JP2017197843A - 電磁鋼板を製造するための熱間圧延鋼帯およびそのための方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電磁鋼板を製造するための熱間圧延鋼帯であって、この熱間圧延鋼帯は、重量%で、C:0.001〜0.08%、Al:4.8〜20%、Si:0.05〜10%、B:〜0.1%、Zr:〜0.1%、Cr:0.1〜4%を含有し、残部が鉄および溶融に起因する不純物からなる合金組成を有する、熱間圧延鋼帯。好ましくは、4.8≦Al≦8%で2≦Si≦5%又は、8<Al≦15%でSi≦4%、或いは15<Al≦20%でSi≦2%である、熱間圧延鋼帯。
【選択図】図1
Description
rip)およびそのための方法に関する。
1)や独国特許出願公開第60108980号明細書(T2)などによって知られている
。それらの多くは、鉄シリコン合金や鉄シリコンアルミニウム合金から成り、これらは方
向性(KO)電磁鋼板と無方向性(NO)電磁鋼板とに区別され、それぞれ別の用途に使
用される。アルミニウムとシリコンは、特に、磁化損失をできるだけ小さく抑えるために
添加される。
おいて物理特性が同一の場合、その材料は等方性と呼ばれる。電磁鋼板の磁性異方性は、
鉄の結晶異方性に基づく。鉄およびその合金は、立方晶構造で結晶化する。この立方晶の
辺の方向は、[100]により表され、最も容易に磁化できる方向である。立方晶内の空
間対角線方向[111]は、磁気的に最も不利な方向である。
る電気機械構造への用途では、電磁鋼板は通常、できるだけ等方性を有するように製造さ
れ、無方向性(NO)電磁鋼板と呼ばれる。これは主に、発電機、電動機、接触器、継電
器および小型変圧器で使用される。
を有する多結晶微細構造であり、微結晶は表面(100)を有する鋼板平面内でランダム
に配向されている。しかしながら実際には、鋼板平面内の無方向性電磁鋼板の磁性は、磁
化方向にわずかに依存する。しかしながら、長手方向と横断方向との間の損失差は、最大
10%にすぎない。無方向性電磁鋼板内の磁性の十分な等方性が得られるかどうかは、熱
間成形、冷間成形および最終アニールの製造プロセスの形態によりかなり影響される。
り、特に高い要求が透磁性および分極に課せられる用途では、方向性(KO)電磁鋼板と
呼ばれる、均一な配向の結晶を有する(結晶学的組織)電磁鋼板が製造される。結晶の均
一な配向は、電磁鋼板の強い異方性挙動を引き起こす。これは、効果的な粒子成長選択に
より方向性電磁鋼板の複雑な製造プロセスで達成される。その粒子(微結晶)は、最終ア
ニール材料中の誤配向の程度が低い、発明者の名前をとってGoss組織と呼ばれる理想的な
組織を示す。立方体エッジは圧延方向に向き、面対角線は圧延方向に対する横断方向に向
く。標準材料での圧延方向からの立方体エッジの逸脱は、通常7゜であり、透磁性が高い
材料では最大3゜までである。粒径は数mm〜数cmである。
アルミニウムの含有量(最大約4重量%)、例えばマンガン、硫黄および窒素などの小量
のその他の合金元素、並びに熱間および冷間圧延およびアニールプロセスである。普通の
板厚は、1mmよりかなり小さく例えば0.18または0.35mmの範囲内にある。
転機械に使用され、これに対して、方向性材料内の粒子配向性(組織)は、複数の後続の
圧延およびアニール処理により生じる。材料中へ異方性を標的導入すると、再磁化損失は
、対応する磁化方向で減少し、相対的透磁性数は増加する。このようにして、無方向性材
料に比して高い性能を有すると共に小さい寸法を有するこのように組織形成された材料に
より変圧器を製造できる。
示されている材料は、0.02%より小さい含有量のC、1.2%以下の含有量のMn、
0.1〜4.4%の含有量のSi、および0.1〜4.4%の含有量のAlを有する合金
組成を有する。熱間圧延鋼帯を製造するための例えば薄いスラブの鋳造または薄い鋼帯の
鋳造などの異なる製造法が記載されている。
多くの用途で透磁性を十分に高くしないと共に磁化損失を十分に低くせず、これは電気機
械の効率ひいては経済的効率を低くする。鋼の電気抵抗は、SiおよびAlの含有量の増
加と共にその結果、誘導渦電流ひいては磁心損失が減少する。
じたりスラブが湾曲し、公知の方法による鋳造を困難あるいは不可能にさえすることであ
る。Alの含有量が2%より小さい鋼は、空気での凝固の間に酸化物(Al2O3)を形
成し、この酸化物は極度に硬いので、鋳造およびさらなる処理は不可能となる。したがっ
