JP3446452B2 - 磁気特性および表面性状に優れた無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁気特性および表面性状に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】
【発明の属する技術分野】この発明は、磁気特性および
表面性状に優れた無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】無方向性電磁鋼板は、モーター、発電機
または変圧器の鉄心等に使用され、これら機器のエネル
ギー効率を高めるために、磁気特性として、鉄損が小さ
くかつ磁束密度の高いことが重要である。さらに、鉄心
は鋼板を積層して成形して成るために、その占積率や層
間抵抗などに大きく影響を与える、表面性状も良好であ
ることが要求される。
【0003】ここに、鉄損を向上する手法として、低温
スラブ加熱によりスラブ中の粗大なMnS やAlN の再固
溶、そして微細析出を抑制する技術が、特公昭49−3881
4 号、特開昭62−199720号、特開平4−63228 号および
特開平4−180522号各公報に、開示されている。これら
に開示された、スラブの低温化によって、確かに鉄損が
改善されるが、一方で鋼板表面に圧延方向に沿った特有
の凹凸、いわゆるリジングが発生して新たな問題とな
る。このリジングは、電磁鋼板をモーターやトランスの
鉄心として使用する際に、占有率の低下をまねいてモー
ターやトランスの特性を悪化することになる。
【0004】無方向性電磁鋼板におけるリジング対策と
しては、次に示す種々の方法が提案されている。すなわ
ち、特公昭57−15969 号公報には、連続鋳造時に電磁攪
拌を施すことが、特公昭56−31846 号公報には、鋼中不
純物を極力低下させ、特にTiおよびZrの少なくとも1種
につきSiおよびAlの合計量に応じて{Ti(wt%)+0.5
Zr(wt%)}≦0.022 /{Si(wt%)+Al(wt%)}の
範囲に制限することが、それぞれ提案されている。
【0005】また、特公昭57−61095 号公報には、C:
0.03wt%以下、Si:0.7 wt%以下、Mn:2.0 wt%以下、
Al:0.10wt%以下、Cr:10〜20wt%、N:0.015 wt%以
下、TiまたはNbの1種または2種を0.5 wt%以下含有
し、残部Feおよび不可避的不純物よりなるスラブを、10
00〜1200℃に加熱し、異径比を15%以下とした直径の異
なる作動ロールからなる異径ロール圧延機を有する連続
熱延機により、当該異径ロール圧延機において圧下率20
%以上の熱間圧延を施し、かくして得られた熱延板を1
℃/s以上の加熱速度で850 〜950 ℃の温度に加熱し、
該温度で10分以下の保定を行うことが、提案されてい
る。
【0006】さらに、特公昭56-43091号公報には、粗圧
延最終パスを900 ℃以上でかつ50〜70%の強圧下圧延で
終了し、続く仕上圧延を850 〜720 ℃の低温域で終える
ことが、そして特公昭62-61644号公報には、熱間仕上圧
延後1〜7秒間無注水とし、しかるのち注水冷却して70
0 ℃以下の温度で巻取ることが、提案されている。しか
しながら、上記の各方法によっても、完全にリジングを
解消するまでに到らず、その改善が求められていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
リジングに代表される表面欠陥が発生しないために表面
性状に優れ、かつ磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板の
製造方法について提案することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明は、C:0.01wt
%以下、Si+Al:1.2 wt%以上かつSi:4.0 wt%以下及
びAl:1.5 wt%以下、Mn:1.5 wt%以下、P:0.2 wt%
以下、並びにS:0.01wt%以下を含有する鋼スラブに熱
間圧延を施したのち、1回または中間焼鈍を挟む2回の
冷間圧延を施し、次いで仕上焼鈍を施す一連の工程によ
って無方向性電磁鋼板を製造するに当たり、熱間圧延工
程において、鋼スラブを1100℃以下(但し、1100℃を除
く)に加熱し次いで粗圧延して得られたシートバーを、
800℃以上の温度域にて、内径100mm 以上かつ外径3600
mm以下のコイルに巻取ったのち、巻戻して仕上圧延に供
