JPH06142851A - 直接鋳造による磁性鋼ストリップの製造方法 - Google Patents

直接鋳造による磁性鋼ストリップの製造方法

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JPH06142851A JP4294481A JP29448192A JPH06142851A JP H06142851 A JPH06142851 A JP H06142851A JP 4294481 A JP4294481 A JP 4294481A JP 29448192 A JP29448192 A JP 29448192A JP H06142851 A JPH06142851 A JP H06142851A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 特殊な二次処理を行うことなく、薄いストリ
ップ中にゴス核を得る。 【構成】 厚さが５ｍｍ未満で、２重量％を超えるケイ
素、０．１重量％未満の炭素及び適切な量の二次再結晶
抑制元素を含み残部が鉄からなる組成の磁性鋼ストリッ
プを１つのロール上又は２つのロールの間で、鋼を表面
温度が４００℃未満のロールと接触するようにおいて鋼
を急激に冷却することによって直接鋳造し、表皮に、す
なわち急冷ゾーンの表面に｛１１０｝＜００１＞配向さ
れた粒子を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、配向された粒子を有
し、厚さが５ｍｍ未満で、２重量％を超えるケイ素、
０．１重量％未満の炭素及び二次再結晶抑制元素を含み
残部が鉄からなる組成の磁性鋼ストリップを、ストリッ
プ製造用の１つのロール上又は２つのロール間で直接鋳
造することによって製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】配向された粒子の磁性鋼は磁気回路、変
圧器及び大回転機械の製造において使用される。変圧器
用途用の場合には、最適な磁気性能を有する鋼を得るた
めに、容易磁化方向である結晶方向００１は圧延方向に
平行でなければならない。配向された粒子を有するシー
トを製造する通常の方法においては、連続鋳造したスラ
ブをストリップ圧延用トレイン（strip rolling trai
n）上で熱間圧延し、ミラーの結晶表示法による｛１１
０｝＜００１＞配向のゴス（ＧＯＳＳ）核をこの圧延作
業中に生ぜしめる。鉄からなる液体金属に、ケイ素、炭
素、マンガン、アルミニウム、ホウ素、アンチモン、ス
ズ、硫黄及び／又は窒素を添加すると、ＭｎＳ、Ａｌ
Ｎ、ＢＮ及び／又はＳｎ並びにＳｂのようなインヒビタ
ーが形成される。これらは、熱間圧延したストリップ中
に部分的に析出したり若しくは偏析したり、或いは、後
の熱処理（熱間圧延したストリップの焼なまし及び／又
は２つの冷間圧延工程の間の中間焼なまし）過程におい
て析出する。もし従来の熱サイクルが適切なものである
ならば、脱炭後には十分な量ある析出物の寸法が１００
ｎｍ未満であるはずである。コイルの静的な最終焼なま
しにより、望ましい配向を示さない粒子が正常成長して
析出することを抑制するために、熱間圧延によるゴス核
の選択的成長を可能とする。これは、二次再結晶と呼ば
れる現象であり、一次再結晶は脱炭作業の際に生ずる。
【０００３】厚さが５ｍｍ未満の薄いストリップを１つ
のロール上又は２つのロールの間で液体金属を鋳造する
ことによって直接得ることができる新規な方法では熱間
圧延を行わないで済むため、通常の方法におけるように
熱間圧延によってゴス核が生じることはもはやない。結
果として、薄い鋳造したままのストリップにゴス核を生
じさせるべく新しい鋳造条件を定めることが必要となっ
ている。
【０００４】特許EP-A-O 390160には、液体金属の凝固
後に得られた薄いストリップの二次冷却速度を制御する
ことが教示されている。すなわち、この速度は１３００
℃から９００℃の間で１０℃／ｓより大きくなけらばな
らないと教示されている。後の二次再結晶及び｛１１
０｝＜００１＞配向を有する粒子の形成を排除しうる抑
制析出物の粗大化を避けるためである。もし、１３００
℃から９００℃までの温度の間における二次冷却速度が
あまりにも大きいならば、鋳造したままの状態における
ストリップの柱状組織が集合組織｛１００｝＜ｏｖｗ＞
を有し、ゴス核はゼロに近い。これでは、８０％より大
きい加工率で行う単一の冷間圧延作業によって最終的な
厚さにすることはできない。実際、これらの条件下で
