JP2503113B2 - 無方向性電磁厚板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中磁場での磁気特性の優
れた無方向性電磁厚板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年最先端科学技術である素粒子研究や
医療機器の進歩に伴って、大型構造物に磁気を用いる装
置が使われ、その性能向上が求められている。直流磁化
条件で使用される粒子加速器用磁極材、リターンヨーク
材では、高い飽和磁束密度の他に５Ｏｅ（４００Ａ／
ｍ）付近の中磁場での高い磁束密度が求められている。

【０００３】磁束密度に優れた電磁鋼板としては、従来
から薄板分野で珪素鋼板、電磁軟鉄板をはじめとする数
多くの材料が提供されているのは公知である。しかし、
構造部材として使用するには組立加工及び強度上の問題
があり、厚鋼板を利用する必要が生じてくる。これまで
電磁厚板としては純鉄系成分で製造されている。たとえ
ば、特開昭６０−９６７４９号公報が公知である。しか
しながら、近年の装置の大型化、能力の向上等に伴いさ
らに磁気特性の優れた、特に中磁場、たとえば５Ｏｅ
（４００Ａ／ｍ）付近での磁束密度の高い鋼材開発の要
望が強い。従来５Ｏｅ付近での中磁場の高い磁束密度が
安定して得られていない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は以上の
点を鑑みなされたもので、中磁場での磁気特性の優れた
無方向性電磁厚板の製造方法を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の通り
である。 （１） 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：０．１
０％以上、３．５％以下、Ｍｎ：０．２０％以下、Ｓ：
０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以上、３．０％以
下、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．００５％以下、
Ｈ：０．０００２％以下、残部実質的に鉄からなる鋼組
成の鋼片または、鋳片を９５０〜１１５０℃に加熱し、
８００℃以上で圧延形状比Ａが０．６以上の圧延パスを
１回以上はとる圧延を行ない、引き続き８００℃以下で
圧下率を３５％超７０％以下とする圧延を行ない、板厚
５０mm以上の厚板とし、該厚板を６００〜７５０℃で脱
水素熱処理を行なうことを特徴とする中磁場での磁気特
性の優れた無方向性電磁厚板の製造法。

【数３】

【０００６】（２） 板厚５０mm以上の厚板を脱水素処
理後、７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０
〜１２００℃で焼準することを特徴とする（１）記載の
中磁場での磁気特性の優れた無方向性電磁厚板の製造
法。

【０００７】（３） 重量％で、Ｃ：０．０１％以下、
Ｓｉ：０．１０％以上、３．５％以下、Ｍｎ：０．２０
％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以
上、３．０％以下、Ｎ：０．００４％以下、Ｏ：０．０
０５％以下、Ｈ：０．０００２％以下、残部実質的に鉄
からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９５０〜１１５０
℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比Ａが０．６以上
の圧延パスを１回以上はとる圧延を行ない、引き続き８
００℃以下で圧下率を３５％超７０％以下とする圧延を
行ない、板厚５０mm未満の厚板とし、該厚板を７５０〜
１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１２００℃で
焼準することを特徴とする中磁場での磁気特性の優れた
無方向性電磁厚板の製造法。

【数４】

【０００８】

【作用】まず、磁化のプロセスについて述べる。消磁状
態の鋼を磁界の中に入れ、磁界を強めていくと次第に磁
区の向きに変化が生じ、磁界の方向に近い磁区が優勢に
なり他の磁区を蚕食併合していく。つまり、磁壁の移動
が起こる。さらに磁界が強くなり磁壁の移動が完了する
と、次に磁区全体が磁化方向に向きを変えていく。

【０００９】この磁化プロセスの中で低磁場での磁束密
度を決めているのは、磁壁の移動しやすさである。つま
り低磁場で高磁束密度を得るためには、磁壁の移動を障
害するものを極力減らすことであると定性的に言うこと
ができる。この観点から従来磁壁の移動の障害となる結
晶粒の粗大化が重要な技術となっていた（特開昭６０−
９６７４９号公報）。これに対し、中磁場で高磁束密度
を得るための方法については知見がなかった。

