JPH06212262A - 極めて低い鉄損をもつ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、２．５〜７．０％のＳｉを含み、
結晶粒の（１１０）〔００１〕方位の集積度が高く、か
つ結晶粒径が従来になく小さいことで、極めて低い鉄損
をもつ一方向性電磁鋼板が製造方法できるようになる。 【構成】 重量でＣ：０．１０％以下、Ｓｉ：２．５〜
７．０％ならびに通常のインヒビター成分を含み、残余
はＦｅおよび不可避的不純物よりなる溶鋼を出発素材と
して、最終製品厚まで圧延されたストリップを、７００
℃以上の温度域へ８０℃／秒以上の加熱速度で加熱し、
最高温度に到達後０．１秒以内に５０℃／秒以上の冷却
速度で８００℃未満の温度域へ冷却を施す処理をし、得
られたストリップを脱炭焼鈍および最終仕上焼鈍を施す
ことを特徴とする、極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁
鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２．５〜７．０％のＳ
ｉを含み、結晶粒の（１１０）〔００１〕方位の集積度
が高く、かつ結晶粒径が従来になく微細なことにより、
極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板の製造方法を提
供するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、一方向性電磁鋼板の磁気特性は
鉄損特性と励磁特性の両方で評価される。励磁特性を高
めることは設計磁束密度を高める機器の小型化に有効で
ある。一方鉄損特性を少なくすることは、電気機器とし
て使用する際、熱エネルギーとして失われるものを少な
くし、消費電力を節約できる点で有効である。さらに、
製品の結晶粒の〈１００〉軸を圧延方向に揃えること
は、磁化特性を高め、鉄損特性も低くすることができ、
近年特にこの面で多くの研究が重ねられ、様々な製造技
術が開発された。

【０００３】この結果、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技術には、３つの代表的な
製造技術がある。第一の技術は、特公昭３０−３６５１
号に開示された、ＭｎＳをインヒビターとして機能させ
る、２回冷延工程による製造技術がある。この製造方法
は、二次再結晶の粒径が小さいので、比較的鉄損は良好
であるが、高い磁束密度が得られないという問題があっ
た。これに対して、高い磁束密度を得るために、第二の
技術として、特公昭４０−１５６４４号が開示された。
これは、ＡｌＮ＋ＭｎＳをインヒビターとして機能さ
せ、最終冷延工程における圧延率が８０％を超える強圧
下とする製造技術である。この方法により二次再結晶粒
の（１１０）〔００１〕方位の集積度が高く、Ｂ₈ が
１．８７０（Ｔ）以上の高磁束密度を有する方向性電磁
鋼板が得られる。さらに、第三の技術として、特公昭５
１−１３４６９号に開示された、ＭｎＳまたはＭｎＳｅ
＋Ｓｂをインヒビターとして機能させる、２回冷延工程
による製造技術が開発された。

【０００４】さて、一般に鉄損は大きく分けて履歴損と
渦電流損の二つからなる。履歴損に影響を与える物理的
な要因として、上述の結晶方位の他に材料の純度や内部
歪みがある。また、渦電流損に影響を与える物理的な要
因として、鋼板の電気抵抗（Ｓｉ等の成分量）、板厚、
磁区の大きさ（結晶粒度）や鋼板に及ぼす張力等があ
る。通常の方向性電磁鋼板では渦電流損が全鉄損の３／
４以上を占めるため履歴損より渦電流損を下げる方が全
鉄損を下げる上でより効果的である。

【０００５】このため、上記第二の技術による製造方法
では、二次結晶粒の（１１０）〔００１〕方位の集積度
が高く、Ｂ₈ が１．８７０（Ｔ）以上の高磁束密度を有
する方向性電磁鋼板が得られたとしても、二次再結晶粒
径が１０mmオーダと大きくなるため、渦電流損に影響す
る磁区幅が大きかった。これを改善するために、特公昭
５７−２２５２号に開示されている鋼板にレーザー処理
を施す方法、さらに特公昭５８−２５６９号に開示され
ている鋼板に機械的な歪みを加える方法等、磁区を細分
化する様々な方法が開示されている。

