JPH05140647A - 磁気特性が優れた無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁気特性が優れた無方向性電磁鋼板の製造方法

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JPH05140647A
JPH05140647A JP18661291A JP18661291A JPH05140647A JP H05140647 A JPH05140647 A JP H05140647A JP 18661291 A JP18661291 A JP 18661291A JP 18661291 A JP18661291 A JP 18661291A JP H05140647 A JPH05140647 A JP H05140647A
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hot
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slab
rolled
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JP18661291A
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Tomoji Kumano
知二 熊野
Takeshi Kubota
猛 久保田
Masahiro Yamamoto
政広 山本
Hiroyuki Harada
裕行 原田
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Nippon Steel Corp
新日本製鐵株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、無方向性電磁鋼板(NO)の製造
において、溶製段階での不純物元素の混入を防ぐことに
より、鉄損が優れたNO用のスラブを提供する。 【構成】 Alが多いNO高級品の場合、溶製中に耐火
物中のZrはAlと置換され溶鋼中に混入する。このZ
rは、N,Cと化合物を形成し、微細に析出する。この
ため最終焼鈍時の粒成長が著しく阻害され鉄損が劣る。
この弊害を防止するために、耐火物の適性選択によって
Zrの混入を防ぐ。Zrの量は50ppm 以下とすべきで
ある。熱延後の工程は、焼延板焼鈍なし、熱延板焼鈍1
回冷延法、2回冷延法、熱延板焼鈍2回冷延法のいずれ
でもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉄損が極めて低い無方
向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に、鋼の溶製・鋳造
段階で超高純度のスラブを製造し、これを出発材料とし
て無方向性電磁鋼板を製造する方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】近年、大型回転機用磁芯材料としての無
方向性電磁鋼板に対する特性向上の要求は、省エネルギ
ーの観点から益々強くなってきている。無方向性電磁鋼
板を製造する側においてもこの要求に応えるべく、無方
向性電磁鋼板の特性向上のための研究開発が進められ、
工業的には、JIS 35A230,JIS 50A2
70といった高級グレードの無方向性電磁鋼板が製造さ
れている。無方向性電磁鋼板の特性の向上、わけても鉄
損特性を向上(低鉄損化)させるために、鋼中のSi,
Alの含有量を多くすることが有効であることが知られ
ている。
【0003】しかしながら、鋼中のSi,Alの含有量
を多くすると材料が脆くなり、加工性が劣化して製造を
困難なものとするのみならず、製品を需要家において打
ち抜き加工する際にも割れを生じる等の問題を惹起す
る。従って、鋼中のSi,Alの含有量を多くすること
には限界がある。而して同じ鉄損値レベルの製品である
ならば、鋼中のSi,Alの含有量は可及的に少ない方
がよい。また、鋼中のSi,Alの含有量を少なくする
と、製品の磁束密度を高くすることができる。このよう
に、鋼中のSi,Alの含有量を少なくすることによっ
て、無方向性電磁鋼板の製造を容易にし、製品の磁気特
性および加工(打ち抜き等)性を向上せしめることがで
きる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、鋼中のS
i,Alの含有量は従来のレベルとして増量させること
なく含有させるが、鋼中の不純物を低下させて高純度化
を図ることにより、現在のJISに規定されているグレ
ードレベルを凌駕する特性(鉄損、磁束密度、加工性)
