JPH0726157B2 - 冷間加工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、軟磁性材料として電気機器の鉄芯に用いられ
る、冷間加工性および磁気特性に優れた高珪素鋼板の製
造方法に関するものである。

（従来の技術） Siを含有する鋼板は、優れた軟磁気特性を有するため、
電力用変圧器或は回転機の鉄芯として用いられている。
この種磁性材料においては、Si含有量が増加すると、鉄
損特性が向上する（鉄損値が低くなる）。特にSi含有量
6.5％近傍では、鉄損特性が良好である上に磁歪が零に
近付くところから、透磁率も一段と向上し、従来にない
新しい機能をもつ磁性鋼板となり得る。しかしながら、
この6.5％Si含有鉄は、冷間加工たとえば冷間圧延する
上で種々の問題があり、実用化されていなかった。

6.5％Si含有鉄を冷間加工する上での問題として、 １） 高珪素鉄の結晶本来のイントリンシックな特性と
して、伸びが小さくたとえば冷間圧延時に板破断を起こ
し易い、 ２） 高珪素鉄の伸びが本質的に小さいことに起因し
て、冷間圧延によって板側縁部に割れを生じる、所謂
“耳割れ”を発生し易い、 ３） 高珪素鉄は、硬度が極めて高いため、最終板厚を
薄くするときに、冷間圧延における圧延負荷が過大なも
のとなる、 等の問題がある。

最近、省エネルギーを目的として、鉄損値が低くまた、
電気機器の多用な磁気特性上の要求を満足する新しい磁
性鋼板として、Siを6.5％或はその近傍含有する高珪素
鋼板が、見直され始めた。特に、冷間加工上の問題を解
決することに多くの努力が傾けられ、種々提案がなされ
ている。たとえば、中岡らは、前記１）項の板破断を招
き易いという問題に関連して、特開昭61−166923号公報
に、冷間圧延の素材となる熱延板について、連続仕上熱
間圧延条件を規定することによって、金属組織を圧延方
向に繊維状に伸びた状態とすることを提案している。ま
た、中岡らは、特開昭62−103321号公報に、連続仕上熱
間圧延前の材料の結晶粒を限定することにより、熱延板
組織を圧延方向に延伸した繊維状にする方法を提案して
いる。これらの方法は、連続仕上熱間圧延条件を限定す
ることによって熱延板組織を制御し、こうして得られた
熱延板を素材とすることによって、冷間圧延を可能なら
しめようとするものである。

一方、前記１）項の板破断を招き易いという問題は、冷
間圧延時の材料の温度を150〜300℃として圧延すれば、
解決することが知られている。冷間圧延時の材料温度を
常温よりも高くして圧延することはまた、従来、Siを約
３％含有する一方向性電磁鋼板の製造プロセスにおい
て、製品の磁気特性を向上させる手段として広く行なわ
れている。

前記２）項の、冷間圧延材の“耳割れ”の問題は、１）
項の問題を解決するための手段によって、解決され得
る。たとえば、冷間圧延時の材料温度を約150℃と常温
よりも高くして圧延することによって、大部分解決す
る。加えて、耳割れ防止のために、一般的に他の鋼種で
実施されている手段をより丁寧に適用することが、高珪
素鋼の冷間圧延に際しても有効である。たとえば、升田
らは特開昭62−127097号公報に、ロール端部のヒートク
ラウンを制御することによって耳割れを防止することを
提案している。

３）項の圧延負荷が過大になるという問題は、Si含有量
が増大するに伴って鋼の硬さが増し、たとえば6.5％Si
では、硬度（Hv）が390にも達し、冷間圧延荷重が過大
になるという問題である。圧延ゲージが薄くなると、一
層圧延荷重が大きくなる。一般に、圧延ロールの径を小
さくすると、ロールと圧延材の接触弧長が小さくなるか
ら、低荷重で板材を圧延することができるようになる。
従って、従来、Siを約３％含有する一方向性電磁鋼板或
は無方向性電磁鋼板の冷間圧延に、100mm以下の径のワ
ークロールをもつセンジマーミルが用いられている。ま
して、３％Si材よりも格段に硬度の高い６％Si材を薄手
まで冷間圧延しようとする場合は、小径ワークロールを
もつ圧延機での圧延が必須となる。ところが、6.5％Si
材を小径のワークロールをもつ圧延機で冷間圧延する
と、高田らが、特開昭63−145716号公報に示しているよ
うにストリップ破断の問題を生じる。

