JP2001192732A - 磁気特性が優れた一方向性電磁鋼板を得る冷間圧延方法 - Google Patents
磁気特性が優れた一方向性電磁鋼板を得る冷間圧延方法Info
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Abstract
において、磁気特性が優れた一方向性電磁鋼板を得る冷
間圧延方法を提案する。 【解決手段】 質量%で、C:0.025〜0.100
%,Si:2.5〜4.5%,Mn:0.03〜0.4
5%,Al:0.007〜0.040%を含有する電磁
鋼スラブに熱間圧延を施した後、熱延板焼鈍を施し、そ
の後に、一回または中間焼鈍を介挿する二回以上の冷間
圧延を施し、その後、一次再結晶焼鈍、次いで、二次再
結晶焼鈍を施す一方向性電磁鋼板の製造方法において、
最終の冷間圧延を、ワークロール直径が95〜170m
mφのクラスター型レバース圧延機で行い、圧延途中の
板厚段階で、100〜350℃の温度範囲で1分以上の
時間保持する。
Description
どの電気機器の鉄心材料に用いられる、一方向性電磁鋼
板の製造方法に関するものである。
性および鉄損特性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中で鉄心内に誘起され
る磁束密度の高低で決まり、磁束密度の高い製品は鉄心
を小型化できる。鉄損は、鉄心に所定の交流磁場を与え
た場合に熱エネルギーとして消費される電力損失であ
り、その良否に対しては、磁束密度、板厚、被膜張力、
不純物量、比抵抗、結晶粒の大きさ等が影響する。その
中でも、磁束密度が高く板厚が薄いことが鉄損を小さく
するうえで重要である。
23mmの板厚の鋼板で、磁束密度B8(磁化力800A/mにおけ
る値)が1.92T 、鉄損W17/50 (50Hzで1.7Tの最大磁化
の時の値)が0.85W/kgの如き優れた製品が工業的規模で
生産可能となっている。このような優れた磁気特性を有
する一方向性電磁鋼板は、鉄の磁化容易軸である<001>
方位が鋼板の圧延方向に高度に揃った結晶組織で構成さ
れるものであり、製造工程の最終仕上焼鈍の際に、いわ
ゆるゴス方位と称される{110 }<001>方位を有する結
晶粒を優先的に巨大成長させる2次再結晶と呼ばれる現
象を通じて形成される。
させるための基本的な要件として、二次再結晶過程にお
いて、ゴス方位以外の好ましくない方位を有する結晶粒
の成長を抑制するインヒビターの存在と、ゴス方位の二
次再結晶粒が優先的に発達しやすい一次再結晶組織の形
成が不可欠であることは周知の事実である。ここに、イ
ンヒビターとしては、一般にAlN 、 Mn(S,Se) 、Cu2(S,
Se) 等の析出物が利用され、さらに、補助的にSn、Sbな
どの粒界偏析型の成分が利用される。また、1 次再結晶
組織においては、結晶粒径とその均一性、ゴス方位粒と
ゴス方位と対応関係にある方位粒が圧延方向に揃った集
合組織の形成が重要である。
法は古くから知られており、例えば、特公昭46−23820
号公報に開示されているように、インヒビターとしてAl
N を用いる方法が広く知られている。この方法は、高温
スラブ加熱により、AlN のインヒビター成分を一旦固溶
させ、最終の冷間圧延前の焼鈍中にAlN を微細析出させ
ることにより一方向性電磁鋼板を製造するものである。
ンヒビターを後工程の窒化処理で作り込み、低温スラブ
加熱とする方法が開示されている。この方法は、高温ス
ラブ加熱の設備・操業的デメリットを回避するために開
発されたものである。これらのAlN インヒビターを用い
た製造方法においては、適正な一次再結晶組織が伴なわ
なければ高い磁束密度が得られないことは周知である。
一次再結晶組織の形成は、冷延条件に大きく影響され、
一般に、最終の冷間圧延の圧下率が81% 以上と高いこと
が好ましい。
