JP2001107201A - 磁気シールド構造用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均質で安定した高透磁率、強度、靱性を備え
る優れた板厚１〜６mmの磁気シールド構造用鋼板及びそ
の製造方法を提供する。 【解決手段】 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：
０．７〜２．５％、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０５
％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｎｉ：０．３％以下、
Ａｌ：０．２〜０．８％、Ｎ：０．００７％以下を含有
し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、結晶粒径が
２００〜４００μｍであるフェライト単相組織を有し、
板厚１〜６mmであることを特徴とし、適切な熱間圧延、
巻取り、冷間圧延および熱処理条件により、結晶粒径を
２００〜４００μｍの範囲に制御すれば、μmax が２０
０００〜３３０００の範囲の均一で高い透磁率を安定し
て有し、強度、靱性にも優れた磁気シールド構造用鋼板
を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気シールド構造
用鋼板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密測定機器やコンピュータに対
する外部からの磁場の影響による問題が増加しており、
磁気シールドの重要性はますます高まってきている。機
器によっては、微弱な磁界であってもその影響を受ける
ものもあり、そのような場合には極力低いレベルにまで
磁界の強さを低下させることが要求され、磁気シールド
材料には高い透磁率が必要となる。それと同時にロット
ごとのばらつきや、板面内の方向に対する透磁率のばら
つきができるだけ少ないことも重要視される。

【０００３】現在このような用途の磁気シールドには、
透磁率が高く、板面内の方向による透磁率の変動が少な
い、無方向性電磁鋼板が積層されて使われることが多
い。市販されている無方向性電磁鋼板の磁気特性はグレ
ードによって異なるが、精密測定機器やコンピュータに
対する磁気の影響を考えた場合、磁気シールド材料とし
ての最大透磁率μmax はできれば２００００以上あるこ
とが望ましい。また、シールドできる磁場の強さの上限
は飽和磁束密度に比例することから、飽和磁束密度もで
きるだけ高いことが望ましい。

【０００４】磁気シールド効果は透磁率と厚さの積に比
例するので、磁界の強さに応じてある程度の厚さが必要
なのであるが、無方向性電磁鋼板は冷延で製造されるた
めに板厚が厚くても０．５ｍｍ未満程度に限られるの
で、積層によって必要な厚さを確保することになる。そ
のため、鋼板が比較的高価であるだけでなく、施工にも
手間がかかることから、非常にコストがかかっているの
が現状である。

【０００５】また最近では、効率的な磁気シールドを行
なうために、個々の設備ごとに磁気シールドをするので
はなく、建屋自体を磁気シールドする方法が提案されて
いる。そこで、高い透磁率を有し、かつ、ある程度の厚
さのある単板で、構造用材料として少なくとも一般構造
用鋼材に近い機械的特性を有する材料が必要とされてい
る。

【０００６】必要板厚は、シールドの対象となる磁場の
強さによって決まるが、一方で設計上はできるだけ板厚
が薄いほうが有利であることから、１〜６ｍｍ程度まで
の厚さの鋼板に対するニーズが多い。すなわち、１〜６
ｍｍ程度の厚さで、一般構造用鋼材に近い少なくとも３
６０ＭＰａ以上の強度と十分な靱性とを備え、かつ均質
で安定したμmax ：２００００以上の高透磁率を有する
鋼材により、比較的簡単な施工で建屋自体を磁気シール
ドすることが可能となり、磁気シールドコストの大幅な
低減が期待できる。この鋼材は、コストを考えれば、一
般の熱延鋼板の製造ラインで製造できることが望ましい
といえる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】薄鋼板で磁気特性に優
れた材料には、例えばＪＩＳ Ｃ ２５０４で規定され
る電磁軟鉄板があるが、構造部材として考慮されている
ものではないため強度は高くなく、透磁率も不十分であ
る。磁気シールド用熱延鋼板として、特開平１−１０８
３１５号公報、特開平５−２４７６０４号公報、特開平
６−３０６４６８号公報、特開平８−１２７８１７号公
報、特開平１１−１５０２０９号公報などが開示されて
いるが、これらはいずれも本発明がその対象とする用途
には透磁率が不十分である。

