JP3479984B2 - 安定した磁気特性を有する一方向性けい素鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、安定した磁気特性を
有する一方向性けい素鋼板を製造する方法に関する。一
方向性けい素鋼板は、主として変圧器そのほかの電気機
器の鉄芯として使用されるもので、磁気特性として磁化
特性および鉄損特性に優れていることが要求される。そ
して、けい素鋼板の製造技術の進歩によって、磁化特
性、すなわちＢ₈ 値で代表される、磁束密度が1.91Ｔを
超える優れたものが得られるようになり、変圧器などの
機器の小型化と騒音の低減に寄与している。また鉄損特
性としては、板厚 0.23mm の一方向性けい素鋼板にて、
鉄損Ｗ_17/50 値が0.90W/Kg以下、すなわち磁束密度 1.7
Ｔ，周波数50Hzで磁化した場合の鉄損が材料１kg当たり
0.90Ｗ以下である、優れた材料も得られるようになっ
た。

【０００２】かかる優れた磁気特性を有する材料を得る
ための基本的な要素は、最終焼鈍過程において、(110)
〔001 〕方位の２次再結晶粒を十分発達させることであ
る。そのためには２次再結晶過程で(110) 〔001 〕方位
以外の好ましくない結晶方位を有する結晶粒の成長を強
く抑制するインヒビターの存在と、先鋭に揃った(110)
〔001 〕方位の２次再結晶が十分に発達する好適な集合
組織の形成が必要であることが知られている。ここで、
インヒビターとしては、一般的に MnS , MnSe, AlN 等
の微細析出物が用いられる。また、適切な集合組織を形
成するには、従来の熱間圧延、冷間圧延の各工程条件を
適切に組み合わせる方法を採っており、中間焼鈍を挟み
２回の冷間圧延を施す、複雑な工程も採用されている。

【０００３】しかしながら、従来のけい素鋼板の製造方
法では２次粒成長抑制効果が弱く、熱間圧延時に適切な
集合組織が得られないため、優れた磁気特性を安定して
得ることができなかった。

【０００４】

【従来の技術】優れた磁気特性を有する材料を得るため
に、特公昭33−4710号公報や特公昭40−15644 号公報に
は、素材中にAlを含有させ、最終冷間圧延を 81 〜95％
の高圧下率とするとともに、最終冷間圧延前の焼鈍で A
lNを析出させる技術が、また特公昭46−23820 号公報に
は、この最終冷延前の焼鈍における冷却速度を 750〜95
0 ℃の温度域から 400℃まで２〜200 秒間で急速冷却す
る技術が、それぞれ開示されている。上記諸技術によっ
て磁束密度の向上が図られ、これに伴い鉄損も改善され
てきたが、磁束密度が向上していくに伴って製品の２次
粒径が増大し、鉄損の低減効果が得られなくなる。

【０００５】この改善策として、特公昭57−9419号公報
に、素材中にSnを 0.03 〜0.5 wt％（以下単に％と示
す）添加することにより、２次粒径を微細化する技術が
開示され、この方法は２次粒微細化に効果があり、鉄損
を向上することができる。しかしながら、Sn添加は 0.0
3 〜0.5 ％と、通常の粒界偏析型インヒビターとしては
多く添加しないと効果がないため、脱炭焼鈍時の被膜形
成が不安定となり、またどうしても磁束密度の低下が起
こり、優れた磁気特性を安定して得られなかった。さら
に、特公昭59-56522号および同59-190325 号各公報に素
材中のＳを低減し、Ｐを添加する技術が開示されている
が、インヒビターとして働く析出物がAlNだけでは、ど
うしても安定した磁気特性が得られ難いという問題があ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】この発明の目的は、
上記した従来技術の問題を克服し、優れた磁気特性の一
方向性けい素鋼板を常に安定して得ることができる製造
方法を提供するところにある。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】一方向性けい素鋼板に
おける、磁気特性のうち磁束密度を低下かつ不安定にせ
ず、２次粒を微細化し、鉄損を低減させる方法を検討し
た結果、２次再結晶に適した集合組織を発達させ、イン
ヒビターの抑制力を強化させることにより達成できるこ
とを見出した。そこで、発明者らは、冷延板集合組織で
の(110) 〔001 〕方位の強度増大、粒界偏析型インヒビ
ターとして作用するＰと鋼中Ｃ量について鋭意研究した
結果、一方向性けい素鋼板の新規製造方法を見出すに到
り、この発明を完成したものである。

