JP2001279328A - 耳割れの少ない方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱間仕上圧延時に多発する、鋼板先端部（Ｌ
Ｅ部）での耳割れをさらに効果的に軽減して、方向性電
磁鋼板を歩留り高く製造できる、方向性電磁鋼熱延鋼板
の製造方法を提案する。 【解決手段】 Si:2.5〜5.5 mass％を含有する方向性電
磁鋼スラブを加熱し、粗圧延によりシートバーとしたの
ち、仕上圧延を行うに際し、シートバーの先端部から長
さ方向に所定の位置までの両エッジ部のみを急冷し1080
℃以下の温度として、直ちに水平圧下を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、方向性電磁鋼熱
延鋼板の製造方法に係り、とくに方向性電磁鋼スラブを
熱間圧延した時に生じる耳割れを有効に防止して製品歩
留りを向上できる方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、主として変圧器その
他の電気機器の鉄心として用いられ、かかる用途に適合
すべく磁束密度、鉄損値等の磁気特性に優れることが基
本的に重要である。そのため、方向性電磁鋼板の製造の
際に重要なことは、いわゆる仕上焼鈍工程により二次再
結晶させた結晶粒の方位を、｛110 ｝<001> 方位、いわ
ゆるゴス方位に高度に集積させることである。

【０００３】このような二次再結晶の集積を効果的に促
進させるためには、一次再結晶の成長を選択的に抑制
する、インヒビターと呼ばれる分散相を均一かつ適正
なサイズで形成する、ことが重要である。このようなイ
ンヒビターとしては、Cu_2-xS 、Cu_2-x Se、MnS 、MnS
e、AlN 、VN等のように硫化物、セレン化物、および窒
化物で、しかも鋼中への溶解度が極めて小さい物質が用
いられる。このため、従来から、熱間圧延前のスラブ加
熱においては高温加熱を行いインヒビターを完全に固溶
させ、熱間圧延以降二次再結晶までの過程でこのインヒ
ビターを微細に分散析出させる方法がとられている。な
お、Sb、Sn、As、Pb、P 、BiおよびMo等の粒界偏析型元
素もインヒビターとして利用されている。

【０００４】従来、方向性電磁鋼板を製造するための一
般的な製造工程では、厚み100 〜300mm のスラブを1100
℃以上の温度で加熱してインヒビター成分を完全に固溶
させた後、熱延板とし、次いでこの熱延板を１回又は中
間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延によって、最終板厚の
冷延板とし、その後はこの冷延板に脱炭焼鈍を施し、焼
鈍分離剤を塗布してから二次再結晶および純化を目的と
して最終仕上焼鈍を施している。

【０００５】近年は、省エネルギー化への要請が一層強
まり、方向性電磁鋼板に対する高磁束密度化、低鉄損化
へのニーズも一層増してきた。これらの要請に応えるた
めに、方向性電磁鋼板の製造方法においては、成品板厚
の低減、高Si化、さらには二次再結晶後の鋼板にレーザ
ー光やプラズマジェットを照射し溝を形成するなど物理
的方法により磁区を細分化し、低鉄損化を図る方法が採
られるようになった。また、２種以上のインヒビターを
複合して添加し、粒成長抑制力を高めることも行われ、
さらには冷間圧延工程にて板温を高めた、いわゆる温間
圧延が行われたりするようになった。これらの技術およ
びその進歩により、極めて良好な磁気特性を有する製品
が得られるようになった。

【０００６】ところで、方向性電磁鋼板は、上記したよ
うな磁気特性の向上に加えて、製品を安価に供給するこ
とも強く望まれており、かかる高級品を歩留り良く製造
することが製造者サイドにおいて重要な課題となってい
る。このような歩留り向上という観点からは、熱延板エ
ッジ部の耳割れ発生を如何に防止するかが重要な課題と
なっている。

【０００７】方向性電磁鋼板製造時の熱間圧延工程にお
ける耳割れを防止する技術については既に数多くの開示
がある。例えば、特開昭60−145204号公報、特開昭60−
200916号公報、特開昭61−71104 号公報、特開昭62−19
6328号公報、特開平５−138207号公報には、熱間圧延中
のシートバーの側面の形状を整えることで耳割れを防止
する方向性けい素鋼の熱間圧延方法が開示されている。
これらの技術は、側面の形状が悪い場合には粗大に成長
した結晶の粒界部でノッチ状の凹部が生じ、これが耳割
れの起点となることから、側面の形状を整えることによ
って耳割れ防止を図るものであり、多少の効果が認めら
れた。しかしながら、これらの技術において、特に熱間
仕上圧延１パス目の出側で幅圧下を行う場合には、耳割
れ防止効果は少なく十分満足できなかった。また、特開
昭60−145204号公報、特開昭61−71104 号公報、特開昭
62−196328号公報、特開平５−138207号公報に記載の技
術で、熱間仕上圧延の入り側で幅圧下を行う場合には、
熱間仕上圧延の出側で幅圧下を行う場合に比べると耳割
れ防止への効果は大きいが、未だ十分な耳割れ防止がで
きるというレベルではない。