【０００８】さらに、透磁率の高い磁気シールド用熱延
鋼板の製造方法として特開平３−２７４２２８号公報、
特開平３−２７４２２９号公報、特開平３−２７４２３
０号公報が提案されているが、いずれも結晶粒径につい
ては記載がなく、また強度や靱性などは考慮されておら
ず、構造用途として使用することはできない。このよう
に、磁気シールド構造用鋼板として、均質で安定した高
透磁率と、十分な強度、靱性とを具備する材料はこれま
で得られていない。

【０００９】本発明は、上記問題点を解決し、均質で安
定した高透磁率と、強度、靱性を合わせて具備する、優
れた磁気シールド構造用鋼板およびその製造方法を提供
することを課題としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上述べた状
況を鑑みなされたもので、純鉄系材料の高飽和磁束密度
を生かしつつ、均質で安定した高透磁率と、強度、靱性
を合わせて具備する磁気シールド構造用部材の成分組
成、およびそれに適した鋼板の製造方法を提供するもの
であって、その要旨とするところは、 （１） 重量％で、 Ｃ ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．７〜２．５％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｐ ：０．０５％以下、 Ｓ ：０．００５％以下、 Ｎｉ：０．３％以下、 Ａｌ：０．２〜０．８％、 Ｎ ：０．００７％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、結
晶粒径が２００〜４００μｍであるフェライト単相組織
を有し、板厚が１〜６ｍｍであることを特徴とする磁気
シールド構造用鋼板。 （２） 鋼が、重量％で、 Ｃｕ：０．２〜０．８％、 Ｃｒ：１．０％以下 のうち１種または２種を、さらに含有することを特徴と
する前記（１）に記載の磁気シールド構造用鋼板。 （３） 最大透磁率が、２００００以上であることを特
徴とする前記（１）もしくは（２）に記載の磁気シール
ド構造用鋼板。 （４） 上記成分を有する鋼を、Ａｃ3 点以上１２００
℃以下の温度に加熱し、Ａｒ3 ＋５０℃〜Ａｒ3 温度で
の圧下率を３０％以上とし、圧延仕上温度がＡｒ1 以上
となるように熱間圧延を行い、５５０℃以下の温度で巻
き取った後、圧下率５〜１５％の冷間圧延を施して板厚
１〜６ｍｍとし、さらに８３０℃以上９６０℃以下、か
つ、下記の式で計算される熱処理温度ＴHT±２５℃の範
囲で、９０分以上保持する熱処理を行なうことを特徴と
する前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の磁気
シールド構造用鋼板を製造する方法である。 ＴHT（℃）＝８３０＋０．７２×（Ａｃ1 −８５５）

【００１１】

【発明の実施の形態】鋼板の透磁率が結晶粒径に大きく
依存することは従来から知られている。しかし、鋼の成
分組成や、不純物、介在物、結晶方位などの影響もある
ので、結晶粒径だけで透磁率が決まるわけではない。発
明者らはまず、各因子の透磁率への影響を明確にし、一
定の高透磁率を安定して得るための手段を検討した。そ
の結果、不純物や介在物を大幅に低減したフェライト単
相組織鋼に、ＳｉおよびＡｌ量を特定範囲に限定するこ
とにより、純鉄の高い飽和磁束密度を維持しながら、非
常に高い透磁率を得ることができることを明らかにし
た。

【００１２】さらに、特定方位への強い集合組織を導入
しないようにするならば、本発明が対象とする組成範囲
では、結晶粒径と透磁率は極めてよく対応し、透磁率は
ほぼ結晶粒径でのみ決定されることも明らかにした。集
合組織については、磁気特性を向上させる手段としても
用いられるが、どの方向にも一定の透磁率を得ようとす
る場合には、特定方位への強い集合組織はかえって害な
場合もあり、むしろ強い集合組織をつくらないほうがよ
い。

【００１３】優れた磁気シールド効果を発揮するため
に、最大透磁率μmax ≧２００００を目標値とした場
合、本発明組成範囲においては結晶粒径は２００μｍ以
上とすればよく、粗粒ほど透磁率は良くなる。しかし、
粗粒になるほど靱性が低下する傾向は避けられず、特に
４００μｍを超えると靱性確保が難しくなることから、
実際には結晶粒径は４００μｍ以下がよいと考えられ
る。すなわち、ＳｉおよびＡｌ量を特定範囲に限定した
フェライト単相組織で不純物、介在物を低減し、特定方
位への強い集合組織を導入せず、結晶粒径を２００〜４
００μｍに限定することが、μmax ≧２００００の高透
磁率を安定して得るための手段である。なお、最大透磁
率の測定は、ＪＩＳ Ｃ ２５５０ ７．２に規定の直
流磁化特性試験に準じて行う。

