JPH1017931A

JPH1017931A - 方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH1017931A
Application number: JP8185357A
Authority: JP
Inventors: Toshito Takamiya; 俊人高宮; Kunihiro Senda; 邦浩千田; Michiro Komatsubara; 道郎小松原
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-20

Abstract

(57)【要約】【課題】磁束密度の低下を最小限に抑え、鉄損特性の
有利な改善、とりわけ実機における鉄損値の向上を実現
する、方向性電磁鋼板の製造方法について提案する。【解決手段】含けい素鋼スラブを熱間圧延したのち、
１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して最終板
厚とし、その後脱炭焼鈍、次いでMgO を主成分とする焼
鈍分離材を塗布してから最終仕上げ焼鈍を施す、一連の
工程によって方向性電磁鋼板を製造するに際し、脱炭焼
鈍後の鋼板に局部的熱処理を施して、二次再結晶焼鈍後
に人工的に、２mm径以下の微細粒を100 mm²当たり0.25
〜５個生成させ、かつ該最近接間距離のばらつきを所定
の標準偏差に制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一方向性電磁鋼
板の製造方法に関し、特に一次再結晶組織を制御するこ
とにより磁気特性の有利な改善を図ろうとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、変圧器やその他の
電気機器の鉄心として用いられ、磁束密度の高いこと、
そして鉄損の低いことが要求され、とりわけ、最近の省
資源および環境保全の立場から、より一層の低鉄損化が
求められている。すなわち、磁束密度を高くすること
は、低騒音化やヒステリシス損の減少に有効であるが、
一方で通常のAlN を主インヒビターとして用いた場合
に、二次再結晶粒が粗大化して渦電流損が増大する結
果、鉄損特性の向上をはかることが難しくなる。

【０００３】そこで、高磁束密度化した一方向性電磁鋼
板の鉄損を向上させるため、磁区を細分化する方法が開
発されている。例えば、特公昭57−2252号公報には、仕
上焼鈍後の鋼板表面上にレーザを照射して線状歪を導入
する技術が、さらに特開昭62−96617 号公報には、プラ
ズマジェットを局部的に鋼板表層に導入し、磁区の幅を
微細化して鉄損を低減する技術が、それぞれ提案されて
いる。しかしながら、これらの技術は鋼板の打抜き加
工、剪断加工および巻き加工などの後に行う歪取り焼鈍
やコーティングの焼付け処理の如き熱処理にて、折角導
入された熱歪が解放されて、鉄損低減効果が減少してし
まう不利がある。

【０００４】これに対して、特開平１−211903号公報、
特開平２−294427号公報および特開平３−138218号公報
には、最終仕上焼鈍後の鋼板表面に突起付きロールを押
し当てて凹みを設けたり、凹み加工による歪エネルギー
を利用して凹みの直下に微細結晶粒を形成させ、凹みと
微細粒との作用により、歪取り焼鈍によっても効果が減
殺されない耐熱型の磁区細分化技術が提案されている。
しかし、これらの技術はロール表面の突起の摩耗が著し
いため、安定した効果を持続できないこと、突起の押し
当て量の制御が難しいため、微細結晶粒の発現が安定化
しないこと、が問題になる。また、突起ロールによる歪
が歪取り後も残存し、鉄損に悪影響を及ぼすことも問題
になる。

【０００５】一方、特公平３−69968 号公報には、脱炭
・一次再結晶焼鈍の前に線状溝を鋼板表面に導入し、脱
炭・一次再結晶焼鈍および最終仕上げ焼鈍を行って純化
を促進する技術が、特開平４−88121 号公報には、最終
冷間圧延後、印刷によってエッチングレジストを線状に
塗布した後、エッチングを施して線状の溝を形成してか
ら、該レジストを除去し、その後脱炭焼鈍および最終仕
上げ焼鈍を行う磁区細分化技術が、それぞれ提案されて
いる。これらの技術は、最終仕上焼鈍前に溝を形成させ
るため、歪取り焼鈍などの熱処理に対する安定性の面で
は優れているものの、鉄損低減効果の面で不安定であ
り、特にプラズマジェットやレーザー照射など、微小歪
を導入する手法に比較して、高磁場での鉄損低減効果に
劣るといった問題点があった。

【０００６】さらに、特公平６−63030 号公報では、方
向性電磁鋼板の二次再結晶が終了してからストレスポイ
ントを鋼板に導入する方法が提案されている。この手法
は、熱歪みによって鋼板中に格子欠陥を導入し、トラン
スに組んだ際の鉄損値を向上させることを目的としてい
る。しかし、この手法も鋼中への熱歪は、歪取り焼鈍で
解放されるため、巻鉄心には使用できない不利がある。