次に高Si鉄の磁気特性について述べる。この高Si軟磁性
鋼板の開発動機は、元々製造上の困難さは十分認識され
ていたところであるけれども、従来にない高い機能性た
とえば、優れた鉄損特性、磁気特性の実現にある。従っ
て、製造の容易さ、就中冷間圧延し易さに意を用いるの
は勿論であるが、良好な磁気特性を有する製品を得るこ
とを第一の狙いとして製造プロセスを設計する必要があ
る。このような観点からすれば、高Si軟磁性鋼板就中6.
5％Si材に最適な磁気特性を具備せしめる製造プロセス
について、十分な技術は確立していない。特に、高い磁
化特性（磁束密度で表される）および薄いゲージをもつ
製品とすることによって、さらに優れた鉄損特性（鉄損
値が低い）を有せしめることを可能ならしめなければな
らず、そのためには、極めて薄いゲージにまで高Si材を
冷間圧延し得る技術を確立する必要がある。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は、高Si鉄就中6.5％Si鉄に固有の特性を考慮し
た良好な磁化特性を有する製品を得ることを可能ならし
めると同時に比較的容易に薄手材にまで冷間圧延し得る
製造プロセスを確立することを目的としてなされた。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨とするところは、下記のとおりである。

（１） 重量で、Ｃ≦0.006％、Si:4.5〜7.1％を含有
し、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱延板を、92
0〜1050℃の温度域で焼鈍し板厚方向全域に亙って再結
晶させた後、冷間圧延して最終板厚とし、次いで、800
〜1030℃の温度域で焼鈍することを特徴とする冷間加工
性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方
法。

（２） 冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを有す
る圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされるものであ
る前項１記載の冷間加工性および磁気特性の良好な高珪
素軟磁性鋼板の製造方法。

（３） 重量で、Ｃ≦0.006％、Si:4.5〜7.1％を含有
し、Ｓ≦0.006％、Ｎ≦0.0035％とし、残部Feおよび不
可避的不純物からなる熱延板を、850〜1050℃の温度域
で焼鈍し板厚方向全域に亙って再結晶させた後、冷間圧
延して最終板厚とし、次いで、800〜1030℃の温度域で
焼鈍することを特徴とする冷間加工性および磁気特性の
良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。

（４） 冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを有す
る圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされるものであ
る前項３記載の冷間加工性および磁気特性の良好な高珪
素軟磁性鋼板の製造方法。

以下、本発明を詳細に説明する。

Siを略6.5％含有する鉄を、一般的な熱間圧延条件たと
えば、連続仕上熱間圧延における材料温度を950℃とし
て圧延するときの鉄板の金属組織は、第１図に示すよう
に、表層部の再結晶した等軸晶および板厚方向中心部に
おいて圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒からなってい
る。この板厚方向中心部における圧延方向に維持状に並
んだ伸長粒は、一般にSi含有量を多くすることによって
また、熱間圧延温度を低くし再結晶させずに圧延組織の
ままとすることによって、残存させることができる。従
来の技術においては、「日本金属学会誌」,Vol.30,No.
6,p.552/558に詳述されているように、前記伸長粒を材
料に残存させることによって、冷延性が良好となるとさ
れている。而して、特開昭61−166923号公報、特開昭62
−10332号公報にそのための具体的な手段が開示されて
いる。

本発明の発明者等は、一般的な連続仕上熱間圧延条件で
圧延された材料である第１図に示す金属組織を有する熱
延板を、150℃の温度として冷間（温間）圧延したとこ
ろ、圧延の進行に伴って特徴的な欠陥が発生することを
見出した。第２図は、発生した欠陥を板表面から見たも
のであり、この欠陥を“さざ波欠陥”と呼ぶことにす
る。このような“さざ波欠陥”が発生すると、板表面に
割れがあることによる商品価値が消失することは勿論、
板厚方向内部に割れ部があるとその部分では鉄心として
励磁しても磁束の流れが阻害され、所期の磁化特性が得
られなくなる。そこでこのような“さざ波欠陥”の発生
をできるだけ少なくする必要がある。この“さざ波欠
陥”部の板厚方向断面（縦断面）組織を、第３図に示
す。第３図から明らかな如く、板厚方向における上下約
1/3の位置を頂点として中心に向かって割れが進行し、
それが繰返されている。さらに、割れの初期を観察する
と、割れの起点は板厚方向における上下約1/3の位置に
あり、この位置は、冷間圧延前の材料における表層部の
等軸晶粒と板厚方向中心部における圧延方向に繊維状に
並んだ伸長粒の境界に対応する。割れ部を腐食させて組
織を現出させた拡大写真を第４図に示す。第４図から、
表層部の等軸晶粒と板厚方向中心部における圧延方向に
繊維状に並んだ伸長粒の境界で割れていることが分か
る。これらの観察から、“さざ波欠陥”は、冷間圧延に
伴って板断面に働く剪断力に対し、表層部の等軸晶粒と
板厚方向中心部における圧延方向に繊維状に並んだ伸長
粒の機械的強度の差によって割れが発生し、その後板厚
方向中心を付き抜けて割れが伝播したものと考えられ
る。本発明者等は、これらの知見から、板厚方向におけ
る結晶粒組織を均一にすることが、“さざ波欠陥”を発
生させることなく冷延性を向上させる要諦であることを
見出した。そこで、本発明においては、熱延板に高Si鉄
に合った適切な焼鈍を施すことによって、板厚方向にお
ける結晶粒組織を均一な再結晶組織とする。