【０００６】そこで、微細な二次再結晶粒径をもつこと
により、従来よりも低い鉄損を有する一方向性電磁鋼板
の製造方法を提供するものが開示されている。たとえ
ば、特開平１−２９０７１６号では、常温圧延された鋼
板に１００℃／秒以上の加熱速度で６７５℃以上の温度
へ超急速焼きなまし処理を施し、該ストリップを脱炭素
処理し、最終高温焼きなまし処理を施して二次成長を行
い、それによって前記ストリップが低減した寸法の二次
粒子および応力除去焼きなまし処理後も有意の変化なし
に持続する改善された鉄損をもつことを特徴とする方法
が開示されている。しかし、確かにある程度小さな二次
再結晶粒は得られるのではあるが、この方法は急速加熱
のみを処理することを目的としており、余り良好な鉄損
値が得られないことが判明した。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記提案の方
法よりもさらに微細な二次再結晶粒径をもつことによ
り、極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板を得る方法
を提供することにあり、その特徴は急速加熱し、その直
後に冷却を施すことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、重量でＣ：
０．１０％以下、Ｓｉ：２．５〜７．０％ならびに通常
のインヒビター成分を含み、残余はＦｅおよび不可避的
不純物よりなる溶鋼を出発素材として、最終製品厚まで
圧延されたストリップを、７００℃以上の温度域へ８０
℃／秒以上の加熱速度で加熱し、最高温度に到達後０．
１秒以内に、５０℃／秒以上の冷却速度で８００℃未満
の温度域へ冷却を施す処理をし、得られたストリップを
脱炭焼鈍および最終仕上焼鈍を施すことにより、極めて
低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得られることを見い
出した。さらに、ストリップの急速加熱および冷却処理
が、ロール間で通電することにより急速加熱され、かつ
加熱された側のロールで冷却が行われる方法により、極
めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得られることを
見い出した。

【０００９】以下に本発明を詳細に説明する。一方向性
電磁鋼板は、その製造工程の最終焼鈍中に二次再結晶を
充分に起こさせ、所謂ゴス集合組織を得ることにより製
造できる。このゴス集合組織を得るためには、一次再結
晶粒の成長粗大化を抑制し、（１１０）〈００１〉方位
の再結晶粒のみを或る温度範囲で選択的に成長させる。
すなわち、二次再結晶させるような素地を作ってやるこ
とが必要である。そのためには、素材に微細な介在物が
一次再結晶粒の成長の抑制材（インヒビター）として、
均一に分散していなければならない。また、この時の最
適な析出サイズは１００オングストロームオーダーであ
ると言われている。

【００１０】急速加熱の効果としては、特開平１−２９
０７１６号に述べられているように、急速加熱により後
の集合組織が、通常加熱と比較して一次再結晶後の（１
１０）〈００１〉方位粒が増加し、これが二次再結晶の
核となり、ある程度小さな二次再結晶粒が得られる。さ
らに、上記特許の製造方法において達成させるメカニズ
ムは、最終脱炭素焼きなまし工程前の一次再結晶組成に
変化と高温焼きなまし処理工程前の一次再結晶組織の変
化との二つの変化を包含する、と述べられているが、こ
の製造方法のみでは一次再結晶組織の制御が不充分であ
ることが判明した。

【００１１】そこで、さらに微細な二次再結晶粒を得る
原因を種々検討した結果、７００℃以上の温度域へ８０
℃／秒以上の加熱速度で加熱し、最高温度に到達後０．
１秒以内に加熱された側のロールにより、５０℃／秒以
上の冷却速度で８００℃未満の温度域へ冷却を施すこと
により、高温域で析出物が粗大化せず、１００オングス
トロームオーダーの最適な析出サイズが保持できること
が判明し、これにより従来になく、小さな二次再結晶粒
径を得ることができ、極めて低い鉄損を有する一方向性
電磁鋼板を得ることができるようになった。

