JP3013000B2 - 二方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

二方向性珪素鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二方向性珪素鋼板の製
造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄系の材料では結晶軸に対する方向に依
って磁性を担う電子のエネルギー状態が異なり、ミラー
指数<100>軸の方向に磁化され易いという特徴を持
つ。この結晶磁気異方性を利用して、変圧器等の磁心に
用いられる一方向性電磁鋼板ではミラー指数で{11
0}<001>と表現される結晶粒のみ(ゴス方位と呼
ばれる)を選択的に成長させ、鋼板面内の1方向の透磁
率を飛躍的に向上させた。
【0003】この一方向性電磁鋼板({110}<00
1>)に対し、鋼板面内の直交する2方向に<100>
軸を配向させた二方向性電磁鋼板(ミラー指数で{10
0}<001>または{100}<011>)は、より
理想的な軟質磁性材料である。しかし、工業的なプロセ
スが煩雑であるにも拘わらず、十分な磁気特性が得られ
ないために、二方向性電磁鋼板が広く磁心材料として用
いられるには至っていない。
【0004】従来の二方向性電磁鋼板の製造法には、大
別して次の3つの方法がある。 1)柱状粒よりなる方向性インゴットを用いる方法 この方法は、特公昭33−7509号公報あるいは特公
昭33−7952号公報に開示されているように、温度
傾斜を維持した状態で柱状粒の発達したインゴットを製
造し、柱状粒の伸長方向と一定の角度関係を満たす方向
に冷間圧延し、再結晶を行わせる方法である。この方法
の要点は、特公昭33−7953号公報に示されている
ように素材の{100}<001>方位からのズレが、
ある許容範囲にあれば冷延・再結晶後に再び{100}
<001>方位の結晶粒となることにある。
【0005】2)表面エネルギーを利用する方法 この方法は、特公昭36−8554号公報、特公昭37
−7110号公報あるいは特公昭38−16212号公
報にあるように、板厚の薄い素材を冷延・再結晶させる
際に熱処理の雰囲気を制御して、{100}面を板表面
に持つ結晶粒のみを再結晶させることを特徴とする製造
法である。
【0006】3)クロス冷延する方法 この方法は、特公昭35−2657号公報に開示されて
いるように珪素鋼素材を一方向に冷間圧延した後、更に
この冷延と交差方向に冷間圧延を加え、短時間焼鈍と9
00〜1300℃の高温焼鈍を行う方法である。この方
法の原理は、クロス冷延により{100}<001>方
位粒の成長し易い素地になる集合組織を発達させ、Al
N等の粒成長のインヒビターを利用した二次再結晶に依
って{100}<001>方位粒を発現させるものであ
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述してきたように、
二方向性電磁鋼板は3つの磁化容易軸の内2つを鋼板面
内に配向させた理想的な磁性材料であるのに拘らず、今
日まで殆ど工業的に使用されていない。これは、現在ま
でに提案された製造方法を工業的に行うことが極めて困
難であるのに対し、期待されるほどの結晶方位の集積度
が得られないことによる。
【0008】例えば、1)の方向性インゴットを用いる
方法では、柱状粒を十分に発達させるために、鋳型の側
面を加熱しながら底面を冷却し、溶鋼に温度傾斜をつけ
る必要があり、工業的なプロセスとして大量生産を行う
ことは極めて困難であった。また、2)の表面エネルギ
ーを用いる方法においては、{100}方位粒のみが成
長するように熱処理の雰囲気を厳密に制御することは、
工業的に難しく、また原理的に板面内の<100>軸方
向は揃えることができない。
【0009】3)のクロス冷延を用いる方法は、かなり
高い結晶方位の集積が得られ板面内の二方向にかなり高
い透磁率が期待できるが、十分に高い集積度が得られた
とは言えない。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述したようにクロス冷
延を用いる方法は、かなり高い結晶方位の集積が得られ
る。本発明者等は、この方法を改良することにより更に
高い透磁率を持つ二方向性珪素鋼板を製造する方法を創
案した。{100}<011>方位を持つ珪素鋼単結晶
を<011>方向に圧延、焼鈍しても再結晶は起こら
ず、その結晶方位は変わらないことは広く知られている
(例えば、和田等 日本金属学会誌 32(1968)
767)。
【0011】本発明者等は、更に板面の鉛直方向からの
一つの<100>軸の偏位が15°以内である珪素鋼板
を、この方向と直交する<011>軸の鉛直方向からの
板面への投影と15°以内である方向に圧延、焼鈍した
