JPH10259422A - 鉄損特性の良好な方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 方向性電磁鋼板の製造方法において、タンデ
ム冷間圧延を行う場合に高温の温間を行わなくとも良好
な磁気特性の製品を得る。 【解決手段】 最終冷延前の焼鈍工程時の冷却を冷却速
度10〜50℃/sで行う。タンデム圧延機により行う最終冷
延を、そのタンデム圧延機の第ｉスタンドと第ｉ＋１ス
タンドとの間の鋼板温度，滞留時間をそれぞれＴ_i (K)
_,ｔ_i (sec) としたとき、次式 【数１】 を満足させるように圧下配分、ロール又はストリップ冷
却の制御を行う。

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、冷間圧延方法に
工夫を凝らすことにより、磁気特性、特に鉄損得性に優
れた方向性電磁鋼板を製造する方法を提案しようとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板の製造方法においては、
冷延工程の際、圧延途中の段階で素材を350 ℃以下の温
度で保持する熱処理（以降、「時効処理」という。）を
することにより、鉄損及び磁束密度等の磁気特性が改善
されることが知られている（例えば、特開昭５０−１６
６１０号公報）。この改善方法は、Ｃ、Ｎの拡散現象を
利用し、圧延により発生した転位をＣ，Ｎに固着させる
ことにより更に剪断変形を進めて、圧延集合組織を改善
する方法である。しかし、この方法では１分以上といっ
た時効処理の保持時間が必要であるため、生産性の向上
に有利なタンデム圧延のように圧延途中の各スタンド間
で十分な加熱保持時間が得られない場合にはＣ，Ｎの拡
散が十分でなく、磁気特性を改善するのは困難であると
されていた。

【０００３】また、他にも磁気特性向上の手段の一つと
して、温間圧延が知られている。この手段は、上記のよ
うな冷間圧延のパス間で時効処理を行う静的な時効とは
異なり、圧延中の温度を高温とすることにより、圧延変
形で発生した転位を直ちにＣ、Ｎによって固着させると
いう、動的時効の効果を利用した方法である。これを利
用したタンデム圧延による温間圧延法として特開平１−
２１５９２５号公報及び特開平１−２１８７０５号公報
に記載された方法があり、少なくとも１パス以上におい
てワークロール対にかみこむ圧延板の温度を300 〜500
℃としている。

【０００４】この動的時効の最適温度は鋼板の歪速度に
依存し、圧延速度が高くなると最適温度も高くなる。こ
こに、タンデム圧延機での圧延においては、生産性を考
慮してライン速度を高めると、それに伴い動的時効のた
めの最適温度も上がるが、その一方で鋼板温度が300 ℃
を超える場合には圧延油が局所的に焼きつき、圧延時の
摩擦係数が一定とならずに仕上厚のばらつきが生じる。
また、鋼板表面の圧延油が焼き付いた領域では、その後
の脱炭・一次再結晶焼鈍において表面酸化物（サブスケ
ール）が不均一となり、最終製品の被膜の形成不良や模
様の発生により外観が劣化し、また、被膜密着性不良に
より磁気特性が劣化する。

【０００５】そのため、特開平４−１２０２１５号公報
では、圧延油の焼き付きを回避する目的で鋼板の表面温
度を300 ℃以下とし、それによる磁気特性の低下分を冷
延前のスケール除去処理による表面性状の管理により補
うことを提案している。しかし、このような方法でも表
面性状を完全に管理下にすることはできず、磁気特性の
優れた製品を安定して得るという観点からは課題が残さ
れていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、生産性を
高めるためにタンデム圧延を行う場合における上記の諸
問題を有利に解決するとともに、優れた磁気特性を得る
ことのできる、方向性けい素鋼の製造方法を提案するこ
とが目的である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、方向性電磁
鋼用スラブを素材として熱間圧延し、熱延板焼鈍を施し
た後に１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施
して最終板厚とし、次いで脱炭焼鈍をし、焼鈍分離剤を
塗布してから最終仕上焼鈍を施す一連の工程からなる方
向性電磁鋼板の製造方法において、最終冷延前の焼鈍工
程時の冷却を冷却速度10〜50℃/sで行い、引き続く最終
冷延をタンデム圧延機により行うものとして、そのタン
デム圧延機の第ｉスタンドと第ｉ＋１スタンドとの間の
鋼板温度，滞留時間をそれぞれＴ_i (K) _, ｔ_i (sec) と
したとき、次式

