JPH0551641A - 低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器その他の電気機器の鉄心などの用途に
好適な方向性けい素鋼板における、特に鉄損の低減方法
について提案する。 【構成】 けい素鋼スラブを熱間圧延後、１回または中
間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施すに当たり、この
冷間圧延は摩擦係数を0.06〜0.15として行うことによっ
て、鋼板表面の剪断帯をし１次再結晶中のゴス方位粒を
増加して２次再結晶粒を微細化し、低鉄損化をはかる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変圧器その他の電気
機器の鉄心などの用途に好適な、特に鉄損の低い方向性
けい素鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性けい素鋼の鉄損を低減する方法と
しては、Si含有量を高める、２次再結晶粒を微細化
する、２次再結晶粒の方位を＜１００＞に揃える、
不純物含有量を低減するなどの方法が挙げられる。これ
らのうちSi含有量を高める方法は冷間圧延性が著しく損
なわれることから、工業的な生産には不向きである。

【０００３】また２次再結晶粒を微細化する方法につい
ては様々な方法が提案されているが、中でも冷間圧延を
工夫することにより低鉄損を達成する手法については多
くの技術が開示されている。まず冷間圧延時に導入され
た転位に、その後の熱処理によりＣ及びＮを固着する時
効効果を利用する技術がある。代表的なものとしては、
特公昭50−26493 号公報に開示されている、圧延時の温
度を50〜350 ℃とする方法、特公昭54−13846 号及び同
56−3892号公報に開示されている、冷間圧延パス間で50
〜350 ℃の温度範囲での熱効果を与える方法、特開昭62
−202024号公報に開示されている、熱延板焼鈍時の急速
冷却とパス間における50〜500 ℃の温度域での保持を組
合わせた方法、などがある。しかしこれらの方法では、
時効による硬化のために冷間圧延が困難になること、熱
処理を行う工程が増加するために著しく生産性を阻害す
ること、また熱処理時に表面に圧延油が焼き付くことに
より圧延後の鋼板の表面粗さが著しく劣化し磁気特性の
向上が不十分になること、など工業的には極めて多くの
問題を残している。

【０００４】さらに冷間圧延における変形応力を局部的
に変化させて、１次再結晶集合組織の改善をはかること
について、特開昭54−71028 号及び特公昭58−55211 号
各公報には溝付きロールにて圧延する方法が、また特公
昭58−33296 号公報にはロール面粗さが0.20〜２μｍで
あるダルロールを用いて冷間圧延を行う方法が、それぞ
れ開示されている。これらの方法は、ロールの寿命が非
常に短いため生産性を阻害すること、及び鋼板の表面粗
さの劣化が著しいため最終パスを平滑ロールによる圧延
としても板面粗さの劣化を引き起こしやすく磁気特性の
向上はやはり不十分であること、などの問題が未解決で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、工
業的に有利な手法にて方向性けい素鋼板の低鉄損化を達
成し得る方法について提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは方向性けい素
鋼の冷間圧延について、以下に示す実験を行った。すな
わちSi：3.3 wt％（以下単に％と示す）、Ｃ：0.08％、
Mn：0.07％、Se：0.02％、Al：0.02％、Ｎ：0.008 ％、
Cu：0.10％、Sb：0.02％を含む厚さ1.8 mmの熱延板を用
い、この熱延板に1150℃で２分間の焼鈍を施した後、冷
間圧延時の摩擦係数を変化させて0.203 mmに仕上げた。
圧延パスは複数であるが摩擦係数はほぼ一定になるよう
に留意して圧延を行った。摩擦係数を変化させる方法と
しては、潤滑油の量及び種類の変更と圧下パススケジュ
ールの変更とを同時に行うことにより達成した。次いで
冷間圧延後840 ℃で２分間の脱炭焼鈍と焼鈍分離材を塗
布乾燥した後、1200℃で10時間の仕上げ焼鈍を行った
後、冷間圧延時の摩擦係数と磁気特性との関係を調査し
た。

【０００７】ここで摩擦係数μは、先進率ＳＳを測定す
ることにより求めた。すなわちロール中立点の中心角
（φ）、接触角（α）、ロール径（Ｒ）、出側板厚
（ｈ）から下式によりμが定まる。 sin θ＝｛sin α＋ (cos α−１）μ｝／２ ＳＳ＝（１−cos φ）（２Ｒcos φ／ｈ−１） なおその他にも摩擦係数の値を圧延荷重の値より推定す
る方法があるが、変形抵抗の値に大きく左右されるため
に先進率の測定によるものよりも精度が低い。

