JPH10226819A - 鉄損特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた鉄損特性を確保しつつ、一方向性珪素
鋼板の最終焼鈍を連続かつ短時間化することによって製
造コストを低減し、良好な鉄損特性の一方向性電磁鋼板
を安価に得ることのできる製造方法について提案する。 【解決手段】 Ｃ：0.005 〜0.07wt％、Si：2.0 〜4.5
wt％、Mn：0.03〜0.30wt％、Al：0.005 〜0.017 wt％、
Ｎ：0.0030〜0.010 wt％およびSe＋Ｓ：0.020 wt％以下
を含有する鋼スラブに、熱間圧延を施し、次いで熱延板
焼鈍を施してから、１回あるいは中間焼鈍を挟む２回以
上の冷間圧延にて最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍、
そして短時間の最終仕上げ焼鈍を施して、一方向性電磁
鋼板を製造するに当たり、上記熱延板焼鈍を 700〜950
℃の温度域で行ったのち、最終冷間圧延の少なくとも１
パス間の温度を 100℃以上とし、その後 900℃以上1200
℃以下の温度域で３秒以上10分以下の最終焼鈍を施す。

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、変圧器や発電機
の鉄心に利用される一方向性電磁鋼板、なかでも大型発
電機の鉄心やEIコアに供する、鉄損特性に優れかつ安価
な一方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一方向性電磁鋼板は、(110)<001>
方位を持つ結晶粒を優先的に２次再結晶させるために、
最終仕上げ焼鈍は極めて長い時間を必要とする。従っ
て、この最終仕上げ焼鈍は、箱焼鈍法を用いるのが一般
的である。しかし、この箱焼鈍は、通常 800℃〜1200℃
程度で50時間以上加熱するため、膨大な熱エネルギーを
必要とするために、コストの嵩む処理である。そこで、
電磁鋼板の製造コストを削減するために、短時間の連続
焼鈍法を利用する技術についての提案がなされている。

【０００３】例えば、特公昭48-3929 号や特開昭49-958
16号各公報には、最終焼鈍時の昇温過程を急速加熱とす
ることにより、短時間焼鈍で２次再結晶を可能にする方
法が提案されている。さらに、特開昭49-98721号公報に
は、鉄損劣化の原因となる微細析出物を粗大化して無害
化するため、最終焼鈍時の冷却を省略する方法が提案さ
れている。また、特開昭55-2751 号および同55-14863号
公報には、脱炭焼鈍条件を工夫する方法が、そして特公
昭59-33170号公報には、脱炭焼鈍を省略し、冷延組織の
まま急速加熱により連続最終焼鈍する方法が、それぞれ
提案されている。

【０００４】しかしながら、いずれの方法も、長時間箱
焼鈍で得られていたような、(110)<001>方位への十分な
集積が望めないため、得られる鉄損特性は満足の行くも
のではなかった。

【０００５】一方、特開平5-70833 号公報においては、
最終連続焼鈍前に軽圧延を行う方法が提案されている
が、これにより圧延直角方向の磁性は改善されているも
のの、圧延方向磁性は、通常の方向性珪素鋼板に比べて
大きく劣っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、優れた鉄
損特性を確保しつつ、一方向性珪素鋼板の最終焼鈍を連
続かつ短時間化することによって製造コストを低減し、
良好な鉄損特性の一方向性電磁鋼板を安価に得ることの
できる製造方法について提案することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らが、上記目的を
達成するために鋭意研究したところ、成分組成と熱延板
焼鈍条件、そして冷間圧延条件を規制して、インヒビタ
ー強度と１次集合組織とのバランスを適切に制御するこ
とにより、２次再結晶の潜伏期間を短縮し、かつ方位集
積度を確保することが、はじめて可能となることを見出
し、この発明を完成するに至った。

