JPH04293724A - 良切削型無方向性電磁厚板の製造法 - 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】本発明は中磁場での磁気特性の優
れた良切削型無方向性電磁厚板の製造方法を提供するも
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。 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。

【０００３】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。前掲の特許等で開発された鋼
材では、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。また、粒子加速器用磁極材やリター
ンヨーク材として用いられる鋼板には切削加工が施され
る場合が多いが、純鉄系成分の電磁厚板では切削加工性
が悪いことが問題となっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は以上の
点に鑑みなされたもので、中磁場での磁気特性の優れた
良切削型無方向性電磁厚板の製造方法を提供するもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は重量％で、Ｃ：
０．００８％以下、Ｓｉ：０．２０％以上、１．５％未
満、Ａｌ：０．１０％以上、１．５％未満のいずれか一
方あるいは両方を含み、かつＳｉとＡｌの重量％の和が
１．５％未満、Ｍｎ：０．２０％以下、Ｐ：０．０２％
以上、０．２％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．
００４％以下、Ｏ：０．００５％以下、Ｈ：０．０００
２％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９５０〜１１５０℃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７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあ
るいは９１０〜１２００℃で焼準し、板厚５０ｍｍ未満
については７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９
１０〜１２００℃で焼準することを特徴とする中磁場で
の磁気特性の優れた良切削型無方向性電磁厚板の製造法
。

【０００６】

【数２】

【０００７】

【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。

【０００８】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、
結晶粒の磁化容易〔１００〕方位が圧延面に平行に揃っ
ていることが重要であることを見出した。特に超粗大粒
にする必要はないが、比較的粗粒（フェライト粒度Ｎｏ
．が０〜４番程度）で、かつ結晶粒の〔１００〕方位が
圧延面に平行な集合組織を有す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〕の結晶方位が
圧延方向に平行な集合組織を得ることができる。図１に
０．００３％Ｃ−１．０％Ｓｉ−０．３％Ａｌ−０．０
７％Ｐ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。

【０００９】さらに中磁場での高磁束密度を得るための
手段として、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１
００μ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。

【００１０】

【数３】

【００１１】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。成分元素に関しては、本製造法において、特にＳ
ｉ及びＡｌ添加が低磁場で高磁束密度を得るために非常
に有効であることを見出した。図２及び図３は、０．０
０４％Ｃ−０．０９％Ｐ鋼にあって、Ｓｉ量及びＡｌ量
が中磁場（５Ｏｅ）での磁束密度に及ぼす影響を示した
ものである。本製造法において、Ｓｉ量が０．２％以上
、特に０．６％以上の範囲で、Ａｌ量が０．１％以上、
特に、０．３％以上の範囲で高い磁束密度を示している
。

【００１２】磁気シールド用鋼板の切削性を向上させる
元素については従来Ｓなどが知られている（特開平１−
１４２０２８号公報）。しかしＳはＭｎＳを形成し、上
記方法による結晶粒粗大化を著しく妨げ、磁気特性を大
きく低下させる。ここにおいて発明者らは、鋼材の切削
性を向上させ、かつ上記方法による結晶粒粗大化を妨げ
ない元素として、Ｐが有効であることを見出した。Ｐは
靭性を低下させる元素であるが、これに対しては極低Ｃ
としたうえにＳも低減し、かつＳｉ，Ａｌの添加量を制
限することで靭性が確保可能であることを知見した。

【００１３】図４は０．００３％Ｃ−０．８％Ｓｉ−０
．４％Ａｌ鋼にあって、切削性へのＰ量の影響を示した
ものである。すなわち、直径１０．２ｍｍのハイス鋼製
ドリルによって回転数７００ｒｐｍ　、送り速度１４０
ｍｍ／ｍｉｎ　の条件で深さ３０ｍの穴を２０個開けた
場合のドリル逃げ面の摩耗幅とＰ量の関係であり、摩耗
幅が０．２ｍｍ以下を切削性が特に良い（◎で示す）、
０．２ｍｍ〜０．３ｍｍを切削性が良い（○で示す）、
０．３ｍｍ以上を切削性が普通である（△で示す）と定
義している。これをみるとＰが０．０２％以上で切削性
が良好であることがわかる。

