JPH0645823B2 - 高珪素鉄板の製造方法 - Google Patents

高珪素鉄板の製造方法

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JPH0645823B2
JPH0645823B2 JP24975487A JP24975487A JPH0645823B2 JP H0645823 B2 JPH0645823 B2 JP H0645823B2 JP 24975487 A JP24975487 A JP 24975487A JP 24975487 A JP24975487 A JP 24975487A JP H0645823 B2 JPH0645823 B2 JP H0645823B2
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D8/12Modifying the physical properties of ferrous metals or ferrous alloys by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は軟磁気特性の優れた無方向性高珪素鉄板の製造
方法に関する。
〔従来の技術及びその問題点〕
従来から、珪素を4.0wt%未満含有する鉄板は、その製
造方法により方向性珪素鋼板あるいは無方向性珪素鋼板
と呼ばれ、主として各種電磁誘導機器用の積層鉄芯や巻
鉄芯、あるいは電磁シールド用のケースなどに加工成型
され実用に供されている。
近年、省資源、省エネルギー等の観点から電磁電子部品
の小形化や高効率化が強く要請され、軟磁気特性の優れ
た、とりわけ鉄損が低く透磁率が高い材料が要求される
ようになつてきた。珪素鉄合金系において珪素の含有量
が増すと鉄損は低下し、そのうえ6.5wt%付近では透磁
率が極大となりさらに磁歪がほぼゼロとなる等優れた軟
磁気特性を示すことが知られている。しかしながら、珪
素の含有量が4.0wt%以上になると加工性が著しく劣化
し、このため従来では熱間圧延一冷間圧延の組み合わせ
からなる圧延法によつて工業的に製造することは困難と
され、その製造法としてはたとえば特開昭55-69223号公
報で示されるような超急冷凝固法等が開示されているに
すぎなかつた。しかし、この超急冷凝固法により製造さ
れる高珪素箔帯は圧延製品と比較して表面性状や表面の
平坦度が劣り、しかも幅広・厚物材の製造が困難である
等、電磁電子部品の素材として実用化する上で数多くの
問題点を有している。
〔問題を解決するための手段〕
このようななかで本発明者等は、Si含有量が4.0wt%
以上の無方向性高珪素鉄板の圧延による製造法について
検討を進めてきた。そしてその結果、熱間圧延条件等の
選択により圧延による高珪素鉄板の製造が可能であるこ
とが判ってきた。本出願人は、このような圧延による高
珪素鉄板の製造法の1つとして、先に特願昭60-5951号
(特開昭61-166923号)を提案した。この製造法は、高
珪素鋼のインゴットまたは連鋳スラブを特定の加熱・圧
延条件で分塊圧延または粗圧延することで結晶粒を微細
化し、次いで特定の条件で連続熱間圧延することにより
冷間圧延に適した熱延板組織とし、これを冷間圧延する
高珪素鉄板の製造法である。このような圧延法により製
造された高珪素鉄板は表面性状に優れるため積層鉄芯や
巻鉄芯等を製造する際占積率が高く、しかも厚物材が容
易に製造できることから電磁電子部品の組み立て工程を
大幅に簡略化できるなど極めて有利な特徴を有してい
る。
ところで、この種の珪素鉄板の有する優れた磁気特性を
得るためには、焼鈍して再結晶を起させることが必要と
されるが、従来圧延による製造自体が不可能とされてき
たことから、圧延により得られた高珪素鉄板の焼鈍条件
についての検討は未だなされた例はない。
本発明者等はこのような現状に鑑み、4.0〜7.0wt%Si
鉄板についてその焼鈍方法について検討した結果、優れ
た磁気特性が得られる焼鈍条件を見い出したものであ
る。
すなわち本発明は、Si:4.0〜7.0wt%を含む高珪素鉄
合金スラブから熱間圧延、板温が400℃以下の準温間圧
延、焼鈍及び絶縁皮膜処理の各工程を経て高珪素鉄板を
製造するに当り、前記焼鈍処理では、200〜400℃の温度
で1分〜3時間の前焼鈍を行つた後、800〜1300℃の温
度で1分〜10分の最終焼鈍を行うことを特徴とする高
珪素鉄板の製造方法である。
以下、本発明の詳細を説明する。
本発明ではSiを4.0〜7.0wt%含有した鉄合金を溶製す
る。前述したようにSiは固有電気抵抗を高めて渦電流損
を減らし、鉄損を低下させるのに有効な元素であり、本