することを特徴とする磁気特性および表面性状に優れた
無方向性電磁鋼板の製造方法である。
【0009】ここで、シートバーを温度T(℃)で巻取
って、次式(1) を満足する時間t(s)の保持を行い、
その後に巻戻しを行うことが、表面性状向上の点で有利
である。
【数2】t≧(1000−T)/5----(1)
【0010】また、粗圧延の最終パスにおいて、歪み速
度が12s-1以上の圧延を行うことが、さらに、粗圧延後
のシートバーを複数接合して仕上圧延を連続して行うこ
とが、磁気特性向上の点で有利である。なお、歪み速度
外1は、
【外1】
【数3】 にて定義される。
【0011】次に、この発明を導くに到った実験結果に
ついて詳しく説明する。C:0.003 wt%、Si:1.4 wt
%、Mn:0.2 wt%、Al:0.30wt%、P:0.05wt%および
S:0.005wt %を含み、残部実質的にFeよりなる連続鋳
造スラブの2本を、それぞれ1000℃に再加熱後、粗圧延
して厚さ30mmのシートバーとした。そして一方のシート
バーは直ちに仕上圧延によって熱延板とし、他方のシー
トバーは 920℃で内径500mm および外径1400mmのコイル
状に巻取ったのち、巻戻して仕上圧延を行い、熱延板と
した。いずれも、仕上圧延終了温度は 840℃であった。
その後、熱延板を0.5mm 厚まで冷間圧延したのち、 820
℃×30sの連続焼鈍を施してから、コイル長手方向の磁
気特性および板幅方向の凹凸高さを測定した。その測定
結果を、シートバーの巻取り(以下、シートバーコイリ
ングという)を行わない通常工程にて得られた製品コイ
ルでの同様の測定結果と併せて示す。
【0012】なお、凹凸高さは、板幅方向の中央部500m
m 幅にわたって、図1に示すように、凹凸の高さを個々
に測定し、その測定結果から、凹凸高さhおよび最大凹
凸高さhmax を次の通りに求めた。 h :Average (h1 ,h2, ・・・ hn ) hmax : Maximum (h1 ,h2, ・・・ hn )
【0013】
【表1】
【0014】表1に示すように、粗圧延後にシートバー
コイリングを行うことによって、磁気特性とりわけ鉄損
値が低下し、また凹凸高さも小さくなることが明らかで
ある。この理由は、必ずしも明らかではないが、次のよ
うに考えられる。すなわち、シートバーコイリングによ
る歪み導入が、析出物の粗大化を促進し、かつ粗圧延後
の再結晶を促進する、ためである。
【0015】次に、シートバーコイリングを行う温度
(以下、巻取り温度という)および巻取りから巻戻しま
での時間(以下、巻取り時間という)を種々に変化し
て、これらの条件が製品板の平均うねり高さに及ぼす影
響を調査した。すなわち、C:0.002 wt%、Si:1.4 wt
%、Mn:0.3 wt%、Al:0.35wt%、P:0.03wt%および
S:0.004 wt%を含み、残部実質的にFeよりなる連続鋳
造スラブを、1050℃に再加熱後、粗圧延して厚さ30mmの
シートバーとした。そして、シートバーを種々の温度で
内径500mm および外径1400mmのコイル状に巻取って種々
の時間で保持したのち、巻戻して仕上圧延を行い、2.0
mm厚の熱延板とした。いずれも、仕上圧延終了温度は 8
00℃であった。その後、熱延板を0.5mm 厚まで冷間圧延
したのち、 830℃×20sの連続焼鈍を施してから、コイ
ル板幅方向の凹凸高さを測定した。
【0016】その測定結果を、巻取り温度および巻取り
時間について整理して、図2に示す。同図から明らかな
ように、巻取り温度を800 ℃以上とすることによって、
鋼板表面のうねりを実用上許容される範囲に抑え得るこ
とがわかる。さらに、巻取り温度T(℃)および巻取り
時間t(s)がT≧1000−5t、すなわち巻取り時間t
をt≧(1000−T)/5の範囲とすることによって、凹
凸高さを極めて小さくすることができる。
【0017】また、熱間圧延工程に関しても、種々の検
討を行った。すなわち、C:0.0025wt%、Si:1.3 wt
%、Mn:0.25wt%、Al:0.20wt%、P:0.03wt%および
S:0.005 wt%を含み、残部実質的にFeよりなる連続鋳
造スラブを、1000℃に再加熱後、粗圧延して厚さ35mmの
シートバーとした。ここで、粗圧延の最終パスにおける
歪み速度を種々に変化した。そして、シートバーを900
℃の温度で内径500mm および外径1400mmのコイル状に巻
取って30s保持したのち、巻戻して仕上圧延を行い、2.