【０００８】上記に従って先進率を実測することにより
求めた各冷延パスの平均μの値と最終製品の鉄損（ｗ
_17/50 ）の関係を図１に示す。同図から明らかなよう
に、摩擦係数を0.06〜0.15とすることにより急激に鉄損
が向上する。

【０００９】この発明は上記の知見に基づいてなされた
ものである。すなわちこの発明は、Si：2.0 〜4.0 ％を
含み、さらにＳ及びSeの少なくともいずれか１種をイン
ヒビター形成成分として含有するけい素鋼スラブを熱間
圧延後、１回または中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延
を施して最終板厚とし、次いで脱炭焼鈍を施した後、鋼
板表面にMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから
二次再結晶焼鈍及び純化焼鈍を施す一連の工程にて方向
性けい素鋼板を製造するに当たり、上記冷間圧延は摩擦
係数を0.06〜0.15として行うことを特徴とする低鉄損方
向性けい素鋼板の製造方法である。

【００１０】また冷間圧延は、100 ℃〜350 ℃の温度域
で行うこと、最終冷延前の焼鈍における500 〜100 ℃の
温度域での冷却速度を20℃／ｓ以上とすること、が実施
に当たり有利に適合する。

【００１１】

【作用】以下この発明を詳細に説明する。まずこの発明
で対象とする素材は、Si：2.0 〜4.0 ％を含み、さらに
Ｓ及びSeの少なくともいずれか１種をインヒビター形成
成分として含有するけい素鋼スラブであり、ここでけい
素鋼スラブの好適成分組成は、上記Siのほか、Ｃ：0.02
〜0.10％、Mn：0.02〜0.20％、そしてＳ及びSeの少なく
ともいずれか１種を単独又は合計で0.010 〜0.040 ％は
含み、その他必要に応じAl：0.010 〜0.065 ％、Ｎ：0.
0010〜0.065 ％、Sb：0.01〜0.20％、Cu：0.02〜0.20
％、Mo：0.01〜0.05％、Sn：0.02〜0.20％、Ge：0.01〜
0.30％、Ni：0.02〜0.20％を含むことができる。以下に
各化学成分の好適含有量について説明する。

【００１２】Si：2.0 〜4.0 ％ Siは製品の電気抵抗を高め渦電流損を低減させる上で必
要な成分であり、2.0％未満であると最終仕上焼鈍中に
α−γ変態によって結晶方位が損なわれ、4.0％を越え
ると冷延性に問題があるため、2.0 〜4.0 ％とする。

【００１３】Ｃ：0.02〜0.10％ Ｃは0.02％未満であると良好な１次再結晶組織が得られ
ず、一方0.10％を越えると脱炭不良となり磁気特性が悪
化するので0.02〜0.10％とする。

【００１４】Mn：0.02％〜0.20％ MnはMnS あるいはMnSeとなってインヒビターとして機能
するもので、0.02％未満ではインヒビター機能が不十分
となり、一方0.20％を越えるとスラブ加熱温度が高くな
りすぎて実用的でないので、0.02〜0.20％とした。

【００１５】Ｓ又は／及びSe：0.010 〜0.040 ％ Se及びＳはインヒビターを形成する成分で、Ｓ及びSeの
いずれか一方あるいは合計の含有量が0.010 ％未満であ
るとインヒビター機能が不十分となり、一方同様に0.04
0 ％を越えるとスラブ加熱温度が高すぎて実用的でない
ので、0.010 ％〜0.040 ％とする。

【００１６】Al：0.010 〜0.065 ％, Ｎ：0.0010〜0.01
50％ その他インヒビター構成成分として公知であるAlN を利
用することができる。この場合良好な鉄損を得るために
はAl：0.010 ％及びＮ：0.0010％は必要であるが、Al：
0.065 ％及びＮ：0.0150％を越えるとAlN の粗大化を招
き抑制力を失うため、上記の範囲とする。

【００１７】Sb：0.01〜0.20％, Cu：0.01〜0.20％ Sb, Cuは磁束密度を向上させるために添加させてもよ
い。Sbは0.20％を越えると脱炭性が悪くなり、0.01％未
満では効果がないので0.01〜0.20％が好ましい。Cuは0.
20％を越えると酸洗性が悪化し0.01％未満では効果がな
いので0.01〜0.20％が好ましい。

