WO2012086534A1 - 無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

無方向性電磁鋼板の製造方法 Download PDF

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尾田　善彦
広朗 戸田
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    • H01F1/16—Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys in the form of sheets

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a non-oriented electrical steel sheet, and specifically to a method for producing a non-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties in the rolling direction.
  • non-oriented electrical steel sheets have a high magnetic flux density by optimizing the cold rolling reduction ratio by optimizing the alloying elements to be added and increasing the crystal grain size before cold rolling as much as possible.
  • the alloying elements By adding an alloying element that increases resistance or reducing the plate thickness, the iron loss is reduced and the magnetic properties are improved.
  • a split core is beginning to be adopted from the viewpoint of improving the yield when manufacturing a motor core from a steel plate.
  • This split core is not punched as a whole from the raw steel plate as in the past, but the core is divided into a plurality of segments, and the teeth of each segment are punched in the rolling direction of the steel plate, This is a technique for improving the motor characteristics by combining these to form a core.
  • the magnetic characteristics in the rolling direction of the electromagnetic steel plate as the material are extremely important.
  • materials having excellent magnetic properties in the rolling direction include grain-oriented electrical steel sheets with the Goss orientation aligned in the rolling direction.
  • the manufacturing cost is high, and it is necessary to adopt it. There's a problem. Therefore, if the non-oriented electrical steel sheet can improve the magnetic flux density in the rolling direction, it can be considered as an optimum material for the split core.
  • Patent Document 1 and Patent Document 2 As a material suitable for such a split core, for example, in Patent Document 1 and Patent Document 2, the grain size after hot-rolled sheet annealing is coarsened, and the surface ratio is controlled by controlling the reduction rate of cold rolling. A method for obtaining excellent magnetic properties in the inner rolling direction and the perpendicular direction is disclosed.
  • Patent Document 1 since the crystal grain size before cold rolling is set to 300 ⁇ m or more, it is necessary to reduce the impurities of the steel to a very small amount or to increase the hot-rolled sheet annealing temperature. Therefore, there are problems in terms of manufacturability and cost. Moreover, since the technique of patent document 2 needs to make a crystal grain coarse by hot-rolled sheet annealing, there exists a problem in terms of manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to have excellent magnetic properties in the rolling direction of a steel sheet, specifically, a non-directional electromagnetic having a high magnetic flux density.
  • the object is to propose an inexpensive method for manufacturing a steel sheet.
  • the inventors have intensively studied to solve the above problems.
  • the crystal grain size before cold rolling is set to 100 ⁇ m or less, and at the time of finish annealing
  • the inventors have newly found that the magnetic properties in the rolling direction are remarkably improved by heating the temperature rising rate more rapidly than before, and the present invention has been developed.
  • the present invention includes C: 0.03 mass% or less, Si: 4 mass% or less, Mn: 0.03 to 3 mass%, Al: 3 mass% or less, S: 0.005 mass% or less, and N: 0.005 mass% or less.
  • the crystal grain size before cold rolling is This is a method for producing a non-oriented electrical steel sheet that is subjected to finish annealing that is 100 ⁇ m or less and is rapidly heated up to a recrystallization temperature or higher at an average heating rate of 100 ° C./sec or higher.
  • the steel material in the production method of the present invention preferably further contains 0.005 to 0.5 mass% of any one or two of Sn and Sb in addition to the above component composition.
  • the production method of the present invention is preferably decarburized and annealed after the rapid heating.
  • a non-oriented electrical steel sheet having excellent magnetic properties in the rolling direction can be provided at low cost, and can be suitably used as a core material such as a split core or a transformer core.
  • FIG. 1 is a graph showing the influence of the temperature increase rate of finish annealing on the magnetic flux density in the rolling direction.
  • FIG. 2 is a graph showing the influence of the grain size before cold rolling and the heating rate on the magnetic flux density in the rolling direction.
  • Steel material (C: 0.0025 mass%, Si: 3.3 mass%, Mn: 0.16 mass%, Al: 0.001 mass%, N: 0.0019 mass%, and S: 0.0010 mass%) Slab) is heated at 1100 ° C. for 30 minutes, and then hot-rolled to form a hot-rolled sheet having a thickness of 2.0 mm, and then subjected to hot-rolled sheet annealing at 950 ° C. for 30 seconds, followed by one cold A cold-rolled sheet having a final sheet thickness of 0.35 mm was obtained by rolling. Thereafter, the above-mentioned cold-rolled sheet is heated to 740 ° C.
