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Description
従来の加工法（厚板スラブ鋳造(thick slab casting)、スラブ再加熱、熱間圧延および熱延板焼鈍）による無方向性電磁鋼の確立された製造方法では、典型的には、合金添加元素（additions）であるケイ素、アルミニウム、マンガンおよびリン（これらに限定されない）を、好ましくは、完全なフェライト微細組織（その内部に、残留窒素は大きな介在物の形態で存在する）をもたらす組成で用いる。無方向性電磁鋼は、約６．５％までのケイ素、約３％までのアルミニウム、約０．０５％までの炭素（これは、磁気時効（magnetic aging）を防ぐため、加工の際に約０．００３％未満に低下させなければならない）、約０．０１％までの窒素、約０．０１％までの硫黄および残部の鉄を、製鋼法に付随する少量の不純物とともに含有し得る。一般に、モーター用積層鋼板(motor lamination steel)と呼ばれるものも含めた無方向性電磁鋼は、ケイ素、アルミニウム、および鋼の体積抵抗率を増加させる同様の元素などの添加元素の比率により区別される。約０．５％未満のケイ素および他の添加元素を含有して約２０μΩ−ｃｍの体積抵抗率がもたらされた鋼は、一般的にモーター用積層鋼板に分類することができ、約０．５〜約１．５％のケイ素または他の添加元素を含有して約２０μΩ−ｃｍ〜約３０μΩ−ｃｍの体積抵抗率がもたらされた鋼は、一般的に低ケイ素鋼に分類することができ、約１．５％〜約３．０％のケイ素または他の添加元素を含有して約３０μΩ−ｃｍ〜約４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率がもたらされた鋼は、一般的に中間(intermediate)ケイ素鋼に分類することができ、最後に、約３．５％より多いケイ素または他の添加元素を含有して約４５μΩ−ｃｍより大きい体積抵抗率がもたらされた鋼は、一般的に高ケイ素鋼に分類することができる。典型的には、これらの鋼は、アルミニウム添加元素も含有する。ケイ素およびアルミニウムは、フェライト相の安定性を大きく増大させ、それにより約２．５％より多い（ケイ素＋アルミニウム）を含有する鋼がフェライトになる、すなわち、加熱または冷却の際にオーステナイト／フェライト相変態が起こらない。かかる合金化添加元素は、体積抵抗率を増加させ、ＡＣ磁化の際の渦電流を抑制し、それにより鉄損が低下する。また、これらの添加元素により硬度が増大することにより、鋼の打ち抜き特性が改善される。逆に、合金含量が増加すると、特に大量のケイ素を用いた場合には、合金化のコスト増および脆性の増大により、鋼の製造がより困難になる。
一般的に、無方向性電磁鋼は、通常「セミプロセス」鋼または「フルプロセス」鋼と呼ばれる２つの形態で提供される。「セミプロセス」鋼は、適切な粒径および集合組織を発現させ、残留応力を除去するため、および必要であれば、老化を避けるための適度に低い炭素レベルを提供するため、使用前の製品に焼鈍を施さなければならないことになる。「フルプロセス」鋼は、ストリップを積層する前に磁気特性が完全に発現されている、すなわち、粒径および集合組織が確立されており、磁気時効を防止するために炭素含量が約０．００３％以下に低下されていることになる。このグレードのものは、残留応力を除去することが所望される場合を除き、積層物を製造した後に焼鈍は必要とされない。無方向性電磁鋼は、ストリップの圧延方向に対してあらゆる方向に均一な磁気特性が所望される、または方向性電磁鋼のコストが妥当でないモーターまたは発電機などの回転装置に主に使用される。
方向性電磁鋼が、二次粒子成長（または二次再結晶）として知られる方法により好ましい方位を発現させる（develop）ように加工されるものであることから、無方向性電磁鋼は方向性電磁鋼とは異なる。二次粒子成長は、ストリップの圧延方向に対して極めて方向性のある磁気特性を有する電磁鋼をもたらし、方向性電磁鋼を、変圧器用などの方向性が所望される用途に適したものとする。
市販の無方向性電磁鋼は、典型的には、冷間圧延モーター用積層鋼板（「ＣＲＭＬ」）および冷間圧延無方向性電磁鋼（「ＣＲＮＯ」）の２つの類型に細分される。ＣＲＭＬは、一般的に、非常に低い鉄損を要件とすることが、経済的に正当化するのが困難な用途に使用される。かかる用途では、典型的には、無方向性電磁鋼が、１．５Ｔおよび６０Ｈｚで測定したとき、約４Ｗ／＃（ワット／ポンド）（約８．８ワット／ｋｇ）の最大鉄損および約１５００Ｇ／Ｏｅ（ガウス／エルステッド）の最小透磁率を具備することが必要とされる。かかる用途では、使用される鋼ストリップは、典型的には、約０．０１８インチ（約０．４５ｍｍ）〜約０．０３０インチ（約０．７６ｍｍ）の公称厚さまで加工される。ＣＲＮＯは、一般的に、より良好な磁気特性が要求される、より厳しい要件の用途に使用される。かかる用途では、典型的には、無方向性電磁鋼が、１．５Ｔおよび６０Ｈｚで測定したとき、約２Ｗ／＃（約４．４ワット／ｋｇ）の最大鉄損および約２０００Ｇ／Ｏｅの最小透磁率を具備することが必要とされる。かかる用途では、鋼ストリップは、典型的には、約０．００８インチ（約０．２０ｍｍ）〜約０．０２５インチ（約０．６３ｍｍ）の公称厚さまで加工される。
