JP3456860B2 - 鉄損特性の極めて優れた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、２．５〜７．０％
のＳｉを含み、良好な鋼板形状を有し、かつ、鉄損特性
が極めて優れたを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】一方向性電磁鋼板の磁気特性は一般に、
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が可能と
なり、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ある。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
るため、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】例えば、古くは特公昭４０−１５６４４号
公報に開示されているように、ＡｌＮ＋ＭｎＳをインヒ
ビターとして機能させ、高圧下最終冷延の実施により、
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
性電磁鋼板を得ることが知られている。

【０００４】しかし、この製造方法はある程度の鉄損の
低減は図れるのであるが、二次再結晶マクロの粒径が１
０mmオーダと大きいため、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５７−２２
５２号公報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号公報には鋼板に機械
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。

【０００５】一方、二次再結晶粒をより小さくして磁気
特性を向上する方法として特公平６−５１１８７号公報
がある。すなわち、該公報には、常温で圧延された鋼板
（ストリップ）に１４０℃／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、該鋼板を
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、それによって前記鋼板が低減した寸法の二次
粒子および応力除去焼きなまし処理後も有意な変化なし
に持続する改善された鉄損を持つ製造法が開示されてい
る。しかし、単に二次粒子を微細化するだけでは、従来
の磁区細分化なみの鉄損を得ることは困難である。特に
鋼板が急速加熱で急激に高温に曝されるにより、異なっ
た組成の酸化被膜が形成され（ファイアライト（２Ｆｇ
Ｏ・ＳｉＯ₂ ）が優先的に形成されるようになる）、最
終焼鈍においてＭｇＯ塗布によるフォルステライト（２
ＭｇＯ・ＳｉＯ₂ ）の形成が必ずしも良好とならず、十
分な被膜張力により優れた磁気特性が得られないという
問題がある。

【０００６】また、特開平６−２１２２６２号公報に
は、急速加熱に際し、８０℃／秒以上の速度で７００℃
以上まで昇温した後、０．１秒以内に８００℃未満へ５
０℃／秒以上で冷却し、磁性の向上を図る旨の記載があ
るが、この方法によれば、高温仕上焼鈍後に塗布する絶
縁被膜特性が良好とはいえず、十分に低い鉄損値が得ら
れない。

【０００７】さらに、特開平７−６２４３８号公報に
は、１回または中間焼鈍を含む２回冷延法の最終冷延圧
下率を８９％以上として処理したストリップを脱炭焼鈍
の加熱過程で急速加熱する方法が提示されている。この
方法も上記と同様な問題を抱えており、さらにこのよう
な高冷延圧下率では二次再結晶が不安定になり、極めて
優れた鉄損特性を得ることが難しいといえる。

【０００８】本発明者らは、かかる問題を解決するため
に、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、若しくは脱炭焼鈍の加熱段階として、Ｐ H₂ O ／
Ｐ H₂ が０．２以下の非酸化性雰囲気中で１００℃／秒
以上の加熱速度で７００℃以上の温度へ加熱処理する方
法を提案し、特開平７−６２４３６号公報に開示してい
る。また、急速加熱の具体例として２対の直接通電加熱
ロールを用いることも提示している。この製造方法で
は、確かに良好な磁気特性が得られるが、この方法でも
急速加熱中に鋼板表面に緻密な酸化層を形成する場合が
あることが分かった。この酸化層が形成されるとこれが
バリヤーとなり脱炭作用に影響する。すなわち、製品板
での炭素含有量の低減が図れず、その結果、磁気時効に
より製品磁気特性の劣化を生じてしまう。また、十分な
脱炭を行うために脱炭時間を長くすれば、磁気時効の問
題は解決されるが、脱炭時間を延長することは製造コス
トアップになるので好ましくない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、一方向
性電磁鋼板の製造には夫々の工程に処理条件を規定した
ものがあるが、夫々に上記したような問題点があり、十
分に優れた磁気特性を得がたいのが実情である。本発明
は必要な工程における条件を特定し、かつ一連の工程に
組込むことにより、十分に低い鉄損をもつ高磁束密度一
方向性電磁鋼板を安定して得る製造方法を提供するもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決すべくなされたものであり、以下の構成を要旨とす
る。すなわち、 （１） 重量で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：２．５〜
７．０％ならびにＭｎ：０．０１５〜０．１５％、Ｓま
たはＳｅ：０．００１〜０．０５％、酸可溶性Ａｌ：
０．０１〜０．０４％、Ｎ：０．００３〜０．０２％を
含み、残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなるスラブ
を出発素材として一方向性電磁鋼板を製造する方法にお
いて、前記スラブを通常の方法で熱間圧延し、この熱延
板を９００℃以上の温度で焼鈍し、その冷却過程で８０
℃／秒以下の冷却速度での緩冷却を行い、次いで全圧下
率が８８％以上での一回冷延法によりほぼ最終製品板厚
とし、この圧延されたストリップを脱炭焼鈍するに際
し、その昇温段階での急速加熱を、Ｐ H₂ O ／Ｐ H₂ ＞
０．２の湿水素雰囲気にすると共に、加熱速度が２５０
℃／秒以上となるように２対の通電ロールを用いて行
い、かつ、該通電体ロールにおける低温側ロールと高温
側ロール間の板張力を１．０〜４．０kg／mm² 、高温側
ロールでの圧下力を線圧で１．０〜４．０kg／mm、高温
側ロールの温度を２００℃以上にして実施し、引き続い
て脱炭焼鈍を行った後、焼鈍分離剤を塗布してから高温
仕上焼鈍を施し、該ストリップに絶縁被膜を塗布し焼付
け時板張力を０．８kg／mm² 以下にして焼付け処理をす
ることを特徴とする鉄損特性の極めて優れた高磁束密度
一方向性電磁鋼板の製造方法である。

