JPH07166241A - 超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法

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JPH07166241A
JPH07166241A JP5309501A JP30950193A JPH07166241A JP H07166241 A JPH07166241 A JP H07166241A JP 5309501 A JP5309501 A JP 5309501A JP 30950193 A JP30950193 A JP 30950193A JP H07166241 A JPH07166241 A JP H07166241A
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flux density
annealing
steel sheet
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Kunihide Takashima
邦秀 高嶋
Fumio Kurosawa
文夫 黒澤
Norito Abe
憲人 阿部
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Nippon Steel Corp
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
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    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
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    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766Fe-Si based alloys
    • H01F1/14775Fe-Si based alloys in the form of sheets
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 変圧器等に用いられる高磁束密度一方向性電
磁鋼板の磁束密度を極限まで高め、極低鉄損の製品を得
る。 【構成】 AlN,MnSおよびBiを主インヒビター
とする一方向性電磁鋼板製造にあたり、熱延終了後の巻
取温度を500℃以下の従来法よりも低温度で行う。 【効果】 鋼板素材中にBiを添加含有させた一方向性
電磁鋼板の製造にあたり、広い熱延板焼鈍温度範囲で安
定して極めて高い磁束密度の製品が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はトランス等の鉄心に用い
られる、{110}〈001〉方位すなわちゴス方位を
高度に発達させた高磁束密度一方向性電磁鋼板に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、軟磁性材料として
主にトランスその他の電気機器の鉄心材料に使用されて
いるもので、磁気特性としては、励磁特性と鉄損特性が
良好でなくてはならない。この励磁特性を表す指標とし
て、通常磁束密度B8 (磁場の強さ800A/mにおけ
る磁束密度)が用いられ、鉄損特性を表す指標として、
17/50 (50Hzで1.7Tまで磁化させたときの単位
重量あたりの鉄損)が用いられている。一方向性電磁鋼
板は、製造工程の最終段階の900℃以上の温度での仕
上げ焼鈍工程で2次再結晶を起こさせ、鋼板面に{11
0}面、圧延方向に〈001〉軸を持ったいわゆるGo
ss組織を発達させることによって得られている。その
なかでも、磁束密度B8 が1.88T以上の優れた励磁
特性を持つものは高磁束密度一方向性電磁鋼板と呼ばれ
ている。
【0003】高磁束密度一方向性電磁鋼板の代表的製造
方法としては、特公昭40−15644号公報、特公昭
51−13469号公報等があげられる。現在世界的規
模で生産されている高磁束密度一方向性電磁鋼板は、上
記2特許を基本として生産されているといえる。然るに
上記特許に基づく製品の磁束密度B8 は1.88乃至高
々1.95T程度であり、3%Si鋼の飽和磁束密度
2.03Tの95%程度の値を示しているに過ぎない。
然るに近年省エネルギー、省資源への社会的要求は益々
厳しくなり、一方向性電磁鋼板の鉄損低減、磁化特性改
善への要求も熾烈になってきている。
【0004】一方、技術的には鉄損低減化の手法として
レーザー照射等の磁区制御技術が特公昭58−5968
号公報、特公昭57−2252号公報等により確立さ
れ、この方法では、素材に対し更なる高磁束密度化の要
求が鉄損低減への条件として強くなっている。すなわ
ち、従来の高磁束密度一方向性電磁鋼板の磁束密度B8
を更に理想方位に近付ける手段の出現が待たれているの
が現状である。
【0005】この目標達成のための手段として、本発明
者らは特公昭57−1565号公報で、従来のAl入り
高磁束密度一方向性電磁鋼板の溶鋼に炭酸塩含有物を添
加する方法を提案した。しかしこの方法は実験室的には
実現性があるが、工業規模では実施されていないのが実
情である。更に本出願人は特公昭58−50295号公
報で温度勾配焼鈍法を提案した。この方法で、初めて安
定して磁束密度B8 が1.95T以上の製品が得られる
ようになった。しかし、この方法は工場サイズのコイル
フォームで実施する場合、コイル一端から加熱し、反対
端部は温度勾配をつけるため冷却するという、非常に熱
エネルギー的損失を伴うため工業生産としては大きな問
題点をはらんでいた。
【0006】そこで本発明者らは工業的手段で磁束密度
を極めて高く、従来の高磁束密度一方向性電磁鋼板レベ
ルから超高磁束密度一方向性電磁鋼板レベルまでに高め
る方法を特願平4−240702号公報、特願平4−2
40701号公報等で提案した。この方法により初めて
超高磁束密度一方向性電磁鋼板が比較的安定に得られる
ようになったが、その後本発明者らが製造条件を精査し
たところ、場合によっては問題点があることが判明し
た。例えば熱延板焼鈍温度を厳密に制御しないと2次再
結晶不良が発生することがあることが判明した。そこで
この超高磁束密度一方向性電磁鋼板を極めて安定に製造
する方法の確立が求められていた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
点を回避し、極めて磁束密度の高い超高磁束密度一方向
性電磁鋼板を極めて安定に製造することを可能にするこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴とするとこ
ろは、次の通りである。 1)重量で、C:0.03〜0.15%、Si:2.5
〜4.0%、Mn:0.02〜0.30%、S:0.0
05〜0.040%、酸可溶性Al:0.010〜0.
