JPH05320776A - 方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径の制御方法
を提供する。 【構成】 １次再結晶粒径をオンライン検出し、検出さ
れた粒径に基づいて、粒径が適正範囲内の値になるよう
に焼鈍条件を制御する方向性電磁鋼板の１次再結晶焼鈍
方法において、焼鈍条件−粒径モニター特性曲線と粒径
−粒径モニター特性曲線とから、１次再結晶粒径および
その鋼において狙いとする粒径を実現する焼鈍条件を検
出し、この結果を１次再結晶焼鈍条件に反映させる。 【効果】 方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径が最適範囲
に制御できる。これは、製品磁束密度の高位安定確保に
顕著な効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主として電力トランス鉄
心に使用される方向性電磁鋼板の製造に際しての、１次
再結晶焼鈍方法に関わる。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、２次再結晶によって
形成された先鋭な集合組織を持つ。２次再結晶集合組織
は、鋼板製品が電気器機に使用されたとき、その電気器
機が最も優れた性能、効率を発揮するような結晶方位
（（１１０）〔００１〕方位）に制御されている。した
がって、２次再結晶集合組織が先鋭な程電気器機の性能
は優れている。

【０００３】２次再結晶集合組織の先鋭度は、一般に磁
束密度Ｂ₈（８００ＡＴ／ｍの磁場中での磁化の強さ）
特性によって評価される。磁束密度Ｂ₈は、２次再結晶
挙動によって極めて敏感に変化する。２次再結晶挙動を
支配する主要因子は、１次再結晶集合組織、１次再結晶
粒径およびインヒビター強度（析出物や粒界偏析元素に
よる粒界移動に対する抵抗力で、１次再結晶粒の成長を
抑制して２次再結晶を生じ易くする働きをもつ。）であ
ることが知られている。したがって、全ての工程条件は
これらの支配因子が適正に造り込まれるように設定され
ている。

【０００４】しかしながら、工業的製造においては、鋼
板は全ての工程を最適条件で処理されるとは限らない。
諸々の工程条件は不可避的に最適条件からある程度変動
する。例えば、鋼成分一つをとっても、全ての溶製ロッ
トの鋼を同一成分にすることは不可能である。もしイン
ヒビター構成元素が変動すると、インヒビター強度が変
動し、これが１次再結晶粒径にも影響し、２次再結晶挙
動を適正状態から逸脱させ、磁束密度の低下を招く。ま
た、鋼成分が最適であったとしても、インヒビターとし
て作用する析出物の固溶や析出に関わる工程の条件が変
動すると、やはりインヒビター強度が変動し、磁束密度
の低下を招く。

【０００５】上記問題を解決して高位の磁束密度を安定
確保するためには、２次再結晶の支配因子を途中工程で
オンライン検出し、検出結果を操業条件に反映し、これ
らの支配因子を常に適正ならしめる制御システムを開発
する必要がある。このような観点から、特開平２−２６
７２２３号公報は１次再結晶粒径のオンライン制御技術
を開示している。これは１次再結晶焼鈍後の通板走行中
の鋼板の鉄損値をオンライン測定し、これをモニターと
して１次再結晶粒径を検出し、鋼板の鉄損値を適正粒径
に対応する値になるように１次再結晶焼鈍条件を操作す
ることにより、適正粒径を±１μｍの精度で得る方法で
ある。

【０００６】しかし、上記技術における±１μｍの粒径
制御精度は、前記公開公報に明記されているように、同
一冷延鋼板について１次再結晶焼鈍条件（焼鈍温度、焼
鈍時間）を各種変化させた時の精度である。実際の工業
的製造工程において１次再結晶焼鈍処理される素材鋼板
は、成分変動、熱延条件や熱延板焼鈍条件等の変動の影
響を受けている。このような場合、従来技術（特開平２
−２６７２２３号公報参照）では、粒径制御の誤差が±
１μｍを超えることがあることが判明した。この精度
は、以下に詳述する理由によって、磁束密度を高位に安
定して確保する観点から不充分であり、より精度の高い
粒径検出、制御法の開発が必要である。

