JP2022137473A - 金属から成る軟磁性の前製品を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、特に良好な磁化挙動を有する、金属から成る軟磁性の前製品を製造するための方法に関する。【解決手段】この方法は、以下の方法のステップ：即ち、－金属製品の、金属質で圧延可能な未加工鋳造品の製造または準備、－中間厚さまでの、所定の変形率でもっての、金属質の前記未加工鋳造品の粗圧延、その際、この変形率が、引き続いての圧延に際に維持されるべき臨界または臨界後の圧下率に適合されており、－粗圧延された前記未加工鋳造品の熱処理、有利には、粗圧延された前記未加工鋳造品の焼鈍、－最終厚さまでの、臨界または臨界後の圧下率でもっての、前記未加工鋳造品の圧延、および、これに引き続いての、所定の結晶粒径の調節のための焼鈍、および、－前記前製品の仕上げ、を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、特に良好な磁化挙動を有する、金属から成る軟磁性の前製品を製造するための方法に関する。

軟磁性の前製品は、従来技術において、電磁鋼帯（Ｅｌｅｋｔｒｏｂａｎｄ）として公知である。

軟磁性の材料のもとで、特に、外側の電界、通電する導体、および、磁界の影響のもとで、容易に磁化可能および減磁可能である材料が理解されるべきであり、従って、電気的なシステム内におけるこれら材料の使用によって、電気的なエネルギーが最適に利用され得る。

軟磁性の前製品は、例えば電気機械構造内において使用される最終製品へと後続加工される。それぞれの使用目的および要求に応じて、相応する適当な軟磁性の特性を有する前製品が選択され且つ使用される。

例えば、この使用目的のために、磁束が、所定の方向に固定されているのではなく、むしろ、良好な磁気的な特性が、全ての方向に与えられていることが必要である場合、等方性の特性を有する前製品が使用される。この前製品は、同様に、無方向性電磁鋼帯（ｎｉｃｈｔｋｏｒｎｏｒｉｅｎｔｉｅｒｔｅｓ Ｅｌｅｋｔｒｏｂａｎｄ）とも称され、且つ、例えば、発電機、電気モーター、または、継電器内において使用される。

そのような無方向性の材料は、以下で考察される。

例えば、透磁率、残留磁化、磁束密度、および、飽和磁化、並びに、保磁力のような、これら特性および更に別の特性は、材料の軟磁性の特性に関する品質を表す。これら特性は、製品のそれぞれの使用目的に対して適合され得、且つ、適合される必要がある。

そのような所望された特性を有する電磁鋼帯の製造のために、従来技術において、出発製品として、半製品、有利には、鋼から成る熱間ストリップが使用される。
いわゆる最終焼鈍される（ｓｃｈｌｕｓｓｇｅｇｌｕｅｈｔｅｎ）無方向性電磁鋼帯の種類において、熱間ストリップの酸洗の後、所望された最終厚さまでの複数の圧延パス内における冷間圧延、および、引き続いての最終焼鈍が行われ、その際、圧延された組織が再結晶化され、炭素含有が極めて低い値まで調節され、且つ、粗粒形成（Ｇｒｏｂｋｏｒｎｂｉｌｄｕｎｇ）が引き起こされ、従って、材料の容易な磁化可能性が可能にされる。
引き続いて、前製品（冷間ストリップ）が、最終製品へと加工され、その際、例えば冷間ストリップから成るこれら最終製品が打抜きされ、または、レーザー切断を用いて切り取られる。この後続加工の際に、材料の変形は必ず回避される必要がある。何故ならば、変形によって、組織内における転位が生じ、これら転位が、材料の磁化可能性を著しく低下させ、且つ、不十分な最終製品を誘起するからである。

所望された特性を有する、電磁鋼帯の製造のための更に別の可能性は、合目的な結晶粒成長を引き起こすため、および、このことによって材料の磁化可能性を容易化するために、鋼から成る熱間ストリップが、酸洗の後に冷間圧延され、再結晶化するように焼鈍され、次いで、少しの変形率（臨界変形（ｋｒｉｔｉｓｃｈｅ Ｖｅｒｆｏｒｍｕｎｇ））でもって、冷間圧延されることに有る。
この前製品から、次いで、最終製品、例えば、打抜き－曲げ部材、または、深絞り部材が製造され得、その際、例えば変形の際に材料組織内へと導入される転位を除去するため、および、最適な軟磁性の特性を有する製品を提供するために、これら最終製品が、これら最終製品の完成の後、特別な焼鈍に被らされる必要がある。

