JPS6365024A - 電磁鋼板の製造法およびこの方法に使用する単結晶製作炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、方向性電磁鋼板の製造法およびこの方法に使
用する単結晶製作用炉に関する。

〔従来の技術〕

従来より、板面内に直交する２方向に磁化容易軸＜１０
０＞を持つことを目的とした方向性電磁鋼板の製造法が
提案されている。しかし、微細結晶粒の各結晶の方位を
、板面内に直交する２方向に磁化容易軸＜１００＞を持
つように揃えた理想的な立方体方位組織をもつ電磁鋼板
を工業的に製造することは非常に困難であった。

同一出願人に係る特願昭６０−１３８０３９号において
＋１１４］面が板面に対して１５°以内となるように調
整した単結晶板または粗大結晶粒板を＜４０１＞方向ま
わりに１５°以内の方向に４０％以上の圧下率で冷間圧
延し次いで焼鈍して一次再結晶組織とするＴ４磁鋼板の
製造法を提案した。この方法によると高度に集積した立
方体方位組織をもつ微細結晶粒の電磁鋼板を製造するこ
とができ、従来の電磁ｔ！ｉ４板では達成できなかった
高い飽和磁束密度、低い残留磁束密度、低い抗磁力およ
び低い履歴損失並びに低い鉄損値が得られる。

この特願昭６０−１３８０３９号のように、結晶方位が
特定方位領域内にある単結晶板または粗大結晶粒板を製
作するには、従来より知られた単結晶製造法のうち歪焼
鈍法によるのが便宜である。この歪焼鈍法は例えば「鉄
と鋼Ｊ　５２（１９６６）、　Ｐ、１８７〜２０３に記
載されているように、素板に軽度の加工を施して歪みを
付与したあと、その素板の一端に単結晶を種付けし、温
度勾配を有する炉中を種付は端からゆっくり通板させる
ことによって温度勾配部で単結晶を成長させてゆく方法
である０種付けのさいの結晶方位の調整は公知のＤｕｎ
ｎ法によって行われ得る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

歪焼鈍法によって結晶方位が特定方位領域内にある単結
晶板または粗大結晶粒板を製造する場合に、炉中を通板
する速度は結晶の成長速度に関連し、その結晶の成長速
度には、固相中の拡散速度に関連して自ず限界がある。

したがって、目的とする結晶方位をもつ単結晶板または
粗大結晶粒板を工業的に製造しようとする場合にその生
産性が問題となる。

本発明は電磁鋼板を製造する場合の歪焼鈍法による単結
晶板または粗大結晶粒板の生産性の向上を目的としてな
されたものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は、鉄または鉄合金の素板の一端に結晶方位が特
定方位領域内にある種結晶を作製もしくは接続し、この
素板を温度勾配をもつ炉中に種結晶の側から１ｆｆｉ板
して種結晶がもつ結晶方位と実質上同じ方位をもつ単結
晶を素板中に成長させ、これによって結晶方位が特定方
位領域内にある単結晶板または粗大結晶粒板を製作し、
この単結晶板または粗大結晶粒板を特定方位領域内の方
向に冷間圧延し、そして再結晶焼鈍することにより微細
結晶粒を有する立方体方位Ｍｉ織の電磁鋼板を製造する
方法において、前記素板を温度勾配をもつ炉中に通板す
るさいに、Ｓ結晶の成長端が素板の通板方向となす角度
θをＱｏ＜θ＜　９０’に調整して通板させることを特
徴とする電磁鋼板の製造法を提供するものである。

本発明にしたがって作成する単結晶板または粗大結晶粒
板として、結晶の＋１１４１面が板面に平行または少な
くとも１５°以内で、結晶の＜４０１＞方向が板の長手
方向に平行または少なくとも１５゜以内のものとすると
、この板を長手方向に冷間圧延して一次再結晶焼鈍すれ
ば、特願昭６０−１３８０３９号に述べたように、理想
的な立方体方位組織をもつ微細結晶粒の電磁鋼板を製造
できる。ここで単結晶板とは目的方位の一つの単結晶か
らなる板。

粗大結晶粒板とは目的方位をもつ大きな単結晶の複数か
らなる板をいう、電磁鋼板の製造において冷延再結晶焼
鈍する前の素板の結晶方位を通常は初方位と呼んでいる
が１本発明の実施において。

