JP2000178647A - 磁束密度が高い高珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

磁束密度が高い高珪素鋼板の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束密度が高い高珪素鋼板を安価に且つ安定
して製造することができる方法を提供する。 【解決手段】 浸珪処理の出発材料である珪素鋼板の冷
延条件を適正化して集合組織を制御することにより、磁
束密度の高い高珪素鋼板を安価に且つ安定して製造でき
ることを見い出しなされたもので、Si:2.5〜3.
5wt%の珪素鋼を熱延し、この熱延板に対して1回以
上の非酸化性雰囲気中での中間焼鈍を挾む冷延を行い、
この冷延板をSiCl4を含む非酸化性雰囲気中で浸珪
処理し、引き続きSiCl4を含まない非酸化性雰囲気
中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を施すこと
により、Si含有量が4.0〜7.0wt%の高珪素鋼
板を製造する方法において、最終の中間焼鈍を900〜
1100℃の焼鈍温度で行い、さらに最終の冷延の圧延
率を55〜85%とすることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁束密度が高い高珪
素鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電磁誘導機器用の鉄心材料として用いら
れる珪素鋼板の軟磁気特性はSiの添加量の増加ととも
に向上し、特にSi:6.5wt%付近で最高の透磁率
を示すことが知られている。また、高珪素鋼板と呼ばれ
るSi含有量が約4.0wt%以上の珪素鋼板は電気抵
抗が高いため、特に高周波領域での磁気特性に優れてい
る。一方、鋼板のSi含有量が3.5wt%を超えると
加工性が急激に劣化するため、従来は圧延により工業的
規模で高珪素鋼板を製造することは不可能とされてい
た。
【0003】しかし近年において、圧延法(例えば、特
公平3−65001号等に示される製造技術)や浸珪法
(例えば、特公平5−49745号等に示される製造技
術)による薄板製造技術が開発され、板厚が0.05〜
0.5mm程度の高珪素鋼板の製造が可能となった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】高珪素鋼板は優れた軟
磁気特性を有するが、飽和磁束密度が低く、これに伴っ
て実用磁束密度の指標とされるB8が低くなるという問
題がある。このような問題を解決するために、特公平5
−72457号ではSi含有量が1.0〜4.0wt%
の方向性珪素鋼板に浸珪処理(浸珪−拡散熱処理)を施
してSi含有量が4.0〜7.0wt%の方向性高珪素
鋼板を得る方法が示されている。また、特開平4−59
928号では、Si含有量が4.5wt%以下の方向性
珪素鋼板を冷間圧延して0.15mm以下の板厚にした
後に1次再結晶焼鈍を施し、引き続き浸珪処理を施して
Si含有量が6.5wt%の方向性高珪素鋼板を得る方
法が示されている。
【0005】しかし、これらの従来技術のように方向性
珪素鋼板を浸珪処理の出発材料に用いた場合、方向性珪
素鋼板の煩雑な製造プロセスやグラス被膜の除去が必要
になり、製造コストが上昇してしまう。また、方向性珪
素鋼板の結晶粒は粗大であるため、これを圧延すると板
破断や結晶粒毎の変形の不均一に基づく凹凸が発生しや
すく、安定した製造が困難である。したがって本発明の
目的は、このような従来技術の課題を解消し、磁束密度
が高い高珪素鋼板を安価に且つ安定して製造することが
できる方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記のような問題を解決
するために、本発明者らは浸珪法で製造する高珪素鋼板
の出発材料として、安価で加工性の良好な珪素鋼板を用
いることを前提に検討を行った。その結果、出発材料で
ある珪素鋼板の冷間圧延条件を適正化して集合組織を制
御することにより、磁束密度の高い高珪素鋼板を安価に
且つ安定して製造することができることを見い出した。
【0007】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴とする構成は以下の通りである。 [1] Si:2.5〜3.5wt%、Al≦0.01wt
%を含有する珪素鋼を熱間圧延して熱延板とし、この熱