て鋼をさらに処理して鋼板を得るには、例えば基礎合金を真空誘導溶解してブロックを得
、次いでスラグの均一化および精製のために電気スラグ再溶融プロセスを行い、次いで再
鍛造を行い、次いで場合によっては切削加工を行うなどの複雑なプロセスが必要となる。
Siの含有量が3.5%より大きいと、脆性(固定した配列状態)に起因して冷間成形性
がなくなり、これに対して、熱間成形は、4%までは比較的問題がない。渦電流損失は、
最終鋼帯厚の二乗に比例して増加するので、最終厚は小さくなければならない。この工程
は、脆性に起因して従来の手法(スラブおよび薄いスラブの鋳造(CSP))では実施が
困難である。例えば相応に高い冷却速度を有する薄いストリームの鋳造などのニアネット
シェイプ鋳造法では、臨界配列状態を回避できる。
ト鋼のAlの含有量が高いことに起因して問題がある。鋳造粉末は、溶湯のAl含有量が
約2%より大きい場合にはもはや使用できない、何故ならばアルミニウムは、鋳造粉末中
の結合酸素と反応し、アルミニウム酸化物(上記参照)を形成するからである。
する電磁鋼板を製造するための熱間圧延鋼帯を提供することである。
い製造方法を提供することである。
C:0.001〜0.08、
Al:4.8〜20、
Si:0.05〜10、
B:最大0.1、
Zr:最大0.1、
Cr:0.1〜4
を含有し、残部が鉄および溶融に起因する不純物からなる合金組成を有する。
。これは、形成される窒化物(BN、ZrN)およびカーバイド(ZrC)が粒子境界に
集まり、高温(熱間圧延温度)での滑りを改善するからである。このような効果を得るた
めには、Bの最小含有量は0.001%、Zrの最小含有量は0.05%である。これら
の添加は、高温割れの発生を減少させる点でも有利である。
ることなく、室温における延性を改善することができる。
し、特に透磁性が大きく増加するので、その結果、この材料の用途範囲は、エネルギー面
および経済面の観点から大幅に広がる。より具体的には、公知の電磁鋼板に比べてAl含
有量が最大で20%と著しく増えたことから、電気抵抗が大幅に増加し、それに応じて再
磁化損失が減少する。
ことから、スケール生成防止についての高い水準が材料に対して要求される。本発明では
AlまたはSiの含有量が異常に高いので、加熱された鋼板の表面にAl2O3またはS
iO2の高密度の層が形成され、これが鋼中の鉄のスケール生成を大幅に減少させたり、
更には完全に防いだりする。この層の厚さは、アニールの温度および時間により影響を受
ける。
ル層は、厚さが100μmを超えてはならず、より好ましくは50μmを超えてはならな
い。これは、層の厚さが増加するとともに脆性も増加し、これに起因してスケールが剥れ
て、圧延性に悪影響を与えることがないようにするためにである。
iの添加量をこれよりも増やすことによって、透磁性を有利に更に高めることができる。
Siの添加量は、Alの含有量に応じて変化させることが特に有利である。この材料が熱
間圧延可能を維持するためには、Al含有量が4.8〜8%の場合、Si含有量は2〜5
%とすべきであり、Al含有量が8〜15%の場合、Si含有量は0.05〜4%とすべ
きであり、Al含有量が15%を超える場合、Si含有量は2%未満とすべきである。
、溶湯(melt)を水平型の鋼帯鋳造装置内に静かに流して、6〜30mmの範囲の厚さを
有するプレストリップ(pre strip)を鋳造し、次いで、少なくとも50%の変形度で圧
延し、厚さ0.9〜6.0mmの熱間圧延鋼帯とする。熱間圧延の前に、800〜120
0℃でアニールプロセスを行うことが要求される場合もある。
た。このようにして、規則相と不規則相との混合マイクロ構造を得るためには、目指す最
終鋼帯の厚さとAl含有量に依存して、50%を超える変形度、70%を超える変形度、
あるいは90%さえ超える変形度としなければならないこともある。高い変形度は、マイ
クロ構造を破壊するためにも要求されるものであり、特にAlが高含有量の合金の場合に
は、粒子をより小さくする(粒子を微細化する)。したがって、Alの含有量が増加する
と、変形度も対応して高くしなければならない。
使用できる。方向性マイクロ構造を有する熱間圧延鋼帯を得るためには、粒子を配向する
ために付加的なアニールプロセスが必要である。800〜1200℃のアニール処理を行
うこのプロセスは、連続的でも不連続的でもよく、最大で30分続けてもよい。このよう