  • FIG. 1 shows the result of the above experiment as the relationship between the heating rate and the magnetic flux density in the rolling direction.
  • ⁇ 111 ⁇ grains ⁇ 111 ⁇ oriented grains
  • etc. the recrystallization behavior changes greatly when rapidly heated. Therefore, the influence of the crystal grain size before cold rolling on the magnetic properties (magnetic flux density in the rolling direction) was investigated.
  • hot rolling was performed to obtain a hot rolled sheet having a thickness of 2.0 mm.
  • the annealing temperature was changed in the temperature range of 850 to 1100 ° C. to this hot-rolled sheet, and the hot-rolled sheet was annealed under the condition of holding for 30 seconds, thereby changing the crystal grain size before cold rolling.
  • the hot-rolled sheet is made into a cold-rolled sheet having a final sheet thickness of 0.35 mm by one cold rolling, and then heated at a heating rate of 20 ° C./sec or 300 ° C./sec in a direct current heating furnace. After heating to 10 ° C., further heating to 1020 ° C. at 30 ° C./sec, holding soak for 10 seconds, and then finishing annealing was performed for cooling. From this cold-rolled annealed plate, a L direction sample having a length of 180 mm ⁇ width of 30 mm with the rolling direction (L direction) as the length direction is cut out, a single plate magnetic test is performed, and a magnetic flux density B 50 at a magnetizing force of 5000 A / m is obtained. It was measured.
  • FIG. 2 shows the result of the experiment. From FIG. 2, when rapidly heated at 300 ° C./sec, the magnetic flux density in the rolling direction is improved in the region where the particle size before cold rolling is 100 ⁇ m or less. It can be seen that it has dropped. The reason for this is not clear at this time, but is considered as follows. When the hot-rolled sheet annealing temperature is low and the crystal grains before cold rolling are small, ⁇ 111 ⁇ grains preferentially grow in recrystallization annealing after cold rolling. Therefore, ⁇ 111 ⁇ grains develop when the rate of temperature increase in finish annealing is slow as in normal annealing.
  • the grain size before cold rolling should be 100 ⁇ m or less, and heating in finish annealing should be rapidly heated at a temperature increase rate of 100 ° C./sec or more.
  • a particle size here means the average crystal grain size calculated
  • the particle size before cold rolling is more preferably 90 ⁇ m or less.
  • C 0.03 mass% or less C dissolves in steel and fixes dislocations introduced during cold rolling to facilitate formation of a deformation band.
  • This deformation band has the effect of preferentially growing Goss oriented grains ⁇ 110 ⁇ ⁇ 001> during recrystallization during finish annealing and improving the magnetic properties in the rolling direction.
  • C exceeds 0.03 mass%, decarburization described later may be insufficient, and therefore, in the present invention, the upper limit of C in the steel material is set to 0.03 mass%.
  • C is present in the product stage in an amount of 0.005 mass% or more, magnetic aging occurs and the magnetic properties deteriorate.
  • C in the material steel exceeds 0.005 mass%, it is preferable to decarburize and anneal before making the product to reduce the C in steel to 0.005 mass% or less.
  • the decarburization annealing may be performed at any time as long as it is after rapid heating in finish annealing.
  • C after decarburizing is 0.003 mass% or less.
  • C is inevitably contained, it may be 0 mass% in principle.
  • Si 4 mass% or less Si is an element that has an effect of increasing the specific resistance of steel and reducing iron loss. However, if added over 4 mass%, the steel becomes hard and difficult to manufacture by rolling. Therefore, the upper limit of Si is 4 mass%. In addition, when importance is attached to iron loss characteristics, it is preferable to add 1.0 mass% or more.
  • Mn 0.03 to 3 mass% Mn is an element necessary for preventing hot brittleness due to S and improving hot workability. However, if the amount is less than 0.03 mass%, the above effect is small. On the other hand, the addition exceeding 3 mass% only saturates the above effect and increases the raw material cost. Therefore, Mn is set to a range of 0.03 to 3 mass%.
  • Al 3 mass% or less
  • Al is an element that has the effect of increasing the specific resistance of steel and reducing iron loss.
  • addition exceeding 3 mass% deteriorates the rollability, so 3 mass% is added as the upper limit.
  • the effect of improving the magnetic flux density in the rolling direction of the present invention was more noticeable when Al was 0.01 mass% or less. Therefore, when the effect of reducing the iron loss of Al is not used, it should be 0.01 mass% or less.