【００１８】Mo：0.01〜0.05％ 表面性状を改善するためにMoを添加できる。0.05％を越
えると脱炭性が悪くなり、0.01％未満であると効果がな
いので0.01〜0.05％が好ましい。

【００１９】Sn：0.01〜0.30％, Ge：0.01〜0.30％, N
i：0.01〜0.20％ 鉄損を向上させるために、さらにSn, Ge, Niを添加する
ことができる。Snは0.30％を越えると脆化し、0.01％未
満では効果がないので0.01〜0.30％が好ましい。Geは0.
30％を越えると良好な１次再結晶組織が得られず、0.01
％未満では効果がないので0.01〜0.30％が好ましい。Ni
は0.20％を越えると熱間強度が低下し、0.01％未満では
効果がないので0.01〜0.20％が好ましい。

【００２０】また上記の好適成分組成になるけい素鋼ス
ラブは、従来用いられている製鋼法で得られた溶鋼を、
連続鋳造法或は造塊法に従う、必要に応じて分塊圧延を
挟んだ鋳造工程にて得ることができる。引続いてこのス
ラブに熱間圧延を施し、必要に応じて熱延板焼鈍を行っ
た後、１回ないしは中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延
により最終板厚の冷延板を得る。

【００２１】ここで冷間圧延は、摩擦係数を0.06〜0.15
として行うことが肝要である。すなわち0.06よりも小さ
いと組織改善が不十分であり鉄損が悪化し、一方0.15よ
りも大きいと圧延時の荷重が大きくなりすぎて実用的で
なく、（１１０）＜００１＞粒以外も増加し磁気特性が
悪化するので0.06〜0.15とする。ちなみに通常の冷間圧
延における摩擦係数は0.02〜0.04程度であり、摩擦係数
を0.06〜0.15という高い値とするためには、潤滑油の量
を減らすこと、潤滑油中の水分量を増やすこと、パスあ
たりの圧下量を多くとるなどの手段が適合する。

【００２２】ところで摩擦係数を通常の圧延よりも高い
特定の値に制御して冷間圧延を行うことにより鉄損が向
上する機構については必ずしも解明されているわけでは
ないが、発明者らは次のように考えている。まず摩擦係
数の値と摩擦の機構については関係がある。例えば摩擦
係数が0.001 〜0.01と非常に低い場合の摩擦の機構は、
材料とロール間にいきわたっている潤滑油自体の内部摩
擦が主体の流体摩擦になり、摩擦係数が0.1 以上の場合
には材料とロールの間には潤滑油がいきわたらずに材料
とロールの間に接触部分が生じ、この接触部分の摩擦が
主体の境界摩擦となる。通常の冷間圧延における摩擦係
数0.01〜0.1 の場合の摩擦の機構は、境界摩擦の部分と
流体摩擦の部分の混合である混合摩擦の機構である。一
方摩擦係数が0.06〜0.15の圧延は、混合摩擦の領域から
境界摩擦の領域である。すなわちこの領域において圧延
することは、通常の冷間圧延よりも接触摩擦部分の多い
領域で鋼板が変形されることになる。その場合接触部分
での摩擦により剪断帯が増加し、その剪断帯から再結晶
時に（１１０）＜００１＞方位粒が優先的に生成して２
次再結晶粒が微細化して鉄損が向上するためと考えられ
る。

【００２３】上記したこの発明による鉄損改善の機構
は、Ｃ，Ｎの転位への固着を目的とした時効処理の効果
とは異なるものであり、時効による材料の硬化は起こら
ないことから圧延は容易であり、かつ熱処理工程が省略
されるために生産性は高い。また溝付あるいはダルロー
ルを特に用いる必要がなく、平滑なロールで圧延するこ
とが可能であり材料表面を平滑に保つことができ鉄損向
上に有利である。

【００２４】さらに磁性改善機構の異なる時効による効
果との複合も勿論可能であり、生産性は低くなるが、圧
延時の温度を100 〜350 ℃とすることにより磁性を一層
改善することもできる。すなわち圧延温度が100 ℃未満
では効果が小さく、350 ℃をこえると逆に磁束密度が低
下し鉄損が悪化するので圧延温度は100 〜350 ℃とす
る。

【００２５】同様に最終圧延板前の冷却速度を20℃／s
以上として微細な炭化物を析出させて冷間圧延組織を改
善する方法との複合も可能である。すなわち冷却速度が
20℃／s 未満では微細な炭化物の析出が起こらず鉄損の
改善が不十分なので20℃／s以上とする。

