JP3369443B2 - 高磁束密度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】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器等の鉄心に使
用される高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は主に変圧器や発電機
の鉄心材料に使用されるが、省エネルギー化が要求され
ている昨今、さらに磁束密度が高く、鉄損の少ない鋼板
が市場から要求されている。低鉄損を達成するために
は、鋼板のＳｉ含有量を極力高め素材の固有抵抗を上げ
て渦電流損を下げる方法、製品板厚を極力薄くし渦電流
損を下げる方法、磁束密度を高めてヒステリシス損を下
げる方法が知られている。

【０００３】高い磁束密度を得るためには、｛１１０｝
＜００１＞方位いわゆるゴス方位に高度に集積した２次
再結晶組織を得ることが必要である。２次再結晶には、
インヒビターと１次再結晶集合組織が大きく影響するこ
とが知られている。インヒビターについては、仕上焼鈍
を行うまでに鋼中に１００〜１０００Å程度の析出分散
相を均一微細に存在させることが必要で、ＡｌＮ，Ｍｎ
Ｓ，ＭｎＳｅなどが一般的に知られている。これらは、
連続鋳造において粗大に析出してしまうので、スラブを
１２５０℃以上の高温に加熱し、十分溶体化させた後、
熱延でＭｎＳ，ＭｎＳｅを均一微細に析出させ、熱延板
焼鈍、析出焼鈍でＡｌＮを均一微細に析出させ、さらに
は、熱延から脱炭焼鈍までに結晶粒界に粒界偏析元素の
Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｇｅ，Ｂ，Ｔｅ，Ａｓ，Ｂｉ
などを偏析させることが重要である。

【０００４】一方、高磁束密度一方向性電磁鋼板の鋼板
表面にレーザ照射したり（特公昭５７−２２５２号公
報）、鋼板に機械的な歪みを付与する（特公昭５８−２
５６９号公報）というような磁区細分化による低鉄損を
得る方法も提案されている。

【０００５】これに対し、特公平６−５１８８７号公報
では、常温圧延された鋼板に１４０℃／sec.以上の加熱
速度で６７５℃以上の温度へ超急速焼きなまし処理を施
すことを特徴とし、二次再結晶粒径を小径化し、低鉄損
化する方法が提案されている。しかし、この方法により
単に二次再結晶粒径を微細化するだけでは、上記特公昭
５７−２２５２号公報、特公昭５８−２５６９号公報に
提案された磁区細分化技術なみの低鉄損を得ることはで
きなかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上従来技術の方法で
得られる鉄損は、低鉄損という点では満足できるもので
はなかった。本発明は、スラブ加熱の１２００℃以上の
加熱速度、スラブ加熱温度及びスラブ加熱の装置を狭い
範囲に限定し、高温加熱に供するスラブに熱間変形を加
えること、脱炭焼鈍工程直前或いは脱炭焼鈍工程の加熱
段階での急速加熱処理を狭い範囲に制御することによ
り、極めて鉄損の低い製品が得られる方法を提案するも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、以下
の構成を要旨とする。 （１）重量％で、Ｃ ：０．０１５〜０．１００％、
Ｓｉ：２．０〜７．０％、Ｍｎ：０．０３〜０．１２
％、 Sol.Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、Ｎ：
０．００４０〜０．０１００％、ＳおよびＳｅのうちか
ら選んだ１種または２種合計：０．００５〜０．０５０
％、残部は実質的にＦｅの組成になる連続鋳造スラブ
を、スラブ加熱したのち熱延し、熱延板焼鈍し、最終強
冷延、または、予備冷延、析出焼鈍し、最終強冷延、ま
たは、熱延板焼鈍、予備冷延、析出焼鈍し、最終強冷延
という工程を経て最終板厚とし、脱炭焼鈍、最終仕上焼
鈍そして最終コーティングを施す工程によって高磁束密
度一方向性電磁鋼板を製造する方法において、誘導加熱
炉または通電加熱炉を用いてスラブの１２００℃以上の
高温域の加熱を５℃/min以上の昇温速度で行い、１３５
０℃〜１４９０℃の温度範囲で加熱するものとし、か
つ、脱炭焼鈍工程の直前に１００℃／sec.以上の加熱速
度で、８００℃以上の温度へ急速加熱処理することを特
徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。

【０００８】（２）急速加熱処理が脱炭焼鈍工程の加熱
段階として行われることを特徴とする上記（１）に記載
の高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。 （３）連続鋳造スラブが、Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｇ
ｅ，Ｂ，Ｔｅ，ＡｓおよびＢｉから選ばれる１種または
２種以上を各々の元素量で０．００３〜０．３％を含有
することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の
高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。