は、二次再結晶は生じない。もし、二次冷却速度が適切
であるならば、すなわち、１０℃／ｓより大きいなら
ば、凝固の後に再結晶を起こした鋳造したままのストリ
ップは、等方性、すなわち、ランダムな組織である。そ
して、粒子は優先配向を有していない。二次再結晶は、
８０％を超える加工率で冷間圧延した後の二次再結晶焼
きなましの際に得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特殊な二次
熱処理を行うことなく、薄いストリップ中にゴス核を得
る方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願の出願人は、１３０
０℃と９００℃との間における二次冷却速度ではなく、
鋳造の際の凝固条件の制御が、１つのロール上又は２つ
のロールの間での液体金属の直接鋳造によって得られる
薄いストリップ中にゴス核の存在を左右する必須のパラ
メータであることを示している。
【０００７】本発明は、厚さが５ｍｍ未満で、２重量％
を超えるケイ素、０．１重量％未満の炭素及び適切な量
の二次再結晶抑制元素を含み残部が鉄からなる組成の磁
性鋼ストリップを１つのロール上又は２つのロールの間
で直接鋳造することによって製造する方法であって、鋼
を表面温度が４００℃未満のロールと接触するようにお
いて鋼を急激に冷却することによって、少なくとも１つ
の急冷ゾーンの面上の表皮に｛１１０｝＜００１＞配向
された粒子の形成をもたらすことを特徴とする。
【０００８】本発明を実施するための一実施例は、スト
リップを４００℃以下に冷却された２つのロールの間で
鋳造し；ロール間にストリップの幅当たり５０ｋｇｆ／
ｍｍより低い圧力を加える；ことを含む。
【０００９】本発明の他の特徴によれば、ロールの表面
温度は好ましくは２５０℃以下であり；ロール／凝固し
た表皮（cylinder/solidified skin）の境界面における
熱交換率は０．１０ｃａｌ／ｃｍ2.ｓ.℃より高く；ス
トリップの表皮は非柱状・バサルティック（non-column
ar basaltic）モードによる急冷凝固ゾーンであり；イ
ンゴット型の出口におけるストリップのコアの液体金属
の厚さはストリップの全体の厚さの３０％以下である。
【００１０】本発明は、本発明の方法によって製造した
ストリップから得られた配向された粒子を有するシート
をも提供する。このシートは、急冷ゾーンにおいて柱状
（columnar）組織を有し、表皮においてゴス型の粒子を
含む非柱状・バサルティック組織を含むことを特徴とす
る。
【００１１】該シートは、等軸組織の中心ゾーンを更に
含む。
【００１２】本発明の方法によれば、凝固条件の制御に
より、自然冷却して、すなわち、例えば水を噴霧するな
どの特殊な二次冷却を必要とせずに、直接鋳造によって
得た薄いストリップ中にゴス核を生ぜしめることが可能
となっている。選択的に、二次冷却を行ってもよいが、
その後の構造に関する冶金学的な問題を解決するために
は用いられない。例えば、コイル巻に伴う技術上の応力
又は表面酸化を避けるために課せられてもよい。また、
表面上に中性ガスを通過させることによって活性化させ
てもよい。
【００１３】本発明によれば、ゴス核は、液体金属とロ
ール表面との間の熱交換条件を最適化することにより鋳
造金属とロールとの接触によりインゴット型で生ずる。
これらの核は成形されたインゴット型の出口でロールの
軸を含む平面下で、特殊な二次冷却システムを必要とせ
ずに、例えば鋳造速度のような連続鋳造方法に関連する
パラメータを制御することによって保持される。本発明
を例証するために以下で詳述する例においては、２つの
ロールの間で鋳造する装置に冷却システムは含まれてい
ない。凝固したストリップはその回りを取り囲んでいる
空気中で冷却される。
【００１４】図１は、金属が連続鋳造においてインゴッ
ト型の２つのロールの間を通過するときにロールと接触
するストリップの表面温度と、インゴット型の出口にお
けるストリップの表皮の冷却サイクルを示している。
【００１５】水の循環により冷却され表面の温度が４０
０℃未満であるロールの表面でストリップは凝固し、急
冷ゾーンを形成する。その表皮はゾーンIの温勾配によ
って示される温度上の急激な変化を受ける。ストリップ
がインゴット型を離れたときには、急冷ゾーンの温度よ
り高い温度を示すコアが前記表皮の温度を上げる（ゾー
ンII）。ゾーンIIIでは、表皮は水を噴霧するような冷
却促進法を用いる必要がなく周囲の空気中に自然冷却さ
