JPH0380846B2 - - Google Patents

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JPH0380846B2
JPH0380846B2 JP59201594A JP20159484A JPH0380846B2 JP H0380846 B2 JPH0380846 B2 JP H0380846B2 JP 59201594 A JP59201594 A JP 59201594A JP 20159484 A JP20159484 A JP 20159484A JP H0380846 B2 JPH0380846 B2 JP H0380846B2
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Kazuhide Nakaoka
Yoshiichi Takada
Junichi Inagaki
Akira Hiura
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Nippon Kokan Ltd
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    • C21D8/00Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、性能の優れた軟磁性材料たる高珪素
鉄合金の薄板を安価に製造する方法に関するもの
である。 〔従来の技術〕 珪素鋼板は透磁率および電気抵抗が珪素を含ま
ない磁性鋼帯と比較して高く、しかも比較的安価
に製造出来るために従来から電力用の磁心として
大量に使用されてきた。珪素鋼板において、珪素
の添加量が多い程軟磁気特性は向上し、6.5%で
ピークをしめすことが知られている。 しかしながら、鋼中の珪素含有量が4.0%以上
になると伸びが急激に低下するために通常の冷間
圧延が出来ず、そのために工業的に珪素を3%以
上含む高珪素鉄合金の薄板を製造することは困難
とされていた。このような難点にたいして、熱間
鋳造後の熱間圧延条件を適切に選定することによ
り、ある程度冷間圧延が可能となることが報告さ
れている(石坂ら:日本金属学会誌Vol.30(1966)
No.6)。 すなわち、この報告書は1〜7%珪素を含有す
る合金を大気中で高周波溶解し50mm角のインゴツ
トにした後、それらを厚さ15mmまで熱間鋳造し、
その試験片の表面を切削して11mm厚さとした後、
1000、850、750℃でそれぞれ1mm厚さまで、ま
た、750℃で5mm厚さまで熱間圧延した後600℃で
1mm厚さまで、および750℃で5mm厚さまで熱間
圧延した後3mm厚さまで600℃で熱間圧延し、そ
の後450℃で1mm厚さまで熱間圧延し、次にそれ
らのサンプルを酸洗・冷間圧延して割れの発生の
様子を観察することにより冷間圧延性におよぼす
熱間圧延条件の影響を調べたものであり、これに
よれば、珪素含有量約4.7%以下では熱間圧延条
件に関係なく冷間圧延可能であり、珪素含有量5
%前後では熱延板の側端部(耳)をせん断すれば
熱間圧延条件に関係なく冷間圧延可能である。し
かしがら、約6%以上の珪素を含む鋼板では熱間
圧延温度によつてその後の冷間圧延性が異なり、
特に珪素含有量6.5%付近の鋼では600〜750℃で
熱間圧延を行なうことにより、冷間で圧延するこ
とが可能になると報告している。 一方、高珪素鉄合金の薄板を製造する方法とし
てこのような圧延による方法以外に溶融体超急冷
法(通常、冷却速度は105℃/sec以上)による方
法も知られている(例えば、特開昭59−16926)。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上述した方法のうち前者のもの
では、圧延前に熱間鋳造することが不可欠である
ことから、この熱間鋳造のため一連の処理が必然
的に不連続とならざるを得ず、この経過製造工程
が繁雑になるとともに製造コストが高くなつてし
まう。さらに、鋳造したインゴツト材を熱間鋳造
すると割れが発生するため、熱間圧延前に表面調