延板を酸洗した後、1回以上の非酸化性雰囲気中での中
間焼鈍を挾む冷間圧延を行って冷延板とし、次いで、こ
の冷延板をSiCl4を含む非酸化性雰囲気中で浸珪処
理し、引き続きSiCl4を含まない非酸化性雰囲気中
でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を施すことに
より、Si含有量が4.0〜7.0wt%の高珪素鋼板
を製造する方法において、最終の中間焼鈍を900〜1
100℃の焼鈍温度で行い、さらに最終の冷間圧延の圧
延率を55〜85%とすることを特徴とする磁束密度が
高い高珪素鋼板の製造方法。
【0008】[2] Si:2.5〜3.5wt%、Al≦
0.01wt%を含有する珪素鋼を熱間圧延して熱延板
とし、この熱延板を酸洗した後、1回以上の非酸化性雰
囲気中での中間焼鈍を挾む冷間圧延を行って冷延板と
し、次いで、この冷延板をSiCl4を含む非酸化性雰
囲気中で浸珪処理し、引き続きSiCl4を含まない非
酸化性雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処
理を施すことにより、Si含有量が4.0〜7.0wt
%の高珪素鋼板を製造する方法において、最終の中間焼
鈍をSiCl4を含む非酸化性雰囲気中において900
〜1100℃の焼鈍温度で0.1〜5分間行い、さらに
最終の冷間圧延の圧延率を55〜85%とすることを特
徴とする磁束密度が高い高珪素鋼板の製造方法。
【0009】[3] 上記[1]または[2]の製造方法におい
て、中間焼鈍を2回以上行い、総ての中間焼鈍を900
〜1100℃の焼鈍温度で行うことを特徴とする磁束密
度が高い高珪素鋼板の製造方法。 [4] 上記[1]または[2]の製造方法において、中間焼鈍を
2回以上行い、総ての中間焼鈍を900〜1100℃の
焼鈍温度で行うとともに、総ての冷間圧延の圧延率を5
5〜85%とすることを特徴とする磁束密度が高い高珪
素鋼板の製造方法。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細をその限定理
由とともに説明する。まず、鋼板の化学成分の限定理由
を説明する。本発明は珪素鋼板に浸珪−拡散熱処理を施
すことにより高珪素鋼板を製造する方法であり、浸珪処
理前の鋼板(出発材料)のSi含有量が3.5wt%を
超えると冷間圧延性が著しく劣り、一方、2.5wt%
未満では2回以上の冷圧の中間焼鈍時に変態を生じてし
まう。このため浸珪処理前の鋼板のSi含有量は2.5
〜3.5wt%とする。
【0011】Siは軟磁性を発現させるための元素であ
り、添加量が6.5wt%で最も優れた軟磁性を示す。
浸珪−拡散熱処理後のSiが4.0wt%未満では高珪
素鋼板として所望の軟磁気特性が得られない。一方、S
iが7.0wt%を超えると飽和磁束密度が著しく減少
する。このため浸珪−拡散熱処理後のSi含有量は4.
0〜7.0wt%とする。
【0012】本発明ではSiを4.0〜7.0wt%含
有する鋼板が得られるため、Alを添加して軟磁気特性
の向上を図る必要はない。また、後述する中間焼鈍工程
は冷延板を再結晶及び粒成長させた組織に調整すること
を目的としているが、鋼中に微量に存在するAlは中間
焼鈍雰囲気に通常含まれる窒素と結合してAlNを形成
し、再結晶及び粒成長を阻害する。さらに、鋼中に微量
に存在するAlは、浸珪−拡散熱処理中に偏析して軟磁
気特性を劣化させる。このためAl含有量は0〜0.0
1wt%(但し、無添加の場合を含む)とする。
【0013】次に、製造プロセスの条件について説明す
る。本発明では、上述した化学成分を有する鋼を精錬、
鋳造、熱間圧延の各工程を経て熱延板を得るが、これら
のプロセスに特別な制限はなく、製造コストを下げるた
めに鋳造は連続鋳造で行ってもよい。熱延板は酸洗した
後に1回以上の中間焼鈍を挾む冷間圧延を行って所望の
板厚の冷延板とする。次いで、SiCl4を含む非酸化
性雰囲気中で浸珪処理した後、SiCl4を含まない非
酸化性雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処
理を施し、Si:4.0〜7.0wt%の高珪素鋼板を
製造する。
【0014】上記中間焼鈍の目的は、再結晶及び粒成長
によって適切な粒径を持つ組織に調整し、その後の冷間
圧延時に結晶粒内部に歪みを蓄積させて、浸珪−拡散熱
処理中に結晶粒内部から(110)方位に近い方位の再
結晶粒を核発生させ、磁束密度特性を向上させることに
