JPS5850295B2 - 磁束密度の高い一方向性珪素鋼板の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼板の圧延方向に磁化容易軸＜１００＞をもっ
ている、所謂一方向性珪素鋼板の製造法に関するもので
ある。

一方向性珪素鋼板は軟磁性材料として主としてトランス
その他の電気機器の鉄心として使用されるもので、磁気
特性として励磁特性と鉄損特性が良好でなければならな
い。

最近トランス等の電気機器の小型化は重要な問題となり
つつあるが、このためには鉄心重量を減少させる必要が
ある。

一般に電気機器の鉄心重量を減少させるためには磁束密
度の高い所で使用しなくてはならないので励磁特性の良
い、即ちＢ８特性の高い材料を必要とすることである。

又磁束密度の高い所で使用すると鉄損値も増大するがＢ
８特性の低い材料に比べ、Ｂ８特性の高い材料は高磁場
での鉄損がはるかに良好でしかも磁束密度の上昇に伴な
う鉄損の増加率が低いことが大きな特徴である。

以上の点を総合し将来電気機器の大型化に伴なって必然
的に考えなくてはならない設計磁束密度の向上は上記の
高磁束密度一方向性珪素鋼板の出現によって始めて可能
となる。

かかる観点より、高磁束密度一方向性珪素鋼板に関する
特許発明は古くより数多く提案されているが、工業的に
生産された一方向性珪素鋼板について調査する限り、高
磁束密度鋼板といわれる良好なものでせいぜいＢ８＝１
．９２Ｔ程度であり、通常の３φＳｉ珪素鋼における理
論的上限値と言われている約２．０４Ｔにははるかに及
ばず、まだ大幅な改善の余地がある。

また、通常の方向性珪素鋼板についても同様でありＢ８
特性の向上が望まれている。

本発明者らは、以上のような観点から、一方向性珪素鋼
板Ｂ８特性向上に関する研究を系統的に進め、二次再結
晶時に鋼板に特異な温度条件を付与すると圧延方向と（
１００＞軸の平行度を高める上で顕著な効果が奏せれる
ことを見出した。

即ち本発明は、この事実に立脚したもので、現在提案さ
れている一方向性珪素鋼板の製造工程において、一次再
結晶領域と二次再結晶領域との境界領域において温度勾
配を与えながら二次再結晶を進行させることを特徴とす
るものであり、より具体的には鋼板に付与する温度勾配
として０．５℃／の以上、好ましくは２℃／ｃｍ以上と
することにある。

これによって従来水準より画期的に優れたＢ８特性及び
鉄損特性が得られるようになった。

本発明の対象とする鋼は、＜１００＞軸と圧延方向との
平行度を高める目的で二次再結晶させて電気機器に使用
される一方向性珪素鋼板であって、特に成分の制約はな
く、現在工業的に使用されている鋼は全べて含まれる。

すなわち、本発明を限定するものではないが、４．５φ
以下のＳｉを含み、二次再結晶の発生に必要な微量のＭ
ｎ 、Ｓ 、ｋｌ！ ５Ｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｔｅ、Ｃｕ、
Ｂ等のインヒビター成分を少くとも１種含有する。

この種の珪素鋼板又は鋼帯（以下鋼板と記す場合は特別
な場合を除き銅帯を含むものとする。

）は、インゴット法或は連続鋳造法で造塊し鋼片（スラ
ブ）となし、これを熱延、冷延（１回法或は中間焼鈍を
含む２回法）の各工程を経た後、脱炭、焼鈍及び仕上焼
鈍（二次再結晶及び純化焼鈍）などによって製造される
。

この工程において必要があれば、熱延板に或は最終冷延
前に、例えば特公昭４６−２３８２０号公報に開示した
ような焼鈍を行ってもよく、また仕上焼鈍をコイル状又
は積層状の鋼板として処理する場合はあらかじめ焼鈍分
離剤を塗布する。

脱炭焼鈍は極低Ｃ材として鋳造した場合には不要となる
。

要するに、本発明においては、従来用いられ或は開発さ
れた製造工程の適用が可能であって、この点に特別の制
約はない。

前述したように、本発明の特徴は、仕上焼鈍とりわけ、
二次再結晶焼鈍に際しての処理にあり、一次再結晶領域
と二次再結晶領域の境界領域において、鋼板に温度勾配
を付与する点に発明の本質がある。