場合に、高い集積度を持つ二方向性珪素鋼板が得られる
ことを見出した。この現象を利用すれば、クロス冷延を
用いるプロセスによって得られた比較的高い透磁率を持
つ二方向性珪素鋼板の透磁率を改善し、更に高い透磁率
を持つ二方向性珪素鋼板を得ることができる。
【0012】更に、本発明者らは、上述のクロス冷延を
用いたプロセスにおいて熱延板に700〜1200℃の
焼鈍を施した場合には{100}<001>方位によく
集積した珪素鋼板が得られるが、熱延板に焼鈍を施さな
い場合には、むしろ{100}<011>によく集積す
ることを見出した。これらの現象を組み合わせることに
より、極めて高い{100}<011>方位への集積度
を持つ二方向性珪素鋼板を製造することができる。
【0013】以下に、本発明を詳細に説明する。この珪
素鋼板の成分として、Si成分は、α−γ変態による結
晶組織の破壊を抑えるために下限を1.8%とした。ま
た、交番磁界中での渦流損を低下させるために有効な上
限として6.8%を規定した。Siが4.8%以上にな
ると冷間圧延の際に割れが発生し易くなるが、温間で圧
延することによって圧延可能であるので、この上限を規
定した。
【0014】この他の成分について、Alは安定した二
次再結晶を行わせるために、正常粒成長を抑え高温まで
十分な粒成長の駆動力を確保するのに必要な量のAlN
を析出するに足る量として、下限を0.010%に限定
し、また0.050%を超えるとかえって二次再結晶が
不安定になるために、この値に上限を規定した。NもA
lNの析出のために必要な元素ではあるが、二次再結晶
前に雰囲気ガス等からの窒化によって補充可能であるの
で、溶鋼中から経済的に低減し得る下限値として0.0
01%を規定した。また0.0120%を超えると溶鋼
中に溶解せず鋼スラブ中の欠陥の原因になるので、上限
値を0.0120%とした。
【0015】この他、二次再結晶を安定して生じさせる
ためにMnS、Cu2S、MnSe、Nb(C,N)、
Sn、Sb等から選ばれる1種ないし2種以上を公知の
範囲で含ませることも可能である。以上の成分からなる
珪素鋼スラブを加熱し、熱間で圧延する。次いで圧下率
で40〜80%の冷間圧延を施し、更にこの冷間圧延と
直角方向に30〜70%の冷間圧延を施す。この冷間圧
延は特公昭35−2657号公報に開示されたと同等の
ものである。更にこの鋼板に一次再結晶を目的とした7
50〜1000℃の短時間焼鈍を行い、次いで二次再結
晶と純化を目的とした900〜1300℃の焼鈍を行
う。これらの焼鈍は特公昭35−2657号公報に開示
されたものと同等のものである。
【0016】本発明者らは、これらの処理工程において
以下のことを知見した。即ち、冷延前に特公昭38−8
213号公報に提示されているのと同等の700〜12
00℃の焼鈍を熱延板に施すと、図1(a)に示すよう
に上記のクロス冷延方向に<001>軸がよく配向した
{100}<001>方位の集合組織が得られるが、熱
延板焼鈍を施さないと、図1(b)に示すクロス冷延方
向に<011>軸がよく配向した{100}<011>
の集合組織が得られる。{100}<011>に近い方
位が冷延、焼鈍によって更に高く{100}<011>
方位に集積する現象を利用するためには、熱延板焼鈍を
施さないプロセスが、冷延の簡略化という観点から適し
ていると言える。
【0017】更に二次再結晶を安定させるために一次再
結晶終了後から二次再結晶開始前までに鋼板を窒化する
ことも可能である。この窒化の方法は最終焼鈍の雰囲気
にN 2、NH3等の窒化能のあるガスを混入する方法、最
終焼鈍時の焼鈍分離剤に窒化フェロマンガン等の窒化能
のある物質を加える方法、一次再結晶焼鈍の均熱過程以
降においてNH3等の窒化能のあるガスを含む雰囲気中
で処理する方法等何れでもかまわない。
【0018】以上のプロセスによって、直交する二つの
方向に比較的高い<110>軸の集積を持った二方向性
珪素鋼板ができる。次いで該鋼板の前述した二方向の何
れかの方向に圧延を施す。このときの圧延は工程の簡便
性から冷間で行うことが望ましいが、Si成分が多く冷
延が困難なときには300℃程度までの温間で圧延する
ことも可能である。また圧下率については特に限定しな
いが{100}<011>方位への十分な集積の効果を
得るためには、圧延率30%以上、望ましくは50%以
上の圧延を行うのがよい。
【0019】圧延に引き続いて施す焼鈍の条件に就いて
も特には限定しないが、圧延による歪を解放するのに十
分な600℃以上、望ましくは800℃以上の焼鈍を施
すとよい。以上の工程によって処理することによって、
上記圧延方向と45°の方向に<001>軸がよく配向
した、極めて方向性の優れた二方向性電磁鋼板が得られ
ることがわかった。
【0020】
【実施例】(実施例1) 重量でSi:3.4%、C:0.050%、Al:0.
