が制定された。

溶融物工場がこれらの法律を満たすために、従来技術作
業者はカルシウム−シリコン脱硫工程で生じる煙を抑制
するために高価な抑制装置たとえば煙霧フードおよびバ
ッグハウス系の使用に目を向けている。

本発明は脱硫剤として希土類金属および希土類金属合金
の使用に基づくものである。

希土類金属硫化物、酸化物およびオキシ硫化物が溶融物
中で形成され、スラグの所まで浮上する。

生成する希土類金属化合物は不溶性で、揮発せずかつ煙
を形成しない。

従来、希土類金属は固体状態の硫化物形態を制御するた
めに高強度低合金鋼に使用されている。

希土類金属は高強度低合金鋼において硫化物ストリンジ
ャー（ｅｔｒｉｎｇｅｒ）よりはむしろ小さな硫化物介
在物を形成する。

しかしながらこのような小さな介在物は電気鋼において
有害であり得るもので、それらはそのような鋼の磁気特
性を妨害する。

もし溶融物中の希土類金属含量（セリウム含量に基づく
）を最大４００ ｐｐｍの水準、好ましくは７５〜２５
０ ｐｐｍに保持するなら、最終生成物はカルシウムシ
リコンで脱硫した一般的な冷間圧延非配向珪素鋼と少な
くとも等しい機械的および磁気特性を示すことが見出さ
れた。

本発明によれば、重量％で０．５〜４％珪素、最大０．
８％アルミニウム、０．０５〜０．５％マンガン、０．
０１２％最大硫黄、０．１％までの最大炭素および有効
量の最大４００ ｐｐｍセリウムおよび残部鉄からなる
冷間圧延非配向珪素鋼用の精錬溶融物組成物が提供され
る。

さらに、本発明は重量％で０．５〜４％珪素、最大Ｏ，
Ｓ％アルミニウム、０．０５〜０．５％マンガン、０．
０１２％最大硫黄、ｏ、ｏｉｏ％以下の炭素、および有
効量の最大４００ ｐｐｍのセリウム、および残部鉄か
らなる組成を有する冷間圧延非配向珪素鋼を提供する。

半加工および完全加＝された冷間圧延非配向珪素鋼用の
本発明による精錬珪素鋼溶融物の製造方法は、珪素鋼の
ヒートを溶解する工程、上記溶融物を取鍋に出銑する工
程、脱酸およ・び合金化目的でフェロ−シリコン、フェ
ロ−マンガンシリコンおよびアルミニウムを添加する工
程、上記溶融物をアルゴン攪拌により混合する工程、上
記溶融物を真空脱ガス処理にかける工程、アルミニウム
と希土類金属および希土類金属化合物からなる群から選
ばれる物質を添加して上記溶融物の最終脱酸および脱硫
を行う工程、上記真空脱ガス処理を上記取鍋内の少なく
とも１つの完全な容積交換が上記最終脱酸および脱硫中
に生成する介在物の適当な浮上を可能にするのに十分な
時間継続する工程を包含し、上記精錬溶融物は重量％で
０．５〜４％珪素、最大Ｏ，Ｓ％アルミニウム、０．０
５〜０．５％マンガン、０．０１２最大硫黄、０．１％
までの最大炭素および有効量の最大４００ ｐｐｍのセ
リウム、および残部鉄からなる。

溶融物を最終生成物に変換するために、本方法はさらに
鋳造珪素鋼を熱間圧延する工程、焼鈍する工程、酸洗い
をする工程、冷間圧延する工程および冷間圧延鋼を脱炭
焼鈍にかける工程を包含する。

本明細書および特許請求の範囲で用いた「冷間圧延非配
向珪素鋼」とは、鉄−珪素−アルミニウム合金または微
量のアルミニウムを含有する鉄−珪素合金を意味し、そ
の稍錬溶融物組戊物は重量％で０．５〜４％（好ましく
は１，５〜３．２％）珪素、最大０．８％（好ましくは
０．２〜０．５％）アルミニウム、０．０５〜０．５％
（好ましくは０．１５〜０．４５％）マンガンおよび０
．０１２％最大（好ましくは０．００４〜０．０１０％
）硫黄、０．１％最大炭素、および残部鉄および製造法
に附随する不純物を含有する。

冷間圧延非配向珪素鋼は以下に説明されるように半加工
形または完全加工形の最終生成物として調製し販売する
ことが出来る。

最終生成物は半加工形で炭素含量が０．０１０％以下に
、好ましくは約ｏ、ｏｏｓ％以下に減せられ、また完全
加工形で炭素含量が約０．００５％以下に、好ましくは
約０．００３％以下になることを除いて上記溶融物につ
いて述べたものと実質的に同じ組成を有するであろう。

