JP5779948B2

JP5779948B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP5779948B2
Application number: JP2011086057A
Authority: JP
Inventors: 純一鳥生; 英太郎設楽; 植野　雅康; 雅康植野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2031-04-08
Also published as: JP2012219327A

Description

本発明は、方向性電磁鋼板の製造方法に関し、具体的には、Ｓｉ含有冷延鋼板を一次再結晶焼鈍した後、コイル状態で仕上焼鈍を施して方向性電磁鋼板を製造する方法に関するものである。

方向性電磁鋼板は、磁束密度が高く、鉄損が低いという優れた磁気特性を有するため、変圧器や発電機の鉄心材料として広く用いられている。この方向性電磁鋼板は、一般に、Ｓｉを２〜４ｍａｓｓ％程度含有する鋼素材（スラブ）を熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚の冷延鋼板とし、次いで、上記冷延鋼板に脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を施し、ＭｇＯ等を主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布・乾燥した後、仕上焼鈍を施して製造している。

上記仕上焼鈍では、二次再結晶現象を利用し、｛１１０｝＜００１＞方位粒（ゴス方位粒）を高度に集積させた組織を得ると共に、二次再結晶後に残留しているＳ，Ｓｅ，Ｎ等のインヒビター成分を除去（純化）することで、磁気特性の向上を図っている。加えて、脱炭焼鈍で鋼板表面に形成したＳｉＯ_２を主成分とした酸化皮膜とＭｇＯを主成分とした焼鈍分離剤とが反応してフォルステライトを主成分とする一次皮膜が形成され、これが鋼板に張力を付与し、鉄損が低減される。

ところで、上記一般的な方向性電磁鋼板の製造方法では、鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布したＳｉ含有鋼板をコイルに巻取り、コイル状態のまま箱焼鈍炉で仕上焼鈍を施している。そのため、仕上焼鈍後の鋼板には、コイルの巻き姿がそのまま残る、いわゆる、コイルセットが生ずる。したがって、上記仕上焼鈍後の鋼板は、コイルセットによって圧延方向に大きくＬ反りしており、そのままでは使用することはできないため、形状矯正と、絶縁と張力付与を目的とする二次被膜（絶縁被膜）の形成とを兼ねた平坦化焼鈍を施して製品としている。なお、上記二次被膜は、鋼板に加わる張力を増加し鉄損をさらに低減する。

しかしながら、上記コイルセット（Ｌ反り）が存在する鋼板コイルを巻き戻すと、今度は逆に、鋼板板幅方向で下向きの反り（Ｃ反り）が発生する。特に、仕上焼鈍時のコイル内径部では、Ｌ反りが大きくなるのに対応して、巻き戻し時に発生するＣ反りの大きさ（Ｃ反り量）も大きくなる。そして、そのＣ反り量がある限界値を超えると、下方に垂れ下がった鋼板端部（エッジ部）が、平坦化焼鈍ライン等次工程の設備と接触を起こして損傷を受けたり、破断を起こしたりするという問題がある。

そこで、平坦化焼鈍ライン等に通板する前に、コイルセットを除去する方法としてレベラーや調質圧延を施すことが行われている。なお、特許文献１には、コイルセットを利用して低鉄損の方向性電磁鋼板を得る技術が開示されているが、コイル状態でコイルセットを除去する方法については記載ない。

特開昭５４−０８０２２９号公報

しかしながら、上記コイルセットが存在するコイルにレベラーや調質圧延を施すことは、レベラー設置等のための設備投資が必要となったりするだけでなく、通過工程増加による工程の煩雑化や切捨量増加による歩留り低下や、Ｃ反りに起因した絞り込みや破断等のライントラブルを引き起こすため、製造上問題が多い。そこで、安定した製造性を確保する観点から、Ｃ反り量が大きい場合には、コイル内径部を切り捨てることが行われており、製品歩留まりの低下を招いていた。

