JPH0745688B2 - 高磁束密度電磁厚板の製造方法 - Google Patents

高磁束密度電磁厚板の製造方法

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JPH0745688B2
JPH0745688B2 JP63154641A JP15464188A JPH0745688B2 JP H0745688 B2 JPH0745688 B2 JP H0745688B2 JP 63154641 A JP63154641 A JP 63154641A JP 15464188 A JP15464188 A JP 15464188A JP H0745688 B2 JPH0745688 B2 JP H0745688B2
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良太 山場
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
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    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1222Hot rolling
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    • C21D3/00Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
    • C21D3/02Extraction of non-metals
    • C21D3/06Extraction of hydrogen

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 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。
本発明はここにおいて直流磁化条件で使用される磁石の
鉄心用あるいは磁場を遮蔽するのに必要な磁気シールド
用の磁束密度の高い電磁厚鋼板の製造方法に関するもの
である。
[従来の技術] 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
て使用するには組み立て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、とくに低磁場、たとえば80
A/mでの磁束密度の高い鋼材開発の要望が強い。前掲の
特許等で開発された鋼材では、80A/mでの低磁場での高
い磁束密度が安定して得られない。
[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、磁場80
A/mでの磁束密度が0.8テスラ以上の磁気特性を有し、そ
の板厚方向での磁気特性差の少ない高磁束密度電磁厚板
の製造方法を提供することにある。
[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、P:0.015%以下、S:0.010%以下、Cr:0.05%
以下、Mo:0.01%以下、Cu:0.01%以下、Al:0.005〜0.04
0%、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
1200〜1350℃に加熱し、仕上げ温度がAr3以下のフェラ
イト域となる条件下で圧延形状比Aが0.7以上の圧延パ
スが1回以上はとる圧延を行い、空隙性欠陥のサイズが
100μ以下の板厚50mm以上の厚板とし、該厚板を600〜75
0℃の温度で脱水素熱処理後、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
徴とする高磁束密度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) 重量%で、C:0.01%以下、Si:0.02%以下、Mn:0.20%以
下、P:0.015%以下、S:0.010%以下、Cr:0.05%以下、M
o:0.01%以下、Cu:0.01%以下、Al:0.005〜0.040%、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1200〜1350
℃に加熱し、仕上げ温度がAr3以下のフェライト域とな
る条件下で圧延形状比Aが0.7以上の圧延パスが1回以
上はとる圧延を行い、空隙性欠陥のサイズが100μ以下
の板厚20mm以上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高磁束密度電磁厚板の製造方
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
区全体の磁力方向が向きを変えていく。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。
発明者らはここにおいて低磁場で高磁束密度を得るため
の手段として、粒径と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った。
まず粗粒化のためには、結晶粒微細化作用を有するAlN
を減少するため、Al,Nの低下すること及び製造方法とし
ては、第1図にフェライト粒度に及ぼす加熱温度と仕上
げ温度の影響を示すが、加熱温度を極力上げ加熱オース
テナイト粒の粗大化、圧延仕上げ温度をAr3以下のフェ
ライト域にすることで、フェライト部に多くの加工歪を
導入し、その後の焼鈍あるいは焼準により異常粒成長が
生じフェライト粒径が粗大に成長することを見出した。
内部応力減少のためには、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するこ
とがわかる。
さらに、鋼中の水素の存在も有害で、 第3図に示すように、脱水素熱処理を行うことによって
磁気特性が大幅に向上することを知見した。第3図で示
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内部応力
も減少し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、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.
7以上で十分であることを見出した。
さらに磁気特性の均質性を確保することも重要である
が、本発明による方法によれば、これに対しても極めて
有効な手段であることを確認した。
次に本発明の成分限定理由をのべる。
Cは鋼中の内部応力を高め、磁気特性、とくに低磁場で
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劣化が少なく磁気
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0.010%以下に限定する。
