JP2006274343A

JP2006274343A - 方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具

Info

Publication number: JP2006274343A
Application number: JP2005094685A
Authority: JP
Inventors: Yasunari Koga; 泰成古賀
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: JP4609149B2

Abstract

【課題】板厚が薄い方向性電磁鋼板コイルを最終仕上焼鈍する場合に生じるコイル内巻鋼板の中央部空間側への倒れ込みやバックリングの発生を抑制可能な方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具を提供する。
【解決手段】方向性電磁鋼板を素材にしたコイル４を、ボックス焼鈍炉内の台上にコイル軸を鉛直に載置し、最終仕上焼鈍する際に用いる冶具である。具体的には、前記コイル軸を鉛直に載置したコイルの中央部空間に挿入される帯状の金属製リング１と、該金属製リングをコイルの上端側に懸架する懸架部材２とを備えている。なお、前記懸架部材２は、前記金属製リングに連接した環状のフランジ、半環状のつば、又は該金属製リングとは別体の吊り具のいずれでも良い。
【選択図】図２

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具に係わり、詳しくは、該最終仕上焼鈍工程で発生する不具合を解消するのに有効な技術に関する。

方向性電磁鋼板は、主として変圧器等の鉄心材料等に用いられるが、その磁気特性が良好であることが要求される。鉄心として使用される場合、特にそのエネルギー損失、すなわち鉄損が低いことが重要である。この鉄損を低減する手段には、（１）鋼板の結晶方位を｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積させる、（２）Ｓｉを含有させて鋼板の電気抵抗を増加させることで渦流損を低減する、（３）磁壁移動の妨げとなる不純物を低減する、（４）鋼板の板厚を薄くする等の方法がある。ここで、前記のように結晶方位を高度に集積させるために、方向性電磁鋼板の製造では、最終仕上圧延後に９００〜１２００℃程度の高温で最終仕上焼鈍が施される。

この最終仕上焼鈍は、一般に、仕上圧延後の鋼板（鋼帯）をコイル状に巻き取った状態とし、その巻取り軸を鉛直方向として（アップエンドとも称される）所謂「ボックス焼鈍炉」（箱型焼鈍炉ともいう）の炉内台上に載置して施される。また、最近は方向性電磁鋼板の板厚を薄くする要求があるが、それに答えるべく、特に板厚を０．２５ｍｍ未満と薄くすると、コイル状に巻き取った鋼帯の一端はコイルの内巻側に形成される中央部空間内で開放されているゆえに、鋼板に歪が生じたり、図３に示すように、焼鈍中にコイル４の中央部空間７において、鋼帯端部の内側への倒れ込み５、図４に示すような腰折れ６（バックリング）が生じたりするという問題が起こってしまう。

これらの問題については、従来より、コイル４の中央部空間７に鋼製のスリーブを挿入して、最終仕上焼鈍を施す方法（例えば、特許文献１参照）、最終の内巻として所定成分の軟鋼板を厚さ５０ｍｍ以上にわたって巻き込む方法（例えば、特許文献２参照）、最終冷間圧延時に発生する未圧延部を巻き込む方法（例えば、特許文献３参照）、内巻鋼板の巻取り張力を低減する方法（例えば、特許文献４参照）等の対策が開示されている。

しかしながら、特許文献１のように、スリーブを用いると、スリーブのコイルの中央部空間への挿入、抜き出しやコイル自体の運搬が煩雑になると共に、高温焼鈍では、スリーブが変形してコイルから抜き出せなくなったり、抜き出し時に内巻鋼板をかえって変形させてしまったりする場合があった。また、特許文献２記載の方法では、仕上圧延終了後にテンションリールを用いてコイル状に巻取る際に予め別種の鋼材を用意する必要があるので、製造ラインでの連続的な鋼帯生産の支障となる。さらに、特許文献３のように未圧延部を残存させる場合には、冷間圧延後で仕上焼鈍前に行われる脱炭焼鈍時において製造ライン上を通板させるのに支障になるという問題があった。なお、これら特許文献２及び３記載の方法のように、内巻きとして別種の材料を巻き込む場合、その分だけ、製品の重量が減少するので、生産性が低下してしまう。加えて、特許文献４記載の方法のように、内巻鋼板にかかる張力を低減すると、確かにバックリングは防止できるが、内巻鋼板の中央部空間への倒れ込みが生じ易く、それによる変形が生じる場合があった。
特開昭６０−１４１８２８号公報特開昭６１−１２４５２８号公報特開昭６１−１２４５２９号公報特開平４−１３１３２５号公報

本発明は、かかる事情に鑑み、板厚が薄い方向性電磁鋼板コイルを最終仕上焼鈍する場合に生じるコイルの内巻鋼板の中央部空間側への倒れ込みやバックリングの発生を抑制可能な方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具を提供することを目的としている。

