JP3536303B2 - 幅方向で磁気特性が均一な方向性電磁鋼板の製造方法 - 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、幅方向の磁気特性の
均一性に特に優れた方向性電磁鋼板の有利な製造方法に
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
機の鉄心材料として使用され、磁束密度が高くかつ鉄損
の低い、優れた磁気特性を有することが必要とされる。 【０００３】磁気特性に優れた方向性電磁鋼板を得るに
は、基本的に｛110｝〈001 〉方位いわゆるゴス方位に
高度に集積した二次再結晶粒を得ることが必要である。
かかるゴス方位の二次再結晶粒を発達させるためには、
粒界移動を適度に抑制する分散析出層いわゆるインヒビ
ターの存在が必要であり、例えばMnSe、MnS 、AlN 等が
一般的に利用されている。 【０００４】かくして方向性電磁鋼板の製造において
は、熱間圧延に先立つスラブ加熱時にMnSe、MnS 等のイ
ンヒビターを十分に解離固溶させた後、適切な条件で熱
間圧延次いで冷却を行うことによって該インヒビターを
微細かつ均一に分散析出させることが非常に重要であ
り、かかるMnSe、MnS 等の固溶解離のためには、高いス
ラブ加熱温度が必要であるとされている。 【０００５】しかしながら一方でインヒビターを完全固
溶させるためにスラブを高温でかつ長時間加熱保持する
と、スラブ結晶組織が極端に粗大化し、かかる不均一組
織に起因して二次再結晶不良が大なり小なり発生するこ
とも良く知られている。特に最近主流となっている結晶
方位が高度に揃った高磁束密度材を製造しようとする場
合に、このような不均一組織の悪影響がことのほか大き
くなる。 【０００６】そこでスラブ鋳造組織を微細化することに
よって、長時間加熱後のスラブ組織を効果的に小さくし
ようとする努力がなされてきた。その代表的な技術とし
ては、特公昭52-19169号公報及び特公昭57-41526号公報
等に開示の技術がある。例えば特公昭52-19169号公報で
開示された技術は、鋳込み温度を凝固温度ぎりぎりまで
近づけることにより、スラブの凝固組織の中で特に有害
とされている柱状晶の割合を下げ、等軸晶化する方法で
ある。この技術は、それなりにある程度の効果が認めら
れているものの、実際の操業においては、温度制御の困
難さ、生産効率の低さ、さらには鋳込み失敗率の高さ等
からその実用化はほとんど不可能であった。また比較的
低温でかつ長時間（数時間）加熱均熱する場合には、効
果が認められるとはいうものの、後述するように1400℃
付近の超高温ヘ急速加熱した場合には、等軸晶部分では
インヒビターの溶け残りがしばしば観察され、かえって
磁気特性劣化の原因となる。これは特公昭57-41526号公
報のように電磁攪拌を行って等軸晶化する方法でも同様
であった。 【０００７】その他、結晶粒微細化技術として、特公昭
54-27820号公報に開示された技術がある。この技術は、
有害とされる柱状晶を有する連続鋳造スラブに適用する
もので、750 〜1200℃に加熱後、５〜50％の圧下率で分
塊圧延することにより整粒化し、しかる後さらに高温に
再加熱してインヒビターを改めて完全固溶させる方法で
ある。このようにインビヒター溶解の加熱に先立ち、分
塊圧延で一旦スラブ組織を破壊する処理は有効とされて
いるものの、かかる技術の適用においては通常の加熱圧
延工程に先立って分塊圧延ラインを通過させる必要があ
り、それによるコスト増加及び生産性阻害が著しい。し
かも最近のように分塊圧延設備がない工場では、この技
術の適用は事実上不可能である。 【０００８】このようにスラブ組織を微細化することに
よって、長時間加熱後のスラブ組織を小さくしようとす
る方法では、方向性けい素鋼板で良好な磁気特性を得る
ために必要とされているインヒビターの完全溶解とスラ
ブ組織の粗大化抑制とを同時かつ完全に達成することは
極めて難しく、またある程度達成できたとしても新たな
弊害を免れ得なかった。 【０００９】そこで近年では1400℃以上のスラブ加熱が
可能となってきていることから、以前より高温かつ短時
間での加熱処理によってインヒビターの完全溶解とスラ
ブ組織の粗大化抑制とを両立させることが検討実用化さ
れるようになってきた。その際、インビビターの溶解は
平衡論的にはより容易となるはずであるが、実際には必
ずしもそうにはならず、しかも組織の粗大化は従来の低
温長時間加熱に比較して一層著しくなるとされていた。 【００１０】この高温・短時間加熱処理における諸問題
はスラブの不均一加熱に起因すると考えられ、したがっ
てスラブを均一に加熱する多くの技術が開発されて（例
