JPH03207815A - 冷間加工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法 - Google Patents

冷間加工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法

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JPH03207815A
JPH03207815A JP18790A JP18790A JPH03207815A JP H03207815 A JPH03207815 A JP H03207815A JP 18790 A JP18790 A JP 18790A JP 18790 A JP18790 A JP 18790A JP H03207815 A JPH03207815 A JP H03207815A
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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、軟磁性材料として電気機器の鉄芯に用いられ
る、冷間加工性および磁気特性に優れた高珪素鋼板の製
造方法に間するものである。
(従来の技術) Stを含有する鋼板は、優れた軟磁気特性を有するため
、電力用変圧器或は回転機の鉄芯として用いられている
。この種磁性材料においては、St含存置が増加すると
、鉄損特性が向上する(鉄損値が低くなる)。特にSi
含有量6.5%近傍では、鉄損特性が良好である上に磁
歪が零に近付くところから、透磁率も一段と向上し、従
来にない新しい機能をもつ磁性鋼板となり得る。しかし
ながら、この 6.5%Si含有鉄は、冷間加工たとえ
ば冷間圧延する上で種々の問題があり、実用化されてい
なかった。
6.5%S1含有鉄を冷間加工する上での問題として、 l)高珪素鉄の結晶本来のイントリンシックな特性とし
て、伸びが小さくたとえば冷間圧延時に板破断を起こし
易い、 2) 高珪素鉄の伸びが本質的に小さいことに起因して
、冷間圧延によって板側縁部に割れを生しる、所謂“耳
割れ“゜を発生し易い、 3) 高珪素鉄は、硬度が極めて高いため、最終板厚を
薄くするときに、冷間圧延における圧延負荷が過大なも
のとなる、 等の問題がある。
最近、省エネルギーを目的として、鉄損値が低くまた、
電気機器の多用な磁気特性上の要求を満足する新しい磁
性鋼板として、Siを6.5%或はその近傍含有する高
珪素鋼板が、見直され始めた。
特に、冷間加工上の問題を解決することに多くの努力が
傾けられ、種々提案がなされている。たとえば、中岡ら
は、前記1)項の板破断を招き易いという問題に関連し
て、特開昭61−166923号公報に、冷間圧延の素
材となる熱延板について、連続仕上熱間圧延条件を規定
することによって、金属組織を圧延方向に繊維状に伸び
た状態とすることを提案している。また、中岡らは、特
開昭62−103321号公報に、連続仕上熱間圧延前
の材料の結晶粒を限定することにより、熱延板組織を圧
延方向に延伸した繊維状にする方法を提案している。こ
れらの方法は、連続仕上熱間圧延条件を限定することに
よって熱延板組織を制御し、こうして得られた熱延板を
素材とすることによって、冷間圧延を可能ならしめよう
とするものである。
一方、前記1)項の板破断を招き易いという問題は、冷
間圧延時の材料の温度を150〜300℃として圧延す
れば、解決することが知られている。
冷間圧延時の材料温度を常温よりも高くして圧延するこ
とはまた、従来、Siを約3%含有する一方向性電磁鋼
板の製造プロセスにおいて、製品の磁気特性を向上させ
る手段として広く行なわれている。
前記2)項の、冷間圧延材の“耳割れ”の問題は、1)
項の問題を解決するための手段によって、解決され得る