れる。曲線Ｃ１は鋳造速度Ｖ１に対応し、曲線Ｃ２は鋳
造速度Ｖ２に対応している。
【００１６】図２及び３は、ロール５及び６を離れつつ
ある構造の図形である。図２は、２つの急冷ゾーン８及
び９の間に液体中心ゾーン７が含まれているが、図３で
は、２つの並列した急冷ゾーン８及び９が含まれてお
り、中心ゾーン７に相当するものはインゴット型の出口
で凝固している。
【００１７】２つのロールの間で鋳造されたままの状態
のＦｅ−Ｓｉストリップの試料のミクロ構造の検査はゴ
ス核が観察できるように行った。研磨した試料を希薄硝
酸で一次エッチングをして、粒子結合を暴露させた。そ
の後、フッ化水素酸及び酸素水を含有する試薬で二次エ
ッチングを行った。
【００１８】その結果得られた腐食図形は粒子の結晶配
向とゴス核の位置を定めるのに使用した。ゴス核は、ロ
ールの表面と接触した急冷ゾーンの表面上の表皮先端限
界に位置していることが見いだされている。非柱状・バ
サルティックモードで凝固した部分に関する。鋳造した
ままの製品において周囲温度でゴス核を得るためには、
それらの形成はロールの表面との最初の接触に基づき行
われなければならない。また、インゴット型の出口にお
いてストリップがロールと接触しなくなる前にゴス核の
成長を促進しかつ近接する柱状粒子の粗大化を避けるこ
とによってゴス核は保護されなければならない。
【００１９】図２及び図３に示されるように、冷却され
たロールと接触したストリップの表面の金属は急速冷却
され、そして、この場合のように、インゴット型の出口
で、表皮は多少なりとも液体の鋼を含むコアによって再
加熱される。
【００２０】インゴット型中の表皮が達成する最低温度
Ｔ ｍｉｎに対して作用するパラメータは、水循環路の
冷却力、ロール表面に寄与する材料の熱伝導度、及びロ
ール表面の幾何学的特性、例えば粗さ、寸法によって４
００℃未満に保持されるロールの表面温度；ロール表面
と表皮との間の境界面における凝固の過程における熱抵
抗の劣化である。急冷ゾーンの表面上にゴス核を生ぜし
め且つそれらをロール表面と接触しなくなる前に保護す
るために、本発明に従うことが必要である。すなわち、
ロール表面の温度を４００℃未満にし、境界面における
熱交換率を接触部分の弧１０の長さ全体にわたって０．
１０ｃａｌ／ｃｍ２.ｓ.℃より高くする。
【００２１】これらの条件下では、インゴット型の出口
において表皮の最低温度Ｔ ｍｉｎ（ゾーンI）は１４
００℃より低く、ストリップの自然冷却速度（ゾーンII
I、図１）は表皮とコアに実質的に等しく、１００℃／
秒 以下である。
【００２２】ロールの軸を含む平面Ｐ下では、ストリッ
プがロールを接触しなくなりしだい、熱の放散（extrac
tion）は弱くなり、柱状・バサルティックモードにした
がって凝固前面の進展が停止する。もし、鋼が液体と等
軸粒子核を有するペースト状の中心ゾーンと２つの急冷
ゾーンからなるとすると、凝固したゾーンを通って中心
ゾーンを冷却するには、固体の熱と液体部分の熱の潜熱
の放散が必要となる。表皮がこれ以後放熱によってのみ
冷却されるとなると、表面の再加熱が起こる。この段階
では、表皮の粒子、特にゴス核が消失する可能性があ
る。再加熱の過程で、粒子結合部（grain joint）の易
動性（mobility）が効果的な温度範囲においてかかった
時間は重要なパラメータである。再加熱温度及び粒子結
合部の易動性（熱的に活性化された現象）が効果的な範
囲においてかかった時間に作用する要因は、ストリップ
の全体の厚さに対して、液体の凝固後の等軸組織を有す
る中心ゾーンの割合；設備の種々のパラメータによって
定まる表皮の初期温度；である。
【００２３】表皮の単位長さ当たりのゴス粒子の数及び
表面上のゴス粒子の割合が、凝固した金属の炭素の割合
及び中心ゾーンの割合の関数として変化する。凝固構造
は、デンドライトの主軸を示すアンモニウムパーオキソ
ジスルフェート（ＮＨ4）2Ｓ2Ｏ8を１０％を含む水溶液
中での電解エッチングにより発現させた。
【００２４】表１は、（２つのロール間の鋳造による）
炭素の割合と中心ゾーンの割合の関数として表面上にお
けるＧＯＳＳ粒子の割合を示している。
【００２５】
【表１】 本発明のオリジナリティは、液体とロール表面との最初
の接触の際にインゴット型中においてゴス核を生成をな
す点にある。
【００２６】表皮を再加熱できる中心ゾーンと炭素含有
量の割合を制限するのはそれらの核を保護するためであ
る。表１によれば、表皮１ｃｍ当たりのゴス粒子の数及