【００１０】発明者らは、ここにおいて中磁場で高磁束
密度を得るためには、単に結晶粒の粗大化だけでなく、
隣あった結晶粒間の磁化の方向が圧延方向に平行に揃っ
ていることが重要であることを見出した。超粗大粒で
も、細粒でもない比較的粗粒（フェライト粒度No．が０
〜４番程度）でかつ（１００）方向が圧延方向に平行に
ランダムとなることで中磁場の磁気特性が大幅に向上す
ることを見出したのである。

【００１１】このための熱間圧延条件として、８００℃
以下において３５％超７０％以下の圧下率をとること
で、圧延後の熱処理前の結晶粒を微細化して再結晶させ
やすくするとともに、鋼中に歪みを導入して、この歪み
を熱処理時の再結晶の駆動力とすることで、比較的大き
な結晶粒を板厚全体にわたって安定的に得ると同時に、
（１００）の結晶方位を圧延方向に平行にランダムとな
る。

【００１２】図１に１．６Ｓｉ−０．０６Ｍｎ−１．１
Ａｌ鋼での８００℃以下の圧下率と５Ｏｅでの磁束密度
を示す。３５％超７０％以下の圧下により、高磁束密度
が得られる。さらに中磁場での高磁束密度を得るための
手段として、内部応力の原因となる元素及び空隙性欠陥
の作用につき詳細な検討を行ない、所期の目的を達成し
た。

【００１３】また、空隙性欠陥の影響についても種々検
討した結果、そのサイズが１００μ以上のものが磁気特
性を大幅に低下することを知見したものである。そして
この１００μ以上の有害な空隙性欠陥をなくすためには
圧延形状比Ａが０．６以上必要であることを見出した。

【数５】

【００１４】さらに、鋼中の水素の存在も有害で、特に
板厚５０mm以上の厚板において、脱水素熱処理を行なう
ことによって磁気特性が大幅に向上することを知見し
た。高形状比圧延により空隙性欠陥のサイズを１００μ
以下にし、かつ、脱水素熱処理により鋼中水素を減少す
ることで中磁場での磁束密度が大幅に上昇する。

【００１５】成分元素に関しては、本製造法において、
特にＳｉ及びＡｌ添加が低磁場で高磁束密度を得るため
に非常に有効であることを見出した。図２及び図３は、
０．００７Ｃ−０．０９Ｍｎ鋼にあって、Ｓｉ量及びＡ
ｌ量が中磁場（５Ｏｅ）での磁束密度に及ぼす影響を示
したものである。本製造法において、Ｓｉ量が０．１〜
３．５％、特に０．６〜２．５％の範囲で、Ａｌ量が
０．１〜３．０％、特に、０．９〜２．５％の範囲で高
い磁束密度を示している。

【００１６】次に成分限定理由を述べる。Ｃは鋼中の内
部応力を高め、磁気特性、特に低磁場での磁束密度を最
も下げる元素であり、極力下げることが中磁場での磁束
密度を低下させないことに寄与する。また、磁気時効の
点からも低いほど経時低下が少なく、磁気特性の良い状
態で恒久的に使用できるものであり、このようなことか
ら、０．０１％以下に限定する。図４に示すようにさら
に、０．００５％以下にすることにより一層高磁束密度
が得られる。

【００１７】Ｓｉ，Ａｌは中磁場での磁束密度の点から
添加した方が有利な元素である。Ｓｉに関しては、図２
に示すように、０．１〜３．５％の範囲で、さらに望ま
しくは、０．６〜３．０％の範囲で添加する。Ａｌに関
しては、図４に示すように、０．１〜３．０％の範囲
で、さらに望ましくは、０．９〜２．５％の範囲で添加
する。

【００１８】Ｍｎは中磁場での磁束密度の点から少ない
方が好ましく、ＭｎはＭｎＳ系介在物を生成する点から
も低い方がよい。この意味からＭｎは０．２０％以下に
限定する。Ｍｎに関してはＭｎＳ系介在物を生成する点
よりさらに望ましくは０．１０％以下がよい。Ｓ，Ｏは
鋼中において非金属介在物を形成し、結晶粒の粗大化を
妨げる害を及ぼし含有量が多くなるに従って磁束密度の
低下が見られ、磁気特性を低下させるので少ない程よ
い。このため、Ｓは０．０１０％以下、Ｏは０．００５
％以下とした。

