JPS6032712B2 - 面内無方向電磁鋼帯とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、（１００）面内無方向電磁鋼帯とその製造方
法に関し、特に本発明は結晶粒の（１００）面が板面に
平行に集積し、板面内のあらゆる方向に優れた磁気特性
を有する（１００）面内無方向性電磁鋼帯とその製造方
法に関するものである。

電力トランス、モーターなどの回転機器、発電機などに
は現在多量の磁気鉄芯用の電磁鋼板が使用されている。
これらの電磁鋼板には、商用周波数レベルでの磁化特性
および鉄損特性が良好である事が要求される。このため
に電気抵抗を最も高める元素の一つであり、約２％以上
の添加でＱ単相となるために焼錨による集合組織制御を
容易にするＳｉを合金した３〜４％までの珪素鋼板（帯
）が、現在では電磁鋼板を代表している。この内、磁束
が一方向のみにかかるトランスなどには、（１００）〔
００１〕方位に集積した方向性珪素鋼帯が用いられ、磁
束が板面内のいろいろな方向にかかる回転機や発電機に
は主として、方向性珪素鋼帯のように先鋭な集合組織を
もたない無方向珪素鋼帯が使用されている。鉄系合金に
おいては結晶の〈１００〉方向が最も磁化が容易である
ので、回転機や発電機に使用する電磁鋼帯も〈１００〉
軸が板面内のあらゆる方向に均等に揃った、換言すれば
、（１００）面が板面に平行に集積した所謂（１００）
面内無方向組織となっていることが、磁化特性および鉄
損特性上からも好ましい。事実これまでにも試験的に試
作された面内無方向性珪素鋼板は従来品に比べて格段に
優れた特性を示すことが報告されている。また工業的製
造方法も提案されているが、これらの方法の大部分は技
術的に実施が困難であったり、あるいは製造コストが高
いため、かかる鋼板は従来市販されたことはない。本出
願人は、最近特願昭５４−１５６７３３号によって（１
００）面内無方向珪素鋼板の製造方法を提供した。

この方法は、２〜８％のＳｉを含む溶鋼を双ロールなど
のような回転体の移動冷却面上にノズルから噴出させて
１段工程で直接鋼帯を製造する場合、適当な条件下で行
なって凝固組織そのものを（１００）面内無方向組織と
なすことのできる方法である。前記方法によれば、何れ
も鋼帯作成時あるいは競鎚時にｙ変態あるし、は（Ｑ＋
ｙ）の部分変態が生ずると、折角形成された集合組織が
弱められたり、あるいは消失したりするので、Ｓｉを２
％以上含有させて全温度範囲内でＱ単相とする。しかし
ながらＳｉの含有は次の如き諸欠点を伴なつｏ‘１’
Ｓｉ２％含有により飽和磁束密度が約０．雄汀低下する
。

■ 製鋼用シリコンは高価な合金添加元素であるので、
これを用いることにより原料コストがそれになり上昇す
る。

‘３｝ Ｓｉは鋼を最も硬化、縦化させる元素の１つで
あるので、圧延工程および成品組立て前のパンチング、
鱒断工程で好ましくない影響を与える。

本発明は、前記諸欠点のない（１００）面内無方向電磁
鋼帯とその製造方法を提供することを目的とし、特許請
求の範囲に記載の鋼帯とその製造方法を提供することに
よって、前記目的を達成することができる。

次に本発明を詳細に説明する。

本発明者等はＳｉを暦換えて、あるいは部分的に他の元
素をもって置換えて、すなわちＳｉ含有量を皆無あるい
は減少させて、上記‘１）〜‘３’の中の何れかの欠点
を補償させることができ、かつ（１００）面内無方向組
織を有する鋼帯を製造することができるならば、その経
済的、技術的メリットは大きくなると考えて、種々の添
加元素を含む鋼帯を試作した結果、ある種の添加元素お
よび製造法を採用する事により、優れた特性をもつ（１
００）面内無方向電磁鋼帯を製造することができる事を
見出し、本発明を完成させたものである。

以下、本発明を詳細に説明する。Ｓｉと同様に第１図に
示すように鉄合金状態図において、ｙループを狭小化し
、適量の含有でＱ単相となるような元素としては段、山
、Ｐ、Ｔｉ、Ｖ、戊、Ａｓ、Ｍｏ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｗ等が
ある。