【００２６】そして最終冷間圧延後は、脱炭焼鈍を行
い、次いでMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、さ
らに1000℃の温度で最終仕上焼鈍を行い、張力を付与す
るコーティングを施して製品とする。

【００２７】

【実施例】

実施例１ Si：3.35％、Ｃ：0.048 ％、Mn：0.071％、Se：0.021
％、Sb：0.023 ％を含み残部実質的に鉄及び不可避不純
物からなるけい素鋼スラブを1430℃で30分加熱後熱間圧
延して2.0 mm厚の熱延板とした。次いで1000℃で１分間
焼鈍した後、冷却油量及び粘度を変更することにより表
１に示す種々の摩擦係数にて0.60mm厚まで冷間圧延し、
820 ℃で２分間の中間焼鈍を行い、さらに同様の冷却油
供給下で0.20mmの最終板厚に仕上げた。その後820 ℃で
２分間の脱炭焼鈍を行い、MgO を塗布し1200℃で５時間
の仕上げ焼鈍を施した。かくして得られた製品の磁気特
性を表１に示すように、この発明に従って得られた製品
は特に低い鉄損を示した。

【００２８】

【００２９】実施例２ Si：3.33％、Ｃ：0.066 ％、Mn：0.077％、Ｓ：0.020
％、Al：0.025 ％、Ｎ：0.0083％、Cu：0.10％、Sb：0.
026 ％を含み残部実質的に鉄及び不可避不純物からなる
けい素鋼スラブを1430℃30分加熱後熱間圧延して2.2 mm
厚の熱延板とした。次いで1000℃１分間焼鈍した後、表
２に示す摩擦係数及び温度にて1.5 mm厚まで冷間圧延
し、1100℃で２分間の中間焼鈍を行って表２に示す各冷
却速度で冷却し、さらに冷却油量及び粘度を変更するこ
とにより表２に示す摩擦係数の下で0.23mmの最終板厚に
仕上げた。その後820 ℃で２分間の脱炭焼鈍を行い、Mg
O を塗布し1200℃で５時間の仕上げ焼鈍を施した。また
比較として、同様の処理を圧延機の入、出側に冷却油を
適用して行った。かくして得られた製品の磁気特性を表
２に示すように、この発明に従って得られた製品は特に
低い鉄損を示した。

【００３０】

【００３１】実施例３ 表３に示す成分組成になる各けい素鋼スラブを1430℃で
30分加熱後熱間圧延して2.2 mm厚の熱延板とした。次い
で1000℃１分間焼鈍した後、冷却油量及び粘度を変更す
ることにより摩擦係数0.07〜0.10にて1.5 mm厚まで冷間
圧延し、1100℃で２分間の中間焼鈍を行い、さらに同様
の冷却油供給下で0.23mmの最終板厚に仕上げた。その後
820 ℃で２分間の脱炭焼鈍を行い、MgO を塗布し1200℃
で５時間の仕上げ焼鈍を施した。かくして得られた製品
の磁気特性を表３に併記するように、この発明に従って
得られた製品は特に低い鉄損を示した。

【００３２】

【表３】

【００３３】

【発明の効果】この発明によれば、極めて鉄損の低い方
向性けい素鋼板を工業的規模で製造することができ、特
性の良好な製品を安定供給し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】圧延時の摩擦係数と鉄損との関係を示すグラフ
である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Si：2.0 〜4.0 wt％を含み、さらにＳ及
   びSeの少なくともいずれか１種をインヒビター形成成分
   として含有するけい素鋼スラブを熱間圧延後、１回また
   は中間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚
   とし、次いで脱炭焼鈍を施した後、鋼板表面にMgO を主
   成分とする焼鈍分離剤を塗布してから二次再結晶焼鈍及
   び純化焼鈍を施す一連の工程にて方向性けい素鋼板を製
   造するに当たり、上記冷間圧延は摩擦係数を0.06〜0.15
   として行うことを特徴とする低鉄損方向性けい素鋼板の
   製造方法。
2. 【請求項２】 冷間圧延は100 ℃〜350 ℃の温度域で行
   う請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 冷間圧延は最終冷延前の焼鈍における50
   0 〜100 ℃の温度域での冷却速度を20℃／ｓ以上とする
   請求項１又は２に記載の方法。