そのような電磁鋼帯は、最終焼鈍されない（ｎｉｃｈｔｓｃｈｌｕｓｓｇｅｇｌｕｅｈｔｅｓ）無方向性電磁鋼帯と称される。

最終製品の、引き続いての特別の焼鈍は、手間暇がかかり且つ費用がかさむ。何故ならば、それぞれの個々の部材が、焼鈍プロセスに供給される必要があるからである。

本発明の課題は、経済的に実施可能な１つの方法を提供することにあり、この方法において、前製品の軟磁性の特性および機械的な特性が合目的に調節可能であり、その際、これら特性が、特に、前製品の、変形させるような後続加工を考慮して適合され得、従って、この前製品の変形により生成される最終製品の、如何なる手間暇がかかる熱処理も必要とされず、且つ、良好な軟磁性の特性を有する最終製品が提供される。

それに加えて、方法の多様性の充実化が行われるべきであり、即ち、特に良好な軟磁性の特性を有する前製品の製造のための、選択的な解決策が提供されるべきである。

この課題の解決のために本発明は、請求項１に従う方法を提案する。

出発製品として、圧延可能で金属質の未加工鋳造品が製造されるか、または、準備される。この未加工鋳造品は、例えばフェライト鋼、または、他の金属質の材料から成っており、且つ、等方性の特性を有している。

この金属質の未加工鋳造品は、先ず第一に粗圧延され、その際、この粗圧延が中間厚さまで行われる。この粗圧延の変形率は、後続の圧延において調節されるべき臨界または臨界後の圧下率（Ａｂｗａｌｚｇｒａｄ）に適合されており、従って、最終厚さまでの後続の圧延の際に、ただ更に、少しの圧下率でもっての、臨界または臨界後の変形範囲内への、材料の少しの変形が必要であるにすぎない。
中間厚さまでの粗圧延の際の変形率は、これに伴って、最終厚さまでの圧延の際の、臨界または臨界後の圧下率との依存状態にある。

粗圧延の後、未加工鋳造品は、熱処理され、有利には、再結晶化するように焼鈍される。

引き続いて圧延が行われ、この圧延の際に、未加工鋳造品が、臨界または臨界後の圧下率でもって、この未加工鋳造品の所望された最終厚さまで圧延され、且つ、この圧延に引き続いての更なる焼鈍が行われる。臨界または臨界後の圧下率でもっての圧延、および、この圧延に引き続いての焼鈍によって、結晶粒成長が金属質の組織内において引き起こされ、このことによって、より容易およびより迅速な、材料の磁化、および、減磁が可能にされている。

臨界圧下率よりも小さい１つの圧下率でもっての圧延による材料の変形の際に、先ず第一に、如何なる、または、少なくとも如何なる特記すべき結晶粒成長も、組織内において行われない。臨界圧下率の達成の際に初めて、結晶粒成長が組織内において引き起こされ、その際、最大の結晶粒径が、この臨界圧下率でもっての変形の際に達成される。圧下率が、臨界圧下率よりも大きい場合（臨界後の圧下率）、結晶粒径は、益々、増大する圧下率と共に減少する。
この圧下率、即ち、少なくとも、１つの臨界圧下率しかしながら同様に１つの臨界後の圧下率は、組織内における結晶粒成長を誘発するように選択され、その際、この圧下率に基づいて、結晶粒径、および、更に磁気的な特性が、規定されて調節され得る。
圧下率がより小さく選択されればされる程に、より大きな結晶粒径が組織内において生成し、且つ磁化特性がより良好であり、即ち、より容易且つより迅速に材料が磁化可能である。同時に、しかしながら、増大する結晶粒径でもって材料の機械的な特性は低下する。

