JP4954933B2 - シーム疵の発生の少ない無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータの鉄芯などの素材として使用される無方向性電磁鋼板の製造に関し、特に、製品寸法に対応した板幅の熱延コイルを、シーム疵の発生を少なくして歩留りよく得るための技術に関する。

無方向性電磁鋼板の製造において、製造歩留りを向上して製造コストを下げるためには、製品寸法に対応した板幅を有する熱延コイルを得ることが必要である。そのための手段として、熱間圧延の前段で縦型ロール圧延機によるスラブ幅方向の圧延（幅圧下）を行い、スラブの寸法精度を高めることが有効である。

しかし、Ｓｉを１．５質量％以上含有する無方向性電磁鋼板用の連鋳スラブは、材質が脆く、そのような材質のスラブに幅圧下を行うと、熱間圧延後の鋼板の長手方向端部に沿って、シーム疵と呼ばれる細長い表面疵が発生する。
特に、Ｓｉを１．５質量％以上含有するスラブでは、熱延途中で相変態しないため、シーム疵が熱延終了まで残存しやすく、そのため、そのような無方向性電磁鋼板用のスラブにおいて、シーム疵の発生を抑制しつつ幅圧下を行うことは困難であった。

この熱延板のシーム疵は、そのままでは製品鋼板まで残留して、鉄芯にした時の占積率や層間抵抗値を悪化させるため、疵の発生した部分をトリミングして除去する必要がある。このため、シーム疵が発生すると、製品歩留が著しく低下してしまう。

シーム疵の発生は、熱間圧延での加熱温度を上げることで軽減することができるが、加熱温度の上昇に伴い、無方向性電磁鋼板の磁気特性、特に鉄損が悪化するため、Ｓｉ含有量の高い無方向性電磁鋼板の製造においては、スラブの幅圧下を有効に利用することができなかった。

従来、無方向性電磁鋼板以外にも、高合金鋼やステンレス鋼などでシーム疵の発生が知られており、シーム疵による影響を少なくして、製造歩留りを上げる技術として、例えば、次のような技術が提案されている。

特許文献１には、鋼種などに応じたエッジシーム入り込み量と、粗圧延前のスラブ幅に対する目標シートバー幅の差との関係をあらかじめ定めておき、粗圧延前に計測等で求めたスラブ幅に基づいて、エッジシーム入り込み量が熱延コイルの余幅を超えない範囲で目標シートバー幅を選定する技術が提案されている。
しかし、この技術は、粗圧延前のスラブ幅に応じて熱延コイル幅を決定するものであり、シーム疵自体の低減方法については、何ら示していない。

特許文献２には、ステンレス熱延鋼板の製造にあたり、水平ロールによる圧延時に自由表面となっているスラブ側面に形成されるしわを原因とするシーム疵の発生を低減するために、コーナー部全長にわたり面取りしたスラブを用い、そのスラブを、上下の傾斜壁面と溝底面とからなるカリバー溝を有するカリバー金型で幅プレスする技術が提案されている。
しかし、この技術は、プレスによる幅圧下を行う際、水平ロールによる圧延時に自由表面となっているスラブ側面に形成されるしわを原因とするシーム疵の発生を低減するための技術であり、縦型ロールを備えた一般の熱間圧延設備によって圧延する場合に適用できない問題があった。

そのため、無方向性電磁鋼板用のスラブを一般の縦型ロールを備えた熱間圧延設備によって幅圧下を実施する場合、製品板の磁気特性に影響を与えることなく、シーム疵の発生を低減できる手段の開発が求められている。

特開平５−１０４１２１号公報 特開２００４−２５２５５号公報

そこで、本発明は、無方向性電磁鋼板用のスラブを、縦型ロールを備えた熱間圧延設備によって圧延する際、熱間圧延の前段で縦型ロールによりスラブ幅方向の圧延を行っても、製品板の磁気特性に影響を与えることなく、熱延後の鋼板端部におけるシーム疵の発生が低減される手段を提供することを課題とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、スラブコーナー部の研削を行い、かつ、粗圧延の終了温度を最適化することによって、製品板の磁気特性の劣化なく幅圧下を行うことができるようにしたものであり、その要旨は、以下のとおりである。

（１） 無方向性電磁鋼板用のスラブを加熱炉で加熱した後、縦型ロールによりスラブの幅圧延を行い、その後、熱間圧延を行うようにした無方向性電磁鋼板の製造方法において、前記スラブを加熱する前に、スラブの長手方向に伸びるコーナー部を全長にわたり面取りし、該面取りしたスラブを加熱した後、粗圧延の終了温度を、９５０℃以上とする条件で熱間圧延することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
（２） 前記コーナー部の面取りを、１５０℃以上、８００℃以下の温度範囲で行うことを特徴とする（１）に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（３） スラブコーナーからの幅方向距離及び厚さ方向距離を、それぞれ５〜２０ｍｍの範囲とし、スラブの幅広面からの角度θを３０〜５０°とする条件でスラブコーナー部の面取りを行うことを特徴とする（１）または（２）に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
（４） スラブ加熱温度を１０００℃以上、１２００℃以下とすることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