び表面におけるゴス粒子の割合は、中心ゾーンがゼロ
（図３）のときは、及び炭素含有量がより多いときには
かなり大きい。
【００２７】二次再結晶は最大表面温度、ロールの圧
力、ロールと凝固した表皮との境界面における熱交換
率、表皮１ｃｍ当たりのゴス粒子の数に関係し、更に、
表面におけるゴス粒子と炭素含有量の割合に関係する。
これらの関係は、２つのロール間での薄いストリップの
直接鋳造に関する以下の実施例によって例証される。表
２は、（重量％で）金属の化学組成を示している。
【００２８】
【表２】 表３は、２つのロール間で鋳造したストリップの実験条
件及び組織的特性を示している。
【００２９】
【表３】 表４は、酸洗いしたストリップの種々の変態工程を示し
ている。
【００３０】
【表４】 これらの条件下では、完全な二次再結晶、すなわち、最
終的な長さが０．２８ｍｍのときに１００％ゴス粒子が
得られた。高炭素含有量（０．０３５％）である点を考
慮すると、表面におけるガス粒子の割合は、中心ゾーン
の割合が１０％より高いという事実にもかかわらず相当
に高い（５．６％）。炭素含有量が０．０３５％より多
ければ約３０％の中心ゾーンの割合をもって表面にゴス
粒子が保持されていることが分かった。このとき、ロー
ル表面の最大温度及びロール間に加えられる圧力の条件
はそれぞれ４００℃未満、５０ｋｇｆ／ｍｍ未満であ
り、熱交換率は０．１０ｃａｌ／ｃｍ2.ｓ.℃より高か
った。
【００３１】その上、無風状態で取り囲んでいる空気中
のストリップの冷却に起因する硫化マンガン及び硫化銅
の量と大きさは、満足すべき抑制力と適合している。脱
炭焼なましの後に、透過型電子顕微鏡を用いて同定した
多くの析出物の形状は、直径が約１０〜１００ｎｍの球
状であった。更に、二次再結晶焼なましの際のコイルの
ターンの間の付着を回避する焼なましセパレータとして
使用するマグネシアへのインヒビターの添加によって抑
制力を強化することもできる。
【００３２】本発明は、１つのロール上又は２つのロー
ルの間で薄いストリップを直接鋳造して通常の透過性又
は高い透過性の粒子配向されたシートを得る方法に適用
できる。ゴス粒子の選択的成長を促進する一次再結晶粒
子の正常成長の抑制モード（硫化物、セレン化物、窒化
物、偏析した元素）にもかかわらず、また、１つのロー
ル上若しくは２つのロールの間で液体金属を直接鋳造す
ることによって得たストリップの後の処理にかかわらず
適用できる。この後の処理は、高性能のシートを得るた
めの高い加工率（８０％を超える加工率）の単一の冷間
圧延を含んでもよいし、また、中間（１回又はそれ以上
の）焼きなましとともに２回又はそれ以上の冷間圧延を
含む慣用処理でもよい。
【００３３】鋳造したままの状態のストリップに冷間圧
延の前に、特にインヒビターの大きさを最適化するため
に焼きなましを施す。この冷間圧延の後に、一次再結晶
及び脱炭のライン処理を施す。最後に、静的な炉中でコ
イルのターンの付着を回避するためにマグネシアのミル
クを被覆した後にコイルの最終的な焼なましをして二次
再結晶現象の発現を促進している。これにより、｛１１
０｝＜００１＞の粒子配向の選択的形成をもたらす。２
つのロールの間でストリップを得るための条件は１つの
ロール上で鋳造する場合にも適用できる。例えば、液体
金属を１つのロールに横方向から供給する。｛１１０｝
＜００１＞の粒子配向は同じ条件下で得られるが、この
ストリップの幅１ｍｍ当たりに加える圧力は存在しな
い。その後、ゴス粒子は、ロールと接触したストリップ
の側にのみ存在する。
【００３４】以下の表５は表皮のｃｍ当たりのゴス粒子
の数の例、単一のロール上で鋳造する実験条件の関数と
してロールと接触した一方の側のゴス粒子の割合の例を
示している。
【００３５】
【表５】
【図面の簡単な説明】
【図１】インゴット型の出口における表皮の温度サイク
ルとロールと接触しているストリップの表面の温度の変
化を示す。
【図２】インゴット型の出口において、溶融中心ゾーン
を有するストリップを鋳造を可能とするロールの速度に
対応して成形されたインゴットのストリップ構造の断面
図である。
【図３】成形されたインゴットの出口において、溶融中
心ゾーンを有さないストリップを鋳造を可能とするロー
ルの速度に対応して成形されたインゴットのストリップ
構造の断面図である。
【符号の説明】
５、６ ロール ７ 中心ゾーン ８、９ 急冷ゾーン １０ 接触部分の弧