発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。

すなわち、本発明は、方向性電磁鋼板用の素材をコイルとし、該コイルをボックス焼鈍炉内の台上にコイル軸を鉛直に載置し、最終仕上焼鈍する際に用いる冶具であって、前記コイル軸を鉛直に載置したコイルの中央部空間に挿入される帯状の金属製リングと、該金属製リングをコイルの上端側に懸架する懸架部材とを備えたことを特徴とする方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具である。この場合、前記懸架部材が、前記金属製リングに連接した環状のフランジ、半環状のつば、又は該金属製リングとは別体の吊り具であることが好ましい。また、前記金属製リング外径と前記コイルの中央部空間径との差が３〜８ｍｍで、該金属製リングの素材の熱膨張率をコイルを形成する方向性電磁鋼板素材の熱膨張率よりも大きくしてなるのが良い。

本発明によれば、金属製リングが焼鈍中に膨張し、コイルの内巻鋼板と接触してその部分を押さえるようになるので、板厚が薄い方向性電磁鋼板コイルであっても、最終仕上焼鈍する場合に生じるコイル内巻鋼板の中央部空間側への倒れ込みやバックリングの発生が抑制されるようになる。その結果、方向性電磁鋼板の製造歩留りが従来より向上した。

まず、発明者らは、最終仕上焼鈍後に内巻側の数層に変形が認められたコイルの複数個について実態把握調査をしたところ、その変形は、アップエンドに載置したコイルの上部を起点として生じていることを突き止めた。すなわち、このような変形の程度が異なる複数個のコイルでは、従来は内巻き鋼板の巻取り張力が高いような場合に見られたようなバックリングのみが発生するのとは異なり、上部から変形が拡がってきていることが明らかになった。

そこで、アップエンド状態にあるコイルの上部だけを拘束すれば、コイル内巻側の上部を起点として、鋼板の内側に倒れ込むような状態になる変形を抑制することができると考え、図１（ａ）に示すように、コイル４の中央部空間径とほぼ同一の外径を有する金属製リング１を鋼材で作製し、これを図２に示すごとくコイル４の中央部空間７に装着して、１２００℃の最終仕上焼鈍を施す実験を行った。つまり、帯状の金属製リング１と、該金属製リング１をコイル４の上端側に懸架する懸架部材２（この場合、環状のフランジ）とを備えた方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具３（以下、単に冶具という）を開発したのである。ここで、金属製リング１の挿入深さは、着脱時にコイルに変形を与えないために、コイルの軸方向長さ（板幅）の１／５以下程度とすることが好ましく、１０〜２００ｍｍとするのが良い。１０ｍｍ未満では内巻鋼板の倒れこみを十分に防止できないし、２００ｍｍ超えでは、接触部分が大き過ぎて、コイルに変形が生じることがあるからである。なお、挿入深さとは、金属製リング１の鉛直方向長さを意味する。

このような冶具の使用で、倒れ込みによる変形を防止することができるようになった。しかしながら、コイル４の内巻き側には、従来技術である前述のスリーブと同様に、金属製リング１が密着しているため、焼鈍終了後に該リング１をコイル４から抜き出す時に、少なからず歪が生じてしまうこともあった。

そこで、発明者らは、前記冶具３のさらなる改良を試みた。すなわち、最終仕上焼鈍前の常温で金属製リング１をコイル４に装着する際の状態を基準にして、コイル４の中央部空間径と金属製リングの外径（コイルと接する部分）との差を３〜８ｍｍとし、かつその金属製リング１の素材の熱膨張率をコイル素材の熱膨張率より大きくするようにした。なお、金属製リング１の形状は、図１（ａ）に示したフランジ付と同じ形状のものを用いた。その結果、コイル内巻側よりの数層において、仕上焼鈍時の変形が防止され、また金属リング１の着脱時の変形も防止されることがわかった。

ここで、コイルの中央部空間径と金属製リングの外径（コイルと接する部分）との差を３〜８ｍｍとしたのは、差が３ｍｍ未満ではコイル４の中央部空間７へのリング挿入作業が円滑、且つ迅速に行えないし、８ｍｍ超えではコイル４とリングとの間隙が大き過ぎて、焼鈍中にリングとコイル内巻鋼板との接触が生じないことがあるから、これらの現象が起きるのを回避するためである。また、金属製リングの素材の熱膨張率をコイル素材の熱膨張率より大きくするようにしたのは、焼鈍中に金属製リング１が熱膨張して、コイル４の内巻き鋼板に接触するようにするためである。

また、金属製リング１をコイル４の上端に懸架する懸架部材２としては、図１（ａ）に示すようなコイル内径に沿った方向に環状のフランジが有効である。図１（ａ）のように全周にフランジを備えた形状とすると、懸架部材２の剛性が高まって金属製リング１の板厚を薄くすることができ、冶具３全体を軽量とできるので、ハンドリングの際に有利である。また、完全な環状でなくても、図１（ｂ）に示すように、前記環状のフランジの一部が欠けた形状（半環状フランジという）のものでも良い。さらに、冶具３の形状が図１（ｃ）のようなコイル内巻鋼板に沿った単純円環状のもの（つまり、金属製リングだけ）である場合には、該金属リング１と別体の吊り具（図示していないが、例えば、針金を折り曲げ加工した程度の吊り具）とするのが良い。

