JPH06179915A - 高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、製品磁束密度が極めて高く、且つ
歩留り良く、製造コストが安い一方向性電磁鋼板の製造
方法を提供する。 【構成】 Ｓｉ：２．５〜４．５％及び公知のインヒビ
ター成分を含有するスラブを加熱し、熱延し、最終冷延
圧下率５０％以上の１回ないし中間焼鈍を含む２回以上
の冷間圧延を施し、さらに脱炭焼鈍と仕上焼鈍を行い、
また脱炭焼鈍後から最終仕上焼鈍の二次再結晶開始まで
の間に鋼板に窒化処理を施す一方向性電磁鋼板の製造方
法において、前記スラブがＰｂ：０．００５〜０．５０
％、Ｓ≦０．０１４％を含有し、且つ１２８０℃以下に
加熱した後の熱延に際し、粗圧延後の板厚を２５〜５０
ｍｍ、仕上圧延入口温度を９００〜１１５０℃、及び仕
上圧延出口温度を８００〜１１００℃とすることを特徴
とする。 【効果】 本発明によれば、製品磁束密度が極めて高
く、且つ熱延の耳割れ発生が少く、安価な一方向性電磁
鋼板を製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２．５〜４．５％のＳ
ｉを含む高い磁束密度を有する一方向性電磁鋼板の製造
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、トランス等の電気
機器の鉄心材料として使用されており、磁気特性として
励磁特性と鉄損特性が良好でなくてはならない。しかも
近年特にエネルギーロスの少ない低鉄損素材への市場要
求が強まっている。磁束密度の高い鋼板は、鉄損が低
く、また鉄心が小さく出来るので、極めて重要な開発目
標である。この高い磁束密度を有する一方向性電磁鋼板
は、適切な冷延と焼鈍とにより熱延板から最終板厚にし
た鋼板を仕上焼鈍して｛１１０｝＜００１＞方位を有す
る一次再結晶粒を選択成長させる、いわゆる二次再結晶
によって得られる。

【０００３】二次再結晶は、二次再結晶前の鋼板中に微
細な析出物、例えばＭｎＳ、ＡｌＮ、ＭｎＳｅ、Ｃｕ₂
Ｓ、ＢＮ、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎ等が存在すること、あるい
はＳｎ、Ｓｂ等の粒界偏析型の元素が存在することによ
って達成される。これら析出物、粒界偏析型の元素は
Ｊ．Ｂ．Ｍａｙ ａｎｄ Ｔｕｒｎｂｕｌｌ（Ｔｒａｎ
ｓ．Ｍｅｔ．Ｓｏｃ．ＡＩＭＥ ２１２（１９５８) Ｐ
７６９／７８１) によって説明されているように、仕上
焼鈍工程で｛１１０｝＜００１＞方位以外の一次再結晶
粒の成長を抑え、｛１１０｝＜００１＞方位粒を選択的
に成長させる機能を持つ。

【０００４】このような粒成長の抑制効果は一般にはイ
ンヒビター効果と呼ばれている。従って当該分野の研究
開発の重点課題はいかなる種類の析出物、あるいは粒界
偏析型の元素を用いて二次再結晶を安定させるか、そし
て正確な｛１１０｝＜００１＞方位粒の存在割合を高め
るために、それらの適切な存在状態をいかに達成するか
にある。特に最近では１種類の析出物による方法では
｛１１０｝＜００１＞方位の高度の制御に限界があるた
め、各析出物について長所、短所を深く解明することに
より、いくつかの析出物を有機的に組み合わせて、より
磁束密度の高い製品を安定に、且つコストを安く製造で
きる技術の開発が進められている。

【０００５】現在、工業生産されている代表的な一方向
性電磁鋼板の製造方法としては３種類あるが、各々につ
いては長所、短所がある。第一の技術はＭ．Ｆ．Ｌｉｔ
ｔｍａｎｎによる特公昭３０−３６５１号公報に示され
たＭｎＳを用いた二回冷延工程によるプロセスであり、
得られる二次再結晶粒は安定して発達するが、高い磁束
密度が得られない。第二の技術は田口等による特公昭４
０−１５６４４号公報に示されたＡｌＮ＋ＭｎＳを用い
た最終冷延を８０％以上の高圧下率とするプロセスであ
り、高い磁束密度は得られるが、工業生産に際しては製
造条件の厳密なコントロールが要求される。第三の技術
は今中等による特公昭５１−１３４６９号公報に示され
たＭｎＳ（及び／またはＭｎＳｅ) ＋Ｓｂを含有する珪
素鋼を二回冷延工程によって製造するプロセスであり、
比較的高い磁束密度は得られるが、Ｓｂ、Ｓｅのような
有害で且つ高価な元素を使用し、しかも二回冷延法であ
ることから製造コストが高くなる。

