JPH06145805A - 磁気特性の優れた一方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 一方向性けい素鋼板の製造方法において、冷
間圧延の際、熱間圧延の圧延方向から１〜45°傾けた方
向に圧下率25％以上で圧延する。 【効果】 熱延板中心層に存在する＜０１１＞軸方位を
持つ延伸粒の破壊・再結晶化を促進し、一次再結晶集合
組織が改善されて、優れた磁気特性が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一方向性けい素鋼板
の製造方法に関し、特に冷間圧延に創意工夫を加えるこ
とによって、一次再結晶集合組織を効果的に改善し、磁
気特性の有利な向上を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性けい素鋼板は、主として変圧器
及びその他の電気機器の鉄心材料として、いわゆる積み
鉄心又は巻鉄心として使用されるものである。近年、省
エネルギー、省資源あるいは生活環境改善への強い要請
から、変圧器等の電気機器は電力損失低減・高効率化と
ともに、低騒音化が重要な要件になっていて、これに対
応して鉄心材料の一方向性けい素鋼板も一段と優れたも
のが要求されるようになってきた。

【０００３】この一方向性けい素鋼板は一般に、板厚が
薄く、電気的絶縁被膜が施されて積層使用の際の板の層
間を電気的に絶縁するといった、渦電流損失を低減する
方策が施されたものである。

【０００４】このような一方向性けい素鋼板のなかで
も、特に優れた磁気特性を有するものを製造するための
要件の一つは、その一連の製造工程のうち、いわゆる最
終仕上焼鈍によって一次再結晶粒から｛１１０｝＜００
１＞方位の結晶粒へ二次再結晶させることである。そこ
で、このような二次再結晶粒を効果的に促進させるため
の方策が以下に列挙するように種々に施されている。

【０００５】まず、周知のごとく、｛１１０｝＜００１
＞方位以外の一次再結晶粒の成長を抑制するインヒビタ
ーと称する分散相を必要とする。かかるインヒビターの
代表的なものには、MnＳ、MnSe、AlＮ及びＶＮのような
硫化物や窒化物等があり、鋼中への溶解度が極めて小さ
い物質が用いられている。

【０００６】また、このインヒビターに加えて、粒界偏
析型元素であるSb、Sn、Bi、Pb、Cu、Mo等を複合含有さ
せて上記インヒビターの補強に利用している。これらの
インヒビターの効果は、最終仕上焼鈍前までに均一かつ
適正なサイズにインヒビターを分散させることによって
達成される。このため、現状では、熱間圧延前にスラブ
を高温加熱して、インヒビター元素を十分に固溶させて
おき、熱延工程以降、二次再結晶までの工程で析出分散
状態を制御している。

【０００７】さらに、二次再結晶を完全に発達させるた
めには、上記インヒビターの存在とともに、最終焼鈍前
に｛１１０｝＜００１＞方位の二次再結晶粒が優先的に
核発生し、成長することのできる一次再結晶集合組織を
形成させておくことが極めて重要である。このような一
次再結晶集合組織は、一方向性けい素鋼板の複雑な製造
工程において、熱間圧延工程から冷間圧延・焼鈍工程に
至る製造条件を適切に組み合わせて得られるものであ
る。

【０００８】ところで、冷間圧延・焼鈍工程の素材とな
る熱延板は通常、図４(a) に熱延方向断面の組織写真
を、同図(b) に熱延板中心層の（２００）極点図を示す
ように、表層部が再結晶粒、中心部が延伸粒で構成され
る極めて不均一な組織である。しかも、中心部では再結
晶が困難な｛ｈｋｌ｝＜００１＞方位の強い集合組織を
呈している。したがって、このような冷延素材に１回冷
延法又は中間焼鈍を挟む２回冷延法を単純にあてはめて
処理しても、板幅方向あるいはコイルの長さ方向に均一
な磁気特性が得られないという問題があった。

