JPH0382715A - 厚板電磁軟鉄の製造方法 - 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、例えば漏洩磁気を遮断するのに好適な、優れ
た磁気特性を有する厚板用電磁軟鉄の製造方法に関する
ものである。

（従来の技術） 近年の著しい科学技術の進展に伴って、たとえば医療機
器の分野においては核（Ｒ気共鳴現象を利用した磁気共
鳴断層撮影装置（？ＩＲＩ）が実用化され、積極的に導
入されている。

しかし、この磁気共鳴断層撮影装置の使用に際しては、
発生する多量の漏洩磁気を遮断する必要がある。したが
って、この装置の構造部材として用いられる鋼板にはす
ぐれた磁気遮断特性が求められており、その鋼板のｉ厚
も装置としての強度を具備する必要性から２０１１１１
以上であることが多い。

一方、優れた磁気遮断特性すなわち高透磁率を有する厚
板用電磁軟鉄は、前述の磁気共鳴断層撮影装置のみなら
ず、サイクロトロン等の大型科学実験装置、核融合装置
あるいは医療機器等の磁気シールド用カバー・構造部材
としても使用される材料である。

そこで近年の科学技術の成果をさらに進展させるために
は、かかる厚板用電磁軟鉄について、本来相反する優れ
た機械的特性と透磁率、磁束密度等に代表される磁気的
特性とをともに満足する材料の開発が各分野から強く望
まれている。

このような磁気遮断特性を有する鋼板としては電磁軟質
鋼板があり、−船釣に変圧器に使用される薄板が周知で
ある。これは従来から磁気特性の優れた鋼材として、Ｊ
ＩＳ　Ｃ２５０３またはＪＩＳ　Ｃ２５０４に規定され
る電磁軟鉄棒、電磁軟鉄板である。ＪＩＳ　Ｃ２５０３
に規定されるものは１．０〜１６ａｎの直径の棒材であ
り、またＪＩＳ　Ｃ２５０４に規定されるものは０．６
〜４．５　ｔｘｍ厚の薄板であり、いずれもリレー用ま
たは電磁石用としての小型部品への適用を対象としたも
のである。

また磁気用としては分類されていないＪＩＳ　Ｇ　４０
５１に規定される機械構造用炭素鋼材である５ＩＯＣを
用い、２５０Ｗ幅に熱間加工し、磁性材料として使用し
ている例がある。

さらに特開昭６０−９６７４９号公報、特公昭６３−４
５４４２号公報または特公昭６３−４５４４３号公報に
開示されているように、ｓｏｌ、Ｍの量を０．００５〜
１．．００重量％と多く含有し、Ｓｉをある程度低減し
たＡＱ脱酸型極低炭素鋼である直流磁化用厚板が近年提
案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、これらの公知方法では、例えば磁気共鳴断層撮
影装置の使用の際の漏洩磁気を遮断することができるよ
うな、優れた磁気特性を有する厚板用電磁軟鉄を提供す
ることはできない。

すなわち （ｉ　）ＪＩＳ　Ｃ２５０３またはＪＩＳ　Ｃ２５０４
に示されている電磁軟鉄棒または電磁軟鉄板は前述した
ように小型の部品を対象にしており、構造用部材として
の機械的特性がまったく考慮されていない。したがって
、たとえば前述の磁気共鳴断層撮影装置にこの電磁軟鉄
板を適用する場合には、装置の強度を確保するためにこ
の電磁軟鉄板を数１０枚程度積層する必要があり、製造
コスト、製品の品質の観点からは、現実には実施化を図
ることができない。

また （ｔｉ　）ＪＩＳ　Ｇ　４０５１に示される機械構造用
炭素鋼材を用いた例では、機械的性質はすぐれているも
のの磁気特性についての考慮が何らなされていないため
、最大透磁率μが１８００以下と極めて低い値しか得ら
れていない。したがってやはり所望の厚板用電磁軟鉄を
提供することはできない。