ある。
【0015】ここで、最終の中間焼鈍(中間焼鈍が1回
の場合には当該中間焼鈍)の焼鈍温度が900℃未満で
は十分な大きさの再結晶粒が得られない。この場合には
中間焼鈍された鋼板中の粒界面積が大きく、浸珪−拡散
熱処理中の再結晶時に粒界からの(111)粒の核発生
が多くなるため、最終製品の磁束密度はあまり向上しな
い。一方、最終の中間焼鈍温度が1100℃を超える
と、再結晶粒径が板厚よりも大きくなってしまう。この
場合には、その後の冷間圧延時に変形に起因する表面の
凹凸が発生し、最終製品の占積率を下げてしまう。この
ため最終の中間焼鈍の焼鈍温度は900〜1100℃と
する。
【0016】また、中間焼鈍はArガス、窒素ガス等の
非酸化性雰囲気で行うことが必要である。中間焼鈍が酸
化性雰囲気中で行われると、鋼板表層の再結晶領域が細
粒となり、最終製品の磁束密度を低下させる。
【0017】また、最終の中間焼鈍(中間焼鈍が1回の
場合には当該中間焼鈍)をSiCl4を含む非酸化性雰
囲気中において900〜1100℃の焼鈍温度で0.1
〜5分間行うことにより、最終製品の磁束密度はさらに
向上する。この場合には、中間焼鈍された鋼板の表層に
Siが浸透するため鋼板の表層が硬くなる。この結果、
次工程の冷間圧延時に、通常は主として表層に加わる剪
断応力が柔らかい板中央部にまで加わるため、結晶粒内
部から(110)方位に近い方位を持つ結晶粒の核発生
が多くなり、最終製品の磁束密度がより向上する。
【0018】この場合の焼鈍時間はSiを十分に浸透さ
せるために0.1分以上を必要とする。一方、必要以上
にSiを浸透させると、その後の冷間圧延性が劣化する
ため、焼鈍時間は5分以下とすることが必要である。ま
た、焼鈍温度は900℃未満では再結晶粒径が小さく、
さらにSiの浸透が効果的に起こらないため下限を90
0℃とする。また、焼鈍温度が1100℃を超えると中
間焼鈍時の結晶粒径が大きくなり過ぎるため、焼鈍温度
は1100℃を上限とする。また、焼鈍雰囲気中のSi
Cl4濃度は、Siの浸透が効果的に起こる5mol%
以上とすることが望ましい。一方、経済性の観点からS
iCl4濃度は25mol%以下とすることが望まし
い。
【0019】最終の中間焼鈍後に行われる冷間圧延(最
終の冷間圧延)の圧延率が低いと結晶粒内部への歪みの
導入量が少ないため、最終製品の磁束密度が効果的に向
上しない。一方、冷間圧延率が高すぎると結晶粒の回転
が起こり、結晶粒内部からも(111)粒が核発生しや
すくなる。このような観点から、最終の冷間圧延の圧延
率は55〜85%とする。また、最終の中間焼鈍前の冷
間圧延の圧延率に関しても、同様の観点から55〜85
%とすることが好ましい。
【0020】本発明の効果は1回の中間焼鈍でも十分に
得られるが、2回以上の複数回の中間焼鈍を行うことに
よって、その効果はより顕著なものとなる。2回以上の
中間焼鈍を行う場合には、最終の中間焼鈍を900〜1
100℃の焼鈍温度で行い、さらに最終の冷間圧延率を
55〜85%にすることによって本発明の効果が得られ
るが、他の中間焼鈍や冷間圧延条件を同様に制御するこ
と、すなわち、総ての中間焼鈍を900〜1100℃の
焼鈍温度で行うこと、さらに好ましくは総ての中間焼鈍
を900〜1100℃の焼鈍温度で行うとともに、総て
の冷間圧延の圧延率を55〜85%とすることにより、
さらに顕著な効果が得られる。また、中間焼鈍をSiC
4を含む非酸化性雰囲気中で行う場合には、その後の
冷間圧延性を考慮して、最終の中間焼鈍に限定して行う
ことが望ましい。
【0021】上述のように1回以上の中間焼鈍を挟む冷
間圧延が施された鋼板には、浸珪−拡散熱処理が施され
る。この浸珪−拡散熱処理では、鋼板はSiCl4が約
5〜35mol%程度含まれる非酸化性雰囲気中で10
23〜1200℃程度の処理温度で浸珪処理され、引き
続き1200〜1230℃程度の処理温度で拡散熱処理
される。
【0022】
【実施例】[実施例1]表1の鋼種Aの化学成分を有す
る珪素鋼を精錬、鋳造、熱間圧延して板厚2.5mmの
熱延板を得た。この熱延板を酸洗し、板厚0.4mmま
で1次冷間圧延した後、窒素雰囲気中で種々の焼鈍温度
で2分間の中間焼鈍を行い、さらに板厚0.15mmま
で2次冷間圧延した。次いで、この鋼板をSiCl4
含む窒素雰囲気中において1200℃で浸珪処理した
後、引き続きSiCl4を含まない窒素雰囲気中でSi
を板厚方向に拡散させる拡散熱処理を行い、Si:6.