  • Al is inevitably contained by being added as a deoxidizing agent, but may be 0 mass% in principle.
  • S 0.005 mass% or less
  • N 0.005 mass% or less
  • S and N are unavoidable impurities that deteriorate the magnetic properties, and thus are limited to 0.005 mass% or less. These elements may also be 0 mass% in principle.
  • the grain-oriented electrical steel sheet of the present invention can further contain Sn and Sb within the following ranges.
  • Sn, Sb 0.005 to 0.5 mass% each Sn and Sb not only improve the texture and improve the magnetic flux density, but also prevent the oxidation and nitridation of the steel sheet surface layer, and suppress the generation of surface fine grains accompanying it, thereby improving the magnetic properties. It is an element.
  • Sn and Sb contents exceed 0.5 mass%, crystal grain growth during finish annealing may be hindered, leading to a decrease in magnetic properties. Therefore, Sn and Sb are preferably added in the range of 0.005 to 0.5 mass%, respectively. In addition, it does not refuse to contain Sn and / or Sb of less than 0.005 mass% as impurities.
  • the balance of the components other than the above is Fe and inevitable impurities.
  • addition of components other than those described above is not rejected as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • harmful elements include Ti, V, Nb and the like of 0.003 mass% or more.
  • 0.2 mass% or less P etc. are illustrated.
  • the non-oriented electrical steel sheet of the present invention is obtained by melting a steel having the above composition suitable for the present invention by a generally known refining process using a converter, an electric furnace, a vacuum degassing apparatus, etc.
  • a steel material (slab) is produced by the ingot-bundling rolling method, and the slab is hot-rolled by a generally known method, followed by hot-rolled sheet annealing and cold-rolling as necessary under the conditions described below. It is manufactured by finishing annealing or further decarburizing annealing.
  • Hot-rolled sheet annealing is performed so that the steel sheet structure after hot rolling and before cold rolling becomes a preferred sized and fine-grained recrystallized structure.
  • this hot-rolled sheet annealing is performed under conditions of high temperature and long time as in the prior art, when the crystal grains become coarser than 100 ⁇ m and rapidly heated by finish annealing, the magnetic flux density in the rolling direction decreases. To come. Therefore, in the present invention, when hot-rolled sheet annealing is performed, it is preferable to perform annealing at a low temperature for a short time because the crystal grain size is 100 ⁇ m or less, specifically, at a soaking temperature of 800 to 950 ° C.
  • both the magnetic flux density and the iron loss after finish annealing can be made favorable characteristics.
  • the subsequent cold rolling may be one cold rolling, or may be two or more cold rolling sandwiching the intermediate annealing.
  • the cold rolling reduction rate should just be the same conditions as manufacture of a normal non-oriented electrical steel sheet, and there is no restriction
  • finish annealing after cold rolling, it is necessary to rapidly heat up to the recrystallization temperature or higher at an average temperature increase rate of 100 ° C./sec or higher.
  • the end point temperature of the said rapid heating is so preferable that it is high temperature, but when it exceeds 850 degreeC, the installation load required for a heating will become large too much and installation cost will also increase. . Therefore, the end point temperature of rapid heating is preferably 850 ° C. or less, and more preferably 740 ° C. or less.
  • the soaking temperature is preferably in the range of 850 to 1100 ° C.
  • the soaking time is preferably in the range of 5 to 60 sec. This is because if the soaking temperature is less than 850 ° C. or the holding time is less than 5 seconds, the grain growth does not proceed.
  • the soaking temperature exceeds 1100 ° C. or the holding time exceeds 60 seconds, the annealing equipment is burdened. More preferable soaking conditions are desirably maintained at a temperature of 900 to 1050 ° C. for 10 to 40 seconds.
  • a method such as direct current heating or induction heating can be used, and there is no particular limitation.
  • Decarburization annealing When the soaking annealed steel plate has a material C higher than 0.005 mass%, in order to prevent magnetic aging in the product plate, decarburization annealing is performed to reduce the C content to 0.005 mass% or less. It is preferable to reduce, and it is more preferable to reduce to 0.003 mass% or less. Note that this decarburization annealing may be performed at any time as long as it is a stage after the rapid heating. Further, decarburization may be performed under generally known conditions. For example, a condition of 850 ° C. ⁇ 30 sec can be exemplified in an oxidizing atmosphere with a dew point of 30 ° C.