さらに特開昭６０−９６７４９号公報に開示された電磁
鋼板は、最大透磁率の値が１２８５０から４２６０まで
とばらついた値となっており、その値も厚板用電磁鋼板
として充分な値ではない。また、この電磁鋼板はその製
造に際してフェライト結晶粒を充分に成長させなければ
良好な磁気特性を得ることができない。また結晶粒を粗
大化させるため機械的性質は良好でない。

さらに特公昭６３−４５４４２号公報または特公昭６３
−４５４４３号公報に開示された方法は、確かに最大ｉ
！［率を２０００〜５０００程度に高めることが可能、
な方法であるが、例えばこの方法により得られる電磁鋼
板を前述の磁気共鳴断層撮影装置に通用する場合を考え
ると十分な値とはいえず、−層の向上が望まれる。

以上のようにこれらの公知の手段では、たとえば磁気共
鳴断層撮影装置に用いる鋼板として好適な、優れた磁気
特性を有する厚板用電磁軟鉄を得ることはできなかった
のである。

ここに、本発明の目的は、磁気共鳴断層撮影装置等の大
型磁気利用装置の漏洩磁気を遮断するのに好適な優れた
磁気特性を有し、かつ機械的性質がよい厚板用電磁軟鉄
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者は上記の課題を解決するため種々検討を重ねた
結果、特開昭６０−９６７４９号公報に開示されている
ように厚板用電磁軟鉄の素材としてＡＱ脱酸型極低炭素
鋼を用いるのではなく、Ｓｉ脱酸型極低炭素鋼を用いる
ことにより、極めて良好な磁気特性を有する厚板用電磁
軟鉄を得ることができることを知見した。

すなわち本発明者は磁気特性の良好な厚板用電磁軟鉄の
製造に際して重要な点は、減磁率、つまり透磁率を大き
くする成分の含有量を極力低減することと、板厚方向に
おける磁気特性の均質性を高めることであることを知見
した。

さらに熱間加工後に適切な熱処理条件を加えることによ
り、磁気特性を向上させることが可能であることも併せ
て知見した。

つまり第１の減磁率を大きくする成分元素としては、Ｃ
，５ＳＣｕ、　Ｃｒ、　Ａｌ２等があるが、これらの元
素、とりわけ八Ｑの含有量を極力低減することが有効で
あることを本発明者は知見した。また透磁率を大きくす
る成分元素としてはＳｉが挙げられ、このＳｉを適量添
加することにより、磁気特性が著しく向上することもあ
わせて知見した。

第１図はＳｉ含有量を各種変化させ他の成分系を路間−
とした場合の機械的性質および磁気特性の結果を示す、
この場合の鋼基本組成は、Ｃ：０．００３％、Ｓｒ　：
０．００９〜０．９７％、Ｍｎ：０．１２％、ｓｏｌ、
Ｍ＜０．００３％、Ｐ　：０．００６％、Ｓ　：Ｑ、０
０６％であった。

第２図はＳｒ含有量を各種変化させ、他の成分系を路間
−とした場合の磁気特性（最大透磁率Ｂｌ）の結果を示
す。鋼の基本組成は第１図の場合に同しであった。

第３図はＳｉ含有量０．６８％の場合（Ｃ：０．００３
％、Ｍｎ二〇、１２％、ｓｏｌ、ＡＱ：０．００２％、
Ｐ：０．００７％、Ｓ；０．００７％）の磁気特性およ
び機械的性質におよぼす熱処理の影響を示す。保持時間
はいずれも１時間であった。

さらに、第２の磁気特性の均質性を確保するためには、
非金属介在物の生成原因元素、偏析し易い元素の含有量
を低減し、結晶粒を板厚方向に可能な限り均一にするこ
とが必要であることも知見した。

また上述の考えに基づき、鋳込んだ鋼を熱間加工後、結
晶粒の調整、加工歪を除去し、透磁率等の磁気特性を向
上させるために熱処理を施す必要があるが、かかる熱処
理としてＡｃユ変態温度以上に加熱保持することが、機
械的性質を低下させることなく磁気特性を向上させるの
に有効であることを知見した。