えば特開平３-87316号公報参照）、最近ではかなりの程
度満足し得るレベルにまで到達している。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら最近にな
って、製品鋼板の幅方向中央部については良好な磁気特
性が得られるものの、幅方向端部では極端に特性が劣る
ということがしばしば見受けられるようになってきた。
このような現象が観察される理由は、非常に優れた特性
を得べく種々の製造条件を限界に近い条件に設定するよ
うになったため、少しの製造履歴の違いでも特性の変化
が顕在化するようになったためと考えられる。 【００１２】この発明は、上記の問題を有利に解決する
もので、制御された熱処理条件のもとで幅方向の磁気特
性の均一性に優れた方向性電磁鋼板を安定して製造する
ことができる方法を提案することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】この発明は、含けい素鋼
スラブを加熱した後、熱間圧延を施し、次いで１回又は
中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して最終板厚とした
後、脱炭焼鈍を施し、次いで鋼板表面に焼鈍分離剤を塗
布してから仕上げ焼鈍を施す一連の工程によって方向性
電磁鋼板を製造するにあたり、上記スラブ加熱におい
て、スラブの熱間圧延方向に対し直交する方向をスラブ
幅方向とするとき、1400℃以上の均熱を、該スラブ幅方
向中央部の均熱時間ｔ₁が５分以上30分以下、該スラブ
幅方向端部の均熱時間ｔ₂ が10分以下で、しかもｔ₁ ＞
ｔ₂ を満足させて行うことを特徴とする幅方向で磁気特
性が均一な方向性電磁鋼板の製造方法である。 【００１４】以下この発明を開発するに至る実験につい
て説明する。前述した幅方向端部の特性不良は、従来の
経験から、圧延中の温度低下が顕著であるために発生す
ると推測されていた。確かにそのことが原因の一つであ
ることは否定できないが、圧延中の温度低下に対する防
止策が講じられている現在、それ以外にも端部の特性劣
化の原因があるものと推定された。 【００１５】そこで発明者らはスラブの加熱条件に関し
て多くの調査、実験を進めた。まず加熱前のスラブの結
晶組織について調べた結果をＣ断面の模式図で図１に示
す。図１のように、幅端部50〜100 mm程度は全て柱状晶
によりなっている。この部分の組織が幅方向中央部の等
軸晶とは異なることが確認された。 【００１６】次にかかる組織になるスラブを、ガス炉で
1300℃程度まで予備加熱し、次いで誘導加熱炉で1400℃
以上に加熱した場合の、組織の変化と最終的に得られた
磁気特性を幅方向にわたって調べた。 【００１７】スラブ加熱後の組織をＣ断面の模式図で図
２に、磁気特性のスラブ幅方向変化を図３にそれぞれ示
す。これら結果から、スラブ幅方向端部の磁気特性が大
幅に劣化していること、そしてその主原因がスラブ加熱
時の端部の組織の粗大化にあることを知見した。したが
ってスラブ幅方向での特性劣化を防止するためには、こ
のような端部の組織粗大化を防止しなければならないこ
とがわかった。 【００１８】そこで組織粗大化の原因をさらに追求する
ためにスラブ加熱時におけるスラブ幅方向中央部と端部
との温度変化を詳細に調べた。まず誘導加熱炉における
スラブ幅方向中央部及び端部の温度上昇曲線を図４に示
す。誘導加熱に先立つガス炉での予備加熱では、熱は主
として輻射又は雰囲気ガスの伝導によって伝わり、スラ
ブ表面より加熱される。したがって端部は中央部に比べ
より容易に加熱され易い。したがって誘導加熱炉での加
熱開始時点ではスラブ幅方向端部が約50℃ほど高温とな
っていた。かかるスラブを誘導加熱すると、端部が均熱
温度に到達するのが早く、均熱時間が長くなった。スラ
ブ端部が均熱温度1400℃に達した時点でのスラブ幅方向
における温度分布を図５に、スラブ幅方向における均熱
時間を図６にそれぞれ示す。 【００１９】ところでスラブの端部では図１に示すよう
に柱状晶が発達しやすい。かかる柱状晶は、均熱時間が
少しでも長くなると、その結晶粒が非常に粗大化してし
まう。一方端部での柱状晶の粗大化を防止しようとして
均熱時間を短くすると、幅方向の中央部分が今度は加熱
不足となり、インヒビターの固溶が不十分となってやは
り特性が劣化した。したがって従来のようにスラブを均
一に加熱する誘導加熱方法では、幅方向の磁気特性を均
一化するのは難しかった。 【００２０】発明者らは、かかる実験結果から、スラブ
幅方向の磁気特性を均一化すべく鋭意検討を重ねた結
果、誘導加熱の特徴を生かしてスラブ幅方向の中央部を
より強く加熱し、この中央部の均熱時間を長くする一方
で、端部の均熱時間は必要最小限にすることを思い到っ