半加工および完全加工最終生成物とも以下に説明される
ようにセリウムとして計算して臨界的希土類含量を有す
るであろう。

最良の品質を得かつ終始一貫した高品質を確保するため
には、最終生成物はセリウムとして計算して最大４００
ｐｐｍｔ好ましくは７５〜２５０ ｐｐｍの希土類含
量を有することが必要である。

インゴットにおいて、希土類酸化物、硫化物およびオキ
シ硫化物は上昇する傾向があり、したがってインゴット
の底部からの最終生成物試料は同じインゴットの上端部
からの最終生成物試料よりセリウムとして測定した希土
類含量が少なくなり得る。

これは特に溶解度積一温度関係のためにより高い希土類
水準で真実である。

溶融物は任意の適当な融解炉たとえばアーク炉、塩基性
酸素炉または平炉でつくることが出来る。

したがって、溶融物は脱酸、脱硫および所望元素の添加
により精錬され、最終的に所望の化学が達成される。

溶融物の清潔さおよび溶融物内の温度均一を改良するた
めにアルゴン攪拌、真空脱ガスまたはその両方を実施す
ることが出来る。

本発明によれば、脱硫はミツシュメタル、ミツシュメタ
ル珪化物、ミツシュメタル−アルミニウムまたはセリウ
ム金属の使用により行われる。

他の単独希土類金属も使用出来るが、現在それらを用い
ることは経済的に実施出来ない。

本明細書および特許請求の範囲でミツシュメタルとは、
希土類元素（原子番号５７〜７１）の金属形の混合物の
ことである。

一般に、ミツシュメタルは約５０％のセリウムを含有し
、残りは主としてランタンおよびネオジムである。

ミツシュメタル、ミツシュメタル珪化物、ミツシュメタ
ル−アルミニウム合金およびセリウム合金は周知であり
、市販されている。

精錬工程は多数の方法で行うことが出来る６当業界で周
知のように平炉ヒートを炉中でキルしてその後１つまた
はそれ以上の取鍋を用いて取鍋に出銑して脱酸および合
金添加を行うことが出来る。

その後、取鍋中の溶融金属は任意にアルゴン攪拌しおよ
び（または）真空脱ガスして溶融物の清浄化を助けかつ
溶融金属本体にわたって温度をより均一にすることｂ３
出来る。

ミツシュメタル、ミツシュメタル珪化物、ミツシュメタ
ル−アルミニウム合金またはセリウム金属は出銑、再取
鍋注湯、アルゴン攪拌また（ま真空脱ガス工程中脱硫の
目的で添加することが出来る。

希土類金属または希土類金属化合物の添加前に最大脱酸
を行うことにより長も経済的な結果が得ら・れる。

希土類金属または希土類金属化合物の添加後、溶融物の
再酸化は最小限にすることが必要である。

反応生成物および予期される脱硫量を含めて希土類金属
または希土類金属化合物の熱力学に関して種々の論文が
与えられている。

たとえは、ジャ−ナルオブメタルズ、５月１９７４年、
１４−２３頁およびメタルズアンドマテリアルズ、１０
月１９７４年、４５２−４５７頁が注目される。

精錬は溶融物中に反応生成物たとえばミツシュメタル酸
化物、ミツシュメタル硫化物およびミツシュメクルオキ
シ硫化物の生成を伴うので、最適磁気特性を得るために
はこれらの生成物の浮上に対して時間を充当しなければ
ならない。

希土類金属または希土類金属化合物脱硫の利点は、希土
類金属またはその化合物もまたそれから生じる反応生成
物も揮発したりまた煙を生じないということである。

使用される任意の適当な精錬脱硫工程〔１つまたはそれ
以上の取鍋、アルゴン攪拌および（または）真空脱ガス
〕では、脱酸は最終溶融物において溶解したまたは硫黄
、酸素および他の元素と化合した全セリウムが約４００
ｐｐｍ以下、好ましくは約７５〜約２５０ ｐｐｍにな
る程度まで行われ、かつミツシュメタル、ミツシュメタ
ル合金またはヤリラム金属の量は上記したようになる量
で添加される。

