JPH0266118A - 磁気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄板の製造方法 - 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］ 本発明は磁気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄
板の製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 近年の電気、電子機器の著しい発展にともない、磁気を
発生する装置あるいは磁気により正常な機能が発揮され
ない可能性を有する装置の普及が顕著になっている。こ
れらの装置は通常、磁気発生装置の場合、不要な空間へ
の磁気の漏洩を防止するための磁気遮蔽が行われており
、また、磁気の影響を受ける可能性のある装置の場合、
外部からの漏洩磁気による誤動作を防ぐための磁気遮蔽
が行われている。

また、磁気遮蔽に用いられる材料としてパーマロイ、ス
ーパーマロイのニッケル基軟磁性合金、純鉄を挙げるこ
とが出来る。その−例として、ＭＲＩ（磁気共鳴断層診
断装置）の磁気遮蔽に用いられる材料を考えた場合、パ
ーマロイ等のニッケル基合金は、一般に透磁率が極めて
高く地磁気程度の磁気遮蔽を効果的に出来る反面、高価
な材料であり、かつ飽和磁化が低いため遮蔽材の厚内化
が必要であるという欠点をもつ。そこでＭＲＩ装置自身
に用いられる磁気遮蔽材料は専ら純鉄が用いらている。

しかし、現状のＭＨＩの磁気遮蔽は、工業的に供給され
ている通常の純鉄板の直流磁化特性に基づいて設計され
ているが、もつとも優れた特性を規定するＪＩＳ　　Ｃ
２５０４ＳＵＹＰＯ規格の純鉄に基づいて磁気遮蔽を行
った場合でさえ、ある程度の磁気遮蔽システムの重厚化
、ある程度の漏洩磁場の広がりは免れない。

すなわち、より効果的な磁気遮蔽を行うためには、より
優れた直流磁化特性を有する純鉄厚板が必要となってく
る。

一般に純鉄板の直流磁化特性は、結晶粒径、内部歪み、
下部組織の影響を強く受ける。高透磁率を得るためには
、結晶粒の粗大化と内部歪みの除去が有効であり、特に
結晶粒の粗大化は保磁力を低減する上でも有効である。

また、Ｆｅ以外の不純物元素量を低減することも良好な
直流磁化特性を得る上で重要である。よって、現状の静
磁場遮蔽用純鉄は、極力不純物元素量を低減し、変態点
以上のできるだけ高い温度で圧延を終了し、さらに変態
点を超えない温度域で極力内部歪みを除去すべく熱処理
を施したうえで使用される。特に良好な直流磁化特性が
要求される場合は、変態点を大きく超える温度域で結晶
粒粗大化熱処理を行う、あるいは、日本金属学会第２３
巻第５号（１９８４年発行）ｒ極厚電磁鋼板の開発」に
示されているように、圧延終了直後冷却過程において、
フェライト結晶粒成長を促進すべく該鉄板を特定の温度
域に保温あるいは徐冷することも行われている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の製造法によるこの種の鉄板においては、変態点直
下で熱処理を行い、極力内部歪みを除去しても、ＪＩＳ
　　Ｃ２５０４５ＵＹＰＯ規格を遥かに上回る性能は得
られない、特性向上のためには、化学成分における一層
の高純度化、結晶粒の粗大化および内部歪み、下部組織
の低減が必要である。しかし、現状レベル以上の高純度
化はコストが過大になり、また結晶粒粗大化については
、変態点を大きく超える温度域で長時間保持した後徐冷
を要するので、コスト高となる０両者を併用すれば、特
性は向上するが極端なコスト高となり、経済性を喪失す
る。また、圧延終了直後冷却過程において、フェライト
結晶粒成長を促進すべく該鉄板を特定の温度域に保温あ
るいは徐冷する方法は、板厚１００　ａｍを超える材料
に対しては比較的簡便に適用可能であるが、本発明の対
象とする板厚２〜１００關の鉄板に適用する場合には専
用の設備が必要となる０以上を要約すれば従来の製造法
では、ＪＩＳ　　Ｃ２５０４５ＵＹＰＯ規格を遥かに上
回る性能を持つ鉄板を経済的に製造することができない
などの問題点がある。

本発明は以上のような問題点の解決を図ったものであり
、　磁気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄板を
安価に製造することの出来る方法の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明に係る磁
気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄板の製造方
法は、 重量％でＣ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．０１％以下、Ｍｎ：０１２０％以下、Ｐ：０
．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ、Ａ、Ｒ
：０．０１５％以下、 Ｎ：０．００５％以下、残部が実質的にＦｅよりなる純
鉄を、加熱温度９５０〜１３００℃、９１０℃以下での
１バス毎の圧下率５〜３０％、９１０℃以下での累積圧
下率を２０％以上、圧延仕上温度を６００〜９００℃な
る熱間圧延を行ない板厚２１ＩＩ！以上１００　ｕ＋以
下の鉄板となし、該鉄板を圧延終了後直ちに強制冷却し
、かつ最終的に７００〜９００℃の熱処理を行った、磁
気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄板の製造方
法である。