【０００７】また、特公昭62−56923 号公報および特公
平４−19296 号公報には、粒径が２mm以下の結晶粒が全
体の15〜70％で存在し、その最近接粒間距離の平均値が
2.0〜8.0 mmの間にある鋼板について提案されている。
この手法によって確かに鉄損値を向上することが可能で
あるが、鋼板の全面にわたって鉄損値を均等に向上する
ことが難しい。すなわち、鋼板内で局所的に鉄損値がば
らつくために、とりわけ鋼板出荷時の鉄損値に対してト
ランスに組み込んだ後の鉄損値が劣化する傾向があっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、磁束密度
の低下を最小限に抑え、鉄損特性の有利な改善、とりわ
け実機における鉄損値の向上を実現する、方向性電磁鋼
板の製造方法について提案することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記した問
題、中でも特公昭62−56923 号公報および特公平４−19
296 号公報に開示された技術における、鋼板内の局所的
な鉄損値のばらつきの発生原因を究明したところ、２mm
径以下の結晶粒の分布が不均一であることを新たに知見
した。さらに、磁気特性と結晶粒との関係につき鋭意研
究を重ねた結果、２mm径以下の微細粒を分散して、その
配置を人工的に制御することによって、所期した目的が
有利に達成されることも判明した。

【００１０】すなわち、この発明は、含けい素鋼スラブ
を熱間圧延したのち、１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷
間圧延を施して最終板厚とし、その後脱炭焼鈍、次いで
MgOを主成分とする焼鈍分離材を塗布してから最終仕上
げ焼鈍を施す、一連の工程によって方向性電磁鋼板を製
造するに際し、脱炭焼鈍後の鋼板に局部的熱処理を施し
て、二次再結晶焼鈍後に人工的に、２mm径以下の微細粒
を100 mm²当たり0.25〜５個生成させ、かつ該最近接間
距離ｘのばらつきを［数１］を満足する標準偏差に制
御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法であ
る。

【００１１】次に、この発明を導くに至った経緯につい
て詳細に説明する。さて、電磁鋼板の分野における二次
再結晶とは、脱炭焼鈍後の一次再結晶粒組織の特定方位
｛１１０｝＜００１＞が、他の再結晶粒を蚕食して異常
に成長することを、特に呼ぶが、このような二次再結晶
の進行は、インヒビターと呼ばれる析出物や偏析元素、
さらには一次再結晶粒径に大きく依存している。また、
二次再結晶の駆動力は、粒界エネルギーが減少すること
によって発生するが、二次再結晶粒成長の初期段階では
粒界移動の方向は定かではない。ここで、｛１１０｝＜
００１＞方位粒が大きく成長するのは、この粒の粒界が
他の粒の粒界よりも移動しやすいために、粒界移動の初
期に他の粒より大きくなる機会にめぐまれるからであ
る。他の粒よりサイズが大きくなると、サイズ効果が働
き急速に成長することが可能となる。

【００１２】すなわち、二次再結晶においては初期の粒
界移動が重要であり、先に述べたインヒビターや一次再
結晶粒径は、その粒界移動速度を変化させるのである。
例えば、インヒビターの作用が強くなりすぎると、粒界
移動が極端におこりにくくなるために二次再結晶は起こ
らず、一次再結晶粒がそのまま粒成長した微細組織とな
る。また、一次再結晶の焼鈍温度を高めると一次結晶粒
径が大きくなって、二次再結晶焼鈍時｛１１０｝＜００
１＞方位が他の粒を蚕食することが困難となり、先のイ
ンヒビターの作用を強くした場合と同様に、一次再結晶
粒がそのまま粒成長した微細粒のみの組織となる。

【００１３】発明者らは、上記の現象に着目し、脱炭焼
鈍後の一次再結晶組織に局所的に熱歪を付加して、二次
再結晶焼鈍中の二次再結晶が起こる以前に、導入した歪
に誘起された粒成長により、局所的に一次再結晶粒が大
きな領域を鋼板内に設けた。そして、二次再結晶焼鈍後
に、鋼板の組織を観察したところ、二次再結晶組織中
に、熱歪を導入した部分にのみ２mm径以下の粒が残存す
ることを確認した。この手法により鋼板中の所望箇所に
人工的に２mm径以下の微細粒を配置することが可能とな
った。

【００１４】次に、発明者らは、この技術を用いて、微
細粒の配置を検討した。すなわち、図１に微細粒の配置
をそれぞれ示すように、微細粒をランダムに配置した場
合と、微細粒を整然と配置した場合とについて、磁気特
性を比較検討した。なお、実験は、同じ履歴の鋼板に同
じ数の微細粒を配置して行った。その結果を表１に示す
ように、微細粒をランダムに配置した場合は、磁束密
度、鉄損、そして実機トランスの鉄損と出荷時の鉄損と
の比（以下、ＢＦと示す）のいずれもが、微細粒を整然
と配置した場合より劣る結果となった。この原因として
は、微細粒が片寄って存在する部分があると、鋼板内の
磁束分布が不均一となり、鋼板の鉄損値が局所的に劣化
することが考えられる。一方、微細粒を整然と配置した
場合は、鋼板の磁束が均一化されるため、磁束密度、鉄
損およびＢＦのいずれもが極めて優れたものとなったと
考えられる。