【０００８】さらに、特開昭54−31024 号公報に記載さ
れた熱間粗圧延の最終圧下率を規制する方法、特開平３
−133501号公報に記載されたスラブ加熱後に幅圧下、水
平圧下を施す方法、特開平３−243244号公報に記載され
たスラブ鋳込み組織を制御する方法および特開昭61−38
37号公報に記載されたスラブ断面形状を特殊形状にする
方法等についても、それぞれ耳割れに対して多少の効果
はあるものの、かかる効果は粗圧延時に幅圧下する方法
に比べて小さく、粗圧延時の幅圧下方法に大きく左右さ
れるため、有効な方法とはいえなかった。

【０００９】一方、例えば、特開昭60−200916号公報に
は、スラブを加熱したのち、熱間粗圧延段階で5 〜40％
の幅圧下を施し、耳割れを防止する方向性けい素鋼板の
製造方法が提案されている。確かに、特開昭60−200916
号公報に記載された技術によれば、熱延時には耳割れ深
さが20〜40mmという大きな耳割れは減少するが、10mm以
上といった比較的大きな耳割れは依然として残存してい
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、電磁鋼板
の熱延時における耳割れ低減技術は、まだ完成された技
術とはなっていないうえ、最近では、磁気特性をさらに
向上させるため、粒界偏析型のインヒビタ−が増量され
るようになり、以前に比べ電磁鋼板は、耳割れが発生し
易く耳割れ最大深さも大きい材料となっている。とく
に、熱延鋼板先端部（ＬＥ部）の両エッジ部で耳割れが
多発し、歩留りが低下していた。このため、とくにＬＥ
部での耳割れを著しく低減あるいは防止できる、方向性
電磁鋼板の熱間圧延技術の開発が熱望されていたこの発
明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、熱間仕
上圧延時に多発する、鋼板先端部（ＬＥ部）での耳割れ
をさらに効果的に軽減して、方向性電磁鋼板を歩留り高
く製造できる、方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法を提案
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、方向性電磁
鋼のシートバーを熱間仕上圧延し熱延板とするに当た
り、シートバーの側面温度、γ相率と耳割れ発生との関
係を詳細に調べた。その結果、シートバーエッジ部のγ
相率が熱延板の耳割れ発生に大きく影響することを突き
止めた。

【００１２】まず、本発明者が行った実験結果を説明す
る。Si：３％含有する方向性電磁鋼シートバーについ
て、熱間仕上圧延の入り側で、長さ方向にエッジ部（側
面）の温度を測定した。その一例を図１に示す。この測
温したシートバーについて、熱間仕上圧延後、耳割れの
発生状況を調査したが、耳割れは、シートバーのエッジ
部温度が1080℃超えのエッジ部（先端部（ＬＥ部）近
傍）に集中していた。

【００１３】また、Si：３％含有する方向性電磁鋼シー
トバーから実験素材を切り出し、これら実験素材を1420
℃に加熱した後、所定の温度まで空冷し、その後急冷し
て、組織を観察した。その結果、母相( α相) 中に、急
冷直前に生成していたγ相を反映する組織が観察され
た。この組織の面積率と、急冷直前の実験素材の温度と
の関係を図２に示す。図２から、急冷直前の実験素材の
温度が1080℃超えの温度で、この組織（γ相）の面積率
が20％近くの高い値を示していることがわかる。

【００１４】これらの実験結果は、γ相率が高い状態で
水平圧下（熱間仕上圧延）を施すと耳割れが発生し易く
なることを示しており、その理由は次のように考えられ
る。α相とγ相が共存する状態で材料が変形されると、
α相とγ相は硬さが異なるので、応力集中が生じ微小な
亀裂が生成する。この微小な亀裂の成長および合体によ
って耳割れが発生する。また、この微小な亀裂はγ相率
が高いほど顕著となる。したがって、γ相率が高い温度
域で水平圧下を行うと微小亀裂が増加し、その後の水平
圧下により亀裂の成長および合体が生じ易くなり、耳割
れが多発すると考えられる。