得られた薄板鋳造ストリップは、熱間圧延（この場合、完成品鋼は、従来法で製造されるＣＲＭＬグレードの無方向性電磁鋼に典型的な磁気特性を有することになる）、または冷間圧延または任意選択で熱間圧延および冷間圧延（この場合、完成品鋼は、従来法で製造されるＣＲＭＬグレードまたはＣＲＮＯグレードの無方向性電磁鋼に匹敵する磁気特性を有することになる）により最終厚さに加工する。
クロムは、本発明の鋼中に、約５％まで、好ましくは約０．１％〜約３％、より好ましくは約０．１５％〜約２％の量で存在する。クロム添加元素は、体積抵抗率を増加させる機能を果たすが、所望の相バランスおよび微細組織特性を維持するためにその影響を検討しなければならない。
マンガンは、本発明の鋼中に、約３％まで、好ましくは約０．１％〜約１％、より好ましくは約０．１％〜約０．３５％の量で存在する。マンガン添加元素は、体積抵抗率を増加させる機能を果たすが、所望の相バランスおよび微細組織特性を維持するためにその影響を検討しなければならない。
本発明の方法の実施においては、鋳造用ロール表面から排出される無方向性電磁鋼の温度は、一般的に、約２５００°Ｆ（約１３７０℃）より高い。無方向性電磁鋼は、鋳造ストリップに、約２５００°Ｆ（約１３７０℃）の温度から約１７００°Ｆ（約９２５℃）未満の温度まで、１秒あたり約２０°Ｆ（１秒あたり約１０℃）より速い速度での二次冷却が施されるように加工してもよい。無方向性電磁鋼を冷却してもよく、この冷却凝固鋳造ストリップを、約１４７５°Ｆ（約８００℃）未満の温度でコイル状にしてもよい。冷却プロセスは、任意選択で、鋼ストリップの表面の酸化を低減または抑制するため、非酸化性の保護雰囲気中で行なってもよい。
凝固させた鋳造ストリップの熱間圧延は、いくつかの理由により好ましい場合がある。第１に、鋳造ストリップは、しばしばポロシティを有し、これは、所望のストリップ機械特性および磁気特性を得るためになくされなければならない。第２に、ストリップの直接鋳造には一般に表面加工(textured)鋳造ロールが用いられる。実際において、鋳造用ロールの表面粗さが鋳放しストリップの表面粗さに反映され、鋳造ストリップの表面を、積層鋼板を密な積層体として製造されなければならない磁気コアにおける使用に望ましくないものとする。当該技術分野では、炭素鋼およびステンレス鋼の両方について、薄板鋳造ストリップを熱間圧延すると、所望の表面特性を得ることができることが確立されている。本出願人らは、熱間圧延を適用すると、仕上げ焼鈍された無方向性電磁鋼の磁気特性がかなり損われることを確認した。しかしながら、本出願人らは、熱間圧延を使用できる本発明の方法を見出し、この方法では、鋳造ストリップを熱間圧延し、焼鈍を施し、任意選択で冷間圧延し、仕上げ焼鈍を施すと、優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼を得ることができる。さらに、本出願人らは、本発明の一実施形態において、鋳造ストリップを熱間圧延し、冷間圧延および仕上げ焼鈍を施すと、熱間圧延後に焼鈍工程を必要とせずに、優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼が提供されることができることを確認した。
鋳造ストリップを１回以上の熱間圧延工程に供する任意選択の方法では、厚さの減少は、少なくとも約１０％より多く約７５％未満であり、好ましくは約２０％より多く約７０％未満であり、より好ましくは約３０％より多く約６５％未満である。本発明の好ましい方法によれば、鋳造の急速冷却および二次冷却で確立されたフェライト相からオーステナイト相への変態が生じるのを回避するため、薄板鋳造ストリップを等式ＩＩのＴ２０ｗｔ％γ以下の温度で熱間圧延する。具体的な変形温度、具体的な圧下量および具体的な圧下速度を含む、熱間圧延工程の条件は、ストリップの冷間圧延または仕上げ焼鈍前のストリップの再結晶量を最小減に抑えるためにさらに特定される。本発明の方法では、無方向性電磁鋼は、ストリップ厚さの約２５％未満がこのように再結晶することが望ましい。本発明の方法の好ましい実施においては、ストリップ厚さの約１５％未満がこのように再結晶することが望ましい。本発明の方法のより好ましい実施においては、ストリップ厚さの約１０％未満がこのように再結晶することが望ましい。本発明の方法の最も好ましい実施においては、ストリップは実質的に再結晶しないことが望ましい。
Claims (35)
- ａ）質量％で、
６．５％までのケイ素、
５％までのクロム、
０．０５％までの炭素、
３％までのアルミニウム、
３％までのマンガンを含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からな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）前記鋼溶融体を急速凝固により、ストリップに鋳造すると共に鋳放し粒組織を発現させる工程、ならびに