065%、N:0.0030〜0.0150%、Bi:
0.0005〜0.05%を基本成分とし、不可避不純
物を含み残部は実質的にFeからなる溶鋼を鋳造する工
程、熱延する工程、最終の冷間圧延前に高温の焼鈍をす
る工程、圧下率65〜95%の最終強冷延を含む1回あ
るいは中間焼鈍を介挿する2回以上の冷間圧延を行う工
程、次いで脱炭焼鈍、焼鈍分離剤を塗布する工程、更に
2次再結晶仕上げ焼鈍を行う工程からなる一方向性電磁
鋼板を製造する方法において、上記熱延工程において熱
延終了後の巻取温度を500℃以下とすることを特徴と
する超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。 2)Sn:0.05〜0.50%を含有せしめることを
特徴とする1)記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板の
製造方法。 3)Cu:0.01〜0.10%を含有せしめることを
特徴とする2)記載の超高磁束密度一方向性電磁鋼板の
製造方法。
【0009】以下本発明の詳細について説明する。本発
明者は、鋼板の磁束密度B8 が1.95T以上のいわゆ
る超高磁束密度一方向性電磁鋼板を安定に製造すべく種
々の研究を重ねているが、窒化アルミニウムを主インヒ
ビターとする一方向性電磁鋼板用の素材に、Biを添加
含有せしめることにより、現在市販されている高磁束密
度一方向性電磁鋼板の磁束密度B8=1.93T程度を
はるかに超える1.95T以上、2Tにもおよぶ超高磁
束密度一方向性電磁鋼板を得、且つ、通常の高磁束密度
一方向性電磁鋼板の製造において実施されている熱延終
了後の鋼板巻取温度550〜650℃を500℃以下に
制御することにより、より安定して超高磁束密度一方向
性電磁鋼板を得ることに成功した。
【0010】本発明の成分組成の限定理由を説明する。
Cは、0.03%未満では熱延に先立つスラブ再加熱時
に異常粒成長し、成品において線状細粒と呼ばれる2次
再結晶不良を起こすので好ましくない。一方0.15%
超では脱炭焼鈍工程での脱炭が不完全になりやすく、成
品での磁気時効を引き起こすので好ましくない。Si
は、2.5%未満では成品の渦電流損が増大し、また
4.0%超では常温での冷延が困難になり、いずれも好
ましくない。Mn,Sは、硫化マンガン形成により補助
的インヒビターとして作用させるためには上記範囲が必
要である。
【0011】酸可溶性Alは、高磁束密度一方向性電磁
鋼板製造のための主要インヒビター構成元素であり、
0.010%未満では量的に不足し、インヒビター強度
が不足する。一方0.065%超では析出窒化アルミニ
ウムが粗大化し、結果としてインヒビター強度を低下さ
せるので好ましくない。Nも、酸可溶性Al同様に主イ
ンヒビター構成元素であり、上記範囲を逸脱するとイン
ヒビターの最適状態を壊すので好ましくない。Biは、
超高磁束密度一方向性電磁鋼板製造のための必須元素で
あり、添加含有量は、0.0005〜0.05%の範囲
が有効である。0.0005%未満では磁束密度の向上
がわずかであり、また0.05%超では磁束密度向上の
効果が飽和するとともに熱延板の端部に割れが発生する
ので上限を0.05%に限定する。
【0012】更に、Snについては薄手成品の2次再結
晶を安定化させる元素として、また2次再結晶粒径を小
さくする作用もあり、0.05%以上の添加が必要であ
り、添加することができる。その場合、0.50%を超
えてもその作用効果が飽和するのでコストアップの点か
ら0.50%以下に限定する。Cuは、Sn添加材の被
膜向上元素として有効であり、0.01%未満では効果
が薄く、0.10%を超えると成品の磁束密度が低下す
るので0.01〜0.10%の範囲で添加することがで
きる。
【0013】次に製造プロセス条件について説明する。
上記の如く成分を調整した超高磁束密度一方向性電磁鋼
板用素材は通常の如何なる溶解法、鋳造法を用いた場合
でも本願発明の素材とすることができる。
【0014】次いでこの電磁鋼板用素材は通常の熱間圧
延により熱延コイルに圧延される。この熱延工程に本発