【０００９】ここに、冷間圧延に工夫を加えることで磁
気特性の改善を図るものとして、例えば、圧下率に関す
るものが特開昭55-148724 号、特開昭59-126722 号、特
開昭61-104025 号、特開昭62-67115号及び特開昭63-137
123 号公報等にて提案、開示されている。しかしなが
ら、それらの圧下率を単純に適用するだけでは不均質な
素材からは均一な磁気特性を有する製品が得られない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、熱延板の
不均一な組織に由来した上述の問題点を有利に解決する
もので、鉄心材料に対する需要家の要請に応え、磁気特
性の優れたけい素鋼板を安価に、安定して製造すること
のできる一方向性けい素鋼板の製造方法を提案すること
を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】磁気特性の優れた一方向
性けい素鋼板を製造すべく、発明者らは一方向性けい素
鋼用の熱延板に施す冷間圧延の条件と、得られた冷延鋼
板の一次再結晶集合組織、磁気特性との対応について種
々検討していたところ、同一条件の熱延コイルから試験
片を採取しても、研究室で冷延・焼鈍処理を施した場合
と実操業で冷延・焼鈍処理を施した場合とでは、研究室
での場合が磁気特性に優れるという、顕著な相違が見ら
れることに気がついた。

【００１２】その原因について鋭意検討した結果、無張
力で冷間圧延を行う研究室での場合には、わずかに幅広
がりを生じ、このことが＜００１＞軸方位をもつ結晶粒
の破壊・再結晶化に有利に役立つことを見出した。そこ
から、冷間圧延に際し、熱延板の圧延方向から傾斜させ
た方向に、所定の冷延率で冷間圧延を施せば、磁気特性
に優れた一方向性けい素鋼板を製造することができるこ
との知見を得た。

【００１３】上記知見に立脚するこの発明は、含けい素
鋼スラブを加熱した後、熱間圧延を施し、その後１回又
は２回以上の冷間圧延を施して最終板厚に仕上げた後、
脱炭焼鈍を施し、次いで鋼板表面に焼鈍分離剤を塗布し
てから、仕上げ焼鈍を施す順次の工程にて一方向性けい
素鋼板を製造する方法において、上記冷間圧延の際、熱
間圧延の圧延方向から１〜45°傾けた方向に圧下率25％
以上で圧延することを特徴とする磁気特性の優れた一方
向性けい素鋼板の製造方法である。

【００１４】以下に、この発明を導いた実験を詳細に説
明する。 Ｃ：0.045 wt％、Si：3.35wt％、Mn：0.073 wt％、Se：
0.018 wt％、Sb：0.025 wt％、Mo：0.013 wt％含有する
板厚2.2 mmの熱延コイルから端部の非定常部を切り捨て
て実験用素材を準備した。

【００１５】次に、実操業のコイル圧延での幅広がりを
シミュレートする目的で、上記実験用素材から、熱延板
の圧延方向からの採取方向を０〜90°の範囲で変えた11
種類の試験片を切り出した後、これらの試験片に950
℃、１分間の熱延板焼鈍を施し、次いで一次冷間圧延を
施して板厚0.60mmとし、引き続き水素雰囲気中で1000
℃、１分間の中間焼鈍を施した後、二次冷間圧延を施し
て最終板厚0.23mmに仕上げた。引続き湿水素雰囲気中で
820 ℃、２分間の脱炭焼鈍を施した後、MgO を主成分と
する焼鈍分離剤を塗布し、水素雰囲気中で1180℃、５時
間の仕上げ焼鈍を施して一方向性けい素鋼板とした。

【００１６】かくして得られた鋼板の磁気特性について
調べた結果を図１に示す。図１から明らかなように、熱
延板の圧延方向から１〜９°、あるいは９〜45°傾けた
方向に冷間圧延（以下、斜め圧延と称する）を施した場
合に、１〜９°の範囲では磁束密度、９〜45°の範囲で
は鉄損特性がそれぞれ著しく向上することがわかった。

【００１７】図２には上述した斜め圧延の角度と中間焼
鈍板の集合組織との関係について調べた結果を示す。図
２から、斜め圧延を行うことにより、（２００）面成分
の減少、並びに（１１０）及び（２２２）面成分の増加
が認められる。

