JPH02243715A - 板厚方向の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製造方法 - 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） 本発明は板厚方向磁気特性が均一で、低磁場での磁束密
度が高い無方向性電磁厚板の製造方法を提供するもので
ある。

（従来の技術） 近年最先端科学技術である素粒子研究や医療機器の進歩
に伴って、大型構造物に磁気を用いる装置か使われ、そ
の性能向上が求められている。直流磁化条件で使用され
る磁石用、あるいは磁場を遮蔽するのに必要な磁気シー
ルド用の材料では、低磁場での高い磁束密度が求められ
ているか、さらに構造物が巨大化するに従い、使用鋼材
の磁気特性のバラツキの少ない、特に板厚方向磁気特性
の均一な鋼材が要求されるようになった。

磁束密度に優れた電磁鋼板としては、従来から薄板分野
で珪素鋼板、電磁軟鉄板をはじめとする数多くの材料か
提供されているのは公知である。

しかし、構造部材として使用するには組立加工及び強度
上の問題があり、厚鋼板を利用する必要が生じてくる。

これまで電磁厚板としては純鉄系成分で製造されている
。たとえば、特開昭ＧＯ−９６７４９号公報が公知であ
る。

しかしながら、近年の装置の大型化、能力の向上等に伴
いさらに磁気特性の優れた、特に低磁場、たとえば８０
Ａ／ｍでの磁束密度の高い鋼材開発の要望が強い。従来
開発された鋼材では、８０Ａ／ｍでの低磁場の高い磁束
密度か安定して得られていない。

これに加え実用上問題となる使用鋼材の磁気特性のバラ
ツキ、特に板厚方向磁気特性の均一性に関する考慮はな
されていない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は以上の点を鑑みなされたもので、板厚方
向磁気特性が均一で、低磁場での磁束密度の高い無方向
性電磁厚板の製造方法を提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明は重量％で、Ｃ：　０．０１％以ド、Ｓ　ｊ：０
．０２％以ド、Ｍ　ｎ　：　０　、２０％以下、Ｓ　：
０．０１０％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｍ　ｏ　：
　０　、０ｆ％以下、Ｃｕ：ｏ、旧％以下を含有し、Ａ
ｌ：０．００５−０．０４０％、Ｃａ：０．０００５−
０．０１％のうちいずれか一方で脱酸し、Ｎ　：０．０
０４％以下、Ｏ：０．００５％以下、Ｈ：　０．０００
２％以下を含み、残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片
または、鋳片を９５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃
以上で圧延形状比Ａか０．６以上の圧延パスを１回以上
はとる圧延を行ない、引続き８００℃以下で圧下率を１
０〜３５％とする圧延を行ない、板厚５０ｍｍ以上の厚
板については６００〜７５０℃の脱水素熱処理を行なっ
た後、必要に応じて７５０〜９５０°Ｃで焼鈍するかあ
るいは９１０〜１０００℃で規準し、板厚５０ｍｍ未満
については７５０〜９５０°Ｃで焼鈍するかあるいは９
１０〜１０００℃で規準することを特徴とする板厚方向
磁気特性が均一で、低磁場での磁束密度が高い無方向性
電磁厚板の製造法である。

たたし、 Ａ＝（２Ｒ（ｈ、−ｈ　　））／（ｈ、−＋−ｈ　）Ａ
　：圧延形状比 り、：入側板厚　（關） ｈ　：出側板厚　（ｍｍ） Ｒ：圧延ロール半径（關） （作　　用） まず、低磁場での磁束密度を高くするために磁化のプロ
セスについて述べると、消磁状態の鋼を磁界の中に入れ
、磁界を強めていくと次第に磁区の向きに変化が生じ、
磁界の方向に近い磁区が優勢になり他の磁区を蚕食併合
していく。つまり、磁壁の移動が起こる。

さらに磁界が強くなり磁壁の移動が完了すると、次に磁
区全体の磁化方向に向きを変えていく。この磁化プロセ
スの中で低磁場での磁束密度を決めているのは、磁壁の
移動しやすさである。つまり低磁場で高磁束密度を得る
ためには、磁壁の移動を障害するものを極力減らすこと
であると定性的に言うことかできる。