さらに、前記の熱処理としては、ＡＣ３変態温度以下に
保持する必要があることをも知見した。

よって、本発明は重量％で Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：　０．３０％超〜１．５０
％、Ｍｎ：　０．５０％以下、ｓｏｌ　．Ａｌ：　０．
００５％未満、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１％以
下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる組成を有する鯛を熱間加工後、７００°Ｃ以上
の温度において、 Ｔ：熱処理温度■、Ｔ≧７００°Ｃ ｔ：板厚（ｍｍ） の関係を満足する熱処理を行うことを特徴とする厚板電
磁軟鉄の製造方法である。

以上詳述してきた本発明により、極めて優れた透磁率を
有し、かつ機械的性質のよい構造用の厚板電磁軟鉄を容
易にしかも確実に提供することができる。

（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、１％」は「重量％
」を意味するものとする。

まず、本発明にかかる厚板用電磁軟鉄の組成を上述のよ
うに制限した理由について説明する。

Ｃはその含有により減磁率を最も増加させる元素であり
、極力低減させることが望ましい。しかしながら、Ｃの
低減化は多くの工程を要することから製造コストの上昇
につながるために、その含有量を０．０５％以下に制限
する。

Ｓｉは本発明においては、本発明の作用効果を奏するた
めに極めて重要な元素であって、結晶粒の整粒化、磁気
特性の向上を促進し、かつ脱酸剤としても作用すること
から、０．３０％超添加する必要がある。しかし、あま
り多量に添加すると鋼が脆くなり、構造用厚板材として
適当でなくなるため、上限を１．５０％と制限する。

Ａｌ１は、本発明の作用効果を奏するためには極めて重
要な元素である。Ｍは減磁率を大きくする元素であるた
め、またＡＱは鋼中のＮと結合して窒化アルミを形威し
て鋼の混粒化を促進するため、その含有量は少ないこと
が望ましい、具体的には、ｓｏｌ、ＡＱを０．００５％
以上含有すると、最大透磁率（μ）および磁場１０ｅの
際の磁束密度（Ｂ１）がともに低下し、所望の磁気特性
が得られなくなる。よって、ｓｏｌ、八Ｑの含有量は０
．００５％未満と制限する。

本発明においてその他の元素については特に制限されず
、通常含有される程度は許容される。

しかし、本発明の好適態様によれば、旧、Ｐ、Ｓは次の
ように制限される。

すなわち、ＭｎもＣと同様に減磁率の観点からは低減す
ることが望ましいが、構造用厚板材として使用される場
合には、磁気特性以外にも必要最低限の強度の確保を図
るために上限を０．５０％と制限することが好ましい。

Ｐ、Ｓはともに非金属介在物を鋼中に形威しやすく少な
いことが望ましいが、しかしこれらの低減はコスト上昇
を生しることから、Ｐは０．１０％以下、Ｓは０．０１
％以下と制限するのが好ましい。

なお、本発明にかかる組成を有する厚板用電磁軟鉄は、
上述した組成に加えて、さらに、Ｃｒ、　Ｍｏ、Ｃｕお
よびＮからなる群から選んだ少なくとも１種ないしは２
種以上を、または酸素を下記に示す如く含有することが
より望ましい。

すなわち、Ｃｒ、　Ｍｏ、　ＣｕまたはＮは磁気特性の
減磁率を大きくする元素であるため、また偏析度合を少
なくするため、極力少ないことが望ましい。

しかし、ＣｒＳＭｏ、Ｃｕは耐火物からの混入があるた
めに極端な低減化を図ることは困難である。さらに、Ｎ
は前述したようにＡＱと結合して鋼の混粒化を促進する
。そこで、本発明の１つの態様にあってはＣｒは０．２
０％以下、Ｍｏは０．０２％以下、Ｃｕは０．１０％以
下またはＮは０．０１％以下をそれぞれ含有することが
より望ましい。

また、酸素は非金属介在物を形威し、かつ偏析すること
により、磁壁の移動を妨げ、その含有量が増加するにつ
れて、鋼板保磁力が増加し、磁気特性の低下を招く恐れ
がある。したがって、その含有量は少ないほど望ましく
、酸素を０．００３％以下含有することがより望ましい
。

