JPH0713263B2 - 板厚方向の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製造方法 - Google Patents

板厚方向の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製造方法

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JPH0713263B2 JP1064732A JP6473289A JPH0713263B2 JP H0713263 B2 JPH0713263 B2 JP H0713263B2 JP 1064732 A JP1064732 A JP 1064732A JP 6473289 A JP6473289 A JP 6473289A JP H0713263 B2 JPH0713263 B2 JP H0713263B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は板厚方向磁気特性が均一で、低磁場での磁束密
度が高い無方向性電磁厚板の製造方法を提供するもので
ある。
(従来の技術) 近年最先端科学技術である素粒子研究や医療機器の進歩
に伴って、大型構造物に磁気を用いる装置が使われ、そ
の性能向上が求められている。直流磁化条件で使用され
る磁石用、あるいは磁場を遮蔽するのに必要な磁気シー
ルド用の材料では、低磁場での高い磁束密度が求められ
ているが、さらに構造物が巨大化するに従い、使用鋼材
の磁気特性のバラツキの少ない、特に板厚方向磁気特性
の均一な鋼材が要求されるようになった。
磁束密度に優れた電磁鋼板としては、従来から薄板分野
で珪素鋼板、電磁軟鉄板をはじめとする数多くの材料が
提供されているのは公知である。しかし、構造部材とし
て使用するには組立加工及び強度上の問題があり、厚鋼
板を利用する必要が生じてくる。
これまで電磁厚板としては純鉄系成分で製造されてい
る。たとえば、特開昭60-96749号公報が公知である。
しかしながら、近年の装置の大型化、能力の向上等に伴
いさらに磁気特性の優れた、特に低磁場、たとえば80A/
mでの磁束密度の高い鋼材開発の要望が強い。従来開発
された鋼材では、80A/mでの低磁場の高い磁束密度が安
定して得られていない。
これに加え実用上問題となる使用鋼材の磁気特性のバラ
ツキ、特に板厚方向磁気特性の均一性に関する考慮はな
されていない。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は以上の点を鑑みなされたもので、板厚方
向磁気特性が均一で、低磁場での磁束密度の高い無方向
性電磁厚板の製造方法を提供することである。
(課題を解決するための手段) 本発明の要旨は次の通りである。
1)重量%で、C:0.01%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.20
%以下、S:0.010%以下、Cr:0.05%以下、Mo:0.01%以
下、Cu:0.01%以下を含有し、Al:0.005〜0.040%,Ca:0.
0005〜0.01%のうちいずれか一方で脱酸し、N:0.004%
以下、O:0.005%以下、H:0.0002%以下、残部実質的に
鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を950〜1150℃に
加熱し、800℃以上で圧延形状比Aが0.6以上の圧延パス
を1回以上はとる圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズを
100μ以下とし、引続き800℃以下で圧下率を10〜35%と
する圧延を行ない、板厚50mm以上の厚板とし、該厚板を
600〜750℃の温度で脱水素熱処理を行なうことを特徴と
する板厚方向の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製
造方法。
ただし、 A :圧延形状比 hi:入側板厚(mm) ho:出側板厚(mm) R :圧延ロール半径(mm) 2)板厚50mm以上の厚板を脱水素熱処理後750〜950℃の
温度で焼鈍するかあるいは910〜1000℃の温度で焼準す
ることを特徴とする1)記載の板厚方向の磁気特性の均
一な無方向性電磁厚板の製造方法。
3)重量%で、C:0.01%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.20
%以下、S:0.010%以下、Cr:0.05%以下、Mo:0.01%以
下、Cu:0.01%以下を含有し、Al:0.005〜0.040%,Ca:0.