。たとえば、冷間圧延時の材料温度を約1 5 0 ’
Cと常温よりも高くして圧延することによって、大部分
解決する。加えて、耳割れ防止のために、一般的に他の
網種で実施されている手段をより丁寧に適用することが
、高珪素鋼の冷間圧延に際しても有効である。たとえば
、升田らは特開昭62−127097号公報に、ロール
端部のヒートクラウンを制御することによって耳割れを
訪止することを提案している。
3)項の圧延負荷が過大になるという問題は、Si含有
量が増大するに伴って鋼の硬さが増し、たとえば6.5
%Siでは、硬度(Hv)が390にも達し、冷間圧延
荷重が過大になるという問題である。圧延ゲージが薄く
なると、一層圧延荷重が大きくなる。一般に、圧延ロー
ルの径を小さくすると、ロールと圧延材の接触弧長が小
さくなるから、低荷重で板材を圧延することができるよ
うになる。従って、従来、Siを約3%含有する一方向
性電磁鋼板或は無方向性電磁鋼板の冷間圧延に、100
mm以下の径のワークロールをもつセンジマーミルが用
いられている。まして、3%Si材よりも格段に硬度の
高い6%Si材を薄手まで冷間圧延しようとする場合は
、小径ワークロールをもつ圧延機での圧延が必須となる
。ところが、6.5%Si材を小径のワークロールをも
つ圧延機で冷間圧延すると、高田らが、特開昭6 3 
−145716号公報に示しているようにストリップ破
断の問題を生しる。
次に高Si鉄の磁気特性について述べる。この高Si軟
磁性鋼板の開発動機は、元々製造上の困難さは十分認識
されていたところであるけれども、従来にない高い機能
性たとえば、優れた鉄損特性、磁気特性の実現にある。
従って、製造の容易さ、就中冷間圧延し易さに意を用い
るのは勿論であるが、良好な磁気特性を有する製品を得
ることを第一の狙いとして製造プロセスを設計する必要
がある。このような観点からすれば、高St軟磁性鋼板
就中6.5%Si材に最適な磁気特性を具備せしめる製
造プロセスについて、十分な技術は確立していない。特
に、高い磁化特性<m束密度で表される)および薄いゲ
ージをもつ製品とすることによって、さらに優れた鉄損
特性(鉄損値が低い)を有せしめることを可能ならしめ
なければならず、そのためには、極めて薄いゲージにま
で高Si材を冷間圧延し得る技術を確立する必要がある
(発明が解決しようとする課題) 本発明は、高Si鉄就中6.5%Si鉄に固有の特性を
考慮した良好な磁化特性を有する製品を得ることを可能
ならしめると同時に比較的容易に薄手材にまで冷間圧延
し得る製造プロセスを確立することを目的としてなされ
た。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨とするところは、下記のとおりである。
(1)重量で、C≦0.006%、Si : 4.5〜
7.1%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物から
なる熱延板を、920〜1050℃の温度域で短時間焼
鈍し板厚方向全域に亙って再結晶させた後、冷間圧延し
て最終板厚とし、次いで、800〜1030″Cの温度
域で焼鈍することをvf徴とする冷間加工性および磁気
特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
(2)冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを有
する圧延機で、最終板厚0. 3 0 mm以下までな
されるものである前項1記載の冷間加工性および磁気特
性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
(3)重量で、C≦0. 006%、Si : 4.5
 〜7.1%を含有し、S≦0.006%、N ≦0.