【００１８】上述のような斜め圧延による磁気特性向上
の機構は、まだ十分に解明されていないが、熱延板中心
層に存在する｛１００｝＜０１１＞に代表される再結晶
しにくい＜０１１＞軸方位持つ延伸粒が、冷延方向を熱
延方向から変えることによって歪蓄積が増大し、再結晶
が容易になって一次再結晶集合組織の改善に寄与するも
のと考えられる。

【００１９】次に、傾斜圧延の圧下率と磁気特性との関
係を調査した。実験素材は前述した実験と同一熱延コイ
ルであり、処理条件も冷延圧下率以外は同一条件で処理
した。なお、冷延方向は図１で磁気特性の向上効果が顕
著であった、熱延方向から４°，30°及び45°の３種類
を選択した。また、圧下率は板厚2.2 mmの熱延板ままか
ら一次冷延後の板厚0.60mmまでの０〜72.7％の範囲で調
査した。その結果を図３に示す。図３から、斜め圧延は
25％以上の圧下率が磁気特性向上に効果のあることがわ
かる。

【００２０】

【作用】上述した斜め圧延には、タンデムミル，リバー
スミル，クラスターミル等が適合する。またパス回数も
制限されないが、圧下率は前述したとおり25％以上が必
要である。斜め圧延には予め素材を所定の圧延方向にス
リットする方法や、熱延板焼鈍あるいは酸洗を施した
後、テレスコープ状に巻き取った後に行う方法も有効で
ある。

【００２１】この発明の出発材としての含けい素鋼スラ
ブは、公知の製鋼法にて溶製し、次いで鋼塊−分塊圧延
又は連続鋳造により製造する。このスラブの成分組成の
代表例を掲げると次のとおりである。すなわち、Ｃ：0.
025 〜0.10wt％、Si：2.5 〜4.0 wt％、Mn：0.03〜0.12
wt％を含む他、Ｓ，Se及びAlのうちから選ばれる一種又
は二種以上のインヒビター成分を合計で0.01〜0.15wt％
を含有するものである。

【００２２】Ｃ：0.025 〜0.10wt％ Ｃ量が0.025 wt％未満では途中工程における結晶組織を
均一にする効果が少なく、一方0.10wt％より多いと脱炭
焼鈍が困難となり、磁気特性を劣化させるので、0.025
〜0.10wt％の範囲内が好ましい。

【００２３】Si：2.5 〜4.0 wt％ Siは比抵抗を高め、渦流損を低下させるために必要であ
るが、2.5 wt％未満ではその添加効果に乏しく、一方、
4.0 wt％を超えると冷間圧延時にぜい性割れを起こし易
くなるので、2.5 〜4.0 wt％の範囲内が好ましい。

【００２４】Mn：0.03〜0.12wt％ Mnは熱間圧延中の割れを防止するために0.03wt％以上を
必要とする。しかしながら、0.12wt％を超えると磁気特
性を劣化させるので、0.03〜0.12wt％の範囲内が望まし
い。

【００２５】Ｓ，Se，Alのうちから選ばれる一種又は二
種以上の合計が0.01〜0.15wt％Ｓ，Se，Alはいずれも、
インヒビターとして有効に機能するが、単独使用又は併
用のいずれであっても0.010 wt％未満では完全な二次再
結晶粒が得られず、一方0.15wt％を超えると冷間圧延時
にぜい性割れを起こし易くなるばかりでなく、仕上げ焼
鈍でのＳ，Seの純化が不十分になるおそれがあるので、
0.010 〜0.15wt％の範囲内で添加するのが好ましい。

【００２６】インヒビターとしては、上記したＳ，Se，
Alの他、Cu，Sn，Sb，Ge，Mo，Te，Bi及びＰなども有利
に適合するのでそれぞれ少量を併せて含有させることも
できる。ここに上記成分の好適添加範囲はそれぞれ、C
u，Sn：0.01〜0.15wt％、Ge，Sb，Mo，Te，Bi：0.005
〜0.1 wt％、Ｐ：0.01〜0.2 wt％であり、これらの各イ
ンヒビター成分についても、単独使用及び複合使用いず
れもが可能である。