明の特徴がある。通常の既に公知のインヒビターであ
る、AlNやMnSを主インヒビターとして用いる高磁
束密度一方向性電磁鋼板製造法では主にAlNの析出抑
制のため熱延終了後の巻取温度は析出温度域以下の55
0〜650℃程度が選択されているのが実態であった。
【0015】然るに本発明の主インヒビターであるAl
N,MnSおよびBiを含有する場合は、Bi添加によ
るAlN,MnS等の微細析出促進作用があり、従来の
巻取温度域では既に熱延板の状態でかなりの微細析出物
が存在し、引き続く熱延板焼鈍におけるインヒビター制
御処理が完全に行われないことがあることが判明した。
そこで熱延板における最適熱延条件を検討した結果、熱
延終了後の巻取温度を500℃以下に制御することで、
上記熱延板焼鈍条件による不具合が完全に緩和されるこ
とを発明した。
【0016】本発明の熱延終了後の巻取温度を500℃
以下の低温度にすれば熱延板焼鈍条件による不具合が解
決できたメカニズムは必ずしも明確ではないが、本発明
者は次のように推察している。1つは上記したようなB
iのAlN等の既存インヒビターの析出促進を低温度で
巻き取ることにより防止すること。1つはBiそのもの
の析出に影響しているものと考えられる。更にBi添加
材は熱延過程での再結晶が抑制されているため、結晶組
織が繊維状組織になりやすく、この状態は巻取温度が高
いほど加工組織の回復が進行し、結果として熱延板焼鈍
してもこの繊維状組織が維持され2次再結晶不良につな
がるものと考えられる。
【0017】引き続いて1ステージの冷間圧延または中
間焼鈍を含む複数ステージの冷間圧延によって最終板厚
とするが、高磁束密度一方向性電磁鋼板を得ることから
最終冷延の圧延率(1ステージの冷間圧延の場合はその
圧延率)は65〜95%の強圧下が必要である。最終圧
延以外のステージの圧延率は特に規定しなくてもよい。
【0018】最終冷延前に粒成長抑止のためのインヒビ
ター制御のために焼鈍を行う。最終成品板厚に圧延した
冷延板を、続いて通常の方法で脱炭焼鈍を行う。脱炭焼
鈍の条件は特に規定しないが、好ましくは700〜90
0℃の温度範囲で、30秒〜30分間湿潤な水素または
水素、窒素の混合雰囲気で行うのがよい。
【0019】脱炭焼鈍後の鋼板表面には、2次再結晶焼
鈍における焼き付き防止およびグラス被膜生成のため、
通常の方法で通常の組成の焼鈍分離剤を塗布する。2次
再結晶焼鈍は、1000℃以上の温度で5時間以上、水
素または窒素またはそれらの混合雰囲気で行う。引き続
き余分の焼鈍分離剤を除去後、コイル巻ぐせを矯正する
ための連続焼鈍を行い、同時に絶縁被膜を塗布、焼き付
けする。更に、必要に応じてレーザー照射等の磁区細分
化処理を施す。磁区細分化の方法は特に限定する必要は
ない。
【0020】
【実施例】
(実施例1)C:0.09%、Si:3.05%、M
n:0.07%、S:0.023%、酸可溶性Al:
0.026%、N:0.008%、Bi:0.007%
を含有する珪素鋼を溶製した。鋼片に鋳造後、1350
℃に加熱し、抽出後直ちに2.3mm板厚まで熱延し、熱
延後巻取温度を350℃,450℃,550℃の3水準
に変化させた。熱延板を1050℃,1150℃の2水
準の温度で焼鈍し、直ちに100℃の水中に急冷した。
次いで酸洗後0.30mmまで途中で250℃での時効処
理を5回はさんで冷却した。引き続き850℃で脱炭焼
鈍を行い、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布後1
200℃の2次再結晶仕上げ焼鈍を行った。2次再結晶
状況および得られた製品の磁気測定結果を表1に示す。
【0021】
【表1】
【0022】表1より明らかなように比較例の550℃
熱延巻取では熱延板焼鈍温度1150℃の処理条件では
2次再結晶率が30%と低く、磁束密度B8 も1.67
Tと極めて低いのに対して、巻取温度が450℃以下の
熱延板では熱延板焼鈍温度が1050℃はもとより11
50℃の高温処理でも2次再結晶率は100%で、得ら
れた製品の磁束密度B8 も1.98〜2.01Tと極め
て高いものである。
【0023】(実施例2)C:0.09%、Si:3.