  • the finish-annealed steel sheet is then formed into a product plate by applying an insulating coating as necessary.
  • the finish annealing which cools was given.
  • decarburization annealing is performed at 850 ° C. for 30 seconds in an atmosphere with a dew point of 30 ° C. After reducing to 0030 mass% or less, the temperature was raised to a soaking temperature.
  • the crystal grain size was changed by changing the annealing time of hot-rolled sheet annealing.

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Abstract

Ｃ：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０３～３ｍａｓｓ％、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＮ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍して無方向性電磁鋼板を製造する方法において、冷間圧延前の結晶粒径を１００μｍ以下とし、再結晶温度以上までを平均昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱する仕上焼鈍を施すことによって、鋼板の圧延方向に高い磁束密度を有する無方向性電磁鋼板を製造する。

Description

無方向性電磁鋼板の製造方法
　本発明は、無方向性電磁鋼板の製造方法に関し、具体的には、圧延方向の磁気特性に優れる無方向性電磁鋼板を製造する方法に関するものである。
　近年、地球環境の保護を考慮した省エネルギー化という世界的な流れの中で、電気機器の分野においても、省エネルギー化を目的として高効率化や小型化が強く望まれている。そのため、電気機器の鉄心材料として広く使用されている無方向性電磁鋼板には、磁気特性の向上、すなわち、高磁束密度化、低鉄損化が強く望まれるようになってきている。
　従来、無方向性電磁鋼板は、添加する合金元素を適正化し、冷延前の結晶粒径をできる限り大きくした上で、冷延圧下率を最適化することで高磁束密度化し、また、固有抵抗を高める合金元素を添加したり、板厚を低減したりすることで低鉄損化して、磁気特性の向上が図られている。
　ところで、ハイブリッド自動車用の駆動モータ等では、鋼板からモータコアを製造する際の歩留まりを向上する観点から、分割コアが採用されはじめている。この分割コアは、従来のように、素材の鋼板からコア全体を一体として打ち抜くのではなく、コアを複数のセグメントに分割し、それぞれのセグメントのティース部が鋼板の圧延方向となるように打ち抜き、これを組み合わせてコアを構成することで、モータの特性向上を図る技術である。
　この分割コアにおいては、磁束が集中するティース部の長さ方向が、鋼板の圧延方向となるため、素材となる電磁鋼板の圧延方向の磁気特性が極めて重要となってくる。圧延方向の磁気特性に優れた材料としては、圧延方向にＧｏｓｓ方位を揃えた方向性電磁鋼板が挙げられるが、二次再結晶プロセスが必要となるため、製造コストが高く、採用することには問題がある。したがって、無方向性電磁鋼板で、圧延方向の磁束密度を向上させることができれば、分割コアの最適材料となり得ると考えられる。
　このような分割コアに好適な材料としては、例えば、特許文献１および特許文献２には、熱延板焼鈍後の結晶粒径を粗大化し、冷間圧延の圧下率を制御することによって、面内圧延方向と垂直方向に優れた磁気特性を得る方法が開示されている。
特開２００４－３３２０４２号公報 特開２００８－１２７６００号公報
　しかしながら、特許文献１の方法は、冷間圧延前の結晶粒径を３００μｍ以上とするため、鋼の不純物を極微量まで低減する必要があったり、熱延板焼鈍温度を高温にする必要があったりするため、製造性、コスト面で問題がある。また、特許文献２の技術も、熱延板焼鈍で結晶粒を粗大化させる必要があるため、製造コスト面で問題がある。
　本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、鋼板の圧延方向に優れた磁気特性を有する、具体的には、高い磁束密度を有する無方向性電磁鋼板の安価な製造方法を提案することにある。
