JPH0143818B2

JPH0143818B2 -

Info

Publication number: JPH0143818B2
Application number: JP29782587A
Authority: JP
Inventors: Yozo Suga; Nobuyuki Takahashi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1987-11-27
Publication date: 1989-09-22
Also published as: JPH01139722A

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕この発明は、圧延方向ならびに圧延方向に直角
な方向に磁化容易軸＜001＞方位を有するととも
に圧延面に｛100｝面が現れている（ミラー指数
で｛100｝＜001＞）結晶粒から構成される、所謂
二方向性電磁鋼板の製造方法に関する。〔従来の技術〕従来、米国特許第1965559号に基づく方法で、
圧延方向に特に磁化され易く、鐵損値が低い一方
向性電磁鋼板が製造されている。この一方向性電
磁鋼板は、鋼板の圧延面に｛110｝面が現れ、圧
延方向に磁化容易軸である＜001＞方位を有する
（ミラー指数で｛110｝＜001＞）結晶粒から構成さ
れている。二方向性電磁鋼板は、圧延方向ならびに圧延方
向に直角な方向に磁化容易軸を有し二方向で磁気
特性が優れているから、圧延方向にのみ磁気特性
が優れている一方向性電磁鋼板（たとえば、圧延
方向におけるB₁₀値：1.92Tesla、圧延方向に直角
な方向におけるB₁₀値：1.45Tesla）に比し、磁性
が優れており、特に大型回転機器用の磁芯材料と
して用いると有利である。一方、小型静止器の分野では一般的に、磁化容
易軸を高度に集積させていない冷間圧延無方向性
電磁鋼板が用いられているが、この分野において
も上記二方向性電磁鋼板を用いると、機器の小型
化、効率向上の面で極めて有効である。叙上の如く、二方向性電磁鋼板は、一方向性電
磁鋼板に比し優れた特性を有している処から、そ
の製品化が待望されてきたにも拘わらず今日まで
工業製品として一般的に使用されるに至つていな
い。実験室規模では、各種の製造方法が発表されて
いるけれども、何れも工業的規模の製造プロセス
としては問題がある。先行技術として１つの方法は、特公昭37−7110
号公報に開示されているように、極性ガスたとえ
ば、硫化水素を含む雰囲気中で高温焼鈍を行い、
｛100｝＜001＞方位粒を二次再結晶させる方法であ
る。しかしながら、この方法は、鋼板表面雰囲気
を厳密に制御する必要があり、大量生産プロセス
には不都合である。先行技術としてもう１つの方法は、田口悟等に
よる特公昭35−2657号公報に開示されている方法
である。この田口悟等による方法は、一方向に冷
間圧延を行つた後、前記圧延方向に直角な方向に
冷間圧延を行う、所謂「交叉冷間圧延法」であ
る。この交叉冷間圧延法によれば、比較的高い磁
化特性（B₁₀の値で表示されるTesla）が得られ
るけれども、その製造方法の煩雑さに起因するコ
スト高に見合うだけの優れた磁気特性を有しない
ため、従来の一方向性電磁鋼板に対抗できない。一方向性電磁鋼板の磁化特性B₁₀は、特公昭40
−15644号公報、特公昭51−13469号公報に開示さ
れた技術が発明されて以来急速に進歩し、B₁₀≧
1.89TeslaがJISで規格化されており、B₁₀値が、
1.92Tesla前後の製品が市販されている。かかる状況下で、二方向性電磁鋼板において
も、前記一方向性電磁鋼板に匹敵する磁化特性
（B₁₀）を有することが必要である。二方向性電