本発明のプロセスによれば、たとえば、特開昭61−1669
23号公報に開示されている従来技術におけるような板厚
方向全域を圧延方向に繊維状に並んだ伸長粒としようと
するプロセスでは、低温での熱間圧延を必要とするとこ
ろから、変形抵抗の高い材料の圧延を余儀なくされるの
に対し、熱間圧延条件に格別の規制を付す必要がない。
前記先行技術によるときは、熱間圧延条件を厳しく規制
しても板厚方向全域を完全に圧延方向に繊維状に並んだ
伸長粒とするのは困難である。

また、本発明によれば、後述するように、熱延板に高Si
鉄に合った適切な焼鈍を施すことによって、得られる製
品の磁気特性が向上する。

次に、熱延板焼鈍条件による結晶組織の変化とそれに対
応する、冷間圧延時の“さざ波欠陥”の発生状況ならび
に製品の磁気特性について説明する。第５図に、重量
で、C:0.0035％、Si:6.70％、Mn:0.14％、S:0.009％、
N:0.0030％、残部実質的にFeからなる2.3mm厚さ×100mm
幅×150mm長さの熱延板を10枚、800〜1120℃の温度域で
90秒間焼鈍し、酸洗した後、150℃の温度で、0.23mm厚
さまで冷間（温間）圧延したときの、“さざ波欠陥”の
発生率と板破断の発生頻度（第５図（ａ））および熱延
板焼鈍後の結晶粒組織（第５図（ｂ））を示す。第５図
から、板厚方向中心部に伸長粒が残っている低温焼鈍材
および焼鈍せずに熱延板を熱延後冷延したものは、冷間
圧延時に“さざ波欠陥”が著しく発生しているのに対
し、920℃以上の温度域で焼鈍することによって板厚方
向において均一に再結晶させ等軸晶粒としたものは、
“さざ波欠陥”が全く発生していないことが分る。しか
しながら、焼鈍温度を高くし結晶粒径が大きくなり過ぎ
ると、靱性が劣化し、冷間圧延時に板破断を惹起する。

次に、これら冷延板を950℃で60秒間、水素中で焼鈍し
た後、磁気特性を測定した。熱延板を焼鈍することなく
冷間圧延したものに比し、熱延板に焼鈍を施したもの
は、磁束密度、鉄損ともに向上することが分った。そし
てその向上の程度は、熱延板焼鈍温度が高くなるほど大
きい。

叙上のように、本発明者等は、高Si鉄の熱延板に適切な
温度域での焼鈍を施し、板厚方向全域に亙って再結晶さ
せることによって、冷間圧延時に鉄板表面に発生する
“さざ波欠陥”を生成せしめることなく、良好な磁気特
性を有する製品を得ることができることを新たに見出し
た。

以下、本発明をさらに詳細に説明する。

先ず、本発明における高Si鉄の成分限定理由を説明す
る。

本発明で用いる溶鋼は、その溶製方法を限定されない。
成分含有量が、次の範囲内であることが必要である。

Ｃは、不純物として最終製品に残存すると、製品の磁気
特性を劣化させるから可及的にその含有量が少ない方が
良い。特に、Ｃ含有量が0.006％を超えると、製品の磁
気特性を大きく劣化させる。

Siは、本発明の目標が磁歪が最小となる略6.5％Si鉄を
工業的に製造し得るプロセスの確立にあることに鑑み、
6.5％を中心として若干の上下幅をもつ範囲内であれば
良い。Si含有量の下限は、従来、市販されていない範囲
で、4.5％とし、可及的に6.5％に近い量であることが、
本発明の目的に合う。Si含有量の上限は、7.1％であ
る。Si含有量が7.1％を超えると、冷間加工性が急激に
劣化するにも拘わらず、得られる製品の磁気特性はさほ
ど向上しない。