【数２】 を満足させる圧下配分、ロール又はストリップ冷却の制
御を行うことを特徴とする鉄損特性の良好な方向性電磁
鋼板の製造方法である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、この発明に到る基礎となっ
た実験及びその結果について述べる。素材としてＣ：0.
052 wt％（以下、単に「％」で示す。）、Si：3.25％、
酸可溶性Al：0.015 ％、Ｎ：0.0080％、Sb：0.012 ％
を含有する鋼塊スラブを1250℃に加熱した後、2.6 mm厚
の熱延板とした。次いで900 ℃の熱延板焼鈍の際に加熱
保持後の冷却速度をそれぞれ５℃/sと20℃/sとした２水
準のコイルを製造し、それぞれのコイルを３機のタンデ
ム圧延機により板厚0.35mmに圧延した。このときストリ
ップクーラント流量を制御することによりパス間の温度
を変更し、また、圧延速度を変更することによってスタ
ンド間滞留時間を変更した。各スタンド圧延ロールに対
しては入側からクーラント噴射することによりロール温
度上昇は120 ℃以下に抑えた。次いで湿水素雰囲気中で
840 ℃、２分間の脱炭一次再結晶焼鈍を行い、この脱炭
焼鈍板にMgO を主成分とした焼鈍分離剤を塗布してか
ら、二次再結晶焼鈍を行った。このようにして製造した
方向性電磁鋼板の磁気特性を調査し、パス間の温度、時
間との関係で詳細に検討したところ、図１で示すごとく
鉄損特性は、パス間の時間（sec)と温度（Ｋ）との関数
ＡＦ、すなわち

【数３】 に依存することが分かった。

【０００９】この図１に示す結果のとおり、従来知見か
らは予想外にも、圧延前焼鈍の冷却速度が速い場合に
は、圧延ロールの温度を上昇させることなしに、つま
り、油焼付き等の不都合なく、短時間のスタンド間時効
により磁気特性を向上させることができることが、この
発明によって初めて明らかになったのである。

【００１０】このように最終冷延前の焼鈍工程における
冷却速度と、冷延パス間の温度、時間とを所定の範囲に
定めることにより、磁気特性を向上させることができる
理由の詳細は明らかではないが、以下のように考える。
一般に温間圧延は、結晶粒内に不均一変形領域である変
形帯を形成し、そこからの（１１０）〔００１〕方位粒
すなわちゴス核の方位を先鋭化するとともに生成を促進
する。これが後の二次再結晶において二次粒核として成
長することから、この方位が先鋭であればあるほど優れ
た磁気特性が得られるといえる。この温間圧延による変
形帯形成においては静的歪時効、動的歪時効、高温変形
の３つのメカニズムが働いていると考えられている。

【００１１】すなわち、変形はすべりにより進行する
が、このとき固溶Ｃ、Ｎにより転位が固着され、別の転
位の増殖、蓄積が生じると、この部分（変形帯）にゴス
方位の領域が生成する。したがって、転位が固着される
ほど、転位密度が増加するほど、ゴス方位の領域が生成
されるために好ましい。さて、固溶Ｃ、Ｎによる転位の
固着の促進方法には静的な方法と動的な方法とがある。
前者は静的歪時効と呼ばれ、あらかじめ変形を受けて導
入されている転位の回りに固溶Ｃのコットレル雰囲気を
形成することによってこの転位の動きを固着するもので
ある。後者は動的歪時効と呼ばれ、変形加工中に生ずる
時効である。これは、変形時の温度が十分高いと転位が
発生しても直ちにＣ（あるいはＮ）により固着されてし
まうため、変形を続けるには更に転位が発生し続けなけ
ればならない結果、転位密度が増加するというものであ
る。高温変形のメカニズムは明らかではないが、高温に
なると低温では働かなかったすべり系が働くため変形が
より複雑となり不均一変形領域が増加するのであろう。
これもゴス方位粒の生成領域となる。

【００１２】この発明では、冷間圧延の圧延自体は高温
で行うものではないため、動的時効や高温変形によるゴ
ス方位核の増加は見込めない。したがって、良好な磁気
特性を得るための手段としては静的時効効果に頼らざる
を得ないが、この静的時効効果も従来、タンデム圧延の
場合は時効のための時間が足りないため効果に乏しい考
えられてきたのは前述したとおりである。

【００１３】それにもかかわらず、この発明の方法で良
好な磁気特性が得られたのは、冷延前のカーバイドの形
態が大きく影響したためと考えられる。つまり、圧延前
の焼鈍時の冷却において急冷することにより、圧延パス
間でより短時間かつ低温で転位固着が可能になり、その
結果、良好な二次再結晶を通して良好な磁気特性が得ら
れたものと考えられる。

