JP4609149B2 - Jig for final finish annealing of grain-oriented electrical steel sheet - Google Patents
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Description
本発明は、方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具に係わり、詳しくは、該最終仕上焼鈍工程で発生する不具合を解消するのに有効な技術に関する。 The present invention relates to a jig for final finishing annealing of grain-oriented electrical steel sheets, and more particularly to a technique effective for eliminating the problems that occur in the final finishing annealing process.
方向性電磁鋼板は、主として変圧器等の鉄心材料等に用いられるが、その磁気特性が良好であることが要求される。鉄心として使用される場合、特にそのエネルギー損失、すなわち鉄損が低いことが重要である。この鉄損を低減する手段には、(1)鋼板の結晶方位を{110}<001>方位に高度に集積させる、(2)Siを含有させて鋼板の電気抵抗を増加させることで渦流損を低減する、(3)磁壁移動の妨げとなる不純物を低減する、(4)鋼板の板厚を薄くする等の方法がある。ここで、前記のように結晶方位を高度に集積させるために、方向性電磁鋼板の製造では、最終仕上圧延後に900〜1200℃程度の高温で最終仕上焼鈍が施される。 Oriented electrical steel sheets are mainly used for iron core materials such as transformers, etc., but are required to have good magnetic properties. When used as an iron core, it is particularly important that its energy loss, that is, iron loss is low. Means for reducing this iron loss include (1) highly accumulating the crystal orientation of the steel plate in the {110} <001> orientation, and (2) eddy current loss by containing Si and increasing the electrical resistance of the steel plate. There are methods such as (3) reducing impurities that hinder domain wall movement, and (4) reducing the plate thickness of the steel sheet. Here, in order to highly accumulate the crystal orientation as described above, in the manufacture of the grain-oriented electrical steel sheet, final finish annealing is performed at a high temperature of about 900 to 1200 ° C. after the final finish rolling.
この最終仕上焼鈍は、一般に、仕上圧延後の鋼板(鋼帯)をコイル状に巻き取った状態とし、その巻取り軸を鉛直方向として(アップエンドとも称される)所謂「ボックス焼鈍炉」(箱型焼鈍炉ともいう)の炉内台上に載置して施される。また、最近は方向性電磁鋼板の板厚を薄くする要求があるが、それに答えるべく、特に板厚を0.25mm未満と薄くすると、コイル状に巻き取った鋼帯の一端はコイルの内巻側に形成される中央部空間内で開放されているゆえに、鋼板に歪が生じたり、図3に示すように、焼鈍中にコイル4の中央部空間7において、鋼帯端部の内側への倒れ込み5、図4に示すような腰折れ6(バックリング)が生じたりするという問題が起こってしまう。
This final finish annealing is generally a so-called “box annealing furnace” in which the steel sheet (steel strip) after finish rolling is wound in a coil shape and the winding shaft is in a vertical direction (also referred to as an up-end) ( (Also called a box-type annealing furnace). Recently, there has been a demand to reduce the thickness of the grain-oriented electrical steel sheet. To answer that, especially when the sheet thickness is reduced to less than 0.25 mm, one end of the steel strip wound in a coil shape is the inner winding of the coil. Since it is open in the central space formed on the side, the steel plate is distorted or, as shown in FIG. 3, in the
これらの問題については、従来より、コイル4の中央部空間7に鋼製のスリーブを挿入して、最終仕上焼鈍を施す方法(例えば、特許文献1参照)、最終の内巻として所定成分の軟鋼板を厚さ50mm以上にわたって巻き込む方法(例えば、特許文献2参照)、最終冷間圧延時に発生する未圧延部を巻き込む方法(例えば、特許文献3参照)、内巻鋼板の巻取り張力を低減する方法(例えば、特許文献4参照)等の対策が開示されている。
Regarding these problems, conventionally, a steel sleeve is inserted into the
しかしながら、特許文献1のように、スリーブを用いると、スリーブのコイルの中央部空間への挿入、抜き出しやコイル自体の運搬が煩雑になると共に、高温焼鈍では、スリーブが変形してコイルから抜き出せなくなったり、抜き出し時に内巻鋼板をかえって変形させてしまったりする場合があった。また、特許文献2記載の方法では、仕上圧延終了後にテンションリールを用いてコイル状に巻取る際に予め別種の鋼材を用意する必要があるので、製造ラインでの連続的な鋼帯生産の支障となる。さらに、特許文献3のように未圧延部を残存させる場合には、冷間圧延後で仕上焼鈍前に行われる脱炭焼鈍時において製造ライン上を通板させるのに支障になるという問題があった。なお、これら特許文献2及び3記載の方法のように、内巻きとして別種の材料を巻き込む場合、その分だけ、製品の重量が減少するので、生産性が低下してしまう。加えて、特許文献4記載の方法のように、内巻鋼板にかかる張力を低減すると、確かにバックリングは防止できるが、内巻鋼板の中央部空間への倒れ込みが生じ易く、それによる変形が生じる場合があった。
本発明は、かかる事情に鑑み、板厚が薄い方向性電磁鋼板コイルを最終仕上焼鈍する場合に生じるコイルの内巻鋼板の中央部空間側への倒れ込みやバックリングの発生を抑制可能な方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具を提供することを目的としている。 In view of such circumstances, the present invention has a directionality that can suppress the occurrence of folding and buckling of the coil to the central part space side of the inner steel plate of the coil that occurs when the directional electromagnetic steel plate coil having a thin plate thickness is finally annealed. The object is to provide a jig for final annealing of electrical steel sheets.