この観点から従来磁壁の移動の障害となる結晶粒の粗大
化が重要な技術となっていた（特開昭８０−９６７４９
号公報）。

発明者らは、ここにおいて低磁場で高磁束密度を得なが
ら、特に板厚方向磁気特性を均一にするためには、単に
結晶粒の粗大化をねらったのでは圧延中の歪分布、温度
分布の不均一性により不可避的に混粒となるため達成困
難であることを見出した。そこでこれを解決するものと
して板厚方向の粒径が均一となるやや粗い粒径（粒度Ｎ
ｏ、で１〜４番）とし、その粒径を板厚各位置でそろえ
る製造法を完成したものである。

比較的低温の加熱を行ない加熱γ粒を板厚方向にそろえ
、さらに８００℃以下で軽圧下を加えることで適当な粒
成長をはかる。その結果巨大粒を得るのではなく、やや
粗粒な板厚方向に均一な粒径を得る。そして、この８０
０℃以下の軽圧下で導入された集合組織により、磁区の
方向をそろえ、低磁場での磁壁の移動を容易とし、磁気
特性を向上させる。

第１図に０．００５Ｓｉ　−０，０６Ｍｎ　−０，０１
５Ａｌ鋼での８００℃以下の圧下率と８０Ａ／ｍでの磁
束密度及び磁束密度のバラツキを示す。

１０〜３５％の軽圧下により、高磁束密度と板厚方向の
磁束密度の均一性が得られる。

さらに低磁場での高磁束密度を得るための手段として、
内部応力の原因となる元素及び空隙性欠陥の作用につき
詳細な検討を行ない、所期の目的を達成した。

まず、磁壁移動を妨げるＡｌＮを減少するため、／ＩＩ
、Ｎを低下すること、特にＡ、Ｑ無添加（Ａρく口、０
０５％）にすることが望ましい。内部応力減少のための
元素の影響としては、Ｃの低下が必要である。

第２図に示す０．０１Ｓｉ　−０，Ｉ　Ｍｎ−０，０１
１！鋼にあってＣ含有量の増加につれ低磁場（８０Ａ／
ｍ）での磁束密度が低下している。

また、空隙性欠陥の影響についても種々検討した結果、
そのサイズが１００μ以上のものが磁気特性を大幅に低
下することを知見したものである。

そしてこの１００μ以上の有害な空隙性欠陥をなくすた
めには圧延形状比Ａが０．６以上必要であることを見出
した。

ただし、 Ａ＝　（２Ｒ（ｈ、　−ｈ　　）　）　／　（ｈ、　＋
ｈ　　）Ａ　：圧延形状比 り、二人側板厚　（ｍｍ） ｈ　：出側板厚　（止） Ｒ：圧延ロール半径（關） さらに、鋼中の水素の存在も第３図に示すように有害で
、脱水素熱処理を行なうことによって磁気特性が大幅に
向上することを知見した。

第３図に示すように０．００７Ｃ−０，０１Ｓ　ｉ　−
０，１Ｍｎ鋼にあって高形状比圧延により空隙性欠陥の
サイズを１００μ以下にし、かつ脱水素熱処理により鋼
中水素を減少することで、低磁場での磁束密度が大幅に
上昇することがわかる。

次に成分限定理由を述べる。

Ｃは鋼中の内部応力を高め、磁気特性、特に低磁場での
磁束密度を最も下げる元素であり、極力下げることが低
磁場での磁束密度を低下させないことに寄与する。また
、磁気時効の点からも低いほど経時低下が少なく、磁気
特性の良い状態で恒久的に使用できるものであり、この
ようなことから、０．０１％以下に限定する。

第２図に示すようにさらに、０．００５％以下にするこ
とにより一層高磁束密度が得られる。

Ｓｔ、Ｍｎは低磁場での磁束密度の点から少ない方が好
ましく、ＭｎはＭｎＳ系介在物を生成する点からも低い
方がよい。この意味から８１は０．０２％以下、Ｍｎは
０．２０％以下に限定する。Ｍｎに関してはＭｎＳ系介
在物を生成する点よりさらに望ましくは０．１０％以下
がよい。

Ｓ、０は鋼中において非金属介在物を形成し、磁壁の移
動を妨げる害を及ぼし含有量が多くなるに従って磁束密
度の低下が見られ、磁気特性を低下させるので少ないほ
どよい。このため、Ｓはｏ、ｏｔｏ％以下、Ｏは０．０
０５％以下とした。

Ｃｒ　、Ｍｏ、Ｃｕは低磁場での磁束密度を低下させる
ので少ないほど好ましく、また偏析度合を少なくするこ
とから極力低くすることが必要であり、この意味からＣ
ｒは０．０５％以下、Ｍｏは０．０１％以下、Ｃｕは０
．０１％以下とする。

