JPH04362134A - 超高珪素一方向性電磁鋼板の製造方法 - 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、一方向性電磁鋼板の製
造方法に関し、特にＳｉ含有量を極めて高くした従来に
ない画期的な磁気特性を持つ軟磁性材料の製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、鋼板面が｛１１０
｝面で、圧延方向に＜００１＞軸を有する所謂ゴス方位
（ミラー指数で｛１１０｝＜００１＞方位と表す）をも
つ結晶粒から構成されており、軟磁性材料として変圧器
、発電機等大型回転機の鉄心に使用される。この鋼板は
、磁気特性として磁化特性と鉄損特性が良好でなければ
ならない。磁化特性の良否は、かけられた一定の磁力の
下で鉄心内に誘起される磁束密度の高さによって決定さ
れる。軟磁性材料（一方向性電磁鋼板）の磁束密度を高
くすることは、鋼板結晶粒の方位を｛１１０｝＜００１
＞方位に高度に揃えることによって達成できる。

【０００３】鉄損は、鉄心に所定の交流磁場を与えたと
きに熱エネルギとして消費される電力損失である。一方
向性電磁鋼板の鉄損特性の良否には、磁束密度、板厚、
不純物量、比抵抗、結晶粒の大きさ等が影響する。磁束
密度（通常、Ｂ８　値で表される）の高い一方向性電磁
鋼板は、電気機器を小型化することを可能ならしめると
ともに鉄損値も低い（良好な）ものとなるから、当該技
術分野においては、一方向性電磁鋼板の磁束密度を高く
することに努力が傾注されてきた。

【０００４】ところで、一方向性電磁鋼板は、熱間圧延
と冷間圧延と焼鈍の適切な組み合わせによって最終板厚
とされた鋼板を、仕上高温焼鈍することにより｛１１０
｝＜００１＞方位を有する一次再結晶粒が選択成長する
、所謂二次再結晶によって得られる。二次再結晶は、ａ
）二次再結晶前の鋼板中に微細な析出物、たとえばＭｎ
Ｓ，ＡｌＮ，ＭｎＳｅ等が存在すること、或はＳｎ，Ｓ
ｂ，Ｐ等の粒界存在型の元素が存在すること（インヒビ
ターと呼ばれる）、ｂ）適切な一次再結晶組織、たとえ
ば結晶粒が均一であること、或は｛１１０｝＜００１＞
方位粒が成長し易い集合組織であること、といった条件
が満足されるときに達成される。

【０００５】このような一方向性電磁鋼板の製造方法の
中で、特に高い磁束密度をもつ製品を得ることができる
製造技術として、田口、板倉によって特公昭４０−１５
６４４号公報に開示された、α→γ変態成分系の中で調
節されたＡｌＮをインヒビターとして活用し、さらに強
冷間圧延後の一次再結晶組織との併用を特徴とする技術
がある。この技術を改良したものに、冷間圧延における
パス間で鋼板を５０〜３５０℃の温度域に保持する過程
を含む製造技術（特公昭５４−１３８４６号公報参照）
がある。特開昭５０−３６９１９号公報では冷延前の焼
鈍冷却でγ相からの焼入れにより“硬い相”を形成させ
る必要性を提示しており、このγ相を確保するために鋼
中Ｃが必須になると考えられる。

【０００６】特公昭４０−１５６４４号公報に開示され
た技術における問題点は、製品の鉄損を低くするために
Ｓｉの含有量を多くすると、特公昭６１−６０８９６号
公報に記載されているように、製品に線状の二次再結晶
不良部が発生し、高い磁束密度をもつ製品を得ることが
できないということである。また、特開昭４８−５１８
５２号公報に開示されているように、前記特公昭４０−
１５６４４号公報に開示された技術においては、熱間圧
延中にα→γ変態が生じることが必須であるところから
Ｓｉの含有量を多くするほどＣ含有量を多くする必要が
あり、さらには高温での熱間圧延も必要になるため、Ｓ
ｉの含有量を多くすることに限界がある。このような課
題を解決する技術として、特公昭６１−６０８９６号公
報、特公昭６２−４５２８５号公報に開示された技術が
ある。又、特開昭５７−７９１１８号公報に開示された
技術では、良好な二次再結晶発現には一定以上のＣが必
要であり、その量はＳｉが増加するほど多くなるとして
いる。