【００１４】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、靭性確保の
点からも低いほど良い。このようなことから、０．００
８％以下に限定する。Ｓｉ，Ａｌは中磁場での磁束密度
の点から添加した方が有利な元素である。図２に示すよ
うに、Ｓｉでは０．２％以上、Ａｌでは０．１％以上の
範囲で高磁束密度となるので、Ｓｉ，Ａｌのいずれか一
方、あるいは両方をこの範囲で添加する。しかしＳｉ，
Ａｌとも過剰に添加すると靭性低下の原因となるのでそ
れぞれ上限を１．５％未満とし、かつＳｉとＡｌの重量
％の和を１．５％未満に限定する。磁気特性の点からは
、Ｓｉは０．６％以上、Ａｌは０．３％以上添加するの
が望ましい。

【００１５】Ｍｎは中磁場での磁束密度の点から少ない
方が好ましく、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％以下が良い。Ｐは、図４に示
すように切削性を良くするためには０．０２％以上添加
することが必要である。しかしＰは靭性を低下させるの
で上限を０．２％とする。

【００１６】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。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。

【００１７】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
抵抗か大きくなり、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。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８００℃未満の低温では変形抵抗が大きく通常の圧延
では悪化が困難となるからである。

【００１８】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。さらにこの圧延により、〔１００〕の結晶方位が
圧延面に平行に揃った集合組織を得る。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。

【００１９】次に熱間圧延に引続き結晶粒粗大化、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、７
５０℃未満では結晶粒粗大化が起こらず、また１１５０
℃以上では結晶粒の板厚方向での均質性が保てないため
、焼鈍温度としては７５０〜１１５０℃に限定する。

【００２０】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うが、下限はオーステナイト
域下限のＡｃ３　点である９１０℃で、かつ１２００℃
以上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℃〜１２００℃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
あるいは照準をかねることが可能である。一方、板厚５
０ｍｍ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。

【００２１】

【実施例】表１に電磁厚板の製造条件とフェライト粒径
、中磁場での磁束密度、靭性および切削性の評価を示す
。

【００２２】

【表１】

【００２３】

【表２】

【００２４】例１〜７は本発明の実施例を示し、例８〜
２６は比較例を示す。例１〜２は板厚１００ｍｍ、例３
〜５は５００ｍｍ、例６は４０ｍｍ、例７は６ｍｍに仕
上げたもので、いずれも中磁場で高磁束密度であり、か
つ切削性も良い。例８はＣが高く、例９はＳｉ，Ａｌと
もに低いため磁束密度が低くなっている。例１０はＳｉ
が上限を超えているため、例１１はＡｌが上限を超えて
いるため、例１２はＳｉとＡｌの重量％の和が１．５％
を超えているためそれぞれ靭性が低くなっている。例１
３はＭｎが高いため磁束密度が低い。例１４はＰが低い
ので切削性が悪い。例１５はＰが上限を超えているため
靭性が低い。例１６はＳが高いため磁束密度が低い。例
１７はＮが高く、例１８はＯが高く、例１９はＨが高い
ため磁束密度が低い。例２０は加熱温度が上限を超え磁
束密度が低い。例２１は加熱温度が下限をはずれている
ため磁束密度が低い。例２２は８００℃以下の圧下率が
下限をはずれ磁束密度が低い。例２３は最大形状比が下
限をはずれ、例２４は脱水素熱処理温度が下限をはずれ
、例２５は焼鈍温度が下限をはずれ、例２６は脱水素熱
処理がないため磁束密度が低い。

【００２５】

【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、かつ
良好な切削性も合わせ持たせることに成功し、直流磁化
による磁気特性を利用した切削加工の施される構造物に
適用可能としたものである。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およぼす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Ｓｉ量の影響
を示すグラフである。

【図３】５Ｏｅにおける磁束密度に及ぼすＡｌ量の影響
を示すグラフである。

【図４】切削性に及ぼすＰ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：０．００８％以下、 Ｓｉ：０．２０％以上、１．５％未満、Ａｌ：０．１０
   ％以上、１．５％未満のいずれか一方あるいは両方を含
   み、かつＳｉとＡｌの重量％の和が１．５％未満、Ｍｎ
   ：０．２０％以下、 Ｐ：０．０２％以上、０．２％以下、 Ｓ：０．０１０％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９５
   ０〜１１５０℃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７５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０
   〜１２００℃で焼準し、板厚５０ｍｍ未満については７
   ５０〜１１５０℃で焼鈍するかあるいは９１０〜１２０
   ０℃で焼準することを特徴とする中磁場での磁気特性の
   優れた良切削型無方向性電磁厚板の製造法。 【数１】