この初方位を前述のように特に＋１１４１　　＜４０１
＞とすることが有利である。

このような初方位をもつ素板は幅方向に比べて長手方向
の長い帯状に作製することが以後の冷延焼純処理を行う
上で有利となるが、この帯状の素板を歪焼鈍法によって
単結晶化する処方の一例を第１図〜第３図に示した。

第１図は素板１の一端に種結晶の板２を接続した状態を
示す、素板１と種結晶の板２とは例えばレーザー溶接す
る０種結晶の板２は素板１に成長させようとする単結晶
の結晶方位をもつ単結晶。

もしくはその方位をもつ単結晶を含む多結晶からなるも
のを使用する。第１図において、この目的方位をもつ種
結晶を３で示す、ついで、第２図に示すように、目的方
位の持つもつ種結晶３を残して、それ以外の方位の結晶
を切り取って除去する。

これによって目的方位をもつ種結晶を素板１の一端に接
続することができる０種結晶臼体は公知のＤａｎｎ法に
よっても作製できる。いずれがの方法によって種付けさ
れた素仮について、これを温度勾配をもつ焼鈍炉に種結
晶の側から通板してこの種結晶の方位と同じ方位の単結
晶を素板ｌに成長させる。

第３図はその単結晶の成長過程を図解的に示しており、
成長過程にある単結晶を３で、また素板１の元の多結晶
部分を４で示す、５は単結晶の成長端である。焼鈍炉の
温度勾配部に単結晶の成長端５が常に通過するように図
の矢印の方向に所定の速度で通板させることにより、成
長端５は多結晶部分４に成長を続けることになる。この
ような目的方位をもつ単結晶板または粗大結晶粒板の製
造法の原理自体は歪焼鈍法としてよく知られている。し
かし、実験室的には目的方位の単結晶板または粗大結晶
粒板を製造できても工業的には生産性の面から実用され
難いのが実情である。

本発明においては、第４図に示したように、目的方位の
単結晶の成長端５を素板の通板方向に対して傾斜させる
ことに特徴がある。すなわち、第３図では炉内の低温域
と高温域に挟まれた温度勾配ゾーンが素板の進行方向と
直交するように設けられ、したがって成長端５は板幅方
向に実質上直角な角度をもって成長させる（マクロ的に
見ると結晶の成長の方向は温度勾配の方向となる）のに
対し２本発明では素板の進行方向に対して成長端５を板
面内にθの角度を以て傾斜させながら成長させるもので
ある。

いま、素板の通板速度をＶ　（ｍＩｌ／ｈ）、結晶成長
端での温度勾配をΔＴ（℃／ｃ■）とし、そして単結晶
が安定して成長する成長速度をＧ　ｗａｘ　（Ｔ）とす
る。

温度勾配を有する炉中を通板する際に材料の成る１点の
昇温速度は、温度勾配ΔＴ６通板速度■。

のもとでは、単位時間当りΔＴ　Ｉ’　Ｖ　＋となる。

結晶の成長端が安定して成長するためには、■。

はＧｍａｘ（Ｔ）以下となるので、■、の最大速度はそ
の温度でのＧｍａｘ（Ｔ）を超えることはできない。

Ｇ　ｗａｘ　（Ｔ）は一般には求めることが困難でなの
でΔＴＩでの安定成長速度の最大値Ｖ　ｗａｘを求め。

これをΔＴ１での最大通板速度とする。ΔＴ１よりも小
さな温度勾配ΔＴ２を考えて、ΔＴ、での成長速度ｖ２
に対し。

ΔＴ　ｚ　Ｖ　ｚ　＝ΔＴ１ｖＩＩｌａｘとなるから。

Ｖ　Ｚ　＝　（ΔＴｌ／　ΔＴｚ）　　・Ｖｍａｘとな
る。したがって、温度勾配を緩やかにすれば見掛けの成
長速度を速くすることができる。

しかし、この方法ではΔＴｉでの最大成長速度は理論的
にはＧｍａｘ（Ｔ）以上とすることはできないので、必
ずしも有効な方法とは言えない、また温度勾配を緩やか
にすることは目的方位以外の不要粒の成長などが起こり
易くなり別の問題も生じることになる。