0 mm厚の熱延板とした。いずれも、仕上圧延終了温度は
850℃であった。その後、熱延板を0.5mm 厚まで冷間圧
延したのち、 820℃×30sの連続焼鈍を施してから、コ
イル板幅方向の最大凹凸高さを測定した。
【0018】その測定結果を、粗圧延の最終パスにおけ
る歪み速度と最大凹凸高さとの関係として、図3に示す
ように、歪み速度が12s-1以上になると、最大凹凸高さ
が2μm以下に抑制されることがわかる。
【0019】さらに、上記した表1に結果を示した実験
において、シートバーコイリングで得られるコイルの
内、外径を種々に変化したときの磁気特性の変化につい
て調査した。その結果を図4に示すように、まずコイル
外径が3600mmをこえると、平均鉄損値が増加した。この
原因は、コイル外径を大きくしたことによって、コイリ
ングに伴ってシートバーに導入される歪みが小さくな
り、析出物の粗大化が阻害されたためと考えられる。従
って、コイル外径を3600mm以下とすることによって、シ
ートバーに導入する歪みを大きくすることが肝要であ
る。一方、コイル内径が100 mm未満になると、シートバ
ーに表面割れに起因した表面疵が発生するため、コイル
内径は100 mm以上とする必要がある。
【0020】
【作用】以下、この発明における素材の成分組成および
製造工程の各理由について説明する。 C:0.01wt%以下 Cが0.01wt%をこえると、C析出による磁気特性の劣化
が生じるのでC含有量は0.01wt%以下に限定した。な
お、下限は、経済上の理由から、0.0001wt%とすること
が好ましい。
【0021】Si+Al:1.2 wt%以上かつSi:4.0 wt%以
下及びAl:1.5 wt%以下 Si+Alが1.2 wt%未満では、熱間圧延時に微細な結晶組
織を有する熱延鋼帯が得られるため、リジングは問題に
ならないから、この発明ではSi+Alが1.2 wt%以上の鋼
種を対象とする。ここに、SiおよびAlは比抵抗を増し、
鉄損を減少させる有用な成分であるが、Siは1.5 %およ
びAlは4.0 wt%をこえると、冷延性が劣化するため、そ
れぞれ1.5 %以下および4.0 wt%以下に限定した。な
お、下限は、比抵抗の理由から、Siは0.05wt%およびAl
は0.05wt%とすることが好ましい。
【0022】Mn:1.5 wt%以下 Mnは比抵抗を増し、鉄損を減少させる有用な成分である
が、Mnの増加はコスト増を招くので、1.5 wt%以下に限
定した。一方、MnはMnS として磁気特性に有害なSを粗
大に固定する働きがある。そこで、下限は磁気特性の点
から0.1 wt%とすることが好ましい。
【0023】P:0.2 wt%以下 Pは打抜性を改善するため添加することができるが、0.
2 wt%をこえると、冷延性が劣化するので、0.2 wt%以
下とした。なお、下限は、経済上の理由から、0.0001wt
%とすることが好ましい。
【0024】S:0.01wt%以下 Sは微細析出物 MnSを形成し、磁壁移動および粒成長を
阻害するので、できるだけ低減することが望ましく、0.