0005〜0.01%のうちいずれか一方で脱酸し、N:0.004%
以下、O:0.005%以下、H:0.0002%以下、残部実質的に
鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を950〜1150℃に
加熱し、800℃以上で圧延形状比Aが0.6以上の圧延パス
を1回以上はとる圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズを
100μ以下とし、引続き800℃以下で圧下率を10〜35%と
する圧延を行ない、板厚50mm未満の厚板とし、該厚板を
750〜950℃の温度で焼鈍するかあるいは910〜1000℃の
温度で焼準することを特徴とする板厚方向の磁気特性の
均一な無方向性電磁厚板の製造方法。
ただし、 A :圧延形状比 hi:入側板厚(mm) ho:出側板厚(mm) R :圧延ロール半径(mm) (作用) まず、低磁場での磁束密度を高くするために磁化のプロ
セスについて述べると、消磁状態の鋼を磁界の中に入
れ、磁界を強めていくと次第に磁区の向きに変化が生
じ、磁界の方向に近い磁区が優勢になり他の磁区を蚕食
併合していく。つまり、磁壁の移動が起こる。
さらに磁界が強くなり磁壁の移動が完了すると、次に磁
区全体の磁化方向に向きを変えていく。この磁化プロセ
スの中で低磁場での磁束密度を決めているのは、磁壁の
移動しやすさである。つまり低磁場で高磁束密度を得る
ためには、磁壁の移動を障害するものを極力減らすこと
であると定性的に言うことができる。
この観点から従来磁壁の移動の障害となる結晶粒の粗大
化が重要な技術となっていた(特開昭60-96749号公
報)。
発明者らは、ここにおいて低磁場で高磁束密度を得なが
ら、特に板厚方向磁気特性を均一にするためには、単に
結晶粒の粗大化をねらったのでは圧延中の歪分布、温度
分布の不均一性により不可避的に混粒となるため達成困
難であることを見出した。そこでこれを解決するものと
して板厚方向の粒径が均一となるやや粗い粒径(粒度N
o.で1〜4番)とし、その粒径を板厚各位置でそろえる
製造法を完成したものである。
比較的低温の加熱を行ない加熱γ粒を板厚方向にそろ
え、さらに800℃以下で軽圧下を加えることで適当な粒
成長をはかる。その結果巨大粒を得るのではなく、やや
粗粒な板厚方向に均一な粒径を得る。そして、この800
℃以下の軽圧下で導入された集合組織により、磁区の方
向をそろえ、低磁場での磁壁の移動を容易とし、磁気特
性を向上させる。
第1図に0.005Si−0.06Mn−0.015Al鋼での800℃以下の
圧下率と80A/mでの磁束密度及び磁束密度のバラツキを
示す。
10〜35%の軽圧下により、高磁束密度と板厚方向の磁束
密度の均一性が得られる。
さらに低磁場での高磁束密度を得るための手段として、
内部応力の原因となる元素及び空隙性欠陥の作用につき
詳細な検討を行ない、所期の目的を達成した。
まず、磁壁移動を妨げるAlNを減少するため、Al,Nを低
下すること、特にAl無添加(Al<0.005%)にすること
が望ましい。内部応力減少のための元素の影響として
は、Cの低下が必要である。
第2図に示す0.01Si−0.1Mn−0.01Al鋼にあってC含有
量の増加につれ低磁場(80A/m)での磁束密度が低下し
ている。
また、空隙性欠陥の影響についても種々検討した結果、
そのサイズが100μ以上のものが磁気特性を大幅に低下
することを知見したものである。そしてこの100μ以上
の有害な空隙性欠陥をなくすためには圧延形状比Aが0.
6以上必要であることを見出した。
ただし、 A :圧延形状比 hi:入側板厚(mm) ho:出側板厚(mm) R :圧延ロール半径(mm) さらに、鋼中の水素の存在も第3図に示すように有害
で、脱水素熱処理を行なうことによって磁気特性が大幅
に向上することを知見した。
第3図に示すように0.007C−0.01Si−0.1Mn鋼にあって
高形状比圧延により空隙性欠陥のサイズを100μ以下に
し、かつ脱水素熱処理により鋼中水素を減少すること
で、低磁場での磁束密度が大幅に上昇することがわか
る。
次に成分限定理由を述べる。
Cは鋼中の内部応力を高め、磁気特性、特に低磁場での
磁束密度を最も下げる元素であり、極力下げることが低
磁場での磁束密度を低下させないことに寄与する。ま
た、磁気時効の点からも低いほど経時低下が少なく、磁
気特性の良い状態で恒久的に使用できるものであり、こ
のようなことから、0.01%以下に限定する。
第2図に示すようにさらに、0.005%以下にすることに
より一層高磁束密度が得られる。
Si,Mnは低磁場での磁束密度の点から少ない方が好まし
く、MnはMnS系介在物を生成する点からも低い方がよ
い。この意味からSiは0.02%以下、Mnは0.20%以下に限
定する。Mnに関してはMnS系介在物を生成する点よりさ
らに望ましくは0.10%以下がよい。