【００１２】

【作用】次に本発明において、鋼組成および製造条件を
前記のように限定した理由を、詳細に説明する。この鋼
成分の限定理由は下記のとおりである。Ｃについての上
限０．１０％は、これ以上多くなると脱炭所要時間が長
くなり、経済的に不利となるので限定した。Ｓｉは鉄損
を良くするために下限を２．５％とするが、多すぎると
冷間圧延の際に割れ易く加工が困難となるので上限を
７．０％とする。

【００１３】さらに、一方向性電磁鋼板を製造するため
に、通常のインヒビター成分として以下の成分元素を添
加することが好ましい。インヒビターとしてＭｎＳを利
用する場合は、ＭｎとＳを添加する。Ｍｎは、ＭｎＳの
適当な分散状態を得るため、０．０２〜０．１５％が望
ましい。ＳはＭｎＳ，（Ｍｎ・Ｆｅ）Ｓを形成するため
に必要な元素で、適当な分散状態を得るため、０．００
１〜０．０５％が望ましい。さらに、インヒビターとし
てＡｌＮを利用する場合は、酸可溶性ＡｌとＮを添加す
る。酸可溶性Ａｌ，ＡｌＮの適正な分散状態を得るため
０．０１〜０．０４％が望ましい。Ｎも、ＡｌＮの適正
な分散状態を得るため０．００３〜０．０２％が望まし
い。その他、Ｃｕ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｃｒ，Ｂｉはインヒビ
ターを強くする目的で１．０％以下において少なくとも
１種添加しても良い。

【００１４】次に、上記の溶鋼を通常の鋳塊鋳造法また
は連続鋳造法、熱間圧延により中間厚のストリップを得
る。この時ストリップ鋳造法も本発明に適用することも
可能である。さらに、インヒビターとして窒化物を必要
とする場合は、ＡｌＮ等の析出のために９５０〜１２０
０℃で３０秒〜３０分の中間焼鈍を行うことが望まし
い。次に、１回ないし中間焼鈍を含む２回以上の圧延に
より最終製品厚のストリップを得る。この時の最終圧下
率は高いゴス集積度をもつ製品を得るため、圧下率５０
％以上が必要となる。下限５０％はこれ以下では必要な
ゴス核が得られないため限定した。

【００１５】このように最終製品厚まで圧延されたスト
リップを、７００℃以上の温度域へ８０℃／秒以上の加
熱速度で加熱処理を実施する。この時の加熱速度の下限
８０℃／秒は、これ以下では二次再結晶の核となる一次
再結晶後での（１１０）〈００１〉方位粒が減少し、微
細な二次再結晶粒が得られないので限定した。また、下
限７００℃は、これ以下では再結晶が開始されないので
限定した。さらに、加熱された到達温度域で、微細な析
出物の粗大化を防止するため、最高温度に到達後０．１
秒以内に５０℃／秒以上の冷却速度で８００℃未満の温
度域へ冷却を施す。最高温度に到達後の均熱時間の上限
値０．１秒は、これ以上では析出物が粗大化するため限
定した。温度域の下限８００℃は、これ以下では析出ノ
ーズから大きく外れるため限定した。

【００１６】図１に、０．２２mm厚のストリップを昇温
速度１８０℃／秒で８２５℃まで加熱した後の６５０℃
までの冷却速度と、得られる製品鉄損特性との関係を示
す。５０℃／秒以上の冷却速度で冷却を施すと良好な鉄
損値が得られている。なお、以上の処理は、皮膜形成等
の問題から、できるだけ還元雰囲気中で実施することが
望ましい。