発明者は、上記目的を達成するため鋭意研究を重ね、その成果を本発明に具現化した。 The inventor has intensively studied to achieve the above object, and the results have been embodied in the present invention.
すなわち、本発明は、方向性電磁鋼板用の素材をコイルとし、該コイルをボックス焼鈍炉内の台上にコイル軸を鉛直に載置し、最終仕上焼鈍する際に用いる冶具であって、前記コイル軸を鉛直に載置したコイルの中央部空間に挿入される帯状の金属製リングと、該金属製リングをコイルの上端側に懸架する懸架部材とを備え、前記金属製リング外径と前記コイルの中央部空間径との差が3〜8mmで、前記金属製リングの素材の熱膨張率をコイルを形成する方向性電磁鋼板素材の熱膨張率よりも大きくしてなり、前記金属製リングの挿入深さがコイルの軸方向長さの1/5以下であることを特徴とする方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具である。この場合、前記懸架部材が、前記金属製リングに連接した環状のフランジ、半環状のつば、又は該金属製リングとは別体の吊り具であることが好ましい。 That is, the present invention is a jig used when the material for grain-oriented electrical steel sheet is a coil, the coil is placed vertically on a table in a box annealing furnace, and used for final finish annealing, A strip-shaped metal ring inserted into the central space of the coil on which the coil shaft is vertically mounted, and a suspension member that suspends the metal ring on the upper end side of the coil, and the metal ring outer diameter and the metal ring The difference from the space diameter of the central portion of the coil is 3 to 8 mm, and the coefficient of thermal expansion of the metal ring material is larger than the coefficient of thermal expansion of the grain-oriented electrical steel sheet material forming the coil, and the metal ring This is a final finishing annealing jig for grain-oriented electrical steel sheets, characterized in that the insertion depth is 1/5 or less of the axial length of the coil . In this case, it is preferable that the suspension member is an annular flange connected to the metal ring, a semi-annular collar, or a lifting tool separate from the metal ring .
本発明によれば、金属製リングが焼鈍中に膨張し、コイルの内巻鋼板と接触してその部分を押さえるようになるので、板厚が薄い方向性電磁鋼板コイルであっても、最終仕上焼鈍する場合に生じるコイル内巻鋼板の中央部空間側への倒れ込みやバックリングの発生が抑制されるようになる。その結果、方向性電磁鋼板の製造歩留りが従来より向上した。 According to the present invention, the metal ring expands during annealing and comes into contact with the inner coil of the coil so as to hold down that portion. The occurrence of falling and buckling of the coil-wound steel plate that occurs when annealing is performed toward the center space side of the coil is suppressed. As a result, the production yield of grain-oriented electrical steel sheets has been improved as compared with the prior art.
まず、発明者らは、最終仕上焼鈍後に内巻側の数層に変形が認められたコイルの複数個について実態把握調査をしたところ、その変形は、アップエンドに載置したコイルの上部を起点として生じていることを突き止めた。すなわち、このような変形の程度が異なる複数個のコイルでは、従来は内巻き鋼板の巻取り張力が高いような場合に見られたようなバックリングのみが発生するのとは異なり、上部から変形が拡がってきていることが明らかになった。 First, the inventors conducted a survey on the actual condition of a plurality of coils in which deformation was observed in several layers on the inner winding side after the final finish annealing, and the deformation started from the upper part of the coil placed on the up-end. Ascertained what is happening. That is, in the case of a plurality of coils having different degrees of deformation, unlike the conventional case where only the buckling occurs when the winding tension of the internally wound steel plate is high, the coil is deformed from the top. It has become clear that is spreading.
