JP4029543B2

JP4029543B2 - 方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法

Info

Publication number: JP4029543B2
Application number: JP2000140612A
Authority: JP
Inventors: 敦史伊東; 俊人高宮; 央修下向; 哲也大石; 智行広瀬
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP2001323322A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法に関し、特に、コイル状に巻き取った方向性珪素鋼帯を、焼鈍炉内のコイル受け台にコイルの巻取り軸を垂直にして載置（アップ・エンドという）して最終仕上げ焼鈍するに際し、鋼帯の幅方向端部（コイル受け台側になる下端から１００ｍｍ程度までの範囲をいう）に発生する側歪を効果的に軽減する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
方向性珪素（電磁）鋼帯は、所定成分組成の熱延鋼帯に、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施し、ついで脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してから乾燥し、巻き取り張力の付与下にコイル状に巻き取り、その後所定の雰囲気ガス中で最終仕上げ焼鈍することによって製造される。ここで、焼鈍分離剤とは、焼鈍後にコイルを巻き戻す際に、積層した隣り合う鋼帯同士を容易に引き離す効果を発揮するものであり、具体的には、ＭｇＯを主成分とする無機物質が使用される。
【０００３】
この最終仕上げ焼鈍は、前記したように、焼鈍炉内のコイル受け台にアップ・エンドにコイル状鋼帯を載置し、長時間加熱するので、コイル受け台と接する側の鋼帯幅方向端部には、自重、その他の力等が作用して、側歪と呼ばれる歪（耳歪ともいう）が発生する。この傾向は、特に板厚が０．３０ｍｍ以下の所謂「薄物鋼帯」に多く、また、コイルの内周部に比べて外周部に多く出現する。
【０００４】
ところで、方向性珪素鋼帯は、変圧器等に積層状態で使用されるが、前記鋼帯幅方向端部に側歪が存在すると、その部分の磁気特性及び加工性が損なわれる。そのため、側歪の多いコイル外周部分は、切り捨てられて使用しないので、製品歩留が著しく低下することになる。従って、方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍時には、このような鋼帯幅方向端部（以下、コイル端部と表現することもある）の側歪の発生を極力低減する必要がある。
【０００５】
従来、コイル端部の歪の軽減策として、例えば、特開昭５５−１１０７２１号公報は、ボックス焼鈍の前に塗布する焼鈍分離剤の量をコイル側縁部で減少させることによって、該側縁部の変形を小さくする方法を提案している。しかしながら、コイル側縁部への焼鈍分離剤の塗布量が少ないと、前記コイル端部の磁気特性が劣化し易く、さらに被膜欠陥ができ易いという新たな問題が発生した。
【０００６】
また、特開昭５８−６１２３１号公報は、コイル受け台上に焼鈍されるコイル状鋼帯と同じ材質の敷板を置き、その敷板上にコイル状鋼帯を載置して、該鋼帯幅方向端部に歪が発生するのを防止する方法を提案している。この方法では、被処理材が珪素鋼の場合には敷板の材質も珪素鋼とするが、珪素鋼をはじめとするフェライト鋼は、高温での熱間強度が非常に低く、そのため高温での焼鈍時に鋼帯端面が敷板に食い込み易く、コイル状鋼帯が敷板に拘束される。そのため、鋼帯コイルと敷板との熱膨張・熱収縮時の移動量の差異によってやはり側歪が発生する。
【０００７】
さらに、特開昭６２−５６５２６号公報は、コイル状鋼帯とコイル受け台との間に該コイル状鋼帯よりも固く巻いたフープコイルなるものを別途載置する方法を提案している。この方法も、それなりに有効ではあるが、該フープコイルは、わずか数回の焼鈍で座屈するため、頻繁な取り替えを必要とし、コストの上昇が著しいことと、焼鈍中にフープコイルの座屈が起こると、製品の鋼帯にかえって大きな側歪が発生するといった欠点があった。
【０００８】
特開平２−９７６２２号公報は、鋼帯端面の焼鈍前の結晶粒度を予め１５μｍ以上にしておくことによって、歪の発生を防止する方法を提案している。この方法では、コイル端部での座屈歪を低減することはできるけれども、コイル端部の磁気特性を著しく劣化させてしまう。