昭54-13846号公報に、強冷延のパス間に50〜350 ℃で1
分以上の時効処理を施す技術が、また(2)特公昭54-2
9182号公報に、300 〜600 ℃で1 〜30秒の保持を行う技
術が開示されている。前記(1)の技術はレバース圧延
を、前記(2)の技術はタンデム圧延を意図した技術で
ある。
かつ操業技術的に困難であり、現在のところは、レバー
ス圧延の加工発熱を利用して高温圧延を行い、圧延途中
のリール巻き取り後の時効効果を利用している。レバー
スミルは、4 重、6 重などのロールを直列に配置したも
のが一般的であるが、ワークロール直径を小さくすると
ロール変形が生じやすく、一般に、250mm φ以上の大径
ロールを用いることになる。
ラスター状に配置したゼンジミアミルやNMSミルは、
ワークロールを多角的にバックアップするため、小径ワ
ークロールの使用を可能とする。多量のSiを含有し製品
板厚が薄い一方向性電磁鋼板は圧延反力が高いので、小
径ワークロールを使用する方が有利である。したがっ
て、一方向性電磁鋼板の高温圧延には、クラスター型レ
バース圧延機を用いることが多い。
は、(3)特公昭50-37130号公報に、圧延の全パスまた
は後段パスにて300mm φ以下の小径ロールで行う技術、
(4)特開平02-282422 号公報に、後段パスにて30〜10
0mm φの小径ロールで150 〜230 ℃の温間圧延する技
術、(5)特開平05-33056号公報に、前段パスにて50〜
150mm φの小径ロールで150 〜350 ℃の温間圧延する技
術、また、(6)特開平09-287025 号公報に、ワークロ
ール(40 〜500mm φ) の径大化にともない圧延温度(100
〜350 ℃) を上げる技術、が開示されている。
られるクラスターミルは、21、22型に代表されるゼンジ
マーミルが主流であり、薄手の圧延性確保の観点から、
主に、95mmφ以下の小径ワークロールが用いられてい
た。例えば、前記(5)の技術では、ロール径を50〜15
0mm φとしているが、実施例では80と90mmφの例のみが
記載されている。
おいては、前記(3)の公報で開示されるように、冷延
ワークロールは小径が良いとされ、薄手化に有利なクラ
スターミルはこの要請に合致していた。また、前記
(4)〜(6)の公報で開示されるように、パス間の時
効処理温度を前提とする圧延においても、小径ロールが
磁気特性の観点から有利であると考えられていた。
体型のハウジングを基本構成をするので、ワークロール
径は固定値である。ところが、最近、分割型のハウジン
グで構成されたクラスターミルにおける設備的、操業的
な技術進歩やNMSミルの開発により、95mmφ以上の直
径のワークロールが使用可能となってきた。そこで、本
発明者らは、Al含有の一方向性電磁鋼板をレバース圧延
機を用い、パス間で時効処理を施して製造するにあた
り、磁気特性に及ぼすワークロール直径の影響を詳細に
検討した。その結果、90mmφ以下の小径ワークロールを
使用すると、磁気特性は、むしろ劣化することを見い出
し、ワークロール直径は95〜170mm φの範囲で径大化す
るほうが、磁気特性が向上するという新知見を発見し
た。本発明は、この知見に基づいて、磁気特性が良好な
一方向性電磁鋼板を得る冷間圧延方法を提供するもので
ある。
で、C:0.025〜0.100%、Si:2.5〜
4.5%、Mn:0.03〜0.45%、および、A
l:0.007〜0.040%を含有する電磁鋼スラブ
に熱間圧延を施した後、熱延板焼鈍を施し、その後に、
一回または中間焼鈍を介挿する二回以上の冷間圧延を施
し、その後、一次再結晶焼鈍、次いで、二次再結晶焼鈍
を施す一方向性電磁鋼板の製造方法において、最終の冷
間圧延を、ワークロール直径が95〜170mm φのクラスタ
ー型レバース圧延機で行い、圧延途中の板厚段階で、10
0 〜350 ℃の温度範囲で1分以上の時間保持することを