【０００８】すなわち、この発明は、Ｃ：0.005 〜0.07
wt％、Si：2.0 〜4.5 wt％、Mn：0.03〜0.30wt％、Al：
0.005 〜0.017 wt％、Ｎ：0.0030〜0.010 wt％およびSe
＋Ｓ：0.020 wt％以下を含有する鋼スラブに、熱間圧延
を施し、次いで熱延板焼鈍を施してから、１回あるいは
中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延にて最終板厚に仕上
げたのち、脱炭焼鈍、そして短時間の最終仕上げ焼鈍を
施して、一方向性電磁鋼板を製造するに当たり、上記熱
延板焼鈍を 700〜950 ℃の温度域で行ったのち、最終冷
間圧延の少なくとも１パス間の温度を 100℃以上とし、
その後 900℃以上1200℃以下の温度域で３秒以上10分以
下の最終焼鈍を施すことを特徴とする鉄損特性に優れた
方向性電磁鋼板の製造方法である。

【０００９】ここに、熱間圧延におけるスラブ加熱温度
を1250℃以下とすること、そして最終冷間圧延をタンデ
ム圧延機で行うことが、実施に当たり有利である。

【００１０】以下、この発明を導くに至った実験結果に
ついて、具体的に説明する。表１に示す成分組成になる
一方向性電磁鋼板用の鋼スラブを、1350℃に加熱した
後、2.2 mm厚まで熱間圧延し、次いで600 〜1100℃の熱
延板焼鈍を施し、ゼンジマー圧延機を用いた、種々の温
度での冷間圧延（４パス）にて 0.3mm厚としたのち、 8
20℃, ３分間の脱炭焼鈍を施し、1000℃, 10分の短時間
で最終焼鈍を行った。かくして得られた鋼板は、その表
層の被膜を除去して軽くエッチング処理を行ってから、
２次再結晶状態を調査した。

【００１１】その調査結果を、２次再結晶状態に及ぼ
す、熱延板焼鈍条件および冷間圧延温度の影響にまとめ
て図１に示す。同図から、鋼Ａの成分において、熱延板
焼鈍が700〜950 ℃で、かつ冷間圧延温度が 100〜250
℃であれば、10分間の短時間焼鈍によっても２次再結晶
することがわかる。なお、図１において２次再結晶状態
を良とする基準は、２mm以下の径の２次粒が全体の10％
以上あるものを２次再結晶不良とし、同10％未満を良と
した。

【００１２】

【表１】

【００１３】ここで、図１に示したように、鋼成分、熱
延板焼鈍温度および冷間圧延温度の規制によって、短時
間焼鈍で完全な２次再結晶が得られるのは、第一に、イ
ンヒビターとしてのAlN を極めて微細かつ均一に分散で
きた点があげられる。すなわち、成分において、熱間圧
延過程でのAlN の析出を可能なかぎり抑制して熱延板焼
鈍の昇温過程でAlN を析出させるために、Al含有量を減
らしてAlN の溶解度積を低下し、かつAlN を均一に析出
させるために、AlN の不均一析出の核となるMnS および
MnSeの減少を、ＳおよびSeの合計量を低減することによ
って実現した。さらに、熱延板焼鈍過程で析出する、極
微細かつ均一なAlN を、熱延板焼鈍の均熱域でオストワ
ルド成長によって消失させないため、従来は不適合とさ
れていた、 950℃以下の低温域で処理を行った。

【００１４】第２に、冷間圧延を100 ℃以上で行うと、
温間の圧延中に動的歪み時効が発生するとともに、パス
間にて静的歪み時効が発生し、これら歪み時効は加工中
の転位の移動を妨げて、不均一変形を助長するため、引
き続く脱炭焼鈍時に(100)<001)方位を増加かつ先鋭化す
る結果、その後の仕上げ焼鈍において良好な２次再結晶
を生じさせる。最終冷間圧延の少なくとも１パスを100
℃以上で行えば上記効果が得られる。