本発明においては温度勾配を変えるのではな（温度勾配
の方向を変えることによって通板速度を向上させること
に特徴がある。すなわち第４図で言えば、炉の温度勾配
域を素板の進行方向に対し例えばθの角度だけ傾斜させ
ることであり、これによって成長端５は例えばθの角度
だけ素板の進行方向とは傾斜することになるが、その単
結晶の成長方向Ｙは温度勾配域における温度勾配の方向
となる。

いま、温度勾配ΔＴが決まると結晶成長端の最大成長速
度が決まるので、それをＶ　ｓｓｘとする。

素板の長手方向（通板方向）と温度勾配域がなす角をθ
とすると、長手方向の通板速度Ｖ（θ）は。

Ｖ（θ）　”　Ｖ　ｓａｗ／Ｃｏｓθ≧Ｖ　ｗａｘとな
る。すなわち、素板の長手方向に対し温度勾配域を傾け
ることによってこのθが大きければ大きいほど通板速度
を大きく高めることができることになる。表１にθの角
度を変えた場合の増加比率Ｖ（θ）／　Ｖ　ｌ１ａｘを
示した０本発明の効果を充分に得るにはθは３０°以上
とすることが好ましい。

その理由は、θが小さい場合には目的以外の方位をもつ
結晶が成長し易くなるためである。一方。

θが８０°を超える場合には炉の構造が複雑になり（例
えば後述の冷却スリーブが長（なり）実用的でなくなる
。このため、θは３０°〈θ＜８０°の範囲とするのが
望ましい。

表１ 第５図は本発明法を実施するのに好適な温度傾斜炉の一
例を示したものである。　１０は耐火煉瓦の筒状の炉壁
であり５竪型にしたこの筒状炉壁１０の中に炉心管１１
を同軸的に垂直に設置する。そしてこの炉心管１１の内
部に水冷式のスリーブ１２を途中まで通す、この水冷ス
リーブ１２の炉内端１３は炉の長手方向に対してθの角
度だけ傾斜している。そして炉心管１１の外側を取り巻
くように複数本の発熱体１４が取り付けられている。各
発熱体１４は各々独立して発熱温度を調整できるように
しである。

第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線矢視断面を示したもので
ある。この図に見られるように水冷スリーブ１２も同軸
的に炉心管１１の中に設置され、この水冷スリーブ１２
の中には冷却水通路１５が設けである。第７〜９図はこ
の水冷スリーブ１２の形状をより具体的に示したもので
ある０本例では銅製の円柱体内に素板を通すスリット状
の素板通路１６を軸方向に作製し、この素板通路１６の
両側に冷却水通路１５を設けである。各冷却水通路１５
にはパイプ１７を挿入し、このパイプ１７の下端から冷
却水を通路１５内の先端側（水冷スリーブ１２の炉内端
側）に吐出し。

その戻り水はこの冷却水通路１５の上方に設けた排水路
１８から系外に排出するようにしである。

このように構成した炉を使用して各発熱体１４によって
炉心管１１を加熱し水冷スリーブ１２に冷却水を通水す
ると、水冷スリーブ１２の炉内端１３の部分で通板方向
とはθの角度だけ傾斜した温度勾配域が形成される。し
たがって素板ｌを水冷スリーブ１２の素板通路１６に外
側端（上端）から矢印の方向に下方に向けて通板すると
、水冷スリーブ１２の傾斜した炉内端１３の部分で単結
晶の成長端縁がこの傾斜に実質上等しい傾斜をもつこと
になり、既述の本発明法が好適に実施できる。

なお、各発熱体１４は図示のように水冷スリーブ１２の
炉内端１３と等しい傾斜をもつようにして炉心管１２を
取り巻くように設置するのが好ましいが。

場合によっては炉心管１２の軸と直角方向に設置しても
よい、また２図には示していないが、炉心管１１内の炉
内雰囲気をアルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気とする
のが好ましい。そして、場合によっては水冷スリーブ１
２内に複数の素板通路を平行に設けたり、炉心管１１内
に複数の水冷スリーブ１２を設置したりして、複数枚の
素板を同時に処理するようにすることもできる。

