JP2724093B2 - 表面性状および磁気特性の優れた方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、主にトランスやその
他の電気機器の鉄心材料として使用される磁気特性の優
れた方向性けい素鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の電気機器の鉄心材料としては、
磁気特性に優れること、具体的には磁場の強さ800 Ａ／
ｍにおける磁束密度Ｂ₈ 値(T) が高く、また 50Hz の交
流磁束密度 1.7Ｔにおける鉄損特性Ｗ_17/50 値（Ｗ／K
g) が低いことが要求される。このため方向性けい素鋼
板は、２次再結晶を利用して｛110 ｝＜001 ＞方位いわ
ゆるゴス方位の結晶粒を発達させたものである。そして
磁気特性の優れた材料を得るには、磁化容易軸である＜
001 ＞軸を圧延方向に高度に揃えることが必要であり、
適当な圧延と熱処理を組合わせた諸工程によって、ゴス
方位に２次再結晶粒を安定して発達させることが重要で
ある。特にインヒビターと呼ばれるAlN 、MnS 及びMnSe
の析出物を均一かつ微細に分散させることが肝要であ
る。

【０００３】特公昭50−21291 号公報には、熱間圧延時
の仕上前面温度を 1150 ℃以下にして仕上圧延中にイン
ヒビターを析出させる方法が提示されている。これは、
AlN等のインヒビターの析出温度以下に鋼板を冷却し、
これに圧延による歪みを導入することにより、AlN 等の
インヒビターを析出させる方法である。しかし、この方
法では、仕上圧延前に表層部分が冷却され、板面表層部
のAlN 等のインヒビターが析出粗大化するため、２次再
結晶が不安定になるという問題がある。また、表層部分
と内部とに加工度の違いが生じて、圧延中の鋼板表面に
粒界割れを生じ、製品に至るまでその傷が残存し著しく
商品価値を減少する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、磁気特性
の優れた方向性けい素鋼板を工業的に安定して得ること
のできる製造方法について提案することを目的とするも
のである。また、この発明の別の目的は、仕上圧延中に
生じる粒界割れを防止することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、インヒビタ
ー成分として、少なくともsol Al : 0.010〜0.06wt％お
よびＮ：0.0030〜0.0120wt％を含有する方向性けい素鋼
素材に熱間圧延を施した後、１回ないし中間焼鈍を挟む
２回以上の冷間圧延を施して最終板厚とし、さらに脱炭
焼鈍、次いで焼鈍分離剤を塗布して最終仕上焼鈍を施す
一連の工程によって方向性けい素鋼板を製造するに当た
り、熱間圧延の仕上圧延開始温度を1000〜1180℃とし、
仕上圧延の１パス直後に、鋼板の表層と表面から板厚の
1/4 深さの層との温度差が80℃以上となる冷却を施し、
さらに脱炭焼鈍における、鋼板温度が600 〜850 ℃での
水素分圧に対する水蒸気分圧の比を0.4 〜0.7 に調整す
ることを特徴とする表面性状および磁気特性の優れた方
向性けい素鋼板の製造方法である。

【０００６】この発明の素材である方向性けい素鋼素材
としては、従来公知の成分組成のものいずれもが適合す
るが、代表組成を掲げると次のとおりである。 Ｃ：0.01〜0.10wt％（以下単に％と示す） Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみら
なず、ゴス方位の発達に有用な元素であり、少なくとも
0.01％以上の添加が好ましい。しかしながら0.10％を超
えて含有されるとかえってゴス方位に乱れが生じるので
上限は0.10％程度が好ましい。

【０００７】Si：2.0 〜4.5 ％ Siは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与する
が、4.5 ％を上回ると冷延性が損なわれ、一方2.0 ％に
満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次再結晶・
純化のために行われる最終高温焼鈍中にα−γ変態によ
って結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損改善効果
が得られないので、Si量は2.0 〜4.5 ％程度とするのが
好ましい。

【０００８】Mn：0.02〜0.12％ Mnは、熱間脆化を防止するため少なくとも0.02％程度を
必要とするが、あまりに多すぎると磁気特性を劣化させ
るので上限は0.12％程度に定めるのが好ましい。

【０００９】インヒビターとしては、いわゆるMnS,MnSe
系とAlN 系とがあり、この発明ではAlN 系を必須インヒ
ビターとし、さらにMnS,MnSe系の併用が可能である。Al
N 系の場合は、 Al：0.010 〜0.06％，Ｎ：0.0030〜0.0120％ AlおよびＮの範囲は、抑制力確保の観点からは、少なく
ともそれぞれ0.010 ％および0.0030％程度を必要とする
が、それぞれ0.06％および0.0120％を超えるとその効果
が損なわれるので、それぞれ上記の範囲とする。