【０００９】（４）誘導加熱炉または通電加熱炉を用い
てスラブの１２００℃以上の高温域の加熱を５℃/min以
上の昇温速度で行い、１３５０℃〜１４９０℃の温度範
囲で加熱するスラブは、５０％以下の圧下率で熱間変形
を加えたスラブであることを特徴とする上記（１）〜
（３）のいずれか１項に記載の高磁束密度一方向性電磁
鋼板の製造方法。 （５）熱間変形を加える前のスラブの加熱をガス加熱炉
で行うことを特徴とする上記（４）に記載の高磁束密度
一方向性電磁鋼板の製造方法。

【００１０】本発明者は、鉄損の低い高磁束密度一方向
性電磁鋼板を製造する方法を鋭意検討したところ、スラ
ブ加熱の１２００℃以上の加熱速度及びスラブ加熱温度
と、脱炭焼鈍工程直前或いは脱炭焼鈍工程の加熱段階で
の急速加熱処理を狭い範囲に制御することが非常に有効
であることを見出した。スラブを高温加熱するとスラブ
が異常粒成長し、熱延板の組織が不均一となり、磁気特
性がばらついたり、劣化を招きやすく、従来技術の方法
で得られる鉄損は、低鉄損という点では満足で きるもの
ではなかった。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明をさらに詳細に説明
する。まず各元素の含有量を限定した理由を説明する。
Ｃは、下限０．０１５％未満であれば２次再結晶が不安
定となり、上限の０．１００％は、これよりＣが多くな
ると脱炭所要時間が長くなり経済的に不利となるために
限定した。

【００１２】Ｓｉは、下限２％未満では良好な鉄損が得
られず、上限７％を超えると冷延性が著しく劣化する。
Ｍｎは、下限０．０３％未満であれば熱間脆化を起こ
し、上限０．１２％を超えるとかえって磁気特性を劣化
させる。

【００１３】Ｓ，Ｓｅは、ＭｎＳ，ＭｎＳｅを形成する
ために必要な元素で、これらの一種または２種の合計が
下限０．００５％未満ではＭｎＳ，ＭｎＳｅの絶対量が
不足し、上限０．０５０％を超えると熱間割れを生じ、
また、最終仕上焼鈍での純化が困難となる。

【００１４】Sol.Ａｌは、ＡｌＮを形成するために必要
な元素で、下限０．０１０％未満ではＡｌＮの絶対量が
不足し、上限０．０６５％を超えるとＡｌＮの適当な分
散状態が得られない。Ｎは、ＡｌＮを形成するために必
要な元素で、下限０．００４０％未満ではＡｌＮの絶対
量が不足し、上限０．０１００％を超えるとＡｌＮの適
当な分散状態が得られない。

【００１５】Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｇｅ，Ｂ，Ｔ
ｅ，ＡｓおよびＢｉは粒界に偏析させ、２次再結晶を安
定化させるが、各々の元素量が下限０．０３％未満では
偏析量が不足し、上限０．３％は経済的理由と脱炭性の
悪化によるものである。添加する元素は１種でもよい
し、２種以上添加しても良い。

【００１６】次に本発明の製造条件を説明する。スラブ
加熱温度は、１３５０℃〜１４９０℃とする。１３５０
℃未満であると低鉄損を得られない。１４９０℃を超え
るとスラブが溶融する。

【００１７】図１は、本発明者が行った実験結果の一例
である。本発明に従った成分範囲にあるＣ：０．０７３
％、Ｓｉ：３．２８％、Ｍｎ：０．０７７％、Ｓ：０．
０２４％、Sol.Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００７５
％、Ｃｕ：０．１１％を含有する鋳片を連続鋳造し、誘
導加熱炉で種々の温度でスラブ加熱した後、板厚２．３
０mmの熱延板を作成した。そして、１１００℃×２分均
熱後急冷するという熱延板焼鈍を施し、０．２２mmに冷
間圧延し、冷延板を種々の加熱速度で８５０℃まで超急
速加熱し、その後常温まで冷却した。そして、脱炭焼鈍
を行ない、最終仕上焼鈍そして最終コーティングを施す
工程によって製品となした。このときのスラブ加熱温
度、加熱速度と鉄損Ｗ17/50 との関係を図１に示す。ス
ラブ加熱温度が１３５０℃以上で加熱速度が１００℃／
sec.以上の場合、低鉄損を得られることが分かる。

【００１８】１２００℃以上の高温域の加熱を５℃/min
以上の昇温速度とする。スラブを高温加熱するとスラブ
が異常粒成長し、熱延板の組織が不均一となり、磁気特
性がばらついたり、劣化を招きやすく、５℃/min以上の
昇温速度とすると、スラブ加熱時の結晶粒の異常粒成長
を抑制し、良好な磁気特性を得られる（実施例２参
照）。５℃/min未満では効果を得られない。

