JP2006501361A - 無方向性電磁鋼ストリップの連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2002年5月8日に出願された米国特許仮出願第60/378,743号(この仮出願は、参照により、その全体が本明細書に援用される)の優先権を主張するものである。
無方向性電磁鋼は、種々の電気機器および装置、特に、ストリップのあらゆる方向において低鉄損および高透磁率が所望されるモーターにおける磁気コア材料として広く使用されている。本発明は、低鉄損および高透磁率を有する無方向性電磁鋼の製造方法に関し、この方法では、鋼溶融体を薄板ストリップとして鋳造し、冷却、熱間圧延および/または冷間圧延して完成品ストリップにすることにより、鋼溶融体から鋼を製造する。完成品ストリップを、さらに少なくとも1回の焼きなまし処理に供し、このとき、磁気特性が発現され、本発明の鋼ストリップが、モーターまたは変圧器などの電気機器類における使用に好適なものとなる。
本発明は、薄板鋳造ストリップから無方向性電磁鋼を製造するための方法を開示する。
i. ケイ素:約6.5%まで
ii. アルミニウム:約3%まで
iii.クロム:約5%まで
iv. マンガン:約3%まで
v. 炭素:約0.05%まで
i. ケイ素:約1%〜約3.5%、
ii. アルミニウム:約0.5%まで、
iii. クロム:約0.1%〜約3%、
iv. マンガン:約0.1%〜約1%、
v. 炭素:約0.01%まで、
vi. 硫黄:約0.01%まで、
vii. セレン:約0.01%まで、および
viii.窒素:約0.005%まで
i. ケイ素:約1.5%〜約3%、
ii. アルミニウム:約0.05%まで、
iii. クロム:約0.15%〜約2%、
iv. マンガン:約0.1%〜約0.35%、
v. 炭素:約0.005%まで、
vi. 硫黄:約0.005%まで、
vii. セレン:約0.007%まで、および
viii.窒素:約0.002%まで
前述の用語に包含される範囲を含めた明細書および特許請求の範囲の明白で一貫性のある理解を提供するため、以下の定義を提供する。
式中、ρは、鋼の体積抵抗率(μΩ−cm)であり、%Mn、%Si、%Al、%Crおよび%Pは、それぞれ、マンガン、ケイ素、アルミニウム、クロムおよびリンの鋼中の重量百分率である。
(II) T20wt%γ,℃=787.8−4407(%C)−151.6(%Mn)+564.7(%P)+155.9(%Si)+439.8(%Al)−50.7(%Cr)−68.8(%N)−53.2(%Cu)−139(%Ni)+88.3(%Mo)
(IV) ε=K1W
で計算することができる。
表Iに示す組成を有するヒート(Heat)AおよびBを融解し、約0.10インチ(約2.5mm)の厚さを有するストリップに鋳造し、図2に例示したようにして加工した。溶融体Aから製造した約0.10インチ(約2.5mm)の厚さを有する鋳造ストリップ、ならびにヒートBから製造した約0.10インチ(約2.5mm)、約0.060インチ(約1.5mm)および約0.045インチ(約1.15mm)の厚さを有する鋳造ストリップに、約30%〜約65%の熱延加工を施して厚さを0.040インチ(約1mm)未満にした。熱延加工は、直径約9.5インチ(約24mm)のワークロールを約32RPMの回転速度で用い、等式IIで規定されるT20未満の温度でロール間に1回通して行なった。熱間圧延鋳造ストリップをデスケールし、剪断して試験用サンプルにし、バッチ型焼きなましにて、約1550°F(約843℃)で、約60分間の均熱時間(soak time)、約75°F(約25℃)の露点の80%窒素/20%水素の雰囲気中で仕上げ焼きなましを施すか、あるいはまた、熱間圧延鋳造ストリップをデスケールし、1回冷間圧延ロールに通して約7%〜約23%の冷延加工を施し、剪断して試験用サンプルにし、バッチ型焼きなましにて、約1550°F(約843℃)で、約60分間の均熱時間、約75°F(約25℃)の露点の80%窒素/20%水素の雰囲気中で仕上げ焼きなましを施した。仕上げ焼きなまし後、表IIに示すように、磁気特性を、ストリップの圧延方向と平行な方向および直交する方向の両方で測定した。