これらの元素は、それぞれ、０．５％、１．０％、２．
１％、０．５％、０．７％、１．５％、３．２％、３．
５％、２．４％、２．０％、４．５％、６．５％がＦｅ
中に含有されるとは単相となる。これらの元素のうち＆
、ＡＩ、Ｐ、Ｔｉ、ＶはＳｉより少ない含有量でＱ単相
となるので、飽和磁束密度（Ｂｓ）をＳｉほどには低下
させないというメリットを有する。Ｗは６％含有させて
も、茂がわずかに０．０６ｒ低下するだけであるので有
利である。Ａｓ、Ｓｎ、Ｐ等は製銑、製鋼段階において
不純物として含有されているので、比較的低コストで合
金させることができ、Ｍ０、戊等はＳｉほどには鋼を硬
化あるいは腕化させない。Ｑ相とｙ相の変態を表す一つ
の指標（Ｑ−ｙ）変移度をＸとすると、Ｘは下記‘１｝
式で表わすことができることを知見した。Ｘ＝二馬Ｌ＋
〔全害十〔寿章＋〔まき 十鰐十ｑ号＋〔毅十〔第 十斗鰐Ｌ十〔毒害＋〔き葦〕十〔辞ぎ ‐‐‐【・’但
し〔 〕は〔 〕内のそれぞれの元素の重量％を示す。

１種の元素のみを添加する場合にはＸＺＩの組成におい
てはＱ単相に、Ｘく１の組成においては（Ｑ十ｙ）共存
相あるいはｙ単相になる。第１表 第１表に示すように、これらの元素を単独あるいは複合
含有する溶鋼を０．８肋厚さで１０仇奴中のスリットを
有するノズル１から５０仇ｐｍで回転する３５仇駁心の
双ロール２，２′の回転外周面上に第２図に示すように
注出して、２００〜２５０仏厚さの鋼帯を連続的に作成
した。

ロールから出て来た鋼帯３はガイドローラ４，４′なら
びに水と空気の混合ミストの冷却ゾーン５を通って巻取
機６に巻取られる。同図に示すように冷却ゾーン５の前
後および中間位置１１，１２，１３，１４で板表面の温
度を光高温計で定常的に測定して板表面温度の変化を実
験的に求めた。さらに製造した鋼帯の（２００）極点図
を求めて、これから板法線からの傾きｌｏｏ以内の平均
（２００）Ｘ線強度を得た。この値は（１００）面内無
方向組織の尖鋭度の尺度となり、これがＩＸ以上であれ
ば（１００）面内無方向組織であるということができる
。さらに松以上であれば良好な（１００）面内無方向組
織であるということができ、優れた磁気特性を板面内の
あらゆる方向に期待することができる。組成に応じたく
Ｑ−ｙ）変移度ならびに１４００℃から９０ぴ０までの
平均冷却速度１０℃／ｓｅｃと約２００℃／ｓｅｃの２
つの場合の平均（２００）Ｘ線強度を第１表に併記する
。

これらの結果から判るように元素を１種類だけ、あるい
は多種類複合含有させた組成においても、（Ｑ−ｙ）変
移度Ｘが１より大きければ、冷却速度の如何によらずに
（１００）面内無方向組織が得られる。一方Ｘが１より
４・さし、場合には（１００）面内無方向組織を得るこ
とが困難となる。この場合には冷却速度を大きくすると
、より良い（１００）面内無方向組織を得ることが容易
になる傾向にある。次に第２図に示す冷却ゾーンの冷却
館を種々変化させて×く１の組成範囲の２００〜２５０
仏厚さの鋼＊帯を前述と同様の方法で試作し、平均（２
００）Ｘ線強度を求めた。

その結果を第３および４図に示す。同図中に示すそれぞ
れの記号は下記第２および３表にそれぞれ示す如きもの
である。第２表 平均（２００）Ｘ線強度 第３表 Ｘが１より小さく冷却過程において（Ｑ＋ｙ）相あるい
はｙ相にかかる温度領域が広がると、（１００）面内無
方向組織を得ることが困難になるが、これに応じてｙ相
が存在する１４００００から９００℃までの温度範囲を
急速に冷却すると良好な（１００）面内無方向組織を得
ることができるようになる。