【００１７】さらに、上記の急速加熱および冷却処理の
一つとして、ロール間に通電する方法がある。図２に本
発明での一つの実施例の概略図を示す。ストリップを挟
む上下一対のロールを二組設け、ロールＲ１，Ｒ２間の
ストリップＳに通電することにより、ストリップＳを７
００℃以上の温度域へ８０℃／秒以上の加熱速度で加熱
し、さらに加熱された側のロールＲ２によりＰ点で冷却
を施すことにより、最高温度に到達後０．１秒以内に加
熱された側のロールにより、５０℃／秒以上の冷却速度
で８００℃未満の温度域へ冷却を施す。

【００１８】以上の処理は皮膜形成等の問題から、装置
ボックスＢはできるだけ還元雰囲気中で実施することが
望ましい。また、この微少な歪みを導入により、加熱さ
れたストリップの形状を改善することも可能である。

【００１９】この後は、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を行
う。この時製品での磁気特性を劣化させないため炭素は
０．００５％以下に低減されなければならない。ここ
で、熱延でのスラブ加熱温度が低く、ＡｌＮのみをイン
ヒビターとして利用する場合は、アンモニア雰囲気中で
窒化処理を施すこともある。さらに、ＭｇＯ等の焼鈍分
離剤を塗布して、二次再結晶と純化のため１１００℃以
上の仕上焼鈍を行うことで、極めて低い鉄損特性を有す
る一方向性電磁鋼板が製造される。以上得られた製品
に、さらに鉄損を良好にするため、上記一方向性電磁鋼
板に、磁区を細分化するための処理を施すことも可能で
ある。

【００２０】

【実施例】

（実施例１）表１に示す成分組成を含む溶鋼を鋳造し、
スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mmの熱延鋼板を
得た。次に１１００℃で５分間焼鈍を行い、さらに酸洗
した後、冷間圧延により０．２２mm厚にした。圧延され
た鋼板を一組の加熱電極を有する直接通電加熱装置によ
り種々の条件で加熱した。また、加熱直後鋼板に種々の
均熱時間、冷却条件を施した。その時の加熱速度と到達
温度、加熱後の冷却条件を表２に示す。

【００２１】次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、ＭｇＯ粉を
塗布した後、１２００℃に１０時間、水素ガス雰囲気中
で高温焼鈍を行った。表２に、得られた製品の、二次再
結晶粒径と、磁気特性を示す。製品の磁気特性は、最高
温度に到達後０．１秒以内に加熱された後、５０℃／秒
以上の冷却速度で８００℃未満の温度域へ冷却を施すこ
とにより、従来よりも微細な二次再結晶粒径が得られ、
極めて低い鉄損を有する一方向性電磁鋼板が得られてい
る。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】（実施例２）表３に示す成分組成を含む溶
鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mm
の熱延鋼板を得た。次に１１００℃で５分間焼鈍を行
い、さらに酸洗した後、冷間圧延により０．２２mm厚に
した。圧延された鋼板を図２に示す直接通電ロール加熱
装置により種々の条件で加熱した。また、加熱直後に出
側ロールを予熱、通板速度を制御することにより、種々
の均熱時間、冷却条件を施した。その時の加熱速度と到
達温度、出側ロールでの冷却条件を表４に示す。

【００２５】次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、アンモニア
雰囲気中で窒化処理を実施し、ＭｇＯ粉を塗布した後、
１２００℃に１０時間、水素ガス雰囲気中で高温焼鈍を
行った。表４に、得られた製品の、二次再結晶粒径と、
磁気特性を示す。製品の磁気特性は、最高温度に到達後
０．１秒以内に加熱された側のロールにより、５０℃／
秒以上の冷却速度で８００℃未満の温度域へ冷却を施す
ことにより、従来よりも微細な二次再結晶粒径が得ら
れ、極めて低い鉄損を有する一方向性電磁鋼板が得られ
ている。

