JP3299884B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、結晶粒がミラー指
数で｛１１０｝＜００１＞方位に集積した、いわゆる方
向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。この鋼板
は、軟磁性材料として変圧器等の電気機器の鉄芯として
用いられる。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、｛１１０｝＜００１
＞方位に集積した結晶粒により構成されたＳｉを４．８
％以下含有した鋼板である。この鋼板は磁気特性として
励磁特性と鉄損特性が要求される。励磁特性を表す指標
としては磁場の強さ８００Ａ／ｍにおける磁束密度：Ｂ
８が通常使用される。また、鉄損特性を表す指標として
は周波数５０Ｈｚで１．７Ｔまで磁化した時の鋼板１kg
あたりの鉄損：Ｗ１７／５０が用いられる。磁束密度：
Ｂ８は鉄損特性の最大の支配因子であり、磁束密度：Ｂ
８値が高いほど鉄損特性が良好になる。磁束密度：Ｂ８
を高めるためには結晶方位を高度に整えることが重要で
ある。この結晶方位の制御は二次再結晶とよばれるカタ
ストロフイックな粒成長現象を利用して達成される。

【０００３】この二次再結晶を制御するためには、二次
再結晶前の一次再結晶組織の調整と、インヒビターとよ
ばれる微細析出物の調整を行うことが必要である。この
インヒビターは、一次再結晶組織のなかで一般の粒の成
長を抑制し、特定の方位粒のみを優先成長させる機能を
持つ。析出物として代表的なものとしては、Ｍ．Ｆ．Ｌ
ｉｔｔｍａｎｎ（特公昭３０−３６５１号公報）及び
Ｊ．Ｅ．Ｍａｙ＆Ｄ．Ｔｕｒｎｂｕｌｌ（Ｔｒａｎｓ．
Ｍｅｔ．Ｓｏｃ．ＡＩＭＥ２１２（１９５８年）ｐ７６
９等はＭｎＳを、田口ら（特公昭４０−１５６４４号公
報）はＡｌＮを、今中ら（特公昭５１−１３４６９号公
報）はＭｎＳｅを提示している。これらの析出物は熱間
圧延前のスラブ加熱時に完全固溶させた後に、熱間圧延
及びその後の焼鈍工程で微細析出させる方法がとられて
いる。これらの析出物を完全固溶させるためには１４０
０℃以上の高温で加熱する必要があり、これは普通鋼の
スラブ加熱温度に比べて約２００℃高く次の問題があ
る。（１）専用の加熱炉が必要で、（２）加熱炉のエネ
ルギー原単位が高く、（３）溶融スケール量が多く、い
わゆるノロ出し等の操業管理が必要である等の問題があ
る。

【０００４】低温スラブ加熱による製造方法としては小
松ら（特公昭６２−４５２８５号公報）は（Ａｌ，Ｓ
ｉ）Ｎをインヒビターとして用いる方法を開示してい
る。一方、二次再結晶前の粒組織調整に関する知見はほ
とんどなく、本願発明者らは例えば特開平２−１８２８
６６号公報にその重要性を開示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】方向性電磁鋼板の製造
は各工程の種々の要因が二次再結晶挙動に影響を及ぼす
ために厳しい管理基準を設けて製造を行っている。本発
明は、工業的に安定して二次再結晶を行わせ優れた磁気
特性をもつ方向性電磁鋼板を製造する方法を提供するも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量％でＳ
ｉ：０．８〜４．８％，Ｃ：０．０８５％以下、酸可溶
性Ａｌ：０．０１〜０．０６５％，Ｎ：０．０１２％以
下、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブ
を１２８０℃以下の温度で加熱し熱間圧延した後、焼鈍
し一回もしくは焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延により
最終板厚とし、脱炭焼鈍、仕上げ焼鈍を行う方向性電磁
鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍後の表面層の一次再
結晶組織の平均粒径を中心層の一次再結晶組織の平均粒
径よりも小さく調整し、好ましくは前記表面層と中心層
の平均粒径の比を０．９以下とし、その後窒化処理を行
う方向性電磁鋼板の製造方法である。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明者らは、二次再結晶の制御
因子である一次再結晶組織とインヒビターに関する研究
を行った結果、二次再結晶前の粒組織として表面層の平
均粒径を中心層の平均粒径よりも小さく調整し、その
後、窒化処理を行いインヒビターを強化することにより
二次再結晶が安定化し、優れた磁気特性をもつ方向性電
磁鋼板が製造できることをみいだした。以下、実験結果
をもとに説明する。