【００２７】なお、スラブは連続鋳造されたもの、もし
くはインゴットより分塊圧延されたものを対象とする
が、連続鋳造後に分塊再圧されたスラブも対象に含まれ
ることはいうまでもない。

【００２８】上記した成分組成範囲になるスラブは、ス
ラブ加熱によりインヒビターを固溶させる必要がある。
通常インヒビターの固溶処理には1250℃以上で、しかも
比較的低温では長時間の保持を、高温では短時間の保持
を行う。引続き熱間圧延を施して板厚1.4 〜3.5 mmの熱
延板にする。この熱延鋼帯を酸洗後、１回の冷間圧延又
は中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延で最終板厚とす
る。

【００２９】この冷間圧延に際し、熱延鋼帯の＜０１１
＞組織を効率的に破壊し、一次再結晶集合組織の改善を
図るために、熱延方向より１〜９°、又は９〜４５
°傾いた方向の斜め圧延を、圧下率２５％以上で施す。
冷間圧延に続く脱炭焼鈍、焼鈍分離剤塗布及び仕上げ焼
鈍の工程は、公知の手段を用いることができる。

【００３０】

【実施例】

実施例１ Ｃ：0.045 wt％、Si：3.32wt％、Mn：0.073 wt％、Se：
0.018 wt％、Sb：0.025 wt％及びMo：0.013 wt％を含有
し、残部は実質的にFeよりなる厚み215 mmのスラブに、
ガス炉加熱で1700℃、３時間の予熱処理を施し、引続き
誘導加熱炉で1430℃、30分間加熱し、熱間圧延を施して
板厚2.7 mm、幅1200mmの熱延鋼帯とした。この熱延鋼帯
に975 ℃、１分間の熱延板焼鈍を施し、酸洗後次の５種
類（Ａ〜Ｅ）のトリミングを行って冷延用コイルとし
た。

【００３１】Ａ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10
mm幅をトリミングし、巻き取った。 Ｂ：熱延方向から５°傾けて1000mm幅にトリミングし、
２ｍ長さに切断後25枚を溶接して50ｍコイルとした。 Ｃ：熱延方向から15°傾けて1000mm幅にトリミングし、
0.65ｍ長さに切断後80枚を溶接して52ｍコイルとした。 Ｄ：熱延方向から30°傾けて1000mm幅にトリミングし、
0.3 ｍ長さに切断後170枚を溶接して51ｍコイルとし
た。 Ｅ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10mm幅をトリミ
ングし、1180mm幅とした後、１ｍ長さに切断し、熱延方
向と直角方向に45枚を溶接して53ｍコイルとした。

【００３２】このＢ，Ｃ，Ｄ及びＥコイルの境界を明確
にマーキングしたのち、溶接にて１コイルにつなぎ合わ
せた。次いでこれらのコイルを一次冷間圧延により板厚
0.78mmとし、次に水素雰囲気中で950 ℃、１分間の中間
焼鈍を行った後、二次冷間圧延により板厚0.30mmの最終
板厚に仕上げた。引続き湿水素雰囲気中で820 ℃、３分
間の脱炭焼鈍を施した後、MgO を主成分とする焼鈍分離
剤を塗布し、次いで水素雰囲気中で1180℃、５時間の仕
上げ焼鈍を施して一方向性けい素鋼板とした。

【００３３】かくして得られた1000mm及び1180mm幅コイ
ルから両エッジ各々等分長さを除去した後、エプスタイ
ン試験片32枚を取り出して磁気特性及び板幅方向での二
次再結晶状況を調査した。その結果を表１に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から明らかなように、この発明に従っ
た冷間圧延を実施することにより磁気特性の改善と均一
化が図れる。