【０００７】一方、特開昭５６−１３４３３号公報には
、珪素鋼板の冷間圧延性を向上させるために、鋼中Ｃを
０．０２％以下とすることが提案されている。この提案
においては、冷間圧延性向上の観点からＣは可及的に少
なくする必要があるとされ、０．００４％以下とするこ
とが推奨されている。前記のいずれの一方向性電磁鋼板
の製造技術も鋼中Ｓｉ量は高々４．８％である。一般に
広く知られているように、Ｓｉ量が約６．５％になると
製品の電気抵抗が高いため鉄損は極めて低減し、さらに
磁歪がほぼゼロになるため騒音発生量が急激し、優れた
磁気特性を示すようになる。６．５％Ｓｉ含有一方向性
電磁鋼板は次世代材料として期待されているにもかかわ
らず、その製造技術に関する開示はほとんどない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来二次再
結晶困難と考えられていた高Ｓｉ含有鋼について、高い
配向度で二次再結晶させる技術と、極めて脆いために冷
延し難い高Ｓｉ含有鋼を冷延する技術を両立させて、初
めて６．５％といった高Ｓｉ含有一方向性電磁鋼板を製
造する方法を提供することを目的とするものである。本
発明により、６．５％Ｓｉといった高いＳｉ含有量によ
って優れた磁気特性を持つ究極の一方向性電磁鋼板を製
造することが可能となる。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは以下のとおりである。 （１）　　重量で、Ｃ：０．０２６％以下，Ｓｉ：４．
５〜７．１％，Ｓ：０．０１４％以下，酸可溶性Ａｌ：
０．０１３〜０．０５５％，ｔｏｔａｌＮ：０．００９
５％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる超高
珪素熱延鋼板を熱延方向から１８〜３５°傾けた方向に
冷延し、脱炭焼鈍し、次いで焼鈍分離剤を塗布し、二次
再結晶を目的とする仕上高温焼鈍を施すとともに、前記
脱炭焼鈍から仕上高温焼鈍工程における二次再結晶開始
までの何れかの過程で窒化処理を施して増窒することを
特徴とする超高珪素一方向性電磁鋼板の製造方法。

【００１０】（２）　　冷延に先立って、８００〜１１
００℃の温度で焼鈍する前項１記載の超高珪素一方向性
電磁鋼板の製造方法。 （３）　　冷延を１２０〜３８０℃の温度範囲で行う前
項１または２記載の超高珪素一方向性電磁鋼板の製造方
法。以下、本発明を詳細に説明する。

【００１１】本発明を特徴づける基本構成要件は、特公
昭６２−４５２８５号に開示された二次再結晶に必要な
インヒビターの形成方法として、最終冷延後の脱炭焼鈍
工程或はその後の追加焼鈍工程または二次再結晶と鋼の
純化を目的とする仕上高温焼鈍工程における二次再結晶
発現前の昇温過程の何れかにおいて、鋼板に窒化処理を
施すことにより（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ析出物を存在させるこ
とを基盤にし、鋼板の冷延を可能ならしめるために鋼中
Ｃを低減させ、しかもこの低Ｃ量でも高い配向度を得る
ことができる新しい冷延方法を提案するものであり、こ
れら各条件の有機的組み合わせにより、本発明の目的は
達成された。

【００１２】本発明者はＳｉ：６．５５％，Ｓ：０．０
０６％，酸可溶性Ａｌ：０．０３２％，ｔｏｔａｌＮ：
０．００７２％を含有する溶鋼を分注によってＣをそれ
ぞれ０．００２％，０．０１３％，０．０２９％，０．
０５７％に調整し、４個のスラブにした。このスラブを
１２００℃に加熱した後、熱間圧延して１．８ｍｍ厚さ
の熱延板とし、次いで１０００℃×２ｍｉｎの焼鈍を行
い、冷延方向を熱延方向から一定値だけ傾けて冷延し、
８００℃で脱炭焼鈍し、アンモニア含有雰囲気中で０．
０２００％Ｎまで窒化し、ＭｇＯを塗布後、１２００℃
×１０ｈｒの仕上高温焼鈍を施した。なお、鋼中Ｃ量が
多くなると冷延破断が多くなるので、高Ｃ鋼板ほど高い
温度で冷延を行った。０．００２％Ｃ材は１２０℃，０
．０１３％Ｃ材は１８０℃，０．０２９％Ｃ材は２５０
℃，０．０５７％Ｃ材は３５０℃で冷延を行った。この
成品の冷延方向の磁束密度（Ｂ８　）を図１に示した。 ０．０５７％Ｃ材では、冷延方向を熱延方向から傾けて
もＢ８　が向上しないが、それ以下のＣ量では２８°前
後の適当量だけ傾けるとＢ８　は向上し、Ｃ量が少ない
ほど向上量の大きいことがわかる。一次再結晶後（脱炭
焼鈍後）の集合組織を調査すると、鋼中Ｃ量が少なくな
るほど二次再結晶の核となるゴス方位量が減少するが、
冷延方向を適当量だけ傾けて圧延した場合、このゴス方
位量の増加することかわかった。