さらに、本発明にかかる構造用厚板電磁鋼板の製造方法
について述べる。

鋼の溶製は転炉溶製法あるいは電気炉溶製法のいずれの
溶製法でもよく、さらに必要に応じて取鍋精練あるいは
真空脱ガス等の精練工程を経て、減磁率を大きくさせる
元素（Ｃ，Ｍｏ、Ｃｕ、　Ｎ、　ＡＱ）を極力低減する
とともに、非金属介在物の生成および偏析を極力少なく
させるために、Ｐ、Ｓを減少させ、さらに酸素をＳｉを
用いて除去する。

このようにして鋼組成を本発明が規定する範囲内とした
鋼を、次に、熱間加工工程においては加工するが、本発
明の場合、加工前の加熱条件は特に制限されず、特別な
作業は全く不要である。また、加工の形態も圧延機を用
いた圧延または鍛造機による鍛圧のいずれでもよく、何
ら制限されない。本発明が対象とする厚板は一般には２
０１１ｍ以上であるが、この熱間加工により最終形状に
まで加工する。

かかる熱間加工に引き続き、結晶粒の調整および加工歪
みを除去し、透磁率等の磁気特性を向上させるために熱
処理を施す。

すなわち、７００°Ｃ以上の温度に所定時間加熱して、
磁気特性と機械特性との両立を図るのである。

かかる熱処理としては、７００°Ｃ以上、Ａｃ３点変熊
温度までの温度範囲に加熱し、板厚をｔ（１）とした場
合、 （Ｔ：加熱温度（′０）を満足する焼鈍を行う。このよ
うに、Ａｃ３変態温度より低い温度において加熱するこ
とにより再結晶集合組織を有することとなり、また粒成
長を促すことにより磁区の拡大をはかり、磁気特性を向
上させることができる。なお、この場合、機械的性質、
靭性のわずかな低下がみられるから、目的とする機械的
特性に応して行えばよい。

また別の熱処理として、Ａｃ３点変態温度以上の温度範
囲に加熱し、 板厚をｔ　（ｍｍ）とした場合、 （Ｔ：加熱温度■）を満足する焼鈍を行うことが必要で
ある。このように、例えば、ＡＣ１変Ｂ温度直上におい
て加熱する等、Ａｃ３点温度以上において保持すること
により、結晶は細粒化する。このことにより変態集合ｍ
織となり、磁気特性は若干低下するものの機械的性質が
著しく向上する。したがって、この場合の処理は磁気特
性より機械的特性の改善が求められているときに行うの
が好ましい。

このようにして得られた本発明にかかる厚板用電磁軟鉄
は、極めて優れた磁気特性を有する。すなわち、磁気特
性は電磁軟鉄が具備すべき最も重要な性質であって、磁
気特性の具体的な指標としては最大透磁率が挙げられる
が、前述したように近年の科学技術の急速な進展に伴っ
て高い透磁率が要求されてきており、その必要最低値と
しては透磁率μ≧１００００を具備することが望ましく
、本発明にかかる構造用厚板電磁軟鉄は、この値を優に
越えた極めて高い透磁率を有する。

また、磁場１０ｅ（エルステッド）の際の磁束密度（以
下Ｂ、とする）も最大透磁率μと同様にＢ＋≧１０００
０であることが望ましいが、本発明にかかる厚板用電磁
軟鉄は、この値をも十分に越えた極めて高い磁束密度を
有する。

以上詳述してきた本発明により、極めて優れた磁気特性
を有し、かつ機械的性質もよい構造用厚板電磁軟鉄を容
易に、しかも確実に提供することができる。

（実施例） 本発明を実施例により詳しく説明する。

実施例１ 第１表に示す鋼組成を有する鋼片を板厚２０〜１６０Ｉ
ＩＩＩの所定の形状に加工した後に同しく第１表に示す
熱処理を行って試料Ｎα１から試料胤２６の厚板を得た
。これらの試料弘１ないし試料ＮＣＬ２６について最大
透磁率μｍおよび磁場１０ｅの際の磁束密度（Ｇａｕｓ
ｓ）を測定した。