整を十分に行わなければならない。事実、上記報
告中の試験でも表面調整のため約27%(板厚15mm
から11mmまで)もの切削を施している。さらに、
冷間加工性の優れた750℃未満での圧延を行なう
ためには、直接その温度で圧延することができ
ず、750℃以上の温度で予備圧延した後に圧延し
なければならない難点もある。このように製造コ
ストおよび歩留の点から上記した方法を工業規模
で実施することは非常に困難であるということが
できる。 一方、後者の溶融体超急冷法は、600〜3000
m/分程度で高速移動している金属冷却移動体の
表面へ、ノズルから溶融金属を噴出、凝固させる
ものであり、連続的にしかも高い歩留で金属薄板
を製造することが可能であるが、この場合、得ら
れる薄板の厚さは高々100μ程度であつて、鉄心
等に通常用いられるような0.2〜0.4mm程度の板厚
の薄板は得ることができず、加えて幅広のものは
板形状が極端に悪くなるため板幅も約20cm程度が
限度であり、このため用途が非常に限定されてし
まう。また、この種の薄板は、その大きな冷却速
度の故に凹凸を生じるなど表面性状にも難点があ
り、これらに起因した磁気特性の劣化が問題とな
る。以上のような理由から、この超急冷法による
高珪素薄板の工業的規模での生産は未だ行われて
いないのが実状である。 〔問題を解決するための手段〕 上述した従来方法(前者)の要点は、冷間加工
性を改善するために600〜750℃の温度で圧延する
ことにある。しかし、このように低い温度で直ち
に圧延することはできず、熱間圧延の前処理とし
て熱間鋳造することが必要不可欠であることはす
でに述べた通りである。難加工材を、加工、圧延
する際の予備処理として鋳造することはよく知ら
れた方法であるが、鋳造は生産性が低く、得られ
る製品の形状にも制約がある。上記の方法が実用
化されなかつた理由もここにあると考えられる。 本発明者らは高珪素鉄合金の熱間・冷間加工性
を改善するための研究を行い、、この結果熱間鋳
造により600〜750℃での熱間圧延が可能となるの
は、組織が微細化するためであることを確認し、
しかも、この組織微細化を急冷凝固することによ
り得られる細粒化で代替できることを見出した。
さらに、その急冷凝固を実現する具体的方法とし
て、本発明者らは比較的厚肉の素材が得られる薄
鋳片鋳造法に注目した。現在、鋳造技術の分野で
は、工程省略のために薄鋳片鋳造法に関心が高ま
り、種々の鋳造法が提案されている。この薄鋳片
鋳造法は、溶融体超急冷法における金属冷却移動
体の移動速度が数百m/分以上(場合によつて
は、2000〜3000m/分)の高速であるのに対し、
その金属冷却移動体の移動速度(鋳片製造速度)
はせいぜい10〜50m/分程度であり、溶湯の冷却
速度は溶融体超急冷法のそれと較べてはるかに小
さく、鋳造される鋳片の厚さも数十mm〜1mm程度
である。通常、この薄鋳片鋳造法も溶融体超急冷
法と同様に双ロールタイプの鋳造機等で実施する
ことができるが、上述したように金属冷却移動体
(双ロールタイプの場合には冷却ロール)の移動
速度が溶融体超急冷法よりもはるかに小さいこと
から、例えば、溶融体超急冷法では溶湯供給側の
双ロール間の目視できるような溶湯の湯溜りがほ
とんど形成されないのに対し、薄鋳片鋳造法で
は、通常双ロール間に明らかに目視できる湯溜り
が形成され、この湯溜りから双ロール間に溶湯が
流れ、鋳片が鋳造される このように薄鋳片鋳造法で鋳造される鋳片冷却
速度は所謂溶融体超急冷法(冷却速度105℃/sec
以上)と比較して小さいが、従来から行われてき
た造塊法と較べるとはるかに大きく、鋼の組織は
微細・均質なものが得られ、さらに上記溶融体超
急冷法に較べ板厚が厚く、広巾の鋳片を連続的に
製造できるという特徴を持つている。 本発明者らは、このような薄鋳片製造法の特
徴、すなわち細粒でしかも厚肉の熱延素材が溶湯
から直接製造できるという特徴を高珪素鉄合金の
製造に生かすべく数々の検討を行つた結果、薄鋳
片鋳造法により製造した素材を所定の条件で熱間
圧延することより、冷間加工性の優れた高珪素鉄