【００１３】以下に本発明の構成要件を説明する。本発
明において用いる溶鋼は、その溶製方法を限定されない
。成分含有量が次の範囲内であることが必要である。 Ｓｉは本発明の目標が、磁歪の最小となる略６．５％Ｓ
ｉ鉄を工業的に製造し得るプロセスの確立にあることに
鑑み、６．５％Ｓｉを中心として若干の幅をもつ範囲で
あればよい。Ｓｉ含有量の下限は、従来市販されていな
い範囲で４．５％とし、可及的に６．５％に近い値であ
ることが本発明の目的に合う。Ｓｉ含有量の上限は７．
１％である。Ｓｉを７．１％を超えて含有せしめると、
冷延性が極度に劣化し、得られる製品の磁気特性もむし
ろよくない。

【００１４】Ｃ量は少なくなるほど、本発明の最大特徴
である冷延方向を熱延方向から傾けることによるＢ８　
向上効果が大となる。しかし、得られる最大Ｂ８　は０
．０１２％Ｃ前後である。０．０１２％Ｃではγ相のな
いα単相であるので、いわゆる“硬い相”によるＢ８　
向上ではなく、α相中にある固溶Ｃ、あるいは微細炭化
物の寄与によりＢ８　が向上したものと思われる。Ｃ量
が多くなりγ相の出現する量以上になると冷延方向を傾
けることによるＢ８　向上効果がなくなる。以上のＢ８
　に対する影響とは別に、Ｃ含有量が多くなると冷延性
が劣化する。 ０．０２６％を超えると破断なしで圧延するに必要な温
度が高くなり過ぎ、従来から行われている一般的冷延技
術で対応できず、さらにはＢ８　も劣化する傾向にある
ので、０．０２６％以下とした。

【００１５】Ｓ含有量が０．０１４％を超えると、圧延
方向に並ぶ線状の二次再結晶不良部が発生する。酸可溶
性Ａｌは二次再結晶発現に必須であるインヒビターを形
成するために、その含有量を０．０１３〜０．０５５％
と限定した。ｔｏｔａｌＮは、これが多くなると鋼板表
面にブリスターと呼ばれる脹れ状欠陥が発生し易く、０
．００９５％を超えるとその発生頻度が著しく高くなり
製品とならない。

【００１６】前記の成分範囲にあるスラブを熱間圧延し
、熱延板とする。その際、スラブ加熱温度が高くなり過
ぎると、製品の磁束密度（Ｂ８　値）が劣化し始めるの
みならず、加熱エネルギの多量消費、加熱炉補修頻度が
高くなりメインテナンスコストを上昇せしめるとともに
設備稼動率を低下せしめることに起因する作業コストの
上昇を招く。スラブ加熱温度が１２７０℃以下であれば
、加熱時のスラブのたわみやノロ（滓）の発生もなく、
作業コストを上昇せしめることもない。また、本発明に
おいては、溶鋼を２．３ｍｍ前後の薄帯に鋳造すること
によって熱間圧延を省略する製造プロセスを採ることも
できる。

【００１７】熱延板或は鋳造薄帯を８００〜１１００℃
の温度域で焼鈍することによって、高い磁束密度（Ｂ８
　値）をもつ製品を得ることができる。この焼鈍は、低
温度の場合には時間を長く、高温度の場合には短時間と
する。この焼鈍によって製品の磁束密度を高くすること
ができるけれども製造コストを上昇せしめるから、必要
とする製品磁気特性によってその採否を決めればよい。