本発明における化学成分の限定理由について以下に説明
する。

一般にこの種の磁性材料としての用途を持つ純鉄におい
ては含有する元素を極力低減することが必要であるが、
経済性から判断して上記の上限値を選択した。但し、Ｍ
ｎについては、Ｍ　ｎ　／　Ｓが１０以下になると製造
中に有害な割れが発生する場合があるので、この値が１
０以上になるようにＭｎおよびＳを選択した。

次に圧延条件、熱処理条件についての限定理由について
以下に説明する。

従来の製造法によって、純鉄板を製造する場合には９１
０℃以上、概ね１１５０℃以下すなわちフェライト変態
点以下で圧延を終了するので、オーステナイトから変態
したフェライト結晶粒径は比較的板厚の厚いものでも概
ね１５０μｍ以下であり、かつ圧延により導入された歪
みはオーステナイトの再結晶もしくは回復により開放さ
れているのでフェライト変態時に生じた変態歪みが内在
している。したがって内部歪みを除去するための熱処理
を十分行っても、結晶粒が十分粗粒でないこと、および
変態歪みによる回復のため生じた下部組織が存在するた
め、本発明の目的とする良好な直流磁化特性を達成する
ことは出来ない。この圧延終了温度（以下仕上温度）を
極端に高く採った場合は、フェライト変態を起こす前の
オーステナイトが粗粒になるためある程度の粗粒化は可
能となるが、実際的でなく、コスト高となる０本発明に
よる圧延では、従来技術と発想を異にしており、寧ろ圧
延による歪みを圧延中の加工間における再結晶異常粒成
長および最終熱処理における再結晶または再結晶異常粒
成長に利用するので、圧延仕上温度はフェライト変態点
以下である９００℃以下のフェライト域に設定する必要
がある。圧延仕上温度を低く設定することは圧延後に残
存する歪みを増大させ、最終で誘起する再結晶をより全
面的なものにするので、結果的に純鉄板に内在する歪み
が少なく、良好な直流磁化特性を具備することが出来る
。しかし圧延仕上温度を６００℃未満にとると製造に要
する時間を増大させコスト高となるだけでなく、本発明
における圧延条件によっては、圧延終了後に残存する歪
みを極端に増大させ、再結晶による細粒化を招く場合が
ある。９１０℃以下のフェライト域における圧下率につ
いては、５％未満の場合は再結晶異常粒成長を誘起する
には不十分であり、３０％超えた場合には寧ろ再結晶に
よる細粒化が起こる可能性があり、また製造設備能力の
上でも困難である。

フェライト域での熱間圧延の累積圧下率については、最
終的に実施する熱処理で再結晶異常粒成長を誘起するの
に十分な値は２０％である。これ未満では圧延後に残存
する内部歪みが不十分なため最終熱処理において優れた
磁気特性を具備させるに十分な再結晶、あるいは粒成長
を誘起することができない場合がある。　以上の圧延条
件を採ることによって各圧延間での再結晶異常粒成長お
よび最終熱処理における再結晶もしくは再結晶異常粒成
長を誘起することが可能であるが、純鉄板の仕上板厚を
２　ｍ＋ａ未満とした場合は圧下率が極度に増大し易く
、再結晶による細粒化を生じ易い、また仕上板厚を１０
０順超えとじた場合は板厚中心部まで、圧延による歪み
を有効に印加することが困難である。上記のことから本
発明では該仕上板厚を２ｍ１１〜１００ｆｆｌｌに限定
した。

圧延終了後の冷却については、圧延による歪みを有効に
凍結、残存せしめるため強制冷却（空冷より速い冷却速
度による冷却。例；水冷、ミスト冷却）が必要であり、
これによって圧延後に残存する内部歪みが冷却中に回復
により開放される時間が無く、かつ水冷など強制冷却に
よる熱歪みも加わって、再結晶異常粒成長を効果的に誘
起する。冷却速度が強制冷却の場合より遅い場合には内
部歪みが冷却中に開放され易く、最終熱処理での再結晶
異常粒成長を期待することが困難である。