結晶粒径およびこれと関連する磁気的および機械的な特性は、従って、合目的に臨界または臨界後の圧下率に基づいて調節され得且つ調節されるべきであり、且つ、材料のそれぞれの後の使用目的に適合され得且つ適合されるべきであり、従って、適当な前製品が、合目的にそれぞれの使用目的のために準備され得る。

本方法の実施でもって材料内へと導入された軟磁性の特性は、最終製品が引き続いての特別な焼鈍に被らされる必要無しに、特に良好な軟磁性の特性を有する最終製品への、同様に変形、例えば深絞り成形または曲げ加工による、前製品の後続加工をも可能にする。
このことによって、手間暇がかかり且つ費用のかさむ個々の製品の後処理は、もはや考慮されない。

本方法によって、特に良好な軟磁性の特性を有する異なる前製品、例えばストリップ、線材、または、金属から成るその種の半製品が生成および準備され得、これら前製品が、引き続いて最終製品へと変形される。

有利には、未加工鋳造品が、フェライト（または非合金）鋼から成る熱間ストリップであることは意図される。

有利には、未加工鋳造品が、粗圧延の際に、３０～８０％の変形率でもって粗圧延されることは意図される。

臨界または臨界後の圧下率でもっての引き続いての圧延の際に臨界または臨界後の範囲内への材料の変形が保障され得るために、この大きさの規模内における変形率は、例えば鋼から成る熱間ストリップの加工の際に必要である。

本方法により加工されるべき、鋼から成る熱間ストリップが、５０ｍｍまでの厚さを有していることは可能である。

他の未加工鋳造品もしくは材料が使用される限りは、変形率は、それぞれの材料特有の臨界または臨界後の圧下率に適合される。

その際、有利には、粗圧延された未加工鋳造品の焼鈍が、５５０～７００℃の温度において行われることは意図され、その際、有利には、この焼鈍が、５０時間まで実施されることが意図される。

このことによって、組織は、粗圧延の後、再結晶化される。

更に、有利には、臨界または臨界後の圧下率が、８と２５％との間、有利には９と１５％との間にあることは意図され、その際、有利には、臨界または臨界後の圧下率でもっての圧延に引き続いての焼鈍が、７１０℃までの温度において行われ、および、この焼鈍が、８０時間までの時間間隔にわたって行われることが意図される。

提示された限界内における圧下率でもっての粗圧延、および、引き続いての焼鈍によって、非合金の鋼材料の結晶粒径は、可変に、且つ、前製品の引き続いての使用目的に適合されて調節可能である。
それぞれの材料の選択に応じて、臨界圧下率は、および従って、同様に臨界後の圧下率も、提示された範囲内にあり、且つ、異なる結晶粒径が、圧下率に依存して調節され得る。鋼（合金または非合金）の場合、ＡＳＴＭ１から６までの結晶粒径が調節され得、その際、この結晶粒径は、増大する変形率と共に減少する。

他の材料が使用される限りは、この他の材料の材料特有の臨界または臨界後の圧下率が規定されるべきであり、且つ、圧延の際に使用されるべきである。

有利には、前記未加工鋳造品の前記粗圧延の以前に、先行する熱処理、有利には焼鈍が実施されることは意図され、その際、有利には、先行する前記焼鈍が、６５０と８００℃との間の温度において行われ、且つ、６０時間までの時間間隔にわたって実施されることが意図される。

先行する熱処理、有利には焼鈍は、未加工鋳造品の金属質の材料をこの材料の加工に対して準備すること、および、この未加工鋳造品の組織を改善された開始状態にすることに利用される。

フェライト鋼材料から成る未加工鋳造品において、先行する熱処理は、例えば、炭素含有の変化を生じさせる。この熱処理の以前に不規則に組織内において分配されていた炭素は、この熱処理によって、結晶粒境界（Ｋｏｒｎｇｒｅｎｚｅｎ）において堆積する。

先行する熱処理によって、前製品の軟磁性の特性は付加的に改善され得、且つ、更により良好な品質を有する前製品が準備され得る。

有利には、未加工鋳造品が、仕上げの以前、および、最後の熱処理の後に、仕上げ圧延されることは意図され、その際、有利には、仕上げ圧延が、０．１と２％との間の変形率でもって行われることが意図される。