【００３６】実施例２ Ｃ：0.068 wt％、Si：3.15wt％、Mn：0.072 wt％、Se：
0.018 wt％、Sb：0.025 wt％、Al：0.025 wt％及びＮ：
0.0080wt％を含有し残部は実質的にFeよりなる厚み215
mmのスラブに、ガス炉加熱で1200℃、３時間の予熱処理
を施し、引続き誘導加熱炉で1410℃、30分間加熱した
後、熱間圧延を施して板厚2.2 mm、幅1200mmの熱延鋼帯
とした。この熱延鋼帯に酸洗を施し、次の４種類のトリ
ミングにより冷延用コイルとした。

【００３７】Ｆ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10
mm幅をトリミングし、巻き取った。 Ｇ：熱延方向から２°傾けて1000mm幅にトリミングし、
5.15ｍ長さに切断後20枚を溶接して103 ｍコイルとし
た。 Ｈ：熱延方向から20°傾けて1000mm幅にトリミングし、
0.49ｍ長さに切断後100枚を溶接し、49ｍコイルとし
た。 Ｉ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10mm幅をトリミ
ングし、1180mm幅とした後、１ｍ長さに切断し、熱延方
向と直角方向に45枚を溶接して53ｍコイルとした。

【００３８】このＧ，Ｈ及びＩコイルの境界を明確にマ
ーキングしたのち、溶接にて１コイルにした。次いでこ
れらのコイルを一次冷間圧延により板厚1.5 mm厚とし、
次に窒素雰囲気中で1100℃、１分間の中間焼鈍を施した
後、二次冷間圧延で板厚0.23mmの最終板厚に仕上げた。
引続き湿水素雰囲気中で840 ℃、２分間の脱炭焼鈍を施
した後、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、次い
で水素75％、窒素25％の混合ガス中で1200℃、５時間の
仕上げ焼鈍を施して一方向性けい素鋼板とした。

【００３９】かくして得られた1000mm及び1180mm幅コイ
ルから両エッジ各々等分長さを除去した後、エプスタイ
ン試験片32枚を取り出して磁気特性及び二次再結晶状況
を調査した。その結果を表２に示す。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２から明らかなように、この発明に従っ
て冷間圧延を実施することにより製品厚みの薄いもので
も効果のあることがわかる。

【００４２】実施例３ Ｃ：0.073 wt％、Si：3.25wt％、Mn：0.073 wt％、Se：
0.020 wt％、Sb：0.028 wt％、Al：0.027 wt％及びＮ：
0.0082wt％を含有し、残部は実質的にFeよりなる厚み21
5 mmのスラブに、ガス炉加熱で1180℃、2.5 時間の予熱
処理を施し、引続き誘導加熱炉で1410℃、25分間加熱し
た後、熱間圧延を施して板厚2.0 mm、幅1200mmの熱延鋼
帯とした。この熱延鋼帯に1100℃、２分間の熱延板焼鈍
を施し、酸洗後次の４種類のトリミングで冷延用コイル
とした。

【００４３】Ｊ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10
mm幅をトリミングし、巻き取った。 Ｋ：熱延方向から２°傾けて1000mm幅にトリミングし、
5.15ｍ長さに切断後20枚を溶接して103 ｍコイルとし
た。 Ｌ：熱延方向から20°傾けて1000mm幅にトリミングし、
0.49ｍ長さに切断後100枚を溶接し、49ｍコイルとし
た。 Ｍ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10mm幅をトリミ
ングし、1180mm幅とした後、１ｍ長さに切断し、熱延方
向と直角方向に45枚を溶接して53ｍコイルとした。

【００４４】このＫ，Ｌ及びＭコイルの境界を明確にマ
ーキングしたのち、溶接にて１コイルにした。次いでこ
れらのコイルを冷間圧延により板厚0.27mmの最終板厚に
仕上げ、引続き湿水素雰囲気中840 ℃、３分間の脱炭焼
鈍を施した後、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布
し、その後水素75％、窒素25％の混合ガス中で1200℃、
５時間の仕上げ焼鈍を施して一方向性けい素鋼板とし
た。

