JPH02156024A - 電磁鋼板の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、モーターやトランスの鉄心材料として用いら
れる電磁鋼板の製造法に関する。さらに詳しくは本発明
は、板面に対して垂直方向に〈１゜Ｏ＞軸が高度に集積
し、低鉄損で高磁束密度を有する電Ｍｉｗ板の製造法に
関するや （従来の技術） ｔｍ鋼板に対しては、機器の電力損失を低減し小型化を
図るため、低鉄損・高磁束中変化という磁気特性の改善
が従来から強く求められている。

電磁特性を改善するため、電気抵抗を高めたりあるいは
粒径をある程度大きく実るなどの方法が採用されている
が、磁気特性の飛躍的な向上を図るには、磁化容易軸で
ある＜１００＞軸を磁化の方向にそろえることが最も有
効な方法である。

この方法を利用したものが一方向性電磁鋼板であり、こ
れは圧延方向に＜１００＞軸が集積し、圧延方向に磁界
をかけて使用した場合には優れた磁気特性を示す、この
一方向性７！１磁鋼板はトランスのような一方向にのみ
磁化をかけて使用する機器に対しては極めて有効な方法
であるが、モーターのように板面内の全方向にわたって
磁化される機器、あるいはＥＩココアような２方向に磁
化される機器に対しては、必ずしも有効な方法とはいえ
ない。

ところでモーターのような機器に対しては、〈１００＞
方位が板面内に無方向に分布した集合組織であることが
最も適している。このような集合組織を形成するために
は、板面垂直方向に＜１００＞軸が高密度に集積してい
ることが必要である。

一方、ＥＩココアような機器に対しては、（１００）＜
００１＞方位あるいは（１００）　＜０１１＞方位のよ
うな面内の２方向に＜１００＞軸が存在するような集合
＆１１織が最も適している。このような集合組織を形成
するためには、モーターの場合と同じように板面垂直方
向に＜１００＞軸が高密度に集積していることが必要で
ある。

以上のような板面垂直方向に＜１００＞軸を有する電Ｖ
Ａｍ板の製造方法として、以下の方法が知られている。

（１）凝固組織を用いる方法 ■溶湯急冷を利用する方法 高速回転する冷却ロールの表面に溶湯を吹き出し、０．
０５〜０．５ｍｍ厚さ程度の薄板を直接装造する方法で
ある。この方法により６重量％程度の５４を含有する珪
素鋼薄帯を製造すると板面に垂直かもしくはそれから２
０〜３０°傾いた方向に長軸を有する柱状粒組織となる
。

■インゴット柱状晶の（１００）繊維組織を利用する方
法 特殊な鋳造方法によって製造した柱状晶インゴットを０
００１面が圧延面となるように圧延し、１０００’Ｃ以
上の温度で焼鈍する方法である。

（２）表面エネルギーを利用する方法 厚さ０．１５ｍｍ以下の１珪素鋼板の場合、弱酸化性で
あって１０００℃以上の温度の雰囲気中で焼鈍する方法
であり、結晶粒は一度板厚程度の大きさに成長した後、
板面垂直方向に＜１００＞軸を有する結晶粒が表面エネ
ルギーを駆動力として優先成長す（３）交叉圧延を利用
する方法 微量のＡＱ等を添加した珪素鋼を交叉圧延し、１１５０
°Ｃで最終焼鈍を行うことにより、（１００１＜ｏｏｌ
〉方位の結晶粒を２次再結晶させる方法である。

（４）γ単相温度域からの冷却による方法（特開昭５３
−３１５１５号）であって、本質的にＣを含有しない鋼
板をＴ単相域へ昇温した後徐冷して、その時のＴ−α変
態によって板面垂直方向に＜１００＞軸を集積させる方
法である。

（発明が解決しようとする課題） このように従来から板面垂直方向に＜１００＞軸を有す
る電磁鋼板の製造方法が種々開示されているが、これら
の公知方法はかかる電磁鋼板の製造法として万全ではな
く、それぞれ何らかの問題を存している。