【００１４】発明者らはさらに、上記強度条件を満たす
成分組成の鋼について、前述のような狭い範囲へ鋼板の
結晶粒径を制御するため、熱延鋼板の製造プロセス条件
を種々検討した。その結果、熱間圧延時の特定温度範囲
での圧下率、および巻取り温度をある範囲に限定し、適
度な歪量の冷間圧延を行ない、Ａｃ1 温度で決まる特定
温度で熱処理を行なえば、鋼板の結晶粒の大きさはほぼ
いつも同じになることを知見し、本発明に至ったもので
ある。

【００１５】熱間圧延の特定温度範囲での圧下率、およ
び巻取り温度を限定することにより、熱処理前の結晶粒
の大きさを比較的微細な一定範囲に制御できる。また、
冷間圧延条件を限定することにより、結晶粒成長の駆動
力となる圧延歪量を一定範囲に制御することができる。
このようにして結晶粒の大きさをある程度微細で、かつ
均一とし、適度な圧延歪みを導入することにより、その
後の熱処理で均一で安定した結晶粒成長が起きるので、
結晶粒径の制御が可能となる。

【００１６】ＡｌＮは、圧延過程あるいは熱処理過程で
微細析出し、ピニング作用により結晶粒径の制御を困難
にするが、本発明ではＡｌを多量に添加することで、Ａ
ｌＮを粗大にしてピニング作用をなくし、安定した粒成
長を可能にしている。Ｓｉは強度向上効果も顕著であ
り、本発明がその対象とする組成範囲においては、少な
くとも３６０ＭＰａ以上の強度が得られる。

【００１７】発明者らはさらに、本発明鋼のＡｃ1 変態
温度と熱処理温度、および得られる結晶粒径との関係を
詳細に調査した結果、熱処理前の結晶粒径と圧延歪とが
一定範囲にあれば、これらの間には一定の関係があり、
ＴHT（℃）＝８３０＋０．７２×（Ａｃ1 −８５５）の
式で計算される温度ＴHTで十分に保持する熱処理を行な
うことで、磁気シールド材料に適した大きさの結晶粒径
が、均一に安定して得られることを見いだした。

【００１８】具体的には、ＴHT±２５℃の温度範囲で９
０分以上保持する熱処理を行なうことで、２００〜４０
０μｍの範囲の結晶粒径が安定して得られる。この場合
のμmax は２００００〜３３０００となる。この方法で
製造すれば十分に再結晶が行われるため、圧延時にある
程度の集合組織が導入された場合にも、熱処理後にはほ
ぼ消滅し、板面内のどの方向で測定してもほぼ同じ透磁
率を示す。

【００１９】すなわち本発明によれば、上述の鋼の成分
組成を有すると共に、適切な熱間圧延、巻取り、冷間圧
延および熱処理条件により、結晶粒径を２００〜４００
μｍの範囲に制御すれば、μmax が２００００〜３３０
００の範囲の均一で高い透磁率を安定して有し、強度、
靱性にも優れた磁気シールド構造用鋼板が得られる。

【００２０】次に本発明の限定理由を説明する。Ｃは、
炭化物を形成し磁気特性、靱性を低下させるので０．０
１％以下に低減する。

【００２１】Ｓｉは、磁気特性を高める重要な元素であ
り、強化にも有効である。磁気特性、強度ともに本発明
の目標値を満足させるためには、０．７％以上の添加が
必要である。しかし、２．５％超では靱性を低下させ、
また飽和磁束密度も低下させるので、０．７％以上、
２．５％以下に限定する。

【００２２】Ｍｎは、強化元素として有効であるが、多
く添加すると磁気特性低下の原因となる。本発明は磁気
特性を重視することから、Ｍｎは０．５％以下とする。

【００２３】Ｐは、フェライトフォーマーであり、また
切削性改善には有効であるが、非金属介在物を生成し、
磁気特性と靱性を低下させるので、添加する場合でも上
限を０．０５％とする。