このようにすると、得られる冷間圧延非配向珪素鋼の磁
気特性はカルシウムシリコンで通常脱硫される冷間圧延
非配向珪素鋼のそれと少なくとも比較し得るものである
。

前述したことは現在分析法がセリウムについてより正確
であるため全希土類または希土類化合物よりはむしろセ
リウムについて述べられる。

最近、冷間圧延非配向珪素鋼の製造において、硫黄制御
が溶融精錬工程で最も重要な化学的要因となっている。

すべての等級に対して、最大ｏ、ｏｏｓ％硫黄が必要で
あると考えられる。

最良の品質縁を得るには、最大０．００５％硫黄が必要
であった。

硫黄水準がこれらの値以上であると、冷間圧延非配向珪
素鋼の品質は常に望ましい質より悪かった。

しかしながら、本発明の開発において、こＳに教示した
ような希土類脱硫ヒートではこれらの硫黄水準が達成さ
れると、最終生成物の磁気特性は等価のカルシウムシリ
コン脱硫ヒートより劣った。

低硫黄が達成されると高セリウム残留が経験される。

高残留セリウムヒートにはより劣った鉄損値７３５伴う
ということが本発明の発見である。

指来技術実施で必要であるといま＼で考えられていた範
囲以上の硫黄が、希土類脱硫冷間圧延非配向珪素鋼に良
好な品質をもたらし得るということが新たに見出された
。

本発明の実施において、たとえば硫黄含量が約０．００
４〜約０．０１０重量％であると半加工および完全加工
縁の冷間圧延非配向珪素鋼において最良の品質が得られ
ることが決定された。

前述から明らかなように、冷間圧延非配向珪素鋼の希土
類脱硫において、残留セリウムは最も重要な化学的変数
になる。

また、セリウムならびに硫黄含量の冷間圧延非配向珪素
鋼の最終磁気特性に及ぼす効果には相関関係があること
が認められる。

溶融および精錬−脱硫工程が完了した後、溶融物は適当
に加工して半加工冷間圧延非配向珪素鋼または完全加工
冷間圧延非配向珪素鋼を形成することが出来る。

このような加工は本発明の１部を形成しないが、半加工
生成物に対する例示的一般法は、高温圧延、焼鈍、酸洗
い、冷間圧延および冷間圧延鋼の脱炭焼鈍処理を包含す
る。

顧客は品質焼鈍を実施するであろう。

完全加工された冷間圧延非配向珪素鋼を得るためには、
半加工生成物について述べた方法に従うことが出来る。

しかしながら、この場合、珪素鋼は工場で品質焼鈍に付
される。

こＳで「品質焼鈍」とは最終的所望の磁気特性を発生さ
せる焼鈍を意味する。

例１ ２％珪素鋼のヒートを電気炉で溶融して０．０２４％Ｃ
および０．０１８％Ｓとし、取鍋に出銑し、モして取鍋
にある量のフェロ−シリコン、フェロ−マンガンシリコ
ンおよびアルミニウムを添加して脱酸を行った。

次に、第一取鍋を第２取鍋に注出してそこにさらにフェ
ロ−シリコンを添加して合金化を行った。

次に、第２取鍋を真空処理して攪拌を行い、最終合金処
理を行った。

この操作でアルミニウムおよび希土類珪化物を添加して
最終脱酸および脱硫処理を行った。

アルミニウムおよび希土類珪化物添加抜取鍋中の金属の
少なくとも１つの完全な容積交換に対して十分の時間を
与えた。

この時間は最終脱酸および脱硫工程で生成する介在物の
適当な浮上にとって必要である。

最後に、ヒートを約！５４９°Ｃ（２８２０°Ｆ）の温
度で注出して０．０２４％Ｃ１０，２６Ｍｎ、 ０．０
１０％８１２．０４％５ｉ１０．２７％Ａ１１０．００
３８％Ｉｌｌ ｉｌｏ、０１５％（１５０ｐｐｍ）Ｃｅ
１０．００９％Ｎ２、および＜ ２０ ｐｌ）ｍ ０２
および主としてスクラップ鉄冷間仕込溶融物実施にとっ
て典型的な元素の残部の化学を有するインゴットを形成
した。

次に、インゴットをスラブ圧延して６“とし、約１１４
９°Ｃ（２１００°Ｆ）に再加熱し、熱間圧延した。

熱間圧延したコイルを約１０１０°Ｃ（１８５００Ｆ）
で焼鈍し、酸洗いし、モして１工程で約（０，６１ミＩ
Ｊ （０，０２４“゛）に冷間圧延した。

却間圧減後、コイルを約８２９℃（１５２５°Ｆ）で湿
った水素含有雰囲気でストリップ焼準して粒子組織を再
結晶化させかつ炭素を除去して約０．０１０％またはそ
れ以下にした。