【０００８】

【０００９】すなわち、この発明は、含けい素鋼スラブ
を熱間圧延した後、１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の
冷間圧延を施して最終製品板厚とし、しかる後脱炭焼
鈍、次いで仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる一方向
性けい素鋼板の製造方法において、上記スラブは、Ｃ：
0.05〜0.10％，Si：2.5 〜4.5 ％，Mn：0.02〜0.15％，
ＳおよびSeのいずれか１種又は２種を合計で0.005 〜0.
10％，Ｐ：0.015 〜0.07％，Al：0.005 〜0.1 ％および
Ｎ：0.01％以下を含有し、またはさらにSb：0.005 〜0.
2 ％およびSn：0.01〜0.5 ％のうちから選ばれる１種又
は２種を含有し、残部鉄および不可避的不純物の成分組
成になり、上記熱間圧延後かつ最終冷間圧延終了前に、
脱炭量が 0.01 〜0.06％である脱炭を施すことを特徴と
する、安定した磁気特性を有する一方向性けい素鋼板の
製造方法である。

【００１０】この発明においては、Ｐが、冷延板集合組
織での(110) 〔001 〕方位の強度を増大し、粒界偏析型
インヒビターとして作用すること、２次粒微細化に十分
な効果を発揮して皮膜形成を安定化し、鉄損低減に有効
であることを新たに見出し、Ｐ含有量を規制した。中で
も、磁束密度向上のためにSbを添加した一方向性けい素
鋼板において、鉄損値低減に、さらに２次粒微細化のた
めにSnを添加した一方向性けい素鋼板において、磁束密
度の低下抑制に、Ｐ含有量の規制が有効であった。ただ
し、Ｐの単独での添加では、磁性への最適添加量は複合
添加に比べ高添加側となる。

【００１１】さらに、熱延組織改善のため多量に添加し
た鋼中のＣ量を途中工程において制御し、２次再結晶に
適した集合組織を得るためにＣ量を規制した。すなわ
ち、熱間圧延後かつ最終冷間圧延終了前に、脱炭量が
0.01 〜0.06％となる脱炭を行うことによって集合組織
を改善し、Ｐ含有量を規制した一方向性けい素鋼板に、
優れた特性を安定して付与することを可能とした。な
お、脱炭は、冷間圧延中の中間焼鈍または冷間圧延に先
立つ熱延板焼鈍にて行うことができる。この発明方法に
従うことにより、１回の冷間圧延によっても、従来の中
間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施す工程と同様に、優れ
た特性を安定して得ることが可能となり、従来、１回冷
延法においては磁気特性が不安定であった、板厚が0.10
〜0.30mmの一方向性けい素鋼板でも、１回冷延法が適用
可能となった。

【００１２】

【作用】この発明を適用する素材は、Ｃ：0.05〜0.10
％，Si：2.5 〜4.5 ％，Mn：0.02〜0.15％，Ｓまたは S
e の１種または２種を合計で 0.005〜0.10％、Sb：0.00
5〜 0.2％，Al：0.005 〜0.1 ％，Ｎ：0.01％以下、S
n：0.01〜0.5 ％，Ｐ：0.015 〜0.07％を含有する方向
性けい素鋼用スラブであり、連続鋳造や鋼塊を分塊圧延
して得られる。スラブ厚は特に限定しないが、一般に 1
50〜350mm 厚が適合する。

【００１３】Ｃ量を 0.05 〜0.10％に規制することによ
って、熱間圧延中にα＋γ域を通過させ、熱延集合組織
の改善を効果的にはかるもので、これによってスラブ中
心温度の上限を 1380 ℃まで高めることができる。