磁鋼板の磁化特性を向上せしめる方法として、特
公昭38−8213号公報に、熱間圧延材を焼鈍した後
に相互に直交する方向に冷間圧延する方法が提案
されたが、この方法によつても得られる磁化特性
は、必ずしも十分なものとは言えない。鐵芯材料は、上記磁化特性の他に鐵損特性が優
れている（鐵損値Ｗ／Kgが低い）ことが必要であ
る。鐵損特性を良くするためには、B₁₀値を高く
すること、製品板厚を薄くすることが特に有効で
あり、一方向性電磁鋼板の分野では、0.23mm厚さ
までJISによつて規格化されている。然るに、かかる板厚の電磁鋼板で｛100｝＜001
＞方位粒を得ることは、極めて困難であり、特公
昭35−2657号公報、特公昭38−8213号公報に、開
示された何れのプロセスにおいても、最終板厚は
0.3mmが限度である。そこで、改良技術として、特公昭35−17208号
公報に開示されている技術が提案されたが、この
方法においては、冷間圧延と焼鈍が追加され、製
造コストを著しく高いものにする。加えて、得ら
れる製品の磁化特性B₁₀は、1.8Tesla以下であり、
最終板厚も0.294mm止まりである。〔発明が解決しようとする問題点〕本発明は、高い磁化特性をもつ二方向性電磁鋼
板薄手製品を低い製造コストで製造できる技術を
確立することを目的としてなされた。〔問題点を解決するための手段〕本発明は、高い磁束密度を有する二方向性電磁
鋼板を、１回の交叉冷間圧延で安定して製造し得
るとともに、最終板厚も0.33mm未満とすることを
可能ならしめるものである。以下に、本発明を、詳細に説明する。本発明は、交叉冷間圧延によつて最終板厚とし
た鋼板に、最終冷間圧延後仕上焼鈍過程における
｛100｝＜001＞方位粒の発現までの間で鋼板表面か
ら一定量の窒素を侵入させることにより、｛100｝
＜001＞方位粒の優先成長を促し、高い磁束密度
を有する二方向性電磁鋼板を得るようにした点に
よつて特徴づけられる。最終冷間圧延後仕上焼鈍過程における｛100｝＜
001＞方位粒の発現までの間で鋼板表面から一定
量の窒素を侵入させる手段は、特に限定しない。
たとえば、最終冷間圧延後に行なわれる脱炭を自
的とした短時間焼鈍中又は脱炭焼鈍後の追加焼鈍
中に、窒化能のある雰囲気下で鋼板を窒化処理す
る方法或は仕上焼鈍過程における｛100｝＜001＞
方位粒の発現までの鋼板の昇温を、窒化能のある
雰囲気下に行う方法を適用することができる。前記仕上焼鈍の対象がストリツプコイルであつ
て、ストリツプコイルが大型である場合には、ス
トリツプの層間に窒素が侵入し難く鋼板の窒化が
不十分となる恐れがあるから、ストリツプの層間
隙を一定量以上確保するか或は仕上焼鈍に先立つ
てストリツプ表面に塗布する焼鈍分離剤中に、仕
上焼鈍過程で窒素を放出する金属窒化物、アンモ
ニア化物を添加する等の措置を採ることが望まし
い。本発明において、鋼板中に侵入させた窒素は、
おそらく、AlN、Si₃N₄、（Al、Si）Ｎ等の微細
析出物として｛100｝＜001＞方位結晶粒の優先成
長を促進しているものと考えられるが、その真は
明らかでない。次に、本発明の構成要件を説明する。本発明における冷間圧延工程は、基本的には特
公昭35−2657号公報は特公昭38−8213号公報に開
示されているプロセスにおける冷間圧延工程と同
じである。本発明にあつては、熱延板は、酸洗された後一
方向に40〜80％の圧下率を適用する冷間圧延を行
い、続いて前記一方向に交叉する方向に30〜70％
の圧下率を適用する冷間圧延を行う。熱延板に、750〜1200℃の温度域で30秒〜30分
間の短時間焼鈍を施すと、製品の磁束密度を高く
することができるが、製造コストを高めるから望
む磁束密度の水準との対応によつて短時間焼鈍の
採否を決めるとよい。短時間焼鈍を行うプロセス