【０００６】また上記３種類の技術においては、共通し
て次のような問題がある。即ち、上記技術はいずれも析
出物を微細、均一に制御する技術として熱延に先立つス
ラブ加熱温度を、第一の技術では１２６０℃以上、第二
の技術では特開昭４８−５１８５２号公報に示すように
素材Ｓｉ量にもよるが３％Ｓｉの場合で１３５０℃、第
三の技術では特開昭５１−２０７１６号公報に示すよう
に１２３０℃以上、高い磁束密度の得られた実施例では
１３２０℃といった極めて高い温度にすることによって
粗大に存在する析出物をいったん固溶させ、その後の熱
延中、あるいは熱処理中に析出させている。スラブ加熱
温度を上げることは、加熱時の使用エネルギーの増大や
ノロの発生による歩留り低下及び加熱炉の補修頻度の増
大に起因する設備稼働率の低下、さらには特公昭５７−
４１５２６号公報に示されるように線状二次再結晶不良
が発生するため連続鋳造スラブが使用できないという問
題がある。しかしこのようなコスト上の問題以上に重要
なことは、鉄損向上のためにＳｉを多く、製品板厚を薄
くといった手段をとると、この線状二次再結晶不良の発
生が増大し、高温スラブ加熱法を前提にした技術では将
来の鉄損向上に希望を持てない。

【０００７】これに対し特公昭６１−６０８９６号公報
に開示されている技術では鋼中のＳを少なくすることに
よって二次再結晶が極めて安定し、高Ｓｉ薄手製品を可
能にした。しかしこの技術は量産規模で工場生産する上
で、磁束密度の安定性に問題があり、例えば特開昭６２
−４０３１５号公報に開示されているような改良技術が
提案されているが、今まで完全に解決するに至っていな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べてきたように
現在工業化されている製造方法は二次再結晶に必要なイ
ンヒビターを冷間圧延以前の工程で造り込むものであ
る。これに対し本発明は特開昭６２−４０３１５号公報
と同一技術思想に基づく製造方法である。即ち二次再結
晶に必要なインヒビターは、脱炭焼鈍（一次再結晶) 完
了以降から仕上焼鈍における二次再結晶発現以前までに
造り込むもので、その手段として、鋼中にＮを侵入させ
ることによって、インヒビターとして機能する（Ａｌ、
Ｓｉ) Ｎを形成させる。鋼中にＮを侵入させる手段とし
ては、従来技術で提案されているように仕上焼鈍昇温過
程での雰囲気ガスからのＮの侵入を利用するか、脱炭焼
鈍後段領域あるいは脱炭焼鈍完了後のストリップを連続
ラインでＮＨ₃ 等の窒化源となる雰囲気ガスを用いて行
う。

【０００９】ところで以上のような方法で適正なインヒ
ビターを造り込んでも、窒化時の一次再結晶組織の状態
が適当でなければ高磁束密度を有する良好な二次再結晶
は得られない。しかしながら従来方式の溶鋼成分では、
この方式の特徴である１２８０℃以下の温度に加熱した
後に熱延したのでは析出物が粗大化し過ぎてインヒビタ
ーとしての機能はほとんどなく、結晶組織制御のため脱
炭焼鈍条件を厳密にコントロールする必要がある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決すべく検討を行い、スラブ素材にＰｂを含有させ
ることで磁束密度が向上することがわかった。しかし熱
延板の耳割れが増加する傾向にあるためさらに検討を重
ねた結果、Ｐｂを含有させるとともにＳを０．０１４％
以下にし、且つ熱延の加熱及び圧延条件を適正な範囲に
することで、熱延板の平均耳割れ深さが１５ｍｍ以下と
良好で且つ二次再結晶が安定し、高磁束密度の一方向性
電磁鋼板が得られることを見出した。