【００１５】以上のように、成分組成、熱延板焼鈍条件
および冷間圧延条件を規制して、インヒビター強度と１
次集合組織とのバランスを適切に制御することにより、
はじめて、２次再結晶潜伏期間の短縮、そして方位集積
度の確保、が実現され、その結果、良好な鉄損を得るこ
とが可能となったのである。

【００１６】また、上記した表１の鋼Ａの組成になるス
ラブを用いて、スラブ加熱温度が鉄損に及ぼす影響を、
各加熱温度に対して２本のスラブにつき調べた結果を、
図２に示す。なお、熱延板焼鈍温度は 900℃および冷間
圧延温度は 150℃とし、その他の条件は、図１に結果を
示した実験と同様である。

【００１７】図２に示す結果から、スラブ加熱温度を12
50℃以下とすると、鉄損が低減されることがわかる。す
なわち、AlN が固溶されていれば、スラブ加熱温度は低
いほど結晶粒の粗大化が抑制されるから、熱延板中心部
付近の未再結晶粒を低減し、２次粒の粒成長を阻害する
(100) 方位粒を低減する、という集合組織改善効果が得
られる。

【００１８】さらに、冷間圧延条件が鉄損に及ぼす影響
を明らかにするため、ゼンジマー圧延機に代えて４段の
タンデム圧延機を用いて、その２段目と３段目とのパス
間における冷却水量を調整することにより、このパス間
の温度を変えて、得られた製品の鉄損を調査した。な
お、スラブは鋼Ａの組成のものを各温度条件に対して２
本を実験に供し、スラブ加熱温度は1150℃および熱延板
焼鈍は 850℃とした。その結果を、ゼンジマー圧延機を
用いた場合と比較して、図３に示すように、タンデム圧
延機を用いることによって、鉄損をより低減することが
できた。

【００１９】ここで、タンデム圧延機による冷間圧延
は、この発明の目的に対して非常に好都合な集合組織の
形成を促進するものと考えられる。すなわち、温間の圧
延中に発生する動的歪み時効およびパス間にて発生する
静的歪みは、加工中の転位の移動を妨げて、不均一変形
を助長するため、引き続く脱炭焼鈍時に(100)<001>方位
を増加かつ先鋭化する結果、良好な２次再結晶を生じさ
せることは、既に述べたとおりであり、ここで、タンデ
ム圧延機でもゼンジマー圧延機でも動的歪み時効による
効果に関しては同等と考えられるが、タンデム圧延機は
ゼンジマー圧延機に比べてパス間の時間が極めて短時間
となるため、静的歪み時効に関しては不利と考えられて
きた。しかし、短時間の連続仕上焼鈍により２次再結晶
を行う場合は、パス間での長時間時効はいわば過時効と
なって、２次再結晶時に(100)<001>以外の、磁性に不利
な方位を優先的に成長させることになり、磁性劣化の不
利をまねくから、パス間が短時間であるタンデム圧延機
を用いる方が有利になると考えられる。

【００２０】

【発明の実施の形態】次に、この発明における方向性珪
素鋼素材の成分組成および製造工程について、詳しく説
明する。まず、方向性珪素鋼素材の各成分の限定理由を
述べる。 Ｃ：0.005 〜0.07wt％ Ｃは、熱間圧延時のα／γ変態を利用して結晶組織の改
善を行なうために必要な成分であるが、0.005 wt％未満
では、その効果に乏しく、一方0.07wt％を超えると、脱
炭が難しくなるため、0.005 〜0.07wt％程度が好まし
い。

【００２１】Si：2.0 〜4.5 wt％ Siは、鋼板の電気抵抗を高めることにより、鉄損特性を
向上するのに有用な成分であり、2.0 wt％未満では鋼板
の電気抵抗が小さくなって渦電流損が増大するために良
好な鉄損特性が得られず、一方 4.5wt％を超えると冷間
圧延が困難となることから、2.0 〜4.5 wt％の範囲とす
る。