その他の成分としては、Ｓ、Ｎの含有量を限定する。一
般にＳ、Ｎは、Si鉄の焼鈍時における粒成長を抑制する
作用をもつ。本発明者等は、Siを6.5％前後含有する高S
i鉄の熱延板にあって、Ｓ、Ｎ含有量が多くなると、板
厚方向中心域の伸長粒生成傾向が著しくなり、熱延板表
面近傍の粒が小さくなることを知見した。

而して、このような特徴をもつ熱延板は、焼鈍によって
再結晶させ板厚方向全域に亙って等軸晶とするに要する
温度を高くする。このように、板厚方向中心部の伸長粒
を再結晶させるには高い焼鈍温度を必要とするが、高い
焼鈍温度を採用すると、材料の表面粒が粗大なものとな
り、第５図に示すように、板破断が増加する。このよう
な理由から、Ｓ≦0.006％、Ｎ≦0.0035％にすれば、熱
延板の板厚方向中心域が伸長粒となる傾向は抑えられ、
焼鈍温度を低くすることができるから、焼鈍後の材料の
結晶粒を小さくでき、冷間圧延時の板破断を少なくする
ことができる。

前記以外の成分については、特に限定しない。

次いで、溶鋼は鋳造され、熱間圧延される。鋳造に関
し、本発明では特に限定条件はなく、一般的な方法を用
いることができる。熱間圧延された材料（熱延板）に、
920〜1050℃の温度域で焼鈍を施す。920℃未満の温度域
では、板厚方向中心部の伸長粒が残存し、“さざ波欠
陥”が発生し易くなる。鋼中不純物であるＳとＮを少し
なくして、熱延板焼鈍時の再結晶をし易くすると、この
伸長粒が消失し、“さざ波欠陥”が解消する下限焼鈍温
度は、850℃となる。このような、低い熱延板焼鈍温度
を可能にするためには、Ｓ、Ｎの含有量の上限はそれぞ
れ0.006％及び0.0035％とする。熱延板焼鈍後、材料は
冷間圧延され、最終板厚とされる。

冷間圧延に際し、一方向性電磁鋼板の製造プロセスにお
いて製品の特性向上のために実施されているように、15
0〜280℃の温度域で冷間圧延すると、板破断を起こすこ
とがない。本発明者等が、高Si鉄の冷間圧延において経
験した“さざ波欠陥”は、圧延機のワークロール径が大
きくなると減少し、ワークロール径が小さくなると、顕
著に発生する。ところが、高Si鉄たとえば6.5％Si鉄の
硬度は、Hvで約390あり、現在、製造されているSiを約
３％含有する一方向性電磁鋼板の1.5倍以上の硬度であ
るため、高Si鉄たとえば6.5％Si鉄の冷間圧延は極めて
困難である。従って、小径のワークロールをもつ圧延機
たとえばセンジマーミルのようなクラスタータイプの圧
延機で冷間圧延しなければ、薄いゲージにまで圧延する
ことができない。

かかる観点から、“さざ波欠陥”を解消し得る本発明
は、高Si鉄を薄いゲージにまで冷間圧延するのに効果的
である。たとえば、板厚が0.30mm以下になると、120mm
以下の径のワークロールをもつ圧延機、たとえばセンジ
マーミルでなければ冷間圧延できないから、かかる小径
ワークロールを有する圧延機で“さざ波欠陥”を生ぜし
めることなく、高Si鉄を薄いゲージにまで圧延する場
合、本発明が有効に機能し得る。

冷間圧延における冷延率については、特に限定しない。
冷延率は、熱間圧延機の能力によって決まる熱延板の厚
さと製品板厚の関係で決まり、50〜80％程度の冷延率が
採用される。最終板厚とされた冷延板を、800〜1030℃
の温度域で焼鈍し、製品とする。焼鈍時間は、温度が低
いときは長く、高いときは短かくなり、30秒間〜３時間
程度が採用される。

（実施例） 実施例１ 重量でC:0.0051％、Si:6.6％、Mn:0.13％、S:0.008％、
total N:0.0043％、残部実質的にFeからなる2.3mm厚さ
の熱延板を、それぞれ830℃、900℃、950℃、1050℃、1
120℃で30秒間焼鈍したものおよび焼鈍なしの材料を、1
00mmの径のワークロールをもつセンジマーミルで170℃
の鋼板温度下に0.30mmまで冷間圧延した後、900℃で90
秒間の焼鈍を施した。こうして得られた製品の磁気特性
と“さざ波欠陥”および板破断の発生状況を、第１表に
示す。なお、冷間圧延時の欠陥発生状況は板表面につい
て、目視により発生程度を評価した。

