JP2588635B2 - 一方向性電磁鋼板製造用薄鋳片 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、2.５〜6.５％のＳi を
含む0.３〜3.０mm厚の一方向性電磁鋼板製造用薄鋳片に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板はトランス等の電気機
器の鉄心材料として利用されており、磁気特性として励
磁特性と鉄損特性が良好でなくてはならない。しかも近
年、特にエネルギーロスの少ない低鉄損素材への市場要
求が強まっている。しかし、従来の製造方法では、熱
延、冷延、焼鈍などの複雑な工程処理が必要なため、製
造コストが非常に高いという問題がある。そこで最近、
電磁鋼の溶鋼を急冷凝固法で直接薄帯にする技術が開発
された。この方法によれば、溶鋼から直接成品または半
成品が出来るので、製造コストを大幅に下げることが可
能である。

【０００３】この急冷凝固法で一方向性電磁鋼板を製造
する方法は、インヒビターを活用するものが主流であ
る。たとえば、特開昭63-11619号公報には、Ｓi ：2.５
〜6.５％等を含有する溶湯を、冷却面が移動更新する冷
却体上に連続供給して急冷凝固し、0.７〜2.０mm厚の鋳
片を得、これに圧下率50％以上の冷間圧延を施した後、
焼鈍することからなる一方向性電磁鋼板の製造方法が開
示されている。

【０００４】さらに、特公昭56-51216号および特公昭56
-43295号の各公報では、いずれも溶鋼を鋳型の中心部の
凝固冷却速度が１℃／秒以上となるように冷却し、凝固
後も少なくとも 600℃までを0.05℃／秒以上で急冷する
ことにより、硫化物、窒化物、炭化物などの析出物を殆
ど固溶させた鋳片を得、以降の工程で析出処理すること
により、微細分散させるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来開
示されてきた急冷凝固法による一方向性電磁鋼板の製造
方法では、析出分散相の条件については満足されていた
としても、さらに良好な磁気特性を得るための具体的な
結晶粒径の範囲については求められていなかった。

【０００６】たとえば、特開昭63-11619号公報記載の方
法によれば、望ましい磁気特性を得るために必要な、急
冷凝固後の具体的な鋳片の結晶粒径については言及され
ていない。また、特公昭56-51216号および特公昭56-432
95号の各公報において析出分散相について言及されてい
たとしても、さらに良好な磁気特性を得るための具体的
な鋳片の結晶粒径範囲については言及されていない。加
えて、これらの特許公報では、溶鋼成分の違いによる凝
固後の適正な冷却速度についても言及されていない。

【０００７】本発明者らは、凝固後の鋳片の冷却速度の
みならず凝固時の制御も含めた種々の実験により良好な
磁気特性を得るための具体的な結晶粒径の範囲について
求め、(110) ＜001 ＞方位の集積度が高く磁気特性の良
好な一方向性電磁鋼板を得るための薄鋳片製造方法を課
題に取り組んできた。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、上記課題を
解決すべく検討を重ねた結果、重量割合でＣ：0.03〜0.
10％，Ｓi ：2.５〜6.５％，Ｍn ：0.02〜0.15％，Ｓ：
0.01〜0.05％を基本成分として、これに必要により酸可
溶性Ａl ：0.01〜0.04％，Ｎ： 0.003〜0.015 ％を含有
し、結晶粒径が 100μｍ以下で板厚が0.３〜3.０mmであ
る薄鋳片を用いて製造することにより二次再結晶が安定
し良好な磁気特性を持った一方向性電磁鋼板が得られる
ことを見出した。

【０００９】これらの薄鋳片は、熱延工程を実施するこ
となく次工程へ進む。ここで、インヒビターとして窒化
物も必要とする場合は、 AlN等の析出のために 950〜12
00℃で30秒〜30分の焼鈍を行う。次に、１回ないし、中
間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施し最終製品板厚と
する。この後は、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を行い、さ
らに MgO等の焼鈍分離剤を塗布して、二次再結晶と純化
のため1100℃以上の最終仕上げ焼鈍を行うことで一方向
性電磁鋼板が製造される。

【００１０】以下に本発明を詳細に説明する。

【００１１】

【作用】一方向性電磁鋼板は、その製造工程の最終仕上
げ焼鈍中に二次再結晶を充分に起こさせ、所謂ゴス集合
組織を得ることにより製造できる。このゴス集合組織を
得るためには一次再結晶粒の成長粗大化を抑制し、(11
0) ＜001 ＞方位の再結晶粒のみを或る温度範囲で選択
的に成長させるような素地を作ってやる事が必要であ
る。そこで、一次再結晶粒は出来るだけ微細に整粒化さ
れていなければならず、その為にも出来るだけ鋳片の段
階で結晶粒径を微細にする必要がある。