の場合、短時間焼鈍に引き続き上記二方向の冷間
圧延が行なわれる。冷間圧延前の素材としては、通常の珪素鋼熱延
板を採用できる。また、溶鋼を連続鋳造して得ら
れるホツトゲージ板、例えば1.5〜3.0mm厚さの連
続鋳造薄退（ストリツプ）を用いることもでき
る。素材が含有する成分としては、Si：0.8〜4.8％、
酸可溶性Al：0.008〜0.048％、残部：Feおよび不
可避的不純物であり、これらを必須成分としてそ
れ以外は限定しない。 Siは、含有量が4.8％を超えると、冷間圧延時
に材料が割れ易く圧延不可能となる。一方、Si含
有量は、少なければ少ないほど製品の磁束密度を
高めるから好ましいけれども、仕上焼鈍時にα→
γ変態が生じると結晶の方向性を破壊するので、
α→γ変態の生じない1.8％以上を限定範囲とす
る。酸可溶性Alは、0.008〜0.048％の範囲で、製品
の磁束密度B₁₀が1.85Tesla以上となる。特に、酸
可溶性Al：0.018〜0.036％の範囲内では、製品の
磁束密度B₁₀が1.92Tesla以上の、今までにない高
いものとなる。残部は、Feおよび不可避的不純物である。上記成分からなる溶鋼は、鋳造→熱間圧延或は
溶鋼を連続鋳造して直接的に、薄鋼板（ホツトゲ
ージ）とした後、直ちに或は短時間焼鈍工程を経
て交叉冷間圧延を行う。最初に行う冷間圧延の方向が、素材の熱間圧延
或は連続鋳造方向と一致する方が、該方向に直角
な方向に冷間圧延する場合よりも製品の磁束密度
が高くなる。しかし、最初り行う冷間圧延の方向が、素材の
熱間圧延或は連続鋳造方向に直角な方向である場
合であつても、得られる製品の結晶方位が｛100｝
＜001＞或はその近傍の二方向性電磁鋼板である
ことに変わりはない。冷間圧延後の材料は、通常、鋼中に含まれる微
量のＣを除くため、湿水素雰囲気中、750〜1000
℃の温度域で短時間の脱炭焼鈍を行う。本発明を特徴づける鋼板中への窒素増量処理
は、最終冷延後に行う短時間処理工程即ち前記脱
炭焼鈍中又は脱炭焼鈍後の追加焼鈍で、或いは、
仕上焼鈍の昇温過程の何れかで行なわれる。ここでは、脱炭焼鈍後の追加焼鈍を、アンモニ
ア含有雰囲気中で種々の時間行い、鋼板中の窒素
量を種々変化させたときの製品の磁束密度を示
す。そのときの処理プロセスは、以下の通りであ
つた。Ｃ：0.055％、Si：3.23％、酸可溶性Al：0.028
％、total Ｎ：0.0073％、残部：Feおよび不可避
的不純物からなる1.65mm厚さの熱延板に、1000℃
で２分間の焼鈍を施した後、熱間圧延における同
一方向に65％の圧下率で冷間圧延し更に、前記冷
間圧延方向に交叉する方向（実質的に直交方向）
に60％の圧下率を適用する冷間圧延を行つた。かくして得られた冷延板に、湿水素雰囲気下、
810℃で90秒間の脱炭焼鈍を行つた。この脱炭焼
鈍後の材料の窒素含有量は、素材におけるそれと
同じ0.0075％であり、この段階では窒化していな
い。脱炭焼純後の材料を、NH₃：10％を含有する
雰囲気中、55℃で（10〜360）秒間追加焼鈍して
窒化した。こうして得られた材料に、焼鈍分離剤として
MgOを塗布し乾燥した後（25％N₂＋75％H₂）雰
囲気中で昇温し、100％H₂雰囲気中で1200℃で20
時間の純化焼鈍を行つた。得られた製品のB₁₀値
と、仕上焼鈍前に行つた追加焼鈍（鋼板の窒化処
理）による窒素増量との関係を、第１図に示す。第１図から明らかなように、増窒素処理を行わ
ないと、二次再結晶が起こらず磁束密度（B₁₀
値）が低い。一方、窒素増量が多過ぎると、製品
の結晶粒が極めて大きくなり、｛100｝＜001＞以外
の方位粒の出現頻度が高くなり、B₁₀値が低くな
る。窒素増量が0.002〜0.060％の範囲で、1.88Tesla