【００１１】（２） 上記脱炭焼鈍の加熱段階での急速
加熱は、７００℃以上の温度へ通電ロールを用いて行
い、雰囲気をＰ H₂ O ／Ｐ H₂ ＞０．２の湿水素雰囲気
とすることが好ましい。

【００１２】（３） 上記（１）或いは（２）によって
得た製品表面には、さらに、光学的、機械的或いは化学
的手段により、磁区細分化処理を施すことによりより一
層磁気特性を向上できる。

【００１３】上記のように本発明は、一方向性電磁鋼板
製造の一連の工程で、熱延板焼鈍の冷却条件、および冷
間圧延を一回法で行い、その圧下条件、脱炭焼鈍時の昇
温過程における通電ロールを用いた急速加熱の条件、さ
らには絶縁被膜の処理条件を特定することにより、スト
リップの板形状を良好にすると共に、微細な二次再結晶
粒を形成して、鉄損Ｗ17/50 が０．７９Ｗ／kg以下であ
ると共に磁束密度Ｂ8が１．９２Ｔ以上を目途とする極
めて優れた特性を有する一方向性電磁鋼板を得ることが
できる。さらには、磁区制御を施すことにより、鉄損Ｗ
17/50 が０．７５Ｗ／kg以下を目途とする極めて優れた
特性の一方向性電磁鋼板が得られる。

【００１４】

【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。一方向性電磁鋼板の一連の製造工程において、本
発明は先ず、熱延板焼鈍の冷却過程を８０℃／秒以下の
冷却速度で緩冷却する。通常熱延板焼鈍は９５０〜１２
００℃で３０秒〜３０分の均熱を行ってＡｌＮ等のイン
ヒビター成分を固溶し、その冷却過程で微細かつ均一に
再析出させる方法が採用されているが、冷却速度を余り
早くすると（１１１）面方位が少なくなり、二次再結晶
が不安定になる。それゆえ冷却過程を８０℃／秒以下の
冷却速度で緩冷却することでこのような不都合を解消で
きる。

【００１５】次いで行う冷間圧延では、熱延焼鈍板を一
回の冷間圧延で最終板厚に圧延し、この際の圧延全圧下
率を８８％以上の高圧下として薄鋼板を製造する。通常
冷延圧下率が高いと二次再結晶の生成が不安定になると
共に同結晶方位で圧延面の潜り角が小さくなるが、熱延
板焼鈍時の処理や後述する各処理条件を特定することと
相俟って二次再結晶の発達と方位先鋭性を良好にするこ
とができる。