【００２２】また、方向性珪素鋼板用素材には、上記Ｃ
およびSiの他、２次再結晶組織におけるゴス方位以外の
粒の成長を抑制することにより、ゴス粒のみを選択的に
成長させる、２次再結晶に不可欠の機能を有する、イン
ヒビターの形成成分を含有させることが必須である。こ
のインヒビターには、AlN や MnSe および MnS等の主に
粒内に析出するものと、Sb, SnおよびBi等の主に粒界に
偏析して機能するものが知られている。

【００２３】Al：0.005 〜0.017 wt％およびＮ：0.003
〜0.010 wt％ この発明では、主にAlN をインヒビターとして使用し、
このAlN インヒビターを適量得るには、Al：0.005 〜0.
017 wt％およびＮ：0.003 〜0.010 wt％を必要とする。
すなわち、Al量が0.005 wt％未満では、熱延板焼鈍の昇
温過程におけるAlN析出量が不足し、一方、0.017 wt％
を超えると、 AlNの析出分散形態が不均一になって、２
次再結晶が不安定となる。また、Ｎ量が0.003 wt％未満
では AlNインヒビターの量が不足し、一方 0.010wt％を
超えるとブリスターとよばれる表面欠陥が多発する。

【００２４】Se＋Ｓ：0.020 wt％以下 ＳおよびSeは、MnS およびMnSeとして析出し、AlN の不
均一析出の核となるため少ないほうがよく、合計で0.02
0 wt％以下に抑制する必要がある。なお、２次再結晶に
至る工程において、窒化によるAlN の不均一分散を抑制
して２次再結晶を安定化させるために、0.3 wt％を上限
としてCuを少なくとも0.02wt％で添加することも有効で
ある。

【００２５】Mn：0.03〜0.30wt％ Mnは、電気抵抗を高めて鉄損を低減し、また製造時の熱
間加工性を向上させるのに必要な成分である。このため
には0.03wt％以上は必要であるが、0.30wt％を超えると
γ変態量を増大させて磁性を劣化することから、0.03〜
0.30wt％の範囲とする。

【００２６】さらに、この発明では、AlN に、粒界偏析
型インヒビターであるSbやSn等を併用することもでき
る。ここにSb, Sn等の粒界偏析型インヒビター成分は、
その添加量が少なすぎると磁気特性改善効果が少なく、
一方多すぎると脆化やフォルステライト被膜への悪影響
が生じるため、それぞれ0.005 〜0.3 wt％の範囲、中で
もSbは0.0010〜0.080 wt％の範囲で添加するのが好まし
い。

【００２７】さらにまた、熱間圧延時の表面脆化に起因
する表面欠陥を防止するために、0.1 wt％を上限として
Moを少なくとも0.01wt％で添加することも有利である。

【００２８】次に、上記の成分組成に調整した溶鋼は、
連続鋳造又は造塊または分塊法により、所定厚みのスラ
ブとした後、好ましくは1250℃以下で加熱し、このスラ
ブ加熱後に、熱間圧延を行い、次いでインヒビターを均
一かつ微細に分散させるために、熱延板焼鈍を施す。こ
の熱延板焼鈍は、その温度が 700℃未満ではAlN が析出
せずに良好な磁性が得られないし、 950℃をこえるとAl
N が粗大化してしまうため、 700℃以上 950℃以下とす
る。なお、スラブ加熱温度は、インヒビターを最低限固
溶させる目的から11050 ℃以上とすることが好ましい。

【００２９】引き続く冷間圧延は、その最終冷間圧延の
少なくとも１パス間の温度を 100℃以上で行う必要であ
る。ここで、最終冷間圧延の少なくとも１パス間とは、
２パス以上の複数パス回数にて行なわれる冷間圧延にお
ける、いずれかのパス間を意味する。その他のパス間に
ついても100 ℃以上とすることが好ましい。一方、圧延
温度が450 ℃をこえると板の変形が増加するため、450
℃以下で圧延することが望ましい。なお、ゼンジマー圧
延でもよいが、より低鉄損を達成しようとすればタンデ
ム圧延が有利であるのは、上述した通りである。

