JP2000336464A - 磁気特性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
磁気特性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板およびその製造方法Info
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Abstract
{100}方位を集積させ、磁気特性に優れ、しかも耐
食性に優れる熱延電磁鋼板およびその製造方法を提案す
る。 【解決手段】 Fe:99.95 mass%以上、C+N+S:10
mass ppm 以下、O:50mass ppm 以下で、残部は不可
避的不純物の超高純度鉄を、γ域に加熱し、合計圧下率
を50%以上、かつ少なくとも1パスはロールと圧延材と
の摩擦係数を0.3以下とする熱間圧延をγ域にて行い、
その後、Ar3変態点〜300 ℃の平均冷却速度0.5 〜150
℃/分にて冷却することにより、板面垂直方向に<10
0>軸が集積した方位粒を形成させる。
Description
に熱延のままの状態で板面垂直方向に〈100〉軸が高
密度に集積して磁気特性に優れるとともに、耐食性にも
優れる純鉄系の熱延電磁鋼板およびその製造方法に関す
る。
電磁特性が優れた珪素鋼板が用いられてきた。この珪素
鋼板には、2次再結晶を利用して{110}〈001〉
方位粒いわゆるゴス方位粒を発達させた一方向性珪素鋼
板と、板面に平行に{100}面をもつ結晶粒を発達さ
せた無方向性珪素鋼板の2種類がある。このうち、無方
向性珪素鋼板は板面内の種々の方向に磁界が作用する場
合に特に良好な特性を有するので、発電機や電動機など
に多く使用されている。ところで、このような用途に用
いられる無方向性珪素鋼板を製造する際に、板面に平行
に{100}面を密度高く集積させるためには、従来、
雰囲気を制御した脱炭焼鈍、冷間圧延時に圧延方向を変
化させる交差圧延などが必要であった。
i:0.2 〜6.5 wt%の珪素鋼を、また特開平4−224624
号公報には、Al+Si:0.2 〜6.5 wt%の鋼を冷間圧延
後、弱脱炭性雰囲気、例えば、0.1 torr以下の真空中ま
たは露点0℃以下のH2 、He、Ne、Nr、Ar、Xe、Rn、N
2 の1種または2種からなる雰囲気において、850 ℃で
1〜48時間の焼鈍を行い、板表面から5〜50μmの深さ
の領域にα単相域を形成させ、次いで強脱炭性の雰囲
気、例えば、露点−20℃以上のH2 中、または露点−20
℃以上のH2 に不活性ガスもしくはCO、CO2 を添加
したガス中において、650 〜900 ℃で5〜20分焼鈍を行
い、表層部に生成したα単相域を板厚内部に向かって成
長させることにより、磁気特性を向上させる技術が開示
されている。このように、従来から、板面に平行に{1
00}面を高密度に集積させるためには、熱間圧延−冷
間圧延の工程に加えて脱炭焼鈍を含む複雑な工程が必須
とされてきた。また、3%Si鋼を始めとする従来の電磁
鋼板は、耐食性が極めて低いため、最終製品には耐食性
に優れた絶縁被膜が施されており、製品コストを上昇さ
せる要因となっていた。
電気製品の普及にともない、より安価で高性能な特性が
求められるようになり、上述した従来技術では対応でき
ないようになってきた。かかる要請に応えるには、製造
工程をより単純化することが考えられるが、従来の技術
では、熱間圧延のままで、板面に平行に{100}方位
の集積を高めることは困難であった。
点で、板面に平行に{100}方位を集積させ、磁気特
性に優れ、しかも耐食性に優れる熱延電磁鋼板およびそ
の製造方法を提案することを目的とする。
板における上記課題の解決に向けて鋭意研究を重ねた結
果、鋼を高純度化して純鉄系の成分組成にするととも
に、熱延条件(特に、所定温度域での圧下率、摩擦係
数)および熱延後のα域での冷却速度を適正にすれば、
板面に平行に{100}の方位、すなわち鋼板の<10
0>//ND(板面垂直方向)の方位、の形成が促進され
ることを見いだし、本発明を完成させるに至った。すな
わち、本発明は、Fe:99.95 mass%以上、C+N+S:
10 mass ppm 以下、O:50 mass ppm 以下で、残部は不
可避的不純物の超高純度鉄からなる、磁気特性と耐食性
に優れる熱延電磁鋼板である。
するための方法として、Fe:99.95mass%以上、C+N
+S:10 mass ppm 以下、O:50 mass ppm 以下で、残
部は不可避的不純物の超高純度鉄を、γ域に加熱し、合
計圧下率を50%以上、かつ少なくとも1パスはロールと
圧延材との摩擦係数を0.3 以下とする熱間圧延をγ域に
て行い、その後、Ar3変態点〜300 ℃の平均冷却速度0.
