JPH06256846A - 高磁束密度が安定して得られる方向性電磁薄鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器またはその他の電気機器用鉄心材とし
て用いられる、板厚が0.23mm以下の方向性電磁薄鋼板に
おける、磁束密度の向上を安定して図る方法を提案す
る。 【構成】 電磁鋼スラブを熱間圧延した後、中間焼鈍を
はさむ２回以上の冷間圧延を施して0.23mm以下の最終製
品板厚とし、しかるのち脱炭焼鈍を施し、次いで鋼板表
面にMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから仕上
焼鈍を施す一連の工程によって方向性電磁薄鋼板を製造
するに当たり、中間焼鈍後の鋼板の表面から板厚の20％
の表層部におけるＣ量を0.015 〜0.025 wt％および残る
鋼板の中間層におけるＣ量を0.020 〜0.10wt％に調整す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変圧器またはその他
の電気機器用鉄心材として用いられる方向性電磁鋼板、
中でも板厚が0.23mm以下の方向性電磁薄鋼板に関し、磁
束密度の向上を安定して図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板に要求される特性として
は、磁化特性に優れていることおよび鉄損が低いことが
挙げられる。一方、最近の技術進歩に伴い、板厚が0.23
mmと薄い方向性電磁鋼板の製造が可能となり、その磁化
特性は、Ｂ₈ 値（磁化力800 Ａ／ｍで磁化したときの磁
束密度）が1.90Ｔ以上の高磁束密度、そして鉄損Ｗ_17/5
0 値（磁束密度1.7 Ｔ、周波数50Hzで磁化したときの鉄
損）が0.90Ｗ／kg以下の低鉄損が得られるに至ってお
り、変圧器の小型化、低騒音化および高変換効率化に大
きく寄与している。

【０００３】さて、このように磁気特性の優れた方向性
電磁鋼板を得るためには、最終仕上焼鈍における２次再
結晶粒を十分に発達させ、（１１０）＜００１＞方位に
先鋭化することが肝要である。この為、２次再結晶の過
程で（１１０）＜００１＞方位粒、いわゆるゴス粒以外
の方位をもつ粒の成長を抑制する作用をもつインヒビタ
ーを存在させておくこと、ならびにゴス粒の成長に有利
な（１１１）＜１１２＞方位を中心とする集合組織を予
め形成しておくことが重要となる。

【０００４】インヒビターには、一般にMnS ，MnSe，Al
N 等が用いられており、これらが微細に分散して析出す
ることが抑制力向上のために望ましい。また、粒界に偏
析し、粒成長の抑制効果を有するSb，As，Bi，Sn等を必
要に応じて添加し、抑制力向上の補助的作用を持たせる
ことも行われている。これに対してゴス粒の成長に有利
な（１１１）＜１１２＞方位を中心とする集合組織の形
成については、従来、熱間圧延および冷間圧延と、その
間に行われる焼鈍との各条件の好適化を図る方法が採用
され、またこの目的から中間焼鈍を挟む２回以上の冷間
圧延を施す方法が開発されている。このような中間焼鈍
の具体的役割は、焼鈍による冷延組織の微細再結晶
化、インヒビターの微細分散析出、弱脱炭によるＣ
量の調節等である。

【０００５】上記のに掲げた“Ｃ量の調節”は、引続
き行われる冷間圧延後の集合組織に影響を及ぼし、磁気
特性、とりわけ磁束密度に大きな影響を及ぼすことから
重要である。そこで、発明者らはこの点に着目した、多
くの提案を行ってきた。

【０００６】例えば、特開昭59−143022号公報では、中
間焼鈍工程の前半で鋼中のＣを0.006 〜0.020 ％まで脱
炭し、後半での脱炭を抑制することを提案し、また特開
昭61−106718号公報では、最終冷間圧延前にＣを0.006
〜0.020 wt％まで脱炭する脱炭処理と、Ｃを0.005 〜0.
080 wt％浸炭する浸炭処理を施すことを提案し、併せて
中間焼鈍の前半で脱炭、後半で浸炭する方法も開示し
た。