　発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、従来と同じ熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍して無方向性電磁鋼板を製造する方法において、冷間圧延前の結晶粒径を１００μｍ以下とし、かつ、仕上焼鈍時の昇温速度を従来よりも急速加熱することで、圧延方向の磁気特性が著しく向上することを新規に見出し、本発明を開発するに至った。
　すなわち、本発明は、Ｃ：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０３～３ｍａｓｓ％、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＮ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延し、冷間圧延し、仕上焼鈍して無方向性電磁鋼板を製造する方法において、冷間圧延前の結晶粒径を１００μｍ以下とし、再結晶温度以上までを平均昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱する仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法である。
　本発明の製造方法における鋼素材は、上記成分組成に加えてさらに、ＳｎおよびＳｂのうちのいずれか１種または２種をそれぞれ０．００５～０．５ｍａｓｓ％含有することが好ましい。
　また、本発明の製造方法は、上記急速加熱した後、脱炭焼鈍することが好ましい。
　本発明によれば、圧延方向に優れた磁気特性を有する無方向性電磁鋼板を安価に提供することが可能となるので、分割コアやトランスコアなどの鉄心材料として、好適に用いることができる。
図１は、仕上焼鈍の昇温速度が、圧延方向の磁束密度に及ぼす影響を示すグラフである。 図２は、圧延方向の磁束密度に及ぼす冷間圧延前の粒径および昇温速度の影響を示すグラフである。
　まず、本発明を開発する契機となった実験について説明する。
　Ｃ：０．００２５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１６ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００１９ｍａｓｓ％およびＳ：０．００１０ｍａｓｓ％を含有する成分組成の鋼素材（スラブ）を１１００℃×３０分の加熱後、熱間圧延して板厚２．０ｍｍの熱延板とし、次いで、９５０℃×３０秒の熱延板焼鈍を施してから、１回の冷間圧延で最終板厚が０．３５ｍｍの冷延板とした。その後、上記冷延板を直接通電加熱炉で、昇温速度を３０～３００℃／ｓｅｃの範囲で変えて７４０℃まで加熱し、その後、３０℃／ｓｅｃにて１０００℃まで加熱し、１０ｓｅｃ間均熱保持し、冷却する仕上焼鈍を施した。上記仕上焼鈍後の鋼板から、圧延方向（Ｌ方向）を長さ方向とする長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍのＬ方向サンプルを切り出し、単板磁気試験を行い、磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ５０を測定した。
　図１に、上記実験の結果を、昇温速度と圧延方向の磁束密度との関係として示したが、昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱して仕上焼鈍することで、圧延方向の磁束密度が高い電磁鋼板が得られていることがわかる。この理由は、以下のように考えられる。
　一次再結晶は、転位の歪エネルギーを駆動力として起こる現象である。一般に、冷間圧延で導入される転位の蓄積エネルギー（歪エネルギー）は、結晶方位依存性があり、｛１１１｝＞｛１１０｝＞｛１００｝となる。そのため、低速加熱した場合には、上記結晶方位依存性によって、蓄積エネルギーが高い｛１１１｝方位粒が優先的に再結晶を起こす。しかし、急速加熱した場合には、上記結晶方位依存性の拘束が外れて、他の方位も再結晶を起こすようになるため、｛１１０｝や｛１００｝方位粒が増加し、その結果、Ｌ方向の磁気特性が向上するものと考えられる。
　ところで、従来の無方向性電磁鋼板の製造方法では、熱延板焼鈍を高温で行い、冷間圧延前の結晶粒径を大きくすることで、｛１１１｝方位粒（以下「｛１１１｝粒」等と略す）の発生を抑制し、磁気特性の向上を図っている。しかし、上述したように、急速加熱する場合には再結晶挙動も大きく変化する。そこで、冷間圧延前の結晶粒径の大きさが磁気特性（圧延方向の磁束密度）に及ぼす影響を調査した。