圧延後の熱処理については、圧延後に残存する内部歪み
を駆動力として再結晶あるいは粒成長させるものである
が、熱処理温度の上限はフェライト変態点以下具体的に
は９００℃であり、下限としては７００℃が必要である
。加熱保持時間については熱処理温度および対象とする
純鉄板の板厚にもよるが少なくとも３０分以上保持する
ことが必要である。

［実施例］ 以下本発明を実施例によって説明する。

第１表に実施例に用いた純鉄および鋼の化学成分を示す
。第２表に製品の化学成分、圧延条件、冷却条件、熱処
理条件と直流磁化特性との関係を示す、第２表で本発明
例と比較例との対比を行った。この場合直流磁化特性の
優れたものはＯ印で示し、劣っているものはＸ印で示し
た。以下にそれらを詳述する。

（実施例１） ここでは鋼種Ａを用い圧延仕上り温度、圧延後冷却条件
、そして最終熱処理条件の検討を行ったものである。Ｎ
ａ４〜Ｎ［Ｌｌｏ、ＮＩＬ１４は本発明例であり、Ｎａ
ｌ　〜Ｎ［Ｌ３　、　Ｎｏ、１１〜Ｎｗｌ　３　、　Ｎ
［Ｌｌ　５゜Ｎ１Ｌ２０．Ｎａ３２は比較例である。比
較例のうちＮ［Ｌ　１　、Ｎα２は従来技術による比較
例を示す、比較例Ｎａｌ〜Ｎａ　３は仕上温度がフェラ
イト変態点９１０℃以上で、ＮＩＬＬ、Ｎ［Ｌ２は圧延
後冷却が空冷、Ｎ（Ｌ　３はミスト冷却の場合である。

これらの場合では、最終熱処理前の鉄板に残存する歪み
がフェライト変態歪みかあるいはそれにミスト冷却によ
る歪みが加わったものであるので、最終熱処理により残
存した内部歪みの開放はあるものの粒成長への寄与はな
く、回復による下部組織形成もあり、顕著な直流磁化特
性の改善は得られながった。

本発明例のＮ［Ｌ　４〜Ｎｉｌ　８は仕上温度が９ｏｏ
℃以下のフェライト域で、圧延後冷却がミスト冷却の場
合である。Ｎ［Ｌ４は仕上温度が８５０’Ｃで比較的高
温であるので圧延による歪みが各圧延間における再結晶
異常粒成長を誘起する。その結果、フェライト結晶粒は
著しく粗大化するが、尚も残存した歪みは圧延後冷却に
よって凍結され、この歪みおよび冷却による熱歪みは最
終熱処理において、部分的な再結晶及び回復によって開
放される。そのためＮａ　４の製品は粗大がっ歪みの少
ないフェライト結晶粒により構成され、優れた直流磁化
特性を具備している。

Ｎα５は仕上温度を８００”Ｃに設定したものである。

この場合、８５０℃近傍での圧延により粗大化したフェ
ライト結晶粒は、８００℃迄の圧延によりやや伸長化し
相応の歪みが付与される。この歪みは各圧延間、および
圧延終了直後のミスト冷却までの間に多少回復により開
放されるが、ミスト冷却によりその多くは有効に凍結さ
れる。したがって、８５０℃に３０分間保持する最終熱
処理によりほぼ全体的な再結晶を促進することが可能と
なり、Ｎａ４よりも更に優れた直流磁化特性が得られる
。　　ｋ６．Ｎａ７．Ｎα８においては、仕上温度をそ
れぞれ７５０℃、７００℃、６５０℃に設定した場合で
ある。これらの場合においてもＮ０５と同様のメカニズ
ムが働き、仕上温度の低減と共に、残存せしめる歪み量
の増加に伴う最終熱処理における再結晶が顕著に起こり
優れた直流磁化特性が得られている。特にＮｏ、　８に
おいては最終熱処理において異常粒成長を誘起しており
、本発明例の中で最高の特性が得られている。第１図は
圧延仕上温度と保磁力ＨＣおよび最大透磁率μｍ８との
関係をしめずグラフである。ここにおいて・印は圧延直
後の強制冷却を行った場合を示す０強制冷却はミスト冷
却によったものである。○印は圧延直後に強制冷却を行
なわない場合を示す。空冷によったものである０図から
明らかなように本発明の範囲である圧延仕上温度６００
　’Ｃ〜９００℃では圧延仕上温度の低減と共に、保磁
力ＨＣおよび最大透磁率μｍ８の改善が認められる。

比較例Ｎ１Ｌ３２では、圧延終了後徐冷を行ったが、こ
こでは圧延により付与された歪みが回復により開放され
最終熱処理で再結晶を促進することができないので、直
流磁化特性が改善されていない。本発明例のＮａ　９　
、Ｎ［Ｌ　１０は、最終熱処理温度８００℃、保持時Ｅ
３０分の場合であるが、Ｎ［Ｌ５．Ｎ［Ｌ６と比べて、
最終熱処理温度が低いので直流磁化特性はやや劣るが比
較例より優れた値を保っている。