最後に、試料を得て、これをエプスタインストリップに
剪断し；半分は圧延方向と平行にそして半分は横断方向
に剪断した。

これらの生別ニストリップを約４３℃（１１０’Ｆ）の
露点を有する９０％Ｎ２−１０％Ｈ２雰囲気で８４３°
Ｃ（１５５０ＯＦ）で１時間バッチ品質焼鈍を行った。

ヒートからのすべてのコイルの前端および後端の平均で
ある磁気特性は次のようであった二〇、６１ミリ（０，
０，２４“）平均ゲージに対して１５キロガウスおよび
６０Ｈｚで４．２３ワット／ｋｇ（１，９２ワツト／ｌ
ｂ）の鉄糺７．０００ガウスで透磁率は平均１５，５０
０であった。

例２ ２％珪素鋼の他のヒートを電気炉で溶融して０．０２６
％Ｃおよび０．０１８％Ｓとし、取鍋に出銑し、その取
鍋にフェロ−シリコン、フェロ−マンガンシリコンおよ
び少量のアルミニウムを添加して脱酸および合金化を行
った。

次に、この取鍋を６分間アルゴン攪拌して混合した。

次に、取鍋を例１と同様にして真空処理し、そこでアル
ミニウムおよび希土類珪化物を添加した。

再び、この添加後介在物の浮上に対して時間を与え、モ
してヒートを約２８１０°Ｆで注出して０．０２５％Ｃ
１０，２６％Ｍｎ、０．００７％Ｓ、２．０２％５ｉ１
０．２７％Ａｌ、０．００３６％Ｔｉ、０．０１８％（
１８０ｐｐｍ）Ｃｅ、０．００８％Ｎ２および＜ ０．
００２％０２および主にスクラップ鉄冷間装入溶融物実
施に典型的な残留物の化学を有するインゴットを形成し
た。

インゴットの加工は例１と実質的に同じであった。

同じバッチ品質焼鈍後の鉄損は、０．６１ミリ（０，０
２４“）厚さについて１５キロガウスおよび６０Ｈｚで
平均４．３７ワツト／ｋｇ（１，９８ワツト／ｌｂ）で
あり、７．０００ガウス透磁率は平均１５．６００であ
った。

例３ ３％珪素鋼のヒートを電気炉で溶融して０．０２６％Ｃ
および０．０１６％Ｓとし、取鍋に出銑し、その取鍋に
フェロ−マンガンシリコン、フェロ−シリコンおよびア
ルミニウムを添加して脱酸を行った。

次に、この取鍋を第２の取鍋に注出し、そこでさらにフ
ェロ−シリコンを添加して合金化を行った。

第２取鍋を取鍋注湯操作中アルゴンガスで攪拌した。

この第２取鍋中の金属を真空処理して最後の合金添加を
行い、アルミニウムおよび希土類珪化物で最終的脱酸お
よび脱硫を行った。

希土類珪化物添加後約１５分間で介在物を浮上させ、そ
の後約１５３８°Ｃ（２８００°Ｆ）で注出してインゴ
ットを形成した。

インゴットの化学組成は、０．０２９％Ｃ１２８％Ｍｎ
、０．００８％Ｓ、３．０３％５ｉ１０．３１％Ａ１．
０．０１３％（１３０ｐｐｍ） Ｃｅ。

ｏ、ｏｏｓ％Ｎ２、〈２０ｐｐｍＯ２および主としてス
クラップ冷間装入溶融物実施に典型的な残留物であった
。

インゴットをスラブ圧延して１５．２４センチ（６“）
トシ、約１１４９°Ｇ（２１００ｃ′Ｆ）Ｒ：再加熱し
、熱間圧延し、約９１３℃（１６７５下）で焼鈍し、酸
洗いし、そして１工程で約０．４６ミＩＪ（０，０１８
“）厚さに冷間圧延した。

次に、冷間圧延ストリップをタンデム焼鈍した。

焼鈍の第１部分は湿った水素含有雰囲気で約８１６℃（
１５００°Ｆ）で焼準処理であり、焼鈍の第２部分は半
乾燥水素含有雰囲気で１０３８°Ｃ（１９００’Ｆ）で
ス） ＩＪツブ品質焼鈍であった。

このタンデム焼鈍の全体により炭素含量は＜０．００５
％に低減され、最終的磁気特性を得るための結晶粒成長
が行われた。

半分は水平に、半分は横断方向に剪断したこのヒートの
すべてのコイルからのエプスタイン試料の前端および後
端についての１５キロガウスおよび６０Ｈｚでの平均鉄
損は、平均厚さ０．３０−、 ＩＪ （０，０１２“）
で３．５０ワット／ｋｇ（１，５９ワツト／ｌｂ）であ
った。