特徴とする磁気特性が優れた一方向性電磁鋼板を得る冷
間圧延方法である。
結果について述べる。質量%で、C:0.055%、S
i:3.3%、Mn:0.1%、S:0.0070%、
Al:0.0282%、N:0.0084%、および、
Sn:0.07%を含有する電磁鋼スラブを、1150℃で
低温スラブ加熱した後、熱間圧延し、2.0mm 厚の熱延コ
イルとした。
重式のゼンジミアミルを用いて圧下率89.0%で冷間圧延
し、0.22mmの板厚に仕上げた。そのとき、圧延機のワー
クロール直径を50〜185mm φの範囲で変更し、パススケ
ジュールとパス回数(6 回)は同一条件で圧延した。ま
た、2 パス目、3 パス目、4 パス目および5 パス目の途
中の板厚段階で、200 ℃で5 分間の時効処理を行った。
μmになるように温度を調整して脱炭焼鈍を施した後、
[N] が215ppmになるように窒化焼鈍を行い、次いで、マ
グネシアを塗布してコイル状にした。このコイルに、通
常の方法で仕上焼鈍を施した後、「リン酸+コロイダル
シリカの絶縁コーティング」を塗布して、コーティング
焼付・形状矯正焼鈍を行って製品とした。そして、この
製品の磁束密度B8を測定した。
1に示す。図1から、ワークロール直径が95〜185mm φ
の範囲で、磁束密度B8が向上することが判る。一方向性
電磁鋼板の磁束密度はインヒビターと一次再結晶組織に
影響される。本試験では、インヒビターを変えていない
から、ワークロール直径が一次再結晶組織の変化を介し
て磁束密度に影響したものと推定される。
クロール直径に対応する一次再結晶サンプルを採取し、
一次再結晶集合組織を調査した。板厚1/5tを中心にサン
プリングしてX線分析し、SGH法( 原勢ら: 日本金属
学会会報 第29巻 第7 号P552、参照) による解析を行
った。図2に、ゴス方位のND軸まわりの強度(IN )と
Σ9対応方位の強度(IcΣ9)を示す。図2から、ワ
ークロール直径が大きいと、25°近傍で、IN が減少
し、IcΣ9がより先鋭化することが判る。磁束密度が
高い一方向性電磁鋼板を得るうえにおいて、一次再結晶
集合組織が具備すべき条件は、ゴス方位とゴスを優先成
長させる方位がシャープなことである。本発明に従って
ワークロール直径を制御したものにおいては、特に、板
厚表層部において二次再結晶のゴス集積度が高く、好適
な集合組織が得られている。
ラブ加熱法における結果であるが、本発明者らは、実施
例1で示すように、MnS 、AlN+MnS(MnSe)インヒビタ
ー、および、Sn、Sb、Cu等を補助的に添加した高温スラ
ブ加熱法についても同様に調査した。その結果、AlN を
インヒビターとして含む成分系の材料全般について、ワ
ークロール直径が大きいと、磁気特性改善効果が顕著で
あることを確認した。
ター強度が強く、かつ、熱的安定であることが知られて
いる。このようなAlN インヒビターを用いた場合、本発
明で得られる一次再結晶集合組織が、効果的に、磁束密
度改善効果を発揮するものと推定される。ワークロール
直径と一次再結晶集合組織との関係に係るメカニズムは
現在のところ明らかでないが、次のように推定される。
ワークロール直径が小さい場合は、冷間圧延中に鋼板表
面部の剪断変形成分が大きくなり、一次再結晶後に、(1
10) 面が増加し、(111) 面が減少することが知られてい
る(河野ら:鉄と鋼,68(1982),P.58、参照)。このと
き、(110) 面については、ゴス方位からND軸周りに回転
した方位群が増加して、一方向性電磁鋼板には好ましく
ないブロードな集合組織になると推定される。
成分組成に係る限定理由及び好適な組成範囲について説
明する。なお添加量の単位は質量%である。Cは、オー
ステナイト形成のために重要な元素であり、0.025%以上
は必要である。多過ぎると、脱炭が困難となるので、上