【００１９】１３５０℃〜１４９０℃の温度範囲に加熱
するスラブは、５０％以下の圧下率で熱間変形を加える
とスラブの柱状晶を破壊し、熱延板の組織の均一化に有
効でさらに磁気特性が改善する（実施例２参照）。上限
を５０％としたのは、これ以上圧下率を高くしても効果
が飽和するためである。

【００２０】スラブの１２００℃以上の高温域の５℃/m
in以上の昇温速度で行う加熱を誘導加熱炉、或いは通電
加熱炉で行う。誘導加熱炉、通電加熱炉では非酸化性雰
囲気（例えば窒素など）でスラブ加熱できるので、ノロ
（鉄シリコン酸化物の溶融物）が発生せず、鋼板の表面
欠陥が減少したり、加熱炉炉床に堆積したノロの除去作
業が不要となる（実施例２参照）。

【００２１】低温域をガス加熱炉、高温域を誘導加熱炉
または通電加熱炉というように組み合わせても構わな
い。すなわち、スラブ加熱をガス加熱炉（低温域）−熱
間変形（０％−５０％）−誘導加熱炉あるいは通電加熱
炉（高温域）としても構わない。ここで熱間変形０％と
は、低温域をガス加熱炉で加熱し、その後熱間加工なし
に誘導加熱炉、通電加熱炉で加熱することを意味する。
熱間変形を加える前のスラブの加熱をガス加熱炉で行う
と誘導加熱炉、通電加熱炉よりも低コストで生産性が高
くスラブ加熱できる。

【００２２】脱炭焼鈍工程の直前に１００℃／sec.以上
の加熱速度で、８００℃以上の温度へ加熱処理を行う。
加熱速度が１００℃／sec.より遅いと低鉄損を得られな
い（図１参照）。温度が８００℃より低いと低鉄損を得
られない。図２は、本発明者が行った実験結果の一例で
ある。図１の実験のスラブを１３５０℃でスラブ加熱し
た後、板厚２．３０mmの熱延板を作成した。そして、１
１００℃×２分均熱後急冷するという熱延板焼鈍を施
し、０．２２mmに冷間圧延し、冷延板を３００℃／sec.
の加熱速度で種々の温度まで超急速加熱し、その後常温
まで冷却した。そして脱炭焼鈍を行い、最終仕上焼鈍そ
して最終コーティングを施す工程によって製品となし
た。このときの到達温度と鉄損Ｗ17/50 との関係を図２
に示す。到達温度が８００℃以上で低鉄損を得られるこ
とが分かる。上記急速加熱処理は、脱炭焼鈍工程の加熱
段階に組み込んでもかまわず、この方が工程が少ないの
で望ましい。

【００２３】

【実施例】［実施例１］ 〔Ｃ〕０．０７７％、〔Ｓｉ〕３．２１％、〔Ｍｎ〕
０．０７２％、〔Ｓ〕０．０１４％、〔Ｓｅ〕０．０１
４％、〔Sol.Ａｌ〕０．０２６％、〔Ｎ〕０．００９０
％、〔Ｓｂ〕０．１５％、〔Ｍｏ〕０．０３％を含有す
るスラブを連続鋳造し、ガス加熱炉で１１５０℃に加熱
し、その後誘導加熱炉に挿入し、１２００℃以上の温度
域を１０℃/minの速度で昇温し、１３６０℃で加熱した
後、熱間圧延し、２．７mm厚の熱延板を得た。熱延板焼
鈍は１０００℃で２分間行い、１．６０mmに冷延し、析
出焼鈍は１１００℃で２分均熱後急冷し、０．２２mmに
最終冷延した。その後、得られた冷延板を脱炭焼鈍する
際、脱炭焼鈍工程の加熱段階を３００℃／sec.の加熱速
度で種々の温度まで加熱し、その後８５０℃の湿潤水素
中で脱炭焼鈍し、続いて焼鈍分離剤を塗布した後、水素
気流中で１２００℃で２０時間保持し、最終仕上焼鈍を
行い、コーティング液を塗布して製品とした。この時の
加熱段階の到達温度と磁気特性の関係を表１に示す。こ
れより、本発明例は比較例と比べ低い鉄損を得られるこ
とが分かる。

