JP3061515B2 - 極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２．５〜７．０％のＳ
ｉを含み、低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板の製造方法
を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、一方向性電磁鋼板の磁気特性は
鉄損特性と励磁特性の両方で評価される。励磁特性を高
めることは設計磁束密度を高める機器の小型化に有効で
ある。一方鉄損特性を少なくすることは、電気機器とし
て使用する際、熱エネルギーとして失われるものを少な
くし、消費電力を節約できる点で有効でる。さらに、製
品の結晶粒の〈１００〉軸を圧延方向に揃えることは、
磁化特性を高め、鉄損特性も低くすることができ、近年
特にこの面で多くの研究が重ねられ、様々な製造技術が
開発された。

【０００３】たとえば、特公昭４０−１５６４４号に高
い磁束密度を得るために、方向性電磁鋼板の製造方法が
開示されている。これは、ＡｌＮ＋ＭｎＳをインヒビタ
ーとして機能させ、最終冷延工程における圧下率が８０
％を超える強圧下とする製造である。この方法により二
次再結晶粒の（１１０）〈００１〉方位の集積度が高
く、Ｂ₈ が１．８７０Ｔ以上の高磁束密度を有する方向
性電磁鋼板が得られる。しかし、この製造方法はある程
度の鉄則の低減は図れるのであるが、未だに二次再結晶
マクロの粒径が１０mmオーダと大きく、鉄損に影響する
因子である渦電流損を減らすことができず、良好な鉄損
値が得られていなかった。これを改善するために、特公
昭５７−２２５２号に開示されている鋼板にレーザ処理
を施す方法、さらに特公昭５８−２５６９号に鋼板に機
械的な歪みを加える方法など、磁区を細分化する様々な
方法が開示されている。

【０００４】これに対し、特開平１−２９０７１６号で
は、常温圧延された鋼板に１００℃／秒以上の加熱速度
で６５７℃以上の温度へ超急速焼きなまし処理を施し、
該ストリップを脱炭素処理し、最終高温焼きなまし処理
を施して二次成長を行い、それによって前記ストリップ
が低減した寸法の二次粒子及び応力除去焼きなまし処理
後も有意の変化なしに持続する改善された鉄損をもつこ
とを特徴とする方法が開示されている。しかし、この製
造方法により単に二次再結晶粒径を微細化するだけで
は、フォルステライト皮膜上に絶縁皮膜を塗布した際、
従来の磁区の細分化並の鉄損特性を得ることは困難であ
った。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の製造方法では、
十分に低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板を得ることは困
難であり、本発明はそれを解決する製造方法を提供する
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決すべく検討を重ねた結果、質量でＣ：０．１０％以
下、Ｓｉ：２．５〜７．０％、Ｍｎ：０．０２〜０．１
５％、Ｓ：０．００１〜０．０５％、酸可溶性Ａｌ：
０．０２〜０．１０％、Ｎ：０．００３〜０．０２％、
残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなる一方向性電磁
鋼熱延板に熱延板焼鈍を施し、１回あるいは中間焼鈍を
はさむ２回以上の冷間圧延を実施し、脱炭焼鈍した後、
ＭｇＯ粉を塗布し、最終仕上焼鈍を施して一方向性電磁
鋼板を製造する方法において、最終板厚まで圧延された
ストリップを脱炭焼鈍する直前に５０℃／秒以上の加熱
速度で７００℃以上の温度へ加熱処理し、かつ最終仕上
焼鈍における昇温速度を２０℃／hr以上にすることを特
徴とすることにより極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁
鋼板の製造方法がえられることを見い出だした。本発明
はさらに、インヒビター成分として、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓ
ｂ，Ｃｒ，Ｂｉの少なくとも１種を１．０％以下添加す
ることができる。また、急速加熱処理が脱炭焼鈍の加熱
段階として行われてもよい。

【０００７】以下に本発明を詳細に説明する。一方向性
電磁鋼板はその製造工程の最終焼鈍中に二次再結晶を十
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圧延方向に揃った（１１０）〈０
０１〉方位の再結晶粒のみを得る温度範囲で選択的に成
長させる。つまり、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。そのためには、素材にＭｎ
Ｓ，ＡｌＮ，Ｃｕ₂ Ｓなどの微細な介在物が一次再結晶
粒の成長の抑制材（インヒビター）として、均一に分散
していなければならない。さらに、一次再結晶の段階
で、（１１０）面方位再結晶粒をできるだけ増やしてや
る必要がある。