【００１６】冷間圧延されたストリップは脱炭焼鈍に付
され、その加熱過程では通電体ロールを用いて２５０℃
／秒以上の加熱速度での急速加熱が行われる。通電ロー
ルは各押えロールと対になり、導電性部材で接続された
低温側通電ロールと高温側通電ロールの２対で構成さ
れ、脱炭焼鈍の前、或いは脱炭焼鈍の加熱段階に組込ん
で設置することができる。加熱速度を２５０℃／秒以上
としたのは、冷延時の高圧下率側で二次再結晶を安定し
て生成させることができ、これ未満では二次再結晶の核
となる一次再結晶後での｛１１０｝＜００１＞方位粒が
減少し、微細な二次再結晶粒が得られないからである。

【００１７】前述したように、ストリップを通電ロール
で加熱することは知られているが、本発明は磁気特性を
向上させるために、脱炭焼鈍に際して、急速加熱時に用
いる通電ロールの実施条件を適性に選択する。すなわち
本発明は、通電加熱するに際し、低温側ロールと高温側
ロールの間でストリップに適正な板張を付与して適宜延
伸させ、板形状を良好にすると共に磁束密度の向上を図
る。すなわち、全幅方向に亘って平坦化するのである
が、そのためには１．０kg／mm² 以上の張力が必要であ
る。一方、ロール間張力が高くなり過ぎると、一次再結
晶後の集合組織（１００）＜０２５＞が増加する傾向に
あり、所望の磁気特性が得られない。そのために張力が
４kg／mm² を超えないようにする必要がある。

【００１８】また本発明では高温側ロールに負荷する圧
下力を規制する。すなわち、線圧で１．０〜４．０kg／
mmとする。通電ロールの表面には異物が付着したり磨耗
によって凹凸が形成されることがあり、線圧が小さいと
接触が不均一になりストリップとの接点でスパークを起
こすことがある。これを防ぐために線圧１．０kg／mm以
上の圧下力とすることがよく、また板形状も良好とな
る。しかし、余り大きな線圧を負荷することは、高温加
熱されたストリップは変形抵抗が小さく変形しやすいた
め、形状性に好ましくないと共に二次再結晶生成の安定
性に欠ける。すなわち、一次再結晶後に１００面が増加
し磁束密度を劣化させる原因になる。そのために線圧は
４．０kg／mmが限界であり、これを上限とする。

【００１９】さらに本発明においては、高温側ロールの
温度を２００℃以上にすることによって、通電体加熱さ
れた高温ストリップからの抜熱を抑制し、磁気特性の劣
化を防止する。すなわち、高温側ロールの温度が２００
℃に達しない低温では、これと接触する高温ストリップ
が抜熱によって形状変化を起こすと共に、導入される歪
みにより集合組織が変化する。特に二次再結晶の潜り角
度が不足し、磁束密度、鉄損共の向上が図れないからで
ある。高温側ロールの昇温は適宜の加熱手段、例えば誘
導加熱等の手段により行うことができる。

【００２０】さらに本発明は、急速加熱中での雰囲気を
特定する。一方向性電磁鋼板の製造工程での脱炭焼鈍工
程では、磁気時効を起こさない炭素含有量である２０pp
m 以下にまで脱炭しなければならない。そのためには、
脱炭焼鈍前の加熱段階で鋼板表面に形成される緻密な酸
化層の形成を抑制し、脱炭焼鈍時炭素と酸素との反応を
抑制しないようにしなければならない。

【００２１】従来、加熱段階での雰囲気に関しては、前
述したように特開平７−６２４３６号公報に記載された
Ｐ H₂ O ／Ｐ H₂ ≦０．２が開示されている。しかし、
急速加熱処理を施す場合、この雰囲気では、鋼板表面に
形成される緻密な酸化層の形成を十分に抑制することが
できない。本発明は上記問題を解決するため、急速加熱
処理をＰ H₂ O ／Ｐ H₂ ＞０．２の湿水素雰囲気とし、
鋼板表面に形成される緻密な酸化層の形成を抑制し、脱
炭性を良好なものにする。上限は特に規定しないが４．
２以下とすることが好ましい。なお、加熱温度は７００
℃以上とするのがよい。それ以下では一次再結晶の生成
が開始されないからである。