た。このように高温短時間のスラブ加熱処理条件を幅方
向各位置で制御することにより、インヒビターの完全溶
解と結晶粒の粗大化防止とを幅方向で同時に達成し得る
ことを突き止め、この発明を完成するに至ったのであ
る。 【００２１】 【作用】この発明では、熱間圧延に先立つスラブ加熱温
度を、1400℃以上とした上で、スラブ幅方向中央部と端
部との均熱時間を制御することが特徴であり、具体的に
はスラブ幅方向中央部を端部より強く加熱し、その部分
の均熱時間を長くするものである。 【００２２】この発明の方法に従うスラブ加熱を用いた
場合の、誘導加熱炉におけるスラブ幅方向中央部及び端
部の温度上昇曲線を図７に示し、スラブ端部が均熱温度
1400℃に達した時点でのスラブ幅方向における温度分布
を図８に、スラブ幅方向における均熱時間を図９にそれ
ぞれ示す。 【００２３】ここにスラブ加熱温度を1400℃以上とする
理由は、スラブ幅方向端部の結晶粒粗大化を抑制しつつ
インヒビターを溶解するためには、ある温度以上が必要
となるからである。したがって平均加熱温度は1400℃以
上とする。なお上限はスラブの溶解温度（1440〜1500℃
程度）である。 【００２４】かかる1400℃以上での均熱時間がこの発明
では重要である。均熱時間は、スラブ幅方向端部の均熱
時間をt₂とするとt₂は柱状晶の粗大化防止のために10分
以内、また幅方向中央部の均熱時間をt₁とすると、t₁は
インヒビターを十分に解離固溶させるために５分以上が
必要である。またt₁が長くなりすぎるとやはり結晶粒が
粗大化しすぎて特性不良の原因となるのでt₁の上限を30
分とする。さらにt₂とt₁との関係について、中央部と端
部の特性を均一にするためには、t₁＞t₂の条件が必要で
ある。 【００２５】なおこの発明の目的とするような幅方向の
加熱速度を制御する具体的手段としてはいろいろある
が、誘導加熱方式の特徴を利用するものが好適である。 【００２６】誘導加熱方式では単純に加熱すると磁束の
流れからスラブの幅方向中心部が比較的加熱され易くな
る。実際の炉ではその加熱のスラブ幅方向における不均
一性を小さくするため種々の改善がなされている。した
がって端部の加熱速度を相対的に小さくするには温度均
一化のための種々の方策を逆利用していけばよい。 【００２７】すなわちその方法としては、 スラブの加熱コイルのスラブ端部相当部を最初に使用
しない。 端部の放散熱量を少し多くする。例えば冷却ガス吹き
つける方法、冷却体を接触させる。等の方法がある。こ
れらの一方あるいは双方の適用により十分に端部の温度
を制御し得る。 【００２８】ところでスラブは、図１に示すように幅方
向端から50〜100 mmは柱状晶となるので、端から50〜10
0 mmの範囲は、1400℃以上の均熱時間が10分以下となる
ようにするのが好ましい。 【００２９】なおこの発明において素材の成分組成は特
に限定するものではないが、一般的には以下のような成
分範囲の鋼が方向性電磁鋼板用素材として使用される。 【００３０】Ｃ：0.01〜0.09wt％（以下単に％で示
す）、Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化
のみならず、ゴス方位の発達に有用な成分であり、少な
くとも0.01％以上の添加が好ましい。しかしながら0.09
％を超えて含有させるとかえってゴス方位に乱れが生じ
るので上限は0.09％程度である。 Si：2.5 〜4.0 ％ Siは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与する
が、4.0 ％を上回ると冷延性が損なわれ、一方2.5 ％に
満たないと比抵抗が低下するだけでなく、純化二次再結
晶のために行われる最終高温焼鈍中にα−γ変態によっ
て結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損改善効果が
得られないので、Si量は2.5 〜4.0 ％の範囲で使用され
る。 Mn：0.03〜0.10％ Mnは、熱間ぜい化を防止するため少なくとも0.03％含有
することが好ましいが、あまりに多すぎると磁気特性を
劣化させるので上限は0.10％程度である。 【００３１】Se及び／又はＳ：0.01〜0.06％ Se、Ｓはいずれも方向性けい素鋼板の二次再結晶を制御
するインヒビターとして不可欠な成分である。抑制力確
保の観点からは少なくとも0.01％の含有が好ましいが、
0.06％を超えるとその効果が損なわれるのその下限、上
限はそれぞれ0.01％、0.06％程度である。インヒビター
としては上記Ｓ、Seの他、Al、Sb、Mo、Cu及びSnなども
有効に適合する。特にSb、Moの共存は、実用的に重要で