　Ｃ：０．００２５ｍａｓｓ％、Ｓｉ：３．３ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１５ｍａｓｓ％、Ａｌ：０．００１ｍａｓｓ％、Ｎ：０．００２２ｍａｓｓ％およびＳ：０．００１３ｍａｓｓ％を含有するスラブを１１００℃×３０分加熱した後、熱間圧延して板厚２．０ｍｍの熱延板とした。次いで、この熱延板に、焼鈍温度を８５０～１１００℃の温度範囲で変化させ、３０秒間保持する条件で熱延板焼鈍を施して、冷間圧延前の結晶粒径を変化させた。その後、この熱延板を１回の冷間圧延で最終板厚が０．３５ｍｍの冷延板とした後、直接通電加熱炉で昇温速度を２０℃／ｓｅｃまたは３００℃／ｓｅｃとして、７４０℃まで加熱し、その後さらに３０℃／ｓｅｃで１０２０℃まで加熱し、１０秒間均熱保持した後、冷却する仕上焼鈍を施した。この冷延焼鈍板から、圧延方向（Ｌ方向）を長さ方向とする長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍのＬ方向サンプルを切り出し、単板磁気試験を行い、磁化力５０００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ５０を測定した。
　図２に上記実験結果を示した。図２から、３００℃／ｓｅｃで急速加熱したときには、冷間圧延前の粒径が１００μｍ以下の領域において、圧延方向の磁束密度が向上しているが、２０℃／ｓｅｃの低速加熱では、逆に低下していることがわかる。この理由は、現時点で明確とはなっていないが、以下のように考えている。
　熱延板焼鈍温度が低く、冷間圧延前の結晶粒が小さい場合には、冷間圧延後の再結晶焼鈍においては｛１１１｝粒が優先的に成長する。そのため、仕上焼鈍における昇温速度が通常焼鈍のように遅いときには、｛１１１｝粒が発達する。しかし、前述したように、昇温速度を高めた場合には、｛１１１｝粒の再結晶が抑制され、｛１１０｝粒や｛１００｝粒が相対的に増加する。さらに、｛１１０｝粒や｛１００｝粒は、その後の均熱焼鈍時に｛１１１｝粒を蚕食して優先的に粒成長し、圧延方向の磁気特性が向上する。
　一方、熱延板焼鈍温度が高く、冷間圧延前の結晶粒が大きい場合は、前述したように、昇温速度を高めることによって｛１１０｝粒や｛１００｝粒が再結晶し易くなる。しかし、冷間圧延前の粒径が大きいために、粒径が小さい場合と比較すると、再結晶後の｛１１１｝粒の割合が少なくなるため、その後の均熱焼鈍において、｛１１０｝粒や｛１００｝粒が蚕食する｛１１１｝粒の割合が少なくなって、｛１１０｝粒や｛１００｝粒が十分に発達せず、圧延方向の磁気特性の向上が認められなくなるものと考えられる。
　以上の実験結果から、圧延方向の磁束密度を改善するには、冷間圧延前の粒径を１００μｍ以下とし、仕上焼鈍での加熱を、昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱することが有効であることがわかった。なお、ここでいう粒径とは、Ｌ断面にて線分法で求めた平均結晶粒径のことをいう。冷間圧延前の粒径は、９０μｍ以下とすることがより好ましい。
　本発明は、上記知見に基づき開発したものである。
　次に、本発明の無方向性電磁鋼板の成分組成について説明する。
Ｃ：０．０３ｍａｓｓ％以下
　Ｃは、鋼中に固溶し、冷間圧延時に導入された転位を固着して変形帯を形成しやすくする。この変形帯は、仕上焼鈍時の再結晶においてＧｏｓｓ方位粒｛１１０｝＜００１＞を優先的に成長させ、圧延方向の磁気特性を向上する効果がある。しかし、Ｃが０．０３ｍａｓｓ％を超えると、後述する脱炭が不十分となるおそれがあるため、本発明では、素材の鋼中Ｃの上限は０．０３ｍａｓｓ％とする。
　一方、Ｃは、製品段階において０．００５ｍａｓｓ％以上存在すると、磁気時効を起こして磁気特性が低下する。したがって、素材の鋼中Ｃが０．００５ｍａｓｓ％を超えている場合には、製品とする前に脱炭焼鈍し、鋼中Ｃを０．００５ｍａｓｓ％以下に低減しておくのが好ましい。上記脱炭焼鈍は、仕上焼鈍における急速加熱後であれば、何時行っても構わない。なお、脱炭した後のＣは、０．００３ｍａｓｓ％以下とするのがより好ましい。なお、Ｃは、不可避的に含有されるが、原理上は０ｍａｓｓ％であってもよい。
Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下
　Ｓｉは、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減する効果がある元素である。しかし、４ｍａｓｓ％を超えて添加すると、鋼が硬質化し、圧延して製造することが困難となる。よって、Ｓｉの上限は４ｍａｓｓ％とする。なお、鉄損特性を重視する場合は、１．０ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。