合金熱延板を連続的に得ることができることを見
出し、かかる熱間圧延とそれに続く冷間圧延およ
び焼鈍によつて磁気特性が確保された所望の厚み
の高珪素薄板を連続的且つ低コストで製造するこ
とを可能ならしめたものである。 このような本発明は、Si:4.0wt%以上を含有
する鉄合金を溶融状態から薄鋳片鋳造法により1
℃/sec以上、104℃/sec未満の冷却速度で急速
凝固させて厚さ30〜1mmの薄鋳片を得、この薄鋳
片を600℃〜800℃の温度範囲に加熱し、その温度
範囲で圧下率30%以上の熱間圧延を施し、その後
酸洗、冷間圧延及び焼鈍することをその基本的特
徴とする。 このような本発明によれば、薄鋳片製造法によ
り細粒組織の熱延素材が得られるため、鍛造等を
行うことなく熱間圧延が可能であり、しかも所定
の熱間圧延条件を採ることに優れた冷間加工性を
得ることができ、熱間圧延−冷間圧延という圧延
手法により高珪素薄板を連続的に得ることができ
る。加えて、薄鋳片鋳造法により得られる素材
は、細粒でありながら比較的厚肉であるため、素
材に対して熱間圧延−冷間圧延を実施しても通常
の製品板厚たる0.2〜0.4mm程度を確保することが
でき、このように厚肉の素材から熱間圧延−冷間
圧延を経て薄板を製造できることから、所望の板
厚でしかも熱延−冷延によつて磁気特性が確保さ
れた薄板を得ることができる。 以下本発明の詳細を説明する。 本発明はSi:4.0wt%以上を含有する高珪素鉄
合金をその対象とするもので、この中には一般の
高珪素鉄合金以外に、所謂センダスト合金等の合
金も含まれる。通常の高珪素鉄合金では、その目
的とする磁気特性を得るためSiが4.0〜7.0wt%程
度含まれている。前述したように鋼中にSiを添加
すると透磁率が高くなり、その値はSi含有量が約
6.5wt%のときに最大となる。また、Siを添加す
ることにより鋼板の電気抵抗が高くなるために、
鉄損が小さくなる。Si含有量が4.0wt%未満の材
料では、従来法により比較的容易に熱間圧延及び
冷間圧延が可能である。 一方、前述したように本発明は、高珪素鉄合金
の中でも所謂センダスト合金やスーパーセンダス
ト合金と呼ばれる高透磁合金をもその対象として
いる。このような合金は、通常次のような組成を
有している。 (a) Si:8.0〜10.0wt%、Al:4.0〜7.0wt%、残
部実質的Fe及び不可避不純物からなる鉄合金。 (b) Si:4.0〜8.0wt%、Al:2.0〜6.0wt%、Ni:
1.0〜5.0wt%、残部実質的に鉄及び不可避不純
物からなる鉄合金。 これらの合金は難加工材であり、従来、圧延に
よる薄板の製造はほとんど行なわれていない。本
発明によれば、このような通常の製造工程では製
造困難な高透磁率合金、さらには他の難加工性材
料についても工業的に薄板を製造することが可能
となる。 本発明は、以上のような成分組成の鉄合金を、
溶融状態から薄鋳片鋳造法により鋳造し、薄鋳片
を得る。 本発明では、この薄鋳片鋳造法における溶湯の
冷却速度を1℃/sec以上、104℃/sec未満、鋳
造する鋳片の厚さの30mm〜1mmと規定する。 第1図は6.5wt% Si添加鋼の急冷凝固時の冷
却速度と結晶粒との関係を示すものである。この
図からわかるように、冷却速度が遅くなると鋳片
の結晶粒径が大きくなるために、その後の熱間圧
延時、加工性が劣化する。このため本発明では細
粒・均質な組織を得るために冷却速度の下限を1
℃/secとした。一方、冷却速度が104℃/sec以
上では、上述した溶融体超急冷法の領域に近づ
き、所望の厚さと板幅の鋳片は得られない。特
に、冷却速度が105℃/sec以上ではほぼ完全に溶
融体超急冷法の領域となり、100μm程度の厚さ
でしかも幅狭(せいぜい200mm程度)の薄板しか
得られない。 また、鋳片の板厚が30mmを超えると、冷却速度
が本発明が規定する下限を下回るおそれが大き
く、したがつて目的とする細粒・均質な組織を確
実に得るため、板厚の上限を30mmとした。一方、
板厚が1mm未満では、熱間圧延−冷間圧延後の最
終板厚との関係で、熱間圧延および冷間圧延時の
所定の圧下率を確保することが難しく、このため