すなわち前記の（１）−〇の方法では、＜１００＞軸の
集積度が低くかつ板厚精度、占積率の点で不充分である
。

また（１）−■、（２）および（３）の方法で得られる
組織は集積度を高めようとすると非常に大きな結晶粒組
織となり、異常渦電流損が増大してしまうとともに、（
＋）−■の方法では特殊な鋳造方法によるインゴットを
用い、（２）の方法では０．１５ｍｍ以下という薄い板
にしか適用することができず、さらに（３）の方法では
交叉圧延という長尺の薄板には適用できない圧延方法に
よっており、工業的には実用化が非常に困難である。

さらに（４）の方法では、板面垂直方向の＜１００＞軸
密度はランダムなものの、高々３〜７倍程度であり、従
って磁気特性も不十分である。

以上のように、従来の電磁鋼板の製造法には様々な問題
があり、これらの問題の解決が望まれていたのである。

ここに本発明の目的はこれらの問題を全て解決すること
ができる電！ｆｆｍ板の製造法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、前記課題を解決するため種々検討を重ね
た結果、冷間圧延電磁鋼板を弱酸化雰囲気中で焼鈍する
と、まず弱脱炭反応が起こり、Ｔ相またはくα＋γ）相
からα相へ変態するが、この際に板面に垂直方向に＜　
１００　＞軸が強く配向すること、およびこの結晶組織
番強脱炭すれば板厚中心に向ってこの方位が成長するこ
とを見い出した。

しかし工業的にこの高温での焼鈍を行う場合にはタイト
コイルで焼鈍を行う必要があるが、この焼鈍時にタイト
コイルの幅方向の中央部で脱炭が生じにくくなるため、
＜１００＞軸が均一に配向しないという問題が生じてし
まう。

そこで本発明者らはこれを防ぐ方法を検討した結果、焼
鈍前にタイトコイルに散布する焼鈍分離剤中に脱炭を促
進させる物質を混ぜておき、その後に焼鈍を行うことに
より、焼鈍時に脱炭が均一に進行し、板面に垂直方向に
＜１００＞軸が強く配向することを見い出し、本発明を
完成した。

ここに本発明の要旨とするところは、重量％でＣ：　０
．０２〜１％、Ｓｉ＋ＡＱ：　０．２〜７％、残部Ｐｅ
および不可避的不純物 からなる鋼組成を存する冷間圧延鋼板の表面に、焼鈍分
離剤中に含有せしめたＦｅ、、Ｔｉ、■、Ｎｂ、　Ｔａ
、Ｚｒ、　Ｃｒ、　Ｗ、　Ｍｏ、　Ｍｎ、ＣｕＳＮｉ、
およびＰｂから成る群から選ばれた１種もしくは２種以
上の元素を有する合金または化合物の粉末を散布した後
に、（α＋γン二相領域またはγ単相領域の温度域で焼
鈍し、さらにα単相となる温度域で Ｃ：　０．０１％以下 となるまで焼鈍することを特徴とする、を位鋼板の製造
法である。

本発明の好適ａ様によれば、上記ｔｍ鋼板はさらにＭｎ
：５％以下含有していてもよい。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお、本明
細書において、特にことわりがない限り「％」は「重量
％」を意味するものとする。

まず本発明にかかる電磁鋼板の製造法を略述すると次の
ようになる。

すなわち前述のように、コイルの幅方向の中央部におい
て脱炭が生じにくくなることを防止するために、脱炭を
進行させる目的で用いるアルミナおよび／またはマグネ
シアなどに例示される焼鈍分離剤中に、後述する脱炭を
促進させる物質を混入して粉末とし、この粉末を冷間圧
延鋼板の表面に焼鈍前に散布しておく。

そして、この冷間圧延鋼板をコイルに巻き取る。

次に、後述するように炭ｌｌｆを選定することによりＴ
相領域を拡大した冷間圧延＊Ｆｉを、まず（α＋γ）二
相領域またはγ単相領域の温度域で焼鈍する。一般には
８００〜１２００℃の温度域で真空中、もしくは露点−
２０°Ｃ以下の不活性ガスにＣＯガス、Ｃ０８ガスおよ
びＨ８ガスなどを混合した雰囲気中で焼鈍する。この焼
鈍によって表面から５〜８０Ｉｌ１１の部分が脱炭され
、α単相となる。内部は依然として（α＋γ）二相また
はγ単相のままである。