S,Oは鋼中において非金属介在物を形成し、磁壁の移動
を妨げる害を及ぼし含有量が多くなるに従って磁束密度
の低下が見られ、磁気特性を低下させるので少ないほど
よい。このため、Sは0.010%以下、Oは0.005%以下と
した。
Cr,Mo,Cuは低磁場での磁束密度を低下させるので少ない
ほど好ましく、また偏析度合を少なくすることから極力
低くすることが必要であり、この意味からCrは0.05%以
下、Moは0.01%以下、Cuは0.01%以下とする。
Al,Caは脱酸剤として用いるもので、Alは0.005%以上必
要であるが、多くなりすぎると介在物を生成し鋼の性質
を損なうので上限は0.040%とする。さらに磁壁の移動
を妨げる析出物であるAlNを減少させるためには低いほ
どよく、望ましくは0.020%以下がよい。CaはAl<0.005
%の場合、Alに代わる脱酸元素として用いられ0.0005%
以上添加されるが、0.01%超では低磁場での磁束密度を
低下させるので、上限は0.01%とする。
Nは内部応力を高めかつAlNにより結晶粒微細化作用に
より低磁場での磁束密度を低下させるので上限は0.004
%とする。
Hは磁気特性を低下させ、かつ、空隙性欠陥の減少を妨
げるので0.0002%以下とする。
次に製造法について述べる。
圧延条件については、まず圧延前加熱温度を1150℃以下
にするのは、1150℃を超える加熱温度では加熱γ粒径の
板厚方向のバラツキが大きく、このバラツキが圧延後も
残り最終的な結晶粒が不均一となるため、上限を1150℃
とする。加熱温度が950℃未満となると圧延の変形抵抗
が大きくなり、以下に述べる空隙性欠陥をなくすための
形状比の高い圧延の負荷が大きくなるため、950℃を下
限とする。
熱間圧延にあたり前述の空隙性欠陥は鋼の凝固過程で大
小はあるが、必ず発生するものであり、これをなくす手
段は圧延によらなければならないので、熱間圧延の役目
は重要である。すなわち、熱間圧延1回当たりの変形量
を大きくし板厚中心部にまで変形が及び熱間圧延が有効
である。
具体的には圧延形状比Aが0.6以上の圧延パスが1回以
上を含む高形状比圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズを
100μ以下にすることが磁気特性によい。圧延中にこの
高形状比圧延により空隙性欠陥をなくすことで、後で行
なう脱水素熱処理における脱水素効率が飛躍的に上昇す
るのである。
次に800℃以下の軽圧下により板厚方向に均一に粒成長
を図り、かつこの軽圧下で導入された集合組織により磁
区の方向がそろい、低磁場での磁壁の移動を容易とし、
板厚方向に均一な磁気特性の向上を図ることができる。
この軽圧下の圧下率としては、第1図に示すように低磁
場での磁束密度を高くするためには、最低800℃以下で1
0%以上の圧下率が必要であるため、10%を下限とす
る。800℃以下で35%超の圧下率の圧下を加えると、板
厚方向の磁気特性のバラツキが増大するため、35%を上
限とする。
次に熱間圧延に引続き結晶粒粗大化、内部歪除去及び板
厚50mm以上の厚手材については脱水素熱処理を施す。板
厚50mm以上では水素の拡散がしにくく、これが空隙性欠
陥の原因となり、かつ水素自身の作用と合わさって低磁
場での磁束密度を低下させる。
このため、脱水素熱処理を行なうが、その際600℃未満
では脱水素効率が悪く750℃超では変態が一部開始する
ので、600〜750℃の温度範囲で行なう。脱水素時間とし
ては種々検討の結果〔0.6(t−50)+6〕時間(t:板
厚)が適当である。
焼鈍は結晶粒粗大化及び内部歪除去のために行なうが、
750℃未満では結晶粒粗大化が起こらず、また950℃超で
は結晶粒の板厚方向の均質性が保てないため、焼鈍温度
としては750〜950℃に限定する。
焼準は板厚方向の結晶粒調整及び内部歪除去のために行
なうが、焼準温度は910〜1000℃に限定する。910℃未満
ではオーステナイト域とフェライト域の混在により結晶
粒が混粒となり、1000℃超では結晶粒の板厚方向の均質
性が保てない。
なお、磁気特性向上のためには、結晶粒粗大化と内部歪
み除去とが考えられるが、特に内部歪み除去は必須条件
である。内部歪み除去は、板厚50mm以上の厚手材では脱
水素熱処理で行なうことができる。したがって、本発明
の厚手材では脱水素熱処理で、上記焼鈍あるいは焼準を
兼ねることができる。一方、板厚50mm未満のものは水素
の拡散が容易なため、脱水素熱処理は不要で前述の焼鈍
または焼準するのみでよい。
(実施例) 次に本発明の実施例を比較例とともにあげる。
第1表に電磁厚板の製造条件とフェライト粒径、低磁場
での磁束密度、板厚方向の磁束密度のバラツキを示す。
例1〜11は本発明の実施例を示し、例12〜31は比較例を
示す。
例1〜6は板厚100mmに仕上げたもので、高磁束密度で
板厚方向のバラツキも少ない。例1に比べ、例2はさら