【００１１】本発明の要旨は、重量でＣ：０．０２５〜
０．１０％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｍｎ：０．０５
〜０．４５％、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０６％、
Ｎ：０．０００５〜０．０１３％を含み、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなるスラブを素材とし、加熱した
後、熱延し、最終冷延圧下率５０％以上の１回ないし中
間焼鈍を含む２回以上の冷間圧延を施し、さらに脱炭焼
鈍と仕上焼鈍を行い、また脱炭焼鈍後から最終仕上焼鈍
の二次再結晶開始までの間に鋼板に窒化処理を施す一方
向性電磁鋼板の製造方法において、前記スラブ素材にＰ
ｂ：０．００５〜０．５０％、Ｓ≦０．０１４％を含有
せしめ、且つ１２８０℃以下の温度に加熱した後の熱延
に際し、粗圧延後の板厚を２５〜５０ｍｍ、仕上圧延入
口温度を９００〜１１５０℃、及び仕上圧延出口温度を
８００〜１１００℃とすることを特徴とする下記定義に
よる熱延板の平均耳割れ深さが１５ｍｍ以下である高磁
束密度一方向性電磁鋼板の製造方法にある。

【００１２】熱延板の平均耳割れ深さ：１ｍ長さ当たり
の、板幅中心への耳割れ深さが深い順から１０個までの
平均値 以下に本発明を詳細に説明する。まず本発明の特徴であ
るＰｂ添加の効果について述べる。本発明者らは一方向
性電磁鋼板の製造における前記課題を解決すべく、種々
検討を行った。その結果上記成分のスラブ素材にＰｂ：
０．００５〜０．５０％を含有させると、脱炭焼鈍前の
微細析出物が増加することがわかった。従ってＰｂ添加
によってこの時点でインヒビターが強まり、脱炭焼鈍温
度の広い領域で一次再結晶粒径の変化が小さく、且つ均
一化し、従って二次再結晶が安定すると推定される。ま
たＰｂ添加材は脱炭焼鈍後窒化処理しても相対的にイン
ヒビター即ち｛１１０｝＜００１＞方位粒が成長するま
で他方位粒の成長を抑制する力は強く、このことが高磁
束密度が得られる原因と考えられる。以上のことからこ
のＰｂ添加は、二次再結晶が不安定なためより強力なイ
ンヒビターを必要とする薄手・極低鉄損材ほど有効と考
えられる。Ｐｂ量の限定理由は、０．００５％未満では
インヒビター強化、即ち二次再結晶が安定化する効果が
なく、一方０．５０％を超えると熱延板の耳割れがひど
くなり、コスト高につながるためである。

【００１３】一方、Ｐｂ添加材では製品の磁束密度は高
くなるが、一般にＰｂの量が多いと熱延板の耳割れが増
加する傾向にある。しかし、Ｐｂの量が多い場合でも、
図１に示すようにＳの量を少なくし、且つスラブ加熱温
度を１２８０℃以下にするとともに、その後の熱延で、
粗圧延後の板厚を２５〜５０ｍｍ、仕上圧延入口温度を
９００〜１１５０℃、及び仕上圧延出口温度を８００〜
１１００℃に限定すると熱延板の耳割れ発生を抑制でき
ることがわかった。これはＰｂが地鉄への固溶や、化合
物の形成が極めて困難で、且つ融点が３００℃未満であ
るため、結晶粒界や析出物界面に凝集し易く、強度を低
くし、従って低温での熱延や、Ｓ量を低くして析出物に
付随した結晶粒界へのＰｂ凝集を減らすことで熱延板の
耳割れ発生が抑制されると考えられる。一方、粗圧延後
の板厚、仕上圧延入口温度及び仕上圧延出口温度の下限
設定の理由は、圧延時の温度低下に伴う変形能減少によ
る耳割れ発生の抑制のためであり、また仕上圧延入口温
度及び仕上圧延出口温度の上限設定の理由は、スラブ過
熱に伴う結晶粗大化やＰｂの影響による耳割れ発生の抑
制のため、また粗圧延後の板厚の上限設定理由は圧延能
力の制約のためである。

【００１４】

【作用】次に本発明において鋼組成及び製造条件を上述
のように限定した理由を詳細に説明する。Ｃは、その含
有量が０．０２５％未満になると二次再結晶が不安定と
なり、且つ二次再結晶した場合でも製品の磁束密度（Ｂ
₈値) が１．８０Ｔに満たない低いものとなる。一方Ｃ
の含有量が０．１０％を超えて多くなり過ぎると、脱炭
焼鈍時間が長大なものとなり、生産性を著しく損なう。