【００２４】Ｓは、非金属介在物を生成して粒成長を阻
害し、かつ、靱性も低下させるためできるだけ低減する
ことが必要であり、上限は０．００５％以下とする。

【００２５】Ｎｉは、靱性向上元素であるが、変態温度
を低下させて焼鈍温度を高くとれない場合があり、コス
ト増にもなることから、添加する場合は０．３％以下
（０を含む）とする。

【００２６】Ａｌは、ＡｌＮを粗大にして粗粒化に有害
な微細ＡｌＮ析出を避けるため、０．２％以上添加す
る。フェライトフォーマーとしても効果が大きい。Ｎ固
定効果のためには０．２％以上程度で十分であり、また
０．８％超ではＡｃ1 が高くなり過ぎ結晶粒制御が困難
になることから、上限は０．８％とする。

【００２７】Ｎは、固溶状態としても窒化物として析出
しても磁気特性を低下させるため、できるだけ低減する
ことが望ましく、０．００７％以下とする。

【００２８】Ｃｕは、固溶強化により磁気特性を低下さ
せない強化元素であり必要に応じて添加する。０．２％
以上で強化作用があるが、０．８％超では析出し、磁気
特性を低下させるため、添加する場合には０．２％以
上、０．８％以下とする。

【００２９】Ｃｒは、強化元素として有効であるが、炭
化物を形成することから透磁率に影響するので必要に応
じて添加する。磁気特性を低下させないためにはＣを非
常に低く抑える必要があり、鋼板のコスト増につながる
ので、添加する場合にも１％以下とする。

【００３０】製造条件については、加熱温度は、通常の
熱延鋼板の加熱であるＡｃ3 以上とし、かつ熱延前の結
晶粒を粗大化させないために１２００℃以下とする。熱
間圧延においてＡｒ3 ＋５０℃〜Ａｒ3 温度での圧下率
を３０％以上とするのは、結晶粒径をある程度微細均一
に制御するためであるが、圧下率が３０％未満ではその
効果はあまりないので、圧下率は３０％以上必要であ
る。またフェライト域で圧延すると、強い集合組織が導
入される場合があるため、圧延仕上温度はＡｒ1 以上と
する。熱間圧延後、５５０℃を超える温度で巻き取る
と、巻取り後に結晶粒成長が進行し、結晶粒径制御が不
安定になるので、巻取り温度は５５０℃以下とする。

【００３１】冷間圧延は、結晶粒成長の駆動力となる圧
延歪量を一定範囲に制御するために行ない、５％未満で
は歪み量が不足で粒成長が不十分となり、１５％超では
歪量が過多となり、まれに異常粒成長が生じるなど結晶
粒径制御が不安定になるので、冷間圧延の歪量は５〜１
５％の範囲に限定する。

【００３２】圧延後の熱処理温度は、本発明の主たる要
件の一つであり、上述のように、熱間圧延および冷間圧
延条件を特定して得られる、適度に微細かつ均一な結晶
粒径と、適度な圧延歪とを有する鋼板に、ＴHT（℃）＝
８３０＋０．７２×（Ａｃ1−８５５）の式で計算され
る温度ＴHT付近で十分に保持する熱処理を行なうことに
より、鋼板の成分組成にかかわらず常にほぼ一定の結晶
粒径を得ることができるのである。

【００３３】具体的には、ＴHT±２５℃の温度範囲で熱
処理を行なうことで、２００〜４００μｍの範囲の結晶
粒径が安定して得られる。この場合のμmax は２０００
０〜３３０００となる。８３０℃未満では十分な粒成長
は成し得ず、また９６０℃超では粒成長速度が速くなる
ために、まれに異常粒成長が生じるなど結晶粒径制御が
不安定になるので、熱処理温度範囲は上記関係を満たし
つつ、８３０〜９６０℃に限定する。