本発明によれば、無方向性電磁鋼板の製造にあたり、シーム疵の発生を低減してスラブの幅圧下を行うことができるため、熱延コイルの幅精度が向上し、その結果、酸洗歩留が向上する。また、そのような効果を製品板の磁気特性を劣化させることなく得ることができる。

本発明者は、無方向性電磁鋼板製造用のスラブを縦型ロールで幅圧下した場合におけるシーム疵の発生機構を、有限要素法を用いて解析（ＦＥＭ解析）した。図1にＦＥＭ解析によって得られた圧下（５０ｍｍ）時の摩擦応力ベクトルの配列の一例を示す。
図に示すように、縦型ロールとスラブとの摩擦力によって、幅圧下時のスラブコーナー部の近傍は、コーナー部の内部側の材料がコーナーエッジ寄りに倒れこむ方向に大きく剪断変形しており、本発明者らは、シーム疵はこの剪断変形により発生するとの知見を得た。
特に、Ｓｉ含有量が高く、幅圧下前に相変態を開始する組成のスラブや相変態をしない組成のスラブでは、剪断変形を受けた後には変態しないために、シーム疵が熱延終了まで残存しやすいことも知見した。

そこで、スラブコーナー部における縦型ロールとスラブとの摩擦力を緩和する手段について検討した結果、コーナー部の面取りが摩擦力の緩和に有効であり、シーム疵の発生の低減に効果があることを見出した。
図２に、幅圧下の前にコーナー部の面取りを実施したスラブ（Ｓｉ：２．０質量％）と、面取りを実施しないスラブを、幅圧下した後に熱間圧延した場合の、幅圧下量とシーム疵発生率との関係を示す。
ここでいうシーム疵発生率とは、板エッジ部(エッジから入り100mm間)全長に対する後述の評点２以上の疵割合を示すものである。
なお、面取り量は、後述する図４のａ、ｂの値を１０ｍｍとする条件で行った。
図２より、面取りを実施することで、シーム疵の発生率が減少することが分かる。

また、シーム疵の発生は、熱間圧延の際の粗圧延終了温度にも影響されることも見出した。
図３に、コーナー部の面取りを実施したスラブを、スラブ加熱後に幅圧下を施して熱間圧延した際の、粗圧延終了温度と熱延板におけるシーム疵の発生状況の関係を示す。
なお、疵の評点は、熱延板を目視し、シーム疵の程度によって０〜３に評価した。
また、シーム疵評点は次の通りとした。０はシーム疵発生なし、１は模様程度のシーム疵あり、２は深さ１０μｍ未満のシーム疵あり、３は深さ１０μｍ以上のシーム疵ありである。

図３より、粗圧延の終了温度が９５０℃で評点１、９６０℃以上で評点０となり、スラブ面取りを実施した上で、さらに粗圧延の終了温度を、９５０℃以上、より好ましくは９６０℃以上とすることで、シーム疵の発生が低減されていることが分かる。

次に、以上の知見に基づく本発明の製造条件について説明する。

本発明は、無方向性電磁鋼板用に成分調整された溶鋼を用いて作製されたスラブを加熱炉で加熱した後、粗圧延及び仕上げ圧延よりなる熱間圧延を行い、さらに冷間圧延を行って無方向性電磁鋼板を製造する際、スラブを加熱する前に、スラブのコーナー部を全長にわたり面取りし、面取りしたスラブを加熱後、縦型ロールによりスラブの幅圧延を行い、ついで、粗圧延の終了温度を、９５０℃以上とする条件で熱間圧延することにより、シーム疵の発生を抑制して幅圧延を行うことができるようにする。

前記スラブに対する面取りは、スラブを長手方向に伸びるコーナー部の全長にわたり面取りを行う。スラブコーナー部の面取りを行うことで、幅圧下時のコーナー近傍、すり下げ方向の摩擦力が緩和されるため、シーム疵の発生を抑制することができる。
面取りは、図４に示すように、熱間グラインダーで直線的に断面が３角形状になるようにスラブ１のコーナー部を研削するのが効率的である。

研削する量は、スラブの材質によって変化するが、図４に示すコーナーからの幅方向距離ａ、厚さ方向距離ｂとも、５〜３０ｍｍの幅で選択するのがよい。５ｍｍ未満では、面取りの効果が小さく、シーム疵を十分に低減することができない。また、３０ｍｍを超える量では除去される分の材料コストが問題となる。
また、面取りの角度としては、図４に示すスラブの幅広面からの角度θで、１５〜７５°が適当である。この角度範囲を外れると、面取りの効果が少ない。

面取りする際のスラブの温度は、スラブ割れを防止するためには１５０℃以上とするのが好ましい。上限の温度は特に限定されるものではないが、スラブが凝固状態にある１３００℃以下とする。面取り時の作業性を考慮すれば８００℃以下がよい。

