JPH08931B2 - 連続焼鈍による粒子加速器用鋼板の製造方法 - Google Patents

連続焼鈍による粒子加速器用鋼板の製造方法

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JPH08931B2
JPH08931B2 JP4156691A JP4156691A JPH08931B2 JP H08931 B2 JPH08931 B2 JP H08931B2 JP 4156691 A JP4156691 A JP 4156691A JP 4156691 A JP4156691 A JP 4156691A JP H08931 B2 JPH08931 B2 JP H08931B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、基本的には粒子加速器
用鋼板の製造に関するもので、円形または直線型の加速
器のヨーク材として用いられる。
【0002】
【従来の技術】素粒子研究や放射光利用研究のため、大
型粒子加速器の建設が近年盛んである。粒子加速器には
ヨークとしての鋼材が必要である。現在、計画の粒子加
速器の中には周長が90kmにも及ぶものがあり、ヨーク用
の鋼板として数万トンが必要となる。このヨーク材に求
められる特性は、直流での励磁特性が優れていること及
び構造用としての強度である。粒子加速器のヨークに要
求される励磁特性は、低磁場から高磁場まで安定して高
い磁束密度であるため、Si などは少量の純鉄系の鋼板
となるが、とくに低磁場での磁束密度も求められる。ま
た、構造用としての強度を確保するため板厚は0.9mm以
上が用いられるが、厚くなり過ぎると最終工程での打ち
抜きが困難になるため、2.5mm以下で使用されることが
多い。
【0003】従来、電磁鋼板の一種としての無方向性電
磁鋼板は、優れた磁気特性を有することで知られるが、
板厚は0.5mmまたは0.35mmが殆どであり、0.9mm以上の
板厚を製造することは電磁鋼板生産ラインの制約もあっ
て出来ない。また、電磁厚板としての厚みが20mm以上の
鋼板で磁気特性を改良した例が、例えば特開平1−1420
28号公報などで知られているが、コイルとして巻取れな
いので生産性が悪い。更には、自動車用鋼板などの冷延
鋼板で、0.5〜3mm厚程度のものが連続焼鈍で製造され
ているが、磁気特性は極めて不満足である。また、電磁
軟鉄板としての材料は板厚が0.6〜4.5mmであり、磁気
特性はJIS C 2504に規定される如く優れたものがある。
しかしながら、製造には高温・長時間のバッチ焼鈍が必
要であること、使用用途が小型機器に限定されているこ
となどのため、粒子加速器用として必要な大量生産が可
能で且つ低コストの条件に合致しない。このように、粒
子加速器として必要な磁気特性の優れた厚み0.9〜2.5
mmの鋼板が現在まで製造されていない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記課題を
解決すべく具体的には、1Oeでの直流透磁率μ1 が2800
以上の優れた磁気特性を有する板厚0.9〜2.5mmの粒子
加速器用鋼板を製造する方法を提供するものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の特徴は重量%でC≦0.01%,Si ≦0.3%,
Mn :0.1〜1.0%,P≦0.3%,S≦0.02%,Sol.Al
≦0.01%,N≦0.01%残部が鉄および不可避的不純物か
らなるスラブを 950〜1150℃で加熱し、熱間圧延し、仕
上温度を 910℃以上として熱延コイルを得た後、冷間圧
延して0.9〜2.5mmとし、次いで、連続焼鈍で 750〜 9
00℃で再結晶焼鈍し、再結晶温度から 450℃迄の間に、
1〜20℃/秒で徐冷し、最後の調質圧延の圧下率を0.4
%以下で実施することにより、1Oeでの直流透磁率が28
00以上の優れた磁気特性を有する粒子加速器用鋼板を製
造するところにある。以下、本発明の詳細を説明する
と、次の通りである。
【0006】
【作用】本発明者等は高い磁束密度を得るためには、 1)強磁性以外の元素を少なくし、磁壁および結晶粒界
と交互作用を持つ微細なサイズの析出物を極力減らすこ
と。 2)結晶粒径を大きくして結晶粒界を少なくすること。 3)結晶の集合組織を変革して、製品での{100 }面方
位粒を増やすこと。 4)製品での内部応力を極力少なくすること。 などが、必要であることを確認し、製造手段を設計し試
験を行って本発明を完成した。
【0007】まず、成分組成の限定理由について述べ
る。 C:Cの量が多いと炭化物を析出して磁気特性を劣化さ
せるので、0.01%以下とする。 Si :Si は鋼板強度を確保するのに有効な元素である
が、添加コストの問題があるため、0.3%以下とする。 Mn :Mn は硫化物の析出サイズを制御するために重要