5wt%であって、Si濃度が板厚方向でほぼ均一な高
珪素鋼板を得た。
【0023】このようにして得られた高珪素鋼板の表面
凹凸の目視検査結果とB8特性を図1に示す。なお、比
較のために中間焼鈍を行わなかった鋼板のB8は1.2
75(T)であった。図1によれば、本発明の製造方法
により磁束密度が高く且つ表面に凹凸のない高珪素鋼板
が製造できることが判る。
【0024】[実施例2]表1の鋼種Bの化学成分を有
する珪素鋼を精錬、鋳造、熱間圧延して板厚3.5m
m、2.5mm、1.5mmの各熱延板を得た。この熱
延板を酸洗し、各種中間板厚まで1次冷間圧延した後、
窒素雰囲気中において1000℃で2分間の中間焼鈍を
行った。さらに、板厚0.15mmまで2次冷間圧延
し、次いでSiCl4を含む窒素雰囲気中において12
00℃で浸珪処理し、引き続きSiCl4を含まない窒
素雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処理を
行い、Si:6.5wt%であって、Si濃度が板厚方
向でほぼ均一な高珪素鋼板を得た。
【0025】このようにして得られた高珪素鋼板の1
次、2次冷間圧延率とB8特性を図2に示す。図2によ
れば、2次冷間圧延率(最終の冷間圧延率)が55〜8
5%の場合に1.35(T)以上の高いB8が得られて
いる。また、2次冷間圧延率が55〜85%で且つ1次
冷間圧延率が55〜85%の場合にさらに高い1.40
(T)以上のB8が得られている。
【0026】[実施例3]表1の鋼種Cの化学成分を有
する珪素鋼を精錬、鋳造、熱間圧延して板厚3.5mm
の熱延板を得た。この熱延板を酸洗した後、表2に示す
条件で冷間圧延及び中間焼鈍を施し、板厚0.03mm
の冷延板とした。この際、中間焼鈍は全て窒素雰囲気中
で2分間行った。次いで、SiCl4を含む窒素雰囲気
中において1200℃で浸珪処理した後、SiCl4
含まない窒素雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡
散熱処理を行い、Si:6.5wt%であって、Si濃
度が板厚方向でほぼ均一な高珪素鋼板を得た。
【0027】このようにして得られた高珪素鋼板のB8
特性を表2に示す。表2によれば、中間焼鈍回数が1回
の場合でも本発明による製造方法(No.3)ではB8
が向上するが、上記[実施例2]にあるような1.40
(T)以上のB8は得られていない。これは1次冷間圧
延率が85%を超えているためであると考えられる。ま
た、中間焼鈍を2回行った場合には、最終(第2回目)
の中間焼鈍温度を900〜1100℃、最終の冷間圧延
の圧延率を55〜85%の範囲とすることによりB8
向上している(No.5〜No.9)。
【0028】また、最終の中間焼鈍の焼鈍温度を900
〜1100℃、最終の冷間圧延の圧延率を55〜85%
の範囲とし、且つ第1回中間焼鈍の焼鈍温度を900〜
1100℃とすることにより、さらにB8特性が向上す
ることが判る(No.6,No.7)。さらに、全ての
中間焼鈍の焼鈍温度を900〜1100℃とし、且つ全
ての冷間圧延の圧延率を55〜85%とすることによ
り、B8特性が最も顕著に向上することが判る(No.
