JP3387962B2 - 磁気特性が極めて優れた無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁気特性が極めて優れた無方向性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、磁束密度が極めて高
く、鉄損が低い無方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、回転機用磁芯材料としての無方向
性電磁鋼板に対する品質向上の要求は省エネルギーの観
点から、益々強くなっている。電磁鋼板製造セーカーの
側においても、この要望に応えるべく鋭意無方向性電磁
鋼板の磁気特性の向上のための研究開発が進められてき
ており、工業的には、JISに規定されている数々の無
方向性電磁鋼板が製造されている。無方向性電磁鋼板の
製造プロセスにおいて、鉄損値が低い製品を得るために
は、従来、鋼をその溶製段階で高純度化することや、鋼
中のSi含有量を多くすることや、仕上げ焼鈍において
温度・時間を十分に採る等の手段が採られてきた。しか
しながら、これらの技術的手段によるときは、製品の鉄
損値は、低くなるけれど、磁束密度が低くなるという問
題がある。
【0003】この問題を解決するために、熱延で高温で
巻き取り保温するいわゆる自己焼鈍、又は熱延板を焼鈍
する方法が採られてきた。更に、最近、移動更新する冷
却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで、
該当鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上
げ焼鈍する無方向性電磁鋼板を得る方法が開発された。
これらの方法でもっても、冷延圧下率が例えば通常行わ
れているような60%以上では、仕上げ焼鈍後の集合組
織は、鋼板面に平行な面指数としては、{100}のみ
でなく{111}面もかなり強く、磁気特性、特に磁束
密度の向上に限界があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来技
術における問題を解決し、回転機用鉄芯材として極めて
優れた、全周方位での鉄損が低く、かつ、磁束密度が極
めて高い無方向性電磁鋼板を供給する製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.0%、か
つ(Si+2Al)>2.5%で残部:Fe及び不可避
的不純物からなる溶鋼(いわゆる非変態鋼)を、移動更
新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、
次いで、該当鋳造鋼帯を冷間圧延して所定の厚さ(最終
板厚)とした後、仕上げ焼鈍する無方向性電磁鋼板の製
造方法において、冷間圧延に際し圧延率を5%以上40
%未満とし、かつ鋳造する場合の移動更新する冷却体表
面による鋳造後の集合組織と鋳造時の凝固速度を同時に
規定するものである。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。発明者等
は、本発明における技術的課題を解決すべく鋭意検討を
重ねた結果、溶鋼から直接的に鋳造薄滞を得、その後、
冷間圧延し、焼鈍する無方向性電磁鋼板の製造におい
て、鋳片の冷間圧延率及び集合組織と、仕上げ焼鈍後の
磁性に密接な関係があることを見い出した。即ち、仕上
げ焼鈍後の製品の集合組織は、冷延圧下率ばかりでな
く、鋳片の集合組織及び凝固時の速度にも強く依存する
ことを見い出した。これらの相乗効果によって磁束密度
が更に極めて高く鉄損が良好な(鉄損値が低い)無方向