板厚の下限を1mmとした。このように1mm以上の
素材板厚が確保されることにより、熱間圧延−冷
間圧延の工程によつて所望の厚み(例えば、0.2
〜0.4mm程度)の製品を得ることができ、しかも
薄鋳片厚が比較的厚いため幅広の鋳片を得ること
ができる。なお、薄鋳片鋳造の具体的な方法とし
ては、いずれの方法でもよく、双ロール法、巻上
げ法、スプレーキヤステイング法、ハザレツト法
等が利用できる。 このようにして得られた薄鋳片は600〜800℃の
温度に加熱され、この温度で圧下率30%以上の熱
間圧延が施される。 第2図は熱間圧延温度と熱間圧延性との関係
を、また第3図は熱間圧延温度とその温度におい
て圧下率80%で熱間圧延したのち冷間圧延した時
の冷間加工性との関係をそれぞれ表わしている。
なお、実験に使用した鋼は6.5wt%Si含有鋼であ
り、溶解、薄鋳片鋳造(鋳片厚さ:5mm、冷却速
度:約300℃/sec)後、熱間圧延し、80%の圧下
率で圧延できたサンプルについて冷間圧延を施し
た。なお熱・冷間加工性は目視観察により微細な
割れが入つた時を終点としている。第2図から
650℃以上の温度ならば圧下率80%の熱間圧延が
可能であることがわかる。しかしながら、このよ
うに熱間圧延した後の鋼を冷間で圧延した場合は
第3図に示されるように約600℃〜800℃の温度範
囲で熱間圧延したサンプルのみが圧下率60%以上
冷間圧延可能であつた。また第4図には730℃は
所定の圧下率まで熱間圧延した後の冷間圧延性と
圧下率との関係を示している。この図から熱間圧
延時の圧下率が30%未満では冷間圧延が不可能で
あることが判る。このようなことから本発明で
は、600〜800℃の温度範囲で圧下率30%以上の熱
間圧延を行うことが要件とされる。 熱間圧延後、鋼板には酸洗、冷間圧延及び焼鈍
が施される。冷間圧延後の焼鈍は目的の磁気特性
を得るためには重要である。特に6.5wt%Si添加
鋼は冷間圧延と焼鈍とを適切に組み合せることに
より方向性を付与することが可能であり、方向性
高珪素鉄合金の薄板を製造することができる。さ
らに最終焼鈍において絶縁皮膜を形成させたり、
磁場中熱処理を行うことも可能である。 なお、上述したように従来の溶融体超急冷法に
よつて得られる薄板はSiの偏析や表面形状の劣化
により磁気特性の確保に問題がある。これに対
し、本発明における薄鋳片は冷却速度が上記方法
に較べて小さいためSiの偏析等は上記方法に較べ
生じにくいと言えるが、板厚が比較的薄い薄鋳片
のものについて上記偏析や表面形状の劣化を生じ
ても、これらは鋳造後の熱間圧延−冷間圧延−焼
鈍という工程により適切に解消されることにな
る。 〔実施例〕 (1) 第1表に示す鋼を溶解・精錬後、双ロールタ
イプの薄鋳片鋳造機にて鋳造(冷却速度:約
300℃/sec)し、巾500mm、厚さ5mmの鋳片を
作成した。この鋳片を圧延温度を変えて圧下率
80%を目標に熱間圧延し、圧延できたものにつ
いては酸洗後圧下率60%を目標に冷間圧延し
た。これらの圧延状況を第2表に示す。この表
から、本発明の条件に従えば、熱間圧延以前に
鍛冶することなく熱間圧延が可能であり、しか
も予備圧延することなく熱間圧延が可能であ
り、さらに600〜800℃の温度範囲で熱間圧延し
たものは冷間圧延可能で、巾500mm、厚さ0.4mm
の薄板を製造できることが判る。
【表】 〓鋳片のチエツク分析値〓
【表】 (2) 第2表に示した鋼の薄鋳片(鋳片厚:5mm)
を使用し、700℃において圧下率80%の熱間圧
延を行なつた後酸洗し、続いて圧下率70%の冷
間圧延を施し、さらに1200℃の乾燥水素ガス雰
囲気中で30分間焼鈍した後、磁気特性を測定し
た。その結果を第3表に示す。 この表から、薄鋳片鋳造法で製造された本発
明品では細粒化による加工性の向上とともに均
質化効果も生じており、さらに磁気特性の向上
も認められる。
【表】 ※3 造塊法で製造したインゴツト
から試料を切り出し
(3) 第4表に示す組成のセンダスト合金を溶解
後、双ロールタイプの薄鋳片鋳造機にて鋳造
(冷却速度:約700℃/sec)し、厚さ3mmの鋳
