JP2819993B2 - 優れた磁気特性を有する電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

優れた磁気特性を有する電磁鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大型回転機用の鉄心材
料として優れた磁気特性を有する電磁鋼板の製造方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】発電機や大型モーターのような大型の回
転機用鉄心には、鋼板の圧延方向(L方向)と圧延直角
方向 (C方向)の磁気特性のバランスが重要である。一
般には、ハイグレードの無方向性電磁鋼板と方向性電磁
鋼板が使用されている。
【0003】しかし、無方向性電磁鋼板を用いるとL方
向の磁気特性が十分とは言えず、この特性改善が課題と
なっている。一方、方向性電磁鋼板を用いると磁気特性
の異方性が強く、L方向の磁気特性は優れているがC方
向の磁気特性が極端に悪いため、やはり現状では十分に
満足できる磁気特性とはなっていない。加えて、方向性
電磁鋼板の製造には脱炭焼鈍や1200℃前後の高温での仕
上焼鈍が必要であるため、極めてコストが高いものとな
る。
【0004】以上のような問題を解決するために、いく
つかの提案がなされている。例えば特開平5−9666号公
報には、C:0.01 %以下、Si:1.5〜3.0 %、Mn:1.0〜3.
0 %、酸可溶性Al:0.003〜0.015 %を含有する鋼スラブ
から製造された鋼板を用い、二次再結晶のための焼鈍を
窒素含有雰囲気で行うことにより、脱炭焼鈍や1050℃を
超える高温焼鈍を施すことなく低コストで、良好な磁気
特性を有する方向性電磁鋼板を製造する方法が示されて
いる。
【0005】しかしこの方法は、C方向の磁気特性が極
端に悪いという方向性電磁鋼板の欠点の解消を目的とす
るものではない。
【0006】特開平5−70833 号公報には、スラブ加熱
温度1150〜1250℃で熱間圧延を行い、次いで中間焼鈍を
含む1〜2回の冷間圧延を行った後、脱炭焼鈍を施し、
その後必要に応じて 0.5〜5.0 %の圧下率で冷間圧延を
施した後、連続焼鈍を行う磁気特性の異方性のバランス
に優れた電磁鋼板の製造方法が示されている。
【0007】しかしこの場合も、一般の方向性電磁鋼板
に比べると異方性は減少しているが、鉄損のC/L(C
方向の鉄損W15/50 をL方向のそれで割った値)が2倍
を超えるレベルにあり、異方性の改善が十分に行われて
いるとは言えない。しかも、この方法では脱炭焼鈍や場
合により2〜3回の冷間圧延が必要であり、十分なコス
ト低減効果がない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、鉄損
のC/Lが2.0 以下で極度の異方性がなく、しかもL方
向とC方向の鉄損がともに低いレベルにある、回転機用
の鉄心材料として優れた磁気特性を有する電磁鋼板を低
コストで製造する方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の製造
方法にある。
【0010】重量%で、C:0.010%以下、Si:2.5〜4.0
%、Mn:2.0〜4.0 %、S: 0.01%以下、酸可溶性Al:0.0
03〜0.030 %、N:0.001〜0.010 %を含有し、残部はFe
および不可避的不純物からなる鋼スラブを、下記〜
の工程で処理することを特徴とする、鉄損が低く圧延方
向と圧延直角方向の磁気特性のバランスに優れた電磁鋼
板の製造方法。
【0011】 熱間圧延を行う工程 熱間圧延のまま、または熱間圧延後に焼鈍してから、
冷間圧延を行う工程 連続焼鈍により一次再結晶を起こさせる工程 H2雰囲気中で 800〜1000℃の温度域に4〜100 時間保
持して二次再結晶を起こさせる工程 本発明が狙いとする適度の磁気特性の異方性は、焼鈍時
の二次再結晶により形成された集合組織の影響によるも
のである。この二次再結晶は、一般にインヒビターと呼
ばれる析出物により、結晶粒の成長が抑制された状況下
で、ミラー指数の{110}<001>で表示されるゴ
ス方位の結晶粒が選択的に成長する現象である。
【0012】通常の方向性電磁鋼板においては、析出物
のインヒビター効果が極めて強く、ゴス方位集積度の高
い二次再結晶が発生する。このため、この場合はL方向
の磁気特性は著しく良好になるが、C方向のそれは極端
に劣化する。
【0013】本発明は次の知見に基づくものである。す