【００１４】Siは鋼板の比抵抗を高め鉄損低減に有効で
あるが、4.5 ％を上回ると冷延性が損なわれ、2.0 ％を
下回ると鉄損改善効果が弱まる上、αーγ変態による結
晶方位のランダム化により十分な特性が得られないとこ
ろから、2.5 〜4.5 ％の範囲とする。

【００１５】また、Mn, Ｓ,Se,Al,Sn,Sbはいずれもイン
ヒビターとして添加され、最終焼鈍において１次再結晶
粒の成長を抑制し、(110) 〔001 〕方位の２次再結晶粒
を先鋭に発達させるに必要な成分である。すなわち、Mn
量の下限は熱間脆性による割れを生じさせないためで、
一方上限はMnやMnSeの解離固溶温度を高めないために
0.10 ％とする。Ｓ，Seのいずれか１種または２種を合
計量で 0.005〜0.10％の範囲としたのは、この範囲を逸
脱すると２次再結晶が不安定となり、目的とする優れた
磁気特性が得られないためである。

【００１６】Alは、インヒビターとして機能するために
0.005 ％以上が必要であり、一方上限を0.10％としたの
はAl量が0.10％以上になると、インヒビターとして働く
AlN析出物が粗大化し、安定して２次再結晶しなくなる
ためである。

【００１７】Sbは、 0.005％未満では磁束密度向上の効
果が認められず、一方0.2 ％をこえると磁束密度が低下
する。Snは 0.01％未満では２次粒細粒化効果が認めら
れず、一方0.5 ％をこえると磁気特性が劣化する。イン
ヒビターとしてはこの他にAs,Pb,Bi,Cu,Mo等の粒界偏析
型元素が知られており、これらの添加によってこの発明
の効果が損なわれることはない。なお、AlをAlN の形で
インヒビターとして作用させるため、これにバランスす
るＮ量が必要になることは言うまでもなく、Ｎは 0.01
％以下とする。

【００１８】最後にＰは、0.015 ％未満では冷延板集合
組織での (110)〔001 〕強度増大に効果がなく、一方0.
07％をこえると２次再結晶しなくなる。

【００１９】次いで、上記成分組成を有するスラブを加
熱後、熱間圧延により熱延板にするが、スラブ加熱条件
および熱間圧延条件は、特に限定する必要はなく公知の
方法でよい。例えば、スラブは 1350 ℃以上に加熱し、
また熱間圧延条件としては、1200℃以上で粗圧延を終了
し、その後仕上げ圧延を行うことが望ましい。

【００２０】上記熱延板は、引き続き１回または中間焼
鈍を挟む２回以上の冷延圧延によって、最終製品板厚と
する。ここで、熱間圧延後かつ最終冷間圧延終了前に施
す脱炭は、その脱炭量ΔＣを 0.01 ％以上，0.06％以下
とすることが、優れた磁気特性を安定して得るために、
必要である。すなわち、ΔＣが 0.01 ％未満もしくは0.
06 ％を越える場合は磁束密度が不足し、鉄損も比較的
大きくなって磁気特性として不十分な水準となることが
判明した。また、ΔＣ量が規定範囲外になると安定して
優れた特性が得難くなる。なお、最終冷間圧延時の圧下
率は、60〜90％が好適である。

【００２１】かくして得られた方向性けい素鋼冷延板
に、さらに脱炭焼鈍を施したのち、焼鈍分離剤を塗布し
最終焼鈍を施し、その後、絶縁コーティングを塗布して
製品とする。

【００２２】

【実施例】

実施例１ 表１および２に示す種々の組成の一方向性けい素鋼用ス
ラブ（ 200mm厚）を、1380℃で１時間の加熱処理後に熱
間圧延して 2.0mm厚の熱延コイルに巻取った。次いで、
これらのコイルを1000℃で30秒焼鈍後0.75mm厚まで冷間
圧延し、更に950 ℃にて２分間の中間焼鈍を施し、その
後最終冷間圧延にて板厚0.23mmに仕上げた。次いで、80
0 ℃の湿水素中で脱炭焼鈍を施した後、MgO を主体とす
る分離剤を塗布して、1200℃で10時間の最終焼鈍を施
し、その後絶縁コーティングを塗布して、一方向性けい
素鋼板の成品を得た。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】これらの成品の磁気特性を測定した結果と
Ｐ含有量との関係を、図１に示す。同図から明らかなよ
うに、Ｐ：0.015 〜0.07％の範囲で磁気特性の向上が認
められ、中でも鉄損値は 0.90W/Kg 以下と良好であっ
た。特に、Sbおよび／またはSnを含有する場合、Ｐ：0.
015 〜0.7 ％の範囲において添加の効果が顕著に認めら
れ、磁気特性が大きく向上した。