 0035%とし、残部Feおよび不可避的不純物から
なる熱延板を、850〜1050″Cの温度域で短時間
焼鈍し板厚方向全域に亙って再結晶させた後、冷間圧延
して最終板厚とし、次いで、800〜1030℃の温度
域で焼鈍することを特徴とする冷間加工性および磁気特
性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
(4)冷間圧延が、直径120mn+φ以下のロールを
有する圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされ
るものである前項3記載の冷間加工性および磁気特性の
良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
以下、本発明を詳細に説明する。
Siを略6.5%含有する鉄を、一般的な熱間圧延条件
たとえば、連続仕上熱間圧延における材料温度を950
℃として圧延するときの鉄板の金属組織は、第I図に示
すように、表層部の再結晶した等軸晶および板厚方向中
心部において圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒からなっ
ている。この板厚方向中心部における圧延方向に維持状
に並んだ伸長粒は、一般にSi含有量を多くすることに
よってまた、熱間圧延温度を低くし再結晶させずに圧延
組織のままとすることによって、残存させることができ
る。従来の技術においては、「日本金属学会誌J ,V
o1.30,l’h6.p.552/558に詳述され
ているように、前記伸長粒を材料に残存させることによ
って、冷延性が良好となるとされている。而して、特開
昭61−166923号公報、特開昭62−10332
号公報にそのための具体的な手段が開示されている。
本発明の発明者等は、一般的な連続仕上熱間圧延条件で
圧延された材料である第1図に示す金属組織を有する熱
延板を、1 5 0 ”Cの温度として冷間(温間)圧
延したところ、圧延の進行に伴って特徴的な欠陥が発生
することを見出した。第2図は、発生した欠陥を板表面
から見たものであり、この欠陥を゜′さざ波欠陥゜゛と
呼ぶことにする。この“さざ波欠陥′゛部の板厚方向断
面(縦断面)組織を、第3図に示す。第3図から明らか
な如く、板厚方向における上下約1/3の位置を頂点と
して中心に向かって割れが進行し、それが繰返されてい
る。さらに、割れの初期を観察すると、割れの起点は板
厚方向における上下約1/3の位置にあり、この位置は
、冷間圧延前の材料における表層部の等軸晶粒と板厚方
向中心部における圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒の境
界に対応する。割れ部を腐食させて組織を現出させた拡
大写真を第4図に示す。第4図から、表層部の等軸晶粒
と板厚方向中心部における圧延方向に繊維状に並んだ伸
長粒の境界で割れていることが分かる。これらの観察か
ら、゜゜さざ波欠陥゛′は、冷間圧延に伴って板断面に
働く剪断力に対し、表層部の等軸晶粒と板厚方向中心部
における圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒の機械的強度
の差によって割れが発生し、その後板厚方向中心を突き
抜けて割れが伝播したものと考えられる。本発明者等は
、これらの知見から、板厚方向における結晶粒組織を均
一にすることが、゜“さざ波欠陥゛゜を発生させること
なく冷延性を向上させる要諦であることを見出した。そ
こで、本発明においては、熱延板に高Si鉄に合った適
切な焼鈍を施すことによって、板厚方向における結晶粒
組織を均一な再結晶組織とする。
本発明のプロセスによれば、たとえば、特開昭61−1
66923号公報に開示されている従来技術におけるよ
うな板厚方向全域を圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒と
しようとするプロセスでは、低温での熱間圧延を必要と
するところから、変形抵抗の高い材料の圧延を余儀なく
されるのに対し、熱間圧延条件に格別の規制を付す必要
がない。前記先行技術によるときは、熱間圧延条件を厳
