JPS621458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造に
おいて、成品の長手方向で磁性が均一な良特性を
持つ成品を工業的に安定して製造することを可能
にする方法に関するものである。

よく知られているように、一方向性電磁鋼板は
ミラー指数で（110）〔001〕と表わされる方位を
持つ結晶粒から構成されており、圧延方向に容易
磁化軸である＜100＞軸が平行に配列している。
このように一方向性電磁鋼板は、これを構成する
結晶粒が圧延方向に特定の方向を有しているた
め、特に圧延方向の磁気特性が優れている。この
ような特定方位は熱間圧延と冷間圧延により最終
板厚となつた鋼板を高温焼鈍することにより、
（110）〔001〕方位を有する一次再結晶粒が選択成
長する、いわゆる二次再結晶現象により達成され
る。

一方向性電磁鋼板は軟磁性材料として主に変圧
器および発電機用鉄心に使用されるものであつ
て、磁性として磁化特性（磁場の強さと磁束密度
との関係）と鉄損特性（磁束密度と鉄損との関
係）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に対し、鉄心内に誘起
される磁束密度（B₁₀の値で一般的に表示されて
いる。Tesla）の大小により決まる。鉄損（Ｗ〓
〓〓の値で一般的に表示されている。watt／
Kg）は鉄心に所定の交流磁場を与えた場合に鉄心
内で熱エネルギーとして消費される電力損失であ
り、その値は少ないことが望まれる。鉄損（Ｗ〓
〓〓）の良否に対しては鉄心を構成する一方向性
電磁鋼板の板厚、不純物量、比抵抗、残留歪が影
響するが、磁化特性（B₁₀）の影響も大きい。

以上のことから、一方向性電磁鋼板の磁化特性
（B₁₀）を向上させることは、電機器の小型化、お
よび鉄損減少による省エネルギー化を可能にす
る。高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造法として
田口悟等による方法が特公昭40−15644号公報に
開示されている。この方法で安定した成品を得る
ためには坂倉昭等の発明になる特開昭48−51852
号公報に示されている熱間圧延条件が重要であ
る。すなわち、二次再結晶を安定して行なわせる
ためには、Alを過大な大きさに析出させないと
いう考え方に基づいて、「熱延中のAlN析出領域
での材料の滞在時間を短かくするべくAlN析出温
度以下を急冷却する」必要がある。この条件を満
足させないと細粒と呼ばれる二次再結晶しない異
常部が発生する。このような考え方の熱延条件を
一般的に使われている連続熱延機で実施する場合
の具体的な方法は次の通りである。

連続鋳造あるいは分塊圧延で製造した150〜300
mmのスラブを加熱後、粗熱延機で30〜60mmの中間
厚みに熱延し、その後連続仕上熱延機で最終板厚
の熱延板に熱延する。最近では粗圧延を行なわず
に直接、連続鋳造で、30〜60mmの薄鋳片に鋳造
し、その後高温に加熱し、あるいは加熱すること
なく鋳片の顕熱を利用して、連続仕上熱延機で最
終板厚まで熱延されることもある。

このような実際の熱延方法に即して、適切な
AlNの析出状態を達成するための熱延時の鋼板温
度履歴を考えると次のようになる。連続仕上熱延
機に入る以前の中間厚み段階（通常30〜60mm）で
AlNの析出温度領域以下に冷却しようとすると冷
却効率が悪いうえに、板厚が厚いために表面部と
中心部の温度差が大きくなるためAlNの存在状態
が板厚方向で異なり適切でない。又中間厚み段階
で冷却すると、鋼板温度低下により、鋼材の変形
抵抗が高まり、連続仕上熱延機に必要となる加工
動力が大きくなり経済的でない。これに対し、中
間厚み段階まではAlNの析出温度領域以上の比較
的に高い温度を保持し、連続仕上熱延機に入り板
厚の薄くなつた段階で急冷する方法は、鋼材の冷
却効率、鋼板板厚方向でのAlNの均一状態、連続
仕上熱延機の必要動力の低減等になり望ましい。