028%、N:0.0070%を含み、残部Fe及び不
可避的不純物よりなる珪素鋼スラブを1150℃に加熱
し、2.5mm厚まで熱間で圧延した。得られた熱延板を
熱延と同一方向に1.3mm厚までの冷延を施し、この冷
延方向と直角方向に0.6mm厚までの冷延を施した。こ
の冷延板に湿水素中で820℃×7分間の脱炭と一次再
結晶を兼ねた焼鈍を行い、MgOを主体とする焼鈍分離
剤を塗布後に1200℃で20時間の焼鈍を行った。こ
の焼鈍時の雰囲気は、1200℃までの昇温時がN2:
25%、H2:75%、1200℃の均熱時がH2:10
0%であった。以上のプロセスによって得られた二方向
性珪素鋼板の板面内の熱延方向から45°の二方向での
励磁力800A/mにおける磁束密度は、それぞれ1.
82T、1.82Tであった。
【0021】この素材の熱延方向に冷間で圧延を施し
0.48mm、0.42mm、0.36mm、0.30mm、
0.24mm、0.18mmの板厚とした。この冷延板を9
00℃で3時間焼鈍し、板面内で熱延方向から45°の
二方向に磁気測定を行った。結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】図2に熱延、冷延方向と磁気測定方向を示
す。 (実施例2) 重量でSi:3.0%、C:0.060%、Al:0.
025%、N:0.0080%を含み、残部Fe及び不
可避的不純物よりなる珪素鋼スラブを1150℃に加熱
し、2.0mm厚まで熱間で圧延した。得られた熱延板を
熱延と同一方向に0.9mm厚までの冷延を施し、この冷
延方向と直角方向に0.45mm厚までの冷延を施した。
この冷延板に湿水素中で820℃×6分間の脱炭と一次
再結晶を兼ねた焼鈍を行った後、NH3を含む雰囲気中
で800℃で50秒間窒化処理を行い、MgOを主体と
する焼鈍分離剤を塗布後に1200℃で20時間の焼鈍
を行った。この焼鈍時の雰囲気は、1200℃までの昇
温時がN2:10%、H2:90%、1200℃の均熱時
がH2:100%であった。こうして得られた0.4mm
厚の珪素鋼板の板面内の熱延方向から45°の二方向の
磁束密度の測定値を表2のAに示す。この珪素鋼板を熱
延方向と直角の方向に冷延して0.2mm厚とした。その
後、900℃で2時間の焼鈍をH2 雰囲気中で行った。
焼鈍後の磁束密度を表2のBに示す。本プロセスにより
透磁率が向上することがわかる。
【0024】
【表2】
【0025】(実施例3) 重量でSi:3.1%、C:0.079%、Al:0.
026%、N:0.0080%、Mn:0.065、
S:0.023%を含み、残部Fe及び不可避的不純物
よりなる珪素鋼スラブを1350℃に加熱し、2.3mm
厚まで熱間で圧延した。得られた熱延板を熱延方向に
1.2mm厚まで冷延し、この冷延方向と直角方向に0.
7mm厚までの冷延を施した。この冷延板に湿水素中で8
70℃×8分間の脱炭と一次再結晶を兼ねた焼鈍を行
い、MgOを主体とする焼鈍分離剤を塗布後に1200
℃で20時間の焼鈍を行った。この焼鈍時の雰囲気は、
1200℃までの昇温時がN2:25%、H2:75%、
1200℃の均熱時がH2:100%であった。こうし
て得られた0.7mm厚の珪素鋼板の板面内の熱延方向か
ら45°方向の磁束密度の測定値を表3のAに示す。こ
の珪素鋼板を、熱延方向に冷延して0.3mm厚とした。
その後、850℃で4時間の焼鈍をH2 雰囲気中で行っ
た。焼鈍後の磁束密度を表3のBに示す。本プロセスに
より透磁率が向上することがわかる。
【0026】
【表3】
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、クロス冷延と二次再結
晶を利用して得た比較的高い方向性を示す{100}<
011>集合組織素材を出発材として、圧延、焼鈍を施
すことによって更に高い方位集積度を持つ二方向性珪素
鋼板が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は、熱延板焼鈍を行った場合の{10
0}極点図を示す図、(b)は熱延板焼鈍を行わなかっ
た場合の{100}極点図を示す図である。
【図2】熱延方向、冷延方向と磁気測定の方向を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭33−7952(JP,B1) 特公 昭38−16212(JP,B1) 特公 昭35−2657(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/12 C22C 38/00 303 C22C 38/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、Si:1.8〜6.8%、A
    l:0.01〜0.05%、N:0.001〜0.01
    2%を含み、残部Fe及び不可避的不純物よりなる珪素
    鋼スラブを熱間圧延し、熱延方向に40〜80%の冷延
    後、該方向と直角方向に30〜70%の冷延を施し、7
    50〜1000℃の短時間焼鈍後、900〜1300℃
    の仕上焼鈍を施す二方向性珪素鋼板の製造方法におい
    て、該仕上げ焼鈍後に熱延と同一方向あるいは直角方向
    に冷延を行い、しかる後に焼鈍を行うことを特徴とする
    ミラー指数で{100}<011>に極めて近い方位を
    持つ方向性の優れた二方向性珪素鋼板の製造方法。
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