JPH0745692B2 - 磁束密度の高い無方向性電磁厚板の製造方法 - Google Patents

磁束密度の高い無方向性電磁厚板の製造方法

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JPH0745692B2 JP15672288A JP15672288A JPH0745692B2 JP H0745692 B2 JPH0745692 B2 JP H0745692B2 JP 15672288 A JP15672288 A JP 15672288A JP 15672288 A JP15672288 A JP 15672288A JP H0745692 B2 JPH0745692 B2 JP H0745692B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D3/00Diffusion processes for extraction of non-metals; Furnaces therefor
    • C21D3/02Extraction of non-metals
    • C21D3/06Extraction of hydrogen
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • 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

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
としては鈍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、低磁場
での磁束密度の高く、その板厚方向での磁気特性差の少
ない無方向性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1150〜1300℃に加熱し、仕上げ温度を900℃以上とな
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を100μm以
下の板厚50mm以上の厚板として、600〜750℃の脱水素熱
処理を行うことを特徴とする磁場80A/mでの磁束密度が
0.8テスラ以上の磁気特性を有する磁束密度の高い無方
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
℃で焼鈍するか、あるいは910〜1000℃で焼準すること
を特徴とする(1)記載の磁場80A/mでの磁束密度が0.8
テスラ以上の磁気特性を有する磁束密度の高い無方向性
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、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1150〜1300℃に加熱し、仕上げ温度を900℃以上とな
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を100μm以
下の板厚20mm以上50mm未満の厚板として、750〜950℃で
焼鈍するかあるいは910〜1000℃で焼準することを特徴
とする磁場80A/mでの磁束密度が0.8テスラ以上の磁気特
性を有する磁束密度の高い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玉密度を決めるのは、磁壁の移動
しやすさである。つまり低磁場で鋼磁束密度を得るため
に、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い詳細な検討を行い、所期の目的を
達成した。
まず、粗粒化のためには、結晶粒微細化作用を有するAl
Nを減少するため、Al,Nを低下すること、及び製造方法
としては、加熱温度を極力上げ加熱オーステナイト粒の
粗大化、圧延仕上げ温度を極力高めにし、圧延による結
晶粒の微細化を防止すること並びに圧延後の焼鈍をする
ことである。
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1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.
7以上必要であることを見出した。
さらに、鋼中の水素の存在も第2図に示すように有害
で、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2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低磁場での磁束密度が大幅
に上昇することがわかる。
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圧の厚い
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1150℃以上
にするのは加熱オーステナイト粒を粗大化して磁気特性
をよくするためである。1300℃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、900℃以上の仕上げでは低
温圧延により結晶粒が微細化し、磁気特性が低下するた
め結晶粒の粗大化による磁束密度の上昇を狙い900℃以
上とした。
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
上を含む高形状比圧延を行い、空隙性欠陥のサイズを10
0μ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も
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。
焼鈍は結晶粒粗大化及び内部歪除去のために行うが、75
0℃未満では結晶粒粗大化が起こらず、また、950℃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。
焼準は板厚方向の結晶粒調整及び内部歪除去のために行
うが、Ac3点の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。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1〜10は本発明の実施例を示し、例11〜29は比較例を
示す。例1〜5は板厚100mm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1に比べ、さらに例2
は低C、例3,4は低Mn、例5は低Alであり、より高い磁
気特性を示す。例6〜8は500mm、例9は40mm、例10は2
0mm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11はCが高く、例12はSiが高く、例13はMnが高く、例
14はP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は加熱温度が下限をはずれ、例24は圧延仕上げ温度
が下限をはずれ、例25は最大形状比が下限をはずれ、例
26は脱水素熱処理温度が下限をはずれ、例27は焼鈍温度
が下限をはずれ、例28は焼準温度が上限を超え、例29は
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2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、 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11
    50〜1300℃に加熱し、仕上げ温度を900℃以上となる条
    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を100μm以下の
    板厚50mm以上の厚板として、600〜750℃の脱水素熱処理
    を行うことを特徴とする磁場80A/mでの磁束密度が0.8テ
    スラ以上の磁気特性を有する磁束密度の高い無方向性電
    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、75
    0〜950℃で焼鈍するか、あるいは910〜1000℃で焼準す
    ることを特徴とする請求項1記載の磁場80A/mでの磁束
    密度が0.8テスラ以上の磁気特性を有する磁束密度の高
    い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、 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11
    50〜1300℃に加熱し、仕上げ温度を900℃以上となる条
    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を100μm以下の
    板厚20mm以上50mm未満の厚板として、750〜950℃で焼鈍
    するかあるいは910〜1000℃で焼準することを特徴とす
    る磁場80A/mでの磁束密度が0.8テスラ以上の磁気特性を
    有する磁束密度の高い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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