結果を第１表にまとめて示す。

試料Ｎ（１１ないし試料Ｎα１０は本発明にかかる試料
である。

試料Ｎα１ないし試料Ｎα３はＳｉの含有量を０．３７
〜０．９５％の範囲に変動させ、他の組成および熱処理
温度は路間−とした場合の試料である。最大透磁率およ
び磁束密度Ｂ１はそれぞれ１０７００〜１２８００．１
０１００〜１１８００（Ｇａｕｓｓ）となり、極めて高
い値を示すととに、はぼＳｉの含有量の増加につれて最
大透磁率および磁束密度が増加していることがわかる。

また８９械的性質に関しても、３５ｋｇｆ／＋ｕ＋”以
上の引張強さを有しており、靭性も０℃において３０ｋ
ｇｆ−ｍ以上とすぐれた値を有している。

また試料胤４ないし試料Ｎｌ１７はＰの含有量を０．０
０６〜０．０８２％の範囲に変動させ、他の組成および
熱処理温度は路間−とした場合の試料である。

やはり最大透磁率および磁束密度Ｂ＋は１０８００〜１
２４００．１００００〜１１４００（Ｇａｕｓｓ）とな
り、Ｐの含有量が増加すると最大透磁率および磁束密度
が減少する傾向にあることがわかる。また機械的性質に
関しても引張強さはいずれも３５ｋｇｆ／ｍＪ以上の値
を有しており、また靭性も３０ｋｇｆ−ｍの値を有して
いる。

さらに試料随８および試ｆ４ＮＣＬ９はＭｎの含有量を
０．１８％または０．４７％と多く含有させた場合の試
料であるが、本発明にかかる試料Ｎα２または試料Ｎα
３に比較して、最大透磁率および磁束密度が若干低下し
ているが、引張強さは３５ｋｇｆ／ｍｍ”以上を有して
おり、靭性も良い。

また試料徹１０はＣの含有量を０．０１８％と多く含有
している例であるが、磁気特性は本発明にかかる試料恥
２と比べ、やはり低くなっているが、引張強さは４０ｋ
ｇｆ／ｍ＋ｇ”近くを有し、かつ靭性も高い。

試料Ｎ１１ｌｌから試料Ｎα１８にかけては上述の試料
Ｎα１から試料Ｎα１０にかけての試料の熱処理条件を
かえたものであり、すべてＡｃ、変態温度直下としてい
る。いずれの比較例においても磁気特性（最大透磁率、
磁束密度Ｂｌ）は実施例を上まわる特性を有しているも
のの引張強さは３５ｋｇｆ／ｓｕｍ”以下であり、構造
用として用いるには十分とはいえない。

一方、試料Ｎα１９から試料Ｎα２４は成分外れの比較
例である。

試料Ｎα１９は、Ｃの含有量が本発明の範囲より多い試
料であるが、最大透磁率および磁束密度が低下している
ことを示している。

試料Ｎα２０は、本発明において極めて重要な元素であ
るＳ＋が本発明の範囲より少ない試料であるが、最大透
磁率および磁束密度が低下していることがわかる。

試料に２１は、ＡＱの含有量が本発明の範囲より多い試
料であるが、本発明にかかる試料に比較して最大透磁率
および磁束密度ともに極めて低いことがわかる。

試料Ｎα２２はＭｎの含有量が本発明の範囲よりも多い
試料であるが、最大透磁率、磁束密度ともに低下してい
ることがわかる。

試料Ｎα２３は、Ｐの含有量が本発明の範囲より多い試
料であるが、最大透磁率および磁束密度ともに低下して
いることがわかる。

さらに試料Ｎ０２４はＳの含有量が本発明の範囲より多
い試料であるが、 やはり最大透磁率および磁 値である。

２５．４ （以下余白） 実施例２ 本例では第２表に示す組成を有する綱について実施例１
に同し熱間加工を行い、板厚２０〜１６０ｍｍとしてか
ら第２表に示す熱処理を行った。

