JPH06104865B2

JPH06104865B2 - 無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH06104865B2
Application number: JP62211593A
Authority: JP
Inventors: 裕義屋鋪; 輝雄金子
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-08-26
Filing date: 1987-08-26
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: JPS6455338A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、電動機や発電機等の回転機器用の鉄心材料
として特に優れた適性を示す無方向性電磁鋼板の製造方
法に関する。

〔従来の技術〕

省エネルギーは分野を問わず重要な課題である。電気機
器分野においても近年、電力消費量の節減が叫ばれ、機
器特性の向上、機器の小型化等の要求がますます高まっ
てきている。

無方向性電磁鋼板は、主に変圧器、安定器等の静止機器
や電動機、発電機等の回転機器の鉄心材料として用いら
れるが、このような機器の特性向上、小型化等の要求に
対処するには、低鉄損でかつ磁束密度の高いことが求め
られる。

この場合、静止機器用の無方向性電磁鋼板については、
磁化方向が限定されることから、機器性能上磁気特性に
異方性（方向性）があっても問題なく、むしろ異方性の
ある方が有利な場合もあり得るが、回転機器用について
は板面のあらゆる方向に磁化されることから、磁気特性
の異方性は極めて小さくなければならない。無方向性電
磁鋼板はその名のとおり方向にかかわりなく一定の性能
をもつものを言うが、実際の無方向性電磁鋼板をみる
と、少なからず異方性を有しているのが普通である。し
たがって、回転機器鉄心向けの無方向性電磁鋼板として
は、磁気特性の異方性が少なく、板面のあらゆる方向の
平均値としての磁気特性が低鉄損、高磁束密度であるこ
とが求められるのである。

ここで、鉄損、磁束密度の測定は、無方向性電磁鋼板の
場合、通常はJIS−Ｃ−2550に定められているように、
圧延方向と圧延直角方向とからエプスタンイン試料を採
取して行われるが、この方法では回転機器のような板面
のあらゆる方向に磁化される機器の鉄心の性能を正当に
評価することができない。回転機器を対象とした場合に
は、その励磁状態に近いリング試料での磁気特性の評価
が適切であり、この試験法で良好な特性が得られること
が重要である。

無方向性電磁鋼板の製造法としては、一回冷延法と呼ば
れる方法が最も一般的である。これは、熱間圧延鋼帯を
70〜80％程度の圧下率で一回冷間圧延し、その後焼鈍を
行うものである。この場合、圧延方向と圧延直角方向と
からエプスタイン試料を採取して測定するJISの試験法
では良好な特性が得られても、異方性が大きいためリン
グ試料により測定した場合には必ずしも良好な特性が得
られないことが多かった。

このようなことから近年、リング試料で測定しても良好
な鉄損と磁束密度が得られる、板面無方向に磁気特性の
良好な無方向性電磁鋼板の開発が進められるようにな
り、その製造法につき提案が出されている。

例えば、特開昭59−123715号においては、熱間圧延後の
巻取温度を700〜900℃にして結晶粒度番号４以下とし、
さらに冷間圧延の圧下率を85％以上とする方法が提案さ
れている。また、特開昭59−104429号公報および特開昭
60−125325号公報においては、熱延終了温度600〜700℃
と冷間圧延圧下率75〜85％の組合せによる方法が提案さ
れている。しかしながら、いずれの方法も問題がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者の方法は、後述するように主に成分面での配慮が不
足していることから、熱延板の粒径を安定的に粗大化す
ることが難しく、必ずしも良好な磁気特性が得られてい
ない。

後者の方法は600〜700℃という低温条件下で熱間圧延を
行うことが必要であるが、このような低温での熱間圧延
は、現状の熱間圧延機ではミルパワーの観点から実現す
るのが難しい。

上記に鑑み本発明は、低温熱延を行うことなく、板面無
方向に鉄損、磁束密度がともにすぐれた無方向性電磁鋼
板を安定して製造することができる方法の提供を目的と
する。