に低C、例3,4は低Mn、例5は低Al、例6はAl無添加
で、Ca添加であり、より高い磁気特性を示す。例7〜9
は500mm、例10は40mm、例11は6mmに仕上げたもので、高
磁束密度で板厚方向のバラツキも少ない。
例12はCが高く、例13はSiが高く、例14はMnが高く、例
15はSが高く、例16はCrが高く、例17はMoが高く、例18
はCuが高く、例19はAlが高く、例20はNが高く、例21は
Oが高く、例22はHが高く、それぞれ上限を超えるため
低磁気特性値となっている。例23は加熱温度が上限を超
え板厚方向の磁束密度のバラツキが大きい。例24は加熱
温度が下限をはずれ最大形状比が小さいため、低磁束密
度で板厚方向のバラツキも大きい。例25は800℃以下の
圧下率が下限をはずれ低磁束密度となっている。例26は
800℃以下の圧下率が上限を超えるため、板厚方向の磁
束密度のバラツキが大きい。例27は最大形状比が下限を
はずれ、例28は脱水素熱処理温度が下限をはずれ、例29
は焼鈍温度が下限をはずれ、例30は焼準温度が上限を超
え、例31は脱水素熱処理がないため低磁束密度で、板厚
方向の磁束密度のバラツキが大きい。
(発明の効果) 以上詳細に述べたごとく、本発明によれば適切な成分限
定により板厚の厚い厚鋼板に均質な高電磁特性を具備せ
しめることに成功し、直流磁化により磁気特性を利用す
る構造物に適用可能としたものであり、かつその製造法
も前述の成分限定と熱間圧延後結晶粒調整及び脱水素熱
処理を同時に行なう方式であり、極めて経済的に製造す
る方法を提供するもので産業上多大な効果を奏するもの
である。
【図面の簡単な説明】 第1図は80A/mにおける磁束密度及び板厚方向の磁束密
度のバラツキに及ぼす800℃以下の圧下率の影響を示す
グラフである。第2図は80A/mにおける磁束密度に及ぼ
すC含有量の影響を示すグラフである。第3図は80A/m
における磁束密度に及ぼす空隙性欠陥のサイズ及び脱水
素熱処理の影響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 :0.01%以下、 Si:0.02%以下、 Mn:0.20%以下、 S :0.010%以下、 Cr:0.05%以下、 Mo:0.01%以下、 Cu:0.01%以下を含有し、 Al:0.005〜0.040%,Ca:0.0005〜0.01%のうちいずれか
    一方で脱酸し、 N :0.004%以下、 O :0.005%以下、 H :0.0002%以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を95
    0〜1150℃に加熱し、800℃以上で圧延形状比Aが0.6以
    上の圧延パスを1回以上はとる圧延を行ない、空隙性欠
    陥のサイズを100μ以下とし、引続き800℃以下で圧下率
    を10〜35%とする圧延を行ない、板厚50mm以上の厚板と
    し、該厚板を600〜750℃の温度で脱水素熱処理を行なう
    ことを特徴とする板厚方向の磁気特性の均一な無方向性
    電磁厚板の製造方法。 ただし、 A :圧延形状比 hi:入側板厚(mm) ho:出側板厚(mm) R :圧延ロール半径(mm)
  2. 【請求項2】板厚50mm以上の厚板を脱水素熱処理後750
    〜950℃の温度で焼鈍するかあるいは910〜1000℃の温度
    で焼準することを特徴とする請求項1)記載の板厚方向
    の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製造方法。
  3. 【請求項3】重量%で、 C :0.01%以下、 Si:0.02%以下、 Mn:0.20%以下、 S :0.010%以下、 Cr:0.05%以下、 Mo:0.01%以下、 Cu:0.01%以下を含有し、 Al:0.005〜0.040%,Ca:0.0005〜0.01%のうちいずれか
    一方で脱酸し、 N :0.004%以下、 O :0.005%以下、 H :0.0002%以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を95
    0〜1150℃に加熱し、800℃以上で圧延形状比Aが0.6以
    上の圧延パスを1回以上はとる圧延を行ない、空隙性欠
    陥のサイズを100μ以下とし、引続き800℃以下で圧下率
    を10〜35%とする圧延を行ない、板厚50mm未満の厚板と
    し、該厚板を750〜950℃の温度で焼鈍するかあるいは91
    0〜1000℃の温度で焼準することを特徴とする板厚方向
    の磁気特性の均一な無方向性電磁厚板の製造方法。 ただし、 A :圧延形状比 hi:入側板厚(mm) ho:出側板厚(mm) R :圧延ロール半径(mm)
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