で、0.1%未満ではMnS が微細析出して結晶粒成長や磁
壁の動きを阻害し、とくに低磁場の励磁特性を劣化させ
るため避けなければならない。また、1.0%超では添加
コストの問題があるので、1.0%以下とする。
【0008】P:Pは、鋼板強度を上昇させるのに非常
に効果のある元素であるが、0.3%を越えると粒界や鋼
板表面に偏析して結晶粒成長を抑制するため、0.3%以
下の添加量とする。 S:Sは硫化物を形成せしめ、粒成長を阻害すると同時
に磁壁移動も抑制して低磁場特性を悪くするので、0.02
%以下とする。 Sol.Al:Sol.Alは窒化物を形成して、粒成長を阻害する
と同時に磁壁移動も抑制して低磁場特性を悪くするの
で、0.01%以下とする。 N:NはAl と結合し窒化物を形成して、粒成長を阻害
すると同時に磁壁移動も抑制して低磁場特性を悪くする
ので、0.01%以下とする。なお、B,Cu などのNやS
の固定元素や集合組織改善のためのSn,Sb などの粒界
偏析型元素を添加しても本発明の効果を損なうものでな
い。
【0009】上記元素を含む溶鋼を、連続鋳造してスラ
ブを造り、スラブ加熱を実施するが加熱温度は 950〜11
50℃の範囲とする。この理由は、1150℃超では硫化物や
窒化物の固溶が起きて、熱間圧延中に微細析出物が生
じ、結晶粒成長を抑制するからである。また、 950℃未
満では後述の熱間圧延の仕上温度 910℃以上を確保する
ことが出来ないからである。熱間圧延のうち、仕上圧延
完了温度(仕上温度)の制御は必要で仕上温度は 910℃
以上必要である。なぜなら、γ相の 910℃以上で結晶粒
径の大きなホットコイル組織が得られ、このことが最終
製品でも粗大結晶粒を得ることが出来、更には、最終製
品での{100 }面方位粒を増やすことが出来るからであ
る。また、巻取温度はとくに規制するものでないが、自
己焼鈍の意味から 600℃以上が望ましい。ホットコイル
厚みは1.5〜6.5mmが好ましい。理由は、続く冷間圧延
の圧下率は40〜75%が集合組織の面から適当であるから
である。
【0010】熱間圧延したコイルを酸洗し、冷間圧延す
る。冷延後の仕上厚みは、粒子加速器のヨーク鋼板に求
められる0.9〜2.5mmである。冷延後の再結晶焼鈍の到
達温度は、 750〜 900℃の必要がある。 750℃未満で
は、結晶粒径が小さいのでμ1 ≧2800を確保出来ない。
900℃超のγ相に入ると、集合組織がランダム化するこ
と、冷却時の変態歪みが入ることなどにより磁性が劣化
するため 900℃を越える温度は避けなければならない。
【0011】また、この時の最高到達温度からの冷却速
度は重要である。更に、続く調質圧延の圧下率も大事で
ある。これら冷速と調圧の圧下率について実験した例を
以下に報告する。供試材の成分を表1に示す。
【表1】 この成分と残り実質的にFe を含むスラブを、1100℃で
加熱して仕上温度 950℃として3.5mm厚のホットコイル
を製造し、これを酸洗、冷延して1.5mm厚とし、連続焼
鈍の到達温度 800℃とした。 800℃から 450℃までの冷
却に際して、冷却速度を変える実験を行ってから、調圧
を0.38%実施して磁気測定し、図1を得た。また、これ
ら冷却速度を変更した材料について調圧の圧下率を振ら
せて実験した例を図2に示す。図1,2から判明する如
く、冷却速度が20℃/秒以下で且つ、調圧が0.4%以下
がμ1 ≧2800を得るための必要な条件である。この冷却
速度は例えば、窒素と水スプレーの所謂、気水冷却など
によって得られる。なお、冷却速度は最高温度から 450
℃までが重要であって、本発明者らの実験では、 450℃
以下の温度では 150℃/秒迄の冷却速度までは磁性に問
題ない。また 450℃以下の温度では途中の室温までの冷
却速度で、均熱などの熱履歴を入れても磁気特性に悪い
影響を与えない。最高温度から 450℃までの冷却速度が
遅い方が磁気特性が良いが、過度の徐冷では生産性が問
題となるため下限を1℃/秒とする。結局、最高温度か
ら少なくとも 450℃までの適切な冷却速度は1〜20℃/
秒で、且つ調質圧延の圧下率は0.4%以下でなければな
らない。なお、調質圧延の形状矯正の他に、レベラーな
どを使用することも可能であるが伸び率は同様に0.4%
以下に制御する必要がある。次いで、実施例について説
明する。
【0012】
【実施例】(実施例1)表2に示した化学成分を含む溶
鋼を連続鋳造してスラブとし、スラブ加熱を1000℃で行
い、仕上温度を 950℃とした熱間圧延を行い、巻取温度
を 650℃として3.7mm厚のホットコイルと成した。次い
で、1.8mmまで冷延した後、 830℃×10秒の均熱を実施
した後、 350℃まで30秒間で冷却(冷速:16℃/秒)し
て、次いで60℃/秒の冷速で室温まで冷した。調圧を0.