【００１８】次いで、材料に冷延を施す。熱延方向から
の冷延方向の傾き角が小さいと、Ｂ８　は向上しない、
そして大きすぎるとＢ８　はむしろ減少する。熱延方向
に対し、右方向に傾けることと左方向に傾けることは等
価であり、最終板厚まで冷延するのに右だけの傾きで、
又は左だけの傾きで、さらには両方の組み合わせでもＢ
８　向上効果は同じである。なお、この二次再結晶後の
結晶粒は、その冷延方向に＜００１＞軸を持つ、いわゆ
るゴス方位を持っている。冷延における圧下率を７０〜
９０％の範囲とすることによって、高Ｂ８　を持つ製品
とすることができ、８５％前後の圧下率のときに最高の
Ｂ８　となる。冷延温度が低いと材料に“割れ”が発生
し易く、高くなり過ぎると従来から行われている一般的
冷延技術に加え、例えば圧延潤滑剤の耐熱性、圧延温度
を確保するための新規設備の設置、板温度の幅方向、長
手方向の変動に伴なう板厚制御の困難さ、等の問題があ
ること、さらにはＢ８　を劣化させること、等から１２
０〜３８０℃の範囲内の圧延が推賞される。

【００１９】得られた冷延板に、一次再結晶と鋼中のＣ
を減少させることを目的として，湿水素雰囲気中で脱炭
焼鈍を施す。脱炭焼鈍後、材料に焼鈍分離剤を塗布する
。然る後、二次再結晶と鋼の純化を目的とする仕上高温
焼鈍を材料に施す。本発明にあっては、脱炭焼鈍後の鋼
板（ストリップ）を窒化能のある雰囲気中で短時間焼鈍
する方法或は仕上高温焼鈍工程の昇温過程における二次
再結晶開始までの間に鋼板を窒化処理する方法の何れか
一方または双方を組み合わせることによって、二次再結
晶に必要な窒化物（インヒビター）を形成することを必
須とする。なお、後者の方法によって窒化物（インヒビ
ター）を形成する場合、仕上高温焼鈍がストリップコイ
ルの形態でなされる場合が多く、仕上高温焼鈍工程で焼
鈍雰囲気からの窒化は均一さ等の点で問題がありでき難
いので、焼鈍分離剤に窒化能のある化合物を添加するこ
とが均一な窒化のために有効である。

【００２０】

【実施例】（実施例１） Ｃ：０．０１２％，Ｓｉ：６．５３％，Ｓ：０．００６
％，酸可溶性Ａｌ：０．０３３％，ｔｏｔａｌＮ：０．
００７８％，残部：Ｆｅを含むスラブを１２００℃に加
熱後、１．８ｍｍ厚の熱延板とし、１０００℃×２ｍｉ
ｎ　の焼鈍後、０．３５ｍｍ厚まで■熱延方向、■熱延
方向から２８°傾けた方向、■熱延方向から４０°傾け
た方向、に冷延し、これを湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍し
、アンモニア雰囲気中で約１００ｐｐｍ　の増Ｎ処理焼
鈍を行い、５％窒化フェロマンガンを添加したＭｇＯを
塗布し、二次再結晶と鋼の純化を目的とした１２００℃
×１０ｈｒの仕上高温焼鈍を行った。この成品について
６ｃｍ幅×３０ｃｍ長の試片を各５枚だけ採り、冷延方
向のＢ８　を測定した。

【００２１】

【表１】

【００２２】本発明範囲内である傾き角度２８°の場合
、良好なＢ８　の得られることがわかる。 （実施例２） 実施例１の熱延板を１０００℃×２ｍｉｎ　の焼鈍後、
０．３５ｍｍ厚まで熱延方向から２８°傾けた方向に冷
延し、これを湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍し、■７２０℃
のアンモニア含有雰囲気中で０．０２２％Ｎまで窒化後
にＭｇＯを塗布、■窒化フェロマンガンを７％だけ含ん
だＭｇＯを塗布、■ＭｇＯを塗布、その後１２００℃×
１０ｈｒの仕上高温焼鈍を行った。この成品について６
ｃｍ幅×３０ｃｍ長の試片を各５枚だけ採り、冷延方向
のＢ８　を測定した。