〔問題点を解決するための手段〕

一般に無方向性電磁鋼板において、異方性をもつことな
く板面無方向に磁気特性を高めるには、例えば特開昭59
−123715号公報に示されるように熱間圧延後の巻取温度
を700〜950℃とし、熱延板の粒径を粗大化させ、85％以
上の高圧下率で冷間圧延を行う方法が有効である。しか
し、この方法では安定した特性は得られず、しかも特性
の改善は大きなものではない。この原因の一つには熱延
板の粒径粗大化が安定してできないことが関係している
ものと考えられる。

そこで本発明者らは、熱延板で安定して粗大粒が得られ
る方法を中心に、とくに素材鋼成分の面から種々実験、
検討を行った結果、次のことを知見した素材中のMnとＳをそれぞれ特定量以下に制限し、熱延板
を焼鈍することにより効果的に粗大粒が得られる。な
お、この場合、熱間圧延の圧延終了温度はフェライト領
域温度とし、巻取温度は600℃以下とすることが条件と
なる。そして、この後700〜1000℃の焼鈍で熱延板を完
全に再結晶させ、かつ粒径を粗大化する。このようにし
て粒径を粗大化した熱延板を85％以上の圧下率の冷間圧
延を実施することで、板面無方向に安定して良好な磁気
特性が得られる。

本発明は以上の知見に基づくものであって、C0.005％以
下、Si4.0％以下、Mn0.20％以下、P0.200％以下、S0.00
6％以下、Sol.Al0.002％未満または0.150〜1.0％を含有
し、残部Feおよび可避的不純物よりなる鋼素材、あるい
は更にP0.050〜0.200％を含有する鋼素材を、圧延終了
温度を700℃以上のフェライト域内の温度として熱間圧
延し、続いて600℃以下の温度で巻取りを行い、次いで
脱スケールの前または後に700〜1000℃の温度で焼鈍を
行い、更に85％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼
鈍を実施することを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造
方法を要旨とする。

〔作用〕

第１図は、ベース成分として、おおよそC0.003％、Si1.
0％、P0.015％、Sol.Al0.250％でＳが0.002％と0.010％
の２水準においてMn量を0.05〜0.55％の範囲で種々に変
化させた鋼素材に対し、フェライト領域温度（800℃）
を圧延終了温度として熱間圧延を行って板厚を4.5mmと
し、その後530℃で巻取りを行い、次いで950℃で30秒の
連続焼鈍とそれに続く酸洗による脱スケールを行った
後、圧下率90％で0.5mmまで冷間圧延し、その後850℃で
20秒の連続焼鈍を実施し、こうして得たものについてリ
ング試料による磁気特性を調査した結果である。

Ｓが0.010％の場合には鉄損がMnの低下にともなって急
激に増加するが、Ｓが0.002％と低い場合には、Mnが低
下しても鉄損は増加しない。しかも磁束密度はMnの低下
にともなって高くなっており、特にMnが0.2％以下でそ
の傾向が著しい。つまり、低Mn、低Ｓ化により板面無方
向に低鉄損、高磁束密度化するのである。

低Mn、低Ｓ化により板面無方向に低鉄損、高磁束密度化
する明確な理由は明らかでない点もあるが、鋼板の清浄
度の向上、熱延板粒径の粗大化および高冷延圧下率の組
合せが、最終の焼鈍時に磁気特性に有利な集合組織を形
成したためと考えられる。

なお鋼中Mnは、従来においてはＳによる鋼の熱間脆性を
抑制するために必要であり、更に鋼中介在物MnSの粗大
化のためにも必要であるとされ、少なくとも0.2％は添
加されるのが通例であった。

本発明ではこのMnを0.2％以下に規制するが、一方でＳ
を0.006％以下に制限しているので、熱間脆性および粒
成長とも実際上問題とならない。

以下、本発明の方法を具体的説明、実施例の順で詳述す
る。

〔具体的説明〕

〇まず使用する鋼素材の成分限定理由は次のとおりであ
る。

C:Cは鉄損低下の観点から、少ない方がよい。Ｃが0.005
％をこえると磁気時効による鉄損増加がとくに顕著とな
ることから、0.005％を上限とした。なお、下限につい
てはＣは少ないほど好ましいので、とくに限定しない。