なわち、Si、Mn、Alの各含有量の制御と二次再結晶焼鈍
の雰囲気の制御により、適量のインヒビター析出物〔Al
N や(Al、Si、Mn)窒化物〕を分散させて比較的弱いイ
ンヒビター効果を生じさせ、二次再結晶のゴス方位への
集積度を適正化すると、L方向とC方向の磁気特性の
が小さく、かつL方向とC方向の平均の磁気特性は高水
準のものが得られる。
【0014】
【作用】本発明の方法の対象となる鋼スラブの化学組
成、製造工程および製造条件を前記のように限定した理
由を説明する。以下、%は重量%を意味する。
【0015】(1)スラブの組成 C:0.010 %以下 製品中のCは鉄損に悪影響を及ぼすため、C含有量はス
ラブの段階で 0.010%以下、望ましくは0.005 %以下と
する必要がある。製品段階で残存したCは炭化物を生成
し、これが磁壁移動の障害物となり、鉄損が増加するか
らである。
【0016】Si: 2.5〜4.0 % Siは磁気特性に大きな影響を与える元素であり、その含
有量が増加するほど鋼板の電気抵抗が上昇して渦電流損
が低下し、結果として鉄損が減少する。しかし、Si含有
量が4.0 %を超えると加工性が劣化して冷間圧延が困難
となる。一方、2.5 %未満では鋼板の電気抵抗が低く、
鉄損の低減ができない。よって、Si含有量の範囲は 2.5
〜4.0 %とした。
【0017】Mn: 2.0〜4.0 % MnはSiと同様に鋼板の電気抵抗を上昇させるのに有効な
元素であるが、Mn含有量が2.0 %未満ではその効果が小
さい。またMnは、インヒビター析出物である(Al、Si、
Mn)窒化物を形成し、二次再結晶焼鈍で、本発明の狙い
とする適度の異方性を有する磁気特性が得られる集合組
織の形成に不可欠な元素である。この作用もMn含有量が
2.0 %以上で顕著となるので、この面からも2.0 %以上
とした。一方、Mn含有量が4.0 %を超えると鋼中に生成
する(Al、Si、Mn)窒化物の分散状態が不適切になり、
良好な磁気特性が得られない。よって、Mn含有量の範囲
は、 2.0〜4.0 %とした。
【0018】S:0.01%以下 SはMnと結合してMnS を形成する。本発明では焼鈍時の
集合組織を制御する主要なインヒビター析出物として、
AlN や(Al、Si、Mn)窒化物を用いる。したがって、一
般の方向性電磁鋼板のようにMnS をインヒビターとして
使用しないので、Sを多量に含有させる必要はない。製
品段階で多量のMnS 粒子が鋼中に残存すると鉄損の劣化
をもたらす。このため、S含有量は0.01%以下とした。
なお、鉄損低減の観点から望ましいのは0.005 %以下で
ある。
【0019】 酸可溶性Al(sol.Al): 0.003〜0.030 % Alは、二次再結晶で適度な磁気特性の異方性を有する集
合組織を形成させるために必要なインヒビター析出物
〔AlN や(Al、Si、Mn)窒化物〕の生成に重要な役割を
果たす元素である。sol.AlとしてAl含有量が0.003 %未
満では十分なインヒビター効果が得られない。一方、0.
030 %を超えるとインヒビター量が多くなりすぎるとと
もに、その分散状態が不適切になり、安定した二次再結
晶が生じない。よって、sol.Al含有量の範囲は 0.003〜
0.030 %とした。
【0020】N: 0.001〜0.010 % Nはインヒビター窒化物を形成するために必要な元素で
ある。N含有量がスラブ段階で0.001 %未満では窒化物
の析出量が不足し、所望のインヒビター効果が得られな
い。一方、0.010 %を超えるとその効果は飽和する。よ
って、スラブ段階でのN含有量の範囲は 0.001〜0.010
%とした。
【0021】(2)製造工程および製造条件 素材の鋼スラブは上記の組成を持つものである。これは
転炉、電気炉などで溶製し、必要があれば真空脱ガスな
どの処理を施した溶鋼を、連続鋳造でスラブとしたも
の、またはインゴットにして分塊圧延しスラブとしたも
ののいずれでもよい。
【0022】(a)第の工程(熱間圧延) 熱間圧延の条件については特に制約はないが、望ましい
のは、加熱温度1100〜1270℃、仕上温度 700〜950 ℃で
ある。
【0023】(b)第の工程(熱延板焼鈍、冷間圧延) 熱延板は、所定の製品板厚まで冷間圧延する。このと
き、冷間圧延開始前に焼鈍(いわゆる熱延板焼鈍)を行
ってもよい。この熱延板焼鈍は、析出物の分散状態の適
正化と熱延板の再結晶によるミクロ組織の均質化を促進
し、二次再結晶の発生を安定化するのに有効である。
【0024】熱延板焼鈍を連続焼鈍で行う場合は 750〜