8)。
【0029】[実施例4]表1の鋼種Dの化学成分を有
する珪素鋼を精錬、鋳造、熱間圧延して板厚2.5mm
の熱延板を得た。この熱延板を酸洗した後、板厚0.4
mmまで1次冷間圧延し、次いで、SiCl4を10m
ol%含む雰囲気中(残部は実質的に窒素ガス)とSi
Cl4を含まない窒素雰囲気中でそれぞれ時間を変えて
1050℃の中間焼鈍を行った。さらに、板厚0.15
mmまで冷間圧延した後、SiCl4を含む窒素雰囲気
中において1200℃で浸珪処理し、引き続きSiCl
4を含まない窒素雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させ
る拡散熱処理を行い、Si:6.5wt%であって、S
i濃度が板厚方向でほぼ均一な高珪素鋼板を得た。な
お、SiCl4を含む雰囲気で8分間中間焼鈍した鋼板
は、次工程の冷間圧延中にクラックが発生し、冷間圧延
が不可能であった。
【0030】このようにして得られた高珪素鋼板の中間
焼鈍時間とB8特性との関係を図3に示す。これによれ
ば、SiCl4を含まない雰囲気で中間焼鈍を行った場
合でも1.40(T)以上の高いB8が得られるが、中
間焼鈍をSiCl4を含む窒素雰囲気中で0.1〜5分
間行うことにより、1.45(T)以上のさらに高いB
8特性を有する高珪素鋼板が得られることが判る。
【0031】
【表1】
【0032】
【表2】
【0033】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば磁束
密度が高い高珪素鋼板を安価でかつ安定して製造するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】最終の中間焼鈍の焼鈍温度が最終製品のB8
性に及ぼす影響を示すグラフ
【図2】1次冷間圧延率および2次冷間圧延率が最終製
品のB8特性に及ぼす影響を示すグラフ
【図3】最終の中間焼鈍の雰囲気が最終製品のB8特性
に及ぼす影響を示すグラフ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笠井 勝司 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4K033 AA02 HA06 JA01 NA03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Si:2.5〜3.5wt%、Al≦
    0.01wt%を含有する珪素鋼を熱間圧延して熱延板
    とし、この熱延板を酸洗した後、1回以上の非酸化性雰
    囲気中での中間焼鈍を挾む冷間圧延を行って冷延板と
    し、次いで、この冷延板をSiCl4を含む非酸化性雰
    囲気中で浸珪処理し、引き続きSiCl4を含まない非
    酸化性雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処
    理を施すことにより、Si含有量が4.0〜7.0wt
    %の高珪素鋼板を製造する方法において、 最終の中間焼鈍を900〜1100℃の焼鈍温度で行
    い、さらに最終の冷間圧延の圧延率を55〜85%とす
    ることを特徴とする磁束密度が高い高珪素鋼板の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 Si:2.5〜3.5wt%、Al≦
    0.01wt%を含有する珪素鋼を熱間圧延して熱延板
    とし、この熱延板を酸洗した後、1回以上の非酸化性雰
    囲気中での中間焼鈍を挾む冷間圧延を行って冷延板と
    し、次いで、この冷延板をSiCl4を含む非酸化性雰
    囲気中で浸珪処理し、引き続きSiCl4を含まない非
    酸化性雰囲気中でSiを板厚方向に拡散させる拡散熱処
    理を施すことにより、Si含有量が4.0〜7.0wt
    %の高珪素鋼板を製造する方法において、 最終の中間焼鈍をSiCl4を含む非酸化性雰囲気中に
    おいて900〜1100℃の焼鈍温度で0.1〜5分間
    行い、さらに最終の冷間圧延の圧延率を55〜85%と
    することを特徴とする磁束密度が高い高珪素鋼板の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 中間焼鈍を2回以上行い、総ての中間焼
    鈍を900〜1100℃の焼鈍温度で行うことを特徴と
    する請求項1または2に記載の磁束密度が高い高珪素鋼
    板の製造方法。
  4. 【請求項4】 中間焼鈍を2回以上行い、総ての中間焼
    鈍を900〜1100℃の焼鈍温度で行うとともに、総
    ての冷間圧延の圧延率を55〜85%とすることを特徴
    とする請求項1または2に記載の磁束密度が高い高珪素
    鋼板の製造方法。
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