【００１５】本発明者は、図１と図２から、シートバー
エッジ部の温度を1080℃以下とし、γ相率を低くしての
ち、水平圧延（熱間仕上圧延）を施すことにより、熱延
板の耳割れ発生を著しく低減できることを見いだした。
さらに、本発明者は、放冷でシートバーエッジ部の温度
を1080℃以下とする場合には、仕上圧延機の入側でかな
りの時間待機するため、仕上圧延後の鋼板のシートバー
後端部相当（ＴＥ部）の位置で、磁気特性の低下が生じ
ていた。

【００１６】本発明は、上記した知見に基づき、さらに
検討を加え完成されたものである。すなわち、本発明
は、Si:2.5〜5.5 mass％を含有する方向性電磁鋼スラブ
を、加熱炉で加熱してから粗圧延を行いシートバーと
し、ついで該シートバーに仕上圧延を施し熱延板とする
方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法において、前記仕上圧
延を行うに際し、前記シートバーの先端部から長さ方向
に所定の位置までの両エッジ部のみを急冷し1080℃以下
の温度としたのち、直ちに水平圧下を行うことを特徴と
する耳割れの少ない方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法で
ある。

【００１７】

【発明の実施の形態】まず、本発明が対象とする方向性
電磁鋼熱延鋼板の素材として用いる方向性電磁鋼スラブ
の組成について説明する。 Si：2.5 〜5.5 mass％ Siは、鋼板の比抵抗を高め、鉄損を下げるのに有効な成
分であるが、5.5mass％を超える含有量では冷延性が損
なわれ、一方、2.5mass ％未満の含有量では比抵抗が低
下するだけでなく、二次再結晶および純化のために行わ
れる最終仕上焼鈍中にα→γ変態によって結晶方位のラ
ンダム化を生じ、十分な鉄損低減効果が得られない。こ
のためSi含有量は2.5 〜5.5 mass％の範囲とした。

【００１８】なお、Si以下の成分は、必ずしも限定する
必要はないが、好ましい成分、および好ましい含有量の
範囲については下記のとおりである。 Ｃ：0.01〜0.10mass％ Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組成の均一分散化のみな
らず、ゴス方位結晶粒の発達に有効な成分であり、少な
くとも0.01mass％含有させるのが望ましい。しかし、0.
10mass％を超えて含有すると、脱炭が困難となり、かえ
ってゴス方位結晶粒の集積に乱れが生じる。このため、
Ｃは0.01〜0.10mass％の範囲とするのが望ましい。

【００１９】Mn：0.02〜0.12mass％ Mnは、熱間脆性を防止するために、少なくとも0.02mass
％の含有を必要とするが、Mn含有量が多すぎると磁気特
性の劣化を引き起こすので、上限は0.12mass％とするの
が望ましい。インヒビターとしては、MnS 、MnSe系又は
AlN 系の単独使用又は併用が可能である。更にMnの代わ
りにCuを用いてもよい。この場合、Cuの適正量は0.02〜
0.50mass％である。Cu含有量が0.02mass％未満の場合に
は抑制効果に乏しく、逆に0.50mass％を超えた場合は抑
制効果が損なわれる。

【００２０】Ｓ、Seのうちから選ばれる少なくとも一
種：0.005 〜0.06mass％ Ｓ、Seは、いずれも方向性電磁鋼板の一次再結晶を制御
するインヒビターの構成成分として有力である。インヒ
ビターの抑制力の観点からは少なくとも0.005mass ％の
含有を必要とするが、0.06mass％を超える含有ではその
効果が損なわれる。したがって、その下限、上限をそれ
ぞれ0.005mass ％、0.06mass％とするのが好ましい。

【００２１】インヒビター構成成分のうち、Al:0.005〜
0.10mass％、Ｎ：0.004 〜0.015mass ％ Al、Ｎはいずれも方向性電磁鋼板の一次再結晶を制御す
るインヒビターの構成成分として有力であり、その含有
量の範囲については、MnS 、MnSeにおけるＳ、Seの場合
と同様の理由により上記の範囲に定めた。

【００２２】なお、インヒビターの構成成分としては、
上記のＳ、Se、Alの他、Ni、Cu、Sn、Sb、Mo、Tiおよび
Bi等も有利に作用するので、これらの成分をそれぞれ少
量あわせて添加することもできる。これらの成分の好適
範囲は、Ni、Cu、Snが0.01〜0.30mass％、Sn、Mo、Ti、
Biが0.005 〜0.1mass ％であり、これらの各インヒビタ
ー構成成分についても、一種又は二種以上の複合使用が
可能である。

【００２３】本発明では、上記した組成の方向性電磁鋼
スラブを、加熱炉で加熱してから粗圧延を行いシートバ
ーとし、ついで該シートバーに仕上圧延を行い熱延板と
する。スラブの加熱温度は、通常の方向性電磁鋼スラブ
の加熱温度で同じでよく、1300〜1450℃とするのが好ま
しい。加熱したスラブの粗圧延条件は、とくに限定する
必要はないが、水平圧延を行う直前のスラブ側面温度を
900 ℃以上に調整するのが耳割れ発生を防止するために
は効果的である。