【００２４】

【表１】

【００２５】〔実施例２〕 〔Ｃ〕０．０７２％、〔Ｓｉ〕３．２９％、〔Ｍｎ〕
０．０６９％、〔Ｓ〕０．０２２％、〔Sol.Ａｌ〕０．
０２８％、〔Ｎ〕０．００８０％、〔Ｓｎ〕０．１５
％、〔Ｃｕ〕０．０５％を含有するスラブを連続鋳造
し、ガス加熱炉で１１８０℃に加熱した。その後、一部
のスラブは、種々の圧下率で熱間変形し、その後ガス加
熱炉と誘導加熱炉（雰囲気：窒素）で種々のスラブ加熱
速度で昇温し、１３８０℃で加熱した後、熱間圧延し、
２．１mm厚の熱延板を得た。熱延板焼鈍は１１５０℃で
３０秒均熱後９２５℃で１分均熱し、急冷した。次い
で、０．２２mmに最終冷延した。その後、得られた冷延
板を脱炭焼鈍する際、脱炭焼鈍工程の加熱段階を４５０
℃／sec.の加熱速度で８５０℃まで加熱し、その後８５
０℃の湿潤水素中で脱炭焼鈍し、続いて焼鈍分離剤を塗
布した後、水素気流中で１２００℃で２０時間保持し最
終仕上焼鈍を行い、コーティング液を塗布し製品とし
た。この時の熱間変形圧下率、スラブ加熱炉、スラブ加
熱速度と磁気特性、鋼板の表面欠陥の関係を表２に示
す。 No.１，５はガス加熱炉の例で、 No.２〜４，６〜
８は誘導加熱炉の例である。 No.１，２に対し No.３，
４はスラブ加熱速度を５℃/min以上とした例である。 N
o.５，６は No.１，２に対し熱間変形を２０％加えた例
で、 No.７，８は、 No.１，２に対しスラブ加熱速度を
５℃/min以上とし、かつ、熱間変形を２０％加えた例で
ある。これより、本発明例は低い鉄損を得られることが
分かる。また、スラブ加熱を誘導加熱炉とすると表面欠
陥がなくなることが分かる。

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】以上のごとく本発明によれば、鉄損の低
い高磁束密度一方向性電磁鋼板を製造でき、その工業的
効果は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブ加熱温度、脱炭焼鈍工程直前の急速加熱
処理の加熱速度と鉄損の関係を示す図である。

【図２】脱炭焼鈍工程直前の急速加熱処理の到達温度と
鉄損の関係を示す図である。

フロントページの続き (72)発明者 立花 伸夫 兵庫県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７−113120（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−93333（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−49543（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−341519（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−109115（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−41624（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−156360（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−115529（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C22C 38/00 303 C22C 38/60 H01F 1/16

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１５〜０．１００％、 Ｓｉ：２．０〜７．０％、 Ｍｎ：０．０３〜０．１２％、 Sol.Ａｌ：０．０１０〜０．０６５％、 Ｎ ：０．００４０〜０．０１００％、 ＳおよびＳｅのうちから選んだ１種または２種合計：
   ０．００５〜０．０５０％、 残部は実質的にＦｅの組成になる連続鋳造スラブを、ス
   ラブ加熱したのち熱延し、熱延板焼鈍し、最終強冷延、
   または、予備冷延、析出焼鈍し、最終強冷延、または、
   熱延板焼鈍、予備冷延、析出焼鈍し、最終強冷延という
   工程を経て最終板厚とし、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍そし
   て最終コーティングを施す工程によって高磁束密度一方
   向性電磁鋼板を製造する方法において、誘導加熱炉また
   は通電加熱炉を用いてスラブの１２００℃以上の高温域
   の加熱を５℃/min以上の昇温速度で行い、１３５０℃〜
   １４９０℃の温度範囲で加熱するものとし、かつ、脱炭
   焼鈍工程の直前に１００℃／sec.以上の加熱速度で、８
   ００℃以上の温度へ急速加熱処理することを特徴とする
   高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 急速加熱処理が脱炭焼鈍工程の加熱段階
   として行われることを特徴とする請求項１に記載の高磁
   束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 連続鋳造スラブが、Ｓｂ，Ｓｎ，Ｃｕ，
   Ｍｏ，Ｇｅ，Ｂ，Ｔｅ，ＡｓおよびＢｉから選ばれる１
   種または２種以上を各々の元素量で０．００３〜０．３
   ％を含有することを特徴とする請求項１または２に記載
   の高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 誘導加熱炉または通電加熱炉を用いてス
   ラブの１２００℃以上の高温域の加熱を５℃/min以上の
   昇温速度で行い、１３５０℃〜１４９０℃の温度範囲で
   加熱するスラブは、５０％以下の圧下率で熱間変形を加
   えたスラブで あることを特徴とする請求項１〜３のいず
   れか１項に記載の高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方
   法。
5. 【請求項５】 熱間変形を加える前のスラブの加熱をガ
   ス加熱炉で行うことを特徴とする請求項４に記載の高磁
   束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。