Ａ、Ｑ、Ｃａは脱酸剤として用いるもので、Ａｌｌは０
．００５％以上必要であるが、多くなりすぎると介在物
を生成し鋼の性質を損なうので上限は０．０４０％とす
る。さらに磁壁の移動を妨げる析出物であるＡρＮを減
少させるためには低いほどよく、望ましくは０．０２０
％以下かよい。ＣａはＡｌ１　＜０．００５％の場合、
Ａｌに代わる脱酸元素として用いられ０．０００５％以
上添加されるが、０，０１％超では低磁場での磁束密度
を低下させるので、上限は０．０１％とする。

Ｎは内部応力を高めかつＡρＮにより結晶粒微細化作用
により低磁場での磁束密度を低下させるので」１限は０
．００４％とする。

Ｈは磁気特性を低下させ、かつ、空隙性欠陥の減少を妨
げるので０．０００２％以下とする。

次に製造法について述べる。

圧延条件については、まず圧延面加熱温度を１１５０°
Ｃ以下にするのは、１１５０℃を超える加熱温度では加
熱γ粒径の板厚方向のバラツキが大きく、このバラツキ
か圧延後も残り最終的な結晶粒が不均一となるため、上
限を１１５０℃とする。加熱温度が９５０°Ｃ未満とな
ると圧延の変形抵抗が大きくなり、以下に述べる空隙性
欠陥をなくすための形状比の高い圧延の圧延負荷が大き
くなるため、９５０℃を下限とする。

熱間圧延にあたり前述の空隙性欠陥は鋼の凝固過程で大
小はあるが、必ず発生するものであり、これをなくす手
段は圧延によらなければならないので、熱間圧延の役目
は重要である。すなわち、熱間圧延１回当たりの変形量
を大きくし板厚中心部にまで変形が及ぶ熱間圧延か有効
である。

具体的には圧延形状比Ａが０，６以上の圧延パスが１回
以上を含む高形状比圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズ
を１００μ以下にすることが磁気特性によい。圧延中に
この高形状比圧延により空隙性欠陥をなくすことで、後
で行なう脱水素熱処理における脱水素効率が飛躍的に上
昇するのである。

次に８００°Ｃ以下の軽圧下により板厚方向に均一な粒
成長を図り、かつこの軽圧下で導入された集合組織によ
り磁区の方向がそろい、低磁場での磁壁の移動を容易と
し、板厚方向に均一な磁気特性の向上を図ることができ
る。

この軽圧下の圧下率としては、第１図に示すように低磁
場での磁束密度を高くするためには、最低８００℃以下
で１０％以上の圧下率が必要であるため、１０％を下限
とする。８００℃以下で３５％超の圧下率の圧下を加え
ると、板厚方向の磁気特性のバラツキが増大するため、
３５％を上限とする。

次に熱間圧延に引続き結晶粒粗大化、内部歪除去及び板
厚５０ｍｍ以上の厚手材については脱水素熱処理を施す
。板厚５０＋＋＋ｍ以上では水素の拡散がしにくく、こ
れが空隙性欠陥の原因となり、かつ水素自身の作用と合
わさって低磁場での磁束密度を低下させる。

このため、脱水素熱処理を行なうが、その際６００℃未
満では脱水素効率が悪＜７５０℃超では変態が一部開始
するので、６００〜７５０℃の温度範囲で行なう。脱水
素時間としては種々検討の結果［０，６（ｔ　−５０）
　＋　６３時間（ｔ：板厚）か適当である。

焼鈍は結晶粒粗大化及び内部歪除去のために行なうが、
７５０°Ｃ未満では結晶粒粗大化か起こらず、また９５
０℃超では結晶粒の板厚方向の均質性が保てないため、
焼鈍温度としては７５０〜９５０℃に限定する。

規準は板厚方向の結晶粒調整及び内部歪除去のために行
なうが、下限はオーステナイト域下限のＡ　ｃ　ａ点で
ある９１０℃以上で、かつ１０００℃超では結晶粒の板
厚方向の均質性か保てないので、規準温度は９１０〜１
０００℃に限定する。