5 〜150 ℃/分にて冷却することを特徴とする、磁気特
性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板の製造方法を提案す
る。さらに、本発明は、より好ましい製造方法として、
Fe:99.95 mass%以上、C+N+S:10 mass ppm 以
下、O:50 mass ppm 以下で、残部は不可避的不純物の
超高純度鉄を、γ域に加熱し、合計圧下率を50%以上、
かつ少なくとも1パスは、ロールと圧延材との摩擦係数
を0.3 以下、かつひずみ速度を150 1/秒以上とする熱
間圧延をγ域にて行い、その後、Ar3変態点〜300 ℃の
平均冷却速度0.5 〜150 ℃/分にて冷却することを特徴
とする、磁気特性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板の製造
方法を提案する。
て説明する。まず、本発明の純鉄系電磁鋼板の化学組成
の限定理由について説明する。 ・Fe:99.95 mass%以上 <100>//NDの方位粒は、高純度Feの素材をγ域で
熱間圧延し、その後のα域での冷却中に発達する。Feの
純度は本発明において特に重要であり、99.95mass%に
満たない純度では上記<100>//NDの方位粒が冷却
中に発達しにくくなる。よって、Feは99.95 mass%以
上、好ましくは99.98 mass%以上とする。
mass ppm 以下 純鉄中のこれらのガス成分は、同じく純鉄中に数〜数十
mass ppmの単位で極微量に含まれる金属元素(Al、Ti、
Nb、Mnなど)と炭化物、酸化物などを形成し、<100
>//NDの方位粒の核発生および成長を阻害する。ま
た、純鉄系材料の腐食は、主として粒界に偏析したC、
N、Sや粒界、粒内に存在する酸化物を起点にして発錆
する。C、N、SおよびOによるこのような悪影響は、
C+N+Sが10 mass ppm を超えても、Oが50 mass pp
m を超えても現れるので、C+N+S:10 mass ppm以
下およびO:50 mass ppm 以下をともに満たすことが必
要である。なお、好ましい含有範囲は、C+N+S:5
mass ppm 以下、O:20 mass ppm 以下である。
件について説明する。 ・熱間圧延 上記成分組成の純鉄系の鋼素材をα域で熱延すると結晶
粒が微細化して、<100>//ND方位粒がまったく発
達しない。このため熱延はγ域の温度で行う必要があ
る。このγ域圧延において、ロールと素材との摩擦係数
が0.3 を超えると、板厚の1/10近傍の位置に<110>
//ND方位粒が発生し易く、<100>//ND方位粒の
発生と成長が抑制される。このため摩擦係数を0.3 以
下、好ましくは0.2 以下として熱延する。この条件での
圧延(いわゆる、潤滑圧延)は、熱延の少なくとも1パ
スで行えば効果が現れるが、特に最終パスで行うと、変
態前に鋼板表層に剪断ひずみが集中しないので、より大
きい効果がもたらされる。さらに、潤滑圧延時に、圧延
のひずみ速度を150 1/秒以上とすると、<100>//
ND方位粒の形成が促進される。このような傾向がもた
らされるのは、鋼板表層部に形成されやすい<110>
//NDなど、<100>//ND以外の方位粒の形成が抑
制されるからであると考えられる。なお、ひずみ速度を
200 1/秒以上とすればさらに大きな効果が得られる。
下率を50%以上とする必要がある。というのは、γ域熱
延時の合計圧下率を50%以上とすることにより、熱延中
の再結晶が促進され、γ粒径が微細化して、γ→αの変
態後の冷却過程において、<100>//ND方位粒が優
先的に板厚方向に成長するからである。合計圧下率が50
%未満では、等軸でランダムな方位を有する結晶粒が板
厚中心部に残留し、磁気特性が低下してしまう。
後のα域で鋼板表面から中心に向かって、新らたに変態
して発生したα粒を浸食しながら成長する。このとき、
Ar3〜300 ℃の冷却速度が150 ℃/分を超えると粒成長
速度が冷却速度に追いつかず、板厚中心部に等軸粒が残