第２表にこのようにして得られた本発明にかかる試料の
磁気特性および機械的性質の結果を示す。

試料ｈｉから試料弘１０はＳｉの含有量を０．３７〜０
．９５％の範囲に変動させ、他の成分を路間−とし、熱
処理条件を種々に変化させた場合の試料である。

それぞれ最大ｉ！ｉ磁率および磁束密度Ｂ、は１３２０
０〜１８４００．１２１００〜１４７００（Ｇａｕｓｓ
）となり略Ｓｉの含有量の増加、熱処理温度の上昇につ
れて、最大透磁率および磁束密度が増加していることが
わかる。

また試料Ｎ［１１１から試料狙１８までは、Ｐの含有量
を０．００６〜０．０８２％の範囲に変動させ、他の組
成は路間−とし熱処理温度を８５０°Ｃおよび９００℃
とした場合の試料である。やはり最大透磁率と磁束密度
Ｂ、は高い値を示し、それぞれ１４４００〜１６２００
．１２６００〜１３４００（Ｇａｕｓｓ）となっている
ことと、Ｐの含有量が増加すると、最大透磁率および磁
束密度が若干減少する傾向にあることがわかる。また試
料Ｎｃｈ１９および試料阻２０はｌｌｎの含有量を０．
１８％または０．４７％と多く含有させた場合の試料で
あるが、本発明にかかる試料恥４、試料Ｎ［Ｌ７に比べ
、最大透磁率および磁束密度が若干低下していることが
わかる。試料ｍ２１はＣの含有量を０．０１８％と多く
増加させた場合の試料であるが、試料磁７と比較し、最
大透磁率および磁束密度が若干低下している。

また第２表の試料Ｎ１１ｌないし試料磁２１は引張強さ
に関しては３０．８〜３４．７ｋｇｆ／ｍｓ”と安定し
て良い性能を示す、また靭性においても２７．４〜３３
．４ｋｇｆ−■とすぐれた値を有する。

第３表に比較例を示す。

第３表においては成分が規格よりはずれた場合の試料を
示す。

試料阻１は、Ｃの含有量が本発明の範囲より多い試料で
あるが、最大透磁率および磁束密度が低下していること
を示している。

試料阻２は、本発明において極めて重要な元素であるＳ
ｉが本発明の範囲より少ない試料であるが、最大透磁率
および磁束密度が低下していることがわかる。

試料胤３は、八Ｑの含有量が本発明の範囲より多い試料
であるが、本発明にかかる試料に比較して最大透磁率お
よび磁束密度ともに極めて低いことがわかる。

試料Ｎ１１４はＭｎの含有量が本発明の範囲よりも多い
試料であるが、最大透磁率、磁束密度ともに低下してい
ることがわかる。

試料阻５は、Ｐの含有量が本発明の範囲より多い試料で
あるが、最大透磁率および磁束密度ともに低下している
ことがわかる。

さらに試料胤６はＳの含有量が本発明の範囲より多い試
料であるが、やはり最大透磁率および磁束密度ともに不
足していることがわかる。

（発明の効果） 以上詳述したきた本発明にかかるＳｉ脱酸型厚板ｔＭ１
軟鉄を用いることにより、たとえば磁気共鳴断層撮影装
置に好適な強度と磁気特性とを有する厚板用電磁軟鉄を
確実にかつ安定的に提供することが可能となった。

かかる効果を有する本発明の実用上の意義は極めて著し
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｓｉ含有量の変化と磁束密度、引張強度との
関係を示す説明図； 第２図は、Ｓｉ変動によるμｍ１１１＋１　Ｂ＋の変化
の説明図；および 第３図は、熱処理温度と８１およびＴｓの変化の説明図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 重量％で Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．３０％超〜１．５０％
   、Ｍｎ：０．５０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５％
   未満、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１％以下、残部
   Ｆｅおよび不可避的不純物 からなる組成を有する鋼を熱間加工後、７００℃以上の
   温度において、 （２７３＋Ｔ）｛ｌｏｇＫ＋２０｝≧２２．９×１０＾
   ３Ｔ：熱処理温度（℃）、Ｔ≧７００℃ Ｋ：保持時間（ｈ）、ただしＫ≧ｔ／２５．４＋０．１
   ｔ：板厚（ｍｍ） の関係を満足する熱処理を行うことを特徴とする厚板電
   磁軟鉄の製造方法。