以上のような意味から、熱延板のAlNを適切状
態に制御するためには、連続仕上熱延機に入る前
の鋼材温度、いわゆる熱延仕上前面温度を所定温
度以上に保持することが必要である。

ところで最近は生産効率を上げ、又歩留向上を
狙つてコイル単量を大きくする傾向にあるため、
１本のコイル当りの圧延時間が長くなるのでコイ
ル頭部に比べ尾部の温度が下り、場合によつては
コイル尾部に二次再結晶不良の生じることがあ
る。あるいは、二次再結晶不良は生じないが、コ
イル長手方向でAlN析出状態が異なるため、得ら
れる成品の磁束密度がコイル長手方向で均一でな
い問題が生じる。この鋼板温度低下に原因するコ
イル尾部の二次再結晶不完全部の発生を防止する
ため、コイル全体の温度を高くすることが考えら
れる。コイル全体の温度を高めるためには、加熱
エネルギーの増大あるいはスラブ加熱を現在以上
高めるための設備的対策が必要である等の問題が
ある。又、コイル全体温度を上げたために連続仕
上熱延温度の高いコイル頭部に線混と呼ばれる、
圧延方向に長く伸びた二次再結晶不完全部が生ず
る。この線混は連続鋳造スラブを用いる場合に顕
著であが、分塊圧延法によるスラブを用いる場合
でも低Ｃ、高Siの鋼素材になると発生する。

この線混は特開昭54−120214号公報に示される
ように、熱延温度が高すぎたために熱延時に再結
晶しない場合に発生し易い。このもつとも再結晶
し易い熱延温度は1100℃前後であり、AlN析出温
度領域とほぼ同一であり、線混を発生させないた
めには連続仕上熱延中に再結晶を達成することが
必要である。

以上のことからわかるように、高磁束密度一方
向性電磁鋼板を大単量コイルで安定して生産する
ための熱延条件としては仕上前面温度としてコイ
ル全長に亘つて線混の発生しない温度以下で、か
つ細粒の発生しない温度以上に確保することが重
要である。通常のSi約３％を含有する鋼を素材と
する場合は、熱延仕上前面温度は約1220℃以下で
約1100℃以上が必要である。このような温度範囲
を確保するには所定の温度確保手段が必要である
が、コイルの単重が大きくなるほど所定温度確保
が困難になる。又、たとえ所定温度の確保が出来
ても、コイル長手方向の温度差に基づき磁性が不
均一となる。

本発明の目的はこれら問題を完全に解決するこ
とができ、之によつて成品の長手方向において磁
性が均一な良特性を持つ高磁束密度一方向性電磁
鋼板を工業的に安定して得ることのできる製造方
法を提供せんとするにある。

すなわち、本発明の要旨とするところはSi：
4.0％以下、Ｃ：0.085％以下、酸可溶性Al：
0.010〜0.065％、Total Ｎ：0.003〜0.0100％を含
む溶鋼を連続鋳造あるいは分塊熱延によりスラブ
とし、連続熱間圧延により熱延板とし、高温連続
焼鈍後に急冷し、１回の冷延で成品板厚とし、湿
水素雰囲気中で連続脱炭焼鈍し、さらに少なくと
も800℃以上の温度で最終焼鈍を行なう工程を含
む、圧延方向における磁気特性の優れた一方向性
電磁鋼板を製造する方法において、熱延板の高温
連続焼鈍後の冷却を、コイルの長手方向で仕上熱
延温度の高い部位を急冷却速度、そして仕上熱延
温度の低い部位を徐冷却速度となるようにコイル
長手方向に連続的にあるいは階段的に可変冷却す
ることを特徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板
の製造法にある。