加えて、金属製リング１の厚みは、鋼製のリングであれば、１ｍｍ以上とすることが好ましいが、要は高温時にコイル内巻側鋼板の自重により倒れ込みに堪えうるような剛性が与えられたものであればよく、素材に応じて適宜板厚を調整すれば良い。

そのような金属製リング１の材質としては、本発明では特に限定しないが、前記したように、コイル素材の熱膨張率（熱膨張係数）より高いものを用いることが重要である。例えば、耐熱性と高い熱膨張率を兼ね備えるという点から鉄鋼材料から適宜選択することが好ましい。方向性電磁鋼板、すなわちＳｉ含有量が３質量％程度の鋼の熱膨張係数は約１３×１０^-6（Ｋ^-1）であるが、例えば、ＳＵＳ３０４（熱膨張係数：１７．３×１０^-6（Ｋ^-1））等のオーステナイト系ステンレス鋼が、その熱膨張率の高さから、好ましく用いることができる。

方向性電磁鋼板の製造においては、最終仕上焼鈍より前の工程は、公知の化学組成となるスラブを熱間圧延し、公知の方法で冷間圧延、脱炭焼鈍等を行った後、適宜ＭｇＯ等の焼鈍分離剤を塗布したのち、コイル状に巻き取ったものが、本発明で対象となる方向性電磁鋼板コイルとなる。そこで、本発明に係る上記の冶具３は、このコイル４をバッチ式の焼鈍炉に装入して９００〜１２００℃程度に加熱して二次再結晶を目的とした最終仕上焼鈍を行う前にコイル４に装着する。そして、最終仕上焼鈍の終了後は、該冶具３をコイル４から常温で取り外し、その後、平坦化を目的とした焼鈍や絶縁コーティングの塗布焼付を適宜行うことになる。常温で取り外すと、金属製リング１は、熱膨張が消失して装着前の状態に戻っているので、作業上のトラブルは生じない。

熱間圧延、冷間圧延を経て０．２３ｍｍの最終板厚としたＳｉ：３質量％の方向性電磁鋼板用素材を脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してコイル状に巻き取った。このときのコイルの中央部空間径は５００ｍｍφであった。このコイルを最終仕上焼鈍炉の入側において、コイル置台にアップエンドの状態で載置した。そのコイルの中央部空間の上部より、図１（ａ）に示した形状と同様なＳＵＳ３０４製（金属製）リング１を備えた冶具３を、図２に示すごとく装着した。該リング１の外径は４９５ｍｍφとし、リング１の厚みは２ｍｍ、コイル４への挿入深さ（リングの帯幅）は５０ｍｍ、懸架部材２の環状フランジの外径は６００ｍｍとした。

一方、比較例として、金属製リング１を装着していないコイル４も同様にコイル置台に載置した。そして、これら双方の状態としたコイルの複数個について、最終仕上焼鈍炉（箱型焼鈍炉）に装入し、水素雰囲気中で１２００℃×５０時間の最終仕上焼鈍に供した。

その結果、本発明に係る冶具３を装着したコイル４では、コイル４の中央部空間７への鋼帯端部の倒れこみが発生せず、バックリングも認められなかった。それに対し、該冶具３を装着しなかったコイル４は、約２０％に相当するコイルが鋼帯端部の倒れこみを発生し、約５％に相当するコイルにもバックリングが認められた。

以上から、本発明の適用により、最終仕上焼鈍において問題となっていたコイルの中央部空間への内巻鋼板端部の倒れこみやバックリングによる欠陥を効果的に防止できることがわかった。

本発明に係る方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具のうち、環状フランジ状の懸架部材を備えたものを示す斜視図である。本発明に係る方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具のうち、半環状フランジ状の懸架部材を備えたものを示す斜視図である。本発明に係る方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具のうち、金属製リングだけで、懸架は別体の吊具を示す斜視図である。本発明に係る方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具をコイルに装着した一例を示す模式図である。コイル中央部空間への内巻鋼板の倒れこみを示す斜視図である。コイルの内巻鋼板に生じる腰折れ（バックリング）を示す斜視図である。

符号の説明

１金属製リング
２懸架部材
３冶具
４コイル
５鋼板の倒れこみ
６鋼板の腰折れ（バックリング）
７コイルの中央部空間

Claims

方向性電磁鋼板用の素材をコイルとし、該コイルをボックス焼鈍炉内の台上にコイル軸を鉛直に載置し、最終仕上焼鈍する際に用いる冶具であって、
前記コイル軸を鉛直に載置したコイルの中央部空間に挿入される帯状の金属製リングと、該金属製リングをコイルの上端側に懸架する懸架部材とを備えたことを特徴とする方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具。
前記懸架部材が、前記金属製リングに連接した環状のフランジ、半環状のつば、又は該金属製リングとは別体の吊り具であることを特徴とする請求項１記載の方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具。
前記金属製リング外径と前記コイルの中央部空間径との差が３〜８ｍｍで、該金属製リングの素材の熱膨張率をコイルを形成する方向性電磁鋼板素材の熱膨張率よりも大きくしてなることを特徴とする請求項１又は２記載の方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具。