【００１５】Ｓｉは、その含有量が２．５％未満になる
と低鉄損の製品を得難く、一方Ｓｉの含有量が４．５％
を超えて多くなり過ぎると、冷間圧延等の製造時に割
れ、破断が発生して安定した工業生産が不可能となる。
本発明の出発材料の成分系における特徴の一つは、Ｓを
０．０１４％以下、好ましくは０．０１０％以下とする
点にある。従来公知の技術、例えば特公昭４０−１５６
４４号公報、あるいは特公昭４７−２５２５０号公報に
開示されている技術においては、Ｓは二次再結晶を生起
させるのに必要な析出物の一つであるＭｎＳの形成元素
として必須であった。前記公知技術において、Ｓが最も
効果を発揮する含有量範囲があり、それは熱間圧延に先
立って行われるスラブの加熱段階でＭｎＳを固溶できる
量として規定されていた。しかしながらインヒビターと
して（Ａｌ、Ｓｉ) Ｎを用いる本発明においては、Ｍｎ
Ｓを特に必要とはしない。むしろＭｎＳが増加すること
は磁気特性上好ましくない。また本発明であるＰｂ添加
材では、前述のようにＳが多いと熱延板の耳割れが増加
する。従って本発明においては、Ｓの含有量は０．０１
４％以下、好ましくは０．０１０％以下とする。

【００１６】Ｓｅは、Ｓと同様にＭｎと化合物を形成
し、二次再結晶に影響するため、その含有量はＳｅ≦
０．０４％とする。Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮを形成
するが、本発明においては、後工程、即ち一次再結晶完
了後に鋼を窒化することにより（Ａｌ、Ｓｉ) Ｎを形成
せしめることを必須としているから、フリーのＡｌが一
定量以上必要である。そのためｓｏｌ．Ａｌとして０．
０１〜０．０６％添加する。

【００１７】Ｍｎは、その含有量が少な過ぎると二次再
結晶が不安定となり、一方多過ぎると高い磁束密度を有
する製品を得難くなる。適正な含有量は０．０５〜０．
４５％である。Ｎは、０．０００５％未満では二次再結
晶粒の発達が悪くなる。一方０．０１３％を超えるとブ
リスターと呼ばれる鋼板のふくれが発生する。

【００１８】Ｓｎは、０．０１％未満では磁気特性改善
の上で効果がなく、一方０．１０％超では窒化を抑制し
二次再結晶粒の発達を悪くする。Ｓｂは、インヒビター
効果として、０．０１〜０．１５％が適当である。同様
にＣｕは、インヒビター効果として、０．０５〜１．０
％が適当である。熱延以降の工程においては、最も高い
磁束密度を得るために、短時間の焼鈍後、８０％以上の
高圧下率の冷間圧延によって最終板厚にする方法が望ま
しい。しかし磁気特性はやや劣るが低コストとするため
に熱延板焼鈍を省略しても良い。また最終製品の結晶粒
を小さくするため、中間焼鈍を含む工程でも可能であ
る。

【００１９】次に湿水素あるいは湿水素、窒素混合雰囲
気ガス中で脱炭焼鈍をする。この時の温度は、スラブ成
分及び前工程条件によって最適値が若干変わるが、８０
０〜９００℃が好ましい。次に焼鈍分離剤を塗布し高温
（通常１１００〜１２００℃) 長時間の仕上焼鈍を行
う。本発明の窒化における最も好ましい実施態様は、仕
上焼鈍の昇温過程において窒化することであり、これに
より二次再結晶に必要なインヒビターを造り込むことが
出来る。これを達成するために焼鈍分離剤中に窒化能の
ある化合物、例えばＭｎＮ、ＣｒＮ等を適当量添加する
か、あるいはＮＨ₃ 等の窒化能のある気体を雰囲気ガス
中に添加する。なお、本発明における窒化の他の実施態
様として、脱炭焼鈍時に均熱以降で窒化能のある気体の
雰囲気で窒化するか、または脱炭焼鈍後別途設けたＮＨ
₃ 等の雰囲気を有する熱処理炉を通過せしめて窒化して
も良く、以上の手段の組み合わせでも良い。

【００２０】二次再結晶完了後は、水素雰囲気中におい
て純化焼鈍を行う。次に本発明の実施例を挙げて説明す
る。 実施例１ 表１に示す鋼の成分組成を含む溶鋼を鋳造したスラブ
を、表２に示す熱延を行い、２．０ｍｍ厚みの熱延板と
した。