ｃ）前記鋳造ストリップを圧延して、前記鋳造ストリップの厚さを減少させると共に鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑える工程
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鋳造ストリップの厚さが５％より多く、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鋳造ストリップの厚さが１０％より多く、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鋳造ストリップの厚さが５％より多く、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。
- 前記鋼溶融体が、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。
- 前記鋼溶融体が、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。
- 前記鋳造ストリップは、前記鋳造ストリップの厚さの２５％未満が再結晶化される、請求項１に記載の方法。
- 前記鋳造ストリップは、前記鋳造ストリップの厚さの１５％未満が再結晶化される、請求項１に記載の方法。
- 前記無方向性電磁鋼溶融体が、質量％で、
１％〜３．５％のケイ素、
０．１％〜３％のクロム、
０．０１％までの炭素、
０．５％までのアルミニウム、
０．１％〜１％のマンガン、
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、
０．００５％までの窒素を含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からなる組成を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記無方向性電磁鋼溶融体が、質量％で、
１．５％〜３％のケイ素、
０．１５％〜２％のクロム、
０．００５％までの炭素、
０．０５％までのアルミニウム、
０．１％〜０．３５％マンガン、
０．００２％までの窒素を含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からなる組成を有する、請求項１に記載の方法。 - 前記無方向性電磁鋼溶融体が、質量％で、
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、質量％で、
０．００５％までの硫黄、
０．００７％までのセレン、
０．１５％までのスズ、
０．００５％までのチタン、
０．００５％までのニオブ、および
０．００５％までのバナジウム
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。 - 前記鋳造ストリップが、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）質量％で、
６．５％までのケイ素、
５％までのクロム、
０．０５％までの炭素、
３％までのアルミニウム、
３％までのマンガンを含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からな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）前記鋼溶融体を急速凝固により、１０ｍｍ未満の厚さを有する薄板ストリップに鋳造すると共に鋳放し粒組織を発現させる工程、
ｃ）前記薄板ストリップを、２５００°Ｆ（１３７０℃）の温度から１７００°Ｆ（９２５℃）未満まで、２０°Ｆ／秒（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して、前記薄板ストリップの厚さを減少させると共に再結晶が最小限に抑えられた鋳放し粒組織を提供する工程
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、２２８０°Ｆ（１２５０℃）から１６５０°Ｆ（９００℃）まで、４５°Ｆ／秒（２５℃／秒）より速い速度で行われる、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、９０°Ｆ／秒（５０℃／秒）より速い速度で行われる、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、１２０°Ｆ／秒（６５℃／秒）より速い速度で行われる、請求項１７に記載の方法。
- 前記薄板ストリップを１４７５°Ｆ（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）質量％で、
６．５％までのケイ素、
５％までのクロム、
０．０５％までの炭素、
３％までのアルミニウム、
３％までのマンガンを含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からな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）前記鋼溶融体を急速凝固により、１０ｍｍ未満の厚さを有する薄板ストリップに鋳造すると共に鋳放し粒組織を発現させる工程、