以上のB₁₀値が得られ、0.0060〜0.0200％の範囲
で、最も高い磁束密度の製品が得られる。上記以外の窒素増量手段としては、焼鈍分離剤
中に、仕上焼鈍過程で分解して窒素を放出し鋼板
を窒化する、金属窒化物、アンモニア化物を添加
する方法或は脱炭焼鈍における雰囲気に窒化能を
持たせて材料を処理する方法が手段となり得、特
に拘らない。しかしながら、冷間圧延前の材料に対して窒素
増量処理を行つてもその効果はなく、冷間圧延後
の焼鈍過程で窒素増量を行つたときのみ、効果が
ある。〔実施例〕実施例１重量％で、Ｃ：0.048％、Si：3.40％、Mn：
0.14％、酸可溶性Al：0.023％、total Ｎ：0.0035
％、残部：Feおよび不可避的不純物からなる、
1.65mm厚さの熱延板を、1070℃で２分間焼鈍し、
冷間圧延方向と同一方向に65％の圧下率を適用す
る冷間圧延を行つた。さらに、前記冷間圧延方向
に交叉する方向に60％の圧下率を適用する冷間圧
延を行つて、0.23mmの最終板厚とした。この冷延板を、湿水素雰囲気中、810℃で90秒
間脱炭焼鈍した。次いで、焼鈍分離剤として、MnNを、それぞ
れ０、２、５および10％含有するMgOを材料に
塗布した後、N₂：10％＋H₂：90％の雰囲気中で
昇温し、H₂：100％の雰囲気中、1200℃で20時間
の純化焼純を行う仕上焼鈍を行つた。こうして得られた製品のB₁₀値と、上記N₂：10
％＋H₂：90％の雰囲気中での昇温過程900℃の段
階で加熱を停止（切電）して材料を取りだし分析
した鋼板のtotal Ｎ量を、第１表に示す。第１表
から明らかなように、焼純分離剤中にMnN添加
がなく窒素増量が少ない場合は、製品のB₁₀値が
低い。これに比し、焼鈍分離剤中にMnNを添加
し、適切な窒素増量がある場合は、製品のB₁₀値
が高い。

【表】実施例２実施例１におけると同一の成分からなる、厚さ
1.4mmの熱延板を、1070℃で２分間焼純した。次
いで、熱間圧延の方向と同一の方向に50％および
65％の圧下率を適用する冷間圧延を行い、更に前
記冷間圧延方向に交叉する方向にそれぞれ67％お
よび53％の圧下率を適用する冷間圧延を行つて
0.23mmの最終板厚とした。他方、上記熱延板を1070℃で２分間焼鈍した後
に、熱間圧延方向に交叉する方向に50％および65
％の圧下率を適用する冷間圧延を行い、更に前記
冷間圧延方向に交叉する方向にそれぞれ67％、53
％の圧下率を適用する冷間圧延を行つて0.23mmの
最終板厚とした。この４種類の冷延板を、湿水素雰囲気中、810
℃で90秒間脱炭焼鈍した。得られた材料に、焼鈍分離剤として、10％の
MnNを含有するMgOを塗布した後、N₂：10％
＋H₂：90％の雰囲気中で昇温し、H₂：100％の
雰囲気中、1200℃で20時間純化焼純する、仕上焼
純を行つた。得られた製品のB₁₀値を、第２表に示す。第１回目、第２回目の冷間圧延の如何に拘わら
ず、ほぼ同一のB₁₀値が得られた。

【表】実施例３実施例１における同一の成分からなる、1.8mm
厚さの熱延板を、１つは熱間圧延まま、他の１つ
は950℃で２分間、更に他の１つは1070℃で２分
間焼鈍した。これらを、熱間圧延方向と同一方向に63％の圧
下率を適用する冷間圧延を行い、更に前記冷間圧
延方向に交叉する方向に55％の圧下率を適用する
冷間圧延を行つて0.30mmの最終板厚とした。こう
して得られた３種類の冷延板を、湿水素雰囲気
中、810℃で120秒間脱炭焼鈍した。次いで、焼鈍
分離剤として、10％のMnNを含有するMgOを塗
布した後、N₂：10％＋H₂：90％の雰囲気中で昇
温し、H₂：100％雰囲気中で純化焼鈍する仕上焼
鈍を行つた。得られた製品のB₁₀値を、第３表に示す。熱延板焼鈍を行うと、特に高いB₁₀値の製品が