しく規制しても板厚方向全域を完全に圧延方向に繊維状
に並んだ伸長粒とするのは困難である。
また、本発明によれば、後述するように、熱延板に高S
i鉄に合った適切な焼鈍を施すことによって、得られる
製品の磁気特性が向上する。
次に、熱延板焼鈍条件による結晶組織の変化とそれに対
応する、冷間圧延時の“″さざ波欠陥“′の発生状況な
らびに製品の磁気特性について説明する。第5図に、重
量で、C : 0.0035%、Si : 6.70%
、Mn : 0. 1 4%、S : 0.009%、
N 8 f).0030%、残部実質的にFeからなる
2.3■厚さXIOOmm幅X150mm長さの熱延板
を10枚、800〜1120℃の温度域で90秒間焼鈍
し、酸洗した後、150℃の温度で、0. 2 3 m
n+厚さまで冷間(温間)圧延したときの、“さざ波欠
陥゛の発生率と板破断の発生頻度(第5図(a))およ
び熱延板焼鈍後の結晶粒組織(第5図(b))を示す。
第5図から、板厚方向中心部に伸長粒が残っている低温
焼鈍材および焼鈍せずに熱延板を熱延後冷却したものは
、冷間圧延時に“さざ波欠陥”が著しく発生しているの
に対し、920℃以上の温度域で焼鈍することによって
板厚方向において均一に再結晶させ等軸晶粒としたもの
は、′゜さざ波欠陥゛が全く発生していないことが分る
。しかしながら、焼鈍温度を高くし結晶粒径が大きくな
り過ぎると、靭性が劣化し、冷間圧延時に板破断を惹起
する。
次に、これら冷延板を950℃で60秒間、水素中で焼
鈍した後、磁気特性を測定した。熱延板を焼鈍すること
なく冷間圧延したものに比し、熱延板に焼鈍を施したも
のは、磁束密度、鉄損ともに向上することが分った。そ
してその向上の程度は、熱延板焼鈍温度が高くなるほど
大きい。
叙上のように、本発明者等は、高Si鉄の熱延板に適切
な温度域での焼鈍を施し、板厚方向全域に亙って再結晶
させることによって、冷間圧延時に鉄板表面に発生する
゛″さざ波欠陥″゜を生成せしめることなく、良好な磁
気特性を有する製品を得ることができることを新たに見
出した。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
先ず、本発明における高St鉄の戒分限定理由を説明す
る。
本発明で用いる溶鋼は、その溶製方法を限定されない。
威分含有量が、次の範囲内であることが必要である。
Cは、不純物として最終製品に残存すると、製品の磁気
特性を劣化させるから可及的にその含有量が少ない方が
良い。特に、C含有量が0.006%を超えると、製品
の磁気特性を大きく劣化させる.Stは、本発明の目標
が磁歪が最小となる略6.5%Si鉄を工業的に製造し
得るプロセスの確立にあることに鑑み、6.5%を中心
として若干の上下幅をもつ範囲内であれば良い。Si含
有量の下限は、従来、市販されていない範囲で、4.5
%とし、可及的に6.5%に近い量であることが、本発
明の目的に合う。Si含有量の上限は、7。1%である
。Si含有量が7.1%を超えると、冷間加工性が急激
に劣化するにも拘わらず、得られる製品の磁気特性はさ
ほど向上しない。
その他の戒分としては、S,Nの含有量を限定する。一
般にS,Nは、Si鉄の焼鈍時における粒或長を押制す
る作用をもつ。本発明者等は、Siを6.5%前後含有
する高Si鉄の熱延板にあって、S、N含有量が多くな
ると、板厚方向中心域の伸長粒生威傾向が著しくなり、
熱延板表面近傍の粒が小さくなることを知見した。
而して、このような特徴をもつ熱延板は、焼鈍によって
再結晶させ板厚方向全域に亙って等軸晶とするに要する
温度を高くする。このように、板厚方向中心部の伸長粒
を再結晶させるには高い焼鈍温度を必要とするが、高い
焼鈍温度を採用すると、材料の表面粒が粗大なものとな
り、第5図に示すように、板破断が増加する。このよう
な理由から、S≦0. 006%、N≦0.0035%
にすれば、熱延板の板厚方向中心域が伸長粒となる傾向
は抑えられ、焼鈍温度を低くすることができるから、焼
鈍後の材料の結晶粒を小さくでき、冷間圧延時の板破断
を少なくすることができる。
前記以外の戒分については、特に限定しない。
次いで、溶鋼は鋳造され、熱間圧延される。鋳造に関し