第３図において種々の元素を単独あるいは複合含有させ
、１４０ぴ０から９０ぴ０までの平均冷却速度ＧＣ／ｓ
ｅｃＸを（Ｑ−ｙ）変移度×に応じて、下記‘３’式と
なるようにとれば、冷却過程でｙ相が生ずるような組成
でも良好な（１００）面内無方向組織を得ることができ
ることが判る。

ｌｏｇ ｖと４．０−２．５Ｘ …
……（３’×が０．５以下になると、冷却速度を約１ぴ
℃／ｓｅｃ以上にする必要があるが９００〜１４００℃
の温度範囲をこのような高速度で冷却することは０．３
側程度以上の板厚のものにあっては困難となる。

したがってＸが０．５以下の組成においては実質的に良
好な（１００）面内無方向組織を有する鋼帯を得ること
ができなくなる。以上のように（Ｑ−ｙ）変移度Ｘが０
．５以上の組成においては、良好な（１００）面内無方
向電磁鋼板を製造することができる。

この場合ＢｅなどのＱ相生成合金元素は目的とする用途
によって選び、かつその中から最もコストが低くなるも
のを選択すれば良い。添加元素の含有量を増加させると
、一般的にＱ相率が高くなるので、冷却速度を制御しな
くても比較的容易に（１００）面内無方向組織を得るこ
とができるようになり、また電気抵抗が高くなって交流
鉄損特性が良くなるという利点があるが、一方飽和磁束
密度が低下するので応用上不利な面が生じてくる。また
さらに鉄と化合して析出物が形成されると、鉄損が大と
なり実用に耐え得なくなるので、それぞれの添加元素は
固溶限以内に留める必要があり、飽和磁束密度の点から
Ｘを５以内に留める必要がある。また固藩ならぴに飽和
磁束密度の点からＢｅＳＩ．５％、ＡＩ≦５％、Ｓｊ＜
４％、Ｐ≦２％、Ｔｉミ３％、Ｖ≦５％、Ｃｅミ６％、
Ａｓｓ７％、ＭｏＳ６％、ＳｎＳ７％、ＳｂＳ６％、Ｗ
≦５％と、添加量の範囲を設定する必要がある。この元
素以外の元素の存在は本質的に本発明をさまたげるもの
ではない。現実の製鋼においては、不可避的不純物とし
てＣ約０．００５％以上、Ｍｎ約０．０１％以上、Ｎ約
０．００３％以上、０約０．００２％以上、Ｓ約０．０
０３％以上が常に温存しており、Ｍｎを除くこれらの不
純物元素は鋼中で介在物あるいは析出物を形成して鉄損
を劣化させるので、製鋼段階においてこれら不純物元素
を極力少なくすることは有利である。

Ｍｎ、Ｎｉ等はｙ相を拡大させる元素であるので、特に
飽和磁束密度の高い（１００）面内無方向電磁鋼板を得
ようとする場合には、添加元素と共にＭｎ、Ｎｉを低濃
度に制限することは有利である。ところで、本発明の電
磁鋼板においては、種々の組成の組み合わせの中で、保
磁力Ｈｃが極小となるところが存在する事を本発明者ら
は見出した。

この保磁力は直流の磁化曲線（Ｂｒ＝１．０〜１．５Ｔ
）から容易に測定され、この値が小さい程、電気機器の
鉄芯として使用される場合に鉄損が小さくなるので、実
用価値は高くなる。保磁力Ｈｃが３００ｗｏｅ以下にな
れば、鉄損は充分に低くなる。第５図にＨｃが極小を示
す組成の例を示す。ＰあるいはＳｎを添加してゆくとＨ
ｃは、３００肌戊を下まわる範囲が出現する。一般に、
滋歪＾が小さくなると、Ｈｃは小さくなる事が知られて
いるが、本実験例の場合も丁度、この組成範囲で入が小
さくなったためと考えられる。本発明のような薄鋼板に
おいては適当な擬鎚によって、結晶粒は板厚と同等ある
いはそれ以上の大きさに成長する。この場合には、磁歪
入は＾＝入１００十入１１１ であらわされる。

鉄系においては、＾側は約２０×１０‐６、入，．，は
約一２２×１０‐６であり、適当な量の異種元素の添加
によってこの両者の和、すなわち＾が０に近くなる。こ
の様な組成において、保磁力Ｈｃは低くなりトランスな
ど電気機器に応用した場合鉄損による蟹力損が低くなる
とともに騒音の発生が低く押えられる。本発明によれば
、以上の如き成分組成を有する溶鋼をスリットあるいは
複数の並列した孔からなるノズルより冷却体の移動冷却
面上に噴出させて急冷凝固させて鋼帯を製造するが、冷
却体としては鋼帯の凝固組繊が（１００）面内無方向組
織になるような冷却体を選択することが重要である。