【０００７】また、発明者らは磁気特性がこのようなＣ
量のみならずＣの鋼板板厚方向での濃度分布にも影響を
受けることを明らかにし、特開昭59−157224号公報に
て、板厚0.30mmの鋼板における、中間焼鈍後の板厚方向
の好適Ｃ濃度分布について提案した。すなわち、鋼板表
面から板厚の35％までのＣ量を0.01〜0.03wt％の範囲内
に、また残る中間層のＣ量を0.025 〜0.10wt％の範囲内
になるようにするものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、特開昭
59−157224号公報において、板厚0.30mmの鋼板における
板厚方向のＣ濃度分布に好適範囲が存在することを明ら
かにしたわけであるが、一方、その後の製造技術の進歩
は目覚ましく、現在では0.23mm以下の板厚を有する方向
性電磁鋼板が開発されるに至っている。そこで、発明者
らは、0.23mm厚以下の方向性電磁鋼板を開発する途上
で、このような薄手鋼板に、特開昭59−157224号公報で
開示した方法を適用した。その結果を、板厚0.30mmの鋼
板と比較して図１に示すように、板厚0.30mmの鋼板に比
べて磁束密度のばらつきが大きく、安定して高磁束密度
を得ることができなかった。

【０００９】この発明は、このような不具合を招かず
に、板厚が0.23mm以下の方向性電磁薄鋼板において、常
に高磁束密度を安定して得るために必要となる、中間焼
鈍後の板厚方向のＣ濃度分布について、新たに提案する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、Ｃ：0.02〜
0.10wt％、Si：2.0 〜4.5 wt％、Mn：0.02〜0.15wt％、
酸化溶性Al：0.015 〜0.040 wt％およびＮ：0.004 〜0.
010 wt％を含み、さらにＳおよびSeのいずれか１種また
は２種を合計で0.008 〜0.080 wt％含有する電磁鋼スラ
ブを熱間圧延した後、中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間
圧延を施して0.23mm以下の最終製品板厚とし、しかるの
ち脱炭焼鈍を施し、次いで鋼板表面にMgO を主成分とす
る焼鈍分離剤を塗布してから仕上焼鈍を施す一連の工程
によって方向性電磁薄鋼板を製造するに当たり、中間焼
鈍後の鋼板の表面から板厚の20％の表層部におけるＣ量
を0.015 〜0.025 wt％および残る鋼板の中間層における
Ｃ量を0.020 〜0.10wt％に調整することを特徴とする安
定して磁束密度の高い方向性電磁薄鋼板の製造方法であ
る。

【００１１】

【作用】次に、この発明を導くに到った実験結果につい
て説明する。発明者らは、上記した方向性電磁薄鋼板に
おける、磁束密度のばらつきをもたらす原因について鋭
意、実験および検討を重ねたところ、薄手材と厚手材と
では、脱炭焼鈍後の板厚方向のゴス粒の存在領域が異な
っていることを新たに知見した。

【００１２】この知見の基礎となった実験結果を、図２
に示す。同図において、縦軸は鋼板表面から板中心に向
かう深さの板厚に対する割合および横軸は鋼板板厚であ
り、ゴス粒の核の存在領域を鋼板板厚との関係として表
したものである。なお、ゴス核の存在領域はエレクトロ
ン・チャンネリング・パターン（ＥＣＰ）を用いて確定
した。図２から、鋼板板厚により、板厚方向における、
ゴス核の存在位置が異なることがわかる。すなわち、ゴ
ス粒は0.30mm厚材では35％深さ程度まで存在するのに対
して、0.23mm板厚材では20％程度の深さまでしか存在し
ない。

【００１３】一方、これとは別に板厚0.23mmの脱炭焼鈍
後の鋼板の板厚方向のインヒビターの分布についても走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により調査した。その結
果を図３に示すように、0.23mm厚の鋼板では板厚の20％
深さを境にして、それ以上ではインヒビターが急激に増
大することがわかる。これは、0.20、0.18、0.15および
0.12mm厚の鋼板についても同様である。

【００１４】図２に示した、板厚0.23mm以下の薄手鋼板
では、脱炭焼鈍後のゴス粒が存在する、鋼板表面から板
厚の20％の表層部（以下、20％表層部と示す）が、図３
に示したように、インヒビターの存在を示す抑制力の谷
間となっているため、この領域に存在するゴス粒が優先
的に成長することによって、２次再結晶後に先鋭化され
た（１１０）＜００１＞方位粒を得ることができると推
察される。発明者らは、この結果を基に、ゴス粒の存在
領域とＣ量濃度分布が互いに密接に関係していると考
え、深さとＣ濃度の関係を、次の実験により求めた。