【０００８】図１は脱炭焼鈍の一次再結晶組織の表面層
（板厚の１／１０層）及び中心層（板厚の１／２層）の
平均粒径の比と二次再結晶焼鈍後の製品の磁束密度：Ｂ
８の関係を示した図である。平均粒径は粒組織を光学顕
微鏡で観察した後、画像処理することにより求めた。こ
こでは、重量でＳｉ：３．２％，Ｃ：０．０５％，酸可
溶性Ａｌ：０．０２〜０．０３％，Ｎ：０．０７〜０．
０９％含有するスラブを１１５０〜１３５０℃の温度で
加熱した後、２．０mm厚に熱間圧延した。その後、９０
０〜１１５０℃で焼鈍し０．２０mm厚まで冷間圧延後、
８１０〜９５０℃の温度で脱炭焼鈍し、一部はそのま
ま、一部はアンモニア含有雰囲気で焼鈍し窒素を０．０
２〜０．０３％とした。ついでＭｇＯを主成分とする焼
鈍分離剤を塗布した後、仕上げ焼鈍を行った。

【０００９】図１より明らかなように、脱炭焼鈍後の一
次再結晶組織で表面層の平均粒径が中心層の平均粒径よ
り小さく調整し、窒化処理によりインヒビターを強化し
た場合に二次再結晶が安定し、１．８８Ｔ以上の高い磁
束密度が得られることが分かる。この理由に関しては必
ずしも明らかではないが、本発明者らは次のように考え
られている。窒化処理により形成されるインヒビター
（窒化物）は、図２に示すように、仕上げ焼鈍時に板厚
方向にその分布が変わる。二次再結晶粒の粒成長は駆動
力となるマトリックス粒の粒界エネルギー密度と粒成長
を抑制するインヒビターのバランスによって決まる。駆
動力である粒界エネルギー密度は平均粒径に反比例する
ので、表面層の平均粒径が中心層の平均粒径に比べて小
さい場合には、表面層の駆動力が大きくなる。従って、
このように、板厚方向に結晶粒径を調整した場合には、
窒化処理によりインヒビターを強化した場合には、イン
ヒビター強度が強いなかで板厚方向のインヒビターの変
動を受けずに｛１１０｝＜００１＞核が存在する表面層
から優先的に二次再結晶が発現・成長すると考えられ
る。従って、高い磁束密度を持つ製品が安定して製造で
きるものと推定される。

【００１０】次に、本発明で使用する鋼成分について述
べる。本発明において、Ｓｉ：０．８〜４．８％，Ｃ：
０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０６
５％，Ｎ：０．０１２％以下が必要である。Ｓｉは添加
量を多くすると電気抵抗が高くなり、鉄損特性が改善さ
れる。しかしながら、４．８％を超えると圧延時に割れ
やすくなってしまう。また、０．８％より少ないと仕上
げ焼鈍時にγ変態が生じ結晶方位が損なわれてしまう。

【００１１】Ｃは一次再結晶組織を制御するうえで有効
な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼすので仕上げ
焼鈍前に脱炭する必要がある。Ｃが０．０８５％より多
いと脱炭焼鈍時間が長くなり生産性が損なわれてしま
う。酸可溶性Ａｌは、本願発明においてＮと結合して
（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎとしてインヒビターとしての機能をは
たすために必須の元素である。二次再結晶が安定する
０．０１〜０．０６５％を限定範囲とする。

【００１２】Ｎは０．０１２％をこえるとプリスターと
よばれる鋼板中の空孔を生じる。その他、Ｓは磁気特性
に悪影響をので０．０１５％以下とすることが望まし
い。Ｓｎは脱炭焼鈍後の集合組織を改善し、二次再結晶
を安定化する。０．０２〜０．１５％添加することが望
ましい。Ｃｒは脱炭焼鈍の酸化層を改善し、グラス被膜
形成に有効な元素であり、０．０３〜０．２％添加する
ことが望ましい。その他、微量のＣｕ，Ｓｂ，Ｍｏ，Ｂ
ｉ，Ｔｉ等を鋼中に含有することは、インヒビター強化
の意味から差支えない。