本発明は、従来技術が抱える上記問題点を解決するべく開発したものであって、その目的は、仕上焼鈍時のコイル内径部に発生するＣ反りを抑制することによって、製造ラインへの通板トラブルを防止し、あるいは切捨量を低減し、もって歩留まりよく方向性電磁鋼板を製造する方法を提案することにある。

発明者らは、仕上焼鈍時のコイル内径部に発生するＣ反りを抑制するべく検討を重ねた。その結果、コイル内径部に発生するＣ反りの大きさ（Ｃ反り量）は、コイルに巻かれたときの曲率半径および鋼板の板厚によって変化し、同じ板厚であれば曲率半径が小さいほど大きくなる、すなわち、同じコイル内ではコイル内径部ほどＣ反りが大きくなること、また、同じコイル内径では、板厚が薄くなるほどが大きくなる、すなわち、薄い鋼板ほどコイル内径を大きくする必要があること、したがって、Ｃ反りを低減するには、製品板厚に応じてコイル内径の大きさを変化させてやればよいことを見出した。

上記知見に基づき開発した本発明は、Ｓｉ含有冷延鋼板を一次再結晶焼鈍した後、コイル状態で仕上焼鈍を施して方向性電磁鋼板を製造する方法において、仕上焼鈍後の巻き戻し時における鋼板板幅方向の反り量と前記コイル内径との関係を予め鋼板の板厚ごとに求めておき、鋼板板幅方向の反り量が予め定めた許容範囲を満たすよう仕上焼鈍時のコイル内径を設定することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。

本発明によれば、仕上焼鈍時のコイル内径部のＣ反りを抑制することができるので、仕上焼鈍後の工程における通板トラブルを防止することができ、かつ、製品切捨て量を低減することが可能となるので、方向性電磁鋼板を安定的かつ高歩留まりで製造することが可能となる。

コイル径とＣ反り量（大きさ）との関係を示すグラフである。鞍反りの発生メカニズムを説明する図である。鋼板板厚がＣ反りによる限界コイル径および切捨長さに及ぼす影響を示すグラフである。

発明者らは、板厚が０．３０ｍｍの仕上焼鈍後の方向性電磁鋼板コイル（内径が５０８ｍｍφ（２０インチ））を、次工程ラインにおいて正転で巻き戻したときに発生するＣ反りの大きさ（Ｃ反り量）と、コイル外径との関係を調査し、その結果を図１に示した。なお、この図では、下向きをプラスとした。この図から、コイル外径部ではＣ反りが小さく、内径に近づくほどＣ反りが大きくなっていくことがわかる。

このＣ反りが発生する原因は、以下のように考えている。
例えば、鋼板を図２に示すように圧延方向に曲げ加工すると、内面側は、圧延方向に縮められるため板幅方向に伸びようとする内部応力が発生する。一方、外面側は、圧延方向に引っ張られるため板幅方向に縮もうとする内部応力が発生する。その結果、曲げ加工後に除荷すると、曲げ線部が外面側に反り返っていわゆる「鞍反り」が発生することが知られている。

そこで、鞍反りの理論を本発明におけるＣ反りに適用すると、仕上焼鈍後の鋼板は、コイル巻き姿の状態、すなわち、圧延方向に反ったＬ反り状態で内部歪がゼロとなっている。そこで、このコイルを正転で巻き戻した場合には、下向きのＬ反りが矯正されて平坦化されるため、上面側は、圧延方向に圧縮応力を受けて幅方向に伸びようとする内部応力が発生し、一方、下面側は、圧延方向に引張応力を受けて幅方向に縮もうとする内部応力が発生し、その結果、巻き戻して平坦化した鋼板には下向きのＣ反りが発生することになる。そして、コイル内径側は曲率半径が小さいため、平坦化に伴う曲げ変形量も大きくなり、発生する内部応力も大きくなって、Ｃ反り量も大きくなるものと考えられる。