3%圧下率で実施して形状矯正し、磁気特性測定用の試
料をリング(外径 120mm×内径80mm)にワイヤーカット
で切りだし、5枚重ねで直流磁気特性をJIS C 2550に準
拠して測定し表2を得た。
【表2】 表2に示す如く、本発明範囲成分の試料No.(1)と
(2)は透磁率μ1 が2800を越えた。C,Mn ,P,
S,Sol.Al,Nなどが本発明を外れた比較例の試料No.
(3),(4),(5),(6),(7)および(8)は透磁率
μ1 ≧2800を満足出来なかった。
【0013】(実施例2)表2に示す試料No.(1)の化
学成分を含むスラブを表3に示す条件で熱間圧延し、巻
取温度を 600℃として3.2mm厚のホットコイルを製造し
た。次いで、1.2mmまで冷延してから 800℃×6秒の再
結晶焼鈍を窒素中で施し 450℃まで10℃/秒で冷却し
た。その後 450℃で15秒の均熱処理を施し、 100℃/秒
で室温まで冷却した。形状矯正はレベラーを利用し、伸
び率を0.1%とした。磁気特性を実施例1と同様に測定
した。
【表3】 表で見る如く、所望の透磁率を得るにはスラブ加熱温度
と仕上温度が本発明の範囲内にあることが必要であっ
た。
【0014】(実施例3)表4に示す成分の溶鋼を連続
鋳造して、1020℃×20分のスラブ加熱し、仕上温度 920
℃、巻取温度 630℃とし、4.0mm厚のホットコイルを製
造した。次いで、冷延して2.3mm厚とし、表5の実験を
行い、磁性を測定した。
【表4】
【表5】 再結晶温度は 750〜 900℃がμ1 ≧2800に必要であり
(試料(1)〜(4)の実験)、 450℃迄の冷却速度は
20℃/秒以下が必要であり(試料(5)〜(8)の実
験)、調質圧延の圧下率は0.4%以下が必要であった
(試料(9)〜(11)の実験)。これらのことより、本
発明の範囲を満足させる条件のみで、優れた磁気特性を
得ることが出来た。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は成分、熱
延条件、連続焼鈍条件を厳密に制御することにより、磁
気特性に優れた粒子加速器用鋼板を低コストで大量に生
産しうる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】再結晶焼鈍後の冷却速度と透磁率の関係を示す
図である。
【図2】再結晶焼鈍後の各々の冷却速度での調質圧延の
圧下率と透磁率の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でC≦0.01%,Si ≦0.3%,M
    n :0.1〜1.0%,P≦0.3%,S≦0.02%,Sol.Al≦
    0.01%,N≦0.01%残部が鉄および不可避的不純物から
    なるスラブを 950〜1150℃で加熱し、熱延し、仕上温度
    を 910℃以上として熱延コイルを得た後、冷間圧延して
    0.9〜2.5mmとし、次いで、連続焼鈍で 750〜 900℃で
    再結晶焼鈍し、再結晶温度から 450℃迄の間に1〜20℃
    /秒の冷却速度で冷却し、最後の調質圧延の圧下率を0.
    4%以下で実施することを特徴とする、1Oeでの直流透
    磁率が2800以上の優れた磁気特性を有する連続焼鈍によ
    る粒子加速器用鋼板の製造方法。
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DE69517557T2 (de) * 1994-04-26 2001-02-08 Ltv Steel Co Inc Verfahren zum Herstellen von Elektrostahl
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