熱間圧延の際の粗圧延終了温度は、図３に示されるように、シーム疵の発生を抑制するために９５０℃以上とする。９６０℃以上であればより好ましい。この終了温度が９５０℃未満では、スラブの変形抵抗が大きくなるため、スラブコーナー部の面取りを実施してもシーム疵が発生する。

また、粗圧延終了温度の上限はシーム疵の抑制の点からは特に規制されるものではないが、無方向性電磁鋼板の磁気特性の点からは１２００℃とするのが好ましい。１２００℃を超える温度で終了するためには、スラブを１２００℃を超える温度に加熱する必要があるが、その温度では、ＡｌＮが固溶してしまうため、熱間圧延時にＡｌＮが微細析出してしまい、粒成長が阻害され、その結果、磁気特性、特に鉄損が悪化するようになる。このため、粗圧延終了温度も１２００℃以下とするのがよい。より好ましいのは、１１００℃以下である。

粗圧延の終了温度を９５０℃以上とするためには、熱間圧延前のスラブ加熱温度は、１０００℃以上とする。また、スラブ加熱温度が１２００℃を超えると、前記のようにＡｌＮが固溶してしまうため、１２００℃以下とするのがよい。

縦型ロールによる幅圧下は、スラブのＳｉ量にもよるが、圧下量が２０〜８０ｍｍの範囲で行うのが好ましい。幅圧下量が２０ｍｍ以下では、面取りをする作業量に比べて、幅圧下の効果が少ない。また、幅圧下量が増加するに従い、シーム疵の発生率も増加するので、８０ｍｍ以下とするのがよい。

その他の、熱間仕上げ圧延や冷間圧延の条件などは、一般に無方向性電磁鋼板の製造において採用されている条件によって行なえばよい。
また、スラブの化学組成も、一般に無方向性電磁鋼板用として知られているものが採用でき、特定の化学組成に限定されるものではないが、シーム疵の発生は、特にＳｉを１．５質量％以上含有する無方向性電磁鋼板を製造する場合に問題になるものであるので、そのような無方向性電磁鋼板を製造する場合に本発明を適用するのが効果的である。

以下、実施例を用いて、本発明の実施の態様についてさらに説明する。

質量％で、Ｃ：０．００３％、Ｓｉ：１．０〜３．５％、Ｍｎ：０．２０％、Sol.Ａｌ：０．３０％、Ｓ：０．００３％、N：０．００２％を含有する２５２ｍｍ厚の無方向性電磁鋼板用の連続鋳造スラブを作製し、このスラブのコーナー部を種々の条件で面取りした後、１１５０℃でスラブ加熱し、種々の幅圧下量で幅圧下した後、種々の終了温度で粗圧延し、８８０℃で仕上圧延して板厚２．０ｍｍの熱延板を作製した。得られた熱延板のシーム疵を調べ、図２の場合と同様にしてシーム疵の程度を評価した。

その結果を、スラブのＳｉ量、面取り条件、幅圧下量、粗圧延終了温度とともに表１に示す。表１より、本発明の条件を満たす場合は、いずれもシーム疵の発生が抑制されていることが確認された。
なお、比較例２は粗圧延終了温度が１２００℃を超えているために鉄損が悪化した例、比較例１２はスラブ加熱温度が１２００℃を超えているために鉄損が悪化した例、比較例６はスラブ幅方向の面取り（ａ）が３０ｍｍを超えているために歩留まりが悪化した例、および比較例８はスラブ厚さ方向の面取り（ｂ）が３０ｍｍを超えているために歩留まりが悪化した例である。

ＦＥＭ解析によって得られた５０ｍｍ圧下時の摩擦応力ベクトルの配列の一例を示す図である。 面取りを実施したスラブと面取りを実施しないスラブ用いて熱間圧延した際の、幅圧下量とシーム疵発生率との関係を示す図である。 面取りを実施したスラブを幅圧下を施して熱間圧延した際の、粗圧延終了温度と熱延板におけるシーム疵の発生状況の関係を示す図である。 面取りの態様を説明するための図である。

符号の説明

１ スラブ
ａ コーナからの幅方向距離
ｂ コーナからの厚さ方向距離
θ 面取り角度

Claims (4)

1. 無方向性電磁鋼板用のスラブを加熱炉で加熱した後、縦型ロールによりスラブの幅圧延を行い、その後、熱間圧延を行うようにした無方向性電磁鋼板の製造方法において、
   前記スラブを加熱する前に、スラブの長手方向に伸びるコーナー部を全長にわたり面取りし、該面取りしたスラブを加熱した後、粗圧延の終了温度を、９５０℃以上とする条件で熱間圧延することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 前記コーナー部の面取りを、１５０℃以上、８００℃以下の温度範囲で行うことを特徴とする請求項１に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
3. スラブコーナーからの幅方向距離及び厚さ方向距離を、それぞれ５〜３０ｍｍの範囲とし、スラブの幅広面からの角度θを１５〜７５°とする条件でスラブコーナー部の面取りを行うことを特徴とする請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
4. スラブ加熱温度を１０００℃以上、１２００℃以下とすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。

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