実施例1の溶融体AおよびBを、鋳造ストリップを図3に例示したようにして加工する本発明の方法の別の実施形態で加工した。表Iに示すように、溶融体AおよびBの組成は、等式Iから算出されるが、当該技術水準の中間無方向性ケイ素電磁鋼の代表的な体積抵抗率(ρ)をもたらすものである。本発明の好ましい方法にしたがって、凝固鋳造ストリップを約1000°F(約540℃)未満の温度までの急速二次冷却に供した。冷却した凝固鋳造ストリップを冷間圧延し、厚さを約0.018インチ(約0.45mm)とした。冷間圧延後、バッチ型焼きなましにて、約1550°F(約843℃)の温度で、約60分間の均熱時間、約75°F(約25℃)の露点の80%窒素/20%水素の雰囲気中で、ストリップに仕上げ焼きなましを施すか、または、約1450°F(約790℃)もしくは約1850°F(約1010℃)のいずれかの温度で、約60秒未満の均熱時間、約95°F(約35℃)の露点の75%窒素/25%水素の雰囲気中で、連続ストリップ焼きなましとして仕上げ焼きなましを施し、剪断して試験用サンプルにし、続いて約1550°F(約843℃)でバッチ型焼きなましを施した。バッチ型焼きなまし後、磁気特性を、ストリップの圧延方向と平行な方向および直交する方向の両方で測定した。
表Iに溶融体Cを、約0.8インチ(約2.0mm)または約0.10インチ(約2.5mm)のいずれかの厚さを有する薄板ストリップに鋳造し、図4に例示したようにして加工した。表Iに示すように、溶融体Cの組成は、約37μΩ−cmの体積抵抗率をもたらし、溶融体Cの鋼を、当該技術水準の中間無方向性ケイ素電磁鋼の代表的なものとした。さらに、溶融体Cによる凝固鋳造ストリップを、本発明の好ましい方法にしたがって約1000°F(約540℃)未満のストリップ温度までの急速二次冷却に供した。冷却した凝固鋳造ストリップを、非酸化性雰囲気中で約1750°F(約950℃)または約2100°F(約1150℃)の温度まで再加熱した後、この鋳造ストリップを熱間圧延した。熱間圧延は、直径9.5インチ(約24mm)のワークロールを約32RPMの回転速度で用い、等式IIで規定されるT20wt%γ未満の温度でロール間に1回通して行なった。等式IXを用いて計算した具体的な温度、圧延加工および圧延ひずみ計算値を表IVにまとめる。熱間圧延ストリップを酸洗し、その後、冷間圧延して厚さを約0.018インチ(約0.45mm)とするか、空気中で約1分未満の時間約1900°F(約1035℃)で焼きなましを施し、酸洗した後、冷間圧延した。冷間圧延後、約1450°F(約790℃)のいずれかの温度で、約60秒未満の均熱時間、約95°F(約35℃)の露点の75%窒素/25%水素の雰囲気中で、連続ストリップ焼きなましにてストリップに焼きなましを施し、剪断して試験用サンプルにし、約1550°F(約843℃)でバッチ型焼きなましを施し、表IVに示す磁気特性を、ストリップの圧延方向と平行な方向および直交する方向の両方で測定した。
表Iの溶融体Dを融解し、鋳造ストリップを、図3に例示するように加工して実施例2の手順にしたがって加工した。表Iに示すように、溶融体Dの組成は、当該技術水準の無方向性高ケイ素電磁鋼に代表的な体積抵抗率(ρ)をもたらすものである。
表Iの溶融体Eを融解し、鋳造ストリップを、図4に例示するようにして実施例3の手順にしたがって加工した。表Iに示すように、本発明の好ましい方法と具現した溶融体Eの組成は、当該技術水準の無方向性高ケイ素電磁鋼に代表的な体積抵抗率(ρ)をもたらすものである。