冷却体としては、既知の単ロール、双ロール、連続ベル
ト、ドラムなどを用いることができる。本発明によれば
、溶鋼が凝固して０．０５〜１．０肋厚さの鋼帯となる
際に、柱状晶が表面から内部に向って成長するよう制御
することが重要であり、特に待顔階弘一１６０７５９号
‘こより提案したように、双ロールを用いる場合にはノ
ズルのスリット厚みＤあるいは孔直径Ｄと小さい方のロ
ール直径Ｒとの比○／Ｒを０．００６以下に設定すると
、柱状晶は表面から１ｏｏ以内で垂直に内部に向って成
長するので、極めて尖鋭な（１００＞面内無方向組織を
得ることができる。本発明によれば冷却体の冷却面上で
凝固させて得られた鋼帯であって、Ｘ＜１の組成を有す
るものを冷却ゾーンにおいて冷却する。

この際水冷、空冷、もしくはベルト冷却その他何れかの
冷却方式を用いることができるが、本発明によれば、成
分組成に応じて生ずるｙ変態の温度領域１４００〜９０
ぴ０の間を急速に冷却することが有利であり、もしこの
冷却が不充分であると先述したように凝固時に折角形成
された（１００）面内無方向組織が破磯されるに至る。
冷却ゾーンを経て巻き取られた鋼帯は、そのまま各種電
気機器の鉄芯３オ料として使用することができるが、さ
らにより良い効率と低鉄損となすため、さらに競錨を施
して歪を取り、さらに必要により結晶粒を成長させてヒ
ステリシス鉄損を低下させることが有利である。

歪を取るだけのためには６００〜９５ぴ０位の温度範囲
内で３現＠以上の焼鎚で充分である。結晶粒を板厚以上
に大きくする場合には８００〜１００ぴ０程度の燐鈍が
望ましい。また鋼帯が約０．０２側以下の場合には１１
００〜１３００℃で競鈍すると、所謂３次再結晶が生起
して、さらに尖鋭な（１００）面内無方向組織になる。
以上のような焼鈍においては、しかしながら蕨鎚温度が
、その鋼帯の組成によって決まるｙあるし、は（Ｑ十ｙ
）相の温度領域にはいらないようにしなければならない
ことは言うまでもない。このようにして焼鈍された鋼帯
は適当なローチングを施して実用に供せられる。実用材
にあっては、より良い効率と鉄芯がコンパクトであるこ
とが要求されるので、鋼帯表面はなるべく円滑であるこ
とが望ましい。このためには鋼帯を予め圧延して表面を
円滑にしてから暁錨を施すことが有利である。但しこの
圧延−燐鈍の工程においては、凝固組織の（１００）面
内無方向組織を破壊しないようにすることが必要であり
、このためには圧延の際の圧下率を８０％以下に抑える
ことが好ましい。その後再結晶あるいは藤圧下する場合
には歪取りを目的とする暁錨を施すことは有利である。
以上のようにして製造される鋼帯はそれぞれの結晶粒の
（１００）面が板面に平行になるように集積した（１０
０）面内無方向組織を有しているので板面のあらゆる方
向に優れた磁気特性を示す。