【０００７】図１は、特開平２−２６７２２３号公報の
図１からの引用であり、方向性電磁鋼板の１次再結晶粒
径（平均粒径）と製品の磁束密度Ｂ₈の関係を示してい
る。この図から、１次再結晶粒径は製品の磁束密度Ｂ₈
に極めて重大な影響を与えることが明らかである。すな
わち、粒径が２０μｍ以下では、粒径は大きいほど磁束
密度は高くなる。しかし、粒径が２０μｍを超えると急
激に２次再結晶不良が発生するようになる。２次再結晶
不良が発生すると鋼板は屑化されるので、工業生産にお
いては２次再結晶不良の発生は絶対に避けねばならな
い。このような訳で、狙いとする１次再結晶粒径は、２
次再結晶不良が発生する下限粒径から下方に、ある程度
安定幅をとって、粒径検出精度を考慮して設定される。
検出精度が高い程、狙い粒径は高くとることができ、し
たがって磁束密度の平均値を高く、且つその変動幅を小
さくできる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、高精
度に１次再結晶粒径を検出し、検出粒径が不適正な場合
にあっては、その鋼の適正粒径を実現する焼鈍条件を推
定し、これにより１次再結晶粒径を高精度で制御する方
法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、１次再結晶焼
鈍条件Ｔと粒径モニター特性である１次再結晶焼鈍板の
鉄損値Ｗとの関係（Ｔ−Ｗ曲線）および１次再結晶粒径
Ｄと１次再結晶焼鈍板の鉄損値Ｗとの関係（Ｄ−Ｗ曲
線）が、鋼に固有のものであり、それらがそれぞれＴ−
Ｗ面およびＤ−Ｗ面内で非交差であるとの知見に基づい
てなされたもので、予め求められた上記Ｔ−Ｗ、Ｄ−Ｗ
曲線図を用いて、通板中の鋼の焼鈍条件と鋼板の鉄損値
から、その鋼の１次再結晶粒径Ｄを高精度で検出し、且
つその鋼において狙いとする粒径を実現する焼鈍条件を
推定し得る。

【００１０】以下に具体的に述べる。表１は、試験材と
して用いた鋼の化学成分を示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】ｓｏｌ．Ａｌは酸可溶Ａｌである。鋼Ａ、
ＢおよびＣは、以下の条件で実験室的に処理された。各
鋼の鋼塊は１１５０℃に加熱され、２．０ｍｍ厚に熱延
された。次いで、１１５０℃×３０ｓｅｃの熱延板焼鈍
され、酸洗され、０．２２ｍｍに冷延された。鋼Ｃ１、
Ｃ２は、鋼Ｃの熱延板の一部をそれぞれ１１８０℃×３
０ｓｅｃ、１０６０℃×３０ｓｅｃで熱延板焼鈍された
他は鋼Ｃと同一に冷延板まで処理された。これらの冷延
板は、露点５５℃の水蒸気を含む７５％Ｈ₂ ＋２５％Ｎ
₂ 雰囲気中で脱炭を兼ねて、８００℃、８２０℃、８４
０℃、８６０℃および８８０℃の各温度で９０ｓｅｃの
１次再結晶焼鈍された。

【００１３】図２は、１次再結晶焼鈍温度Ｔ（℃）と１
次再結晶焼鈍板の鉄損値Ｗ_13/50（ｗ／ｋｇ）との関係
（Ｔ−Ｗ曲線）を示す。鉄損値は、６０ｍｍ×３００ｍ
ｍの試片４枚の測定値の平均値である。図２において、
鋼Ａ、ＢおよびＣのＴ−Ｗ曲線は、鋼成分によってＴ−
Ｗ曲線が異なることを示している。工業生産における成
分変動において、Ｔ−Ｗ曲線に大きな影響を与える鋼成
分は、主としてインヒビター構成元素である。例えば、
表１に示す成分系においてはＡｌおよびＮである。