【０００８】しかし、従来での製造方法は、数mm以上の
ある程度大きな粒径の二次再結晶粒は圧延方向に揃った
（１１０）〈００１〉方位をもつことができるのである
が、数mm以下の小さな粒径になると圧延方向から大きく
ずれた二次再結晶になるという問題点があった。この傾
向は特に、特開平１−２９０７１６号のような平均二次
再結晶粒径を低減することにより磁区幅を小さくして目
標の低鉄損を得る方策をとる場合、どうしても（１１
０）〈００１〉方位が圧延方向からずれた微細な二次再
結晶粒の比率が多くなり、磁束密度が低くなるという問
題点があった。

【０００９】この原因について、脱炭焼鈍の昇温におけ
る加熱速度を変更させたときの二次再結晶開始温度を詳
細に調査した。実施例として、質量で、Ｃ：０．０７
％、Ｓｉ：３．２５％、Ｍｎ：０．０８％、Ｐ：０．０
１％、Ｓ：０．０２％、Ａｌ：０．０２５％、Ｎ：０．
０８％、Ｃｕ：０．０７％、Ｓｎ：０．１％の成分の
２．３mmの熱延板を、０．２７mmまで冷間圧延されたス
トリップに対して脱炭焼鈍する際、昇温における加熱速
度を変更させ、その二次再結晶開始温度（昇温速度１５
℃／hr）を調査した。その結果、２０℃／秒のとき１０
２５℃、１００℃／秒のとき１０００℃、３００℃／秒
のとき９７５℃であった。このように、脱炭焼鈍での加
熱速度を２０℃／秒から３００℃／秒にまで速めること
により、二次再結晶開始温度は約５０℃低下する。この
ときの平均二次再結晶粒は２０℃／秒で２２mm、３００
℃／秒で６mmであった。また、完全に二次再結晶させた
ときの磁束密度は２０℃／秒でＢ₈ １．９３５Ｔ、３０
０℃／秒でＢ₈ １．９００Ｔで加熱速度を高めることに
より磁束密度は低下する。

【００１０】このように、脱炭焼鈍の昇温における加熱
速度を高めることにより二次再結晶開始温度が低下して
くることが判り、これが結果として二次再結晶粒の方位
選択性を悪くし、微細な二次再結晶粒の（１１０）〈０
０１〉方位が圧延方向からずれたものとなっていると考
えた。そこで、脱炭焼鈍の昇温速度３００℃／秒などの
ように高めた場合の二次再結晶開始温度を高温側に制御
する１つの方策として、最終仕上焼鈍における昇温速度
を２０℃／hr以上に速めることを発明したのである。こ
のことにより、（１１０）〈００１〉方位が圧延方向に
揃った数mm以下の微細な二次再結晶粒が得られることを
見い出した。

【００１１】これにより後の鋼板表面に皮膜を付与した
際の鉄損値の向上代が大きく、低鉄損を得ることが可能
となる。図１に、各脱炭焼鈍の加熱速度に対する、最終
高温焼鈍の昇温速度と製品板厚０．２２５mmの磁気特性
の関係を示す。この方策により、二次再結晶した鋼板表
面のフォルステライトや、絶縁皮膜などにより皮膜張力
を付与することにより、大きな鉄損の向上率があり、極
めて低い鉄損値を得ることができる。

【００１２】

【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。この
鋼成分の限定理由は下記のとおりである。Ｃについての
上限０．１０％は、これ以上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ので限定した。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
７．０％とする。

【００１３】さらに、一方向性電磁鋼板を製造するため
に、通常のインヒビター成分として以下の成分元素を添
加することが好ましい。インヒビターとしてＭｎＳを利
用する場合は、ＭｎとＳを添加する。Ｍｎは、ＭｎＳの
適当な分散状態を得るため、０．０２〜０．１５％とす
る。ＳはＭｎＳ，（Ｍｎ・Ｆｅ）Ｓを形成するために必
要な元素で、０．００１〜０．０５％とする。これらＭ
ｎとＳの範囲はＭｎＳ，（Ｍｎ・Ｆｅ）Ｓが適当な分散
状態を得るため限定した。