本発明を、その詳細な説明とともに説明したが、前述の説明および実施例は、例示することを意図とするものであって、添付の特許請求の範囲により規定される本発明の範囲を限定することを意図とするものではない。他の態様、利点および変形例は、添付の特許請求の範囲内のものである。
Claims (38)
- a)重量%で、
約6.5%までのケイ素、
約5%までのクロム、
約0.05%までの炭素、
約3%までのアルミニウム、
約3%までのマンガン、および
残部の本質的に鉄および残余元素
を含有する組成を有する無方向性電磁鋼溶融体を調製する工程、
b)前記鋼溶融体の急速凝固により、鋼ストリップをストリップに鋳造し、かつ鋳放し粒組織を発達させる工程、ならびに
c)前記ストリップを圧延する工程であって、前記鋳造ストリップ厚さを減少させ、かつ鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑える前記工程
を含む、無方向性電磁鋼の製造方法。 - 前記圧延が少なくとも1回の熱間圧延であり、熱間圧延の際に前記ストリップ厚さが約5%より多く、約90%未満減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延が少なくとも1回の熱間圧延であり、熱間圧延の際に前記ストリップ厚さが約10%より多く、約60%未満減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延が少なくとも1回の冷間圧延であり、冷間圧延の際に前記ストリップ厚さが約5%より多く、約90%未満減少する、請求項1に記載の方法。
- 前記圧延が少なくとも1回の熱間圧延および少なくとも1回の冷間圧延である、請求項1に記載の方法。
- 前記鋼が約10mm未満の厚さを有するストリップに鋳造される、請求項1に記載の方法。
- 前記鋼が約4mm未満の厚さを有するストリップに鋳造される、請求項1に記載の方法。
- 前記ストリップは、前記ストリップ厚さの約25%未満が再結晶される、請求項1に記載の方法。
- 前記ストリップは、前記ストリップ厚さの約15%未満が再結晶される、請求項1に記載の方法。
- 前記無方向性電磁鋼溶融体が、重量%で、
約1%〜約3.5%のケイ素、
約0.1%〜約3%のクロム、
約0.01%までの炭素、
約0.5%までのアルミニウム、
約0.1%〜約1%のマンガン、
約0.01%までの硫黄、セレンおよびこれらの混合物からなる群より選択される金属、
約0.005%までの窒素、ならびに
実質的に鉄および残余元素である残部
を含有する、請求項1に記載の方法。 - 前記無方向性電磁鋼溶融体が、重量%で、
約1.5%〜約3%のケイ素、
約0.15%〜約2%のクロム、
約0.005%までの炭素、
約0.05%までのアルミニウム、
約0.1%〜約0.35%マンガン、
約0.002%までの窒素、および
実質的に鉄および残余元素である残部
を含有する、請求項1に記載の方法。 - 前記無方向性電磁鋼溶融体が、重量%で、約1%までのアンチモン、ヒ素、ビスマス、銅、モリブデン、ニッケル、ニオブ、セレン、硫黄、スズ、チタン、バナジウムおよびこれらの混合物からなる群より選択される他の元素を含有する、請求項1に記載の方法。
- 前記無方向性電磁鋼溶融体が、重量%で、
約0.005%までの硫黄、
約0.007%までのセレン、
約0.15%までのスズ、
約0.005%までのチタン、
約0.005%までのニオブ、
約0.005%までのバナジウム、
およびこれらの混合物
からなる群より選択される1種以上の元素を含有する、請求項1に記載の方法。 - 前記ストリップが、近接した間隔で水平に配置され、反対方向に回転する2つのロール間で鋳造される、請求項1に記載の方法。
- a)重量%で、
約6.5%までのケイ素、
約5%までのクロム、
約0.05%までの炭素、
約3%までのアルミニウム、
約3%までのマンガン、および