1100℃で10秒から5分の均熱、箱焼鈍で行う場合は 600
〜850 ℃で30分〜24時間の均熱とするのが望ましい。
【0025】 (c)第の工程(仕上焼鈍前の連続焼鈍、一次再結晶焼
鈍) 後述する仕上焼鈍で安定した二次再結晶を発生させるた
めには、急速加熱による一次再結晶が必要である。この
ために連続焼鈍が有効であり、焼鈍温度は 700〜1000℃
とするのが望ましい。
【0026】 (d)第の工程(二次再結晶のための仕上焼鈍) 仕上焼鈍の目的は、適度のゴス方位集積度を持つ二次再
結晶を発生させることにある。このためには、二次再結
晶の発生する温度域でインヒビター強度を適切に制御す
ることが重要である。
【0027】仕上焼鈍において、 800〜1000℃の温度域
で4〜100 時間保持するのは、この温度域で最も適切な
インヒビター強度が得られ、適度にゴス方位へ集積した
二次再結晶が発生するからである。800 ℃未満ではイン
ヒビターの効果、すなわち粒成長抑制力が強すぎて二次
再結晶が発生しない。一方、1000℃を超える温度は二次
再結晶に必要なく、いたずらに製造コストを上昇させる
だけである。
【0028】800〜1000℃の温度域での保持時間が4時
間未満では、二次再結晶の発生に十分ではない。一方、
100 時間を超える保持は意味がなく、経済的にも不利で
ある。これらの理由で、仕上焼鈍の条件を 800〜1000℃
の温度域で4〜100 時間保持とした。
【0029】仕上焼鈍の雰囲気は、100 %のH2(工業的
な意味での純水素雰囲気)とする必要がある。窒素含有
ガスの場合には、雰囲気ガスによる鋼板の窒化が生じて
インヒビター効果が上昇し、ゴス方位への集積度が高す
ぎる二次再結晶が発生するからである。この場合には、
L方向の磁気特性は良好であるが、C方向のそれは劣化
し、所望の磁気特性のC/Lバランスが得られない。
【0030】100 %H2雰囲気の場合には、二次再結晶が
発生する 800〜1000℃の温度域で脱窒反応が進行してイ
ンヒビター窒化物が徐々に減少し、比較的弱いインヒビ
ター効果が生じて、適度なゴス方位への集積度を持つ二
次再結晶が発生する。
【0031】なお、仕上焼鈍の前に焼鈍時の焼付防止の
ために焼鈍分離剤を塗布することは、通常の方向性電磁
鋼板の製造の場合と同じである。仕上焼鈍後の工程とし
てはやはり同様に、焼鈍分離剤を除去した後、必要に応
じて絶縁コーティングを施したり、平坦化焼鈍を行うこ
とになる。
【0032】
【実施例】(試験1) 転炉で溶製し、真空処理で成分調整した後、連続鋳造し
て得たC:0.0035 %、Si:2.66 %、Mn:2.14 %、S:0.0
05%、sol.Al:0.010%、N:0.0055 %を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、1220℃に
加熱して仕上温度835 ℃で熱間圧延し、板厚2.3mm に仕
上げた。
【0033】次に、酸洗により脱スケールしてから、68
0 ℃で10時間均熱の箱焼鈍方式の熱延板焼鈍を行った
後、0.35mmに冷間圧延し、875 ℃で30秒均熱の連続焼鈍
で一次再結晶させた。次いで、焼鈍分離剤を塗布してか
ら、表1に示す条件で二次再結晶のための仕上焼鈍(加
熱・冷却速度:40℃/h、均熱時間:24h )を行った。
【0034】次に、焼鈍分離剤を除去後、850 ℃で30秒
均熱の平坦化のための連続焼鈍を行い、コーティングを
施して製品とした。これらの製品からエプスタイン試験
片を採取し、L方向とC方向の磁気測定を行った。エプ
スタイン試験片は一般のフルプロセス無方向性電磁鋼板
と同様に、応力除去焼きなましを実施せずに磁気測定に
供した。これらの測定結果を表1に併せて示す。
【0035】
【表1】
【0036】本発明で定める磁気特性の目標値として、
鉄損のC/L比が 2.0以下、L方向、C方向の鉄損W
15/50 の平均値が2.3 (W/kg)以下、同じく磁束密度B50
の平均値が1.70 (T)以上であるものを良好とした。
【0037】本発明の試験番号2〜4は、鉄損のC/L
比は2.0 以下であり、L方向、C方向の鉄損の平均値は
2.16(W/kg)以下と小さく、また磁束密度の平均値は1.74
(T)以上と高い。
【0038】これに対して、比較例の試験番号1は、仕
上焼鈍の均熱温度が 780℃と低いため、鉄損の平均値が
2.88(W/kg)と高く、磁束密度の平均値が1.66(W/kg)と小
さく磁気特性に劣る。同じく試験番号5は、焼鈍雰囲気