にして、本発明に係る合金組成によって、必要に応じて方向性(KO)電磁鋼板でも無方
向性(NO)電磁鋼板でも製造することができる。
中で行う)、最大で0.1mmの最終的な厚さを得ることが可能である。冷間圧延後のア
ニールは、最大で10分にわたって700〜900℃の温度で行わなければならないか、
またはKO電磁鋼板の場合、類似の温度ウィンドウ内で数時間行わなければならない。
素含有量を減少させるからである。これにより、材料内で例えば炭素原子が引き起こす欠
陥が減少するため、磁性が改善される。
鋳造装置内の冷却条件が非常に均一的なので、マクロ偏析および気泡をかなりの程度で回
避することができる。これらのシステムでは、鋳造粉末は使用されないので、鋳造粉末に
関連する問題は生じない。
キ(electromagnetic brake)を使用することにあり、この電磁ブレーキは、鋼帯に同期
して動く磁場または鋼帯に対して最適な相対速度で動く磁場を生成するので、理想的な場
合、溶湯の供給速度は回転コンベヤベルトの速度に等しい。凝固の間に生じる湾曲(bend
ing)は不利であるが、このような湾曲は、溶湯を受ける鋳造ベルトの底部側に多数のロ
ールを隣接して配置し、これらロール上で支持することにより回避できる。この支持を強
化するために、鋳造鋼帯の領域内で真空を生成して、鋳造鋼帯をロール上にしっかりと押
し付ける。加えて、AlまたはSiが豊富な溶湯は、ほぼ無酸素の炉内雰囲気内で凝固さ
せる。従来の手法では、1250℃を超えるとSiが豊富なスケール(鉄カンラン石)は
液化し、この液化物は除去困難である。これは、ハウジング中の温度時間プロフィルに対
応して調整し、次のプロセスステップを行うことにより回避することができる。
ヤベルトの終端で、すなわちコンベヤベルトが方向転換する前に、プレストリップがかな
りの程度で完全に凝固することとなるように、選択する。
必要な場合には張力の低減に利用される。プレストリップを熱間圧延鋼帯に圧延すること
は、インライン(in line)でも、それぞれ別々に行うオフライン(off line)でも可能で
ある。オフラインで圧延する場合、その前に、プレストリップを直接的に熱いままでコイ
ル状に巻き取ることもできるし、製造後かつ冷却前に、プレストリップをシート状に切断
することもできる。そして、このプレストリップまたはシート材料は、場合に応じて行わ
れるオフラインでの圧延のための冷却やコイル状から解き伸ばされた後に再加熱され、又
はシートとして再加熱されてから、圧延される。
流側に配置され、この鋼帯鋳造システム1は、回転コンベヤベルト2と、2つの撓み矯正
(deflection)ローラ3、3’とを備えている。コンベヤベルト上に注がれた溶湯5が、
コンベヤベルトの左右両端から流出するのを防止するために、サイドシーリング4が設け
られている。溶湯5は、容器6により鋼帯鋳造システム1に運ばれて、その底部に設けら
れた開口7を通って供給槽8へと流れる。この供給槽8は、オーバーフロー型の槽として
構成されている。
g)を行うための装置が設けられ、また、鋼帯鋳造システム1を完全に覆って、内部の雰
囲気を保つためのハウジングが設けられているが、これらについては図示していない。
固し、プレストリップ(pre strip)9が形成される。このプレストリップ9は、コンベ
ヤベルト2の終端でほぼ完全に凝固する。
genization zone)10が配置されている。均質化ゾーン10は、熱遮断ハウジング11
と、図示されていないローラコンベヤとを備えている。
導加熱を行う構成とすることが好ましい。その下流側に配置された一連のロールスタンド
(scaffold series)14で、実際の熱間圧延が行われる。この一連のロールスタンド1
4のうち、最初の3つの圧延ロールスタンド15、15’、15’’で、それぞれ通過す
るごとに実際の圧延加工(actual reduction)がなされ、最後のロールスタンド16は、
仕上げ圧延(reeling mill)として構成されている。
ン17で、出来上がった熱間圧延鋼帯(finished hot strip)が、巻き取りの温度(coil
ing temperature)まで冷却される。
ている。このカッタ20は、2つの巻き取りリール19、19’のうちの一方が熱間圧延
鋼帯を十分に巻き取ると、直ちに熱間圧延鋼帯を幅方向に切断するというものである。そ
して、切断された熱間圧延鋼帯18の始端が、巻き取りリール19、19’のもう一方に
案内される。これにより、熱間圧延鋼帯の張力が、鋼帯全長にわたって確実に維持される