【００１３】上記、珪素鋼スラブは転炉、または電気炉
等により鋼を溶性し、必要に応じて溶鋼を真空脱ガス処
理し、ついで連続鋳造もしくは造塊後分塊圧延すること
によって得られる。その後、熱間圧延に先だってスラブ
加熱がなされる。本発明においては、スラブ加熱温度は
１２８０℃以下として、高温スラブ加熱の諸問題を回避
する。

【００１４】上記、熱間圧延板は、９００〜１２００℃
で３０秒〜３０分間短時間焼鈍した後、一回もしくは焼
鈍を挟んだ二回以上に冷間圧延により最終板厚とする。
冷間圧延としては、特公昭４０−１５６４４号公報に示
されるように最終冷間圧延率を８０％以上とすること
が、一次再結晶集合組織を調整するうえで必要である。
冷間圧延後の鋼板は、鋼中に含まれるＣを除去するため
に湿潤雰囲気中で脱炭焼鈍を施す。その際、脱炭焼鈍後
の表面層の一次再結晶組織の平均粒径を中心層の一次再
結晶組織の平均粒径よりも小さく調整し、その後、窒化
処理によりインヒビターを強化することが本発明の特徴
である。板厚方向の一次再結晶組織を制御する方法とし
ては、熱間圧延・冷間圧延時に表面の潤滑油を絞り、表
面の歪み量を高め核発生を促進させることにより粒径を
小さくする方法、スラブ加熱温度を下げることにより微
細析出物を少なくして粒成長させ易くし、表面層と中心
層の粒径差を生じさせるような方法、冷間圧延前の焼鈍
工程で表面部の析出物サイズを小さくすることにより表
面部の粒径を小さくする方法等、いずれの方法を採用し
ても良い。これらの方法を基に脱炭焼鈍の焼鈍サイクル
を調整することにより制御される。

【００１５】また、窒化処理としては、アンモニア等の
窒化能のあるガスを含有する雰囲気中で焼鈍する方法、
ＭｎＮ等の窒化能のある粉末を焼鈍分離剤中に添加して
仕上げ焼鈍中に行う方法等がある。窒化処理後の窒素量
としては二次再結晶を安定的に行わせるためには鋼中の
Ａｌ量に対してＮ／Ａｌが重量比として０．５以上、好
ましくは０．６７以上とする必要がある。

【００１６】その後、仕上げ焼鈍を行い｛１１０｝＜０
０１＞方位粒を二次再結晶により優先成長させる。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）Ｓｉ：３．２％，Ｃ：０．０５％，酸可溶
性Ａｌ：０．０２８％，Ｎ：０．００８％，Ｍｎ：０．
１％，Ｓ：０．００７％，Ｃｒ：０．１％，Ｓｎ：０．
０５％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃に加熱し、
（ａ）一部は無潤滑で９５０℃で仕上げ熱間圧延し、
（ｂ）一部は潤滑し１０５０℃で仕上げ熱間圧延し、
２．３mm厚とした。この熱間圧延板を１１２０℃で焼鈍
し、冷間圧延し最終板厚０．２３mmとした。８２０℃で
２分間脱炭焼鈍した後、アンモニア含有雰囲気中で７５
０℃で３０秒焼鈍し、窒素量を０．０２％とした。次い
で、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、１
２００℃で２０時間仕上げ焼鈍を施した。

【００１８】製品の特性を表１に示す。表１より、表面
層の一次再結晶粒が中心層に比較して小さくした場合に
優れた特性の製品となることが分かる。 表１ 熱間圧延条件 一次再結晶粒径比 二次再結晶率 磁束密度 備考 表面層／中心層 Ｓ（％） Ｂ８（Ｔ） （ａ） ０．７５ １００ １．９２ 本発明例 （ｂ） ０．９５ ８０ １．７８ 比較例 （実施例２）Ｓｉ：３．２％，Ｃ：０．０５％，酸可溶
性Ａｌ：０．０２４％，Ｎ：０．００７％，Ｃｒ：０．
１％，Ｓｎ：０．０５％，Ｍｎ：０．１％，Ｓ：０．０
０８％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃，１３５０℃
に加熱し、板厚２．３mmに熱間圧延した。この熱間圧延
板を１１００℃で２分間焼鈍し、その後、０．２３mm厚
に冷間圧延し、８３０℃で２分間脱炭焼鈍した。その
後、一部はそのまま、一部はアンモニア含有雰囲気中で
焼鈍し、窒素量を０．０２５％とした。ＭｇＯを主成分
とする焼鈍分離剤を塗布した後、１２００℃で２０時間
仕上げ焼鈍を施した。