本発明は体心立方構造の鉄または鉄合金を対象とした電
磁鋼板の製造に好適に適用されるものであり、鉄合金の
場合の合金成分としては、８％以下のＳｉ、２０％以下
のＡ１．５％以下のＭｏ、　２５％以下のＣｒ、６％以
下のＷ、３％以下のＴｉ、３％以下のＮｂ、５％以下の
■のいずれかを単独または複合して使用することができ
る。これらの合金成分の材質面に及ぼす効果を概説する
と次のとおりである。Ｓｉの添加は磁気特性を改善し且
つ電気抵抗の増大による鉄損値の改善に有効である。そ
して高Ｓｔになると耐摩耗性も改善される。５％以上の
Ｓｉの添加は加工性が劣るようになるが。

温間加工により８％まで製造可能であり、８％までの含
有が許容できる。ＡｌについてはＳｉと同様に透磁率の
向上、電気抵抗の増加、耐摩耗性の改善に有効であり、
さらにＳｉとの複合添加で耐摩耗性が著しく改善される
。しかし２０％を超える添加では脆くなって製造が困難
となるので２０％以下とするのがよい、Ｍｏについては
５％までの範囲でｉ３　ｉｆｆ率を向上させるが、５％
を超えるとその効果は急激に低下するａｃｒは耐食性改
善に有効であり２５％まで許容される。そのほか、６％
以下のＷ、３％以下のＶ、３％以下のＮｂ、５％以下の
Ｖ等を添加して鋼板の物性の改善を図ることができる。

またｓｂ≦２％、Ａｓ５２％、Ｂｅ５２％の範囲で単独
または複合で添加することができる。

そして１本発明は素仮に成長させる単結晶としては、そ
の結晶の＋１１４）面が板面に平行となるように、また
その結晶の＜４０１＞方向が板の長手方向となるように
することができ、この単結晶板または粗大結晶粒板を＜
４０１＞方向に４０％以上の圧下率で圧延しそして一次
再結晶することによって、理想的な立方体方位組織をも
つ電磁鋼板を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は歪焼鈍法によって単結晶板または粗大
結晶粒板を製造する場合の工程を図解した平面図、第４
図は本発明による単結晶の成長方法を図解した平面図、
第５図は本発明法を実施するのに好適な温度勾配炉の要
部を示す略平断面図。 第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線矢視断面図、第７図は水
冷スリーブの正面図、第８図は第７図の右側面図、第９
図は第７〜８図のＩＸ−ＩＸ線矢視断面図である。 １・・素板、　　２・・種結晶の板、　　３・・目的方
位をもつ単結晶、　　４・・素板の多結晶部分。 ５・・成長端、１０・・炉壁耐火物、　　１１・・炉心
管、１２・・水冷スリーブ、１３・・水冷スリーブの傾
斜をもつ炉内端、１４・・発熱体。 １５・・冷却水通路、１６・・素板通路。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉄または鉄合金の素板の一端に結晶方位が特定方
   位領域内にある種結晶を作製もしくは接続し、この素板
   を温度勾配をもつ炉中に種結晶の側から通板して種結晶
   がもつ結晶方位と実質上同じ方位をもつ単結晶を素板中
   に成長させ、これによって結晶方位が特定方位領域内に
   ある単結晶板または粗大結晶粒板を製作し、この単結晶
   板または粗大結晶粒板を特定方位領域内の方向に冷間圧
   延し、そして再結晶焼鈍することにより微細結晶粒を有
   する立方体方位組織の電磁鋼板を製造する方法において
   、 前記素板を温度勾配をもつ炉中に通板するさいに、単結
   晶の成長端が素板の通板方向となす角度θを０°＜θ＜
   ９０°に調整して通板させることを特徴とする電磁鋼板
   の製造法。
2. （２）θは３０°＜θ＜８０°である特許請求の範囲第
   １項記載の製造法。
3. （３）単結晶板または粗大結晶粒板は、その結晶の｛１
   １４｝面が板面に対して１５°以内の方位を有しており
   、この単結晶板または粗大結晶粒板の冷間圧延の方向を
   ＜４０１＞方向まわりに１５°以内の方向とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の製造法。
4. （４）炉内の温度勾配部に所定速度で素板を長手方向に
   通板させる単結晶製作炉であって、傾斜した炉内端をも
   つ水冷スリーブを炉内に挿入し、このスリーブの傾斜し
   た炉内端から素板を炉内に通過させるようにした特許請
   求の範囲第１項の方法に使用する単結晶製作炉。