限を0.100%とする。Siは、あまり少ないと電気抵抗が
小さくなって良好な鉄損特性が得られず、一方、多過ぎ
ると冷間圧延が困難になるので、その含有量は、2.5%以
上4.5%以下とする。
であり、一方、多過ぎると、高温スラブ加熱を前提とし
た場合、MnS、MnSeの溶体化が困難となるので、上限を
0.45% とする。S、Seは、使用するインヒビターの種類
に応じて適宜添加される。これらは、前記Mnと結合し
て、インヒビターとして作用するMnS 、MnSeを形成す
る。S、Seの組成範囲は、単独および併用いずれの場合
も、0.01% 以上0.04% 以下が好適である。ただし、MnS
、MnSeを微細に析出させるためには、高温スラブ加熱
が必要である。一方、後工程窒化法によりインヒビター
を形成する低温スラブ加熱法においては、微細なMnS 、
MnSeはかえって障害となるので、S、Seは0.01% 以下が
望ましい。
に、Alを含有させることが、高磁束密度を得るうえにお
いて不可欠であり、一定量以上の添加を必要とするが、
多過ぎると、溶体化のための高温スラブ加熱時間が長く
なり、生産性が悪化するので、Al含有量は、0.007%以上
0.040%以下とする。Nは、高温スラブ加熱を前提とする
場合は、最終の冷間圧延前の焼鈍にAlN を形成する必要
があるので、0.003%以上0.020%以下の範囲で含有され
る。一方、低温スラブ加熱法においては、一次再結晶焼
鈍後に窒化処理によりAlN を形成するので、製鋼段階で
Nを含有させておくことは必須ではない。
n、Sb、Cu、Ni、Cr、P、V、B、Bi、Mo、NbおよびGe
等の成分も、公知の範囲で適宜添加することができる。
次ぎに、製造工程に係る条件について説明する。本発明
において、鋼素材の製造には公知の製法を適用する。製
造されたインゴットまたはスラブを、必要に応じて加工
してサイズを合わせた後加熱し、熱間圧延する。スラブ
加熱温度は、必要に応じ1100℃〜1450℃の範囲とし、加
熱には、通常のガス加熱炉や誘導・通電加熱炉を用い
る。熱間圧延後の鋼帯は、1回冷間圧延法、または、複
数回冷間圧延法によって最終板厚とする。
を実施する必要がある。高温スラブ加熱を前提とする場
合は、熱間圧延で不十分なAlN の微細析出を確保するう
えで、冷間圧延前の焼鈍は重要である。一方、低温スラ
ブ加熱を前提とする場合は、AlN 析出制御のための熱延
板焼鈍は必須でないが、炭化物や固溶Cの制御のため、
焼鈍後の急冷、冷却過程の加工歪付加、炭化物析出のた
めの保定等の方法を併用しても、本発明の効果を損なう
ものでない。
の冷間圧延に供されるが、この時、高磁束密度を得るた
めには、従来より公知のように81% 以上の圧下率とする
ことが好ましい。本発明においては、冷間圧延途中の時
効処理や、温間圧延を行うことが磁気特性を向上させる
うえで重要である。特に、高温スラブ加熱の場合、固溶
C、Nの固着効果以外に、線状細粒発生防止の観点から
有効であることが知られている。そして、本発明におい
ては、実施例2に示すように、圧延途中の板厚段階で、
100 〜350 ℃の温度範囲で1分以上の時間保持する必要
がある。
直径を大きくするこにより、磁気特性が優れた一方向性
電磁鋼板を製造することである。図1に示すように、磁
束密度はワークロール直径90mmφ以下では著しく劣り、
95mmφ以上で改善され、120mm φ以上ではほぼ飽和する
傾向にある。したがって、本発明では、ワークロール直
径を95mmφ以上、好ましくは120mmφ以上とする。上限
は通常の一方向電磁鋼板の板厚である0.35mm以下を安定
に圧延できる170mm φとする。圧延機は、高温圧延や薄
手圧延の安定性の観点から、6 段、12段および20段ロー
ルなどのクラスター型レバース圧延機に限定する。ま
た、このような大径ワークロールを有する圧延機は、分
割型ハウジングから構成されるゼンジミアミルやNMS