残部の実質的に鉄および残余元素
を含有する組成を有する無方向性電磁鋼溶融体を調製する工程、
b)前記鋼溶融体の急速凝固により、鋼ストリップを約10mm未満の厚さを有する薄板ストリップに鋳造し、かつ鋳放し粒組織を発達させる工程、
c)前記薄板ストリップを、約2500°F(約1370℃)の温度から約1700°F(約925℃)未満まで、約20°F/秒(約10℃/秒)より速い速度で急速冷却する工程、ならびに
d)前記薄板ストリップを圧延する工程であって、前記ストリップ厚さを減少させ、かつ再結晶が最小限に抑えられた鋳放し粒組織をもたらす前記工程
を含む、無方向性電磁鋼の製造方法。 - 前記薄板ストリップの急速冷却が、約2280°F(1250℃)から約1650°F(約900℃)まで、約45°F/秒(約25℃/秒)より速い速度である、請求項15に記載の方法。
- 前記薄板ストリップの急速冷却速度が、約90°F/秒(約50℃/秒)より速い速度である、請求項16に記載の方法。
- 前記薄板ストリップの急速冷却速度が、約120°F/秒(約65℃/秒)より速い速度である、請求項17に記載の方法。
- 前記薄板ストリップを約1475°F(約800℃)未満の温度でコイル状にするさらなる工程を含む、請求項15に記載の方法。
- a)重量%で、
約6.5%までのケイ素、
約5%までのクロム、
約0.05%までの炭素、
約3%までのアルミニウム、
約3%までのマンガン、および
実質的に鉄および残余元素である残部
を含有する組成を有する無方向性電磁鋼溶融体を調製する工程、
b)前記鋼溶融体の急速凝固により、鋼ストリップを約10mm未満の厚さを有するストリップに鋳造し、かつ鋳放し粒組織を発達させる工程、
c)前記薄板ストリップを急速冷却する工程であって、約125〜約450リットル/分/m2の水噴射密度を用いて前記鋳放し粒組織を保持する前記工程、ならびに
d)前記ストリップを圧延する工程であって、前記ストリップ厚さを減少させ、かつ鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑える前記工程
を含む、無方向性電磁鋼の製造方法。 - 前記急速冷却ストリップが約1250°F(約680℃)未満の温度でコイル状にされる、請求項20に記載の方法。
- 前記鋳鋼ストリップの厚さが約4mm未満である、請求項20に記載の方法。
- 前記鋳鋼ストリップの厚さが約0.7mm〜約2mmである、請求項20に記載の方法。
- 前記薄板ストリップを約1475°F(約800℃)未満の温度でコイル状にするさらなる工程を含む、請求項20に記載の方法。
- 等式:
T20wt%γ,℃=787.8−(4407)%C−(151.6)%Mn+(564.7)%P+(155.9)%Si+(439.8)%Al−(50.7)%Cr−(68.8)%N−(53.2)%Cu−(139)%Ni+(88.3)%Mo
を用いて熱間圧延温度を制限することによりオーステナイトを制御する、ストリップ鋳造無方向性電磁鋼ストリップを熱間圧延する方法。 - 等式:
T20wt%γ,℃=787.8−(4407)%C−(151.6)%Mn+(564.7)%P+(155.9)%Si+(439.8)%Al−(50.7)%Cr−(68.8)%N−(53.2)%Cu−(139)%Ni+(88.3)%Mo
を用いて焼きなまし温度を制限することによりオーステナイトを制御する、ストリップ鋳造無方向性電磁鋼ストリップを熱間圧延する方法。 - 前記鋳鋼ストリップに断熱被覆を施す工程をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記鋳鋼ストリップをデスケールする工程をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記鋳鋼ストリップを酸洗する工程をさらに含む、請求項20に記載の方法。