【００２２】高温仕上焼鈍後、ストリップ表面には絶縁
被膜を形成するコロイダルシリカ、燐酸マグネシウム、
クロム酸を主体とする塗料を２〜６ｇ／ｍ² を塗布し、
焼付け処理を行って張力を付与し、特性の向上を図って
いるが、この焼付け処理に際し、焼付け時板張力を０．
８kg／mm² 以下とする必要がある。すなわち、この張力
が大きいと二次再結晶のβ角（圧延面に対して潜る角
度）が小さくなり（１゜以下）、磁性特に鉄損の向上が
図れない。そのために０．８kg／mm² 以下とする。 得
られた製品には、一層の磁気特性、特に鉄損の改善が図
るため、表面に磁区を細分化するための処理を施すこと
ができる。磁区を細分化する方法としては、それ自体公
知の、レーザ等の高エネルギーを用いる光学的方法、線
痕等を付ける機械的方法、腐食痕を付ける化学的方法な
どがあり、いずれの手段によってもよい。

【００２３】本発明は上記した処理条件を全て満足し、
これを一方向性電磁鋼板の製造工程に組み込むことによ
り、極めて優れた鉄損特性が得られる。

【００２４】以下に本発明の製造工程をさらに詳細に説
明する。先ず鋼成分の限定理由は下記の通りである。Ｃ
の含有は０．１０％以下とする。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からであ
る。Ｓｉは鉄損を良くするために下限を２．５％とする
が、多過ぎると冷間圧延の際に割れ易く加工が困難とな
るので７．０％を上限とする。

【００２５】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。インヒビターとしてＭｎとＳを添加する。Ｍｎ
は、ＭｎＳの適当な分散状態を得るため、０．０１５〜
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、適当な分散状態を得るた
め、０．００１〜０．０５％とする。Ｓの代わりにＳｅ
を添加しても良く、また両方添加しても構わない。

【００２６】さらに、インヒビターとして酸可溶性Ａｌ
とＮを添加する。酸可溶性ＡｌはＡｌＮの適正な分散状
態を得るため０．０１〜０．０４％とする。Ｎも、Ａｌ
Ｎを得るため０．００３〜０．０２％とする。その他、
Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｂｉ，Ｍｏ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
加してもよい。

【００２７】次に、上記したような成分を含有する溶鋼
を通常の鋳塊鋳造法または連続鋳造法で鋳片とし、これ
を熱間圧延して中間厚のストリップを得る。また、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。

【００２８】次に、熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間
圧延により最終製品厚のストリップを得る。熱延板焼鈍
は９５０〜１２００℃で３０秒〜３０分の焼鈍を行うこ
とが望ましく、該焼鈍に冷却は上記したような緩冷却を
行う。また、冷延は前述の通り全圧下率８８％以上で行
う。なお、冷間圧延工程では、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、そのパスの少なくとも一回以上の途
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る処理をすること
ができる。

【００２９】以上の最終製品厚まで圧延されたストリッ
プには脱炭焼鈍を施す。この脱炭焼鈍の昇熱過程では、
前記した雰囲気中で通電ロールを用いて行われ、再結晶
が開始される７００℃以上の温度へ急速加熱する。通電
ロールの実施条件は前記した通りである。

【００３０】急速加熱されたストリップは、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
化させないために炭素は２０ppm 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を低温と
し、ＡｌＮのみをインヒビターとして利用するプロセス
の場合は、アンモニア雰囲気中で窒化処理を付加するこ
ともある。

【００３１】さらに、ＭｇＯ等の焼鈍分離剤を塗布し
て、二次再結晶と純化のため１１００℃以上の仕上げ焼
鈍を行うことで、フォルステライトなどの良好な皮膜を
鋼板表面に形成した微細な二次再結晶粒を得る。

【００３２】上記した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適正な板張力
が付与され、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
施してもよい。

【００３３】

【実施例】次に本発明の実施例を説明する。Ｃ：０．０
７８％、Ｓｉ：３．２５％、Ｍｎ：０．０８％、Ｐ：
０．０１％、Ｓ：０．０３％、Ａｌ：０．０３％、Ｎ：
０．００９％、Ｃｕ：０．０８％、Ｓｎ：０．１％、残
部が実質的にＦｅよりなる連続鋳造法で製造したスラブ
を熱間圧延して熱延板とし、該熱延板を１１００℃×２
分の焼鈍を施した後、途中段階で２２０℃×５分間保持
する処理を挿入する１回の冷間圧延工程で板厚０．２２
mmの冷延板を製造した。