【００２１】次いでこれらの熱延板を１０５０℃×２．
５分＋９００℃×２分間焼鈍を行った後１００℃の湯中
に冷却し、さらに酸洗した後、冷間圧延を行い、０．２
３ｍｍ厚にした。次にこの冷延板を８３０℃×９０秒間
湿潤水素、窒素雰囲気中で脱炭焼鈍した。次いでアンモ
ニア１％を含む水素、窒素雰囲気中で７５０℃×３０秒
窒化処理を行い、鋼板中の窒素量を２００ｐｐｍとし
た。さらにＭｇＯ粉を塗布した後、１２００℃×２０時
間水素ガス雰囲気中で高温焼鈍を行った。

【００２２】得られた製品は、第２表に示すように、本
発明の範囲であるＰｂ添加、低Ｓ材で、且つ所定の熱延
条件にした方が、熱延板の耳割れが小さく、しかも磁束
密度の高い製品が得られた。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】実施例２ 表３に示す鋼の成分組成を含む溶鋼を鋳造したスラブ
を、表４に示す熱延を行い、２．０ｍｍ厚みの熱延板と
した。次いでこれらの熱延板を１０５０℃×２．５分＋
９００℃×２分間焼鈍を行った後、１００℃の湯中に冷
却し、さらに酸洗した後、冷間圧延を行い、０．２３ｍ
ｍ厚にした。次にこの冷延板を８３０℃×９０秒間湿潤
水素、窒素雰囲気中で脱炭焼鈍した。次いでアンモニア
１％を含む水素、窒素雰囲気中で７５０℃×３０秒窒化
処理を行い、鋼板中の窒素量を２００ｐｐｍとした。さ
らにＭｇＯ粉を塗布した後、１２００℃×２０時間水素
ガス雰囲気中で高温焼鈍を行った。

【００２６】得られた製品は、表４に示すように、本発
明の範囲であるＰｂ添加、低Ｓ材で、且つ所定の熱延条
件にした方が、熱延板の耳割れが小さく、しかも磁束密
度の高い製品が得られた。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、Ｐｂ添加、低Ｓ材で、
且つ所定の熱延条件にすることで、熱延板の耳割れが小
さく、しかも磁束密度の高い良好な一方向性電磁鋼板を
製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延板耳割れ平均深さとスラブ加熱温度の関係
を示すグラフである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量でＣ：０．０２５〜０．１０％、Ｓ
   ｉ：２．５〜４．５％、Ｍｎ：０．０５〜０．４５％、
   酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０６％、Ｎ：０．０００
   ５〜０．０１３％を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物
   からなるスラブを素材とし、加熱した後、熱延し、最終
   冷延圧下率５０％以上の１回ないし中間焼鈍を含む２回
   以上の冷間圧延を施し、さらに脱炭焼鈍と仕上焼鈍を行
   い、また脱炭焼鈍後から最終仕上焼鈍の二次再結晶開始
   までの間に鋼板に窒化処理を施す一方向性電磁鋼板の製
   造方法において、前記スラブ素材にＰｂ：０．００５〜
   ０．５０％、Ｓ≦０．０１４％を含有せしめ、且つ１２
   ８０℃以下の温度に加熱した後の熱延に際し、粗圧延後
   の板厚を２５〜５０ｍｍ、仕上圧延入口温度を９００〜
   １１５０℃、及び仕上圧延出口温度を８００〜１１００
   ℃とすることを特徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板
   の製造方法。
2. 【請求項２】 最終冷延圧下率を８０％以上とする請求
   項１記載の高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 溶鋼成分を、重量でＣ：０．０２５〜
   ０．１０％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｍｎ：０．０５
   〜０．４５％、酸可溶性Ａｌ：０．０１〜０．０６％、
   Ｎ：０．０００５〜０．０１３％、Ｐｂ：０．００５〜
   ０．５０％、Ｓ：≦０．０１４％とし、さらにＳｎ：
   ０．０１〜０．１０％、Ｓｂ：０．０１〜０．１５％、
   Ｓｅ≦０．０４％及びＣｕ：０．０５〜１．０％の少な
   くとも１種を含有せしめることを特徴とする請求項１記
   載の高磁束密度一方向性の電磁鋼板の製造方法。