あり、その効果は良く知られているところである。さら
にAlを添加した場合は一回冷延法で良好な特性が得られ
ることが知られている。これらの成分の共存は原理的に
言ってこの発明の効果をなんら損うものではない。 【００３２】 【実施例】Ｃ：0.045 ％、Si：3.1 ％、Mn：0.07％、S
e：0.020 ％、Sb：0.02％、Al：0.025 ％、Ｎ：0.0090
％及びMo：0.01％を含有し、残部は実質的にFeの組成か
らなる溶鋼から、連続鋳造法により幅：1000mm、厚み：
260mm のサイズのスラブを作製した。このスラブを通常
のガス加熱炉で1300℃まで加熱した。その後、スラブを
直ちに電磁誘導加熱方式の炉に入れ、1420℃までスラブ
幅方向にわたって均一に加熱する従来の方法でスラブ全
体を加熱した。 【００３３】一方、適合例として、ガス炉加熱を上述と
全く同一の条件で行ったスラブを直ちに誘導加熱炉に入
れ、することによって加熱初期にはスラブ幅方向中心部
の加熱速度を大きくし、中心部が1400℃以上の均熱温度
に達してから端部の温度を均熱温度まで加熱した。 【００３４】かかるスラブの幅方向における部分の均熱
時間とスラブ加熱後の最大粒径及び得られた製品鋼板の
磁気特性を測定し、表１にまとめて示す。 【００３５】 【表１】 【００３６】表１から明らかなように、従来の加熱方法
では、幅端部と中心部の磁気特性かを同時に良好にする
ことができなかったのに対して、適合例では幅方向全体
にわたって良好な特性が得られるようになった。 【００３７】 【発明の効果】この発明によれば、スラブ加熱におい
て、1400℃以上の均熱を、スラブ幅方向中央部の均熱時
間ｔ₁ が５分以上30分以下、スラブ幅方向端部の均熱時
間ｔ₂ が10分以下で、しかもｔ₁ ＞ｔ₂ を満足させて行
うことにより、インヒビターの完全固溶と結晶粒粗大化
防止とを両立させて、鋼板幅方向全体にわたって均一で
良好な磁気特性が得られるため、生産性が高く顕著な経
済的効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】図１は、加熱前スラブのＣ断面における結晶組
織の模式図である。 【図２】図２は、加熱後スラブのＣ断面における結晶組
織の模式図である。 【図３】図３は、スラブ加熱後の磁気特性のスラブ幅方
向変化を示すグラフである。 【図４】図４は、従来法における誘導加熱炉におけるス
ラブ幅方向中央部及び端部の温度上昇曲線を示すグラフ
である。 【図５】図５は、従来法にてスラブ端部が均熱温度1400
℃に達した時点でのスラブ幅方向の温度分布を示すグラ
フである。 【図６】図６は 従来法にてスラブ端部が均熱温度1400
℃に達した時点でのスラブ幅方向における均熱時間を示
すグラフである。 【図７】図７は、この発明における誘導加熱炉における
スラブ幅方向中央部及び端部の温度上昇曲線を示すグラ
フである。 【図８】図８は、この発明にてスラブ端部が均熱温度14
00℃に達した時点でのスラブ幅方向の温度分布を示すグ
ラフである。 【図９】図９は、この発明にてスラブ端部が均熱温度14
00℃に達した時点でのスラブ幅方向における均熱時間を
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 昭62−103322（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−138418（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/12 C21D 9/00 101 C21D 9/46 501

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 含けい素鋼スラブを加熱した後、熱間圧
   延を施し、次いで１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧
   延を施して最終板厚とした後、脱炭焼鈍を施し、次いで
   鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布してから仕上げ焼鈍を施す
   一連の工程によって方向性電磁鋼板を製造するにあた
   り、 上記スラブ加熱において、スラブの熱間圧延方向に対し
   直交する方向をスラブ幅方向とするとき、1400℃以上の
   均熱を、該スラブ幅方向中央部の均熱時間ｔ₁が５分以
   上30分以下、該スラブ幅方向端部の均熱時間ｔ₂ が10分
   以下で、しかもｔ₁ ＞ｔ₂ を満足させて行うことを特徴
   とする幅方向で磁気特性が均一な方向性電磁鋼板の製造
   方法。