次に、発明者らは、Ｃ反りの大きさは鋼板の板厚によっても変化することから、各種板厚を有する一次再結晶焼鈍後の鋼板に、焼鈍分離剤を塗布・乾燥後、内径５０８ｍｍφのコイルに巻き取り、仕上焼鈍を施した後、そのコイルを平坦化焼鈍ラインに通板して、Ｃ反りによる鋼板の損傷、あるいは、絞り込み発生等の通板トラブルが起こる限界のコイル径と、その時点でコイル内径部を切り捨てるとしたときの切捨て長さを調査した。その結果を、表１および図３に示した。

表１の結果によれば、鋼板板厚が薄くなるほど、限界コイル径が大きくなり、それに伴って、切捨て長さも大きくなっている。したがって、仕上焼鈍後のコイルを次工程において通板トラブルを引き起こすことなく、かつ、コイル内径部を切り捨てることなく巻き戻すためには、仕上焼鈍時のコイル内径を、上記限界コイル径以上の大きさとしてやることが必要であることがわかった。具体的には、表１の結果によれば、板厚０．３０ｍｍではコイル内径を５２６ｍｍφ以上、板厚０．２７ｍｍではコイル内径を５４０ｍｍφ以上、板厚０．２３ｍｍではコイル内径を６３８ｍｍφ以上にしてやることが必要となる。

ただし、仕上焼鈍コイルの巻取リールは、一般に、リールの外周にアタッチメントを取り付けて巻取径を変化させる構造のものが多く、実際に選択できる巻取径は、連続的ではなく、段階的であることが多い。したがって、実用的には、上記限界コイル径より大きく、かつその値に近い径でコイルに巻き取ることが好ましい。例えば、巻取径が２インチごとの段階的になっている場合は、表１の結果によれば、板厚０．３０ｍｍおよび板厚０．２７ｍｍではコイル内径を５５９ｍｍφ（２２インチφ）または６１０ｍｍφ（２４インチφ）に、板厚０．２３ｍｍではコイル内径を６６０ｍｍφ（２６インチφ）または７１１ｍｍφ（２８インチφ）としてやることが好ましい。なお、上記のように巻取リール径を変更することが難しい場合や、巻取径変更に伴う生産性の低下を嫌う場合には、全ての板厚において有効な、例えば、内径７１１ｍｍφ（２８インチ）でコイルに巻き取るようにしてもよい。

なお、前述した鞍反りの理論によれば、同じ巻取径であれば、曲げにより生ずる内部応力は板厚が薄くなるほど小さくなる。しかしながら、鋼板の曲げ剛性は、板厚が薄くなるほど小さくなるため、その兼ね合いで結果的に板厚が薄くなるほどＣ反りが大きくなるものと考えられる。また、板厚が薄くなるほど、絞り込みや破断等の通板トラブルを引き起こし易いことも、限界コイル径を大きくしている一因と考えられる。

Ｓｉを３ｍａｓｓ％含有する板厚が０．３０ｍｍ、０．２７ｍｍおよび０．２３ｍｍの一次再結晶焼鈍後の鋼板表面に、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、下記表２に示した内径でコイルに巻き取り、その後、上記コイルに仕上焼鈍を施して二次再結晶させた後、平坦化焼鈍ラインに通板して、リン酸塩系の絶縁張力コーティングの塗布・焼付けと鋼板の平坦化を兼ねた平坦化焼鈍を施して製品コイルとした。

なお、上記平坦化焼鈍ラインの入側では、Ｃ反りに起因するコイル内径部の切捨長さを調査し、その結果を、表１に示した巻取径５０８ｍｍφ（２０インチφ）のときの切捨て長さと対比して、表２に示した。表２から、本発明の方法を適用することにより、仕上焼鈍後のコイル内径部のＣ反りによる切捨量をほぼ皆無にすることができることがわかる。

Claims

Ｓｉ含有冷延鋼板を一次再結晶焼鈍した後、コイル状態で仕上焼鈍を施して方向性電磁鋼板を製造する方法において、仕上焼鈍後の巻き戻し時における鋼板板幅方向の反り量と前記コイル内径との関係を予め鋼板の板厚ごとに求めておき、鋼板板幅方向の反り量が予め定めた許容範囲を満たすよう仕上焼鈍時のコイル内径を設定することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。