【００１４】この転位固着効果は、Ｃの拡散が律速す
る。したがって、本来静的歪時効効果を発揮するための
時間は、ある程度は理論的に見積ることができるはずで
ある。この発明で使用する式(1) は、文献(R.P.Smith:T
rans.Met.Soc.AIME.,224 (1962) p.105)において求めら
れたＣの拡散式に基づくものであり、

【数４】 がＣの平均拡散距離を示す。したがって、この発明では
圧延スタンド間においてＣがある距離を拡散するだけの
温度と時間を与えるように制御することが磁気特性向上
のポイントであり、その際のカーボンの拡散距離は本来
理論的に求められる値に従うというものであり、実際に
良好な磁気特性が得られた。つまり、従来は圧延前のカ
ーバイド形態が不均一かつ粗大であるために、これが地
鉄マトリックス中に溶け込むための時間を要したり、あ
るいは局所的な不均一性を反映したりなどして、カーボ
ン拡散則に適合させ得なかったのに対して、この発明で
は最終冷延前の焼鈍時の冷却を急冷として固溶Ｃ及びカ
ーバイドを均一かつ密に分布されることで、本来のＣ拡
散能を有効に活用できたことが新規な技術に結びついた
ものだと考えられる。

【００１５】この発明の製造方法は、通常の方向性けい
素鋼板として用いられる成分組成範囲のものであれば全
てに適用可能であるが、好適な成分組成範囲について説
明すると次のとおりである。 〔Ｃ：0.005 〜0.07％〕Ｃは、熱間圧延時のα／γ変態
を利用した結晶組織の改善を行うために必要な成分であ
るが、0.005 ％未満だとその添加効果に乏しく、一方、
0.07％を超えて多量に添加されると、その後の脱炭が難
しくなるので、0.005 〜0.07％程度が好ましい。 〔Si：2.0 〜4.5 ％〕Siは、鋼板の電気抵抗を高めるこ
とにより、鉄損特性を向上させる有用成分であるが、2.
0 ％未満の添加だと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
4.5 ％を超えると冷延圧延が困難となるので、2.5 〜4.
5 ％程度とするのが好ましい。

【００１６】このＣ、Siの他、方向性けい素鋼板用素材
には、一次，二次再結晶組織のなかからゴス方位以外の
粒成長を抑制してゴス粒のみを選択的に成長させるとい
う、二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 、MnSe、MnS 等のように微細分散して機
能するものと、Sb、Snなどのように粒界に偏析して機能
すのももの二つのタイプが知られている。このうち、Al
N をインヒビターとして適量得るには、sol.Al：0.005
〜0.017 ％、Ｎ：0.003 〜0.010 ％の添加量とするのが
好ましい。Al量が0.005 ％未満の添加だと熱延板焼鈍の
昇温過程におけるAlN 析出量が不足し、一方、0.017 ％
を超えるとAlN の析出分散形態が不均一になり二次再結
晶が不安定となるからであり、また、Ｎ量が0.003 ％に
満たないとAlN インヒビターの量が不足し、一方、0.01
0 ％を超えるとブリスターと呼ばれる表面欠陥が多発す
るからである。なお、Ｓ、SeはMnS 、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良
く、合計で0.020 ％以下にするのが好ましい。

【００１７】〔Mn：0.03〜0.30％〕Mnは、電気抵抗を高
め鉄損を低減するし、製造時の熱間加工性を向上させる
ので必要な成分である。この目的のためには0.03％以上
が必要であるが、0.30％を超えるとγ変態量を増大させ
ることにより磁気特性を劣化させる。

【００１８】この他、二次再結晶に至る工程での窒化に
よるAlN の不均一分散を抑制し、二次再結晶を安定化さ
せるために、0.3 ％以下のCuを添加させることも有効で
ある。更に、この発明では、上記した粒界偏析型インヒ
ビターであるSb、Snを併用することもできる。ここにS
b、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、0.005 〜0.3 ％の範囲が好適である。更に、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 ％以下のMoを添加することも有効である。

【００１９】上述した如き好適成分組成に調整した溶鋼
を、連続鋳造又は造塊／分塊法により所定厚みのスラブ
とした後、1350℃以下に加熱するのが好ましい。これ
は、短時間の仕上焼鈍により良好な二次再結晶させるた
めである。スラブ加熱後は熱間圧延を行い、次いでイン
ヒビタを均一分散させるために熱延板焼鈍を施す。この
熱延板焼鈍温度が700 ℃未満ではAlN が析出せず良好な
磁気特性が得られないし、950 ℃超になるとAlN が粗大
化してしまうため、700 ℃以上950 ℃以下とするのが好
ましい。