【００１９】Ａｌは脱酸剤として用いるもので、多くな
りすぎると介在物を生成し鋼の性質を損なうので上限は
０．０４０％とする。さらに結晶粒粗大化を妨げる析出
物であるＡｌＮを減少させるためには低いほどよく、望
ましくは０．０２０％以下がよい。Ｎは内部応力を高め
かつＡｌＮにより結晶粒微細化作用により中磁場での磁
束密度を低下させるので上限は０．００４％とする。Ｈ
は磁気特性を低下させ、かつ、空隙性欠陥の減少を妨げ
るので０．０００２％以下とする。

【００２０】次に製造法について述べる。圧延条件につ
いては、まず圧延前加熱温度を１１５０℃以下にするの
は、１１５０℃を超える加熱温度では、加熱γ粒径の板
厚方向のバラツキは大きく、このバラツキが圧延後も残
り最終的な結晶粒が不均一となるため、上限を１１５０
℃とする。加熱温度が９５０℃未満となると圧延の変形
抵抗が大きくなり、以下に述べる空隙性欠陥をなくすた
めの形状比の高い圧延の圧延負荷が大きくなるため、９
５０℃を下限とする。

【００２１】熱間圧延にあたり前述の空隙性欠陥は鋼の
凝固過程で大小はあるが、必ず発生するものでありこれ
をなくす手段は圧延によらなければならないので、熱間
圧延の役目は重要である。すなわち、熱間圧延１回当た
りの変形量を大きくし板厚中心部にまで変形が及ぶ熱間
圧延が有効である。具体的には８００℃以上で圧延形状
比Ａが０．６以上の圧延パスが１回以上を含む高形状比
圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズを１００μ以下にす
ることが磁気特性によい。圧延中にこの高形状比圧延に
より空隙性欠陥をなくすことで、後で行なう脱水素熱処
理における脱水素効率が飛躍的に上昇するのである。こ
こに８００℃以上で高形状比圧延を行う理由は、８００
℃未満の低温では変形抵抗が大きく通常の圧延機では圧
下が困難となるからである。

【００２２】次に８００℃以下の温度において累積圧下
率３５％超にすることにより結晶粒を微細化するととも
に歪みを導入し、これに続く熱処理時の再結晶を促進さ
せる。さらにこの圧延により、（１００）の結晶方位を
圧延方向に平行にランダムとする。ただし７０％超の圧
下率になると、熱処理後結晶粒度が板厚方向に不均一に
なり、磁束密度のばらつきを大きくする。従って板厚方
向に均一な比較的粗大な粒を得るために、圧下率を３５
％超７０％以下とする。

【００２３】次に熱間圧延に引き続き結晶粒粗大化、内
部歪除去及び板厚５０mm以上の厚手材については脱水素
熱処理を施す。板厚５０mm以上では水素の拡散がしにく
く、これが空隙性欠陥の原因となり、かつ、水素自身の
作用と合わさって中磁場での磁束密度を低下させる。こ
のため、脱水素熱処理を行なうが、その際６００℃未満
では脱水素効率が悪く７５０℃超では変態が一部開始す
るので６００〜７５０℃の温度範囲で行なう。脱水素時
間としては種々検討の結果〔０．６（ｔ−５０）＋６〕
時間（ｔ：板厚）が適当である。

【００２４】焼鈍は結晶粒粗大化及び内部歪除去のため
に行なうが、７５０℃未満では結晶粒粗大化が起こら
ず、また、１１５０℃超では結晶粒の板厚方向の均質性
が保てないため、焼鈍温度としては７５０〜１１５０℃
に限定する。

【００２５】焼準は板厚方向の結晶粒調整及び内部歪除
去のために行なうが、焼準温度は９１０〜１２００℃に
限定する。９１０℃未満ではオーステナイト域とフェラ
イト域の混在により結晶粒が混粒となり、１２００℃超
では結晶粒の板厚方向の均一性が保てない。