高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造において、
熱延板焼鈍後の冷却速度については特公昭46−
23820号公報に開示されているが、本発明は連続
仕上熱延温度が上述の1220〜1100℃の温度範囲よ
りはずれた場合であつても、又コイル長手方向の
温度差が不均一な場合であつても、熱延板焼鈍後
の冷却速度を熱延条件に対応させて、コイル長手
方向において連続的にあるいは段階的に変えるこ
とにより、磁性不良部を解消し、コイル長手方向
で均一な磁性の成品を得ることを可能にしたもの
である。

以下、本発明について更に詳細に述べる。

熱延温度の異なるコイル頭部および尾部につい
て、熱延板焼鈍後の冷却速度を変えた場合に得ら
れる成品の磁性を説明する。

Si：3.05％、Ｃ：0.045％、酸可溶性Al：0.032
％、Ｔ・Ｎ：0.0090％を含有する溶鋼を連続鋳造
で250mm厚、重さ10tonのスラブとなし、加熱炉で
1400℃に加熱後に粗熱延機で40mm厚まで熱延し、
連続仕上熱延機で2.3mmの熱延板となした。この
時の熱延仕上前面温度は頭部が約1230℃、尾部が
1070℃であつた。この熱延板の頭部と尾部につい
て、1120℃×2min.加熱後に10℃、20℃、30℃、
40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃、100℃の
各水中にて焼入れし、冷延により0.30mm厚とし、
840℃×3min.湿水素中で脱炭焼鈍し、MgOを塗
布し、1200℃×20hr.の高温焼鈍を行なつた。こ
の工程で得られた成品の磁性を第１図に示す。

第１図からわかるように、熱延仕上前面温度の
高い熱延頭部は焼入れ水温度の低い場合、すなわ
ち急冷却することにより成品に線混の発生が無
く、磁性が良い。他方、熱延仕上前面温度の低い
熱延尾部は焼入れ水温度の高い場合、すなわち徐
冷却することにより成品に細粒の発生が無く、磁
性が良い。したがつてこの熱延コイル全長に亘つ
て、線混も無く又細粒も無い、均一な磁性は熱延
頭部から尾部にかけて、熱延板焼鈍後の冷却速度
が徐徐に緩くなるように可変にすることによつて
得られる。実際の工場生産の場合、熱延板の高温
連続焼鈍後の冷却速度をコイル長手方向で変える
方法として、冷却水の水温を変えるのも一方法で
あるが、冷却水の水量を変える方法が設備的には
容易である。

この方法をさらに具体的に述べる。まず所定の
成分、熱延設備で製造した熱延板について、熱延
温度の最高点の頭部と最低点の尾部について、最
良磁性の得られる冷却速度を達成する冷却水量を
求める。次に熱延温度を代表する値として熱延仕
上前面温度をコイル長手方向で記録し、熱延頭部
と尾部の最適冷却速度を達成する冷却水量を基準
点として、この冷却水量範囲で熱延仕上前面温度
に比例させて、コイル長手方向での冷却水量の変
化パターンを決める。この冷却水量の変化パター
ンを熱延板焼鈍炉の冷却帯の水量計に設定してお
く。そして、焼鈍後の熱延板が冷却帯に入つた
時、この冷却水量の変化パターンに合せて冷却水
量を制御する。なお、以上のように熱延板焼鈍後
の冷却速度を熱延温度の変動に完全に連続的に追
随させる方法の代りに、次のような簡便な方法を
採ることも可能である。コイル全長をいくつかの
部位に分割し、その各部位の平均熱延温度を決め
その平均熱延温度に合つた冷却速度を決め、その
冷却速度を達成させる冷却水量で、コイル長手方
向で階段状に冷却する方法である。