【００３０】そして脱炭焼鈍後は、短時間の連続焼鈍に
て２次再結晶させるが、焼鈍温度が950 ℃以上または焼
鈍時間が３秒以上でないと２次再結晶が望めず、一方焼
鈍温度が1200℃を超えるかまたは焼鈍時間が10分を超え
ると、鋼板が変形したりエネルギーロスが大きくなるた
め、 950℃以上1200℃以下かつ３秒以上10分以下とす
る。なお、最終焼鈍後は必要に応じて絶縁コーティング
を塗布焼き付け、製品とする。

【００３１】

【実施例】

実施例１ 表２のＡ〜Ｊの組成になる方向性珪素鋼用スラブを、12
00℃に加熱し、2.5 mm厚に熱間圧延し、850 ℃の熱延板
焼鈍後、１回のタンデム圧延（４段）で0.35mm厚とし
た。このとき３〜４番スタンド間の板温が 200℃となる
ように冷却水流量を調整した。その後、水素および窒素
混合雰囲気中で、820 ℃で120 秒間の脱炭焼鈍を行い、
次いで1050℃で３分間の最終焼鈍を施した後、絶縁コー
ティングして製品とした。かくして得られた製品からエ
プスタイン試験片を採取し、その鉄損と磁束密度を測定
した結果について、表２に併せて示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】実施例２ 表２のＣの組成になる方向性珪素鋼用スラブを1200℃
に、加熱し、2.5 mm厚に熱間圧延し、種々の温度にて熱
延板焼鈍後、１回のタンデム圧延（４段）で0.30〜0.50
mm厚とした。このとき３〜４番スタンド間の板温を変化
させるべく冷却水流量を調整した。その後、水素、窒素
混合雰囲気中で、820 ℃,120秒間の脱炭焼鈍を行い、次
いで1000℃で６分間の最終焼鈍を施した後、絶縁コーテ
ィングして製品とした。かくして得られた製品からエプ
スタイン試験片を採取し、鉄損と磁束密度を測定した結
果を、表３に示す。

【００３４】

【表３】

【００３５】

【発明の効果】この発明によれば、連続かつ短時間の最
終焼鈍によって、確実に２次再結晶させることができ、
優れた鉄損特性の一方向性電磁鋼板を安価に得ることの
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延板焼鈍温度および冷間圧延温度が２次再結
晶に及ぼす影響を示す図である。

【図２】スラブ加熱温度と鉄損との関係を示す図であ
る。

【図３】タンデム圧延機のパス間温度と鉄損との関係を
示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 定広 健一 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所 (72)発明者 峠 哲雄 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.005 〜0.07wt％、Si：2.0 〜4.5
   wt％、Mn：0.03〜0.30wt％、Al：0.005 〜0.017 wt％、
   Ｎ：0.0030〜0.010 wt％およびSe＋Ｓ：0.020 wt％以下
   を含有する鋼スラブに、熱間圧延を施し、次いで熱延板
   焼鈍を施してから、１回あるいは中間焼鈍を挟む２回以
   上の冷間圧延にて最終板厚に仕上げたのち、脱炭焼鈍、
   そして短時間の最終仕上げ焼鈍を施して、一方向性電磁
   鋼板を製造するに当たり、 上記熱延板焼鈍を 700〜950 ℃の温度域で行ったのち、
   最終冷間圧延の少なくとも１パス間の温度を 100℃以上
   とし、その後 900℃以上1200℃以下の温度域で３秒以上
   10分以下の最終焼鈍を施すことを特徴とする鉄損特性に
   優れた方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 熱間圧延におけるスラブ加熱温度を1250
   ℃以下とした請求項１に記載の鉄損特性に優れた方向性
   電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 最終冷間圧延をタンデム圧延機で行う請
   求項１または２に記載の鉄損特性に優れた方向性電磁鋼
   板の製造方法。