第１表から明らかなように、本発明で規定する熱延板焼
鈍温度域内である950℃および1050℃で焼鈍して得られ
た材料は、冷間圧延時の欠陥も全くなく、製品の磁気特
性就中磁束密度（B₈値）が優れている。

実施例２ 重量で、Si:6.60％、Mn:0.13％、Ｃ、Ｓ、total Nは第
２表に示す量含有し、残部実質的にFeからなる2.3mm厚
さの熱延板を、850℃および950℃で30秒間焼鈍した後、
100mmの径のワークロールをもつセンジマーミルで、170
℃の鋼板温度下に0.30mmまで冷間圧延した。次いで、90
0℃で90秒間の焼鈍を施して製品とした。こうして得ら
れた製品の磁気特性と“さざ波欠陥”の発生状況を、第
２表に示す。なお、冷間圧延時の欠陥発生状況は板表面
について、目視により発生程度を評価した。

第２表から明らかなように、Ｃが本発明に規定する範囲
素である0.025％のものは、磁気特性わけても鉄損が劣
化し、板破断も若干発生する。Ｓ、total Nが少なくな
ると、熱延板焼鈍温度を850℃と低くしても、“さざ波
欠陥”を生じることが全くない。また、磁性、とりわけ
鉄損が良好である。

実施例３ 重量で、C:0.005％、Si:6.60％、Mn:0.13％、S:0.004
％、N:0.0019％を含有し、残部実質的にFeからなる2.3m
m厚さの熱延板を、950℃で30秒間焼鈍したものと、焼鈍
することなく熱延ままのものを、それぞれ100mmおよび2
70mmの径のワークロールをもつ圧延機で、170℃の鋼板
温度下に0.35mm、0.30mm、0.23mm、0.15mmおよび0.08mm
まで冷間圧延した。このときの“さざ波欠陥”の発生状
況を第３表に示す。なお、冷間圧延時の欠陥発生状況は
板表面について、目視により発生程度を評価した。

第３表から明らかなように、950℃で30秒間熱延板焼鈍
した材料は、100mmの径のワークロールをもつ圧延機で
冷間圧延しても、“さざ波欠陥”の発生も全くなく良好
な表面性状をもつ製品を得ることができる。この場合、
ワークロール径が270mmと大きくなると、薄いゲージに
まで冷間圧延できない。

（発明の効果） 本発明によれば、磁気特性わけても鉄損が極めて低くか
つ、磁束密度が高く磁歪のない高Si鉄薄板を工業的に製
造することができ、騒音がなくエネルギーロスの極めて
少ない変圧器等を供給できる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は、高Si鉄を一般的な熱間圧延条件で圧延して得
られた熱延板の板厚方向断面の組織を示す金属組織写真
図、第２図は、第１図に示す熱延板を材料温度を150℃
として冷間圧延したときに、板表面に発生した“さざ波
欠陥”の模様を示す写真図、第３図は、第２図に示す冷
延板の縦断面（板厚方向断面）の組織を示す金属組織写
真図、第４図は、材料の板厚方向において割れを生じて
いる部分（組織）の金属組織拡大写真図、第５図（ａ）
は、熱延板焼鈍温度と、“さざ波欠陥”および板破断発
生頻度の関係を示す図、第５図（ｂ）は焼鈍後の材料の
断面組織を示す金属組織写真図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量で、Ｃ≦0.006％、Si:4.5〜7.1％を含
   有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる熱延板を、
   920〜1050℃の温度域で焼鈍し板厚方向全域に亙って再
   結晶させた後、冷間圧延して最終板厚とし、次いで、80
   0〜1030℃の温度域で焼鈍することを特徴とする冷間加
   工性および磁気特性の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを
   有する圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされるもの
   である請求項１記載の冷間加工性および磁気特性の良好
   な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】重量で、Ｃ≦0.006％、Si:4.5〜7.1％を含
   有し、Ｓ≦0.006％、Ｎ≦0.0035％とし、残部Feおよび
   不可避的不純物からなる熱延板を、850〜1050℃の温度
   域で焼鈍し板厚方向全域に亙って再結晶させた後、冷間
   圧延して最終板厚とし、次いで、800〜1030℃の温度域
   で焼鈍することを特徴とする冷間加工性および磁気特性
   の良好な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】冷間圧延が、直径120mmφ以下のロールを
   有する圧延機で、最終板厚0.30mm以下までなされるもの
   である請求項３記載の冷間加工性および磁気特性の良好
   な高珪素軟磁性鋼板の製造方法。