次に本発明の構成要件について述べる。

本発明における出発鋼はSi：4.0％以下、Ｃ：
0.085％以下、酸可溶性Al：0.010〜0.065％、
Ｔ・Ｎ：0.003〜0.0100％を含み、残余は鉄およ
び若干の混入不純物とから成つている。Siは4.0
％を超えると冷間圧延時に鋼板が破断するために
4.0％以下とする。Ｃは多すぎると脱炭焼鈍工程
で焼鈍時間が長くなり、工業的に生産性が悪くな
るため0.085％以下とした。本発明はAlNの作用
によつて高磁束密度一方向性電磁鋼板を得ること
を目的としており、適当量のAlNを確保する必要
があるので酸可溶性Alとして0.010％以上、Ｔ・
Ｎとして0.003％以上とした。そして、酸可溶性
Alが多くなると二次再結晶が不完全になるので
0.065％以下とし、又Ｔ・Ｎが多すぎるとブリス
ターと呼ぶ鋼板表面のフクレ状の欠陥が生じるの
で0.010％以下とした。本発明で用いる出発鋼素
材の成分としてSi、Ｃ、酸可溶性Al、Ｔ・Ｎ以外
の成分についてはとくに限定されるものでない。
これら成分以外に例えばMn、Ｓ、Sb、Seは析出
分散相として有効に働き磁性向上効果があり、又
Cu、Ni、Ｐ、Snは磁性安定化に効果があり、之
等の成分を含有させることは望ましいが本発明に
おける素材の必須成分ではない。

本発明は二次再結晶不良の発生し易い連続鋳造
スラブを出発素材とする場合に特に効果的である
が、従来の造塊―分塊法によつて得られたスラブ
についても勿論適用出来る。このスラブは通常の
場合、加熱後に熱延により熱延板とする。スラブ
の加熱温度は酸可溶性Al、Ｔ・Ｎが多い場合は
高く、少ない場合は低くても良く、本発明の成分
範囲であればほぼ1150℃〜1400℃の範囲にあれば
良い。熱延はスラブ厚が150〜300mmと厚い場合、
粗熱延を複数回のパスだけ行ない所定厚（30〜60
mm）の中間材にし、その次に連続仕上熱延により
熱延板にすることが一般的である。スラブ厚が30
〜100mmと薄い場合、粗熱延は省略され、直接に
仕上熱延により熱延板とする。熱延板は950〜
1200℃の範囲で高温連続焼鈍し、その後急冷却す
る。焼鈍温度が950℃未満では高磁速密度が得ら
れず、1200℃を越えると二次再結晶が生じない。
この焼鈍後の冷却は、コイル長手方向で仕上熱延
温度の高い部位（通常は熱延頭部）は急冷却速
度、低い部位（通常は熱延尾部）は徐冷却速度に
なるように連続的に又は階段的に行なう。通常の
熱延では熱延尾部に近い部位ほど温度は低いが、
スラブ加熱で炉のスキツド上、あるいはスラブの
両端で温度が上がらない場合がある。このような
場合、コイル長手方向の中心部に温度の低い部位
があることもある。その後１回の冷延で最終成品
板厚まで圧延し、湿水素雰囲気中で連続脱炭焼鈍
し、800℃以上の温度で最終焼鈍を行ない成品と
する。最終焼鈍の温度は高ほど鉄損が少なく望し
いが、変態によるγ相の出限があると磁束密度が
悪くなるのでSi量に応じてγ相の出現しない温
度、すなわちSi量零の場合の800℃（若干のγ相
出現があるが問題ない）を限定範囲とした。

本発明は熱延時のスラブ加熱条件、および圧延
の温度履歴がコイル長手方向で異なるために生じ
る磁性不均一を、熱延板焼鈍後の冷却条件をコイ
ル長手方向で熱延温度に対応させて可変制御する
ことによつて解消させるものである。今後、効率
的な生産を行なうため方向性電磁鋼板のコイル単
重を大きくする傾向にありそのため熱延頭部から
尾部にかけて温度履歴が拡大されることが予想さ
れるので、磁性をコイル長手方向に亘つて均一に
することができる本発明は、均質な磁性を有する
電磁鋼板を得る上で著しく有効である。