【００２６】実施例２ Si：3.25％，Ｃ：0.103 ％，0.097 ％，0.073 ％，0.05
3 ％および0.046 ％の５水準、Mn：0.068 ％，Se：0.03
0 ％，Ｓ：0.007 ％，Al：0.022 ％，Ｎ：0.007 ％，S
b：0.045 ％，Sn：0.027 ％，そしてＰ：0.048 ％を含
む一方向性けい素鋼スラブ（200mm 厚）を1350℃で１時
間の加熱処理後に熱間圧延して2.2 mm厚の熱延コイルに
巻取った。次いで、これらのコイルを 980℃で30秒間の
焼鈍後0.73mm厚まで冷間圧延し、更に 950℃にて２分間
の中間焼鈍を施した際に、連続焼鈍雰囲気を公知の方法
でＰH₂0 ／ＰH₂：0.003 〜0.35の範囲に制御することに
よって、脱炭量ΔＣを0.005 〜0.07％にそれぞれ調整
し、その後最終冷間圧延にて板厚 0.15mm に仕上げた。
次いで、 800℃湿水素中で脱炭焼鈍を施した後、MgO を
主体とする分離剤を塗布して 1200 ℃、15時間の最終焼
鈍を施し、その後絶縁コーティングを塗布して一方向性
けい素鋼板の成品を得た。これらの成品の磁気特性を測
定した結果を、表３に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】同表から明らかなとおり、この発明の要件
を満足しない比較例においては、すなわち炭素量が 0.0
5 ％未満および脱炭量が 0.06 ％超では結晶粒が粗大化
し、炭素量が 0.10 ％超および脱炭量が 0.01 ％未満で
は熱延組織の改善が認められず細粒の発生が認められ、
比較例の鉄損値は高く磁束密度は低い結果となった。そ
れにひきかえ、この発明に従って得られた成品は、十分
に低い鉄損値と高い磁束密度が安定して得られた。

【００２９】

【発明の効果】この発明によって、優れた磁気特性を常
に安定して得ることのできる製造方法が確立され、従っ
て優れた磁気特性の方向性けい素鋼板を安定供給し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｐ含有量と磁気特性との関係を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−108345（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−294428（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−209455（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−201425（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 303 C21D 8/12 C22C 38/04 C22C 38/60 H01F 1/16

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含けい素鋼スラブを熱間圧延した後、１
   回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施して最終
   製品板厚とし、しかる後脱炭焼鈍、次いで仕上げ焼鈍を
   施す一連の工程からなる一方向性けい素鋼板の製造方法
   において、 上記スラブは、Ｃ：0.05〜0.10wt％，Si：2.5 〜4.5 wt
   ％，Mn：0.02〜0.15wt％，ＳおよびSeのいずれか１種又
   は２種を合計で0.005 〜0.10wt％，Ｐ：0.015〜0.07wt
   ％，Al：0.005 〜0.1 wt％およびＮ：0.01wt％以下を含
   有し、残部鉄および不可避的不純物の成分組成になり、 上記熱間圧延後かつ最終冷間圧延終了前に、脱炭量が
   0.01 〜0.06wt％である脱炭を施すことを特徴とする、
   安定した磁気特性を有する一方向性けい素鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 含けい素鋼スラブは、さらにSb：0.005
   〜0.2 wt％およびSn：0.01〜0.5 wt％のうちから選ばれ
   る１種又は２種を含有する、請求項１に記載の一方向性
   けい素鋼板の製造方法。