JP3023620B2 - 一方向性電磁鋼板用薄鋳片の製造方法 - Google Patents

一方向性電磁鋼板用薄鋳片の製造方法

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【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S
iを含む0.3〜6.0mm厚の一方向性電磁鋼板用薄鋳
片の製造方法に関するものである。
【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
成品ができるので、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
する方法としては、例えば特開昭63−11619号公
報記載のものがある。ここでは、Si:2.5〜6.5
%等を含有する溶湯を供給して双ロール方式により急冷
凝固し、0.7〜2.0mm厚の鋳片を得ることが提案さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者らの
知見によると、この一方向性電磁鋼板用鋳片から製造さ
れる成品は、鉄損がよくても磁束密度が低いという問題
点がある。そこで、本発明者らは{110}〈001〉
方位の集積度が高く、磁束密度が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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく検討を重ねた結果、重量でSi:2.5〜
6.5%、Mn:0.02〜0.15%、S:0.01
〜0.05%を基本成分として含有する溶鋼を、ヘリウ
ムガス雰囲気とした双ロール湯溜まり部に連続的に供
給し、双ロール方式により急冷凝固させることにより凝
固組織形態が等軸晶鋳造組織で、かつランダム集合組織
を持った0.3〜6.0mmの厚みの薄鋳片に連続鋳造
し、凝固完了後に該薄鋳片の600℃までの温度域を1
0℃/秒以上の冷却速度で二次冷却することにより、従
来よりも高い磁束密度が得られることを見出した。
【0006】以下に本発明を詳細に説明する。一方向性
電磁鋼板は一般に、その製造工程の最終焼鈍中に二次再
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制し、{110}〈00
1〉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。すなわち、二次再結晶させるような素地を作っ
てやることが必要である。これに対して、特開昭63−
11619号公報記載の急冷凝固法では{100}〈0
vw〉柱状晶の鋳造組織の存在が避けられないという問
題がある。この{100}〈0vw〉は、圧延、再結晶
しても{100}〈0vw〉に近い方位の結晶になるこ
とがよく知られている。従って、柱状晶が多く存在する
と、二次再結晶不良部分が増加するため、成品の磁気特
性が劣化し、高い磁束密度が得られない。そこで、成品
の磁束密度を向上させるためには、薄鋳片での柱状晶の
鋳造組織をできるだけ少なくして、等軸晶の鋳造組織に
する必要がある。その結果、本発明者らは、この急冷凝
固時の凝固組織形態を改善するため、凝固速度をさらに
高める方向にもっていかなければならないと考えた。
【0007】一般に、双ロール急冷凝固法では、図1で
双ロールの湯溜まり部を模式的に示すように、ロール1
と溶鋼2間にガス膜層3が存在し、溶鋼2表面からロー
ル1側への伝熱抵抗として、ロール本体1以外にガス膜
層3も含めた総括伝熱抵抗を考慮する必要がある。この
時のガス膜は数μmのオーダーの厚さと考えられる。普
通、双ロール急冷凝固法でのロール1と溶鋼2の接触時
間は0.1秒オーダーであり、この短時間に凝固シェル
を形成させる必要があり、ガス膜層3による総括伝熱抵
抗への影響は非常に大きいものと思われる。そこで、本
発明者らは、双ロールの湯溜まり部での雰囲気ガス4の
巻き込みに着目して、種々のガスを使用し、鋳造組織形
態について検討してきた。その結果、湯溜まり部をヘリ
ウムガス雰囲気にすると、等軸鋳造組織を持った薄鋳
片が得られ(図2(a))、さらに集合組織もランダム
方位に改善されること(図3(a))により、磁束密度
が向上することを見出した。
【0008】この理由としては、確かなことは定かでは
ないが、以下のことが考えられる。ヘリウムは熱伝導度
が大きいため、凝固相の成長速度が早く、固液界面の温
度勾配は大きくなっている。したがって、凝固組織形態
は、等軸晶(図2(a))となり易い。これに対し、空
気、窒素やアルゴンは熱伝導度が小さいため、相対的に
凝固相の成長速度も遅く、固液界面の温度勾配も小さく
なっている。したがって、凝固組織形態は方向性を持っ
た柱状晶(図2(b))となり易い。一般に、凝固シェ
ルは〈100〉方向に成長すると言われ、上記の鋳造組
織形態の違いが、薄鋳片の集合組織に影響を及ぼしたも
のと考える。つまり、急冷凝固での湯溜まり部をヘリウ
ムガス雰囲気にすると、図3(a)に示すように、得ら
れる薄鋳片の組織は{100}〈0vw〉柱状晶が著し
く減少し、ほぼランダム方位となる。これに対し、窒素
(図3(b))、アルゴンや空気は{100}〈0v
w〉柱状晶が増加傾向にある。
【0009】以上のように、本発明者らは、双ロールの
湯溜まり部の雰囲気ガスの巻き込みに着目して、種々の
ガスを検討した結果、湯溜まり部をヘリウムガス雰囲気
にすると、等軸鋳造組織とランダム集合組織を持った
薄鋳片が得られ、磁束密度が向上することを見出した。
【0010】
【作用】次に本発明において、鋼組成および製造条件を
前記のように限定した理由を、詳細に説明する。鋼組成
の限定理由は下記のとおりである。Siは鉄損をよくす
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。
【0011】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、これを超えると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。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、これを超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。
【0012】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0.0
4%は、これを超えるとAlNの適正な分散状態が得ら
れないので限定した。NはAlNを形成するために必要
な元素で、下限0.003%は、これ未満ではAlNの
絶対量が不足し、また上限0.015%は、これを超え
ると二次再結晶が不安定となると共に、ブリスターが発
生し易くなるので上記範囲に限定した。
【0013】その他、Cu、Sn、Sb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