得られ、現在の一方向性電磁鋼板の冷間圧延方向
におけると同等以上のB₁₀値をもつ二方向性電磁
鋼板を得ることができた。

【表】実施例４重量％で、Ｃ：0.051％、Si：3.25％、Mn：
0.12％、total Ｎ：0.0065％、残部：Feおよび下
可避的不純物からなる溶鋼にAlを添加し、それ
ぞれ0.005％、0.009％、0.020％、0.032％および
0.058％の酸可溶性Al含有量とした。この溶鋼か
ら2.0mm厚さの熱延板を得、1070℃で２分間焼鈍
した。次いで、熱間圧延方向と同一方向に、67％
の圧下率を適用する冷間圧延を行い、更に、前記
冷間圧延方向に交叉する方向に55％の圧下率を適
用する冷間圧延を行つて、0.30mmの最終板厚とし
た。この冷延板を、湿水素雰囲気中、810℃で120秒
間脱炭焼鈍した。次いで、10％のNH₃を含む雰
囲気中、800℃で60秒間の窒素増量処理を行つた。処理後の鋼板の窒素含有量は、0.028％であつ
た。この材料（鋼板）に焼鈍分離剤としてMgO
を塗布した後、N₂：10％＋H₂：90％の雰囲気中
で昇温し、H₂：100％雰囲気中、1200℃で20時間
純化焼鈍する仕上焼鈍を行つた。得られた製品のB₁₀値を、第４表に示す。本発明で規定する範囲の酸可溶性Alを含有し
たとき、高いB₁₀値の製品が得られた。

【表】〔発明の効果〕この発明は、以上延べたように構成しかつ、作
用せしめるようにしたから、現在、最高レベルの
一方向性電磁鋼板の冷間圧延方向におけるB₁₀値
と同等以上のB₁₀値を二方向にもつ、二方向性電
磁鋼板を、簡潔なプロセスで製造し得る効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のプロセスによつて最終的に
得られた製品の、それぞれの冷間圧延方向におけ
るB₁₀値を、窒素増量との関係において示した図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１重量％で、Si：1.8〜4.8％、酸可溶性Al：
0.008〜0.048％、残部：Fe及び不可避的不純物か
らなる珪素鋼板に、40〜80％の圧下率を適用する
冷間圧延を施し、更に前記冷間圧延における圧延
方向に交叉する方向に、30〜70％の圧下率を適用
する冷間圧延を行い、次いで750〜1000℃の温度
域で短時間焼鈍を施した後、900〜1200℃の温度
域で最終焼鈍する二方向性電磁鋼板の製造方法に
おいて、前記30〜70％の圧下率を適用する最終冷
間圧延の後に行う短時間焼鈍工程或は最終焼鈍工
程における二次再結晶の発現以前の昇温過程で、
材料のＮ含有量がtotal Ｎ量として0.002〜0.060
％となる如く窒化せしめることを特徴とする二方
向性電磁鋼板の製造方法。２重量％で、Si：1.8〜4.8％、酸可溶性Al：
0.008〜0.048％、残部Fe及び不可避的不純物から
なる珪素鋼板に、40〜80％の圧下率を適用する冷
間圧延を施し、更に、前記冷間圧延における圧延
方向に交叉する方向に、30〜70％の圧下率を適用
する冷間圧延を行い、次いで750〜1000℃の温度
域で短時間焼鈍を施した後、900〜1200℃の温度
域で最終焼鈍する二方向性電磁鋼板の製造方法に
おいて、前記40〜80％の圧下率を適用する冷間圧
延に先立つて珪素鋼板に750〜1200℃の温度域で
30秒〜30分間の焼鈍を行うとともに、前記30〜70
％の圧下率を適用する最終冷間圧延の後に行う短
時間焼鈍工程或は最終焼鈍工程における二次再結
晶の発現以前の昇温過程で、材料のＮ含有量が
total Ｎ量として0.002〜0.060％となる如く窒化
せしめることを特徴とする二方向性電磁鋼板の製
造方法。