【００１０】MnS, MnSe系の場合は、 Se, Ｓのうちから選ばれる少なくとも１種：0.005 〜0.
06％ Se, Ｓはいずれも、方向性けい素鋼板の２次再結晶を制
御するインヒビターとして有力な成分である。抑制力確
保の観点からは、少なくとも0.005 ％程度を必要とする
が、0.06％を超えるとその効果が損なわれるので、その
下限、上限はそれぞれ0.01％, 0.06％程度とするのが好
ましい。

【００１１】インヒビター成分としては上記したAl,
Ｓ, Seの他、Cuの複合添加がとりわけ好ましく、0.01〜
0.08％の添加によって、より一層の効果が得られる。そ
の他、Sn, Cr、Ge, Sb, Mo, Te, BiおよびＰなども有利
に適合するので、それぞれ少量併せて含有させることも
できる。ここに上記成分の好適添加範囲はそれぞれ、S
n, Cr：0.01〜0.15％、Ge, Sb, Mo, Te, Bi：0.005 〜
0.1 ％、Ｐ：0.01〜0.2 ％であり、これらの各インヒビ
ター成分についても、単独使用および複合使用いずれも
が可能である。

【００１２】

【作用】この発明においては、熱間圧延の仕上圧延開始
温度を 1000 〜1180℃にする。なぜなら、1180℃をこえ
る温度で仕上圧延を開始すると、インヒビターの粒界に
おける析出が優先して生じ、安定した磁性を得ることが
できない。一方、仕上圧延開始温度を1000℃未満にする
と、析出物が粒内に析出するものの粗大化して、特にコ
イルエッジ部に２次再結晶不完全部を生じる。

【００１３】さらに、仕上圧延の１パス直後に、鋼板の
表層と表面から板厚の 1/4深さの層（以下、1/4 層と示
す）における温度差が 80 ℃以上となる冷却を施す必要
がある。すなわち、この冷却処理によって、インヒビタ
ーの析出に好適な温度分布ができ上るためと考えられ
る。

【００１４】ここで、図１に、熱間仕上圧延において、
その１パス前に冷却処理を施したもの（圧延開始温度：
1050℃，表層と1/4 層の温度差：95℃）、１パス直後に
冷却処理を施したもの（圧延開始温度：1120℃，表層と
1/4 層の温度差：90℃）、冷却を施さなかったもの（圧
延開始温度1120℃，表層と 1/4層の温度差：50℃) の３
条件で得られた各熱延板を、同様の処理で最終板厚とし
た後、水素分圧に対する水蒸気分圧の比（以下、Ｐ(H
₂O) ／Ｐ(H₂)と示す）が 0.5の雰囲気で脱炭焼鈍処理を
行ない、その後は通常のプロセスを経て得られた試料の
磁気特性について調査した結果を示す。同図から、冷却
処理を施したものは、冷却処理を施さないものに比較し
て、ともに優れた磁気特性を示すが、仕上圧延前に冷却
処理を施したものは表面に粒界割れに起因する欠陥が多
数発生した。

【００１５】また、上記の冷却において、鋼板の表層と
1/4 層とにおける温度差を 80 ℃以上としたのは、80℃
に満たないと、表層付近のインヒビターの微細析出分布
が不充分となり、２次再結晶が不完全になるためであ
る。従って、この発明においては、仕上圧延の１パス直
後に、鋼板の表層と1/4 層とにおける温度差が 80 ℃以
上となる冷却を施すこととした。

【００１６】以上に示したように、まず仕上圧延の開始
温度を 1000 〜1180℃に規制することによって、インヒ
ビターの粒内の微細析出は達成されるが、後工程の２次
再結晶現象が不安定になることがあり、これは仕上圧延
１パス直後に所定の冷却を施すことによっても回避する
ことが難しいところに問題を残していた。この理由とし
ては、上記温度範囲内で熱間圧延を開始しても、充分な
インヒビターの析出分布が安定的に得られないためであ
る。充分な析出分布を得るには、仕上圧延開始前から鋼
板表面を冷却して充分に析出させることが考えられる
が、上述したごとく仕上圧延において粒界割れを生じ
て、製品に至るまで欠陥が残存することになるため、採
用することはできない。