を有する製品を安定して製造することができる方法を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めには、重量%として、 Si:2.0〜4.0%、 Al:0.10〜2.0
%、 N :≦0.0030%、 S :≦0.0030%、 C :≦0.0030%、 Mn:0.1〜2.0%、 P :≦0.2%、 を含み、さらに Ti:≦0.0050%、 Zr:≦0.0050%、 Nb:≦0.005%、 V :≦0.0050%、 とし、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブ
を、1300℃以下の温度域に加熱し、熱間圧延して熱
延鋼帯とした後酸洗し、1回或は中間焼鈍を挟む2回以
上の冷間圧延を施して最終板厚とし次いで、仕上焼鈍を
施すことを特徴とする磁気特性が優れた無方向性電磁鋼
板の製造方法であり、また、前記熱延鋼帯には、熱延板
焼鈍を施した後酸洗し、1回或は中間焼鈍を挟む2回以
上の冷間圧延を施し、爾後同様の処理を行ってもよい。
【0006】以下、本発明を詳細に説明する。発明者等
は、鋼中のSi,Alの含有量を多くすることなく、無
方向性電磁鋼板の鉄損、磁束密度、加工性といった特性
を向上せしめる技術的手段について多くの実験を伴う研
究を行った。その結果、鋼中のSi,Alの含有量を多
くすることなく、鉄損値が極めて低い最高級グレードの
無方向性電磁鋼板を製造するには、鋼を高純化すること
が極めて有効であることを見出した。
【0007】発明者等は、その理由を次のように考えて
いる。即ち、無方向性電磁鋼板の鉄損は、方向性電磁鋼
板におけるとは逆に、渦流損よりも履歴損の占める比率
が全鉄損の60〜80%と高い。而してこの履歴損は、
製品の結晶粒径に反比例する。従って、製造プロセスに
おける仕上焼鈍での再結晶過程で、正常粒の成長を促進
させることが、製品の鉄損値を低下させる上で有効な手
段となる。
【0008】一方、析出物、介在物となる不純物は、製
造プロセスにおける仕上焼鈍での再結晶過程で、正常粒
の成長を妨げるのみならず、析出物、介在物それ自体
が、製品における磁壁の移動をピニング効果によって妨
げて履歴損を低下させる隘路となる。これらの不純物に
ついては、従来、S,NとMn,Alが結び付いたMn
S,AlNに関する知見が知られているが、発明者等
は、Mn,Alばかりではなく、Zr,Ti,Nb,V
についてもN,Sと化合物を形成すること、そして、こ
れら化合物は、主に窒化物として微細に析出し、これら
を核としてSi,Fe,Mg,Al,Cu,Ti等を含
む複合析出物を生成することを見出した。
【0009】本発明は、このような知見を基礎として完
成したものであり、以下に、本発明における成分限定理
由を説明する。Cは、ZrC,VC,TiC,NbCを
形成し、これらの微細析出物が仕上焼鈍における鋼の再
結晶過程で正常粒の成長を妨げるのみならず、ピニング
効果によって製品における磁壁の移動を妨げ鉄損特性を
劣化せしめる。また、最高級グレードの無方向性電磁鋼
板の用途は発電機等大型回転機の磁芯であり、従って、
長期の使用に耐えることが要求され、使用期間中に磁気
特性の劣化(磁気時効)を起こさないことが必要不可欠
となる。そのためおよび上記炭化物を生成せしめないた
めに、C含有量は0.0030%以下でなければならな
い。この条件を満たすべく、製造プロセスの途中段階で
鋼板を脱炭処理することが考えられる。鋼板の脱炭処理
を熱延板焼鈍工程で行うと、鋼板が厚いから処理時間が
長くなり生産性を低下させる。また、冷間圧延における
中間焼鈍工程で鋼板に脱炭処理を施すと、鋼板表面に酸
化層が形成され、続く冷間圧延段階で圧延油を汚染する
のみならず、圧延ロールに疵を生じ、延いては鋼板に表
面疵を生じる。中間焼鈍後、鋼板を酸洗して表面の酸化
層を除去することは可能であるけれども、製造コストを
上昇させ実際的ではない。さらに、仕上焼鈍工程におい
て鋼板を脱炭処理することも可能であり、従来、実施さ
れている。しかし、この場合も鋼板表面に生成する酸化
層のために、製品に高磁場における鉄損特性を劣化せし
めることがある。このように、熱間圧延以降の途中段階
で鋼板を脱炭処理してC含有量を低下させることは、製
造コスト、製品品質の点から好ましくない。従って、鋼
の溶製段階で、C含有量を0.0030%以下、好まし
くは0.0010%以下とする。Sは、その含有量が多
いと、スラブ加熱段階で一部再固溶し、熱間圧延中にM
nS,CuS等の析出物を形成し、この析出物が仕上焼
鈍時に再結晶粒の成長を妨げる。また、析出物によるピ
ニング効果によって製品における磁壁の移動を妨げ、鉄
損特性を劣化させる。従って、MnS,CuS等の析出
物の形成を可及的に少なくすべく、Sの含有量は、0.
0030%以下としなければならない。S含有量を0.
