JPH04268024A - 良電磁厚板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は切削性が良く、中磁場で
の磁気特性の優れた良電磁厚板の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】近年最先端科学技術である素粒子研究や
医療機器の進歩に伴って、大型構造物に磁気を用いる装
置が使われ、その性能向上が求められている。直流磁化
条件で使用される粒子加速器用磁極材、リターンヨーク
材では、高い飽和磁束密度の他に５Ｏｅ（４００Ａ／ｍ
）付近の中磁場での高い磁束密度が求められているが、
さらに、加工時の良好な切削性も要求されている。 磁束密度に優れた電磁鋼板としては、従来から薄板分野
で珪素鋼板、電磁軟鉄板をはじめとする数多くの材料が
提供されているのは公知である。しかし、構造部材とし
て使用するには組立加工及び強度上の問題があり、厚鋼
板を利用する必要が生じてくる。これまで電磁厚板とし
ては純鉄系成分で製造されている。たとえば、特開昭６
０−９６７４９号公報が公知である。しかしながら、近
年の装置の大型化、能力の向上等に伴いさらに磁気特性
の優れた、特に中磁場、たとえば５Ｏｅ（４００Ａ／ｍ
）付近での磁束密度の高い鋼材開発の要望が強い。従来
５Ｏｅ付近での中磁場の高い磁束密度が安定して得られ
ていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は以上の
点を鑑みなされたもので、切削性が良く、中磁場での磁
気特性の優れた良電磁厚板の製造法を提供するものであ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は重量％で、Ｃ：
０．０１％以下、Ｓｉ：０．０２％以下、Ｍｎ：０．２
０％以下、Ｐ：０．０２〜０．２０％、Ｓ：０．０１０
％以下、Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎ：０．００４％以
下、Ｏ：０．００５％以下、Ｈ：０．０００２％以下、
残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９
５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比
Ａが０．６以上の圧延パスを１回以上はとる圧延を行な
い、引き続き８００℃以下で圧下率を３５％超７０％以
下とする圧延を行ない、板厚５０ｍｍ以上の厚板につい
ては６００〜７５０℃の脱水素熱処理を行なった後、必
要に応じて７５０〜９５０℃で焼鈍するかあるいは９１
０〜１０００℃で焼準し、板厚５０ｍｍ未満については
７５０〜９５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１００
０℃で焼準することを特徴とする切削性が良く、中磁場
での磁気特性の優れた良電磁厚板の製造方法。

【０００５】

【数２】

【０００６】

【作用】まず、磁化のプロセスについて述べる。消磁状
態の鋼を磁界の中に入れ、磁界を強めていくと次第に磁
区の向きに変化が生じ、磁界の方向に近い磁区が優勢に
なり他の磁区を蚕食併合していく。つまり、磁壁の移動
が起こる。さらに磁界が強くなり磁壁の移動が完了する
と、次に磁区全体が磁化方向に向きを変えていく。この
磁化プロセスの中で低磁場での磁束密度を決めているの
は、磁壁の移動しやすさである。つまり低磁場で高磁束
密度を得るためには、磁壁の移動を障害するものを極力
減らすことであると定性的に言うことができる。この観
点から従来磁壁の移動の障害となる結晶粒の粗大化が重
要な技術となっていた（特開昭６０−９６７４９号公報
）。これに対し、中磁場で高磁束密度を得るための方法
については知見がなかった。

【０００７】発明者らは、ここにおいて中磁場で高磁束
密度を得るためには、単に結晶粒の粗大化だけでなく、
隣あった結晶粒間の磁化の方向が圧延方向に平行に揃っ
ていることが重要であることを見出した。超粗大粒でも
、細粒でもない比較的粗粒（フェライト粒度Ｎｏ．が０
〜４番程度）でかつ（１００）方向が圧延方向に平行に
ランダムとなることで中磁場の磁気特性が大幅に向上す
ることを見出したのである。このための熱間圧延条件と
して、８００℃以下において３５％超７０％以下の圧下
率をとることで、圧延後の熱処理前の結晶粒を微細化し
て再結晶させやすくするとともに、鋼中に歪みを導入し
て、この歪みを熱処理時の再結晶の駆動力とすることで
、比較的大きな結晶粒を板厚全体にわたって安定的に得
ると同時に、（１００）の結晶方位を圧延方向に平行に
ランダムとなる。

【０００８】図１に０．００５Ｓｉ−０．０６Ｍｎ−０
．０１５Ａｌ鋼での８００℃以下の圧下率と５Ｏｅでの
磁束密度を示す。３５％超７０％以下の圧下により、高
磁束密度が得られる。さらに中磁場での高磁束密度を得
るための手段として、内部応力の原因となる元素及び空
隙性欠陥の作用につき詳細な検討を行ない、所期の目的
を達成した。また、空隙性欠陥の影響についても種々検
討した結果、そのサイズが１００μ以上のものが磁気特
性を大幅に低下することを知見したものである。そして
この１００μ以上の有害な空隙性欠陥をなくすためには
圧延形状比Ａが０．６以上必要であることを見出した。