このことによって、材料の正確な厚さ、並びに、表面の平坦状態および品質が調節され得る。

図内において、本発明に従う方法の実施例を図示し、且つ、以下で詳細に説明する。

本方法の概略的な経過の図である。 異なる圧下率でもっての本方法の実施の後の、非合金の鋼の磁気的および機械的な特性の図表である。

図１は、概略的に、特に良好な磁化挙動を有する、金属質で軟磁性の前製品の製造のための方法の経過を示している。

この方法でもって、前製品は、鋼から成る冷間ストリップの様式において製造される。

出発製品として、この目的のために、金属質で圧延可能な、鋼から成る未加工鋳造品、即ち半製品、有利には非合金の鋼から成る熱間ストリップが製造されるか、または、準備され、その際、この熱間ストリップの材料は、等方性の特性を有している。

この熱間ストリップは、先ず第一に粗圧延され、その際、この粗圧延が中間厚さまで行われる。この粗圧延の際の変形率は、３０と８０％との間にあり、且つ、最終厚さまでの後の圧延の際に調節されるべき、臨界（ｋｒｉｔｉｓｃｈｅｎ）もしくは臨界後の（ｎａｃｈｋｒｉｔｉｓｃｈｅｎ）圧下率に適合されており、従って、最終厚さまでの圧延の際に、もはや、少しの圧下率でもっての、この材料の臨界もしくは臨界後の変形範囲内への少しの変形が必要であるにすぎない。
中間厚さまでの粗圧延の際の変形率は、これに伴って、最終厚さまでの圧延の際の、臨界または臨界後の圧下率との依存状態にある。

粗圧延された未加工鋳造品は、引き続いて熱処理され、その際、焼鈍が、有利には５５０と７００℃との間の温度において、５０時間までの継続時間のあいだ実施される。

焼鈍の後、圧延が行われ、その際、この未加工鋳造品が、臨界または臨界後の圧下率でもって、この未加工鋳造品の所望された最終厚さまで圧延され、および、この圧延に引き続いての更なる焼鈍が、７１０℃までの温度において、８０時間までの時間間隔にわたって行われる。
臨界または臨界後の圧下率でもっての圧延、および、この圧延に引き続いての焼鈍によって、結晶粒成長が金属質の組織内において引き起こされ、このことによって、より容易およびより迅速な、材料の磁化、および、減磁が可能にされている。

変形は、少なくとも、１つの臨界圧下率でもって行われる必要がある。何故ならば、この臨界圧下率よりも小さい１つの圧下率でもっての圧延による材料の変形の際に、如何なる、または、少なくとも如何なる特記すべき結晶粒成長も、組織内において行われないからである。
臨界圧下率が達成されている変形の際に初めて、明確な結晶粒成長が組織内において引き起こされ、その際、最大の結晶粒径が、この臨界圧下率でもっての変形の際に調節されている。圧下率が、臨界圧下率よりも大きい場合（臨界後の圧下率）、結晶粒径は再び減少し、その際、この結晶粒径が、増大する臨界後の圧下率と共により小さくなる。
これに伴って、少なくとも、１つの臨界圧下率しかしながら同様に１つの臨界後の圧下率は調節され、その際、この圧下率に基づいて、結晶粒径、および、更に磁気的な特性が、規定されて調節され得る。この圧下率は、示された例において、１１と２５％との間にある。
そのような圧下率でもっての材料の変形によって達成される、磁気的および機械的な特性に関する達成される結果は、図２の表内において示されている。圧下率がより小さく選択されればされる程に、より大きな結晶粒径が組織内において生成し、且つ磁化特性がより良好であり、即ち、より容易且つより迅速に材料が磁化可能である。同時に、しかしながら、増大する結晶粒径と共に材料の機械的な特性は低下する。

結晶粒径およびこれと関連する磁気的および機械的な特性は、従って、合目的に臨界または臨界後の圧下率に基づいて調節され、且つ、材料のそれぞれの後の使用目的に適合され、従って、適当な前製品が、合目的にそれぞれの使用目的のために準備され得る。