Si:Siは固有抵抗を増加させ、鉄損低下に有効に寄与す
る元素であるが、4.0％をこえると鋼帯が脆くなって冷
間圧延時に板割れ等の問題を生じることから4.0％以下
とし、この範囲内で用途に応じ適宜定められる。磁束密
度及び鉄損の点から、より好ましい範囲は大略0.1〜１
％である。

Mn:本発明において最も重要な意味をもつ元素である。
先に述べたとおり従来はＳによる熱間脆性の防止および
MnSの粗大化の観点から0.2％をこえて添加するのが普通
であったが、本発明では0.2％以下にする。

低Ｓの条件の下において、Mn量を0.2％以下にすれば、
前出第１図で説明したようにリング試料においても、低
鉄損ときわめて高い磁束密度が実現されるのである。Mn
0.2％ごえでは、第１図に明らかなようにとくに磁束密
度が低下を来すことになる。このようなことから本発明
では、Mnの上限を0.2％とした。

なお、Mnの下限については熱間脆性の観点からMn/Sで10
以上が望ましいが、とくに規定しない。

P:Pは磁気特性を悪化させずに硬度を上昇させ打抜性を
改善することができる元素で、必要により添加される。
Si量が低いと、鋼の硬度は低くなりがちであるが、Ｐの
添加はこのような場合に有効である。

Ｐの硬度上昇の効果は、少なくも0.050％含有されない
と発現しない。ただし、0.200％をこえると鋼板が脆化
し、冷延破断を生じやすくなる。よって、Ｐを積極添加
する場合、添加量は0.050〜0.200％の範囲とする必要が
ある。

なお、Ｐは不可避的不純物レベル（0.050％未満、通常
は0.001〜0.030％）の量でも、硬度上昇がないだけで、
とくに問題を生じることはない。

S:Mnとの間でMnSを形成し、焼鈍時の粒成長を妨げ、鉄
損の低下を阻む方向に作用するとともに、多量に存在す
ると熱間脆性を惹起する。また、熱延鋼板の再結晶、粒
成長の促進上、有害である。このような悪影響は本発明
が対象とするような低Mn鋼において特に著しく、このこ
とからＳ量の管理は特に厳しくすることが求められる。

このような観点からＳは0.006％以下とした。このS0.00
6％以下は、現在の清浄鋼の溶製技術では、十分に可能
なレベルである。

なおＳについては、特性上下限の規定は不要である。た
だし実際には、製鋼技術、経済性の面から実施可能な範
囲は自ずと決まる。

Sol.Al:AlはSiと同様固有抵抗を増加させ鉄損低下に寄
与する元素であるが、その一方でAlNを形成し焼鈍時の
粒成長性を悪化させ鉄損を高める方向に作用する。ただ
し、この好ましくない作用は、添加量を多くしてAlNを
粗大化してやれば取除かれる。鉄損に対する有効性を引
き出しかつAlNによる悪影響を排除するには、0.150％以
上の添加が必要である。しかし１％をこえる添加は磁束
密度の低下を来す。

また、Alの添加は特性上必ずしも必要ではない。鉄損に
対する有効性を放棄するなら、AlNによる悪影響を取除
くのに、Al量を低レベルに制限するのも一つの方法であ
り、この場合は許容量を0.002％以下にすべきである。