第1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。
P,S,Oは鋼中において非金属介在物を形成しかつ偏析す
ることにより、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程よい。このためPは0.015%
以下、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
程好ましく、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は脱酸剤として用いるもので本発明の如く板厚の厚い
場合には、内質の均質化に不可欠の元素であり、0.005
%以上添加されるが、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%以下とする。さら
に結晶粒微細化作用を有するAlNを減少させるために
は、望ましくは0.020%以下がよい。
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
%以下とする。
Hは電磁特性を低下させ、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1200℃以上
にするのは、加熱オーステナイト部を粗大化し磁気特性
をよくするためである。1350℃を超す加熱はスケールロ
スの防止、省エネルギーの観点から不必要であるため上
限を1300℃とした。
圧延仕上げ温度については、Ar3以下のフェライト域で
仕上げることによりフェライト部に加工歪を導入し、そ
の後の焼鈍あるいは焼準と組み合わせ異常粒成長をねら
うためAr3以下とした。
さらに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ぶ熱間圧延が有効である。具体的
には圧延形状比Aが0.7以上の圧延パスが1回以上はい
る高形状比圧延を行い、空隙性欠陥のサイズを100μ以
下にすることが電磁特性によい。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。
次に熱間圧延に引き続き結晶粒粗大化、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、脱水素熱処理を行うがこの脱水素熱処理温度
としては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。
さらに、フェライト域圧延と焼鈍あるは焼準を組み合わ
せ異常粒成長によるフェライト粒径の粗大化をねらう。
焼鈍は750℃未満では結晶粒粗大化が起こらず、また、9
50℃以上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、Ac3以上の910℃以上でかつ1000℃以下でないと
結晶粒の板厚方向の均質性が保てないので、焼準温度は
910〜1000℃に限定する。
一方、板厚20mm以上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
のみで良い。
[実 施 例] 第1表に電磁厚板の製造条件とフェライト粒径、低磁場
での磁束密度を示す。
例1〜4は本発明の実施例を示し、例5〜23は比較列を
示す。
例1、2は500mm、例3は40mm、例4は20mmに仕上げた
もので、均一かつ粗粒で高い磁気特性を示す。
例5はCが高く、例6はSiが高く、例7はMnが高く、例
8はPが高く、例9はSが高く、例10はCrが高く、例11
はMoが高く、例12はCuが高く、例13はAlが高く、例14は
Nが高く、例15はOが高く、例16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17は加熱温度が下限をはずれ、例18は圧延仕上げ温度
が上限をはずれ、例19は最大形状比が下限をはずれ、例
20は脱水素熱処理温度が下限をはずれ、例21は焼鈍温度
が下限をはずれ、例22は焼準温度が上限を超え、例23は
板厚50mm以上にもかかわらず脱水素熱処理がないため低
磁気特性値となっている。
[発明の効果] 以上詳細に述べた如く、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、直流磁化による磁気性質を利用する
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
処理を同時に行う方式であり、極めて経済的な製造法を
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図はフェライト粒度No.に及ぼす加熱温度、仕上げ
温度の影響を示すグラフ、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、第3図は80
A/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 (2)

    【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、 P:0.015%以下、 S:0.010%以下、 Cr:0.05%以下、 Mo:0.01%以下、 Cu:0.01%以下、 Al:0.005〜0.040%、 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1200
    〜1350℃に加熱し、仕上げ温度がAr3以下のフェライト
    域となる条件下で圧延形状比Aが0.7以上の圧延パスが
    1回以上はとる圧延を行い、空隙性欠陥のサイズが100
    μ以下の板厚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
    する高磁束密度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】重量%で、 C:0.01%以下、 Si:0.02%以下、 Mn:0.20%以下、 P:0.015%以下、 S:0.010%以下、 Cr:0.05%以下、 Mo:0.01%以下、 Cu:0.01%以下、 Al:0.005〜0.040%、 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1200
    〜1350℃に加熱し、仕上げ温度がAr3以下のフェライト
    域となる条件下で圧延形状比Aが0.7以上の圧延パスが
    1回以上はとる圧延を行い、空隙性欠陥のサイズが100
    μ以下の板厚20mm以上50mm未満の厚板とし、該厚板を75
    0〜950℃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高磁束密度電磁厚板の製
    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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