【００１５】

【表１】

【００１６】さらに、発明者らは、どの程度の精度で微
細粒を配置すれば優れた効果を得ることができるかにつ
いて、鋭意研究を行った。そこで、微細粒の分布を標準
化するため、生成した微細粒の最近接間距離の標準偏差
および生成個数と、磁気特性との関係を調査した。な
お、実験は0.23mm厚の脱炭焼鈍板に、局所的な熱歪を放
電加工装置によって種々の配置にて付与し、次いでMgO
を主成分とする焼鈍分離材を塗布した後、通常の二次再
結晶焼鈍を施し、その後磁気特性を測定した。かくして
得られた測定結果を、図２および図３に示すように、Ｂ
₈＞1.94Ｔ， W_17/50＜0.78W/Kgを満足させるために
は、２mm径以下の微細粒を100 mm²当たり0.25〜５個生
成させ、かつこの微細粒の最近接間距離ｘの標準偏差σ
_xを〔数１〕の範囲に制御する必要があることが判明し
たのである。この発明は、以上の知見に基づいて、完成
されたものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、この発明の方向性電磁鋼板
の製造方法について、詳細に説明する。まず、この発明
で用いる素材は、公知の製鋼方法、例えば転炉や電気炉
などによって製鋼し、さらに造塊−分塊法、または連続
鋳造法などによってスラブ（鋼片）としたのち、熱間圧
延によって得られる熱延コイルを用いる。

【００１８】また、熱延板の成分組成としては、Siを2.
0 〜4.5 wt% 程度含有する組成であることが望ましい。
なぜなら、Siが2.0 wt% 未満では鉄損の劣化が大きく、
また4.5 wt% を超えると、冷間加工性が劣化するからで
ある。その他の成分については、方向性けい素鋼板の素
材成分であれば、いずれも適用可能である。

【００１９】次いで、冷間圧延により、最終目標板厚と
するが、冷間圧延は、１回もしくは中間焼鈍を挟む２回
の冷間圧延により行われる。このとき、必要に応じて熱
延板焼鈍や、冷間圧延に替わる温間圧延や、圧延パス間
での時効処理を施すことも可能である。

【００２０】そして、最終板厚まで圧延された冷間圧延
板を脱炭焼鈍した後、局所的熱処理を施して熱歪みを導
入する。なお、局所的熱処理としては、放電加工、レー
ザー照射、プラズマ照射または電気抵抗加熱等が有利に
適合する。ちなみに、レーザー照射を行う場合のビーム
径は、10〜100 μm 、出力は１〜２J/cm²程度が望まし
く、同様に、プラズマ照射は、アルゴンガスを用いて、
ノズル径を0.1 〜１mmφ程度、出力電流を５〜30Ａ程度
にすることが望ましく、さらに電気抵抗加熱は、50〜50
0 μm の径で0.2 〜２J/cm²の出力で行うのが望まし
い。

【００２１】ここで、局所的熱処理による熱歪は、微細
粒の径を２mm以下に抑えるために、２mm四方をこえない
局所毎に与えること、また上述した図２および図３の結
果から、局所の個数を100 mm²当たり0.25〜５個とする
こと、そして各局所の最近接間距離Ｘが

【数２】となるように導入すること、が肝要である。

【００２２】かかる局所的熱処理を施した鋼板は、焼鈍
分離材を塗布した後、二次再結晶とそれに続く高温の純
化焼鈍からなる、最終仕上焼鈍に供される。さらに、最
終仕上焼鈍後の鋼板は、未反応分離材を除去した後、必
要に応じて平坦化焼鈍を兼ねた絶縁コーティング処理を
施し、一般には張力コーティングが被成される。

【００２３】

【実施例】

実施例１Ｃ：0.075 wt％，Si：3.35wt％，Mn：0.070 wt％，Ｐ：
0.01wt％，Ｓ：0.004wt％，Al：0.026 wt％，Se：0.022
wt％およびＮ：0.0075wt％からなる鋼スラブを、1430
℃で10分間の均熱処理後、熱間圧延により2.5 mmの熱延
コイルとした。この熱延コイルに、950 ℃で１分間の熱
延板焼鈍を施した後、ミストを用いて急冷し、酸洗後に
1.7 mmの厚みまで冷間圧延し、1000℃の中間焼鈍を施し
た後ミスト急冷途中の300 ℃で１分間保持し徐冷してか
ら、酸洗した。次いで、150 ℃の温度で0.26mm厚まで圧
延し、850 ℃で２分間の脱炭焼鈍を、露点60℃で50％H₂
−N₂バランス雰囲気中で行った。