以上のことから、Sol.Al量は0.150〜１％または0.002％
未満の範囲とした。

〇次に、製造プロセスについて述べる。

上記のような成分の素材鋼は常法に従って転炉等で溶製
され、まず連続鋳造または造塊−分塊圧延を経てスラブ
とされる。

次いでこのスラブを熱間圧延し、その後巻取りを行い、
脱スケールの前または後に焼鈍を行い、冷間圧延を施し
て、焼鈍を実施する。

熱間圧延以降の各工程について以下に詳述する。

熱間圧延・巻取りこの工程は、圧延終了温度を700℃以上のフェライト領
域温度とし、巻取温度を600℃以下とすることを条件と
する。

本発明は既述したとおり、熱延板の焼鈍の段階で再結晶
および粒成長を促進させることにより磁気特性を向上さ
せるところに重要なポイントがある。熱延板の焼鈍時に
再結晶および粒成長を十分に促進させるためには熱間圧
延終了時に十分な歪が蓄積され、またその歪みエネルギ
ーが巻取りを経たあとまで解放されずに残っていなけれ
ばならない。熱間圧延は、このような観点から圧延終了
温度をフェライト域内の温度とし巻取りはできるだけ歪
エネルギーが開放されない低い温度とするのが良い。

この場合、圧延終了温度は、熱延板の焼鈍時の再結晶お
よび粒成長の意味からは、フェライト域内の温度とする
上限規定だけで十分であるが、現実には圧延終了温度が
700℃を下まわると、圧延負荷が大きくなりすぎ通常の
圧延機では操業が困難となる。

以上のことから圧延終了温度は700℃以上でかつフェラ
イト域内の温度とした。

また巻取温度については、600℃を越えた場合には、鋼
板の回復が進むとともに、再結晶も生じ始め、歪エネル
ギーが蓄積されず、その後の熱延板の焼鈍時の粒成長性
が悪くなる。したがって巻取温度の上限は600℃とし
た。下限に関しては、歪エネルギーの開放抑制という観
点から設ける必要はない。巻取温度は最近では、熱延ホ
ットランテーブル上での冷却能力の向上により、200℃
前後の温度も可能となっている。

熱延板の焼鈍この工程は、前記した熱間圧延・巻取りを経た熱延板を
再結晶および粒成長させるためのものである。

焼鈍のタイプとしては、箱焼鈍、連続焼鈍のいずれでも
採用できる。箱焼鈍の場合700〜950℃、連続焼鈍の場合
800〜1000℃が焼鈍温度の適正レンジである。焼鈍温度7
00〜1000℃の規定はこれに基く。

各適正レンジの下限値は、当該工程において再結晶を安
定して完了させるために必要な温度である。同じく上限
値は、性能改善の効果と設備費とのバランスという観点
から許容される限度の温度である。すなわち、本来焼鈍
温度は効果の点から高い方が有利であるが、上記上限値
をこえる温度に設定するには非常に高価な設備が必要と
なり、この場合設備費に見合うだけの性能改善が見込め
ないことになるのである。

脱スケール脱スケールは酸洗いで行う場合が多いが、種々の機械的
な脱スケール法、例えばショットブラストやロールベン
ダ等の組合せで行っても良い。脱スケールは熱延板の焼
鈍の前または後あるいは前後の両方で実施してもよい。

冷間圧延冷間圧延の圧下率は本発明の重要な条件の一つであり、
85％以上とする必要がある。このような高圧下率の冷間
圧延を行うことにより、製品での磁気特性の板面内異方
性が減少する。上限はもっぱら操業上の規制から決めら
れるので設定しない。最も一般的な板厚の0.5mmの製品
の場合、95％の圧下率では熱延板板厚が10mmにもなり、
これ以上の圧下率は実質上不可能と言える。

冷延後の焼鈍この焼鈍は、上記冷延後の加工組織を再結晶させるとと
もに、硬度調整等も目的とし、連続焼鈍が普通である。

無方向性電磁鋼板には、所定の磁気特性を付与して出荷
されるフルプロセス品と、出荷後ユーザー側で打ち抜き
等の加工後に歪取焼鈍（750℃×2h程度）を施されて所
定の磁気特性を保有するに至るセミプロセス品とがあ
る。

なおフルプロセス品の場合も、当然ユーザー側において
歪取焼鈍が施されることもあり、フルプロセス品として
は、出荷時はもとより、ユーザー側での歪取焼鈍実施時
にも規定の磁気特性を示すことが要求される。