発明ではSi:4.0wt%以上の鉄合金をその対象とする。
一方、Siが7.0wt%を超えると磁歪の上昇、飽和磁束密
度や最大透磁率の低下など磁気特性が却つて劣化し、ま
た加工性も悪くなる。
なお、磁気特性をより向上させるため、Si以外の元素を
低減することも有効である。すなわち、C0.2%、Al
2%、Mn0.5%、P0.1%、(その他の不純物の総量)
0.2%、好ましくは、C0.01%、Al0.4%、Mn0.1%、
P0.1%、(その他の不純物の総量)0.05%とするこ
により磁気特性をより向上させることができる。
溶製された合金は熱間圧延された後、必要に応じて酸洗
または表面研削等の手段により脱スケール処理を施され
る。次いで、熱延板は必要に応じてスリツト、トリミン
グ等の処理がなされた後、室温〜400℃の温度域で準温
間圧延(冷間圧延を含む)される。この準温間圧延は、
バーナ輻射、誘導加熱等の加熱手段を用いて通板するス
トリツプ或いはコイル全体を加熱し、熱延板を上記温度
に保ちつつ圧延を行う。この圧延において、板温が400
℃を超えるとコイル幅方向の板厚プロフイル制御が困難
になるとともに、ストリップ表面に厚い酸化被膜が形成
され、その後に脱スケール処理を実施してもスケールの
除去が困難になる。このため圧延温度は400℃がその上
限とされる。
このようにして最終板厚まで圧延された高珪素鉄板は必
要に応じて脱スケール処理が施され、脱脂処理後磁気特
性を付与するため焼鈍に付される。本発明者等は、高珪
素鉄板の磁気特性を改善すべくその焼鈍条件と磁気特性
との関係について検討を行つた結果、準温間圧延後の焼
鈍工程においては、まず歪の解放が起こり、続いて再結
晶および粒成長が起こること、そして上記歪の回復条件
を変化させると再結晶後の集合組織が変化し、このため
高珪素鉄板の軟磁気特性が変化することを知見した。本
発明はこのような知見に基づき、高温短時間の最終焼鈍
の前段階で比較的低温域で前焼鈍を行うことにより、焼
鈍後の磁気特性を飛躍的に向上させるようにしたもので
ある。すなわち、前焼鈍では200〜400℃の温度で1分〜
3時間保持し、これを800〜1300℃の温度で1分〜10
分間最終焼鈍するようにしたものである。
第1図は珪素鉄冷延板の前焼鈍条件と焼鈍後の鉄板の磁
気特性との関係を調べたもので、板厚0.50mmの6.48wt%
珪素鉄冷延板に第2図に示す熱サイクルで焼鈍を実施
し、磁気特性を調べた。すなわち、第2図に示す種々の
条件で回復のための前焼鈍を行い、続いて水素ガス雰囲
気中で1200℃、まで加熱して10分間の均熱を含む最終
焼鈍を行い、焼鈍後の鉄板から外径20mm、内径10mm
のリングを打ち抜き、その最大透磁率を調べたものであ
る。
同図から、適切な前焼鈍条件を選ぶことによつて軟磁気
特性が改善されることが判る。すなわち、前焼鈍温度が
100℃では歪の解放がほとんど起らず、また500℃では逆
に歪の解放が完全に起こつてしまうため改善効果が得ら
れず、200〜400℃の範囲において優れた磁気特性が得ら
れている。またこの温度域においても、前焼鈍均熱時間
が短か過ぎても長過ぎても効果が少なく、1分〜3時間
において優れた磁気特性が得られている。
なお、上記前焼鈍は連続焼鈍ライン又は箱型焼鈍炉等を
使用しオフラインで行なつても良いが、連続焼鈍ライン
の前段(たとえば予熱帯等)で低温焼鈍し、一旦冷却せ
ずに直ちに最終焼鈍を行なつてもよく、この方法では磁
気特性を何ら損うことなくコスト低減を図ることができ
る。但し、このように2段焼鈍を行なう場合には前焼鈍
をあまり長時間することができないため、焼鈍時間を1
分から10分とする。
また、前焼鈍は歪の解放を目的とするものであるから、
本発明で規定する条件を満足すれば上記した焼鈍方法以
外の手段を採ることができる。例えば、準温間圧延直後
直ちに巻取り、保温設備内で均熱しても上記条件を満足
すれば磁気特性を改善することができる。
このようにして比較的低温で前焼鈍を施された高珪素鉄
板は800℃〜1300℃に再加熱され、同温度域で1〜10
分の焼鈍(通常、連続焼鈍)が施される。この最終焼鈍
において、処理温度が800℃未満、或いは処理時間が1
分未満では粒成長が十分起らず、所定の磁気特性が得ら
れない。また焼鈍温度が1300℃を超える焼鈍は工業的に
は困難である。さらに、最終焼鈍時間は長い程磁気特性
上好ましいが、連続焼鈍ライン長が長くなるため設備コ
ストが高くなる等、工業的問題がある。このため均熱時
間の上限は10分とする。このため本発明の最終焼鈍は
800℃〜1300℃の温度で1〜10分均熱することにより
行う。