【００３４】

【実施例】表１に示す成分組成の鋼片を作製し、表２に
示す製造条件で１〜６ｍｍ厚さの鋼板を製造した。表
中、下線で示しすものは本発明の範囲を逸脱しているも
の、または各特性の目標値に達していないものである。
各特性の目標値は、最大透磁率μmax ≧２００００、引
張強さ≧３６０ＭＰａ、靱性０℃シャルピー吸収エネル
ギー≧５０Ｊ／ｃｍ² とした。表２に示す厚鋼板のうち
１−Ａ〜６−Ｆは本発明例であり、７−Ｇ〜２３−Ａは
比較例である。これらの鋼板について、表２に示す製造
条件で製造したものの各種特性を表２に示す。

【００３５】鋼板１−Ａ〜６−Ｆの実施例は、いずれも
結晶粒径が２００〜４００μｍの範囲にあり、μmax も
２００００〜３３０００の範囲にある。さらに鋼板１−
Ａ〜６−Ｆの実施例は、強度、靱性ともに良好である。

【００３６】これに対し、比較例７−ＧはＣが高いた
め、１３−ＭはＡｌが低いため、１５−ＯはＮが高いた
め、１７−ＱはＣｒが高いため結晶粒径が小さく、透磁
率が低い。８−ＨはＳｉが低いため強度が不足してお
り、透磁率も低い。９−ＩはＳｉが高いため、１４−Ｎ
はＡｌが高いためそれぞれ靱性が低値である。１０−Ｊ
はＭｎが高いため、１１−ＫはＰが高いため、１２−Ｌ
はＳが高いためそれぞれ靱性が低値であり、透磁率も低
い。１６−ＰはＣｕが高いため透磁率が低い。

【００３７】また、比較例１８−Ａは加熱温度がＡｃ3
に達しておらず、１９−ＡはＡｒ3＋５０℃〜Ａｒ3 で
の圧下率が低いため、２０−Ａは巻取り温度が高すぎる
ため、２１−Ａは冷間圧延圧下率が低いため、２３−Ａ
は熱処理温度が低いため、それぞれ結晶粒成長が不十分
で、透磁率が低い。２２−Ａは、熱処理温度が高いた
め、結晶粒が粗大になりすぎ、靱性が低い。

【００３８】

【表１】

【００３９】

【表２】

【００４０】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、均質で安定した高透磁率と高飽和磁束密度、構造用
鋼として利用できる強度と靱性を備える、板厚１〜６ｍ
ｍの磁気シールド構造用鋼板およびその製造方法が提供
でき、その産業上の価値は極めて高い。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 1/16 Ｈ０１Ｆ 1/16 Ａ Ｆターム(参考） 4K033 AA01 DA01 FA01 FA02 FA03 FA05 FA10 FA12 5E041 AA11 AA19 CA06 HB05 HB07 HB11 NN01 NN06 NN14 NN17 NN18

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．７〜２．５％、 Ｍｎ：０．５％以下、 Ｐ ：０．０５％以下、 Ｓ ：０．００５％以下、 Ｎｉ：０．３％以下、 Ａｌ：０．２〜０．８％、 Ｎ ：０．００７％以下 を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、結
   晶粒径が２００〜４００μｍであるフェライト単相組織
   を有し、板厚が１〜６ｍｍであることを特徴とする磁気
   シールド構造用鋼板。
2. 【請求項２】 鋼が、重量％で、 Ｃｕ：０．２〜０．８％、 Ｃｒ：１．０％以下 のうち１種または２種を、さらに含有することを特徴と
   する請求項１に記載の磁気シールド構造用鋼板。
3. 【請求項３】 最大透磁率が、２００００以上であるこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の磁気シールド
   構造用鋼板。
4. 【請求項４】 鋼をＡｃ3 点以上１２００℃以下の温度
   に加熱し、Ａｒ3 ＋５０℃〜Ａｒ3 温度での圧下率を３
   ０％以上とし、圧延仕上温度がＡｒ1 以上となるように
   熱間圧延を行い、５５０℃以下の温度で巻き取った後、
   圧下率５〜１５％の冷間圧延を施して板厚１〜６ｍｍと
   し、さらに８３０℃以上９６０℃以下で、かつ、下記の
   式で計算される熱処理温度ＴHT±２５℃の範囲で、９０
   分以上保持する熱処理を行なうことを特徴とする請求項
   １乃至３のいずれか１項に記載の磁気シールド構造用鋼
   板の製造方法。 ＴHT（℃）＝８３０＋０．７２×（Ａｃ1 −８５５）