片を得た。また、同じ組成のセンダスト合金を
50Kgインゴツトに鋳造した。これらを750℃、
圧下率90%で熱間圧延し、熱間圧延可能であつ
たものについては圧下率30%で冷間圧延し、
1100℃で焼鈍した後、その磁気特性を測定し
た。第5表に加工性の結果を、また、第6表に
磁気特性を示すが、薄鋳片鋳造法により得られ
た3mm厚の鋳片を素材とした本発明法によれ
ば、板厚0.2mmのセンダスト板を適切に製造す
ることができることが判る。
【表】
【表】
【表】 (4) 第1表の組成の溶鋼を双ロールタイプの薄鋳
片鋳造機で鋳造し、厚さ15mm(冷却速度:約40
℃/sec)、30mm(冷却速度:約1℃/sec)、45
mm(冷却速度:約0.4℃/sec)の各鋳片を得
た。これらの鋳片を750℃、圧下率90%で熱間
圧延し、熱間圧延可能であつたものについては
圧下率50%で冷間圧延した。その結果を第7表
に示す。なお、厚さ45mmの鋳片は熱間圧延不可
能であつたが、同じ鋳片を1000℃で加工率60%
の鍛造を行つた後に熱間圧延したところ、圧下
率80%の熱間圧延が可能であつた。本実施例に
よれば、厚さ30mm以下、冷却速度1℃/sec以
上の条件で製造された鋳片を素材とすることに
より、鍛造等の予備処理なしで高珪素薄板を製
造できることが判る。
【表】 〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば磁気特性の優れた高
珪素鉄合金の薄板を製造するに当り、次のような
効果が得られる。 (1) 薄鋳片鋳造法によつて得られる所定の板厚の
鋳片を素材として特定の条件で熱間圧延し、さ
らに冷間圧延−焼鈍を実施することにより、熱
間鍛造などの繁雑な工程を要することなく、高
珪素薄板を連続的且つ低コストで製造すること
ができる。 (2) 厚肉の素材から熱間圧延−冷間圧延を経て薄
板を製造できることから、所望の板厚(例えば
0.2〜0.4mm程度)でしかも熱延−冷延によつて
磁気特性が確保された薄板を得ることができ
る。 (3) 薄鋳片鋳造法により得られる素材は所定の板
厚を有するため、鋳片の広幅化が可能であり、
このため広幅の薄板を製造することができる。 (4) 薄鋳片鋳造法による鋳片の組織は、板厚方向
に揃つた柱状晶からなるために熱間圧延以降の
熱処理によつて容易に方位制御が可能である。 以上の結果、これまで事実上不可能とされてい
た高珪素鉄合金薄板の工業規模での製造が可能と
なる。
【図面の簡単な説明】
第1図は急冷鋳造鋳片の平均冷却速度と平均結
晶粒径との関係を示すものである。第2図は熱間
圧延温度と熱間圧延率との関係を示すものであ
る。第3図は熱間圧延温度と圧下率80%熱延後に
おける冷間圧延率との関係を示すものである。第
4図は730℃熱間圧延時の圧延率と冷間圧延率と
の関係を示すものである。
【特許請求の範囲】
1 加熱帯を被熱物の搬送路より上部と下部のゾ
ーンに分けると共に下部ゾーンを更に前段と後段
のゾーンに分け、これらの各ゾーンにそれぞれ複
数個のバーナを備えた加熱炉において、被熱物の
装入時の温度の検出器と、被熱物の装入個数を検
出する検出器と、これらの検出信号によりホツト
材か準ホツト材かコールド材かを判別する判別器
と、該判別器の出力信号及びキーインされた装入
トン数により加熱帯及び均熱帯の炉温を自動設定
する設定器と、該設定器からの出力信号と加熱帯
の雰囲気温度とを比較して炉内各ゾーンに設けた
複数のバーナの燃料調節弁を選択的に開閉して燃
焼量を調節する炉温調節計と、を備えたことを特
徴とする加熱炉における加熱制御装置。 2 前記炉温調節計が、ターンダウンの限界まで
は定空気比で燃料調節弁の燃料投入量を制御し、
その限界以上は燃焼をオン・オフ制御するもので
ある特許請求の範囲第1項記載の加熱炉における
加熱制御装置。
JP59201594A 1984-09-28 1984-09-28 高珪素鉄合金の薄板製造方法 Granted JPS6179724A (ja)

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