25%、Mn:0.07%、S:0.025%、酸可溶
性Al:0.026%、N:0.008%、Bi:0.
007%、Sn:0.12%を含有する珪素鋼を溶製し
た。鋼片に鋳造後、1350℃に加熱し、抽出後直ちに
2.3mm板厚まで熱延し、熱延後巻取温度を350℃,
450℃,550℃の3水準に変化させた。熱延板を1
050℃,1150℃の2水準の温度で焼鈍し、直ちに
100℃の水中に急冷した。次いで酸洗後0.23mmま
で途中で250℃での時効処理を5回はさんで冷却し
た。引き続き850℃で脱炭焼鈍を行い、MgOを主成
分とする焼鈍分離剤を塗布後1200℃の2次再結晶仕
上げ焼鈍を行った。2次再結晶状況および得られた製品
の磁気測定結果を表2に示す。
【0024】
【表2】
【0025】表2より明らかなように比較例の550℃
熱延巻取では熱延板焼鈍温度1150℃の処理条件では
2次再結晶率が20%と低く、磁束密度B8 も1.58
Tと極めて低いのに対して、巻取温度が450℃以下の
熱延板では熱延板焼鈍温度が1050℃はもとより11
50℃の高温処理でも2次再結晶率は100%で、得ら
れた製品の磁束密度B8 も1.98〜2.00Tと極め
て高いものである。
【0026】(実施例3)C:0.08%、Si:3.
30%、Mn:0.08%、S:0.026%、酸可溶
性Al:0.026%、N:0.008%、Bi:0.
010%、Sn:0.12%、Cu:0.05%を含有
する珪素鋼を溶製した。鋼片に鋳造後、1350℃に加
熱し、抽出後直ちに2.0mm板厚まで熱延し、熱延後巻
取温度を350℃,450℃,550℃の3水準に変化
させた。熱延板を1050℃,1150℃の2水準の温
度で焼鈍し、直ちに100℃の水中に急冷した。次いで
酸洗後0.23mmまで途中で250℃での時効処理を5
回はさんで冷却した。引き続き850℃で脱炭焼鈍を行
い、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布後1200
℃の2次再結晶仕上げ焼鈍を行った。2次再結晶状況お
よび得られた製品の磁気測定結果を表3に示す。
【0027】
【表3】
【0028】表3より明らかなように比較例の550℃
熱延巻取では熱延板焼鈍温度1150℃の処理条件では
2次再結晶率が30%と低く、磁束密度B8 も1.63
Tと極めて低いのに対して、巻取温度が450℃以下の
熱延板では熱延板焼鈍温度が1050℃はもとより11
50℃の高温処理でも2次再結晶率は100%で、得ら
れた製品の磁束密度B8 も1.98〜2.01Tと極め
て高いものである。
【0029】
【発明の効果】本発明による熱延巻取温度を低温度に制
御する本発明の方法は、熱延板焼鈍温度を広くとっても
極めて磁束密度の高い製品が安定して得られ、工業的に
非常に価値の高い有益なものといえる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、 C :0.03〜0.15%、 Si:2.5〜4.0%、 Mn:0.02〜0.30%、 S :0.005〜0.040%、 酸可溶性Al:0.010〜0.065%、 N :0.0030〜0.0150%、 Bi:0.0005〜0.05% を基本成分とし、不可避不純物を含み残部は実質的にF
    eからなる溶鋼を鋳造する工程、熱延する工程、最終の
    冷間圧延前に高温の焼鈍をする工程、圧下率65〜95
    %の最終強冷延を含む1回あるいは中間焼鈍を介挿する
    2回以上の冷間圧延を行う工程、次いで脱炭焼鈍、焼鈍
    分離剤を塗布する工程、更に2次再結晶仕上げ焼鈍を行
    う工程からなる一方向性電磁鋼板を製造する方法におい
    て、上記熱延工程において熱延終了後の巻取温度を50
    0℃以下とすることを特徴とする超高磁束密度一方向性
    電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 Sn:0.05〜0.50%を含有せし
    めることを特徴とする請求項1記載の超高磁束密度一方
    向性電磁鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 Cu:0.01〜0.10%を含有せし
    めることを特徴とする請求項2記載の超高磁束密度一方
    向性電磁鋼板の製造方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113921261A (zh) * 2021-08-12 2022-01-11 泮敏翔 一种高性能高电阻率复合磁体的制备方法

Cited By (2)

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CN113921261A (zh) * 2021-08-12 2022-01-11 泮敏翔 一种高性能高电阻率复合磁体的制备方法
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