このような弱脱炭性の雰囲気中では、表面部分は容易に
脱炭されるが、表面から１００μ曽以上まで脱炭するに
は、非常に多くの時間を要するので、表面のα結晶粒は
内部へはゆっくりとしか成長せず、板面内方向へと２次
元的に成長する。

このとき、板面に対し垂直方向に＜ｉｏｏ＞軸を有する
結晶粒が優先的に成長し、表面のα単相領域は板面垂直
方向に＜１００＞軸が強く配向した組繊となる。この表
面のα結晶粒の直径は、３０〜５００μ−程度であるが
、集積度は非常に高い。

続いて、このようにして弱脱炭性の雰囲気での焼鈍を終
えた冷間圧延鋼板を、強く脱炭の生じる温度、たとえば
露点が＋３０℃の水素中で６００°Ｃ以上かつ脱炭後に
α単相となる温度でＣ：０．０１％以下になるまで焼鈍
すると、表面のα結晶粒が内部の（α＋セメンタイト）
二相領域、　（α＋γ）二相領域またはγ単相領域に向
って成長しα相の柱状粒組織となるが、この際表面で生
成した［１００１集合ｍｓａが内部にまで成長し、板面
に垂直方向に＜１００＞軸が強（配向するのである。

次に本発明において用いる冷間圧延調板の組成を限定す
る理由について説明する。

Ｃ： Ｔ相域を拡大し、（α＋γ）→α変態またはＴ→α変態
による集合組織の制御を行うために、後述する最終焼鈍
前の段階で０．０２％以上、好ましくは、０．０５％以
上含有することが有効である。上限は、脱炭時間を抑え
るために１％以下、絆ましくは０．３％以下とする。ま
た最終焼鈍後の段階では、磁気特性を劣化させないため
に０．０１％以下とし、好ましくは０．００３％以下と
する。

Ｓｉ＋ＡＱ： 鉄損低下のため電気抵抗値を増加し、かつ機械的強度を
窩める目的でＳｉ、ＡＱは１種もしくは２種を総量で０
．２％以上添加する。一方、過剰に加えると磁束密度が
低下し、かつ脆化するため７％以下とする。

また所望により添加を行っても本発明の効果を減じない
元素およびその量は、次の通りである。

Ｎ≦０．０５％、Ｃｏ５１％、Ｎｉ５２％、Ｍｏ５１％
、Ｃｒ５１％、Ｃｕ５１％、Ｓ≦０．５％、Ｐ≦０．５
％、八Ｓ≦０．０５％、　Ｓｅ≦０．０５％、　ｓｂ≦
０．１　％、　　Ｂ≦０．０１％、ＴａＳ２．１％、Ｖ
≦０．０５％、Ｔｉ≦０．０５％。

なお必要に応じて阿ｎを添加することが有効であｈｎ： 電気抵抗を増大させ渦電流損を低下させるためと、γ相
域を拡大しくα＋γ）またはγ→α変態による集合ｍ織
制御を容易にするため添加することが好ましい、しかし
、あまり多量に加えると変Ｂ温度が過度に低下してしま
う。最終焼鈍の後期は、脱炭後α単相となる温度で焼鈍
する必要上この焼鈍温度をあまり低下させないために、
脱炭後のα相から（α＋γ）相への変態温度が８００℃
以上となるよう添加する。しかしあまり過剰に加えると
磁束密度が低下するため、５％以下とすることが好まし
い、具体的に添加できるＭｎ量は、α相域拡大元素であ
るＳｔおよびＡＱの含有量に関係するが、（Ｓｉ＋ＡＱ
）を２％含有する場合はおよそ３．５％以下、（Ｓｉ＋
ＡＱ）を３％含有する場合はおよそ５％以下である。

冷間圧延鋼板の、上記以外の成分はＦｅおよび不可避的
不純物である。

ま六本発明において用いる冷間圧延鋼板は、冷間圧延を
施したものであればよく特に制限を必要としない。ここ
で冷間圧延とは再結晶の生じない５００℃以下の温度で
の圧延をいう、冷間圧延に際しては、好ましくは２０％
以上、より好ましくは５０％以上の圧下率の圧延を行う
ことが良い、また中間焼鈍をはさんで複数回圧延しても
良い、板厚は本質的に制限はないが、実用上の見地から
は脱炭に長時間を要するので２１Ｗｏｌ以下であること
が好ましい。