、本発明では特に限定条件はなく、一般的な方法を用い
ることができる。熱間圧延された材料(熱延板)に、9
20〜1050℃の温度域で焼鈍を施す。920℃未満
の温度域では、板厚方向中心部の伸長粒が残存し、゛さ
ざ波欠陥“が発生し易くなる。鋼中不純物であるSとN
を少しなくして、熱延板焼鈍時の再結晶をし易くすると
、この伸長粒が消失し、“さざ波欠陥′゛が解消する下
限焼鈍温度は、850℃となる。このような、低い熱延
板焼鈍温度を可能にするためには、S,Nの含有量の上
限はそれぞれ0.006%及び0.0035%とする。
熱延板焼鈍後、材料は冷間圧延され、最終板厚とされる
冷間圧延に際し、一方向性!磁鋼板の製造プロセスにお
いて製品の特性向上のために実施されているように、1
50〜280℃の温度域で冷間圧延すると、板破断を起
こすことがない。本発明者等が、高Si鉄の冷間圧延に
おいて経験した“さざ波欠陥″゛は、圧延機のワークロ
ール径が大きくなると減少し、ワークロール径が小さく
なると、顕著に発生する。ところが、高Si鉄たとえば
6.5%Si鉄の硬度は、Hvで約390あり、現在、
製造されているSiを約3%含有する一方向性電磁調板
の1.5倍以上の硬度であるため、高Si鉄たとえば6
.5%Si鉄の冷間圧延は極めて困難である。従って、
小径のワークロールをもつ圧延機たとえばセンジマーミ
ルのようなクラスタータイブの圧延機で冷間圧延しなけ
れば、薄いゲージにまで圧延することができない。
かかる観点から、“さざ波欠陥″を解消し得る本発明は
、高Si鉄を薄いゲージにまで冷間圧延するのに効果的
である。たとえば、板厚が0.30mm以下になると、
120mm以下の径のワークロールをもつ圧延機、たと
えばセンジマーミルでなければ冷間圧延できないから、
かかる小径ワークロールを有する圧延機で“さざ波欠陥
”を生せしめることなく、高St鉄を薄いゲージにまで
圧延する場合、本発明が有効に機能し得る。
冷間圧延における冷延率については、特に限定しない。
冷延率は、熱間圧延機の能力によって決まる熱延板の厚
さと製品板厚の関係で決まり、50〜80%程度の冷延
率が採用される。最終板厚とされた冷延板を、8 0 
0−1030″Cの温度域で焼鈍し、製品とする。焼鈍
時間は、温度が低いときは長く、高いときは短かくなり
、30秒間〜3時間程度が採用される。
(実施例) 実施例1 重量でC : 0.0051%、Si : 6. 6%
、Mn : 0. 1 3%、S : 0.008%、
total N : 0.0043%、残部実質的にF
eからなる2.3mm厚さの熱延板を、それぞれ830
’C,900″C、9 5 0 ’C, 1050’C
, 1120℃で30秒間焼鈍したものおよび焼鈍なし
の材料を、100mmの径のワークロールをもつセンジ
マー主ルで1 7 0 ”Cの鋼板温度下に0.30m
mまで冷間圧延した後、900℃で90秒間の焼鈍を施
した。
こうして得られた製品の磁気特性と ゛さざ波 欠陥゛ および板破断の発生状況を、 第1表に示 す。
第1表から明らかなように、本発明で規定する熱延板焼
鈍温度域内である9 5 0 ’CおよびI050”C
で焼鈍して得られた材料は、冷間圧延時の欠陥もなく、
製品の磁気特性就中磁束密度(Ba値)が優れている。
実施例2 重量で、Si:5,5Q%、Mn:0.13%、C1S
、total Nは第2表に示す量含有し、残部実質的
にFeからなる2. 3 mm厚さの熱延板を、850
″Cおよび950″Cで30秒間焼鈍した後、100開
の径のワークロールをもつセンジマーミルで、170℃
の鋼板温度下に0.30mmまで冷間圧延した。次いで
、900”Cで90秒間の焼鈍を施して製品とした。こ
うして得られた製品の磁気特性と″さざ波欠陥゛゜の発
生状況を、第2表に示す。
第2表から明らかなように、Cが本発明に規定する範囲
外である0.025%のものは、磁気特性わけても鉄損
が劣化し、板破断も若干発生する。S、total N
が少なくなると、熱延板焼鈍温度を850℃と低くして
も、“′さざ波欠陥“を生じることがない。また、磁性
、とりわけ鉄損が良好である。
実施例3 重量で、C : 0.005%、Si:6.60%、目
n:0.13%、S : 0.004%、N : 0.