【００２６】

【表３】

【００２７】

【表４】

【００２８】（実施例３）表５に示す成分組成を含む溶
鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mm
の熱延鋼板を得た。これを、１１００℃で５分間焼鈍を
行い、さらに酸洗した後、冷間圧延により０．２７mm厚
にした。圧延された鋼板を直接通電加熱ロールにより２
５０℃／秒の昇温速度で８２５℃まで加熱し、出側ロー
ルで最高到達後０．０１秒後、６８０℃まで２３０００
℃／秒の冷却速度で冷却した。

【００２９】次に湿潤水素中で脱炭焼鈍し、ＭｇＯ粉を
塗布した後、１２００℃に１０時間、水素ガス雰囲気中
で高温焼鈍を行った。これにより得られた製品の、平均
二次再結晶粒径は３．５mmであった。また、磁気特性
は、Ｂ₈ ＝１．９４Ｔ、Ｗ_17/50 ＝０．８９(W/kg)の極
めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得られた。さら
に、得られた鋼板にレーザ処理により磁区細分化を行
い、磁気特性は、Ｂ₈ ＝１．９２Ｔ、Ｗ_17/50 ＝０．８
１(W/kg)の極めて低い鉄損をもつ一方向性電磁鋼板が得
られた。

【００３０】

【表５】

【００３１】（実施例４）表６に示す成分組成を含む溶
鋼を鋳造し、スラブ加熱後、熱間圧延を行い、２．３mm
の熱延鋼板を得た。これを、１１００℃で５分間焼鈍を
行い、さらに酸洗した後、冷間圧延により０．２２mm厚
にした。圧延された鋼板を二対の直接通電加熱ロールに
より２５０℃／秒の加熱速度で８５１℃まで加熱し、出
側ロールで最高到達後０．０１秒後、７９０℃まで２４
５００℃／秒の冷却速度で冷却した。次に湿潤水素中で
脱炭焼鈍した。

【００３２】また同じ鋼板を誘導加熱により７４６℃ま
で２５０℃／秒の加熱速度で加熱し、そのまま冷却せ
ず、さらに８５０℃まで１５℃／秒で加熱し湿潤水素中
で脱炭焼鈍した。以上二通りの脱炭焼鈍板にＭｇＯ粉を
塗布した後、１２００℃に１０時間、水素ガス雰囲気中
で高温焼鈍を行った。表７に、得られた製品の磁気特性
を示す。製品の磁性は、通電ロール方式で満足できるも
のが得られた。

【００３３】

【表６】

【００３４】

【表７】

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、急速加熱法と急速冷却
法により、二次再結晶粒径が従来になく小さく、磁束密
度の高い、極めて低い鉄損特性を有する一方向性電磁鋼
板を製造することができるので、産業上の貢献するとこ
ろが極めて大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】出側ロールでの冷却速度と鉄損値との関係の図
表である。

【図２】本発明による通電加熱法の実施例の概略図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深沢 晴雄 姫路市広畑区富士町１番地 新日本製鐵株 式会社広畑製鐵所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量でＣ：０．１０％以下、Ｓｉ：２．
   ５〜７．０％ならびに通常のインヒビター成分を含み、
   残余はＦｅおよび不可避的不純物よりなる溶鋼を出発素
   材として、最終製品厚まで圧延されたストリップを、７
   ００℃以上の温度域へ８０℃／秒以上の加熱速度で加熱
   し、最高温度に到達後０．１秒以内に、５０℃／秒以上
   の冷却速度で８００℃未満の温度域へ冷却を施す処理を
   し、得られたストリップを脱炭焼鈍および最終仕上焼鈍
   を施すことを特徴とする極めて低い鉄損をもつ一方向性
   電磁鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 ストリップの急速加熱および冷却処理
   が、ロール間で通電することにより急速加熱され、かつ
   ストリップが加熱された側のロールで冷却処理が行われ
   ることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 一方向性電磁鋼板に、磁区を細分化する
   ための処理を施すことを特徴とする請求項１または２記
   載の方法。