【００４５】かくして得られた1000mm及び1180mm幅コイ
ルから両エッジ各々等分長さを除去した後、エプスタイ
ン試験片32枚を取り出して磁気特性及び二次再結晶状況
を調査した。その結果を表３に示す。

【００４６】

【表３】

【００４７】表３から明らかなように、この発明に従っ
て冷間圧延を施すことにより１回法でも効果のあること
がわかる。

【００４８】実施例４ Ｃ：0.038 wt％、Si：3.30wt％、Mn：0.075 wt％及び
Ｓ：0.018 wt％を含有し、残部は実質的にFeよりなる厚
み215 mmのスラブに、ガス炉加熱で1230℃、2.5時間の
予熱処理を施し、引続き誘導加熱炉で1440℃、30分間加
熱した後、熱間圧延を施して板厚2.4 mm、幅1200mmの熱
延鋼帯にして450 ℃でコイリングした。この熱延鋼帯を
酸洗後次の４種類のトリミングで冷延用コイルとした。

【００４９】Ｍ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10
mm幅をトリミングし、巻き取った。 Ｏ：熱延方向から１°傾けて1000mm幅にトリミングし、
10ｍ長さに切断後10枚を溶接して100 ｍ長さにしたうえ
で、１°傾けてテレスコープ状に巻き取りコイルとし
た。 Ｐ：熱延方向から10°傾けて1000mm幅にトリミングし、
１ｍ長さに切断後50枚を溶接し、50ｍ長さにしたうえで
２°傾けてテレスコープ状に巻き取りコイルとした。 Ｑ：熱延方向と同じ方向に両エッジ各々10mm幅をトリミ
ングし、1180mm幅とした後、１ｍ長さに切断し、熱延方
向と直角方向に45枚を溶接して53ｍコイルとした。

【００５０】これらのコイルを一次冷間圧延にて板厚0.
80mmとし、次に900 ℃、２分間の中間焼鈍を施した後、
二次冷間圧延で板厚0.35mmの最終板厚に仕上げた。引続
き820 ℃、３分間の脱炭焼鈍を施した後、MgO を主成分
とする焼鈍分離剤を塗布し、水素雰囲気中で1200℃、５
時間の仕上げ焼鈍を施して一方向性けい素鋼板とした。

【００５１】かくして得られた1000mm及び1180mm幅コイ
ルから両エッジ等分を除去した後、エプスタイン試験片
32枚を取り出して磁気特性及び二次再結晶状況を調査し
た。その結果を表４に示す。

【００５２】

【表４】

【００５３】表４から明らかなように、この発明に従っ
て冷間圧延を施すことにより単独のインヒビターであっ
ても効果のあることがわかる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明は、冷間圧
延に際して熱間圧延方向から傾けた歩行に圧下率25％以
上で圧延するようにしたので、熱延板中心層に存在する
＜０１１＞軸方位を持つ延伸粒の破壊・再結晶化を促進
し、一次再結晶集合組織が改善されて、優れた磁気特性
が得られることから製品品質の向上に大きく寄与するも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】冷間圧延方向と磁気特性の関係を示すグラフで
ある。

【図２】冷間圧延方向と中間焼鈍板Ｘ線回折強度の関係
を示すグラフである。

【図３】斜め圧下率と磁気特性の関係を示すグラフであ
る。

【図４】（Ａ）は熱延板ＲＤ断面の結晶組織を示す図で
ある。（Ｂ）は熱延板中心層の（２００）極点図を示す
図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含けい素鋼スラブを加熱した後、熱間圧
   延を施し、その後１回又は２回以上の冷間圧延を施して
   最終板厚に仕上げた後、脱炭焼鈍を施し、次いで鋼板表
   面に焼鈍分離剤を塗布してから、仕上げ焼鈍を施す順次
   の工程にて一方向性けい素鋼板を製造する方法におい
   て、 上記冷間圧延の際、熱間圧延の圧延方向から１〜45°傾
   けた方向に圧下率25％以上で圧延することを特徴とする
   磁気特性の優れた一方向性けい素鋼板の製造方法。