【００１４】鋼Ｃ、Ｃ１およびＣ２のＴ−Ｗ曲線は、同
一成分の鋼であっても、工程条件の変動によりＴ−Ｗ曲
線が異なることを示している。この例では、熱延板焼鈍
温度がＴ−Ｗ曲線に与える影響を示している。インヒビ
ターとして作用する析出物の固溶や析出に関わる工程の
条件変動が、Ｔ−Ｗ曲線に大きな影響を与える。図２
は、製品板厚が０．２２ｍｍの鋼板のＷ−Ｔ曲線の例を
示すが、本発明者らは他の製品板厚（０．２９５ｍｍお
よび０．３５ｍｍ）の鋼板についてもＷ−Ｔ曲線を求め
た。そしてこれらの結果から帰納された結論は、「Ｔ−
Ｗ曲線は非交差である。」である。この命題は、工業規
模の製造工程における成分も含めた条件変動の範囲内で
充分成立する。

【００１５】図３は、１次再結晶粒径Ｄと鉄損値Ｗ１３
／５０との関係（Ｄ−Ｗ曲線）を示す。１次再結晶粒径
は、２次元切断面に現れた結晶粒断面と面積等価な円の
直径とし、各条件につき約３０００粒の粒径の平均値で
ある。Ｄ−Ｗ曲線もＴ−Ｗ曲線同様、成分や工程条件の
変動の影響を受けることが明らかである。そして、Ｄ−
Ｗ曲線もまた「非交差」である。

【００１６】Ｔ−ＷおよびＤ−Ｗ曲線が鋼に固有の挙動
を示す理由は、以下のように考えられる。インヒビター
構成元素は鋼によって多かれ少なかれ変動している。こ
れにインヒビターの固溶や析出に関わる工程条件の変動
が付加され、鋼によってインヒビター強度が異なること
になる。強いインヒビターは、磁化過程における磁壁移
動を強く抑制し、鉄損値を増加させる。これが、図３の
Ｄ−Ｗ曲線に示されるように、同一粒径であっても鋼に
よって鉄損値が異なる主な理由である。

【００１７】また、強いインヒビターは、１次再結晶焼
鈍時の粒成長を強く抑制するので、インヒビター強度の
高い鋼の１次再結晶粒径は小さくなる。小さい粒径と強
いインヒビターは、いずれも鉄損値を高める。これが、
図２のＴ−Ｗ曲線に示されるように、同一に焼鈍されて
も鋼によって鉄損値が異なる理由である。図４は、Ｔ−
ＷおよびＤ−Ｗ曲線の模式図であり、１次再結晶焼鈍条
件と検出された鉄損値とから１次再結晶粒径を推定する
方法を、さらに、得られた粒径が不適正な粒径の場合、
狙いとする適正粒径が得られる焼鈍条件を見出す方法を
説明する図である。

【００１８】図４において、鋼１、２および３のＴ−Ｗ
およびＤ−Ｗ曲線は、予め求められている基準曲線であ
る。鋼Ｘが現在通板中と想定される鋼である。鋼Ｘを温
度Ｔ _X で焼鈍したとき、鉄損Ｗ_X を検出したとする。こ
れによって、鋼Ｘに固有のＴ−Ｗ曲線上の１点（Ｔ_X 、
Ｗ_X ）が確定する。これと上述のＴ−Ｗ曲線の「非交差
性」とから、例えば比例配分の手法によって、鋼ＸのＴ
−Ｗ曲線を図中の太１点鎖線のように求めることができ
る。

【００１９】鋼１、２およびＸのＴ−Ｗ曲線の相対的関
係に基づいて、鋼ＸのＤ−Ｗ曲線を太点線のように求め
得る。鋼ＸのＤ−Ｗ曲線上で、鉄損値Ｗ_X に対応する粒
径Ｄ _X が、焼鈍温度Ｔ_X と鉄損値Ｗ_X とから推定された
鋼Ｘの粒径である。狙いとする粒径がＤ_O とすれば、鋼
ＸのＤ−Ｗ曲線上で粒径Ｄ_O に対応する鉄損値はＷ_O で
あるから、鋼ＸのＴ−Ｗ曲線上でＷ_O に対応する温度Ｔ
_O が、鋼Ｘにおいて粒径Ｄ_O を実現する焼鈍温度であ
る。鋼Ｘの焼鈍温度はＴ_X からＴ_O に変更すべきである
ことが知られる。