Ｍｎ：０．０３～３ｍａｓｓ％
　Ｍｎは、Ｓによる熱間脆性を防止して、熱間加工性を改善するのに必要な元素である。しかし、０．０３ｍａｓｓ％未満では上記効果が小さく、一方、３ｍａｓｓ％を超える添加は、上記効果が飽和し、原料コストが上昇するだけである。よって、Ｍｎは０．０３～３ｍａｓｓ％の範囲とする。
Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下
　Ａｌは、Ｓｉと同様、鋼の固有抵抗を高め、鉄損を低減する効果がある元素である。しかし、３ｍａｓｓ％を超える添加は、圧延性を悪化させるので、３ｍａｓｓ％を上限として添加する。なお、本発明の圧延方向の磁束密度改善効果は、Ａｌが０．０１ｍａｓｓ％以下の場合により顕著に現れたため、Ａｌの鉄損低減効果を利用しない場合には、０．０１ｍａｓｓ％以下とするのが好ましい。なお、Ａｌは、脱酸剤として添加されることで、不可避的に含有されるが、原理上は０ｍａｓｓ％であってもよい。
Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｎ：０．００５ｍａｓｓ％以下
　ＳおよびＮは、本発明においては、磁気特性を低下させる不可避的不純物であるので、それぞれ０．００５ｍａｓｓ％以下に制限する。これらの元素も、原理上は０ｍａｓｓ％であってもよい。
　本発明の方向性電磁鋼板は、上記成分に加えてさらに、ＳｎおよびＳｂを下記の範囲で添加することができる。
Ｓｎ，Ｓｂ：それぞれ０．００５～０．５ｍａｓｓ％
　Ｓｎ，Ｓｂは、集合組織を改善して磁束密度を向上させるだけでなく、鋼板表層の酸化や窒化を防止し、それに伴う表層微細粒の生成を抑制することによって、磁気特性を向上する作用のある元素である。かかる効果を発現するには、ＳｎおよびＳｂのいずれか１種以上を０．００５ｍａｓｓ％以上添加するのが好ましい。一方、ＳｎおよびＳｂの含有量が０．５ｍａｓｓ％を超えると、仕上焼鈍時の結晶粒成長が阻害されて磁気特性の低下を招くおそれがある。よって、ＳｎおよびＳｂは、それぞれ０．００５～０．５ｍａｓｓ％の範囲で添加するのが好ましい。
　なお、不純物として０．００５ｍａｓｓ％未満のＳｎおよび／またはＳｂを含有することを拒むものではない。
　本発明の方向性電磁鋼板は、上記以外の成分の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。ただし、本発明の効果を害しない範囲であれば、上記以外の成分の添加を拒むものではない。有害な元素としては、０．００３ｍａｓｓ％以上のＴｉ，Ｖ，Ｎｂ等が例示される。また、無害な元素としては、０．２ｍａｓｓ％以下のＰ等が例示される。
　次に、本発明の無方向性電磁鋼板の製造方法について説明する。
　本発明の無方向性電磁鋼板は、本発明に適合する上記成分組成を有する鋼を転炉や電気炉、真空脱ガス装置などを用いた通常公知の精錬プロセスで溶製し、連続鋳造法あるいは造塊－分塊圧延法で鋼素材（スラブ）とし、上記スラブを通常公知の方法で熱間圧延した後、以下に説明する条件で、必要に応じて熱延板焼鈍し、冷間圧延し、仕上焼鈍し、あるいはさらに脱炭焼鈍して製造する。
熱延板焼鈍
　熱延板焼鈍は、熱間圧延後かつ冷延前の鋼板組織を好ましい整粒かつ細粒の再結晶組織とするため、施すものとする。しかし、この熱延板焼鈍は、従来技術のように高温・長時間の条件で行うと、結晶粒が１００μｍを超えて粗大化し、仕上焼鈍で急速加熱した場合に、圧延方向の磁束密度が低下するようになる。したがって、本発明においては、熱延板焼鈍を施す場合は、結晶粒径を１００μｍ以下とするため、低温・短時間の焼鈍とすることが好ましく、具体的には均熱温度８００～９５０℃で保持時間６０ｓｅｃ以下の条件で行うのが好ましく、８００℃以上９２０℃未満で６０ｓｅｃ以下の条件で行うのがより好ましい。上記熱延板焼鈍により、仕上焼鈍後の磁束密度、鉄損共に良好な特性とすることができる。
冷間圧延
　続く冷間圧延は、１回の冷間圧延でもよく、また、中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延でもよい。また、その冷延圧下率も、通常の無方向性電磁鋼板の製造と同様の条件であればよく、特に制限はない。
仕上焼鈍
　冷間圧延後の仕上焼鈍（再結晶焼鈍）では、再結晶温度以上までを平均昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱することが必要である。なお、上記急速加熱の終点温度は、短時間で再結晶を起こさせる必要があるため、高温であるほど好ましいが、８５０℃を超えると、加熱に要する設備負荷が大きくなり過ぎ、設備コストも嵩む。そのため、急速加熱の終点温度は８５０℃以下とするのが好ましく、７４０℃以下であればより好ましい。