【００２６】なお、磁気特性向上のためには、結晶粒粗
大化と内部歪除去とが考えられるが、特に内部歪除去は
必須条件である。内部歪除去は、板厚５０mm以上の厚手
材では脱水素熱処理で行うことができるので、本発明の
厚手材では脱水素熱処理で、上記焼鈍あるいは焼準を兼
ねることができる。

【００２７】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともにあげ
る。表１に電磁厚板の製造条件とフェライト粒径、中磁
場での磁束密度を示す。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】例１〜９は本発明の実施例を示し、例１０
〜２６は比較例を示す。例１〜４は板厚１００mmに仕上
げたもので、中磁場で高磁束密度を示す。例１に比べ、
例２はさらに低Ｃ、例３，４は低Ｍｎであり、より高い
磁気特性を示す。例５〜７は５００mm、例８は４０mm、
例９は６mmに仕上げたもので、中磁場で高磁束密度であ
る。

【００３１】例１０はＣが高く、例１１はＳｉが低く、
例１２はＳｉが高く、例１３はＭｎが高く、例１４はＳ
が高く、例１５はＡｌが低く、例１６はＡｌが高く、例
１７はＮが高く、例１８はＯが高く、例１９はＨが高
く、それぞれ上限、下限を超えるため低磁気特性値とな
っている。例２０は加熱温度が上限を超え低磁束密度と
なっている。例２１は加熱温度が下限をはずれているた
め、低磁束密度となっている。例２２は８００℃以下の
圧下率が下限をはずれ低磁束密度となっている。例２３
は最大形状比が下限をはずれ、例２４は脱水素熱処理温
度が下限をはずれ、例２５は焼鈍温度が下限をはずれ、
例２６は脱水素熱処理がないため低磁束密度となってい
る。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、適切な成分限定により板厚の
厚い厚鋼板に均質な高電磁特性を具備せしめることに成
功し、直流磁化による磁気特性を利用する構造物に適用
可能としたものであり、かつその製造法も前述の成分限
定と熱間圧延後結晶粒調整及び脱水素熱処理を同時に行
なう方式であり、極めて経済的に製造する方法を提供す
るもので産業上多大な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼす８００℃以下
の圧下率の影響を示すグラフである。

【図２】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼすＳｉ量の影響
を示すグラフである。

【図３】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼすＡｌ量の影響
を示すグラフである。

【図４】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼすＣ含有量の影
響を示すグラフである。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．１０％以上、３．５％以下、 Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｓ ：０．０１０％以下、 Ａｌ：０．１０％以上、３．０％以下、 Ｎ ：０．００４％以下、 Ｏ ：０．００５％以下、 Ｈ ：０．０００２％以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９
   ５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比
   Ａが０．６以上の圧延パスを１回以上はとる圧延を行な
   い、引き続き８００℃以下で圧下率を３５％超７０％以
   下とする圧延を行ない、板厚５０mm以上の厚板とし、該
   厚板を６００〜７５０℃で脱水素熱処理を行なうことを
   特徴とする中磁場での磁気特性の優れた無方向性電磁厚
   板の製造法。 【数１】
2. 【請求項２】 板厚５０mm以上の厚板を脱水素処理後、
   ７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１２
   ００℃で焼準することを特徴とする請求項１記載の中磁
   場での磁気特性の優れた無方向性電磁厚板の製造法。
3. 【請求項３】 重量％で、 Ｃ ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．１０％以上、３．５％以下、 Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｓ ：０．０１０％以下、 Ａｌ：０．１０％以上、３．０％以下、 Ｎ ：０．００４％以下、 Ｏ ：０．００５％以下、 Ｈ ：０．０００２％以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９
   ５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比
   Ａが０．６以上の圧延パスを１回以上はとる圧延を行な
   い、引き続き８００℃以下で圧下率を３５％超７０％以
   下とする圧延を行ない、板厚５０mm未満の厚板とし、該
   厚板を７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０
   〜１２００℃で焼準することを特徴とする中磁場での磁
   気特性の優れた無方向性電磁厚板の製造法。 【数２】