【００１７】ところで、上記に従って、 1000 〜1180℃
で仕上圧延を開始して１回目の仕上圧延直後に急冷した
熱延板は、周知のように、冷間圧延と必要に応じて中間
焼鈍を施して製品板厚とし、さらに冷延板には脱炭焼鈍
を施すが、この脱炭焼鈍の雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)が
２次再結晶現象の安定化に大きく寄与することが、新た
に判明した。

【００１８】ここで、図２に、方向性けい素鋼スラブを
粗圧延後、1120℃で開始した仕上圧延の１パス直後に水
冷によって鋼板の表層と 1/4層との温度差を90℃として
圧延した後、中間焼鈍を挟む冷間圧延によって最終板厚
にした冷延板に、雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を種々変更
した脱炭焼鈍を施し、その後仕上焼鈍を経て得た試料の
磁気特性について測定した結果を示す。なお、焼鈍温度
は760 〜850 ℃の範囲とした。

【００１９】同図に示すように、脱炭焼鈍の雰囲気によ
って磁気特性とそのばらつき状態が変化することが判
る。すなわち、Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を0.4 〜0.7 の範囲に
調整することによって、磁気特性が向上する上、そのば
らつきも小さくなって、磁気特性が安定する。

【００２０】なお、上記した組成に、さらにCu：0.01〜
0.08％を含有する方向性けい素鋼を用いると、Ｐ(H₂O)
／Ｐ(H₂)の範囲を0.4 〜0.9 に拡大しても、同様に安定
した磁気特性が得られる。

【００２１】

【実施例】

実施例１ Ｃ：0.08％、Si：2.25％、Mn：0.08％、Se：0.020 ％、
Al：0.025 ％およびＮ：0.0090％を含有し、残部鉄およ
び不可避的不純物からなるスラブを熱間圧延により熱延
板とするに際し、仕上圧延開始温度を 950〜1200℃の範
囲で水冷あるいは放冷にて種々に変化させた。次いで、
熱延板に冷間圧延を施して0.23mmの厚みにした後に、83
0 ℃で脱炭焼鈍を行なって炭素含有量を 0.002％以下に
した。その際、脱炭焼鈍雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を
0.3〜0.7 の範囲で種々に変化させた。その後、２次再
結晶焼鈍を施してから、得られた鋼板の磁気特性および
外観について調査した結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例２ Ｃ：0.08％、Si：2.25％、Mn：0.08％、Se：0.019 ％、
Al：0.024 ％およびＮ：0.0085％を含み、さらにCu：0.
06％を含有し、残部鉄および不可避的不純物からなるス
ラブを熱間圧延により熱延板とするに際し、仕上圧延開
始温度を 950〜1120℃の範囲で水冷あるいは放冷にて種
々に変化させた。次いで、熱延板に冷間圧延を施して0.
23mmの厚みにした後に、800 ℃で脱炭焼鈍を行なって炭
素含有量を 0.002％以下にした。その際、脱炭焼鈍雰囲
気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を 0.3〜0.9 の範囲で種々に変化
させた。その後、２次再結晶焼鈍を施してから、得られ
た鋼板の磁気特性および外観について調査した結果を表
２に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、磁気特性および表面
性状の良好な方向性けい素鋼板を、安定して得ることが
でき、従って方向性けい素鋼板の工業的規模での生産を
有利に実現する。

【図面の簡単な説明】

【図１】仕上圧延前後の冷却処理と磁気特性との関係を
示す図である。

【図２】Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)と磁気特性との関係を示す図
である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小谷 桂介 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社 水島製鉄所内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 インヒビター成分として、少なくともso
   l Al : 0.010〜0.06wt％およびＮ：0.0030〜0.0120wt％
   を含有する方向性けい素鋼素材に熱間圧延を施した後、
   １回ないし中間 焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施し
   て最終板厚とし、さらに脱炭焼鈍、次いで焼鈍分離剤を
   塗布して最終仕上焼鈍を施す一連の工程によって方向性
   けい素鋼板を製造するに当たり、熱間圧延の仕上圧延開
   始温度を 1000 〜1180℃とし、仕上圧延の１パス直後
   に、鋼板の表層と表面から板厚の1/4 深さの層との温度
   差が80℃以上となる冷却を施し、さらに脱炭焼鈍におけ
   る、水素分圧に対する水蒸気分圧の比を0.4 〜0.7 に調
   整することを特徴とする表面性状および磁気特性の優れ
   た方向性けい素鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 インヒビター成分として、少なくともso
   l Al : 0.010〜0.06wt％およびＮ：0.0030〜0.0120wt％
   の他、Cu : 0.01 〜0.08wt％を含有することを特徴とす
   る請求項１記載の表面性状および磁気特性の優れた方向
   性けい素鋼板の製造方法。