仕上焼鈍は、コイル状の銅帯を処理するタイプが工業的
に実施されているが、鋼板（切板を含む）を一枚或は積
層した状態で連続的に通す連続タイプも提案されており
、本発明はこれらの処理工程で、鋼板に積極的に一次再
結晶と二次再結晶の境界領域に温度勾配を付与するもの
でその手段としては例えば、炉内に温度勾配をもつゾー
ンを設けることによって達成できる。

鋼板に付与する温度勾配は鋼板の巾方向、長さ方向或は
その中間の任意の方向でもよく、また一定の温度勾配で
なくアトランダムな温度差を設けてもよい。

しかしながら、この温度勾配は本発明者らの実験による
と、鋼板１ｃＩｒＬ当り０．５°Ｃ以上で磁束密度（Ｂ
８）の向上がみられ、特に２℃／ｃｍ以上になると顕著
な効果がみられる。

温度勾配下で鋼板を加熱すると、二次再結晶温度以上に
なって二次再結晶した領域が発生し、これと二次再結晶
温度に達していない一次再結晶のままの領域との間に、
板厚方向にみた時−次再結晶粒と二次再結晶粒とが混在
した境界領域が等温線に沿って生じる。

鋼板の温度が高くなるにつれ、この境界領域が低温度の
一次再結晶域の方へ移動することによって二次再結晶域
が拡大し、二次再結晶が進行する。

この過程を通じて境界領域の温度は比較的一定に保たれ
る。

この境界領域温度は処理する鋼板の種類や焼鈍条件によ
って一定でなく、その温度範囲を数値限定できないが、
例えばＭｎＳとＡｌＮをインヒビ−ターとする３％Ｓｉ
の高磁束密度鋼板の例をとれば９５０〜１１００℃の範
囲にあり、本発明においてはこの境界領域に温度勾配を
設ければよいのであって、その前後は従来採用している
処理条件を採用すればよい。

しかしその前後範囲において温度勾配を設けてはならな
いとの意味ではなく、境界領域における前記管理で本発
明の目的は十分達成するということである。

本発明における温度勾配は後述するように、二次再結晶
過程で低配向方位の二次再結晶粒の発達を抑え、高配向
方位の二次再結晶粒の優先発達を促進するので、本発明
の適用は、その鋼板が温度勾配なしでも適切な焼鈍を行
なえば十分二次再結晶するように処理されていれば、二
次再結晶焼鈍工程までの前工程の制約は一切受けない。

以下に、本発明を実施例によって詳細に説明する。

実施例 １ Ｃ： ０．０５３％、 Ｓ ｉ ： ２．９５％、Ｍｎ
ニー（）、０８１％、Ｓ：０．０２６俤、Ａ４：０．
０２８φ、Ｎ：０．００８１饅を含む連鋳スラブを熱延
−焼鈍一冷延一説炭焼鈍処理して得た、焼鈍分離剤（Ｍ
ｇＯ）を塗布済みの一次再結晶鋼板（０，３ｍｍ厚）を
下記の要領で焼鈍した。

雰囲気は体積率で２５％Ｎ２−７５φＨ２とし、室温か
ら９５０％迄は５０°Ｃ／ｈｒ、９５０℃〜１２００℃
を２０°Ｃ／ｈｒの加熱速度で加熱し、９８００Ｃ〜１
１００℃の温度域にある試片部分に０°Ｃ／ｃＩｒＬ、
０．５°Ｃ／ｃｒｆＬ、１°Ｃ／ｃＴＬ、２°Ｃ／ｍ
、５℃／ｃＩＩＬの温度勾配がつくようにした。

温度勾配の付与には、炉長が約１ｒｒＬで加熱帯を３ゾ
ーンに分は各々を独立に温度制御できるようにした焼鈍
炉を用いた。

この場合、温度勾配の方向は板幅方向平行である。

試片は引続き純Ｈ２中１２００℃×２０時間の純化焼鈍
を施した。

製品のＢ８特性を第１図に示す。

これより、０．５℃／ｃｍの温度勾配を付与するとＢ８
特性に相当の改善効果があり、２℃／の以上では顕著な
改善効果が認められる。

実施例 ２ Ｃ：０．０３５’％、Ｓｉ ：２．９３％、Ｍｎ：０．
０８％、Ｓ：０．０２４φを各々含む連鋳スラブを熱延
−一次冷延中間焼鈍−二次冷延−説炭焼鈍処理して得た
、焼鈍分離剤塗布済みの一次再結晶鋼板（０，：３＋ｏ
ａ厚）を下記の点の他は実施例１と同様に処理した。