実施例 Ｃ：0.060％、Si：2.90％、酸可溶性Al：0.026
％、Ｔ・Ｎ：0.008％を含む溶鋼を連続鋳造で
10tonのスラブとした。1380℃に加熱後、３パス
の粗熱延で40mm厚の中間材となし、仕上熱延で
2.3mm厚の熱延板とした。この時の仕上熱延前に
おける熱延頭部の温度は1250℃、尾部は1080℃、
中央部は1170℃であつた。熱延板を1100℃×
2min.焼鈍後、ノズルによつて室温まで水冷却し
た。この時の冷却条件としてコイル長手方向での
水量を次の２種類に変えて行なつた。

コイル全長に亘つ〃て一定冷却水量〓m²／
hr（この冷却水量は熱延温度1170℃におけ
る最適磁性を得るための最適冷却水量であ
る。） コイル頭部1.5tonの冷水水量1.2αm³／hr コイル中央部7.0tonの冷却水量 αm³／hr コイル尾部1.5tonの冷却水量0.8αm³／hr （＊注）この水量は冷却帯を通過する鋼板量で変
化するので、定まつた値でない。例えば10ｍ／
minの通板量であれば45℃の水で約50m³／hrと
なる。

この鋼板を0.30mm厚に冷延後、840℃×3min.だ
け湿水素中で脱炭焼鈍し、MgOを塗布、乾燥
し、1200℃×20hrの最終焼鈍を行なつた。

得られた成品の磁性は次の通りであつた。

条件最頭部：B₁₀＝1.87T、
Ｗ〓〓〓＝1.25w／Kg 中心部：B₁₀＝1.94T、
Ｗ〓〓〓＝1.05w／Kg 最尾部：B₁₀＝1.82T、
Ｗ〓〓〓＝1.40w／Kg 頭部約0.7tonはＷ〓〓〓：1.14w／Kg以上
でG7に不合格 尾部約1.0tonはＷ〓〓〓：1.14w／Kg以上
でG₇に不合格 条件最頭部：B₁₀＝1.93T、
Ｗ〓〓〓＝1.08w／Kg 中心部：B₁₀＝1.94T、
Ｗ〓〓〓＝1.05w／Kg 最尾部：B₁₀＝1.93T、
Ｗ〓〓〓＝1.07w／Kg 全量（10ton）がG7に合格 以上の如く本発明によれば成品の長手方向にお
いて磁性が均一な良特性を持つ高磁束密度一方向
性電磁鋼板を工業的に安定して製造することがで
きるので、産業界に裨益するところが極めて大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱延板の頭部と尾部を1120℃×2min.
加熱後に、冷却水中に浸漬し、冷延、脱炭焼鈍、
高温焼鈍を経て得られた成品の磁気特性と浸漬冷
却水温度との関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Si：4.0％以下、Ｃ：0.085％以下、酸可溶性
   Al：0.010〜0.065％、Total Ｎ：0.003〜0.0100％
   を含む溶鋼を連続鋳造あるいは分塊熱延によりス
   ラブとし、連続熱間圧延により熱延板とし、高温
   連続焼鈍後に急冷し、１回の冷延で成品板厚と
   し、湿水素雰囲気中で連続脱炭焼鈍し、さらに少
   なくとも800℃以上の温度で最終焼鈍を行なう工
   程を含む、圧延方向における磁気特性の優れた一
   方向性電磁鋼板を製造する方法において、熱延板
   の高温連続焼鈍後の冷却を、コイルの長手方向で
   仕上熱延温度の高い部位を急冷却速度、そして仕
   上熱延温度の低い部位を徐冷却速度となるように
   コイル長手方向に連続的にあるいは階段的に可変
   冷却することを特徴とする高磁束密度一方向性電
   磁鋼板の製造法。