このようにして材料内へと導入された軟磁性の特性は、最終製品が引き続いての特別な焼鈍に被らされる必要無しに、特に良好な軟磁性の特性を有する最終製品への、同様に変形、例えば深絞り成形または曲げ加工による、前製品の後続加工をも可能にする。
このことによって、手間暇がかかり且つ費用のかさむ個々の製品の後処理は、もはや考慮されない。

圧延および引き続いての焼鈍の後、未加工鋳造品は、例えば０．７％の変形率でもって仕上げ圧延される。このことによって、材料の正確な厚さ、並びに、表面の平坦状態および品質が調節される。

それに加えて、材料を後続の方法のステップに対して準備し、且つ、組織を改善された開始状態にするために、粗圧延以前の未加工鋳造品を焼鈍に供給することの可能性は存在する。この焼鈍は、有利には、６５０と８００℃との間の温度において実施される。

この焼鈍によって、組織内における炭素含有の変化が行われる。熱処理の以前に、炭素は不規則に組織内において分配され、且つ、この焼鈍によって、結晶粒境界において堆積する。このことによって、炭素は、後に、材料の磁化を不利に妨害せず、且つ、前製品の軟磁性の特性が、付加的に改善され得る。特に良好な品質を有する前製品が準備され得る。

先行する熱処理の後、次いで、更なる方法のステップが実施される。

この方法によって、特に良好な軟磁性の特性を有する前製品を準備することは可能であり、これら特性は、最終製品が引き続いて特別な焼鈍または匹敵する熱処理に被らされる必要無しに、同様に例えば特に良好な軟磁性の特性を有する深絞り部材または打抜き－曲げ部材への引き続いての材料の変形が可能とされるようにも、調節可能である。

本発明は、この実施例に限定されず、むしろ、開示内容の範囲内において、様々に変化可能である。

明細書及び／または図面内において開示された全ての個別の特徴および組み合わされた特徴は、発明にとって本質的であると見なされる。

Claims (13)

1. 特に良好な磁化挙動を有する、金属から成る軟磁性の前製品、有利にはストリップ、線材、または、金属から成るその種の半製品を製造するための方法であって、
   その際、
   この方法が、以下の方法のステップ：即ち、
   －金属製品の、金属質で圧延可能な未加工鋳造品の製造または準備、
   －中間厚さまでの、所定の変形率でもっての、金属質の前記未加工鋳造品の粗圧延、
   その際、この変形率が、引き続いての圧延に際に維持されるべき臨界または臨界後の圧下率に適合されており、
   －粗圧延された前記未加工鋳造品の熱処理、有利には、粗圧延された前記未加工鋳造品の焼鈍、
   －最終厚さまでの、臨界または臨界後の圧下率でもっての、前記未加工鋳造品の圧延、および、これに引き続いての、所定の結晶粒径の調節のための焼鈍、および、
   －前記前製品の仕上げ、
   を有していることを特徴とする方法。
2. 前記未加工鋳造品は、フェライト鋼または非合金鋼から成る熱間ストリップであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記未加工鋳造品は、前記粗圧延の際に、３０～８０％の変形率でもって粗圧延されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 粗圧延された前記未加工鋳造品の前記焼鈍は、５５０～７００℃の温度において行われることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の方法。
5. 前記焼鈍は、５０時間まで実施されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記臨界圧下率は、８と２５％との間、有利には９と１５％との間にあることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載の方法。
7. 前記臨界圧下率でもっての前記圧延に引き続いての前記焼鈍は、７１０℃までの温度において行われることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
8. 前記焼鈍は、８０時間までの時間間隔にわたって行われることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記未加工鋳造品の前記粗圧延の以前に、先行する熱処理、有利には焼鈍が実施されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一つに記載の方法。
10. 先行する前記焼鈍は、６５０と８００℃との間の温度において行われることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 先行する前記焼鈍は、６０時間までの時間間隔にわたって実施されることを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記未加工鋳造品は、前記仕上げの以前、および、最後の前記熱処理の後に、仕上げ圧延されることを特徴とする請求項１から１１のいずれか一つに記載の方法。
13. 前記仕上げ圧延は、０．１と２％との間の変形率でもって行われることを特徴とする請求項１２に記載の方法。

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