【０００９】

【数３】

【００１０】さらに、鋼中の水素の存在も有害で、脱水
素熱処理を行なうことによって磁気特性が大幅に向上す
ることを知見した。高形状比圧延により空隙性欠陥のサ
イズを１００μ以下にし、かつ、脱水素熱処理により鋼
中水素を減少することで中磁場での磁束密度が大幅に上
昇する。次に、本高純鋼の切削性、特に、切削後の表面
粗度低減のためにはＰ添加が非常に有効であることを見
出した。図３は０．００７Ｃ−０．１０Ｍｎ−０．０１
５Ａｌ鋼で切削長さ１０ｍでの表面粗度が１０μｍ程度
の普通（△で示す）、５μｍ程度を良い（○で示す）、
１μｍ程度を特に良い（◎で示す）切削性を示すと定義
している。同図のように、Ｐ添加量が０．０２％以上の
範囲で表面粗度５μｍ以下の良好な切削性を示すことが
わかる。

【００１１】次に成分限定理由を述べる。Ｃは鋼中の内
部応力を高め、磁気特性、特に低磁場での磁束密度を最
も下げる元素であり、極力下げることが中磁場での磁束
密度を低下させないことに寄与する。また、磁気時効の
点からも低いほど経時低下が少なく、磁気特性の良い状
態で恒久的に使用できるものであり、このようなことか
ら、０．０１％以下に限定する。図２に示すようにさら
に、０．００５％以下にすることにより一層高磁束密度
が得られる。Ｓｉ，Ｍｎは中磁場での磁束密度の点から
少ない方が好ましく、ＭｎはＭｎＳ系介在物を生成する
点からも低い方がよい。この意味からＳｉは０．０２％
以下、Ｍｎは０．２０％以下に限定する。Ｍｎに関して
はＭｎＳ系介在物を生成する点よりさらに望ましくは０
．１０％以下がよい。Ｐは工具摩耗量を低下させ、切削
性を上昇させる元素で、図３に示すように０．０２０％
以上添加する必要があるが、０．２０％を超えて添加す
ると低磁場での磁気特性を低下させるため上限を０．２
０％とする。

【００１２】Ｓ，Ｏは鋼中において非金属介在物を形成
し、結晶粒の粗大化を妨げる害を及ぼし含有量が多くな
るに従って磁束密度の低下が見られ、磁気特性を低下さ
せるので少ない程よい。このため、Ｓは０．０１０％以
下、Ｏは０．００５％以下とした。Ａｌは脱酸剤として
用いるもので、多くなりすぎると介在物を生成し鋼の性
質を損なうので上限は０．０４０％とする。さらに結晶
粒粗大化を妨げる析出物であるＡｌＮを減少させるため
には低いほどよく、望ましくは０．０２０％以下がよい
。Ｎは内部応力を高めかつＡｌＮにより結晶粒微細化作
用により中磁場での磁束密度を低下させるので上限は０
．００４％とする。Ｈは磁気特性を低下させ、かつ空隙
性欠陥の減少を妨げるので０．０００２％以下とする。

【００１３】次に製造法について述べる。圧延条件につ
いては、まず圧延前加熱温度を１１５０℃以下にするの
は、１１５０℃を超える加熱温度では、加熱γ粒径の板
厚方向のバラツキは大きく、このバラツキが圧延後も残
り最終的な結晶粒が不均一となるため、上限を１１５０
℃とする。加熱温度が９５０℃未満となると圧延の変形
抵抗が大きくなり、以下に述べる空隙性欠陥をなくすた
めの形状比の高い圧延の圧延負荷が大きくなるため、９
５０℃を下限とする。

【００１４】熱間圧延にあたり前述の空隙性欠陥は鋼の
凝固過程で大小はあるが、必ず発生するものでありこれ
をなくす手段は圧延によらなければならないので、熱間
圧延の役目は重要である。すなわち、熱間圧延１回当た
りの変形量を大きくし板厚中心部にまで変形が及ぶ熱間
圧延が有効である。具体的には８００℃以上で圧延形状
比Ａが０．６以上の圧延パスが１回以上を含む高形状比
圧延を行ない、空隙性欠陥のサイズを１００μ以下にす
ることが磁気特性によい。圧延中にこの高形状比圧延に
より空隙性欠陥をなくすことで、後で行なう脱水素熱処
理における脱水素効率が飛躍的に上昇するのである。こ
こに８００℃以上で高形状比圧延を行なう理由は、８０
０℃未満の低温では変形抵抗が大きく通常の圧延機では
圧下が困難となるからである。

【００１５】次に８００℃以下の温度において累積圧下
率３５％超にすることにより結晶粒を微細化するととも
に歪みを導入し、これに続く熱処理時の再結晶を促進さ
せる。さらこの圧延により、（１００）の結晶方位を圧
延方向に平行にランダムとする。ただし７０％超の圧下
率になると、熱処理後結晶粒度が板厚方向に不均一にな
り、磁束密度のばらつきを大きくする。従って板厚方向
に均一な比較的粗大な粒を得るために、圧下率を３５％
超７０％以下とする。