このような最終焼鈍は、通常連続焼鈍または板状焼鈍に
よる短時間焼鈍であり、これにより箱型焼鈍等、バツチ
焼鈍での高温焼鈍による製品の焼付(密着)を防止しつ
つ、軟磁気特性の改善を図ることができる。
なお、焼鈍時の雰囲気は非酸化性雰囲気であればよく、
また真空下で行うこともできる。
焼鈍後、高珪素鉄板を有機系または無機系の皮膜材料に
より絶縁皮膜処理する。この絶縁皮膜は、積層状態で使
用される高珪素鉄板の層間抵抗を上げるため形成するも
ので、例えば、シリカ及び第1リン酸マグネシウムの混
合液を板表面に塗布した後、800℃で焼付を行う処理が
なされる。
〔実施例〕
・実施例 (1) 0.0028wt%C-6.48wt%Si-0.14wt%Mnなる組成の高珪素鉄合
金を真空溶解炉で溶製後、鋳造し、インゴツトとした。
このインゴツトを1180℃で3時間均熱後、分塊圧延し、
厚さ180mmのスラブとした後、再び1180℃に1時間均熱
し、熱間圧延により板厚2.5mmの熱延コイルとした。こ
の熱延コイルを酸洗後冷間圧延し、板厚0.50mmの冷圧コ
イルとした。
次にこのコイルを4分割し、箱型焼鈍炉内で第1表に示
す条件で低温前焼鈍を行ない、冷却後引き続いて1150
℃、3分間の均熱を含む連続焼鈍を行なつた。焼鈍後の
小コイルに対し、800℃で平坦化焼鈍を行なつた後、板
幅中央部から磁気測定用リングサンプルを打抜き、軟磁
気特性を調べた。その結果を第2表に示す。
・実施例 (2) 第3表に示す組成の高珪素鉄熱延板(板厚2.0mm)を酸
洗した後、入側に加熱設備を備えたリバース型冷間圧延
機を用いて、350℃×5分間の均熱を1パス毎に含む準
温間圧延を行ない。板厚0.3mmの圧延板とした。
次にこれらのコイルを分割し、一部は箱型焼鈍炉内で30
0℃×1時間の前焼鈍を行ない、続いて、前焼鈍を施さ
ないコイルも含めて、1180℃、5分間の均熱を含む連続
焼鈍を行なつた。
焼鈍後のコイル中央部からリング状磁気測定サンプルを
打抜後、直流磁気特性を測定した。その結果を第4表に
示す。
・実施例 (3) 第5表は示す組成の高珪素鉄熱延板(板厚2.0mm)を酸
洗した後、入側に加熱設備を備えたリバース型冷間圧延
機を用いて、300℃×1分間の均熱を1パス毎に含む準
温間圧延を行ない。板厚0.3mmの圧延板とした。次にこ
れらのコイルを分割し、一部は箱型焼鈍炉で250℃×1
時間の前焼鈍を行ない、続いて、前焼鈍を施さないコイ
ルも含めて1200℃×2分間の均熱を含む連続焼鈍を行な
つた。
焼鈍後のコイル中央部から磁気測定サンプルを採取し、
直流磁気特性を測定した。その結果を第6表に示す。同
表から明らかなように、本発明によればより優れた磁気
特性が得られる。また、第5表の合金a、b、cを比較
するとFe、Si以外の元素が少ないと本発明の効果がより
顕著になることがわかる。
・実施例(4) 実施例(3)で作成した高珪素鋼帯にコロイダルシリカ第
一リン酸マグネシウム、無水クロム酸からなる絶縁皮膜
剤を塗布し、600℃で焼付けた。焼付け後、コイル中央
から磁気測定サンプルを採取し、三枚積層して鉄損を測
定した。その結果を第7表に示す。同表より明らかなよ
うに本発明によれば、より磁気特性の優れた鋼板が得ら
れる。
〔発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、磁気特性が著しく改
善され、磁気特性に優れた安定した製品特性を有する無
方向性高珪素鉄板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は前焼鈍時間と磁気特性との関係を示すものであ
る。第2図は第1図の結果を得るのに用いた焼鈍熱サイ
クルを示すものである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Si:4.0〜7.0wt%を含む高珪素鉄合金ス
    ラブから熱間圧延、板温が400℃以下の準温間圧延、焼
    鈍及び絶縁皮膜処理の各工程を経て高珪素鉄板を製造す
    るに当り、前記焼鈍処理では、200〜400℃の温度で1分
    〜3時間の前焼鈍を行った後、800〜1300℃の温度で1
    分〜10分の最終焼鈍を行うことを特徴とする高珪素鉄
    板の製造方法。
  2. 【請求項2】200〜400℃の温度で1〜10分間の前焼鈍
    を行った後、直ちに加熱し、800〜1300℃の温度
    で1分〜10分の最終焼鈍を行うことを特徴とする特許
    請求の範囲(1)記載の高珪素鉄板の製造方法。
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