【０００９】
特開平５−１７９３５３号公報は、コイル状鋼帯とコイル受け台との間に、０．２ｗｔ％以上のＣを含有し、且つ変態点を有する鋼材を敷板として介挿させてから高温仕上げ焼鈍をおこなう方法を提案している。この方法は、側歪の低減効果をある程度示すが、二次再結晶が高温で起きる場合には有効でなかった。
【００１０】
また、特公昭５９−１４５２２号公報は、鋼帯幅方向の一端からの任意幅と残りの幅とに異なる熱的処理を施し、相対的に異なる塑性変形を生じさせて鋼帯の長さを幅方向で部分的に異ならせ、相対的に強い張力で巻き取る方法を提示している。この方法では、鋼帯幅方向で巻取り張力が異なるので、鋼帯のコイル状巻取りが難しく、コイルが筍状になってしまう。このような形状のコイルは、アップ・エンドに焼鈍炉内に載置する通常の方法では、コイル端部が平面になっていないので、コイル端部の一部が折れるといった問題が頻繁に発生した。また、同一コイル内の張力差も最終仕上げ焼鈍中にはほぼ消滅するため、歪の低減効果が実現しないといった欠点があった。
【００１１】
そこで、本出願人は、最近、特願平１０―２０９７８５号にて、仕上げ焼鈍に先だち、詳しくは、鋼帯をコイル状に巻き取る前に、焼鈍炉のコイル受け台と接する側の鋼帯幅方向端部に相当する部分に局所的な歪を予め付与し、該端部を鋼帯幅方向中央部と同時期又はより速い時期に二次再結晶させることで側歪を低減する方法を提案している。この方法は、鋼帯幅方向の端部と中央部とでほぼ同じ粒度の結晶粒を形成させると、側歪の発生が抑制されるという知見に基づくものであり、ある程度有効であった。しかしながら、事前の歪付与で焼鈍開始後の速い時期に端部で２次再結晶が起こり、生じた特性の劣る結晶粒が鋼帯幅方向の中央まで進展して、中央部の二次再結晶粒と方位の一致しない部分が生じる場合があった。このような場合には、得られた製品鋼帯の特性がかえって劣化するという新しい問題が生じた。なお、この事前の歪付与は、コイル状に巻き取る前の鋼帯端部を、プレス装置やロールで圧下することによって行なわれる。また、圧下幅は、線状、点状の局所的なものであっても良い。さらに、付与する歪の量は、元の板厚に対するロール等の圧下で減少した板厚量の割合を％で評価している。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、焼鈍時にコイル状鋼帯の幅方向端部に生じる側歪の発生を回避し、ひいては製品歩留りを大幅に向上させるばかりでなく、変圧器に組み込む際の積層時に、層内に空隙ができ難くする方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、特願平１０―２０９７８５号で提案した技術の改良を図り、その成果を本発明に具現化した。
【００１４】
すなわち、本発明は、コイル状に巻き取った方向性珪素鋼帯を仕上げ焼鈍炉のコイル受台にアップ・エンドに載置し、最終仕上げ焼鈍を施すに当たり、前記鋼帯の巻き取り前に、該鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から鋼帯の幅方向に１００ｍｍの範囲内において、鋼帯の長さ方向に沿い少なくとも２条にわたってそれぞれ０．００１〜１０ｍｍの幅で圧下し、前記一端から最も離れた１条の圧下は、他の条よりも大きく、かつ５％以上の圧下率で行うことを特徴とする方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法である。
【００１５】
また、本発明は、前記圧下の全条数を３条とすることを特徴とする方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法である。
【００１６】
さらに、本発明は、前記他の条における歪量を０．０５〜３％とすることを特徴とする方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法である。
【００１７】
本発明によれば、焼鈍中に、鋼帯幅方向端部に予め付与した歪による二次再結晶で生じる粒成長は、該鋼帯の中央部へ向かう途中で停止するようになる。その結果、焼鈍後に得られる鋼帯は、従来より磁気特性に優れたものになり、且つ切り捨てる部分が少なくなるので、製品歩留も向上するようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、本発明の実施の形態を説明する。
【００１９】
まず、発明者は、前記特願平１０―２０９７８５号で提案した技術を踏まえ、予め所定成分の珪素鋼帯端部に、幅が０．２ｍｍの局所的な歪を付与してからコイル状に巻き取り、最終仕上げ焼鈍によって生じた二次再結晶粒の状態を詳細に研究した。