比較例のＮＩＩＬｌｌは圧延仕上温度７５０″Ｃで空冷
を行った場合である。従来技術の比較回覧１、Ｎ［Ｌ２
より良好な直流磁化特性を示しているが、本発明例のＮ
ｏ、　９に比べて直流磁化特性の低下が認められる。

比較例のＮＱ、１２、Ｎａ　２０は最終熱処理温度を、
Ｎｏ、１３は圧延冷却条件および最終熱処理温度を本発
明の範囲外に採ったものであり、何れも良好な結果が得
られていない。

本発明例のＮ［Ｌ　１４は最終熱処理温度を本発明の範
囲の下限に採った場合であるが、満足すべき結果が得ら
れている。

比較例のＮα１５は最終熱処理温度を９５０℃に採った
場合であるが、良好な特性は得られていない０本発明例
のＮａ１９は最終熱処理の保持時間を６０分に採った場
合であり、Ｎ［Ｌ７に比べて更に良好な特性が得られて
いる。

（実施例２） ここでは異なった鋼種を用いた場合について検討したも
のであり、本発明例Ｎａ１６は鋼種Ｂを用いたものであ
り、比較例Ｎ［Ｌｌ７は鋼種Ｃ，Ｎ（Ｌｌ８は鋼種りを
用いたものである０本発明例ＮＬ　１６は鋼種Ａに比べ
て不純物元素が多いので、Ｎａ　６に比べて直流磁化特
性の劣化がやや認められるが、従来技術の比較例Ｎ［Ｌ
ｌ、Ｎａ２に比べて良好な値を保っている。比較例Ｎｏ
、１７．１８は本発明の範囲外の鋼板を用いた場合であ
るが、直流磁化特性の凹著な劣化が認められる。第２図
は鋼種Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄと保磁力Ｈ６および最大透磁率μ
ｆｆ１ａＸとの関係をしめずグラフである。この場合、
仕上温度は７５０℃、最終熱処理温度８５０℃、保持時
間３０分である８本発明の範囲に化学成分を採ることに
よって良好な直流磁化特性が得られることを示している
。

（実施例３） ここでは圧延時の圧下条件を主体として検討したもので
ある。比較例Ｎ［Ｌ２１は１パス当たりの圧下率を３％
に設定した場合で、圧下率が低いので、各圧延間での再
結晶異常粒成長、強制冷却による歪みの凍結、および最
終熱処理による十分な再結晶が発生せず、直流磁化特性
の大幅な改善は認められない、比較例Ｎａ２６．１１１
［Ｌ２７は累積圧下率が本発明の範囲に比べて低い場合
、比較例Ｎｏ、２５は１パス当たり圧下率を３６％に採
ったので再結晶による細粒化が発生した場合、比較例Ｎ
［Ｌ３３は１パス当たり圧下率、累積圧下率いずれも本
発明の範囲を超えて設定したので細粒化が発生した場合
であるが、これらの例においては直流磁化特性の大幅な
改善は認められない。

本発明例Ｎ［Ｌ２２〜ＮＩＬ　２４は本発明の範囲にお
いて圧延条件を定めたもので、何れも良好な結果を示す
。

（実施例４） ここでは板厚について検討したものであるが、本発明例
Ｎａ　２８〜Ｎ［Ｌ３１は良好な結果が得られている。

第　　１　　表 ［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、熱間圧延条件と後熱
処理条件を限定することにより、ＪＩＳＣ２５０４５Ｕ
ＹＰＯを上回る直流特性を有する純鉄板を安価に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

Ｌ、化上五泉 （’Ｃ） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％でＣ：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．０１％以下、Ｍｎ：０．２０％以下、Ｐ：０
   ．０１５％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ、Ａｌ：
   ０．０１５％以下、 Ｎ：０．００５％以下、残部が実質的にＦｅよりなる純
   鉄を、加熱温度９５０〜１３００℃、９１０℃以下での
   １パス毎の圧下率５〜３０％、９１０℃以下での累積圧
   下率を２０％以上、圧延仕上温度を６００〜９００℃な
   る熱間圧延を行ない、板厚２ｍｍ以上１００ｍｍ以下の
   鉄板となし、該鉄板を圧延終了後直ちに強制冷却し、か
   つ最終的に７００〜９００℃の熱処理を行うことを特徴
   とする磁気シールド特性に優れた高透磁率軟磁性純鉄板
   の製造方法。