　再結晶温度以上まで急速加熱した後は、さらに均熱温度まで加熱するが、この昇温速度については特に制限はない。また、均熱温度は８５０～１１００℃の範囲とし、均熱保持時間は５～６０ｓｅｃの範囲とするのが好ましい。均熱温度が８５０℃未満または保持時間が５ｓｅｃ未満では粒成長が進まず、一方、均熱温度が１１００℃超えあるいは保持時間が６０ｓｅｃ超えでは、焼鈍設備に負担がかかるからである。より好ましい均熱条件は、９００～１０５０℃の温度で、１０～４０ｓｅｃ間保持するのが望ましい。
　なお、昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上とする方法としては、例えば、直接通電加熱あるいは誘導加熱などの方法を用いることができ、特に制限はない。
脱炭焼鈍
　上記均熱焼鈍した鋼板は、素材Ｃが０．００５ｍａｓｓ％より高い場合には、製品板における磁気時効を防止するため、その後、脱炭焼鈍してＣ量を０．００５ｍａｓｓ％以下に低減するのが好ましく、０．００３ｍａｓｓ％以下に低減するのがより好ましい。なお、この脱炭焼鈍は、上記急速加熱後の段階であれば何時行ってもよい。また、脱炭は、通常公知の条件で行えばよく、例えば、露点を３０℃とした酸化性雰囲気下で８５０℃×３０ｓｅｃの条件を例示することができる。
　なお、均熱焼鈍した後、あるいはさらに脱炭焼鈍した後の冷却条件については特に制限はなく、例えば、３０℃／ｓｅｃ以下のガス冷却としてもよい。
　また、仕上焼鈍した鋼板は、その後、必要に応じて絶縁被膜を被成して製品板とするのが好ましい。
　表１に示す成分組成からなるＮｏ．１～３４の鋼を溶製し、スラブとした。次いで、このスラブを１０８０℃×３０分加熱した後、熱間圧延して板厚２．３ｍｍの熱延板とした。次いで、上記熱延板に８５０℃～１１００℃×３０秒の熱延板焼鈍を施した後、１回の冷間圧延で最終板厚０．３５ｍｍの冷延板とした。その後、上記冷延板に、直接通電加熱炉で昇温速度および急速加熱の終点温度を表２に示したように変化させて加熱し、さらに、３０℃／ｓｅｃで均熱温度まで加熱して１０秒間保持後、冷却する仕上焼鈍を施した。なお、素材の鋼中Ｃが０．００５％以上である鋼板に対しては、８５０℃まで加熱後、露点３０℃の雰囲気下で８５０℃×３０秒の脱炭焼鈍を施してＣを０．００３０ｍａｓｓ％以下に低減した後、均熱温度まで昇温した。なお、一部の鋼板については、熱延板焼鈍の焼鈍時間を変えて結晶粒径を変化させた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　上記のようにして得た仕上焼鈍後の各冷延鋼板から、長さ１８０ｍｍ×幅３０ｍｍのＬ方向サンプルを切り出し、単板磁気試験を行って圧延方向の磁束密度（Ｂ５０－Ｌ）を測定し、その結果を表２に併記した。
　表２から、冷間圧延前の結晶粒径を１００μｍ以下に制御し、仕上焼鈍における昇温速度を１００℃／ｓｅｃ以上とした本発明例の鋼板は、圧延方向の磁束密度Ｂ５０－Ｌがいずれも１．７４Ｔ以上の優れた磁気特性を有していることがわかる。

Claims (3)

  1. Ｃ：０．０３ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：４ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０３～３ｍａｓｓ％、Ａｌ：３ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下およびＮ：０．００５ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼素材を熱間圧延し、熱延板焼鈍し、冷間圧延し、仕上焼鈍して無方向性電磁鋼板を製造する方法において、
    冷間圧延前の結晶粒径を１００μｍ以下とし、
    再結晶温度以上までを平均昇温速度１００℃／ｓｅｃ以上で急速加熱する仕上焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 上記成分組成に加えてさらに、ＳｎおよびＳｂのうちのいずれか１種または２種をそれぞれ０．００５～０．５ｍａｓｓ％含有する請求項１に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
  3. 上記急速加熱した後、脱炭焼鈍する請求項１または２に記載の無方向性電磁鋼板の製造方法。
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