【００２３】

【表２】

【００２４】窒化処理しないものは二次再結晶発現が不
良であるのに対し、窒化処理したものはいずれの方法に
ついても良好なＢ８　が得られた。 （実施例３） 実施例１の熱延板について、１０００℃×２ｍｉｎ　の
焼鈍後、０．３５ｍｍ厚まで熱延方向から２８°傾けた
方向に冷延した。この時の冷延方法として、■熱延方向
から左側に２８°傾けて冷延、■熱延方向から右側２８
°傾けて冷延、■熱延方向から左側と右側に１／２ずつ
等圧下量で冷延、の３種類を行った。これを湿水素雰囲
気中で脱炭焼鈍し、７２０℃のアンモニア含有雰囲気中
で、０．０２１％Ｎまで窒化し、ＭｇＯを塗布後、１２
００℃×１０ｈｒの仕上高温焼鈍を行った。この成品に
ついて、６ｃｍ幅×３０ｃｍ長の試片を各５枚だけ採り
、冷延方向のＢ８　を測定した。

【００２５】

【表３】

【００２６】冷延方向の角度が一定であれば、その方向
が熱延方向の左側、あるいは右側のいずれについても、
さらには左側と右側に等分して圧下しても、同一のＢ８
　が得られることがわかる。 （実施例４） Ｓｉ：６．５３％，Ｓ：０．００６％，酸可溶性Ａｌ：
０．０３２％，ｔｏｔａｌＮ：０．００７０％を含有す
る溶鋼を分注し、Ｃをそれぞれ０．００３％，０．０１
２％，０．０４７％に調整し、３個のスラブとした。こ
れを１２００℃に加熱後、１．８ｍｍ厚の熱延板とし、
１０００℃×２ｍｉｎ　の焼鈍を行い、冷延により熱延
方向から２８°傾けて圧延し、０．３５ｍｍ厚の板とし
た。この冷延の温度は８０℃、２２０℃、４００℃で行
った。これを湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍し、７２０℃の
アンモニア含有雰囲気中で０．０２２％まで窒化し、Ｍ
ｇＯを塗布後、１２００℃×１０ｈｒの仕上高温焼鈍を
行った。この成品について６ｃｍ幅×３０ｃｍ長の試片
を各５枚だけ採り、冷延方向のＢ８　を測定した。

【００２７】

【表４】

【００２８】鋼中Ｃが本発明範囲内の０．００３％と０
．０１２％のものは、いずれの圧延温度でも圧延は可能
であったが、８０℃のものは鋼板端部に耳割れが発生し
、歩留りが劣化し、４００℃のものはＢ８　が劣化傾向
にあり、２２０℃の場合は冷延割れ状況、Ｂ８　共に最
も良好であった。鋼中Ｃが０．０４７％のものは、圧延
温度８０℃、２２０℃では破断のため冷延不能であり、
４００℃ではＢ８　が悪い。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、磁気特性、わけても鉄
損が極めて低く、かつ磁歪がなく、透磁率の高い６．５
％Ｓｉ前後の超高Ｓｉ含有の一方向性電磁鋼板を製造で
き、エネルギー損失が少なく騒音の小さい変圧器等を供
給できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷延方向磁束密度Ｂ８　（Ｔ）に及ぼす熱延方
向からの冷延方向の傾き角と鋼中Ｃの影響を示す図であ
る。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量で、Ｃ：０．０２６％以下，Ｓｉ
   ：４．５〜７．１％，Ｓ：０．０１４％以下，酸可溶性
   Ａｌ：０．０１３〜０．０５５％，ｔｏｔａｌＮ：０．
   ００９５％以下、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からな
   る超高珪素熱延鋼板を熱延方向から１８〜３５°傾けた
   方向に冷延し、脱炭焼鈍し、次いで焼鈍分離剤を塗布し
   、二次再結晶を目的とする仕上高温焼鈍を施すとともに
   、前記脱炭焼鈍から仕上高温焼鈍工程における二次再結
   晶開始までの何れかの過程で窒化処理を施して増窒する
   ことを特徴とする超高珪素一方向性電磁鋼板の製造方法
   。
2. 【請求項２】　　冷延に先立って、８００〜１１００℃
   の温度で焼鈍する請求項１記載の超高珪素一方向性電磁
   鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】　　冷延を１２０〜３８０℃の温度範囲で
   行う請求項１または２記載の超高珪素一方向性電磁鋼板
   の製造方法。