１０キロガウスおよび６０ Ｈｚでの平均鉄損は１．５
２ワット／ｋｇ（０，６９０ワツト／ｌｂ）であった。

本発明の精神から逸脱することなく変更が可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で０．５〜４％珪素、最大０．８％アルミニ
   ウム、０．０５〜０．５％マンガン、０．０１２％最大
   硫黄、０．１％までの最大炭素、および有効量の最大４
   ００ ｐｐｍセリウムおよび残部鉄からなる冷間圧延非
   配向珪素鋼用の精錬溶融物組成物。 ２ 上記珪素含量が１．５〜３，２％であり、上記アル
   ミニウム含量が０．２〜０．５％であり、上記マンガン
   含量が０，１５〜０．４５％であり、および上記硫黄含
   量が０１００４〜０．０１０％である、特許請求の範囲
   第１項に記載の組成物。 ３ 上記セリウムが７５〜２５０ｐｐｍである、特許請
   求の範囲第１項または第２項に記載の組成物。 ４ 重量％で０．５〜４％珪素、最大０．８％アルミニ
   ウム、０．０５〜０．５％マンガン、０．０１２％最大
   硫黄、ｏ、ｏｉｏ％以下の炭素および有効量の最大４０
   ０ｐｐｍのセリウム、および残部鉄からなる組成を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の冷間圧延非配向珪素鋼。 ５ 上記珪素含量が１．５〜３．２％であり、上記アル
   ミニウム含量５５０．２〜０．５％であり、上記マンガ
   ン含量６） ０．１５〜０．４５％であり、上記炭素含
   量がｏ、ｏｏｓ％以下でありおよび上記硫黄含量が０．
   ００４〜０．０１０％である、特許請求の範囲第４項に
   記載の珪素鋼。 ６ 上記セリウムが７５〜２５０ ｐｐｍである、特許
   請求の範囲第４項または第５項に記載の珪素鋼。 ７ 上記炭素が０．００５％以下である完全加工した形
   の特許請求の範囲第４項に記載の珪素鋼。 ８ 上記珪素含量が１．５〜３．２％であり、上記アル
   ミニウム含量が０．２〜０．５％であり、上記マンガン
   含量が０．１５〜０．４５％であり、上記炭素含量が０
   ．００３％以下でありおよび上記硫黄含量が０．００４
   〜０．０１０％である、特許請求の範囲第７項に記載の
   珪素鋼。 ９ 上記セリウムが７５〜２５０ ｐｐｍである、特許
   請求の範囲第７項または第８項に記載の珪素鋼。 １０下記の工程からなる半加工および完全加工冷間圧延
   非配向珪素鋼用の精錬珪素溶融物の製造方法： 珪素鋼のヒートを溶融する工程； 上記溶融物を取鍋に出銑する工程； フェロ−シリコン、フェロ−マンガンシリコンおよびア
   ルミニウムを添加して脱酸および合金化を行う工程； 上記溶融物をアルゴン攪拌により混合する工程；上記溶
   融物を真空脱ガス処理に付す王程；希土類金属および希
   土類金属化合物からなる群より選ばれる物質とアルミニ
   ウムを添加して上記溶融物の最終脱酸および脱硫を行う
   工程、上記真空脱ガス処理を上記取鍋内の少なくとも１
   つの完全容量交換が上記最終脱酸および脱硫中に生成し
   た介在物の適当な浮上を可能にするのに十分な時間継続
   する工程； こ＼で上記精錬溶融物は重量％で０．５〜４％珪素、最
   大０．８％アルミニウム、０．０５〜０．５％マンガン
   、０．０１２％最大硫黄、０．１％までの最大炭素およ
   び有効量の最大４００ ｐｐｍセリウムおよび残部鉄か
   らなる。 １１上記溶融物を第１取鍋に出銑する工程、上記フェロ
   −シリコン、フェロ−マンガンシリコンおよびアルミニ
   ウムを添加して脱酸を行う工程、上記第１取鍋を第２取
   鍋に注出する工程、フェロ−シリコンを上記第２取鍋に
   添加して合金化する工程、および上記第２取鍋を上記真
   空脱ガス処理にかける工程を特徴する特許請求の範囲第
   １０項に記載の方法。 １２鋳造珪素鋼を熱間圧延する工程、焼鈍する工程、酸
   洗いする工程、冷間圧延する工程および冷間圧延鋼を脱
   炭焼鈍に付す工程を特徴する特許請求の範囲第１０項ま
   たは第１１項に記載の方法。