室温から７５０％迄は５０８Ｃ／ｈｒ、７５０℃〜１２
００℃までを２０℃／ｈｒで加熱し、８０００Ｃ〜１０
５０℃の温度域の試料部分において、０℃／ＣｒｒＬお
よび約３℃／ｃｍの温度勾配を与えた。

温度勾配付与の方法は実施例１と同じである。

製品のＢ８特性を表１に示したが、温度勾配があるとき
はＢ８特性が改善されることが明白である。

この結果より、温度勾配焼鈍によるＢ８向上効果は一次
再結晶までの工程、またインヒビターの種類によらずに
有効であることを示している。

実施例 ３ 実施例１と同一鋼板（板厚０．３ ｍｒＩＬ）を、温度
勾配の方向を、圧延方向、圧延方向と４５°方向、圧延
方向に９０°方向の３種とし、９５０°Ｇ−１１００℃
の温度域の試料部分の温度勾配を０℃／ｃｍ及び３℃／
ｃｒｆＬとした以外は実施例１と同様に処理した。

製品のＢ８特性及び鉄損特性をそれぞれ第２図、第３図
に示した。

第２図より温度勾配の方向は特に制約がない事が明白で
ある。

又第３図に示したようにＢ８特性と同様鉄損特性（板厚
０．３０ｍｍ）が飛躍的に向上することが分かる。

図中で・印はグラスフィルムのついた製品ままの試料で
あり、○印はこれらの試料の片面に圧延方向と直角の方
向にボールペンで線状の小歪（特開昭５３−１３７０１
６号公報）を入れた場合である。

実施例 ４ 実施例１と同一鋼板を１２００℃に保持した炉中（２５
％Ｎ２−７５％Ｈ２雰囲気）に１ ｃｍ／ｍ ｉ ｎの
速度で送板しながら二次再結晶させた。

この場合は水冷スリットを用いたスｌ−ＩＪツブ状焼鈍
の可能な温度勾配炉を用いた。

この場合、一次再結晶領域と二次再結晶領域の境界の温
度は約９５０℃であり、この部分の温度勾配は約７０℃
／ｃｘとした。

これらはいずれも別途Ｈ２中で１２００℃×２０ ｈｒ
の純化焼鈍を行なった。

この場合のＢ８特性は１０試料の平均値で１．９８Ｔで
あった。

次に上記炉を用いて９８０〜１０３０℃温度領域を約２
℃／ｃｍの温度勾配を与えながら１０ｃＩｒＬ／ｈｒの
速度で送板しながら二次再結晶させた。

表２に示すようにＢ８特性の向上が明らかである。

実施例４から明らかなように、温度勾配のＢ８特性改善
効果は箱型焼鈍のみならず連続焼鈍においても顕著に認
められる。

以下に、本発明における温度勾配の限定理由について述
べる。

実施例１の結果（第１図）より明らよなように、０．５
℃／ｃｍの温度勾配を付与することによりＢ８特性の改
善効果が認められ２℃／ｃｍ以上では顕著な改善効果が
認められる事から、Ｂ８特性改善に必要な温度勾配とし
て０．５℃／ｃｒｆＬ以上、好ましくは２℃／ｃｍ以上
とした。

温度勾配を高くすると二次再結晶が安定し、Ｂ８特性も
高位に安定する傾向があるが、温度勾配が過度に高くな
ると、二次再結晶粒が大きく成長し、これが１８０°磁
区幅を太きくし、却って鉄損特性を劣化させることがあ
る。

従って１８０°磁区幅の分割処理が可能な場合には温度
勾配は可能な限り高くとり、１８００磁区分割処理が困
難な場合は可能な範囲で最低鉄損値が得られる温度勾配
を用いれば良い。