【００２４】次に、放電加工により鋼板表面に種々のパ
ターンで熱歪を付与した後、各コイルにMgO を主成分と
する焼鈍分離材を塗布し、コイル状に巻き取った後、最
終仕上焼鈍に供した。なお、最終仕上焼鈍は、16℃／ｈ
の昇温速度で1200℃まで昇温し、1200℃で10時間保持し
た後徐冷した。焼鈍雰囲気は、850 ℃まではN₂中で、85
0 ℃をこえ1150℃までは25％N₂−75％H₂中で、それ以降
はH₂中とした。

【００２５】最終仕上焼鈍後の鋼板は、未反応分離材を
除去した後、コロイダルシリカとリン酸マグネシウムを
主剤とする張力コーティングを塗布し、800 ℃で焼付け
て製品とした。かくして得られた各製品の磁気特性およ
び微細粒分布の関係を、図４(a) および(b) にそれぞれ
示す。同図から、微細粒を100 mm²当たり0.25〜５個生
成させ、かつ該最近接間距離ｘのばらつきを所定の標準
偏差に制御して得た鋼板は、磁気特性に優れることがわ
かる。

【００２６】また、この発明に従って、実際に微細粒を
整然と生成させた鋼板について、その被膜を除去してか
らマクロエッチングして得た、顕微鏡による観察写真を
図５に示す。

【００２７】実施例２表２に示す成分組成になる珪素鋼スラブＡ〜Ｊを、1400
℃で30分間均熱処理後、熱間圧延により2.3mm 厚の熱延
コイルとした。次いで、各熱延コイルに1100℃で１分間
の熱延板焼鈍を施した後、ミスト冷却を用いて冷却し、
酸洗後0.9 mmの厚みまで冷間圧延し、300 ℃で２分間の
熱処理を行った後、再び180 ℃の温度で0.29mm厚まで圧
延した。次いで、冷間圧延後の鋼板を露点60℃で50％H₂
−N₂バランスの雰囲気下で850 ℃で２分間の脱炭焼鈍を
施した。その後、電気抵抗加熱を利用した局所的熱処理
を、脱炭焼鈍板100 mm²中に１箇所、各局所の最近接間
距離Ｘのばらつきを〔数２〕にして施し、熱歪を付与し
た。なお、電気抵抗加熱は電極を200 μm の径で１J/cm
²の条件で実施した。また、比較例としてランダムに熱
歪を付与した場合、熱歪を付与しない場合も行った。

【００２８】

【表２】

【００２９】その後、各コイルにTiO₂を３wt% 含有しMg
O を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、コイル状に巻き
取った後、最終仕上焼鈍に供した。なお、最終仕上焼鈍
は、まずN₂雰囲気中で15℃／ｈの昇温速度で850 ℃まで
保定した後５時間保定し、次いで12℃／ｈの昇温速度で
1200℃まで30％N₂−70％H₂中で、それ以降はH₂中で、12
00℃で10時間の保持を行った後冷却した。

【００３０】さらに、最終仕上焼鈍後の鋼板に、未反応
分離剤を除去した後、コロイダルシリカとリン酸アルミ
ニウムを主剤とする張力コーティングを塗布し、800 ℃
で焼き付けて製品とした。かくして得られた各製品の磁
気特性を表３に示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】この発明によれば、方向性珪素鋼板の二
次再結晶粒組織に人工的に２mm以下の微細粒を整然と配
置することにより、磁気特性の向上効果を鋼板の全面に
わたって確実に発揮させることができ、とりわけ実機に
組み込んだ際にも極めて磁気特性に優れる方向性電磁鋼
板を提供し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】微細粒の配置を示す図である。

【図２】磁束密度Ｂ₈と微細粒分布との関係を示す図で
ある。

【図３】鉄損 W_17/50と微細粒分布との関係を示す図で
ある。

【図４】磁気特性と微細粒分布との関係を示す図であ
る。

【図５】微細粒を整然と生成させた鋼板の顕微鏡による
組織写真を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】含けい素鋼スラブを熱間圧延したのち、
１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して最終板
厚とし、その後脱炭焼鈍、次いでMgO を主成分とする焼
鈍分離材を塗布してから最終仕上げ焼鈍を施す、一連の
工程によって方向性電磁鋼板を製造するに際し、脱炭焼
鈍後の鋼板に局部的熱処理を施して、二次再結晶焼鈍後
に人工的に、２mm径以下の微細粒を100 mm²当たり0.25
〜５個生成させ、かつ該最近接間距離ｘのばらつきを下
記式(1) を満足する標準偏差に制御することを特徴とす
る方向性電磁鋼板の製造方法。記【数１】