【００３４】この冷延板を８４０℃×１８０秒の脱炭焼
鈍を行い、焼鈍分離剤塗布後、仕上げ焼鈍を１２００℃
×２４時間施した。

【００３５】脱炭焼鈍の昇熱過程での急速加熱は水素＋
窒素雰囲気とし、各種の条件で２対の通電ロールで行っ
た。表１に各工程の条件と、得られた製品の磁気特性
（磁束密度Ｂ8 と鉄損Ｗ17/50)を示した。

【００３６】

【表１】

【００３７】表１において条件３および４は本発明例で
あり、１，２，５〜１３は比較例である。条件１，２は
冷延圧下率が本発明外であり、条件５は熱延焼鈍の冷却
条件が本発明外であり、条件６は通電ロール法でなく、
条件７，８は急速加熱速度が本発明外であり、条件９は
通電ロール間張力が、条件１０は通電ロールの線圧、条
件１１は高温側通電ロールの温度、条件１２は急速加熱
の雰囲気、条件１３は絶縁被膜焼付け時の板張力が夫々
本発明と範囲外となっており、いずれも磁束密度、鉄損
共に低い。すなわち、本発明の上記した条件が一つでも
外れると目的とする特性が得られない。

【００３８】これに対して、本発明条件をすべて満足す
る条件３，４は、磁束密度Ｂ8 が１．９３（Ｔ）以上、
鉄損Ｗ17/50 が０．７８（Ｗ／kg）以下と極めて優れて
いる。さらに条件４にレーザ処理による磁区制御を実施
した場合には、Ｂ8 ：１．９３０Ｔ、Ｗ17/50 ：０．７
０５Ｗ／kgという極低鉄損の製品が得られた。すなわ
ち、本発明の規定した条件が１つでも外れると良好な結
果が得られないことが分かる。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、熱延板
焼鈍により、インヒビターを有効に生成させ、高圧下冷
延により、二次再結晶の不安定化傾向、特に潜り角度を
適正にできない不利益を、急速加熱条件の特定、さらに
は、絶縁皮膜による張力付与によりこの影響を除去し、
すなわち各工程条件を最適にすることにより、極めて優
れた鉄損特性を有する高磁束密度一方向性電磁鋼板を製
造することができるので、産業上に貢献するところが極
めて大である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−212262（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−62438（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C21D 9/46 501 H01F 1/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量で、Ｃ：０．１０％以下、Ｓｉ：
   ２．５〜７．０％ならびにＭｎ：０．０１５〜０．１５
   ％、ＳまたはＳｅ：０．００１〜０．０５％、酸可溶性
   Ａｌ：０．０１〜０．０４％、Ｎ：０．００３〜０．０
   ２％を含み、残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなる
   スラブを出発素材として一方向性電磁鋼板を製造する方
   法において、前記スラブを通常の方法で熱間圧延し、こ
   の熱延板を９００℃以上の温度で焼鈍し、その冷却過程
   で８０℃／秒以下の冷却速度での緩冷却を行い、次いで
   全圧下率が８８％以上での一回冷延法によりほぼ最終製
   品板厚とし、この圧延されたストリップを脱炭焼鈍する
   に際し、その昇温段階での急速加熱を、Ｐ H₂ O ／Ｐ H
   ₂ ＞０．２の湿水素雰囲気にすると共に、加熱速度が２
   ５０℃／秒以上となるように２対の通電ロールを用いて
   行い、かつ、該通電体ロールにおける低温側ロールと高
   温側ロール間の板張力を１．０〜４．０kg／mm² 、高温
   側ロールでの圧下力を線圧で１．０〜４．０kg／mm、高
   温側ロールの温度を２００℃以上にして実施し、引き続
   いて脱炭焼鈍を行った後、焼鈍分離剤を塗布してから高
   温仕上焼鈍を施し、該ストリップに絶縁被膜を塗布し焼
   付け時板張力を０．８kg／mm² 以下にして焼付け処理を
   することを特徴とする鉄損特性の極めて優れた高磁束密
   度一方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 脱炭焼鈍の加熱段階での急速加熱を、７
   ００℃以上の温度へ通電ロールを用いて行い、雰囲気を
   Ｐ H₂ O ／Ｐ H₂ ＞０．２の湿水素雰囲気とすることを
   特徴とする請求項１記載の鉄損特性の極めて優れた高磁
   束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１或いは２によって得た製品表面
   に、光学的、機械的或いは化学的手段により、磁区細分
   化処理を施すことを特徴とする鉄損特性の極めて優れた
   高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。