そこで、アップエンド状態にあるコイルの上部だけを拘束すれば、コイル内巻側の上部を起点として、鋼板の内側に倒れ込むような状態になる変形を抑制することができると考え、図1(a)に示すように、コイル4の中央部空間径とほぼ同一の外径を有する金属製リング1を鋼材で作製し、これを図2に示すごとくコイル4の中央部空間7に装着して、1200℃の最終仕上焼鈍を施す実験を行った。つまり、帯状の金属製リング1と、該金属製リング1をコイル4の上端側に懸架する懸架部材2(この場合、環状のフランジ)とを備えた方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具3(以下、単に冶具という)を開発したのである。ここで、金属製リング1の挿入深さは、着脱時にコイルに変形を与えないために、コイルの軸方向長さ(板幅)の1/5以下程度とする。好ましくは、10〜200mmとするのが良い。10mm未満では内巻鋼板の倒れこみを十分に防止できないし、200mm超えでは、接触部分が大き過ぎて、コイルに変形が生じることがあるからである。
なお、挿入深さとは、金属製リング1の鉛直方向長さを意味する。
Therefore, if only the upper part of the coil in the up-end state is constrained, it is considered that the deformation that falls into the inner side of the steel sheet starting from the upper part on the coil inner winding side can be suppressed, and FIG. As shown in FIG. 2, a
The insertion depth means the vertical length of the
このような冶具の使用で、倒れ込みによる変形を防止することができるようになった。しかしながら、コイル4の内巻き側には、従来技術である前述のスリーブと同様に、金属製リング1が密着しているため、焼鈍終了後に該リング1をコイル4から抜き出す時に、少なからず歪が生じてしまうこともあった。
By using such a jig, it has become possible to prevent deformation due to falling. However, since the
そこで、発明者らは、前記冶具3のさらなる改良を試みた。すなわち、最終仕上焼鈍前の常温で金属製リング1をコイル4に装着する際の状態を基準にして、コイル4の中央部空間径と金属製リングの外径(コイルと接する部分)との差を3〜8mmとし、かつその金属製リング1の素材の熱膨張率をコイル素材の熱膨張率より大きくするようにした。なお、金属製リング1の形状は、図1(a)に示したフランジ付と同じ形状のものを用いた。その結果、コイル内巻側よりの数層において、仕上焼鈍時の変形が防止され、また金属リング1の着脱時の変形も防止されることがわかった。
Therefore, the inventors tried to further improve the
ここで、コイルの中央部空間径と金属製リングの外径(コイルと接する部分)との差を3〜8mmとしたのは、差が3mm未満ではコイル4の中央部空間7へのリング挿入作業が円滑、且つ迅速に行えないし、8mm超えではコイル4とリングとの間隙が大き過ぎて、焼鈍中にリングとコイル内巻鋼板との接触が生じないことがあるから、これらの現象が起きるのを回避するためである。また、金属製リングの素材の熱膨張率をコイル素材の熱膨張率より大きくするようにしたのは、焼鈍中に金属製リング1が熱膨張して、コイル4の内巻き鋼板に接触するようにするためである。
Here, the difference between the space diameter of the central portion of the coil and the outer diameter of the metal ring (the portion in contact with the coil) is set to 3 to 8 mm. If the difference is less than 3 mm, the ring is inserted into the
また、金属製リング1をコイル4の上端に懸架する懸架部材2としては、図1(a)に示すようなコイル内径に沿った方向に環状のフランジが有効である。図1(a)のように全周にフランジを備えた形状とすると、懸架部材2の剛性が高まって金属製リング1の板厚を薄くすることができ、冶具3全体を軽量とできるので、ハンドリングの際に有利である。また、完全な環状でなくても、図1(b)に示すように、前記環状のフランジの一部が欠けた形状(半環状フランジという)のものでも良い。さらに、冶具3の形状が図1(c)のようなコイル内巻鋼板に沿った単純円環状のもの(つまり、金属製リングだけ)である場合には、該金属リング1と別体の吊り具(図示していないが、例えば、針金を折り曲げ加工した程度の吊り具)とするのが良い。
Further, as the
加えて、金属製リング1の厚みは、鋼製のリングであれば、1mm以上とすることが好ましいが、要は高温時にコイル内巻側鋼板の自重により倒れ込みに堪えうるような剛性が与えられたものであればよく、素材に応じて適宜板厚を調整すれば良い。
In addition, the thickness of the
そのような金属製リング1の材質としては、本発明では特に限定しないが、前記したように、コイル素材の熱膨張率(熱膨張係数)より高いものを用いることが重要である。例えば、耐熱性と高い熱膨張率を兼ね備えるという点から鉄鋼材料から適宜選択することが好ましい。方向性電磁鋼板、すなわちSi含有量が3質量%程度の鋼の熱膨張係数は約13×10-6(K-1)であるが、例えば、SUS304(熱膨張係数:17.3×10-6(K-1))等のオーステナイト系ステンレス鋼が、その熱膨張率の高さから、好ましく用いることができる。
Although it does not specifically limit in this invention as a material of such a
方向性電磁鋼板の製造においては、最終仕上焼鈍より前の工程は、公知の化学組成となるスラブを熱間圧延し、公知の方法で冷間圧延、脱炭焼鈍等を行った後、適宜MgO等の焼鈍分離剤を塗布したのち、コイル状に巻き取ったものが、本発明で対象となる方向性電磁鋼板コイルとなる。そこで、本発明に係る上記の冶具3は、このコイル4をバッチ式の焼鈍炉に装入して900〜1200℃程度に加熱して二次再結晶を目的とした最終仕上焼鈍を行う前にコイル4に装着する。そして、最終仕上焼鈍の終了後は、該冶具3をコイル4から常温で取り外し、その後、平坦化を目的とした焼鈍や絶縁コーティングの塗布焼付を適宜行うことになる。常温で取り外すと、金属製リング1は、熱膨張が消失して装着前の状態に戻っているので、作業上のトラブルは生じない。