【００１２】また、特公昭57-41526号公報で指摘されて
いるように、熱延プロセスによる一方向性電磁鋼板の製
造において、一般に線状細粒と呼ばれている二次再結晶
不完全部分が発生する原因は、熱延板に大きな延伸粒が
残存することであると言われている。以上のように、良
好な磁気特性を得るためには出来るだけ薄鋳片の段階で
結晶粒径を微細にする必要がある。この考えに基づき本
発明者らは、様々な薄鋳片を用いることにより、二次再
結晶が安定し良好な磁気特性を得るための結晶粒径の範
囲を実験的に求めてみた。これを図１に示す。ここで横
軸は、重量でＳi ：3.３％，Ｍn ：0.08％，Ｓ：0.02
％、酸可溶性Ａl ：0.03％，Ｎ： 0.009％を含有し、板
厚が2.３mmの薄鋳片の結晶粒径を示す。また縦軸は、こ
の薄鋳片を用いて熱延することなく焼鈍したのち、最終
板厚0.３mmに冷延し、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を行
い、さらに MgO等の焼鈍分離剤を塗布して、最終仕上げ
焼鈍を行うことで得られた製品の磁気特性を示してい
る。図を見ても判るように、薄鋳片の結晶粒径が 100μ
ｍ以下で良好な磁気特性が得られている。

【００１３】このような実験事実は従来の文献では言及
されておらず、今までには良好な磁気特性が得られるの
に必要な具体的な鋳片の結晶粒径範囲は求められていな
かった。次に本発明における、この鋼成分の限定理由は
下記のとおりである。Ｃは二次再結晶を安定させるため
に必要な元素で、下限0.03％は、これ未満であれば二次
再結晶が不安定となり、上限0.10％は、これより多くな
ると脱炭所要時間が長くなり、経済的に不利となるから
である。

【００１４】Ｓi は鉄損を良くするために下限を2.５％
とするが、多すぎると冷間圧延の際に割れ易く加工が困
難となるので上限を6.５％とする。Ｍn は MnSを形成す
るために必要な元素で、下限0.02％は、これ未満であれ
ばMnSの絶対量が不足し、上限0.15％は、これを越える
と MnSの適当な分散状態が得られないので上記範囲に限
定した。

【００１５】Ｓは MnS，(Mn ・Fe)Sを形成するために必
要な元素で、下限0.01％は、これ未満では、 MnS，(Mn
・Fe)Sの絶対量が不足し、上限0.05％は、これを越える
と仕上高温焼鈍で脱硫が困難となるので上記範囲に限定
した。さらに、硫化物に加えて AlNを利用する場合は、
酸可溶性Ａl とＮを添加する。酸可溶性Ａl は AlNを形
成するために必要な元素で、下限0.01％は、これ未満で
は ＡｌＮの絶対量が不足し、上限0.04％は、これを越
えると AlNの適正な分散状態が得られないので限定し
た。

【００１６】Ｎは AlNを形成するために必要な元素で、
下限0.03％は、これ未満では AlNの絶対量が不足し、ま
た上限 0.015％は、これを越えると二次再結晶が不安定
となると共に、ブリスターが発生しやすくなるので上記
範囲に限定した。その他、Ｃu,Ｓn,Ｓb,Ｓe はインヒビ
ターを強くする目的で1.０％以下において少なくとも１
種添加しても良い。

【００１７】次に、この溶鋼を双ロール法等の鋳型壁面
が鋳片に同期して移動する連続鋳造機によって急冷凝固
し、0.３〜3.０mm厚の薄鋳片を製造するが、最終板厚0.
05〜0.40mmの製品を想定したとき、良好な二次再結晶を
得るためには0.３mm未満では冷延圧下率が不足であり、
3.０mm超では冷延圧下率は過剰となる。結晶粒を100μ
ｍ以下の微細なものにする方法としては、凝固時の溶鋼
の制御や凝固後の鋳片の冷却速度など様々な方法があ
る。その一つとして、出来るだけ凝固時の過冷却度（溶
鋼温度と液相線温度の差）を大きくとる方法がある。こ
れは過冷却度を大きくとると、それだけ凝固時の核生成
の頻度が増加し、単位体積中の結晶粒の成長数が増加す
るためであると考える。また別の方法として、凝固直後
に形成シェルを破壊しない程度に歪みを導入する方法も
ある。これは歪みエネルギーの増加により結晶粒成長の
核発生数が増加するためであると考える。更に別の方法
として、凝固後鋳片を冷却する方法もある。これは、凝
固後の結晶粒の粒成長を抑制する効果を狙うためであ
る。