以上の観点から温度勾配の上限は特に限定されない。

温度勾配のＢ８８特性改善用を充分に発揮させるために
は、一次再結晶領域と二次再結晶領域の境界領域の材料
の昇温速度を適正にとる必要がある。

一般論として、二次再結晶が進行する温度域の材料の昇
温速度とＢ８特性との関係は、低速昇温の方がＢ８特性
が優れている。

しかし、過度に低速昇温にすると一次再結晶が粗大化し
て残留し、−１次再結晶が不完全となる。

温度勾配が存在すると、二次再結晶が安定するので、温
度勾配のない場合の適正昇温速度範囲が上限、下限共に
拡がり、その効果は温度勾配が高い程大きくなる。

例えば、温度勾配を７０°Ｃ／ｃｒｆＬとすると、実施
例１の鋼板は７０°Ｃ／ｍｉｎの昇温度でも高いＢ８特
性が得られる。

要するに、通常の二次再結晶焼鈍の適正昇温速度範囲は
、十分温度勾配焼鈍の適正範囲である。

温度勾配下で二次再結晶させると高配向〜（１１０）（
００１）方位が優先発達する理由については、次の三つ
の経験則を承認することによって次のように説明される
。

（１）二次再結晶核の核発生速度は高配向方位程速い。

等温ならば短時間で、等時間ならば低温で高配向粒核が
発生する。

（２）二次再結晶粒の成長速度は、高配向方位程速い。

（３）二次再結晶粒の核発生速度と粒成長速度の関係は
、相対的に高温では核発生速度が大きく、低温では粒成
長速度が大きい。

温度勾配がない場合の昇温過程を考えると、比較的低温
度で高配向粒が点状に分散して核化し、成長を始める。

しかし、それらが十分成長して二次再結晶を完了する迄
には時間がかかり、その間残存している一次再結晶領域
は高温状態になり、低配向核の発生を可能にする。

この傾向は高速昇温程顕著になる。

従って、低配向核の発生を抑えるためには昇温速度を低
くすることが望ましいが、過度に低くなると、（１）
、 （２）によって少数の高配内核しか発生しなくなり
、１個の粒が非常に大きく成長しなければならなくなる
。

このためには長時間が必要であって、この間に一次再結
晶粒の成長が生じると、二次再結晶粒成長の駆動力が減
少し、二次再結晶粒成長が更に遅れ、遂には粗大化した
一次再結晶粒が残存する不完全二次再結晶となる。

つまり、温度勾配のない場合には一次再結晶領域が高温
域まで残存し、低配向核の発生を回避することが困難で
ある。

一方、温度勾配が存在すると、成る時点で材料は高温側
の二次再結晶域と、低温側の一次再結晶域とに二分され
る。

一次再結晶域は二次再結晶域に比較して温度が低いから
、一次再結晶粒の成長は抑えられており、二次再結晶粒
の成長を一層促進する。

従って一次再結晶領域と二次再結晶領域の境界は、温度
勾配のない場合に比較して低温域に存在する。

この傾向は、（２）によって、二次再結晶粒が高配向な
程顕著になる。

このような状況下では、一次再結晶領域は高温状態とな
ることがないので、（１） 、 （２）によって高配向
粒のみが核発生、成長することになる。

以上詳述した如く、本発明の温度勾配は二次再結晶を安
定させ、且つ高配向二次再結晶粒の選択発達を可能にす
る優れた新技術であり、一方向性珪素鋼板の二次再結晶
現象に普遍的に取立すると考えられ、その適用の効果は
鋼の成分や前工程の条件の制約を受けない。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１による製品Ｂ８特性と温度勾配との関
係を示す図、第２図は実施例３による製品の８８％性を
示す図、 第３図は実施例３による 製品の鉄損特性を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方向性珪素鋼板（帯）の製造工程において、一次
   再結晶領域と二次再結晶領域の境界領域において鋼板（
   帯）に温度勾配を与えながら二次再結晶を進行させるこ
   とを特にとする磁束密度の高い一方向性珪素鋼板（帯）
   の製造法。 ２ 鋼板（帯）に与える温度勾配が、１（ｍ１当り０．
   ５℃以上である特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 鋼板（帯）に与える温度勾配が、１ｃＩｒＬ当り２
   ℃以上である特許請求の範囲第１項或は第２項記載の方
   法。 ４ 鋼板（帯）に与える温度勾配が、鋼板（帯）の巾方
   向或は長さ方向又はそれらの中間の方向である特許請求
   の範囲第１項ないし第３項の倒れか１つに記載の方法。 ５ 温度勾配を与える鋼板（帯）が、コイル状又は板状
   である特許請求の範囲第１項ないし第４項の倒れか１つ
   に記載の方法。 ６ 温度勾配を与える鋼板（帯）が、連続的又は間欠的
   に送られる特許請求の範囲第１項ないし第５項の倒れか
   １つに記載の方法。