。これは特に厚さが薄い熱間圧延鋼帯を製造する場合に重要である。
熱間圧延鋼帯をさらに冷間圧延するための構成が設けられているが、これらについては図
示していない。
2 コンベヤベルト
3、3’ 撓み矯正ローラ
4 サイドシーリング
5 溶湯
6 容器
7 開口
8 供給槽
9 プレストリップ
10 均質化ゾーン
11 ハウジング
12 第一のロールスタンド
13 誘導コイル
14 一連の圧延ロールスタンド
15、15’、15’’ 圧延ロールスタンド
16 くせ取りロールスタンド(smoothening scaffold)
17 冷却ゾーン
18 出来上がった熱間圧延鋼帯
19、19’ 巻き取りリール
20 カッタ
Claims (23)
- 電磁鋼板を製造するための熱間圧延鋼帯であって、この熱間圧延鋼帯が、重量%で、
C:0.001〜0.08%、
Al:4.8〜20%、
Si:0.05〜10%、
B:〜0.1%、
Zr:〜0.1%、
Cr:0.1〜4%
を含有し、残部が鉄および溶融に起因する不純物からなる合金組成を有する熱間圧延鋼
帯。 - 前記合金組成において、
Al:4.8〜8%、
Si:2〜5%
である請求項1に記載の熱間圧延鋼帯。 - 前記合金組成において、
Al:8%超〜15%、
Si:〜4%
である請求項1に記載の熱間圧延鋼帯。 - 前記合金組成において、
Al:15%超〜20%、
Si:〜2%
である請求項1に記載の熱間圧延鋼帯。 - 前記合金組成において、
B:0.001〜0.1%、および/または、
Zr:0.05〜0.1%
である請求項1に記載の熱間圧延鋼帯。 - 前記熱間圧延鋼帯が方向性(KO)または無方向性(NO)のマイクロ構造を有する請
求項1〜5のいずれか一項に記載の熱間圧延鋼帯。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の熱間圧延鋼帯を製造する方法であって、この方法
は、溶湯からプレストリップを鋳造し、このプレストリップを圧延して熱間圧延鋼帯とす
る際に、前記溶湯を水平型の鋼帯鋳造システムに静かに流して、湾曲することなく、6〜
30mmの範囲内のプレストリップを鋳造し、次いで少なくとも50%の変形度で圧延し
て前記熱間圧延鋼帯とする方法。 - 溶湯の供給速度と回転コンベヤベルトの速度とが等しい請求項7に記載の方法。
- コンベヤベルトの幅方向にわたって延びる帯が凝固して形成されるストランドシェルの
すべての表面要素が、同一の冷却条件下で冷却される請求項7又は8に記載の方法。 - コンベヤベルト上に注がれる溶湯が、コンベヤベルトの終端でほぼ完全に凝固する請求
項7から9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記プレストリップが、前記完全な凝固の後であって、更なる処理を開始する前に、均
質化ゾーンを通過する請求項10に記載の方法。 - 前記更なる処理が、前記プレストリップの寸法を切断することである請求項11に記載
の方法。 - 前記寸法の切断の後、この切断されたシートが、圧延温度に加熱され、そして圧延処理
が施される請求項12に記載の方法。 - 前記更なる処理が、前記プレストリップを巻き取ることである請求項11に記載の方法
。 - 前記巻き取られたプレストリップが、解き伸ばされた後、圧延温度に加熱され、そして
圧延処理が施される請求項14に記載の方法。 - 前記プレストリップが、巻き取られる前に、再加熱される請求項14に記載の方法。
- 前記プレストリップが、インラインで前記圧延処理にかけられ、そして巻き取られる請
求項7から16のいずれか一項に記載の方法。 - 前記圧延において変形度が70%より大きい請求項7から17のいずれか一項に記載の
方法。 - 前記圧延において変形度が90%より大きい請求項7から18のいずれか一項に記載の
方法。 - 前記熱間圧延鋼帯が、再加熱され、そして前記冷却後に冷間圧延される請求項7から1
9のいずれか一項に記載の方法。 - 前記アニール処理が脱炭雰囲気中で行われる請求項20に記載の方法。
- 前記熱間圧延鋼帯が、最大で0.150mmの厚さに冷間圧延される請求項20〜21
に記載の方法。 - 前記冷間圧延鋼帯が、後続のアニールの間に方向性(KO)マイクロ構造を得る請求項
1から16および19のいずれか一項に記載の方法。
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