01wt%以下とした。
【0025】ほかに、磁性改善のため、公知の添加成
分、Sb, Sn, Bi, Ge, B, Ca, REM を添加することがで
きるが、経済性の点からその添加量はそれぞれ 0.2wt%
以下とすることが望ましい。
【0026】次に、上記組成を有するスラブを直接ある
いは再加熱後、粗圧延してシートバーとする。そして、
このシートバーを 800℃以上の温度にて、内径 100mm以
上かつ外径3600mm以下のコイルに巻取る。ここで、再加
熱温度が1100℃をこえると、仕上圧延中の微細析出物の
増加により鉄損が劣化し、所望の低鉄損の製品が得られ
ない。粗圧延後の巻取り温度は、800 ℃未満では、上述
のとおりリジングが発生するため、800 ℃以上でシート
バーコイリングを行う必要がある。
【0027】また、シートバーコイルの内径が 100mm未
満では、シートバーの曲率が大きくなり、シートバー表
面に割れが発生し、表面疵の原因となる。一方、コイル
外径が3600mmをこえると、コイリングによるシートバー
への歪み導入が不足して、鉄損改善効果が小さくなる。
【0028】引き続き、巻取られたシートバーを巻戻
し、仕上圧延を施して熱延板とする。このとき、必要に
応じて、自己焼鈍あるいは熱延板焼鈍を施してもよい。
熱延板焼鈍はバッチ焼鈍(箱焼鈍)によっても、連続焼
鈍によってもよい。
【0029】その後、1回または中間焼鈍をはさむ2回
の冷間圧延により所定の板厚(たとえば 0.5mm)として
から、仕上焼鈍を施して製品とする。勿論、仕上焼鈍の
あとに絶縁被膜を被成してもよい。なお、仕上焼鈍は、
生産性、経済性の理由から、連続焼鈍とすることが好ま
しい。
【0030】なお、上記の粗圧延工程において、その最
終パスの歪み速度を12s-1以上とすることによって、歪
みを効果的に導入して、その後のシートバーコイリング
における再結晶を速やかに進行させることが可能であ
る。
【0031】また、シートバーコイリングにおける巻取
り時間tを、t≧(1000−T)/5の範囲とすることに
よって、表面性状はさらに改善されることになる。ここ
で、巻取り温度Tが1000℃をこえると、tが負の値とな
るが、この場合は、巻取り後に直ちに巻戻すことを意味
する。
【0032】さらに、粗圧延後のシートバーを複数接合
して仕上圧延を連続して行うことによって、磁気特性を
さらに向上することが可能である。
【0033】
【実施例】転炉および真空脱ガス装置で成分調整を行っ
たのち、連続鋳造にてスラブを製造し、スラブ表面温度
が 300℃になったとき加熱炉に挿入し、再加熱した。そ
の後、粗圧延を施して厚さ30mmのシートバーとし、シー
トバーコイリングを行ったのち、仕上圧延を行って熱延
板とした。そして、一部の熱延板には熱延板焼鈍を施し
た。次いで、熱延板を0.5mm 厚まで冷間圧延し、さらに
850℃×30sの連続焼鈍を施した後、磁気特性および表
面性状を評価した。
【0034】表2及び3に、スラブ組成、熱間圧延およ
びシートバーコイリングの各条件とともに、磁気特性お
よび表面性状の評価結果を示す。同表に示すように、粗
圧延後シートバーを巻き取った発明例は、粗圧延後直ち
に仕上圧延を行った従来例に比べて、磁気特性および表
面性状に優れるものであった。なお、 No.13〜17は、熱
延板焼鈍を実施した例であり、また、 No.18〜23は、複
数のシートバーを接合して仕上げ焼鈍を実施した例であ
る。
【0035】
【表2】
【0036】
【表3】
【0037】
【発明の効果】この発明によれば、製品の磁気特性に優
れ、かつ表面性状にも優れる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】鋼板表面の凹凸高さの測定方法を説明する図で
ある。
【図2】シートバーコイリングが表面性状に与える影響
を示す図である。
【図3】最終パスにおける歪み速度と表面性状との関係
を示す図である。
【図4】コイル形状が磁気特性に与える影響を示す図で
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 C21D 9/46 501 H01F 1/16 C22C 38/00 - 38/60

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.01wt%以下、Si+Al:1.2 wt%以
    上かつSi:4.0 wt%以下及びAl:1.5 wt%以下、Mn:1.
    5 wt%以下、P:0.2 wt%以下、並びにS:0.01wt%以
    下を含有する鋼スラブに熱間圧延を施したのち、1回ま
    たは中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施し、次いで仕上
    焼鈍を施す一連の工程によって無方向性電磁鋼板を製造
    するに当たり、 熱間圧延工程において、鋼スラブを1100℃以下(但し、
    1100℃を除く)に加熱し次いで粗圧延して得られたシー
    トバーを、 800℃以上の温度域にて、内径100mm 以上か
    つ外径3600mm以下のコイルに巻取ったのち、巻戻して仕
    上圧延に供することを特徴とする磁気特性および表面性
    状に優れた無方向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 シートバーを温度T(℃)で巻取って、
    下記式を満足する時間t(s)の保持を行い、その後に
    巻戻しを行う請求項1記載の無方向性電磁鋼板の製造方
    法。 記 【数1】t≧(1000−T)/5
  3. 【請求項3】 粗圧延の最終パスにおいて、歪み速度が
    12s-1以上の圧延を行う、請求項1または2に記載の無
    方向性電磁鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1、2または3の方法において、
    粗圧延後のシートバーを複数接合して仕上圧延を連続し
    て行う無方向性電磁鋼板の製造方法。
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