【００２０】実際問題としては、狙い粒径を実現する条
件の線としてＴ−Ｗ曲線と交差して描かれている等粒径
曲線を、Ｔ−Ｗ曲線群に重ねてもっと密に描いた図によ
り、現状粒径と狙い粒径を実現する焼鈍温度を推定でき
る。図５は、図２、図３から求めたそのような図の例を
示す。

【００２１】

【実施例】表２は、試験材として用いた鋼の化学成分を
示す。鋼Ｅ〜Ｋは、以下の条件で実験室的に処理され
た。鋼塊は１１５０℃に加熱され、２ｍｍ厚に熱延さ
れ、次いで１１５０℃で３０ｓｅｃの熱延板焼鈍され
た。酸洗後０．２２ｍｍ厚に冷延された。鋼Ｈ１および
Ｈ２は、鋼Ｈの熱延板の一部をそれぞれ１１８０℃およ
び１０６０℃で３０ｓｅｃ焼鈍された他は鋼Ｈと同一に
冷延板まで処理された。これらの冷延板は、露点５５℃
の水蒸気を含む７５％Ｈ₂ ＋２５％Ｎ₂ ガス雰囲気中で
脱炭を兼ねて、８１０℃、８３０℃、８５０℃および８
７０℃の各温度で９０ｓｅｃ間の１次再結晶焼鈍され
た。これらの試片の焼鈍温度と鉄損値とから、図５を用
いて粒径を推定し、実際に測定した粒径との差を求め
た。また、比較の意味で、従来法でも粒径の推定を行
い、実測粒径との差を求めた。従来法による粒径推定
は、図３における鋼ＣのＤ−Ｗ曲線によった。

【００２２】図６は、推定粒径と実測粒径との差の分布
を示す。これから、従来法では±１．５μｍ程度の推定
誤差があるのに対し、本発明法では±０．５μｍ以内で
あり、推定精度が著しく高いことが明らかである。本実
施例において、実測粒径を狙い粒径と見なすならば、図
６の示す精度は狙い粒径の達成精度と等価である。

【００２３】

【表２】

【００２４】

【発明の効果】以上に詳述した通り、本発明によれば、
方向性電磁鋼板の磁束密度に大きく影響する１次再結晶
粒径を高精度で適正値に制御でき、製品の磁束密度の高
位安定化の障害の１つである１次再結晶粒径の変動を除
去でき、その工業的意義は甚大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径と製品の磁束
密度の関係を示す図である。

【図２】方向性電磁鋼１次再結晶焼鈍板の１次再結晶焼
鈍温度と鉄損値の関係を示す図である。

【図３】方向性電磁鋼１次再結晶焼鈍板の結晶粒径と鉄
損値の関係を示す図である。

【図４】方向性電磁鋼１次再結晶焼鈍板において、１次
再結晶焼鈍温度と鉄損値とから、結晶粒径を推定する方
法、および適正粒径を実現する焼鈍温度を見出す方法の
説明図である。

【図５】方向性電磁鋼１次再結晶焼鈍板において、１次
再結晶焼鈍温度、鉄損値および結晶粒径の関係を示す図
である。

【図６】方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径の推定誤差
を、本発明法（ａ）と従来法（ｂ）とで比較した図であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次再結晶粒径をオンライン検出し、検
   出された粒径に基づいて、粒径が適正範囲内の値になる
   ように焼鈍条件を制御する方向性電磁鋼板の１次再結晶
   焼鈍方法において、焼鈍条件−粒径モニター特性曲線と
   粒径−粒径モニター特性曲線とから、１次再結晶粒径お
   よびその鋼において狙いとする粒径を実現する焼鈍条件
   を検出し、この結果を１次再結晶焼鈍条件に反映させる
   ことを特徴とする方向性電磁鋼板の１次再結晶粒径制御
   方法。