【００２０】
その結果、焼鈍後の鋼帯端部の磁気特性（鉄損、Ｗ１７／５０で評価；値の小さい方が優れている）は、図４より明らかなように、歪を与えない場合に比べて劣っていた。この事実は、鋼帯端部で二次再結晶粒を発達させ過ぎると、かえって磁気特性の低下を招くことを示唆するものである。そのため、発明者は、付与する歪量や付与位置が重要と考え、研究を続けた。そして、図５に示すように、歪付与量を元の板厚に対して５％以上とすると、生ずる２次再結晶粒の成長数が激減し、５％以上では殆ど成長しないことを知った。さらに、図６から明らかなように、歪付与量を５％以上とすると、二次再結晶粒がその付与部分を超えて鋼帯幅方向の中央側で成長する割合が激減することも知った。
【００２１】
そこで、発明者は、これらの知見に基づき、鋼帯の端部に歪を局所的に付与し、二次再結晶粒を成長させるが、その二次再結晶粒の成長を強い圧下率を加えた部分で停止できれば、鋼帯の磁気特性の改善に好ましいと考えた。そして、図１に示すように、鋼帯２の幅方向端部に、長手方向に沿って３条の歪をロール１で付与するが、鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から最も離れた１条については圧下率を高くし、５％の歪を付与し、残りの２条については１％の歪を付与してみた。この鋼帯２に焼鈍分離剤を塗布してから、コイルに巻き取って最終仕上げ焼鈍を施した後、歪を付与した端部について、コイル長手方向に適宜試料を採取し、エッチングにより、結晶組織を調査した。その結果、端部から発生したと考えられる結晶粒は、歪を５％付与した位置で停止していることがわかり、この歪付与方法を要件として本発明を完成させた。つまり、コイル状に巻き取った方向性珪素鋼帯を仕止げ焼鈍炉のコイル受台にアップ・エンドに載置し、最終仕上げ焼鈍を施すに当たり、前記鋼帯の巻き取り前に、該鋼帯のコイル受台と接する側になる端部を、長さ方向に沿い少なくとも２条にわたって局所的に圧下し、鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から最も離れた１条には、他の条よりも大きな圧下率を加えるのである。圧下手段は、前記特願平１０−２０９７８５８号で提案した技術と同様に、ロール、もしくはプレスで良い。ここで、上記１条の圧下幅は、０．００１〜１０ｍｍの範囲とする。０．００１ｍｍ未満では、歪の付与効果が出現せず、１０ｍｍ超えだと、逆に側歪発生部位以外に歪を導入することになるからである。また、鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から最も離れた１条については５％以上の歪量とするが、残りの条は０．０５〜３％の歪量になるように圧下するのが好ましい。その理由は、最も端から離れた１条の歪量が５％未満であると、そこから二次再結晶粒が別途成長し、障壁の効果が現れないからである。また、残りの条についての上下限は、０．０５〜３％の範囲を外れると、歪付与による２次再結晶粒が成長せず、磁気特性を改善するという目的が達成し難いからである。
【００２２】
なお、本発明では、鋼帯端部に歪を付与する前の条件は、特に限定するものでない。しかし、通常の方向性珪素鋼の製造では、珪素鋼スラブを出発素材とし、熱間圧延を施した後、一回又は中間に焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延をし、ついで脱炭焼鈍後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、コイルに巻き取って最終仕上げ焼鈍を施している。従って、本発明は、この焼鈍分離剤を塗布する前に、歪を付与するのが好ましい。
【００２３】
また、本発明では、最終仕上げ焼鈍後に未反応の焼鈍分離剤を除去し、鋼帯表面に絶縁コーティングを塗布して製品となすが、必要に応じコーティング塗布前に鋼板表面を鏡面化しても良いし、絶縁コーティングとして張力コーティングを用いても良い。さらに、コーティングの塗布焼付け処理を平坦化処理と兼ねても良い。加えて、二次再結晶させた後の鋼帯には、鉄損の低減効果を得るため、公知の磁区細分化処理、すなわちプラズマジェットやレーザー照射を洗浄領域に施したり、突起ロールによる該洗浄のへこみ領域を設けたりする処理を施しても良い。
【００２４】
【実施例】