性電磁鋼板を得ることに成功した。
【0007】先ず、鋳片厚中心層での鋳片の表面に平行
な{100}面強度が対ランダム(以下{100}面強
度という)について述べる。図1に示すように{10
0}面強度が2.3倍以上である鋳片を5〜40%の冷
延率で冷延して焼鈍した場合、全周で著しく良好なB50
が得られる。尚B50≧1.70Tを良好範囲とした。こ
の{100}面強度を2.3倍以上とする方法として
は、柱状晶を著しく発達させる必要があり、移動更新す
る冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とする方法
が極めて適している。
【0008】又、鋳片の中心層の凝固速度を規定したの
は、実際凝固速度を評価する場合、デンドライトの間隔
で行うが、中心層の方が、表面層よりデンドライトがよ
り明確に腐食し観察されやすいため、より実際的である
ことによる。無方向性電磁鋼板では、凝固速度が、10
℃/秒未満であれば、柱状晶の発達が完全でなく{10
0}強度が弱いため、10℃/秒以上とする。
【0009】上記、鋳片の中心層の{100}強度を
2.3以上とすること及び、鋳片の中心層の凝固速度を
10℃/秒以上とする方法としては、例えば、 ΔT(溶湯の過熱度)を大きくする(方法としては、
鋳込み温度を上げる) 凝固部での抜熱の効率化で凝固時の望ましい集合組織
を得、更に加えるに 凝固直後での急速冷却で望まれる集合組織を室温まで
凍結すること等が考えられる。具体的には、 では、溶湯鋳造時の温度を上げる。 では、 ・移動更新する冷却体表面の材質を熱伝導度の高いもの
を使用する。 ・移動更新する冷却体の冷却を水等で強制的に行う。 ・移動更新する冷却体表面を抜熱速度の大きい形状にす
る。 ・鋳造の雰囲気ガスとして熱伝導度の高い不活性ガスを
使用する。 ・液面を力学的に移動更新する冷却体表面に抑えつけて
抜熱速度を大きくする方法等がある。 では、凝固直後での強水冷、強ガス冷却等がある。
【0010】ここで、注意を要することがある。鋳片の
中心層の{100}強度を2.3以上とするためには、
必ずしも、凝固速度が、10℃/秒以上としなくてもよ
い。即ち、上記方法の他に、成分を変更させることによ
り可能であり、結晶粒界移動を妨げる元素を添加するこ
とにより可能である。例えば、Cr,Ti,W等の添加
により、微細ないわゆるインヒビター(CrC,WC,
TiN,TiC等)を形成させることにより、凝固速度
が遅くてもかなり強い{100}強度が得られる。しか
し、このような、いわゆるインヒビターを添加し{10
0}強度を確保することは、最終焼鈍後の磁気特性(特
に鉄損)を劣化させるために、無方向性電磁鋼板では、
不適である。従って、本発明においても凝固速度が同一
でも、成分が異なると{100}強度は、多少異なる。
【0011】次に、成分系について説明すると、製品の
機械特性の向上、磁気特性、耐錆性等の向上或いは、そ
の他の目的のために、Mn,P,B,Ni,Cr,S
b,Sn,Cuを1種又は2種以上含有させても本発明
の効果は損なわれない。
【0012】Cは、0.012%以下であれば、本発明
の目的を達することができる。無方向性電磁鋼板の用途
は、主に回転機であり、磁気特性の安定という観点から
は、無方向性電磁鋼板の使用中に磁気特性の劣化(磁気
時効)を起こさないことが要求される。本発明では、凝
固速度が速く必然的に凝固後の冷却速度も速くなり、C
は鋼中で固溶し、電気機器で使用中に磁気時効を生じる
可能性があるため、製品段階では、0.0030%以下
とするべきであるが、鋳造時のCが、0.012%以下
であれば、後工程での脱炭が比較的容易であるので0.