また添加元素量を少なくしても凝固後の冷却を急速にす
る場合にはその飽和磁束密度は従来品よりも高い。さら
に本発明によれば、従来の造塊−熱延一冷延−暁錨の複
雑な工程を経由することなく直接に鋼帯が製造されるの
で製造コストは低下し、従来品と同一特性値を有する鋼
帯をより安価に提供することができ、本発明は技術的な
らびに経済的に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はＦｅ−Ｓｉ合金状態図、第２図は本発明方法を
実施するに用いられる装置の模式説明図、第３，４図は
（ｙ−Ｑ）変移度×と冷却速度ｖとが平均（２００）Ｘ
線強度に及ぼす影響を示す図、第５図は（は−ｙ）変移
度Ｘと保磁力Ｈｃとの関係を示す図である。 １……ノズル、２，２′……双ロール、３……鋼帯、４
，４′……ガイドローラ、５・・・・・・冷却ゾーン、
６・…・・巻取機、１１，１２，１３，１４・・・・・
・側温位置。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｂｅ１．５％以下、Ａｌ５．０％以下、Ｓｉ２．０
   ％未満、Ｐ２．０％以下、Ｔｉ３．０％以下、Ｖ３．０
   ％以下、Ｇｅ６．０％以下、Ａｓ７．０％以下、Ｍｏ６
   ．０％以下、Ｓｎ７．０％以下、Ｓｂ６．０％以下、Ｗ
   ８．０％以下のなかから選ばれる何れか少なくとも１種
   を、下記の（１）式で示すＸが下記の（２）式で示す関
   係を満足する範囲で含有し、残部実質的にＦｅよりなり
   、結晶粒の（１００）面が板面に平行に集積してなる（
   １００）面内無方向電磁鋼帯。 Ｘ＝（〔Ｂｅ〕）／（０．５）＋（〔Ａｌ〕）／（１．
   ０）＋（〔Ｓｉ〕）／（２．１）＋（〔Ｐ〕）／（０．
   ５）＋（〔Ｔｉ〕）／（０．７）＋（〔Ｖ〕）／（１．
   ５）＋（〔Ｇｅ〕）／（３．２）＋（〔Ａｓ〕）／（３
   ．５）＋（〔Ｍｏ〕）／（２．４）＋（〔Ｓｎ〕）／（
   ２．０）＋（〔Ｂｂ〕）／（４．５）＋（〔Ｗ〕）／（
   ６．６）…（１）０．５≦Ｘ≦５……（２） 但し〔〕
   は〔〕内のそれぞれの元素の重量％を示す。 ２ Ｂｅ１．５％以下、Ａｌ５．０％以下、Ｓｉ２．０
   ％未満、Ｐ２．０％以下、Ｔｉ３．０％以下、Ｖ３．０
   ％以下、Ｇｅ６．０％以下、Ａｓ７．０％以下、Ｍｏ６
   ．０％以下、Ｓｎ７．０％以下、Ｓｂ６．０％以下、Ｗ
   ８．０％以下のなかから選ばれる何れか少なくとも１種
   を、下記の（１）式で示すＸが下記の（２）式で示す関
   係を満足する範囲で含有し、残部実質的にＦｅよりなる
   溶鋼を、その噴出ノズルから冷却体の移動冷却面上に連
   続的に注出させて急冷凝固させることを特徴とする（１
   ００）面内無方向電磁鋼帯の製造方法。Ｘ＝（〔Ｂｅ〕
   ）／（０．５）＋（〔Ａｌ〕）／（１．０）＋（〔Ｓｉ
   〕）／（２．１）＋（〔Ｐ〕）／（０．５）＋（〔Ｔｉ
   〕）／（０．７）＋（〔Ｖ〕）／（１．５）＋（〔Ｇｅ
   〕）／（３．２）＋（〔Ａｓ〕）／（３．５）＋（〔Ｍ
   ｏ〕）／（２．４）＋（〔Ｓｎ〕）／（２．０）＋（〔
   Ｓｂ〕）／（４．５）＋（〔Ｗ〕）／（６．６）…（１
   ）０．５≦Ｘ≦５……（２） 但し〔〕は〔〕内のそれ
   ぞれの元素の重量％を示す。 ３ 溶鋼の移動冷却面上での冷却速度が、凝固鋼帯の表
   面温度が１４００℃から９００℃までの間にわたり下記
   （３）式で示される平均冷却速度ｖ（℃／ｓｅｃ）を満
   足する特許請求の範囲第２項記載の方法。ｌｏｇｖ≧４
   ．０−２．５Ｘ……（３）４ 溶鋼の移動体冷却面上へ
   の注出が、隙間Ｄｍｍのスリツト状ノズル、直径Ｄｍｍ
   の円形ノズルまたは直線上に配列された短径Ｄｍｍの多
   孔ノズルの何れかのノズルからの１対の双ロールの回転
   外周面上への連続的な注出であつて、双ロールの直径が
   それぞれ等しいものにあつてはその直径を、直径が等し
   くないものにあつては小さい方のロールの直径を、Ｒｍ
   ｍとするとき、Ｄ／Ｒの比を０．００６以下とする特許
   請求の範囲第２または３項に記載の方法。