【００１５】すなわち、鋼板表層部のＣ濃度が図４に示
す（Ａ）〜（Ｃ）のプロファイルを持つ種々の板厚の試
料を作製し、それぞれの試料についてＢ₈ 値を測定し
た。その結果を表１に示すように、0.23mm以下の薄手材
では20％表層部で、そのＣ濃度が低い場合に良好なＢ₈
値が得られている。そこで、20％表層部のＣ濃度の好適
値を求めるべく0.23mm厚の鋼板に関して実験した結果を
図５に示す。図５より、好適Ｃ濃度は0.015 〜0.025 wt
％であることがわかる。

【００１６】

【表１】

【００１７】一方、20％表層部以外の領域、すなわち鋼
板の中間層についても好適Ｃ濃度を求める実験を、20％
表層部のＣ濃度を0.015 〜0.025 wt％として行った。そ
の結果を、図６に示すように、Ｃ：0.020 〜0.10wt％の
範囲で優れたＢ₈ 値が得られている。

【００１８】以上の結果から、0.23mm以下の薄手材で高
いＢ₈ 値を得るためには、20％表層部のＣ量を0.015 〜
0.025 wt％の範囲に、それ以外の中間層のＣ量を0.020
〜0.10wt％の範囲に、それぞれ規制することが肝要であ
ることがわかる。なお、ゴス核の生成域とＣ濃度との関
係については未だ明らかではないが、Ｃの存在がゴス核
の成長を何らかの形で阻害するものと考えられる。

【００１９】また、この発明の素材である電磁鋼スラグ
としては、前述の通りの各成分を含有することが必要と
される。以下にこれら成分の限定理由について説明す
る。 Ｃ：0.02〜0.10wt％ Ｃは、熱間圧延および冷間圧延中の組織の均一微細化の
みならず、ゴス方位の発達に有用な成分であり、少なく
とも0.02wt％以上は含有することが好ましい。しかしな
がら、0.10wt％を超えて含有されるとかえってゴス方位
に乱れが生じるため、上限は0.10wt％程度が好ましい。

【００２０】Si：2.0 〜4.5 wt％ Siは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与する
が、4.5 wt％を上回ると冷延性が損なわれ、一方2.0 wt
％に満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次再結
晶および純化のために行われる最終高温焼鈍中に、α−
γ変態によって結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄
損改善効果が得られないので、Si量は2.0 〜4.5 wt％程
度するのが好ましい。

【００２１】さらに、Mn，Al，Ｎ，Ｓ，Seはいずれもイ
ンヒビター成分として添加され、最終焼鈍において１次
再結晶粒の成分を抑制し、（１１０）＜００１＞方位の
２次再結晶粒を先鋭に発達させるに必要な元素であり、
所定の成分範囲を外れれば充分なインヒビターの効果が
得られなくなるため、Mn：0.02〜0.15wt％、Al：0.015
〜0.040 wt％、Ｎ：0.004 〜0.010 wt％とし、Ｓ，Seの
いずれか１種または２種を合計で0.008 〜0.050 wt％の
範囲内とする必要がある。

【００２２】上記の成分組成になる電磁鋼スラブは、ま
ず1350℃以上の高温に加熱後、公知の熱間圧延を施して
板厚1.5 〜5.0mm の熱延板とする。この熱延工程では、
最終的にインヒビターMnS 、MnSeおよびAlN の微細析出
物を充分に得るために、一旦はスラブ加熱時にMn、Ｓ、
Se、AlおよびＮを充分に解離固溶させる必要がある。従
って、スラブ加熱温度はMn、Ｓ、Se、AlおよびＮの成分
含有量に応じてこれらが充分に解離固溶できる適切な温
度に設定すべきであり、次いで熱延方法を適切に選択し
てインヒビターの析出分散を充分に促進させることが肝
要である。

【００２３】次いで、熱延板に必要に応じてノルマライ
ジング焼鈍を施し、酸洗後、中間焼鈍を挟む２回以上の
冷間圧延を施して0.23mm以下の最終板厚に仕上げる。こ
の冷間圧延の間における中間焼鈍は、冷延組織を再結晶
させ、結晶組織の均一化を促進し、併せて鋼中のＣ濃度
を調節する目的で施す。そのためには、中間焼鈍温度は
750 ℃以上が必要であるが、1200℃を超えると、インヒ
ビターMnS 、MnSeおよびAlN の微細析出物が粗大化して
インヒビターとしての１次再結晶粒成長抑制効果が低下
するため、750 〜1200℃の温度範囲内に限定する必要が
ある。