ミルなどが適している。
れ、その後、脱炭と一次再結晶を兼ねた焼鈍が施され
る。スラブ加熱温度が1250℃以下の低温スラブ加熱法の
場合は、一次再結晶から二次再結晶の間に窒化処理を行
い、AlN インヒビターを形成することが有効である。窒
化処理の方法としては、特開昭60-179885 号公報開示の
仕上げ焼鈍の途中で行う方法や、特開平1-82393 号公報
等開示のストリップを走行させながら「水素+窒素+ア
ンモニア」の混合ガス中で焼鈍する方法がある。良好な
二次再結晶粒を安定して発達させるには、窒素量は120p
pm以上、好ましくは150ppm以上必要である。また、特開
昭1-82939 号公報等に開示される一次再結晶粒径の制御
を併用すると、更に磁気特性が向上する。
分離剤を塗布してから、コイル状に巻き最終仕上げ焼鈍
に供する。その後、必要に応じて絶縁コーティングを施
すが、レーザー、プラズマ、機械的方法、エッチング、
その他の手法によって磁区細分化処理を施すことも有効
である。
鋼スラブを、1350〜1400℃の高温スラブ加熱a)、b)およ
びc)と、1150〜1290℃の低温スラブ加熱d)、e)およびf)
の方法で熱間圧延し、熱延鋼帯とした。
延法、b)およびe)は、熱延板焼鈍後の1回冷延法、d)
は、熱延板焼鈍なしの1回冷延法とした。最終の冷間圧
延はすべてレバース圧延機を用い、圧下率は63〜90% と
した。中間板厚と最終板厚は表1に示したとおりであ
る。冷間圧延は、表1に示すようにワークロール直径を
変更し、3〜7パスで行った。また、全ての条件におい
て、圧延途中の最低2パスの中間板厚を選び、200 ℃で
5分の時効処理を行った。冷延鋼帯には通常の方法で脱
炭焼鈍を施し、このうち、d)およびe)については、脱炭
焼鈍の後に窒化焼鈍を追加し、表に示す窒化量(窒化後
−窒化前)になるようインヒビターを補強した。その
後、通常の方法でマグネシア塗布、仕上焼鈍、絶縁コー
ティング、形状矯正・焼付焼鈍を施した。得られた製品
鋼帯の磁気特性(B8、W17/50)を測定した。表に示すよ
うに、Alを含有する成分系で、本発明の条件範囲に内に
制御すると、磁気特性が優れた製品が得られることが判
る。
板厚の焼鈍材を、ワークロール直径を120mm φとしたレ
バース圧延機を用いて、表2に示す12通りのパス間保持
温度・時間の条件で、最終板厚0.22mmまで冷間圧延し
た。冷延鋼帯には通常の方法で脱炭焼鈍、マグネシア塗
布、仕上焼鈍、絶縁コーティング、形状矯正・焼付焼鈍
を施した。得られた製品鋼帯の磁気特性(B8、W17/50)
を測定した。
100 〜350 ℃の温度範囲で1分以上の時間保持すること
により、磁気特性が優れた製品が得られることが判る。
して用いる一方向性電磁鋼板において、磁気特性が優れ
た一方向性電磁鋼板を得ることができる。それ故、本発
明は、変圧器等の低鉄損化や小型化に貢献するものであ
る。
ある。
再結晶集合組織に係る解析結果を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 質量%で、C:0.025〜0.100
%,Si:2.5〜4.5%,Mn:0.03〜0.4
5%、および、Al:0.007〜0.040%を含有
する電磁鋼スラブに熱間圧延を施した後、熱延板焼鈍を
施し、その後に、一回または中間焼鈍を介挿する二回以
上の冷間圧延を施し、その後、一次再結晶焼鈍、次い
で、二次再結晶焼鈍を施す一方向性電磁鋼板の製造方法
において、最終の冷間圧延を、ワークロール直径が95
〜170mmφのクラスター型レバース圧延機で行い、
圧延途中の板厚段階で、100〜350℃の温度範囲で
1分以上の時間保持することを特徴とする磁気特性が優
れた一方向性電磁鋼板を得る冷間圧延方法。
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