添加してもよい。Cについては、0.03〜0.10%
が望ましい。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】次に、この溶鋼を双ロール法により急冷凝
固し、0.3〜6.0mm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、6.0mm超では冷延圧下率は過剰とな
る。本発明では、等軸晶鋳造組織でかつランダム集合組
織とするため、鋳造雰囲気ガスをヘリウムに限定した。
この時、ヘリウムガスは90%以上が望ましい。さらに
凝固完了後は、インヒビターの成長、凝集粗大化や結晶
粒の成長を抑えるため、600℃までの温度域を10℃
/秒以上で急冷する。ここで、急冷温度域の下限が60
0℃未満ではインヒビターが析出しないため、600℃
以上の温度域に限定した。また、冷却速度の下限10℃
/秒は、これ未満ではインヒビターが成長、凝集粗大化
し、結晶粒が成長粗大化するからである。
【0015】この薄鋳片素材は、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
〜1200℃で30秒〜30分の中間焼鈍を行うことが
望ましい。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。
【0016】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。
次に本発明の実施例を挙げて説明する。
【0017】
【実施例】
(実施例1)表1に示す成分組成の溶鋼を、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。鋳造
雰囲気は、表2に示すように、He、N2 、Ar、空気
の4水準にした。鋳造直後は、双ロール直下から気水冷
却を実施した。1400℃から600℃までの二次冷却
速度は、いずれも100℃/秒である。
【0018】このときの、鋳造雰囲気HeとN2 での鋳
造組織を図2に示す。鋳造雰囲気Heでは等軸晶(図2
(a))、N2 では柱状晶(図2(b))になってい
た。また、この時の薄鋳片の集合組織を図3に示す。鋳
造雰囲気Heではランダム集合組織(図3(a))、N
2 では{100}〈0vw〉集合組織(図3(b))で
あった。
【0019】次いで、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、0.30mm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。表2に、得られた製品の磁気特性を示す。製品
の磁性は、鋳造雰囲気がHeで、他の鋳造雰囲気による
よりも高い磁束密度のものが得られた。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】(実施例2)表3に示す成分組成の溶鋼
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。鋳造雰囲気は、表4に示すように、He、N
2 、Ar、空気の4水準にした。鋳造直後は、双ロール
直下から気水冷却を実施した。1400℃から600℃
までの二次冷却速度は、いずれも100℃/秒である。
【0023】次いで、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、
0.30mm厚にした。次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、M
gO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4に示すように、鋳造雰囲気がHeで、他の鋳造雰囲
気によるよりも磁束密度が高く、鉄損が良好なものが得
られた。
【0024】
【表3】
【0025】
【表4】
【0026】(実施例3)表5に示す成分組成の溶鋼
を、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。鋳造雰囲気はHe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。二次冷
却速度は600℃まで145℃/秒をとった。
【0027】次いで、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.
23mm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、磁束
密度はB8 =1.94(T)、鉄損W17/50=0.87
(W/kg) で、良好な磁気特性が得られた。
【0028】
【表5】
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、急冷凝固法により得ら
れた珪素鋼薄鋳片を素材とし、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
ーで製造することができるので、産業上に貢献するとこ
ろが極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】双ロールの湯溜まり部での、ロール表面におけ
るガス膜層の模式図である。
【図2】薄鋳片の1/4厚での鋳造金属組織写真で、
(a)は鋳造雰囲気がHeで、(b)はN2 である。
【図3】薄鋳片の結晶方位を示す{100}極点図で、
(a)は鋳造雰囲気がHeで、(b)はN2 である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 溝口 利明 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 中央研究本部内 (56)参考文献 特開 平2−258922(JP,A) 特開 平3−61326(JP,A) 特開 平3−66453(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/00 B22D 11/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量でSi:2.5〜6.5%、Mn:
    0.02〜0.15%、S:0.01〜0.05%を基
    本成分として含有する溶鋼を、ヘリウムガス雰囲気とし
    双ロール湯溜まり部に連続的に供給し、双ロール
    により急冷凝固させることにより凝固組織形態が等軸
    晶鋳造組織で、かつランダム集合組織を持った0.3〜
    6.0mmの厚みの薄鋳片に連続鋳造し、凝固完了後に
    該薄鋳片の600℃までの温度域を10℃/秒以上の冷
    却速度で二次冷却することを特徴とする一方向性電磁鋼
    板用薄鋳片の製造方法。
  2. 【請求項2】 酸可溶性Al:0.01〜0.04%、
    N:0.003〜0.015%を含有する請求項1記載
    の一方向性電磁鋼板用薄鋳片の製造方法。
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