0010%以下に低減すると、析出物の絶対量が十分に
少なくなり、スラブ加熱温度を1300℃まで高くする
ことができ、製品品質上からのスラブ加熱温度の制約が
なくなる。
【0010】Nは、Sと同様にその含有量が多いと、ス
ラブ加熱段階で一部再固溶し、熱間圧延中にAlN,T
iN,ZrN,Fe4 N,Si34 ,VN等の析出物
を形成し、この析出物が仕上焼鈍時に再結晶粒の成長を
妨げまた、析出物によるピニング効果によって製品にお
ける磁壁の移動を妨げ、鉄損特性を劣化させる。従っ
て、N含有量は0.0030%以下としなければならな
い。さらに、Nの含有量を0.0010%以下とする
と、析出物の絶対量が十分に少なくなって品質面からの
スラブ加熱温度の制約がなくなり、熱間圧延工程におけ
るスラブ加熱温度を1300℃まで高くすることができ
る。スラブ加熱温度を1300℃まで高くすることがで
きると、熱間圧延段階で圧延材の形状(平坦さ)を良好
にすることができる等の利点がある。
【0011】O(酸素)は、それ自体フリーの状態で存
在するのではなくて、酸化物として存在する。たとえ
ば、SiO2 ,Al2 3 ,Zr2 3 ,TiO2 ,V
2 3 として存在する。従って、Oの含有量を少なくす
ると、酸化物系介在物を減少させることができる。前記
介在物のうち、SiO2 およびAl2 3 は、鋼の溶製
段階における処理条件を適切にすることによって、十分
減少させることができる。また、Zr2 3 ,Ti
2 ,V2 3 等の介在物は、Zr,Ti,Vといった
元素の含有量を減少させることによって、減少させるこ
とができる。
【0012】Tiは、その含有量が0.0050%を超
えると、溶鋼の鋳造段階或はスラブ加熱段階において鋼
中のN,CとTiN,TiC等の化合物を形成し、スラ
ブ加熱段階での加熱炉のスキッドの位置に対応する鋼板
の部位は、仕上焼鈍工程で再結晶粒の成長が十分ではな
く、製品の鉄損特性が他の部位に比し劣っている。従っ
て、望ましくは、Tiの含有量は0.0030%以下で
ある。
【0013】Zrは、鋼の溶製段階で、鋼中のAl含有
量が多い場合、わけても本発明におけるように最高級無
方向性電磁鋼板を製造する場合に、取鍋の塩基性耐火物
ライニングから酸化Zrが還元されてAlと置換されて
鋼中に入る不純物である。こうして鋼中にZrが入るの
を防止する手段として、中性の耐火物を用いることが有
効なものの1つである。Zrは、溶鋼の鋳造段階或はス
ラブ加熱段階において鋼中のN,CとZrN,ZrC等
の析出物を形成し、この析出物が複合析出物の核とな
る。図1は、Si:3.00〜3.35重量%、Al:
0.60〜1.00重量%をベースに、その他成分は、
本発明の請求範囲である珪素鋼スラブを通常の方法で熱
延し、熱延板焼鈍を連続的にした後、酸洗冷延し(0.
50mm)、1000℃で30秒の仕上げ焼鈍をして得ら
れた材料について、W15/50 のZr依存性を示してい
る。この図から解るように無方向性電磁鋼板の最高級グ
レードにおいては、ジルコニウムの含有量を0.005
0%以下にしなければならない。望ましくは、0.00
30%とすべきである。これら析出物の影響を実害のな
いレベルとするために、Zrは0.0050%以下、好
ましくは0.0030%以下でなければならない。
【0014】Nb,Vは、鋼中のN,Cと析出物を形成
し、これら析出物が、仕上焼鈍工程における再結晶過程
で正常粒の成長を妨げ、製品における磁壁の移動を妨げ
て鉄損特性を劣化させるから、0.0050%以下、好
ましくは0.0030%以下でなければならない。
【0015】Siは、無方向性電磁鋼板の固有抵抗を高
くし渦流損を低減せしめるべく添加する。4.0%を超
えてSiを添加すると、加工性が極端に劣化し冷間圧延
を困難なものとする。一方、2.0%に満たない中低級
品においては、本発明によらなくとも、容易にその等級
品質を満足する特性を有する製品を得ることができる。
本発明においては、Si含有量が2.5〜4.0%のと
きに良好な結果が得られる。
【0016】Alは、Siと同様に、無方向性電磁鋼板
の固有抵抗を増加させ渦流損を低下させる。その含有量
が0.10%に満たない低級品においては、本発明を用
いなくとも容易にその等級品質を満足する特性を有する
製品を得ることができる。一方、Alは、Siと同時に
添加すると、SiとAlの原子半径がFeを挟んでAl
>Fe>Siの順に存在しているため格子の歪が緩和さ
れ、脆性の危険性は極端に減少し、2.0%まで添加し
ても冷間圧延において問題となることはない。Mnは、
その含有量が0.1%に満たないと鋼板の加工性が劣化
する。一方、その含有量が2.0%を超えると、製品の
磁束密度を著しく劣化せしめる。Mn含有量が0.1〜
0.4%のとき、良好な結果が得られる。
【0017】Pは、無方向性電磁鋼板の打ち抜き性を良
好ならしめるために、0.2%以下の範囲内で添加され
る。0.2%を超えて添加すると、製品の磁気特性を損
なう。好ましくは、Pの含有量は0.1%以下である。
【0018】次に、製造プロセスについて説明する。本
発明の最高級グレードの無方向性電磁鋼板は、転炉で溶
製する。この溶鋼段階で、C,N,S,Ti,Zr,N
b,Vの含有量を本発明に規定するレベルまで低減し、
高純化する。得られた溶鋼を連続鋳造してスラブとする
か或は鋳型に注入して鋼塊とし、これを均熱し分塊圧延
してスラブとする。スラブの厚さは100〜300mmで
ある。次いで、スラブを1300℃以下の温度域に加熱