012%以下とする。又、Cを更に多く含有させると、
鋳造組織を凝固速度が速い場合と同様な効果をもたせる
ことができ(柱状晶の発達:キューブ集合組織を極度に
発達させる)、この有害Cを後工程で脱炭することも原
理的には可能である。しかし、過度の脱炭は実生産的で
ない。又、仕上げ焼鈍時の条件を、高温長時間として、
脱炭現象を積極的に利用してランダムキューブ集合組織
を形成させるいわゆる柱状晶成長(コラムラーグレイン
グロウス)の可能性もあるが、工業生産には適していな
い。
【0013】Sは、鋼の溶製段階で不可避的に混入する
元素であり、最終焼鈍での結晶粒成長の促進、製品板で
の磁区のピニング効果の減少のためにできるだけ低Sが
望まれる。このため、0.008%以下とすべきであ
る。Nは、S同様、鋼の溶製段階で不可避的に混入する
元素であり、最終焼鈍での結晶粒成長の促進、製品板で
の磁区のピニング効果の減少のためには、できるだけ低
Nが望まれる。0.006%を超える場合は、上記理由
で加える製品板で膨れ(気泡:いわゆるブリスター)が
発生することがある。このため、N≦0.006%以下
とすべきである。
【0014】Siは、従来からよく知られているように
鋼板の固有抵抗を増加させ渦流損を低減するため添加さ
れる。4.0%を超えてSiを添加すると、加工性が極
端に劣化し冷間圧延を困難なものとする。AlもSi同
様には、鋼板の固有抵抗を増加させ渦流損を低減するた
めに添加される。この目的のため従来から変態を有しな
い無方向性電磁鋼板には、最大2.0%のAlが添加さ
れている。更に添加量を増加することは、原理的には可
能であるが、Si同様冷間圧延性を考慮して最大2.0
%とする。従って、本発明では、加工性を考慮して上限
を、変態の有無を考慮して下限を規定する。即ち、S
i,Al範囲を重量%で、Si≦4.0%、Al≦2.
0%、かつ(Si+2Al)>2.5%とする。変態を
有する(Si+2Al)≦2.5%における本発明の効
果はいまだ確認されていない。
【0015】Mnは、その含有量が0.1%より少ない
と製品の加工性が劣化するから又、Sを無害化させるた
めに添加される。しかしながら、Mnの添加量が、2.
0%を超えると製品の磁束密度が著しく劣化するからM
n≦2.0%でなければならない。Pは、製品の打ち抜
き性を良好ならしめるために、0.1%までの範囲内で
添加される。P≦0.2%であれば、製品の磁気特性の
観点からは問題がない。Bは、Nを無害化のために添加
される。Nの量とのバランスが必要であるから最大含有
量を0.005%とする。極低窒素鋼を溶製すれば、N
は、無害化できるので、この場合添加の必要性は少な
い。
【0016】次に、本発明の製造プロセスに条件につい
て説明する。発明者らは、移動更新する冷却体表面によ
って凝固せしめて得られる鋳造鋼帯を比較的低い冷間圧
延率(5〜40%)で圧延する場合は、磁束密度が、極
めて高くなることを見い出した。そして、鋳片の集合組
織及び凝固速度を規定することにより相乗的に更に、磁
気特性が向上することを見い出した。この理由は未だ定
かではないが、次のように推定される。即ち、鋳片中心
層の{100}強度が強いと5〜40%の冷延率では、
歪蓄積量が少なく、かつ、冷延歪の蓄積位置が限られる
ので、最終焼鈍での歪解放において、核生成粒成長の割
合は少なく、主に歪誘起粒界移動によりランダムキュー
ブが先鋭化する。一方、{100}強度が弱い(等軸粒
が多い)と冷延時の歪蓄積が多くかつランダムに生じ確
率的には、核生成粒成長の頻度が増加するためと考えて
いる。
【0017】冷延圧下率の範囲について述べる。5%未
満であると、鋳造後の形状矯正が十分でなく、かつ磁性
も良好でない。上限は、40%未満としたが、望ましく
は30%以下である。冷延圧下率が40%以上の高い場
合は、冷延後の集合組織が殆んど同じになり、ランダム
キューブの発現はない。図2に移動更新する冷却体表面
によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで、該当鋳造
鋼帯を冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍す
る無方向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延率と
磁束密度(B50(T))の関係を示す。○は{100}
強度:2.8で、●は{100}強度:2.1である。
ただし、同一素材を用いた試験であるため最終焼鈍板の
厚みはそれぞれ異なる。又、この図では、冷延圧下率2
0%近傍で第1のピーク、70%近傍で第2のピークが
現れ、本発明は、この第1のピークに関するものであ
る。本発明では、全周方向の磁束密度B50が1.70T
以上の場合を“良好”としている。即ち、{100}面
強度が対ランダムで2.3倍未満で鋳片厚中心層の凝固
速度を10℃/秒未満であっても、冷間圧延の圧下率が
5%以上40%未満であれば、60%以上の従来方法よ
りかなり良好な磁性が得られる。
【0018】更に、図3に製品の集合組織を示す。これ