フロントページの続き (71)出願人 592228354 テュッセン・シュタール・アクチェンゲゼ ルシャフト ＴＨＹＳＳＥＮ ＳＴＡＨＬ ＡＫＴＩＥ ＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ ドイツ連邦共和国 4100 デュイズブルク 11，カイザー−ヴィルヘルム−シュトラ ーセ 100 (72)発明者 ジャン−クロード・バヴェイ フランス共和国 62330 イスベルゲ，リ ュー・ラメンダン 36 (72)発明者 フィリペ・デマール フランス共和国 62122 ラブーヴィエー ル，ルート・ド・ベチュヌ（番地なし) (72)発明者 フレデリク・マジュリエール フランス共和国 62400 ベチュヌ，ブー ルヴァール・エール・ポアンカレ 648

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 厚さが５ｍｍ未満で、２重量％を超える
    ケイ素、０．１重量％未満の炭素及び適切な量の二次再
    結晶抑制元素を含み残部が鉄からなる組成の磁性鋼スト
    リップを１つのロール上又は２つのロールの間で直接鋳
    造することによって製造する方法であって、鋼を表面温
    度が４００℃未満のロールと接触するようにおいて鋼を
    急激に冷却することによって、少なくとも１つの急冷ゾ
    ーンの面上の表皮に｛１１０｝＜００１＞配向された粒
    子の形成をもたらすことを特徴とする前記方法。
  2. 【請求項２】 ４００℃未満の温度まで冷却された２つ
    のロールの間でストリップを鋳造し、且つ、それらのロ
    ールの間にストリップの幅当たり５０ｋｇｆ／ｍｍ未満
    の圧力を加えることを含む、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 ロールの表面温度は２５０℃未満であ
    る、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 ロール／凝固した表皮境界面における熱
    交換率は０．１０ｃａｌ/ｃｍ２.ｓ.℃である、請求項
    １乃至３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】 急冷ゾーンの表面の表皮は非柱状・バサ
    ルティックモードで凝固する、請求項１乃至４のいずれ
    か１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 インゴット型の出口におけるストリップ
    のコアの液体金属層の厚さはストリップの全体の厚さの
    ３０％以下である、請求項１乃至５のいずれか１項に記
    載の方法。
  7. 【請求項７】 凝固したストリップの炭素含有量は０．
    ０１％を超えている、請求項１乃至６のいずれか１項に
    記載の方法。
  8. 【請求項８】 インゴット型の出口において凝固した表
    皮が達成する最低温度は１４００℃未満である、請求項
    １乃至７のいずれか１項に記載の方法。
  9. 【請求項９】 凝固したストリップの自然冷却の速度は
    １００℃／ｓ未満である、請求項１乃至８のいずれか１
    項に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ストリップに対して少なくとも１度冷
    間圧延し、脱炭し、一次再結晶熱処理し、そして最終的
    に二次再結晶焼なましを施すことを含む、請求項１乃至
    ９のいずれか１項に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 前記ストリップに対して１回又はそれ
    ぞれの冷間圧延後に焼なましを行うことを含む、請求項
    １０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記ストリップに対して最初の冷間圧
    延前に焼なましを施すことを含む、請求項１０に記載の
    方法。
  13. 【請求項１３】 急冷ゾーンにおいて柱状組織を含み、
    表皮においてゴス型の粒子を含む非柱状・バサルティッ
    ク組織を含むことを特徴とする、請求項１乃至９のいず
    れか１項に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 等軸組織の中心ゾーンを含む、請求項
    １３に記載のシート。
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