In the production of grain-oriented electrical steel sheets, the process prior to final finish annealing is performed by hot rolling a slab having a known chemical composition, performing cold rolling, decarburization annealing, etc. by a known method, and then appropriately performing MgO. After applying an annealing separator such as a coil, the coiled coil is a directional electrical steel sheet coil that is the subject of the present invention. Therefore, the
熱間圧延、冷間圧延を経て0.23mmの最終板厚としたSi:3質量%の方向性電磁鋼板用素材を脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してコイル状に巻き取った。このときのコイルの中央部空間径は500mmφであった。このコイルを最終仕上焼鈍炉の入側において、コイル置台にアップエンドの状態で載置した。そのコイルの中央部空間の上部より、図1(a)に示した形状と同様なSUS304製(金属製)リング1を備えた冶具3を、図2に示すごとく装着した。該リング1の外径は495mmφとし、リング1の厚みは2mm、コイル4への挿入深さ(リングの帯幅)は50mm、懸架部材2の環状フランジの外径は600mmとした。
After decarburizing and annealing the material for grain oriented electrical steel sheets of Si: 3% by mass, which had a final thickness of 0.23 mm through hot rolling and cold rolling, an annealing separator was applied and wound into a coil. At this time, the space diameter of the central portion of the coil was 500 mmφ. This coil was placed in an up-end state on the coil stage on the entry side of the final finishing annealing furnace. A
一方、比較例として、金属製リング1を装着していないコイル4も同様にコイル置台に載置した。そして、これら双方の状態としたコイルの複数個について、最終仕上焼鈍炉(箱型焼鈍炉)に装入し、水素雰囲気中で1200℃×50時間の最終仕上焼鈍に供した。
On the other hand, as a comparative example, the coil 4 not equipped with the
その結果、本発明に係る冶具3を装着したコイル4では、コイル4の中央部空間7への鋼帯端部の倒れこみが発生せず、バックリングも認められなかった。それに対し、該冶具3を装着しなかったコイル4は、約20%に相当するコイルが鋼帯端部の倒れこみを発生し、約5%に相当するコイルにもバックリングが認められた。
As a result, in the coil 4 equipped with the
以上から、本発明の適用により、最終仕上焼鈍において問題となっていたコイルの中央部空間への内巻鋼板端部の倒れこみやバックリングによる欠陥を効果的に防止できることがわかった。 From the above, it has been found that the application of the present invention can effectively prevent the collapse of the end of the inner steel plate into the central space of the coil and the defect due to buckling, which has been a problem in the final finish annealing.
1 金属製リング
2 懸架部材
3 冶具
4 コイル
5 鋼板の倒れこみ
6 鋼板の腰折れ(バックリング)
7 コイルの中央部空間
DESCRIPTION OF
7 Central space of coil
Claims (2)
前記コイル軸を鉛直に載置したコイルの中央部空間に挿入される帯状の金属製リングと、該金属製リングをコイルの上端側に懸架する懸架部材とを備え、
前記金属製リング外径と前記コイルの中央部空間径との差が3〜8mmで、
前記金属製リングの素材の熱膨張率をコイルを形成する方向性電磁鋼板素材の熱膨張率よりも大きくしてなり、
前記金属製リングの挿入深さがコイルの軸方向長さの1/5以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍用冶具。 The material for the grain-oriented electrical steel sheet is a coil, the coil is placed on a table in a box annealing furnace, the coil shaft is placed vertically, and used for final finishing annealing,
A belt-shaped metal ring inserted into the central space of the coil on which the coil shaft is vertically mounted, and a suspension member that suspends the metal ring on the upper end side of the coil ,
The difference between the outer diameter of the metal ring and the central space diameter of the coil is 3 to 8 mm,
The thermal expansion coefficient of the metal ring material is larger than the thermal expansion coefficient of the grain-oriented electrical steel sheet material forming the coil,
The final finishing annealing jig for grain-oriented electrical steel sheets, wherein the insertion depth of the metal ring is 1/5 or less of the axial length of the coil .
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