に窒素を含むため、鉄損のC/L比が3.15(W/kg)その平
均値が2.41(W/kg)と高く、磁気特性に劣る。
【0039】(試験2) 表2に示す化学組成の5種類の鋼を対象として、試験1
と同様の方法で板厚2.3mm の熱延板に仕上げた。これら
の板を860 ℃で1分間均熱する連続焼鈍方式の熱延板焼
鈍を行ってから酸洗して脱スケールした後、冷間圧延に
より板厚0.35mmにした。
【0040】これらの冷延板を875 ℃で30秒均熱の連続
焼鈍で一次再結晶させた後、焼鈍分離剤を塗布して仕上
焼鈍を施した。仕上焼鈍は、100 %H2雰囲気中で加熱速
度40℃/hで890 ℃に昇温し、24時間の均熱処理した後、
炉冷した。
【0041】このようにして得られた鋼板に、焼鈍分離
剤を除去後、850 ℃で30秒均熱の平坦化のための連続焼
鈍を行い、コーティングを施して製品とした。これらの
製品を用いて試験1と同じ方法で磁気特性を調査し、そ
の結果を表3に示す。
【0042】
【表2】
【0043】
【表3】
【0044】本発明例の試験番号は、鉄損のC/L比
が1.94であり、鉄損の平均値も1.99(W/kg)と低く、磁束
密度の平均値が1.74 (T)と高く、磁気特性に優れる。
【0045】これに対し、比較例の試験番号6は、Mn含
有量が0.80%と低いため、鉄損の平均値が3.14(W/kg)と
高く、磁束密度の平均値が1.65 (T)と低く、磁気特性に
劣る。また、試験番号は、Si含有量が1.32%と低いた
め、鉄損の平均値が3.33(W/kg)と高く、磁束密度の平均
値が1.68 (T)と低く、磁気特性に劣る。さらに、試験番
は、sol.Al含有量が0.001 %と低いため、鉄損の平
均値が2.47(W/kg)と高く、磁束密度の平均値が1.63 (T)
と低く、磁気特性に劣る。試験番号10は、sol.Al含有量
が0.035 %と高いため、鉄損の平均値が2.96(W/kg)と高
く、磁束密度の平均値が1.66 (T)と低く、磁気特性に劣
る。
【0046】(試験3) 転炉で溶製し、真空処理で成分調整した後、連続鋳造し
て得たC:0.0015 %、Si:3.06 %、Mn:2.54 %、S:0.0
03%、sol.Al:0.007%、N:0.0045 %を含有し、残部は
Feおよび不可避的不純物からなる鋼スラブを、1240℃に
加熱して仕上温度845 ℃で熱間圧延し、板厚2.1mm に仕
上げた。
【0047】次に、酸洗により脱スケールしてから、0.
50mmに冷間圧延し、875 ℃で30秒均熱の連続焼鈍で一次
再結晶させた。次いで、焼鈍分離剤を塗布してから、表
4に示す条件で二次再結晶のための仕上焼鈍(加熱・冷
却速度:40℃/h、均熱時間:24h )を行った。
【0048】次に、焼鈍分離剤を除去後、850 ℃で30秒
均熱の平坦化のための連続焼鈍を行い、コーティングを
施して製品とした。これらの製品を用いて試験1と同じ
方法で磁気特性を調査した。測定結果を表4に併せて示
す。
【0049】
【表4】
【0050】表4から、焼鈍の雰囲気を窒素を含む雰囲
気(試験番号12、比較例)から水素雰囲気(試験番号1
1、発明例)とすることにより、鉄損のC/L比は3.11
から1.90と低くなり、異方性が改善された。また、鉄損
の平均値も2.88(W/kg)から2.25(W/kg) に低下し、磁気
特性も向上した。
【0051】
【発明の効果】本発明の方法によれば、鉄損のC/Lが
2.0 以下で極度の異方性がなく、しかもL方向とC方向
の鉄損がともに低いレベルにある電磁鋼板を低コストで
製造することができる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、C:0.010%以下、Si:2.5〜4.0
    %、Mn:2.0〜4.0 %、S: 0.01%以下、酸可溶性Al:0.0
    03〜0.030 %、N:0.001〜0.010 %を含有し、残部はFe
    および不可避的不純物からなる鋼スラブを、下記〜
    の工程で処理することを特徴とする、鉄損が低く圧延方
    向と圧延直角方向の磁気特性のバランスに優れた電磁鋼
    板の製造方法。 熱間圧延を行う工程 熱間圧延のまま、または熱間圧延後に焼鈍してから、
    冷間圧延を行う工程 連続焼鈍により一次再結晶を起こさせる工程 H2雰囲気中で 800〜1000℃の温度域に4〜100 時間保
    持し、二次再結晶を起こさせる工程
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