本発明はこのようなフルプロセス品、セミプロセス品の
両方を対象とするものであるが、冷延後の焼鈍は一般
に、フルプロセス品では650〜1000℃×５秒以上程度、
セミプロセス品の場合600〜800℃×５秒以上程度とさ
れ、本発明の場合にもこれに準ずる条件としてよい。

なお、電磁鋼板を製造する場合、通常はさらに絶縁コー
ティングを付与する工程が入ってくるが、本発明の場合
にも、製造の最終工程としてコーティングの工程を追加
することは可能であり、本発明はこのようなケースをも
含むものとする。

〔実施例〕

〇実施例１第１表に示す各成分組成の鋼を転炉で溶製し、これを連
続鋳造により鋳片となし、続いて熱間圧延、熱延板焼
鈍、冷間圧延、連続焼鈍を行った。製造条件を第１表に
示す。

各供試鋼のAr₁変態点は850℃以上であり、全ケースとも
フェライト域内の温度で熱間圧延を終了している。

こうして得た各供試鋼板について、外径が80mm、内径が
60mmの打ち抜きリング試験片を採取して、磁気特性を調
査した。結果を第１表の右欄に示す。

No.1、２は本発明範囲内の成分系のものについて、巻取
温度の差をみたものであるが、本発明範囲より高目の巻
取温度で製造されたNo.2は本発明条件で製造されたNo.1
と比べて鉄損、磁束密度とも悪い。

No.3〜７はＳ量の影響をみたもので、本発明範囲より高
目のNo.7は磁気特性が悪い。またNo.8はNo.4、５と同一
の条件で製造されたものであるが、高Al添加によりNo.
4、５より良好な鉄損を示す。

No.9〜13は第１図に磁気特性結果を示す試験材で、Mnが
本発明範囲外のNo.11〜13は本発明範囲内のNo.9、10と
比べて磁気特性が悪い。

No.14、15は冷延圧下率の影響をみたものである。圧下
率が本発明範囲より低いNo.14は本発明範囲内のNo.15と
比べて磁気特性が劣る。この比較はリング試料によるも
ので特性差はわずかであるが、第２表に示すように一般
に行われるエプスタイン試片（幅30mm×長さ280mm）で
の磁束密度の測定では、No.14のほうが方向による磁束
密度の変動がはるかに大きい。

〔発明の効果〕以上の説明から明らかなように本発明の方法は、板面無
方向に低鉄損でかつ磁束密度の高い、すぐれた磁気特性
の無方向性電磁鋼板を製造することが可能であり、しか
も従来技術のように実際上困難な低温での熱間圧延を必
要とせず、操業上通常の設備で問題を生じることがな
い。

したがって本発明は、電動機や発電機等の回転機器用の
鉄心材料向け無方向性電磁鋼板の性能向上等として、実
用上きわめて有意義な発明ということができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は低Ｓ条件下におけるMn量と磁気特性との関係を
示すプロット図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】C0.005％以下、Si4.0％以下、Mn0.20％以
下、S0.006％以下、Sol.Al0.002％未満を含有し、残部
はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼素材、あるいは更
にP0.050〜0.200％を含有する鋼素材を、圧延終了温度
を700℃以上のフェライト域内の温度として熱間圧延
し、続いて600℃以下の温度で巻取りを行い、次いで脱
スケールの前または後に700〜1000℃の温度で焼鈍を行
い、更に85％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍
を施すことを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】C0.005％以下、Si4.0％以下、Mn0.20％以
下、S0.006％以下、Sol.Al0.150〜1.0％を含有し、残部
はFeおよび不可避的不純物よりなる鋼素材、あるいは更
にP0.050〜0.20％を含有する鋼素材を、圧延終了温度を
700℃以上のフェライト域内の温度として熱間圧延し、
続いて600℃以下の温度で巻取りを行い、次いで脱スケ
ールの前または後に700〜1000℃の温度で焼鈍を行い、
更に85％以上の圧下率で冷間圧延を行った後、焼鈍を施
すことを特徴とする磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の
製造方法。