- 前記鋳鋼ストリップを、約1300°Fより高く約1475°F未満(約705℃より高く約800℃未満)の範囲の温度で鋳造した後、コイル状にする、請求項20に記載の方法。
- a)重量%で、
約6.5%までのケイ素、
約5%までのクロム、
約0.05%までの炭素、
約3%までのアルミニウム、
約3%までのマンガン、および
残部の実質的に鉄および残余元素
を含有する組成を有する無方向性電磁鋼溶融体を調製する工程、
b)約10mm未満の厚さを有するストリップ中に約20%未満のレベルにオーステナイトを制御する前記鋼溶融体の急速凝固により、鋼ストリップを鋳造し、かつ鋳放し粒組織を発達させる工程、ならびに
c)前記ストリップを圧延する工程であって、前記ストリップ厚さを減少させ、かつ鋳放し粒組織を最小限に抑える前記工程
を含む、無方向性電磁鋼の製造方法。 - a)重量%で、
約6.5%までのケイ素、
約5%までのクロム、
約0.05%までの炭素、
約3%までのアルミニウム、
約3%までのマンガン、および
実質的に鉄および残余元素である残部
を含有する組成を有する無方向性電磁鋼溶融体を調製する工程、
b)前記鋼溶融体の急速凝固により、鋼ストリップを約10mm未満の厚さを有するストリップに鋳造し、かつ鋳放し粒組織を発達させる工程、ならびに
c)前記ストリップを熱間圧延する工程であって、前記ストリップ厚さを減少させ、鋳放し粒組織を最小限に抑え、かつ等式:
T20wt%γ,℃=787.8−(4407)%C−(151.6)%Mn+(564.7)%P+(155.9)%Si+(439.8)%Al−(50.7)%Cr−(68.8)%N−(53.2)%Cu−(139)%Ni+(88.3)%Mo
を用いて熱間圧延中に温度を制限することによりオーステナイトの量を制御する前記工程
を含む、無方向性電磁鋼ストリップの製造方法。 - 前記鋼が、約25%未満の再結晶を有する、請求項33に記載の方法。
- 前記連続鋳造無方向性電磁鋼ストリップの再結晶が、
a)急速二次冷却を施し、前記組成が完全なフェライトでない相への変化を抑制すること、
b)熱間圧延を、等式IIで得られる温度未満の温度に制限すること、および
c)前記鋳造ストリップを熱間圧延工程に供する際、前記熱間圧延を、等式IXを用いて約1000未満のひずみに制限すること、
からなる群より選択される1つ以上の方法を用いて制御する、請求項34に記載の方法。 - (d)前記ストリップに仕上げ焼きなましを施す工程をさらに含む、請求項34に記載の方法。
- 前記連続鋳造無方向性電磁鋼ストリップの再結晶が、
a)急速二次冷却を施し、前記組成が完全なフェライトでない相への変化を抑制すること、
b)熱間圧延を、等式IIで得られる温度未満の温度に制限すること、
c)焼きなましを、等式IIで得られる温度未満の温度に制限すること、および
d)前記鋳造ストリップを熱間圧延工程に供する際、前記熱間圧延を、等式IXを用いて約1000未満のひずみに制限すること、
からなる群より選択される1つ以上の方法を用いて制御される、請求項36に記載の方法。 - a)等式Iの完全なフェライト鋼の化学的性質を用いること、
b)急速二次冷却を施し、組成が完全なフェライトでない相への変化を抑制すること、
c)熱間圧延を、等式IIで得られる温度未満の温度に制限すること、
d)ホットバンド焼きなましを、等式IIで得られる温度未満の温度に制限すること、
e)前記鋳造ストリップを熱間圧延工程に供する際、前記熱間圧延を、等式IXを用いる約1000未満のひずみに制限すること、および
f)前記ストリップを、前記ストリップ厚さの約15%未満が再結晶するように制限すること
から本質的になる群より選択される1つ以上の方法を用いてオーステナイトの量を制限する、請求項20に記載の方法。
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