なお、板厚５０ｍｍ以上の厚手材で行なう脱水素熱処理
でこの焼鈍あるいは、規準をかねることが可能である。

一方、板厚５０ｍｍ未満のものは水素の拡散が容易なた
め、脱水素熱処理は不要で前述の焼鈍または規準するの
みでよい。

（実　施　例） 次に本発明の実施例を比較例とともにあげる。

第１表に電磁厚板の製造条件とフェライト粒径、低磁場
での磁束密度、板厚方向の磁束密度のバラツキを示す。

］４ 例１〜１１は本発明の実施例を示し、例１２〜３１は比
較例を示す。

例１〜６は板厚１００ｍｍに仕上げたもので、高磁束密
度で板厚方向のバラツキも少ない。例１に比べ、例２は
さらに低Ｃ１例３，４は低Ｍｎ−、例５は低Ａｌ、例６
はＡ、Ｑ無添加で、Ｃａ添加であり、より高い磁気特性
を示す。例７〜９は５００＋＋＋ｍ、例ＩＯは４０＋ｎ
ｍｓ例１１は６ｍ＋ｎに仕上げたもので、高磁束密度で
板厚方向のバラツキも少ない。

例１２はＣが高く、例１３はＳｉが高く、例１４はＭｎ
が高く、例１５はＳが高く、例１６はＣｒが高く、例Ｉ
７はＭｏが高く、例１８はＣｕが高く、例１９はＡｊ）
が高く、例２０はＮが高く、例２１はＯが高く、例２２
はＨが高く、それぞれ上限を超えるため低磁気特性値と
なっている。例２３は加熱温度が上限を超え板厚方向の
磁束密度のバラツキが大きい。例２４は加熱温度が下限
をはずれ最大形状比が小さいため、低磁束密度で板厚方
向のバラツキも大きい。

例２５は８００℃以下の圧下率が下限をはずれ低磁束密
度となっている。例２６は８００℃以下の圧下率が上限
を超えるため、板厚方向の磁束密度のバラツキが大きい
。例２７は最大形状比が下限をはずれ、例２８は脱水素
熱処理温度が下限をはずれ、例２９は焼鈍温度が下限を
はずれ、例３０は規準温度が上限を超え、例３１は脱水
素熱処理がないため低磁束密度で、板厚方向の磁束密度
のバラツキが大きい。

（発明の効果） 以上詳細に述べたごとく、本発明によれば適切な成分限
定により板厚の厚い厚鋼板に均質な高電磁特性を具備せ
しめることに成功し、直流磁化による磁気特性を利用す
る構造物に適用可能としたものであり、かつその製造法
も前述の成分限定と熱間圧延後結晶粒調整及び脱水素熱
処理を同時に行なう方式であり、極めて経済的に製造す
る方法を提供するもので産業上多大な効果を奏するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は８０Ａ／ｍにおける磁束密度及び板厚方向の磁
束密度のバラツキに及ぼす８００℃以下の圧下率の影響
を示すグラフである。第２図は８０Ａ／ｍにおける磁束
密度に及ぼすＣ含有量の影響を示すグラフである。第３
図は８０Ａ／ｍにおける磁束密度に及ぼす空隙性欠陥の
サイズ及び脱水素熱処理の影響を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で、 Ｃ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．０２％以下、 Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｓ：０．０１０％以下、 Ｃｒ：０．０５％以下、 Ｍｏ：０．０１％以下、 Ｃｕ：０．０１％以下を含有し、 Ａｌ：０．００５〜０．０４０％，Ｃａ：０．０００５
   〜０．０１％のうちいずれか一方で脱酸し、 Ｎ：０．００４％以下、 Ｏ：０．００５％以下、 Ｈ：０．０００２％以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９
   ５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比
   Ａが０．６以上の圧延パスを１回以上はとる圧延を行な
   い、引続き８００℃以下で圧下率を１０〜３５％とする
   圧延を行ない、板厚５０ｍｍ以上の厚板については６０
   ０〜７５０℃の脱水素熱処理を行なった後、必要に応じ
   て７５０〜９５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１０
   ００℃で焼準し、板厚５０ｍｍ未満については７５０〜
   ９５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１０００℃で焼
   準することを特徴とする板厚方向磁気特性が均一で、低
   磁場での磁束密度が高い無方向性電磁厚板の製造方法。 ただし、 Ａ＝｛２√〔Ｒ（ｈ＿ｉ−ｈ＿ｏ）〕｝／（ｈ＿ｉ＋ｈ
   ＿ｏ） Ａ：圧延形状比 ｈ＿ｉ：入側板厚（ｍｍ） ｈ＿ｏ：出側板厚（ｍｍ） Ｒ：圧延ロール半径（ｍｍ）