0019%を含有し、残部実質的にFeからなる2.3
mm厚さの熱延板を、950″Cで30秒間焼鈍したも
のと、焼鈍することなく熱延ままのものを、それぞれ1
00mmおよび270mmの径のワークロールをもつ圧
延機で、170℃の鋼板温度下に0. 3 5mm, 
0. 3 0mm、0. 2 3mmS0. 1 5m
mおよび0.08mmまで冷間圧延した。このときの゛
さざ波欠陥′゜の発生状況を第3表に示す。
第3表から明らかなように、950℃で30秒間熱延板
焼鈍した材料は、LOOmmの径のワークロールをもつ
圧延機で冷間圧延しても、“さざ波欠陥“の発生もな《
良好な表面性状をもつ製品を得ることができる。この場
合、ワークロール径が270mmと大きくなると、薄い
ゲージ番こまで冷間圧延できない。
(発明の効果) 本発明によれば、磁気特性わけても鉄損が極めて低くか
つ、磁束密度が高く磁歪のない高Si鉄薄板を工業的に
製造することができ、騒音がなくエネルギーロスの極め
て少ない変圧器等を供給できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、高Si鉄を一般的な熱間圧延条件で圧延して
得られた熱延板の板厚方向断面の組織を示す金属組織写
真図、第2図は、第1図に示す熱延板を材料温度を15
0℃として冷間圧延したときに、板表面に発生した″さ
ざ波欠陥゜“の模様を示す写真図、第3図は、第2図に
示す冷延板の縦断面(板厚方向断面)の組織を示す金属
組織写真図、第4図は、材料の板厚方向において割れを
生している部分(組m)の金属!織拡大写真図、第5図
(a)は、熱延板焼鈍温度と、゛さざ波欠陥゜′および
板破断発生頻度の関係を示す図、第5図(b)は焼鈍後
の材料の断面組織を示す金属組織写真図である。 第6図(b) 大灸須ZNLし 830’C 90つも(″ 920”C 10sO’c 』120″C 手続hli正書 (自発) 平成 2年5月28日 平成2年特許願第187号 発明の名称 冷間加工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の
製造方法 3.補正をする者 事件との関係

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)重量で、C≦0.006%、Si:4.5〜7.
    1%を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
    熱延板を、920〜1050℃の温度域で短時間焼鈍し
    板厚方向全域に亙って再結晶させた後、冷間圧延して最
    終板厚とし、次いで、800〜1030℃の温度域で焼
    鈍することを特徴とする冷間加工性および磁気特性の良
    好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
  2. (2)冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを有
    する圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされる
    ものである請求項1記載の冷間加工性および磁気特性の
    良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
  3. (3)重量で、C≦0.006%、Si:4.5〜7.
    1%を含有し、S≦0.006%、N≦0.0035%
    とし、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱延板を
    、850〜1050℃の温度域で短時間焼鈍し板厚方向
    全域に亙って再結晶させた後、冷間圧延して最終板厚と
    し、次いで、800〜1030℃の温度域で焼鈍するこ
    とを特徴とする冷間加工性および磁気特性の良好な高珪
    素軟磁性鋼板の製造方法。
  4. (4)冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを有
    する圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされる
    ものである請求項3記載の冷間加工性および磁気特性の
    良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
JP2000187A 1990-01-04 1990-01-04 冷間加工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法 Expired - Fee Related JPH0726157B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0601549A1 (en) * 1992-12-08 1994-06-15 Nkk Corporation Electrical steel sheet
CN104018057A (zh) * 2014-06-13 2014-09-03 北京科技大学 一种超低碳铁素体高硅铁基合金及制造方法

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EP0601549A1 (en) * 1992-12-08 1994-06-15 Nkk Corporation Electrical steel sheet
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