次に本発明における焼鈍の条件について詳述する。

（１）第１段目の焼鈍 脱炭前に（α＋γ）の二相混合状態もしくはγ相単相の
状態で、脱炭された場合にα単相となる温度で行う。こ
のときの雰囲気は、板表面から５〜８０μｍ程度の深さ
の領域が脱炭され、α単相となりそれ以上内部まで脱炭
が進行し難い、弱脱炭性の雰囲気であることが好ましい
、均熱時間は、組成、温度、雰囲気により決まる。

このような遅い脱炭によって（α＋γ）相あるいはγ相
から７相へとゆっくりと変態させ、かつ板面と平行な方
向へとα結晶粒を成長させると、板面に対し垂直な方向
に＜１００＞軸を有するα結晶粒が選択的に生成、成長
する。

（２）第２段目の焼鈍 ６００°Ｃ以上の温度でかつ、脱炭後α単相となる温度
で行う、このときの雰囲気は、内部まで脱炭が進行する
強脱炭性の雰囲気である。

上述の第１段目、第２段目の焼鈍は連続して行っても良
く、特に板厚の薄い場合は、第２段目の焼鈍を省略する
こともできる。

また第１段目の焼鈍後冷間圧延調板の表面に絶縁コーテ
ィングを施し、その後第２段目の焼鈍を行っても良い。

次に本発明における焼鈍雰囲気について説明する。

前記第１段口の焼鈍の雰囲気としては次のいずれかを用
いることが望ましい。

（１）　１　ｔｏｒｒ以下ノ真空： １　ｔｏｒｒ以下の真空であれば、弱脱炭性で弱酸化性
の雰囲気が得られる。さらに工業的に達成可能な限り低
真空でもよい。

（２）ｎ点−７０°Ｃ以上、−２０°Ｃ以下ノ不活性カ
ス、ＣＯガス、Ｃ（ｈガスおよびＨｚガスの１種もしく
は２種以上からなる雰囲気： さらに前記第２段目の焼鈍雰囲気としては、脱炭速度を
大きくするため露点−２０℃以上の不活性ガスおよびＨ
２ガスの１種もしくは２種以上からなる雰囲気を用いる
。但し、浸炭しない範囲でＣＯガスまたはＣＯ２ガスを
含存していても良い。

また脱炭を促進させる物質として、Ｆｅ、　Ｔｉ、■、
Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｚｒ、　Ｃｒ、　ＷＳＭｏ、、Ｍｎ、
　Ｃｕ、　Ｎｉ、およびＰｂから成る群から選んだ１種
もしくは２種以上の元素を含んだ合金または化合物の粉
末を用いてもよい。

これらの物質による脱炭の進行過程は次のように表わさ
れる。

即ち、Ｃとの親和力の比較的高いＦｅ、　Ｔｉ、■、Ｎ
ｂ、　Ｔａ５Ｚｒ、　Ｃｒ、　Ｗ、　ＭｏＳＭＪＩおよ
びそれらから成る合金においては、Ｔｉの場合を例にと
れば、次のような反応により、脱炭が進行する。

Ｃ（母材中）＋−０□−ｃｏ　（ｇ）　　・・・（１）
Ｔｉ　（分離剤中）＋Ｃ０−ＴｉＣ÷−〇！・・・（２
）式（＋１、（２）より、総括的には、式（３）のよう
な形態で反応が進行する。

Ｃ（母材中）　＋Ｔｔ　（分離剤中）＝ＴｉＣ・・・（
３）また、Ｃとの親和力が比較的低いＣｕ、、Ｎｉ、　
Ｐｂ。

Ｆｅ、　Ｍｎなどは酸化物の形で脱炭に寄与する。Ｆｅ
Ｊ：＋を例にとれば、 Ｃ（母材中）　＋　　　Ｏｚ＝ＣＯ（ｇ）　　・・・（
４）式（４）、（５）より、総括的には、式（６）のよ
うな形態で反応が進行する。

以上詳述してきた本発明にがかる電磁鋼板の製造法によ
り、板面に対して垂直方向に＜１００＞軸が高度に集積
した低鉄損で高磁束密度を有する電磁鋼板を製造するこ
とが可能となる。