【００２０】次いで１回又は中間焼鈍を挟む２回以上の
冷間圧延を施して最終板厚とするが、その際に最終冷延
前の焼鈍（冷延一回法の場合は熱延板焼鈍、冷延２回法
の場合は中間焼鈍が相当する）時の冷却を冷却速度10〜
50℃/sで行い、かつ、引き続く最終冷延をタンデム圧延
機により行うものとして、そのタンデム圧延機の第ｉス
タンドと第ｉ＋１スタンドとの間の鋼板温度，滞留時間
をそれぞれＴ_{i ,} ｔ_iとしたとき、次式

【数５】 を満足させるように圧下配分、ロール又はストリップ冷
却の制御を行う。焼鈍時の冷却速度が10℃/s未満ではカ
ーバイドの分散が不均一になり、50℃/sを超えると板形
状が不良となるので10℃/s以上50℃/s以下とする必要が
ある。かかる冷却条件を満足させたうえで最終冷延時に
は上記の式を満足するように圧下配分、ロール又はスト
リップ冷却の制御を行うことで、Ｃの拡散を行わせ、静
的歪効果を介した転位固着効果により磁気特性を改善を
図るのであり、上記式を満足しない範囲では十分な効果
が得られない。

【００２１】冷延圧延後は、脱炭焼鈍をし、焼鈍分離剤
を塗布してから最終仕上焼鈍を施すことは従来と同様で
ある。

【００２２】

【実施例】

（実施例１）表１のＡ〜Ｈの組成になる方向性けい素鋼
用素材スラブを1200℃に加熱してから2.5 mm厚に熱間圧
延し、850 ℃の熱延板焼鈍を行い、その際、25℃/sの冷
却速度で冷却した後、一回のタンデム圧延で0.35mm厚と
した。タンデム圧延機は４スタンドであり、１〜２、２
〜３、３〜４番スタンド間はそれぞれ200 ℃，３秒、23
0 ℃，２秒、250 ℃，1.5 秒となるようにストリップク
ーラントを調節した。かくしてＡＦ値は１〜２、２〜
３、３〜４番スタンド間でそれぞれ0.22、0.34、0.43と
なり、合計0.99であった。なお、ロールにはクーラント
をかけて冷却した。この後、水素、窒素混合雰囲気中で
820 ℃、120 秒間の脱炭焼鈍を行い、焼鈍分離剤を塗布
してから二次再結晶、純化焼鈍（1200℃で５時間）の最
終焼鈍後、絶縁コーティングを施して製品とした。これ
からエプスタイン試験編を採取し、鉄損と磁束密度を測
定した結果を表１に併せて示す。この発明に従えば、良
好な磁気特性が得られる。

【００２３】

【表１】

【００２４】（実施例２）表１のＣの組成になる方向性
けい素鋼用素材スラブを1200℃に加熱してから2.5 mm厚
に熱間圧延し、次いで900 ℃の熱延板焼鈍後、種々の速
度で冷却して４機よりなるタンデム圧延機0.35mm厚とし
た。このとき、各スタンド間の板温を種々に変化させる
べく冷却水流量を調整した。この後、水素、窒素混合雰
囲気中で820 ℃、120 秒間の脱炭焼鈍を行い、最終焼鈍
として二次再結晶及び純化焼鈍を行った後、絶縁コーテ
ィングして製品とした。これら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２に示す。
このようにこの発明であれば良好な磁気特性を得ること
ができる。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、生産性の向
上に有利なタンデム圧延を用いた冷延の際に、さほど高
温にすることなく、良好な磁気特性の方向性電磁鋼板を
安定して得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷間圧延時のパス間の時間と温度とより求めら
れるＡＦ値が鉄損特性に及ぼす影響を、最終冷延前焼鈍
の冷却速度との関係で示すグラフである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 方向性電磁鋼用スラブを素材として熱間
   圧延し、熱延板焼鈍を施した後に１回又は中間焼鈍を挟
   む２回以上の冷間圧延を施して最終板厚とし、次いで脱
   炭焼鈍をし、焼鈍分離剤を塗布してから最終仕上焼鈍を
   施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法にお
   いて、 最終冷延前の焼鈍工程時の冷却を冷却速度10〜50℃/sで
   行い、引き続く最終冷延をタンデム圧延機により行うも
   のとして、そのタンデム圧延機の第ｉスタンドと第ｉ＋
   １スタンドとの間の鋼板温度，滞留時間をそれぞれＴ_i
   (K) _, ｔ_i (sec) としたとき、次式 【数１】 を満足させる圧下配分、ロール又はストリップ冷却の制
   御を行うことを特徴とする鉄損特性の良好な方向性電磁
   鋼板の製造方法。