し、1.5〜2.5mm厚さに熱間圧延する。スラブ加熱
温度が1300℃を超えると、エネルギー消費量が多く
なるのみならず、加熱炉の損耗が著しくなり加熱炉補修
に伴ってメンテナンスコストを高くしまた、設備稼働率
を低下せしめる。
【0019】次いで、熱延板を圧延まま或は900〜1
000℃の温度域で30秒間〜3分間の焼鈍を施した後
酸洗し次いで、冷間圧延して0.2〜0.7mmの最終板
厚さとする。熱延板から1回の冷間圧延によって最終板
厚としてもよいしまた、中間焼鈍を挟む2回以上の冷間
圧延によって最終板厚としてもよい。2回の冷間圧延に
よって最終板厚とする場合、1回目の冷間圧延後の中間
板厚は0.5〜1.0mmである。然る後、1000〜1
100℃の温度域で20〜200秒間の仕上焼鈍を施
す。
【0020】
【実施例】
(実施例1)表1に示す(残部Feおよび不可避的不純
物)からなる珪素スラブを通常の方法で熱延して2.3
mm厚とし、次に熱延板焼鈍を連続的に980℃で2分間
行い、その後、0.50mm,0.35mmに冷間圧延をし
た。この冷延鋼板に1050℃30秒の仕上焼鈍を実施
した後、磁気特性を測定した。その結果を表2に示す。
測定は、エプシュタインで行った。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】(実施例2)上記表1の素材について熱延
板焼鈍をせず、酸洗後冷間圧延して、仕上げ焼鈍した。
処理条件は実施例1と同様であった。このようにして処
理した鋼板の磁気特性を実施例1と同じく測定した。そ
の結果を表3に示す。
【0024】
【表3】
【0025】このように、従来の高純度鋼と較べてZ
r,C,が極端に低い実施材は、熱延板焼鈍をしない場
合でもJIS 35A250,50A270が製造可能
である。また、熱延板焼鈍をした場合は、JISの最高
グレード35A230,50A270と較べて同等また
はそれ以上の特性を有する著しく良好な製品が製造可能
となる。
【0026】(実施例3)表4に示す成分のスラブ(残
部Feおよび不可避的不純物からなる珪素スラブ)を通
常の方法で熱延し、2.3mm厚とし、次いで熱延板焼鈍
を連続的に950℃で2分間行った後、板厚0.50mm
に冷間圧延をした。その後、仕上げ焼鈍を1000℃3
0秒間実施した。その結果の磁気特性は以下のようであ
る。測定は、エプシュタインで行った。このようにして
処理した鋼板の磁気特性を実施例1と同様の方法で測定
した結果を表5に示す。
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】このように、超高純度化すると同じSi,
Alレベルの従来材よりもワングレード向上した特性が
得られた。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、Si,Alといった合
金元素を多量に含有せしめることなく、最高級グレード
の無方向性電磁鋼板を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Zr含有量と鉄損値との関係を示す図である。
【図2】(a),(b),(c)および(d)は実施例
1の比較材における4つの部位の金属組織を示す電子顕
微鏡写真(×5000)である。
【図3】(e),(f),(g)および(h)は実施例
1の本発明材における4つの部位の金属組織を示す電子
顕微鏡写真(×5000)である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 裕行 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%として、 Si:2.0〜4.0%、 Al:0.10〜2.0
    %、 N :≦0.0030%、 S :≦0.0030%、 C :≦0.0030%、 Mn:0.1〜2.0%、 P :≦0.2%、 を含み、さらに Ti:≦0.0050%、 Zr:≦0.0050%、 Nb:≦0.005%、 V :≦0.0050%、 とし、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブ
    を、1300℃以下の温度域に加熱し、熱間圧延して熱
    延鋼帯とした後酸洗し、1回或は中間焼鈍を挟む2回以
    上の冷間圧延を施して最終板厚とし次いで、仕上焼鈍を
    施すことを特徴とする磁気特性が優れた無方向性電磁鋼
    板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量%として、 Si:2.0〜4.0%、 Al:0.10〜2.0
    %、 N :≦0.0030%、 S :≦0.0030%、 C :≦0.0030%、 Mn:0.1〜2.0%、 P :≦0.2%、 を含み、さらに Ti:≦0.0050%、 Zr:≦0.0050%、 Nb:≦0.005%、 V :≦0.0050%、 とし、残部Feおよび不可避的不純物からなるスラブ
    を、1300℃以下の温度域に加熱し、熱間圧延して熱
    延鋼帯とし、次いで、焼鈍を施した後酸洗し、1回或は
    中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終板厚と
    した後、仕上焼鈍を施すことを特徴とする磁気特性が優
    れた無方向性電磁鋼板の製造方法。
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