【００１８】以上の方法を具体的に述べると、凝固時の
過冷度ΔＴは５℃以上であることが好ましい。これには
溶鋼の出鋼温度の制御やチップなどの過冷材の付与など
の方法が考えられる。また歪みを導入する方法として
は、双ロール法におけるロールの圧下力を0.５kg／mm以
上にすることが好ましい。また、凝固後の鋳片の冷却速
度は 100℃／秒以上であることが望ましい。ここで、急
冷凝固された鋳片を冷却する方法であるが、気水冷却及
び不活性ガス、不活性流体による冷却が代表的なものと
して挙げられる。これらの他にサポート的な冷却移動媒
体（たとえば、ロール等）による接触式冷却方法も考え
られる。

【００１９】以上様々な方法により、結晶粒径が 100μ
ｍ以下の微細な鋳片が得られる。さらに本発明者らは、
結晶粒の微細化には溶鋼のＡl 成分が大きく作用するこ
とを突き止めた。定性的にはＡl 成分が多くなると結晶
粒径は微細になる。これは、凝固期のＡl の濡れ性によ
る凝固核の増加が理由の一つに考えられる。また、凝固
期の微小な AlNの粒成長の抑制効果が結晶粒の微細化に
繋がるとも考えられている。本発明者らの実験で得られ
た、可溶性Ａl 成分による鋳片の結晶粒径の関係を表す
と図２のようになる。これは、鋳片の結晶粒径と可溶性
Ａl 量の関係を、1400〜800 ℃での鋳片の冷却速度をパ
ラメータとして示したものである。これについて回帰分
析し、結晶粒径が 100μｍ以下の鋳片を得るためには以
下の式が満足されることが必要であることを求めた。

【００２０】

【数１】

【００２１】なお、以上の方法による鋳片の集合組織に
ついては、急冷凝固法により結晶方位がランダムな組織
が得られる。また、析出分散相については鋳片中に固溶
させるのではなく硫化物については均一微細なものが出
来る。また、窒化物については固溶したものが得られ
る。以上、本発明での薄鋳片を出発とした素材は、熱延
工程を実施することなく一方向性電磁鋼板を製造する。
ここで、インヒビターとして窒化物も必要とする場合
は、 AlN等の析出のために 950〜1200℃で30秒〜30分の
焼鈍を行うことが望ましい。

【００２２】次に、１回ないし、中間焼鈍を含む２回以
上の冷間圧延を施す。このときの最終冷延圧下率は高い
ゴス集積度をもつ製品を得るため、圧下率60〜90％が必
要となる。この後は、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を行
い、さらに MgO等の焼鈍分離剤を塗布して、二次再結晶
と純化のため1100℃以上の仕上げ焼鈍を行うことで、磁
気特性が良好な一方向性電磁鋼板が製造される。

【００２３】次に本発明の実施例を挙げて説明する。

【００２４】

【実施例】（実施例１）表１に示す成分組成を含む溶鋼
を、双ロール急冷凝固法により、2.４mm厚の薄鋳片にし
た。鋳造条件は、ロール径が 300mmφ、ロール周速度が
440mm／秒、溶鋼のロール接触時間は約0.３秒であっ
た。なお、この溶鋼の液相線温度は約1490℃、固相線温
度は約1430℃である。表２に示すように、この時双ロー
ル直上のタンディッシュ部分の溶鋼温度は1530℃，1570
℃の２水準とった。

【００２５】このとき得られた薄鋳片の平均結晶粒径を
表２に示す。双ロール直上のタンディッシュ部分の溶鋼
温度が1530℃のもので、結晶粒径は 100μｍ以下のもの
が得られた。薄鋳片の集合組織はいずれの条件もランダ
ム集合組織であった。また、析出分散相についてはいず
れの条件も硫化物が均一微細に析出していた。ついで、
得られた鋳片を酸洗した後、冷間圧延を行い0.８mm厚に
した。次に湿潤水素中で焼鈍し、再度、冷間圧延を施し
0.29mm厚にした。さらに、湿潤水素中で脱炭焼鈍し MgO
粉を塗布した後、1200℃に10時間、水素ガス雰囲気中で
高温焼鈍を行った。