は冷間圧延圧下率20%で、板厚圧1/4位置での{1
00}正極点の図であり、{100}強度が3.2(凝
固速度約57℃/秒)の場合である。無方向性電磁鋼板
にとって理想であるランダムキューブ({100}〈0
vw〉)が発現していることがわかる。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施態様を述べる。表1の成
分の溶鋼(残部はFe及び不可避的不純物からなる)を
移動更新する冷却体表面にて凝固せしめて直接0.56
mm,0.62mm,1.20mm及び2.0mmの鋼帯を得
た。この場合、液面を力学的に移動更新する冷却体表面
に抑えつける方法(溶鋼接触制限板の使用)と通常の方
法(溶鋼接触制限板の不使用)で鋳造した。その後、酸
洗を施し、0.50mm及び0.95mmの厚みに冷間圧延
をした。冷間圧延された、鋼板を脱脂し、連続焼鈍炉に
て、975℃で30秒焼鈍した(必要に応じて脱炭条件
とした)。その後、磁気特性(22.5度毎の平均)を
エプシュタイン法にて測定した結果を表1に併記した。
【0020】
【表1】
【0021】このように移動更新する冷却体表面によっ
て凝固せしめて鋳造鋼帯とし、次いで、該当鋳造鋼帯を
冷間圧延して所定の厚さとした後、仕上げ焼鈍する無方
向性電磁鋼板の製造方法において、冷間圧延に際し圧延
率を5%以上40%未満とし、かつ鋳片中心層の{10
0}強度を2.3倍以上、凝固速度を10℃/秒以上と
することにより、極めて優れた無方向性珪素鋼板が得ら
れる。
【0022】
【発明の効果】以上に述べたように本発明により回転機
用鉄芯材として、全周方位での鉄損が低く、かつ磁束密
度が極めて高い無方向性電磁鋼板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳片中心層の{100}強度と全周方向の磁束
密度の関係を示す図。
【図2】冷間圧延率と磁束密度の関係を示す図。
【図3】仕上げ焼鈍後材の{100}正極点図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久保田 猛 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭58−81951(JP,A) 特開 昭60−21328(JP,A) 特開 平5−33062(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/12 H01F 1/16 C22C 38/00 303 C22C 38/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で Si≦4.0%、 Al≦2.0% かつ (Si+2Al)>2.5% 残部:Fe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移動更
    新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、
    次いで、該当鋳造鋼帯を冷間圧延し、仕上げ焼鈍する無
    方向性電磁鋼板の製造において、移動更新する冷却体表
    面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とする場合の鋳片厚中
    心層での鋳片の表面に平行な{100}面強度を対ラン
    ダムで2.3倍以上とし、かつ冷間圧延の圧下率が5%
    以上40%未満とすることを特徴とする磁気特性が極め
    て優れたランダムキューブ集合組織({100}〈0v
    w〉)を有する無方向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で Si≦4.0%、 Al≦2.0% かつ (Si+2Al)>2.5% 残部:Fe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、移動更
    新する冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とし、
    次いで、該当鋳造鋼帯を冷間圧延し、仕上げ焼鈍する無
    方向性電磁鋼板の製造において、溶鋼を、移動更新する
    冷却体表面によって凝固せしめて鋳造鋼帯とする場合の
    鋳片厚中心層の凝固速度を10℃/秒以上とし、かつ冷
    間圧延の圧下率が5%以上40%未満とすることを特徴
    とする磁気特性が極めて優れたランダムキューブ集合組
    織({100}〈0vw〉)を有する無方向性電磁鋼板
    の製造方法。
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CN110396642A (zh) * 2019-07-29 2019-11-01 江苏理工学院 具有{100}织构的无取向电工钢及其制备方法

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