ｃ）１２５〜４５０リットル／分／ｍ2の水噴射密度で前記薄板ストリップを急速冷却し、鋳放し粒組織を保持する前記工程、ならびに
ｄ）前記薄板ストリップを圧延して、前記薄板ストリップの厚さを減少させると共に鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑える工程
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１２５０°Ｆ（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０．７ｍｍ〜２ｍｍである、請求項２０に記載の方法。
- 前記薄板ストリップを１４７５°Ｆ（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。
- 前記鋳鋼ストリップに絶縁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、１３００°Ｆより高く１４７５°Ｆ未満（７０５℃より高く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）質量％で、
６．５％までのケイ素、
５％までのクロム、
０．０５％までの炭素、
３％までのアルミニウム、
３％までのマンガンを含有し、
残部鉄および不可避的不純物
からな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）前記鋼溶融体を、ストリップ中のオーステナイトの量を２０％未満に制御する急速凝固により、１０ｍｍ未満の厚さを有するストリップに鋳造すると共に鋳放し粒組織を発現させる工程、ならびに
ｃ）前記鋳造ストリップを圧延して、前記鋳造ストリップの厚さを減少させると共に鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑える工程
を含む、無方向性電磁鋼の製造方法。 - ａ）質量％で、
６．５％までのケイ素、
５％までのクロム、
０．０５％までの炭素、
３％までのアルミニウム、
３％までのマンガンを含有し、
残部鉄および不可避的不純物
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）前記鋼溶融体を急速凝固により、１０ｍｍ未満の厚さを有するストリップに鋳造すると共に鋳放し粒組織を発現させる工程、ならびに
ｃ）前記鋳造ストリップを熱間圧延して、前記鋳造ストリップの厚さを減少させると共に鋳放し粒組織の再結晶を最小限に抑え、かつ等式ＩＩ：
（ＩＩ） Ｔ ２０ｗｔ％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工程
を含む、無方向性電磁鋼ストリップの製造方法。 - 前記鋳造ストリップは、前記鋳造ストリップの厚さの２５％未満が再結晶化される、請求項３０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、フェライトでない相へ変化するのを抑制すること、
ｂ）熱間圧延を、前記等式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
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３１に記載の方法。 - ｄ）前記ストリップに仕上げ焼鈍を施す工程をさらに含む、請求項３１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、フェライトでない相へ変化するのを抑制すること、
ｂ）熱間圧延を、前記等式ＩＩで得られる温度未満の温度に制限すること、
ｃ）焼鈍を、前記等式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、前記等式ＩＸ
を用いて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３３に記載の方法。 - ａ）等式Ｉ
（Ｉ） ρ＝１３＋６．２５（％Ｍｎ）＋１０．５２（％Ｓｉ）＋１１．８２（％Ａｌ）＋６．５（％Ｃｒ）＋１４（％Ｐ）
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、フェライトでない相へ変化するのを抑制すること、
ｃ）熱間圧延を、等式ＩＩ
（ＩＩ） Ｔ ２０ｗｔ％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
で得られる温度未満の温度に制限すること、
ｄ）熱延板焼鈍を、前記等式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
ｆ）前記鋳造ストリップを、前記鋳造ストリップの厚さの１５％未満が再結晶するように制限すること
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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