【００１４】さらに、インヒビターとして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Ａ
ｌはＡｌＮの適正な分散状態を得るため０．０２〜０．
１０％とする。ＮはＡｌＮを得るため０．００３〜０．
０２％とする。これらＡｌとＮの範囲はＡｌＮが適当な
分散状態を得るため限定した。その他、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓ
ｂ，Ｃｒ，Ｂｉ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。

【００１５】次に、上記溶鋼を通常の鋳塊鋳造法または
連続鋳造法、熱間圧延により中間厚のストリップを得
る。このときストリップ鋳造法も本発明に適用すること
も可能である。さらに、インヒビターとして窒化物を必
要とする場合は、ＡｌＮなどの析出のために９５０〜１
２００℃で３０秒〜３０分の中間焼鈍を行うことが望ま
しい。

【００１６】次に、１回ないし中間焼鈍を含む２回以上
の圧延により最終製品厚のストリップを得る。中間焼鈍
を含む２回以上の圧延をする際の、１回目の圧延は圧下
率５〜５０％、中間焼鈍は９５０〜１２００℃で３０秒
〜３０分の中間焼鈍を行うことが望ましい。次の最終圧
下率は圧下率８５％以上が望ましい。下限８５％は、こ
れ以下では（１１０）〈００１〉方位が圧延方向に高い
集積度をもつゴス核が得られないからである。なお、こ
のときの冷間圧延方法として、冷間圧延中に複数回のパ
スにより各板厚段階を経て最終板厚となるが、磁気特性
を向上させるため、その少なくとも１回以上の途中板厚
段階において鋼板に１００℃以上の温度範囲で１分以上
の時間保持する熱効果を与えても構わない。

【００１７】以上、最終製品厚まで圧延されたストリッ
プに加熱処理を施す。まず、ストリップを５０℃／秒以
上の加熱速度で７００℃以上の温度へ急速加熱する。こ
のときの加熱速度の下限５０℃／秒は、これ以下では二
次再結晶の核となる一次再結晶後での（１１０）〈００
１〉方位粒が減少し、微細な二次再結晶粒が得られない
ので限定した。また、下限７００℃は、これ以下では再
結晶が開始されないので限定した。なお、この急速加熱
処理は皮膜形成などの問題から、できるだけ還元雰囲
気、あるいは非酸化雰囲気中で実施することが望まし
い。

【００１８】なお、上記の急速加熱処理は、次に施され
る脱炭焼鈍前に行われても、脱炭焼鈍の加熱段階として
脱炭焼鈍工程に組み込むことも可能であるが、後者の方
が工程数が少ないので望ましい。この後は、湿水素雰囲
気中で脱炭焼鈍を行う、このとき製品での磁気特性を劣
化させないため炭素は０．００５％以下に低減されなけ
ればならない。ここで、熱延でのスラブ加熱温度が低
く、ＡｌＮのみをインヒビターとして利用する場合は、
アンモニア雰囲気中で窒化処理を付加することもある。

【００１９】さらに、ＭｇＯなど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、フォルステライトなどの皮膜を鋼板表面
に形成した微細な二次再結晶を得る。なお、このとき最
終仕上焼鈍における昇温速度は２０℃／hr以上でなけれ
ばならない。下限値２０℃／hrは、これ以下では二次再
結晶開始温度が低下し、（１１０）〈００１〉方位が圧
延方向に揃った数mm以下の微細な二次再結晶粒が得られ
ないので限定した。

【００２０】以上、フォルステライトなどの皮膜の上
に、さらに絶縁皮膜を塗布することにより極めて低い鉄
損特性を有する一方向性電磁鋼板が製造される。以上の
磁気特性は、後の歪み取り焼鈍を施しても、変化しない
低鉄損を保持している。なお、得られた製品で、さらに
鉄損を良好にするため、上記一方向性電磁鋼板に、磁区
を細分化するための処理を施すことも可能である。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）表１に示す化学成分を含み２．３mm厚にま
で熱間圧延させた熱延板に１１００℃で１分間焼鈍を施
した。この後、冷間圧延により最終板厚０．２７mmにま
で圧延した。