【００１６】次に熱間圧延に引き続き結晶粒粗大化、内
部歪除去及び板厚５０ｍｍ以上の厚手材については脱水
素熱処理を施す。板厚５０ｍｍ以上では水素の拡散がし
にくく、これが空隙性欠陥の原因となり、かつ、水素自
身の作用と合わさって低磁場での磁束密度を低下させる
。このため、脱水素熱処理を行なうが、その際６００℃
未満では脱水素効率が悪く７５０℃超では変態が一部開
始するので６００〜７５０℃の温度範囲で行なう。脱水
素時間としては種々検討の結果〔０．６（ｔ−５０）＋
６〕時間（ｔ：板厚）が適当である。必要に応じて施す
焼鈍は結晶粒粗大化及び内部歪除去のために行なうが、
７５０℃未満では結晶粒粗大化が起こらず、また、９５
０℃以上では結晶粒の板厚方向の均質性が保てないため
、焼鈍温度としては７５０〜９５０℃に限定する。

【００１７】焼準は板厚方向の結晶粒調整及び内部歪除
去のために焼鈍に代えて行なうが、下限はオーステナイ
ト域下限のＡｃ３　点である９１０℃以上で、かつ、１
０００℃超では結晶粒の板厚方向の均質性が保てないの
で、焼準温度は９１０〜１０００℃に限定する。なお、
板厚５０ｍｍ以上の厚手材で行なう脱水素熱処理でこの
焼鈍あるいは、焼準をかねることが可能である。一方、
板厚５０ｍｍ未満のものは水素の拡散が容易なため、脱
水素熱処理は不要で前述の焼鈍または焼準するのみでよ
い。

【００１８】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともにあげる
。表１に電磁板厚の製造条件とフェライト粒径、中磁場
での磁束密度を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】例１〜６は本発明の実施例を示し、例７〜
２３は比較例を示す。例１〜３は板厚１００ｍｍに仕上
げたもので、中磁場で高磁束密度で、かつ、切削性も良
好である。例１に比べ、例２はさらに低Ｃ、例３は低Ｍ
ｎであり、より高い磁気特性を示す。例４は４０ｍｍ、
例５は６ｍｍ、例６は１０ｍｍに仕上げたもので、高磁
束密度で切削性も良好である。例７〜８はＰが低く切削
性が良好でない。例９はＰが高すぎ、例１０はＣが高く
、例１１はＭｎが高く、例１２はＳが高く、例１３はＡ
ｌが高く、例１４はＮが高く、例１５はＯが高く、例１
６はＨが高く、それぞれ上限を超えるため低磁気特性値
となっている。例１７は加熱温度が上限を超え低磁束密
度となっている。例１８は加熱温度が下限をはずれ最大
形状比が小さいため、低磁束密度となっている。例１９
は８００℃以下の圧下率が下限をはずれ低磁束密度とな
っている。例２０は最大形状比が下限をはずれ、例２１
は脱水素熱処理温度が下限をはずれ、例２２は焼鈍温度
が下限をはずれ、例２３は脱水素熱処理がないため低磁
束密度となっている。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば適切な成分限定により板
厚の厚い厚鋼板に均質な高電磁特性を具備せしめること
に成功し、直流磁化による磁気特性を利用する構造物に
適用可能としたものであり、かつその製造法も前述の成
分限定と熱間圧延後結晶粒調整及び脱水素熱処理を同時
に行なう方式であり、極めて経済的に製造する方法を提
供するもので産業上多大な効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼす８００℃以下
の圧下率の影響を示すグラフである。

【図２】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼすＣ含有量の影
響を示すグラフである。

【図３】切削性に及ぼすＰ含有量の影響を示すグラフで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で、 Ｃ　　：０．０１％以下、 Ｓｉ：０．０２％以下、 Ｍｎ：０．２０％以下、 Ｐ　　：０．０２〜０．２０％、 Ｓ　　：０．０１０％以下、 Ａｌ：０．０４０％以下、 Ｎ　　：０．００４％以下、 Ｏ　　：０．００５％以下、 Ｈ　　：０．０００２％以下、 残部実質的に鉄からなる鋼組成の鋼片または、鋳片を９
   ５０〜１１５０℃に加熱し、８００℃以上で圧延形状比
   Ａが０．６以上の圧延パスを１回以上はとる圧延を行な
   い、引き続き８００℃以下で圧下率を３５％超７０％以
   下とする圧延を行ない、板厚５０ｍｍ以上の厚板につい
   ては６００〜７５０℃の脱水素熱処理を行なった後、必
   要に応じて７５０〜９５０℃で焼鈍するかあるいは９１
   ０〜１０００℃で焼準し、板厚５０ｍｍ未満については
   ７５０〜９５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１００
   ０℃で焼準することを特徴とする切削性が良く、中磁場
   での磁気特性の優れた良電磁厚板の製造方法。 【数１】