Ｃ：０．７５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．６ｍａｓｓ％，Ｍｎ：０．０６５ｍａｓｓ％，Ｓｅ：０．０２４ｍａｓｓ％，Ａｌ：０．０２ｍａｓｓ％，Ｎ：０．００９ｍａｓｓ％，Ｓｂ：０．０５ｍａｓｓ％及びＮｉ：０．５０ｍａｓｓ％を含有し、残部は鉄及び不可避不純物からなる含珪素鋼鋳片を素材に、方向性珪素鋼帯を製造した。
【００２５】
まず、上記鋼鋳片を熱間圧延した後、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延によって板厚０．２３ｍｍ、板幅１２００ｍｍにした。この冷延鋼帯は、直ちに、連続脱炭焼鈍炉で８４０℃×１４０秒の脱炭焼鈍が施された。
【００２６】
次に、この脱炭焼鈍された鋼帯の幅方向端部（最終仕上げ焼鈍時に、コィル受台に接する側）に、本発明に係る歪付与を実施した。それは、図１に示した通りに、厚み０．０２ｍｍの３つのロール１を用いて、鋼帯２の長手方向に沿った局所的な圧下を行なうことである。その際、この圧下は、鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から最も離れた１条については歪量が板厚の５％、残り２条については板厚の１％となるようにした。その後、該鋼帯２は、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を全面に塗布してから、コイル状に巻き取られ、歪を加えた側を下方に向けて、最終仕上げ焼鈍炉内のコイル受台にアップ・エンドに載置された。載置後は、直ちに炉内温度を１１９０℃にまで上昇させ、水素雰囲気にして２０時間保持の最終仕上げ焼鈍が行われた（発明例）。
【００２７】
一方、上記と同一鋼種の鋳片で、同様に０．２３ｍｍの最終板厚にまで冷間圧延した鋼帯に、端部を圧下せずそのまま焼鈍分離剤を塗布し、同様の条件で最終仕上げ焼鈍を行ったものも準備した（比較例１）。また、端部に０．１％の歪量で１条のみの圧下をしてから、同様の条件で最終仕上げ焼鈍を行ったものも準備した（比較例２）。
【００２８】
これら最終仕上げ焼鈍された各鋼帯は、コイル状から巻き戻して、幅方向端部に生じている側歪の幅方向長さ及び全幅方向の磁気特性が調べられた。調査結果を図２及び図３に一括して示す。図２及び図３より、本発明によれば鋼帯端部の側歪の発生を効果的に抑制できると共に、良好な磁気特性の得られることが明らかである。さらに、前記と異なる成分組成を有する多種の方向性珪素鋼鋳片についても、同様に本発明に係る焼鈍方法を実施したが、その結果はいずれも上記図２及び図３と同様になった。なお、図２に示した焼鈍後の鋼帯は、コイルの外周端から２０ｍ程度の切り捨てで、変圧器に使用可能であり、これは従来に比べ０．２％の製品歩留の向上になる。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、方向性電磁鋼板をコイル状態で最終仕上げ焼鈍するに際して、コイル受け台と接する側のコイル端部における側歪の発生を著しく軽減することができる。その結果、製品歩留まりの向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鋼帯への局所的な歪付与の実施状況を示す図である。
【図２】鋼帯長さに対する端部に発生した側歪の幅方向長さ（ｍｍ）を示す図である。
【図３】鋼帯幅方向の磁気特性分布を示す図である。
【図４】鋼帯端部への歪付与量と、それによって発生した二次再結晶粒の磁気特性との関係を示す図である。
【図５】鋼帯端部への歪付与量と、それによって発生した二次再結晶粒の成長割合との関係を示す図である。
【図６】鋼帯端部への歪付与量と、二次再結晶粒が歪付与部を越えて鋼帯の幅方向中央側へ成長する割合との関係を示す図である。
【符号の説明】
１ロール
２鋼帯
３鋼帯の進行方向
４圧下跡

Claims

コイル状に巻き取った方向性珪素鋼帯を仕上げ焼鈍炉のコイル受台にアップ・エンドに載置し、最終仕上げ焼鈍を施すに当たり、
前記鋼帯の巻き取り前に、該鋼帯のコイル受台と接する側になる一端から鋼帯の幅方向に１００ｍｍの範囲内において、鋼帯の長さ方向に沿い少なくとも２条にわたってそれぞれ０．００１〜１０ｍｍの幅で圧下し、前記一端から最も離れた１条の圧下は、他の条よりも大きく、かつ５％以上の圧下率で行うことを特徴とする方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法。
前記圧下の全条数を３条とすることを特徴とする請求項１記載の方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法。
前記他の条における歪量を０．０５〜３％とすることを特徴とする請求項１又は２記載の方向性珪素鋼帯の最終仕上げ焼鈍方法。