【００２４】

【実施例】実施例１ Ｃを0.072 wt％、0.075 wt％、0.082 wt％の３水準と
し、その他の成分として、それぞれSi：3.3 wt％、Mn：
0.07wt％、Al：0.02wt％、Ｎ：0.008 wt％、Se：0.016
wt％を含有する、210 mm厚の連鋳スラブを、それぞれ14
00℃で１時間加熱した後、2.2 mm厚に熱間圧延し、約60
0 〜700 ℃程度の温度で巻き取り、所定時間保持した後
炉冷した。保持時間は各Ｃ量の素材とも30分、１時間、
５時間、10時間の４種類とし、これにより多少の脱炭を
行った。次いでこれらの熱延コイルを1000℃×１分間焼
鈍後、冷間圧延を行って1.5 mm厚とし、しかるのち1000
℃×１分間の中間焼鈍を施した。その際焼鈍雰囲気を、
N₂＋H₂混合雰囲気とし、露点を変えることによって、水
蒸気分圧Ｐ(H₂O) と水素分圧Ｐ(H₂)との比Ｐ(H₂O) ／Ｐ
(H₂)を0.003 〜0.35の範囲で変化させ、これにより、20
％表層部の濃度分布を0.01〜0.05wt％の範囲で制御し
た。その後公知の方法で冷却を施し、最終冷延板の厚み
を0.23mmとした。

【００２５】かくして得られた鋼板を820 ℃の湿水素中
で脱炭焼鈍し、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し
た後、1200℃で10時間の仕上焼鈍を施し、然る後、絶縁
皮膜を塗布して製品とした。この製品の磁束密度を測定
した結果について、中間焼鈍後の鋼板の20％表層部にお
けるＣ濃度および残る中間層のＣ濃度の測定結果と併せ
て、表２に示す。同表から、この発明に従って得られた
製品は比較例に比べて磁束密度の高いことがわかる。

【００２６】

【表２】

【００２７】実施例２ Ｃを0.068 wt％、0.074 wt％、0.079 wt％の３水準と
し、その他の成分として、それぞれSi：3.2 wt％、Mn：
0.07wt％、Al：0.02wt％、Ｎ：0.008 wt％、Se：0.007
wt％、Ｓ：0.009 wt％を含有する、200 mm厚の連鋳スラ
ブを、それぞれ1400℃で１時間加熱した後、2.2 mm厚に
熱間圧延し、約600 〜700 ℃程度の温度で巻き取り、所
定時間保持した後炉冷した。保持時間は各Ｃ量の素材と
も30分、１時間、５時間、10時間の４種類とし、これに
より多少の脱炭を行った。次いでこれらの熱延コイルを
1000℃×１分間焼鈍後、冷間圧延を行って1.3 mm厚と
し、しかるのち1000℃×１分間の中間焼鈍を施した。そ
の際焼鈍雰囲気を、N₂＋H₂混合雰囲気とし、露点を変え
ることによってＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を0.003 〜0.35の範囲
で変化させ、これにより、20％表層部の濃度分布を0.01
〜0.05wt％の範囲で制御した。その後公知の方法で冷却
を施し、最終冷延板の厚みを0.20mmとした。

【００２８】かくして得られた鋼板を820 ℃の湿水素中
で脱炭焼鈍し、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し
た後、1200℃で10時間の仕上焼鈍を施し、然る後、絶縁
皮膜を塗布して製品とした。この製品の磁束密度を測定
した結果について、中間焼鈍後の鋼板の20％表層部にお
けるＣ濃度および残る中間層のＣ濃度の測定結果と併せ
て、表３に示す。同表から、この発明に従って得られた
製品は比較例に比べて磁束密度の高いことがわかる。

【００２９】

【表３】

【００３０】実施例３ Ｃを0.073 wt％、0.078 wt％、0.083 wt％の３水準と
し、その他の成分として、それぞれSi：3.2 wt％、Mn：
0.07wt％、Al：0.02wt％、Ｎ：0.008 wt％、Se：0.008
wt％、Ｓ：0.008 wt％を含有する、200 mm厚の連鋳スラ
ブを、それぞれ1400℃で１時間加熱した後、2.2 mm厚に
熱間圧延し、約600 〜700 ℃程度の温度で巻き取り、所
定時間保持した後炉冷した。保持時間は各Ｃ量の素材と
も30分、１時間、５時間、10時間の４種類とし、これに
より多少の脱炭を行った。次いでこれらの熱延コイルを
1000℃×１分間焼鈍後、冷間圧延を行って1.2 mm厚と
し、しかるのち1000℃×１分間の中間焼鈍を施した。そ
の際焼鈍雰囲気を、N₂＋H₂混合雰囲気とし、露点を変え
ることによってＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を0.003 〜0.35の範囲
で変化させ、これにより、20％表層部の濃度分布を0.01
〜0.05wt％の範囲で制御した。その後公知の方法で冷却
を施し、最終冷延板の厚みを0.18mmとした。