【００２６】表３に得られた製品の磁気特性を示す。製
品の磁性は表３に示すように、鋳片の結晶粒径が 100μ
ｍ以下のもので良好な磁気特性になった。

【００２７】

【表１】

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】（実施例２）表４に示す成分組成を含む溶
鋼を、双ロール急冷凝固法により、2.３mm厚の薄鋳片に
した。鋳造条件は、ロール径が 300mmφ、ロール周速度
が 450mm／秒、溶鋼のロール接触時間は約0.３秒であっ
た。なお、この溶鋼の液相線温度は約1490℃、固相線温
度は約1430℃である。表５に示すように、この時双ロー
ルの圧下力は0.５kg／mm，1.８kg／mmの２水準をとっ
た。このとき、得られた薄鋳片の平均結晶粒径を表５に
示す。条件Ｃにおいて、薄鋳片の結晶粒径が 100μｍ以
下のものが得られた。集合組織はいずれの条件もランダ
ム集合組織であった。また、析出分散相についてはいず
れの条件も硫化物が均一微細に析出していた。

【００３１】ついで、得られた鋳片を1120℃で５分間焼
鈍を行い、さらに酸洗した後、冷間圧延を行い0.29mm厚
にした。次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、 MgO粉を塗布し
た後、1200℃に10時間、水素ガス雰囲気中で高温焼鈍を
行った。得られた製品の磁性は、表６に示すように、鋳
造条件Ｃで鋳片の結晶粒径が 100μｍ以下のもので良好
な磁気特性が得られた。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】

【表６】

【００３５】（実施例３）表７に示す成分組成を含む溶
鋼を、それぞれ双ロール急冷凝固法により2.０mm厚の薄
鋳片にした。鋳造条件は、ロール径が 300mmφ、ロール
周速度が 550mm／秒、溶鋼のロール接触時間は約0.３秒
であった。なお、この溶鋼の液相線温度は約1490℃、固
相線温度は約1430℃である。鋳造後の二次冷却条件は、
双ロール直下から気水冷却を実施した。冷却速度は 800
℃まで 200℃／秒である。

【００３６】このとき得られた薄鋳片の平均結晶粒径を
表８に示す。Ａl 成分が高いものほど、微細な結晶粒径
が得られている。集合組織はランダム集合組織であっ
た。また、析出分散相についてはいずれの条件も硫化物
が均一微細に析出していた。ついで、得られた鋳片を11
20℃で５分間焼鈍を行い、さらに酸洗した後、冷間圧延
を行い0.29mm厚にした。次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、
MgO粉を塗布した後、1200℃に10時間、水素ガス雰囲気
中で高温焼鈍を行った。

【００３７】得られた製品の磁性は、表８に示すよう
に、鋳造条件Ｆ，Ｇで鋳片の結晶粒径が 100μｍ以下の
もので良好な磁気特性が得られた。

【００３８】

【表７】

【００３９】

【表８】

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、急冷凝固法により得ら
れた結晶粒径が 100μｍ以下の一方向性電磁鋼板製造用
薄鋳片を素材とし、熱延を省略して、高い磁束密度を有
する一方向性電磁鋼板を安価かつ省エネルギーに製造す
ることができるので、産業上の貢献するところが極めて
大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】得られた薄鋳片の結晶粒径と磁気特性の関係を
示す図である。

【図２】鋳片の結晶粒径と可溶性Ａl 量の関係を、1400
〜800 ℃での鋳片の冷却速度をパラメータとして示す図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 和久 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日 本製鐵株式会社広畑製作所内 (72)発明者 大黒 隆彦 兵庫県姫路市広畑区富士町１番地 新日 本製鐵株式会社広畑製作所内 (56)参考文献 特開 平２−263921（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱延を施すことなく一方向性電磁鋼板の
   製造に用いる薄鋳片であって、重量割合でＣ：０．０３
   〜０．１０％，Ｓi ：２．５〜６．５％，Ｍn ：０．０
   ２〜０．１５％，Ｓ：０．０１〜０．０５％を基本成分
   として含有し、結晶粒径が１００μｍ以下で板厚が０．
   ３〜３．０mmであることを特徴とする一方向性電磁鋼板
   製造用薄鋳片。
2. 【請求項２】 酸可溶性Ａl ：0.01〜0.04％，Ｎ： 0.0
   03〜0.015 ％を含有する請求項１記載の一方向性電磁鋼
   板製造用薄鋳片。