【００２４】さらに、粗圧延終了後のシートバーに水平
圧下（仕上圧延）を施すに際し、シートバー先端部から
長さ方向に所定の位置までの両エッジ部のみを、1080℃
以下、好ましくは1000℃以上の温度に急冷する。本発明
でいうシートバー先端部から所定の位置までとはシート
バーエッジ部温度が高い領域を指し、エッジ部温度によ
り異なるが、例えば先端部から全長さの１／３までの領
域とするのが好ましい。エッジ部温度の高い、先端部か
ら長さ方向に所定の位置までの範囲を急冷すれば、耳割
れ発生の危険温度域を回避して圧延することができ顕著
な耳割れ発生を防止できる。

【００２５】両エッジ部の温度を1080℃以下とするに際
し、空冷では、ＴＥ部の温度が低下しすぎて、AlN 等の
析出物が粗大化し、磁気特性の低下を招く。すなわち、
図２のＴＥ部の温度を磁気特性の低下がみられない1000
℃以上に保持するには、ＬＥ部を含めてスラブ全体の加
熱温度を1300〜1450℃とする必要がある。このため、シ
ートバーエッジ部温度が高いシートバー先端部から所定
の位置までの両エッジ部の温度を1080℃以下とするべく
急冷する。また、急冷を行うことにより、仕上げ圧延開
始までの待機時間を削減することができ、生産能率が向
上するという効果もある。急冷は、スプレーノズルで冷
却水を噴射する方法等が好適であり仕上げ圧延機の入側
に設置し、エッジ部のみを冷却可能としたエッジ冷却装
置により行うのが好ましい。

【００２６】上記した方法で製造された熱延板では、耳
割れの発生による切り捨て量が少なく製品歩留りが顕著
に向上する。上記した方法で製造された熱延板は、通
常、その後に一回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間
圧延を施され、ついで脱炭焼鈍を施されたのち、表面に
焼鈍分離剤を塗布されてから最終仕上焼鈍を施され方向
性電磁鋼板とされる。

【００２７】

【実施例】方向性電磁鋼スラブ（厚さ220mm ）を連続鋳
造法により製造した。このスラブを、ガス燃焼炉で1180
℃、更に誘導加熱炉で加熱した後、熱間粗圧延で厚さ40
mmのシートバーとし、引き続いて、熱間仕上圧延を行い
2.6mm の熱延板とした。この際、各シートバーを仕上圧
延機入り側で空冷あるいはエッジ部のみをスプレーノズ
ルで水冷し、仕上圧延機入側でのシートバーエッジ部の
温度（側面）を変化させ、直ちに仕上圧延を行い熱延板
としコイル状に巻き取った。なお、エッジ部の水冷はシ
ートバー先端部から長さ方向に約１／４までの領域とし
た。なお、仕上圧延前に、エッジ部温度の調整を行わな
い場合を従来例とした。

【００２８】これらの熱延板コイルについて、耳割れ発
生状況を観察し各熱延板コイルの耳割れ最大深さ、およ
び切り捨て長さを求め、切り捨て量（％）を算出した。
本発明例では、耳割れ最大深さは10mm以下と耳割れが低
減し、切り捨てロスは1.0 ％が0.6 ％となり従来例に比
べ歩留りが向上した。

【００２９】

【発明の効果】以上から明らかなように、本発明によれ
ば、方向性電磁鋼板を製造するに際して、特に熱間圧延
工程での熱延板の幅方向端部（エッジ部）に発生する耳
割れを効果的に低減することが可能となり、これにより
耳割れに起因する端部切り捨て量を低減でき、製品歩留
りを飛躍的に向上させることができるという産業上格段
の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱間仕上圧延の入側におけるエッジ部（側面）
温度を示すグラフである。

【図２】γ相相当組織の面積率におよぼす急冷直前の素
材温度の影響を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｃ２２Ｃ 38/02 Ｃ２２Ｃ 38/02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Si:2.5〜5.5 mass％を含有する方向性電
   磁鋼スラブを、加熱炉で加熱してから粗圧延を行いシー
   トバーとし、ついで該シートバーに仕上圧延を施し熱延
   板とする方向性電磁鋼熱延鋼板の製造方法において、前
   記仕上圧延を行うに際し、前記シートバーの先端部から
   長さ方向に所定の位置までの両エッジ部のみを急冷し10
   80℃以下の温度としたのち、直ちに水平圧下を行うこと
   を特徴とする耳割れの少ない方向性電磁鋼熱延鋼板の製
   造方法。