【００３１】かくして得られた鋼板を820 ℃の湿水素中
で脱炭焼鈍し、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し
た後、1200℃で10時間の仕上焼鈍を施し、然る後、絶縁
皮膜を塗布して製品とした。この製品の磁束密度を測定
した結果について、中間焼鈍後の鋼板の20％表層部にお
けるＣ濃度および残る中間層のＣ濃度の測定結果と併せ
て、表４に示す。同表から、この発明に従って得られた
製品は比較例に比べて磁束密度の高いことがわかる。

【００３２】

【表４】

【００３３】実施例４ Ｃを0.080 wt％、0.084 wt％、0.090 wt％の３水準と
し、その他の成分として、それぞれSi：3.2 wt％、Mn：
0.07wt％、Al：0.02wt％、Ｎ：0.008 wt％、Se：0.016
wt％を含有する、120 mm厚の連鋳スラブを、それぞれ14
00℃で１時間加熱した後、1.2 mm厚に熱間圧延し、約60
0 〜700 ℃程度の温度で巻き取り、所定時間保持した後
炉冷した。保持時間は各Ｃ量の素材とも30分、１時間、
５時間、10時間の４種類とし、これにより多少の脱炭を
行った。次いでこれらの熱延コイルを1000℃×１分間焼
鈍後、冷間圧延を行って0.8 mm厚とし、しかるのち1000
℃×１分間の中間焼鈍を施した。その際焼鈍雰囲気を、
N₂＋H₂混合雰囲気とし、露点を変えることによってＰ(H
₂O) ／Ｐ(H₂)を0.003 〜0.35の範囲で変化させ、これに
より、20％表層部の濃度分布を0.01〜0.05wt％の範囲で
制御した。その後公知の方法で冷却を施し、最終冷延板
の厚みを0.12mmとした。

【００３４】かくして得られた鋼板を820 ℃の湿水素中
で脱炭焼鈍し、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し
た後、1200℃で10時間の仕上焼鈍を施し、然る後、絶縁
皮膜を塗布して製品とした。この製品の磁束密度を測定
した結果について、中間焼鈍後の鋼板の20％表層部にお
けるＣ濃度および残る中間層のＣ濃度の測定結果と併せ
て、表５に示す。同表から、この発明に従って得られた
製品は比較例に比べて磁束密度の高いことがわかる。

【００３５】

【表５】

【００３６】

【発明の効果】この発明によれば、磁束密度が高く、し
かもばらつきの少ない、0.23mm以下の方向性電磁薄鋼板
を安定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】0.30mm厚材に比べて0.23mm厚材の方がＢ₈ が低
くしかもばらつくことを示す説明図である。

【図２】鋼板板厚とゴス粒の核の存在領域の関係を示す
図である。

【図３】鋼板表面からの深さとインヒビターの存在領域
との関係を示す図である。

【図４】鋼板表層部におけるＣ濃度プロファイルを示す
図である。

【図５】鋼板の20％表層部のＣ濃度とＢ₈ 値との関係を
示す図である。

【図６】鋼板の20％表層部以外の中間層のＣ濃度とＢ₈
値との関係を示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.02〜0.10wt％、Si：2.0 〜4.5 wt
   ％、Mn：0.02〜0.15wt％、酸化溶性Al：0.015 〜0.040
   wt％およびＮ：0.004 〜0.010 wt％を含み、さらにＳお
   よびSeのいずれか１種または２種を合計で0.008 〜0.08
   0 wt％含有する電磁鋼スラブを熱間圧延した後、中間焼
   鈍をはさむ２回以上の冷間圧延を施して0.23mm以下の最
   終製品板厚とし、しかるのち脱炭焼鈍を施し、次いで鋼
   板表面にMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから
   仕上焼鈍を施す一連の工程によって方向性電磁薄鋼板を
   製造するに当たり、中間焼鈍後の鋼板の表面から板厚の
   20％の表層部におけるＣ量を0.015 〜0.025 wt％および
   残る鋼板の中間層におけるＣ量を0.020 〜0.10wt％に調
   整することを特徴とする高磁束密度が安定して得られる
   方向性電磁薄鋼板の製造方法。