存する。一方、冷却速度が0.5 ℃/ 分よりも遅くなる
と、<100>//ND方位粒が粗大化し、かえって磁気
特性の低下を招いてしまう。したがって、圧延後のAr3
〜300 ℃の温度範囲での冷却速度は0.5 〜150 ℃/分と
する必要がある。なお、好ましい冷却速度は1.0 〜100
℃/分である。
を素材として、所定の条件で製造することによって始め
てその効果が現れ、そのうちのいずれかの条件が満たさ
れないと、<100>//ND方位粒の集積度を高めるこ
とはできない。なお、耐食性は製造条件には殆ど影響を
受けず、成分組成に依存する。
表1に示す化学組成の純鉄系の鋼を水冷式銅坩堝を備え
た超高真空(10-8Torr)溶解炉で溶解し、10Kgのインゴ
ットとした。これらインゴットをγ域で熱間鍛造し、厚
さ25 mm の棒状の素材とした。この棒状素材を1100℃に
加熱後、熱間圧延により板厚1 mm (一部,板厚5mmお
よび13mm)まで熱延した。この際、最終パスにおいて、
ロールと素材との摩擦係数、ひずみ速度等を変えて熱延
した。さらに、圧延後の冷却速度も広い範囲で変更し
た。これら製造条件を表2に示す。
て、X線による集合組織測定をおこなった。また、各熱
延板の板厚中心部より板厚1.0 mm の試験片を切り出し
て、これからさらに内径50mm、外径60mmのリング状試験
片を打ち抜き、各試験片に1次コイル、2次コイルを10
0 ターンづつ巻いて磁気特性を測定した。採用した磁気
特性としては、50000 A/m の外部磁界をかけた場合の磁
束密度(B50)と、50Hzの交流磁界中で1.5 Tまで磁化
した場合の鉄損(W15/50)である。耐食性は、20℃の王
水(濃硝酸と濃塩酸を体積比で1:3で混合した溶液)
中に100 秒間浸漬し、腐食速度を測定することによって
行った。腐食速度が1.0 g/m2以下であれば通常の使用環
境で十分な耐食性を有していると言える。
ら、発明例は磁気特性と耐食性の両者とも優れているこ
とがわかる。これに対し、比較例は磁気特性または耐食
性の少なくとも一方の特性が発明例よりも大幅に劣って
いることがわかる。
冷間圧延後の脱炭焼鈍などの複雑な工程を経なくとも、
熱間圧延終了時にすでに板面に平行に{100}方位を
集積させることが可能となるので、安価で磁気特性に優
れる熱延電磁鋼板を提供することが可能となる。
Claims (3)
- 【請求項1】 Fe:99.95 mass%以上、 C+N+S:10 mass ppm 以下、 O:50 mass ppm 以下 で、残部は不可避的不純物の超高純度鉄からなる、磁気
特性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板。 - 【請求項2】 Fe:99.95 mass%以上、 C+N+S:10 mass ppm 以下、 O:50 mass ppm 以下 で、残部は不可避的不純物の超高純度鉄を、γ域に加熱
し、合計圧下率を50%以上、かつ少なくとも1パスはロ
ールと圧延材との摩擦係数を0.3 以下とする熱間圧延を
γ域にて行い、その後、Ar3変態点〜300 ℃の平均冷却
速度0.5 〜150 ℃/分にて冷却することを特徴とする、
磁気特性と耐食性に優れる熱延電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項3】 Fe:99.95 mass%以上、 C+N+S:10 mass ppm 以下、 O:50 mass ppm 以下 で、残部は不可避的不純物の超高純度鉄を、γ域に加熱
し、合計圧下率を50%以上、かつ少なくとも1パスは、
ロールと圧延材との摩擦係数を0.3 以下、かつひずみ速
度を150 1/秒以上とする熱間圧延をγ域にて行い、そ
の後、Ar3変態点〜300 ℃の平均冷却速度0.5 〜150 ℃
/分にて冷却することを特徴とする、磁気特性と耐食性
に優れる熱延電磁鋼板の製造方法。
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