【００１９】製品の特性値を表２に示す。表面層の一次
再結晶粒が中心層に比較して小さく、かつ窒化処理した
場合に優れた特性の製品となることが分かる。 表２ スラブ加熱 一次再結晶粒径比 窒化 二次再結晶 磁束密度 備考 温度Ｔ（℃） 表面層／中心層 処理 率Ｓ（％） Ｂ８（Ｔ） １１５０ ０．７６ 無し ０ １．５２ 比較例 １１５０ ０．７６ 有り １００ １．９２ 本発明例 １３５０ ０．９６ 無し ４０ １．７１ 比較例 １３５０ ０．９６ 有り ９０ １．８２ 比較例 （実施例３）上記珪素鋼スラブを１１５０℃に加熱し、
板厚２．０mmに熱間圧延した。この熱間圧延板を１１０
０℃で２分間焼鈍を施し、０．２０mmに冷間圧延し、８
１０℃〜８９０℃で２分間脱炭焼鈍を施した。その後、
フェロ窒化マンガンを添加したＭｇＯを主成分とする焼
鈍分離剤を塗布した後、１２００℃で２０時間仕上げ焼
鈍を施した。

【００２０】製品の特性を表３に示す。表３より、表面
層の一次再結晶粒が中心層に比較して小さくした場合に
優れた特性の製品となることが分かる。 表３ 脱炭焼鈍温度 一次再結晶粒径比 二次再結晶率 磁束密度 備考 Ｔ（℃） 表面層／中心層 Ｓ（％） Ｂ８（Ｔ） ８１０ ０．９１ １００ １．８７ 比較例 ８３０ ０．８３ １００ １．９１ 本発明例 ８５０ ０．７６ １００ １．９３ 本発明例 ８７０ ０．９１ ８０ １．７５ 比較例 ８９０ ０．９６ １０ １．５７ 比較例

【００２１】

【発明の効果】上述したように、脱炭焼鈍後の表面層の
一次再結晶組織の平均粒径と中心層の一次再結晶組織の
平均粒径の比を適切な範囲とすることにより、二次再結
晶を安定的に行わせ、優れた磁気特性の方向性電磁鋼板
を工業的に安定して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は脱炭焼鈍の一次再結晶組織の表面層（板
厚の１／１０層）及び中心層（板厚の１／２層）の平均
粒径の比と二次再結晶焼鈍後の製品の磁束密度：Ｂ８の
関係を示した図であり、（ａ）は窒化処理を行った場合
における表面層／中心層の平均粒径比と磁束密度：Ｂ８
との関係を示した図で；（ｂ）は窒化処理を行なわなか
った場合における表面層／中心層の平均粒径比と磁束密
度：Ｂ８との関係を示した図である。

【図２】図２は仕上げ焼鈍中の板厚方向のインヒビター
（窒素量）の変化挙動を示す図である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C22C 38/00 303 C22C 38/06 H01F 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＳｉ：０．８〜４．８％，Ｃ：
   ０．０８５％以下、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０６
   ５％，Ｎ：０．０１２％以下、残部Ｆｅ及び不可避的不
   純物からなる珪素鋼スラブを１２８０℃以下の温度で加
   熱し熱間圧延した後、焼鈍し一回もしくは焼鈍をはさむ
   二回以上の冷間圧延により最終板厚とし、脱炭焼鈍、仕
   上げ焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、 脱炭焼鈍後の表面層の一次再結晶組織の平均粒径を中心
   層の一次再結晶組織の平均粒径よりも小さく調整し、そ
   の後窒化処理を行うことを特徴とする方向性電磁鋼板の
   製造方法。
2. 【請求項２】 表面層と中心層の平均粒径の比を０．９
   以下とする請求項１記載の方法。