さらに本発明を実施例を用いて詳述するが、これは本発
明の例示でありこれにより本発明が不当に制限されるも
のではない。

実施例１ 第１表に示ずＢの組成を有する鋼を真空溶製し、インゴ
ットを作製した後、３１Ｍ１１の厚さまで熱間圧延し、
その後０．５１の厚さまで冷間圧延した。

第１表　　　　　（重量％） そして冷間圧延鋼板を１０ｃｍ角に切断しこれらを３枚
積み重ね、一方の層間にはＡＱｚｏｓの粉末を、もう一
方の層間にはＡＱｚｏｓの粉末とＦｅの粉末の混合物を
、それぞれ焼鈍分離材として充填した後、−段目焼鈍と
して１０−’ｔｏｒｒの真空中で９５０°Ｃにて３時間
焼鈍を行い、その後積み重ねられた３枚の板のうちの真
中の１枚を取り出し、板の両面について＜１００＞軸密
度を調査した。

＜１００＞軸密度は、ＥＣＰ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｃｈ
ａｎｎｅｌ　Ｐａｔｔｅｒｎ）法により、試験片の各部
に２００個の結晶粒を測定し、板面垂直方向から±５°
以内に＜１００＞軸を有する結晶粒の数の全体に対する
比率を、配向性のない場合との比率で割った値とした。

結果を第１図および第２図に示す。

第１図に焼鈍分離剤の違いによる＜１００＞軸密度の変
化を板のエツジからの距離を様々に変えて示している。

第１図より焼鈍分離剤中にＦｅが含まれている場合は、
仮のエツジに近い部分も工・；・ジから最も離れた中心
の５ｃｍの付近でも＜１００＞軸密度はそれほど変わら
ずオーブンに近い軸密度であるのに対し、焼鈍分離剤中
にＦｅが含まれていない場合には、板の中心に近づくに
つれて＜　１００　＞軸密度は低下していき、中心の５
ｃｍの部分では、わずか２倍程度になっていることがわ
かる。

第２図に仮の中心部分の断面の金属組織の写真を示すが
、焼鈍分離材中にＦｅが含まれている場合は、表層部か
ら５０ｕｍの脱炭による柱状粒の生成が認められるが、
Ｆｅが含まれていない場合には柱状粒の生成は認められ
ない、すなわちＦｅが含まれていない場合に＜１００＞
軸密度が低かったのは脱炭が起こらなかったためであり
、この場合のＦｅの役割は鋼中のＣの脱炭を促進するこ
とである。

実施例２ 第１表に示す綱を真空溶製しインゴットを作製した後、
３１の厚さまで熱間圧延しさらに０．５ｓｕｗの厚さま
で冷間圧延した。その後第２表に示す条件で１段目およ
び２段目の焼鈍を行９た。

この試料について中央部の断面光学顕微鏡観察による結
晶粒組織の状態および＜１００＞軸密度につき調査した
。なおく１００＞軸密度は、ＥＣＰ法によった。結果を
第２表に示す。

本発明にかかる方法によりｆｉ積度の高い［１００１面
集合組織が形成されていることが明らかである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明により優れた磁
気特性を有する無方向性ｉ磁鋼板を工業的規模で生産す
ることが可能となった。

かかる効果を有する本発明の意義は著しい。

【図面の簡単な説明】 第１図は、焼鈍分離剤の違いによる＜１００＞軸密度の
変化を表わすグラフ７および 第２図は、本発明に係る電磁鋼板の断面の金属組織の写
真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で Ｃ：０．０２〜１％、Ｓｉ＋Ａｌ：０．２〜７％、残部
   Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する冷間圧延鋼板の表面に、焼鈍分
   離剤中に含有せしめたＦｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚ
   ｒ、Ｃｒ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＰｂか
   ら成る群から選ばれた１種もしくは２種以上の元素を有
   する合金または化合物の粉末を散布した後に、（α＋γ
   ）二相領域またはγ単相領域の温度域で焼鈍し、さらに
   α単相となる温度域でＣ：０．０１％以下 となるまで焼鈍することを特徴とする、電磁鋼板の製造
   法。
2. （２）前記冷間圧延鋼板が、さらに、重量％でＭｎ：５
   ％以下 を含有する請求項（１）記載の電磁鋼板の製造法。