【００２２】さらに、得られたストリップを脱炭焼鈍す
る際、加熱段階で１０℃／秒、８５℃／秒、３００℃／
秒の３条件で８４０℃まで加熱し、その後、同じ８４０
℃の均一温度、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。このときの昇温速度は１０℃／hr、
３０℃／hr、５０℃／hrとした。得られた鋼板の余剰Ｍ
ｇＯを除去し、形成されたフォルステライト皮膜上に、
絶縁皮膜を塗布した。表２に、得られた製品の磁気特性
を示す。本発明により、鉄損特性に優れた一方向性電磁
鋼板が得られている。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】（実施例２）表３に示す成分組成を含む溶
鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mm
の熱延鋼板を得た。これを、１１００℃で５分間焼鈍を
行い、さらに酸洗した後、冷間圧延を行い０．２２mm厚
にした。圧延された鋼板を二対の直接通電加熱ロールに
より２９０℃／秒の加熱速度で８４５℃まで加熱した。
この後、同じ８４５℃の均一温度、湿潤水素中で脱炭焼
鈍した。

【００２６】次に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。この
ときの昇温速度は５０℃／hrであった。得られた鋼板の
余剰ＭｇＯを除去し、形成されたフォルステライト皮膜
上に、絶縁皮膜を塗布した。これにより得られた製品の
磁気特性は、Ｂ₈ ＝１．９４Ｔ、Ｗ_17/50 ＝０．７４w/
kgの低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得られた。

【００２７】

【表３】

【００２８】（実施例３）表４に示す成分組成を含む溶
鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mm
の熱延鋼板を得た。これを、１０００℃で４分間焼鈍を
行い、１．５５mmに圧延した。これを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．
２２mm厚にした。圧延された鋼板を二対の直接通電加熱
ロールにより３００℃／秒の加熱速度で８４０℃まで加
熱した。この後、同じ８４０℃の均一温度、湿潤水素中
で脱炭焼鈍した。

【００２９】次に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。この
ときの昇温速度は（ａ）１５℃／hr、（ｂ）５０℃／hr
とした。得られた鋼板の余剰ＭｇＯを除去し、形成され
たフォルステライト皮膜上に、絶縁皮膜を塗布した。こ
れにより得られた製品の磁気特性は（ａ）ではＢ₈ ＝
１．８９Ｔ、Ｗ_17/50＝０．８４w/kg、（ｂ）ではＢ₈
＝１．９３Ｔ、Ｗ_17/50 ＝０．７５w/kgであった。本発
明により低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得られた。

【００３０】

【表４】

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、良好な鉄損特性を有す
る一方向性電磁鋼板を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】各脱炭焼鈍の加熱速度に対する最終高温焼鈍の
昇温速度と磁気特性の関係を示す図表。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 切山 忠夫 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵 株式会社 広畑製鐵所内 (56)参考文献 特開 平１−290716（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−39526（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−33061（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C21D 9/46 501 C22C 38/00 303 C22C 38/06 H01F 1/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量で Ｃ ：０．１０％以下、 Ｓｉ：２．５〜７．０％、 Ｍｎ：０．０２〜０．１５％、 Ｓ ：０．００１〜０．０５％、 酸可溶性Ａｌ：０．０２〜０．１０％、 Ｎ ：０．００３〜０．０２％、 残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなる一方向性電磁
   鋼熱延板に熱延板焼鈍を施し、１回あるいは中間焼鈍を
   はさむ２回以上の冷間圧延を実施し、脱炭焼鈍した後、
   ＭｇＯ粉を塗布し、最終仕上焼鈍を施して一方向性電磁
   鋼板を製造する方法において、最終板厚まで圧延された
   ストリップを脱炭焼鈍する直前に５０℃／秒以上の加熱
   速度で７００℃以上の温度へ加熱処理し、かつ最終仕上
   焼鈍における昇温速度を２０℃／hr以上にすることを特
   徴とする極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板の製造
   方法。
2. 【請求項２】 さらにインヒビター成分として、Ｃｕ，
   Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｂｉの少なくとも１種を１．０％以
   下添加することを特徴とする請求項１記載の極めて低い
   鉄損をもつ一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 急速加熱処理が脱炭焼鈍の加熱段階とし
   て行われる請求項１または２記載の極めて低い鉄損をも
   つ一方向性電磁鋼板の製造方法。