JPH066747B2 - 磁束密度の高く鉄損の低い一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

磁束密度の高く鉄損の低い一方向性珪素鋼板の製造方法

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JPH066747B2
JPH066747B2 JP9874787A JP9874787A JPH066747B2 JP H066747 B2 JPH066747 B2 JP H066747B2 JP 9874787 A JP9874787 A JP 9874787A JP 9874787 A JP9874787 A JP 9874787A JP H066747 B2 JPH066747 B2 JP H066747B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、磁束密度の高く鉄損の低い一方向性珪(け
い)素鋼板の製造方法に関し、とくに、上記の両物性値
の有利な改善向上を確実かつ安定に実現する過程とし
て、とくに中間焼鈍における挙動を究明した結果に基い
て、該過程に革新的配慮を講じた、一方向性珪素鋼板の
製造方法を提案するものである。
一方向性珪素鋼板は、主として変圧器その他の電気機器
の鉄心として利用され、ここに磁化特性が優れているこ
と、すなわち磁化特性として磁束密度(B10値で代表さ
れる)が高く、また鉄損W17/50が低いことが要求され
る。
とくに一方向性珪素鋼板の磁気特性を向上させるために
は第一に鋼板中の2次再結晶粒の<001>軸を圧延方
向に高度に揃える必要があり、第二には最終製品中に残
存する不純物や析出物はできるだけ少なくする必要があ
る。
(従来の技術) このためN.P.Gossによって一方向性珪素鋼板の2段冷延
による基本的な製造方法が提案されて以来、その製造方
法に数多くの改善が重ねられ、一方向性珪素鋼板の磁束
密度および鉄損値は年を追って改良されてきた。その中
で特に代表的なものとしては、AlN析出相を利用する
特公昭40−15644号公報に記載された提案があ
り、この方法によればB10が1.89Tを越える製品が
得られるようになった。
しかし磁束密度の高い製品は得られるにしても仕上げ焼
鈍後の2次再結晶粒が大きくなるため、 鉄損が比較的高いのでこの点最近に至り特公昭54−1
3846号公報にて強冷延途中に温間圧延を施すことに
より2次再結晶粒を微細化させて鉄損を低下させる改良
法が提案され、鉄損W17/50が1.05W/Kgより低い
製品も得られるようになったが、磁束密度が高いわりに
は充分な低鉄損化が図られたとは云い難い。
このような欠点をなくすためごく最近に至り特公昭57
−2252号公報にてこの最終製品板表面に圧延方向に
ほぼ直角にレーザービームを数mm間隔に照射し鋼板表面
に人工粒界(Artifical Grain Boundary)を導入するこ
とにより鉄損を低くする方法が提案されている。
しかしこの人工粒界の導入法は、局部的に高転位密度領
域を形成させるため、それによる製品は350℃以下の
低温状態でしか安定使用できないという決定的な欠点が
ある。
(発明が解決しようとする問題点) とくに最近では、数年前のエネルギー危機を境にして電
力損失のきわめて少ないことの要請が著しく強まり鉄心
材料の用途ではより一層の改良がのぞまれている。
この発明は上記の要請に有利に応えるもので、一方向性
珪素鋼板の製造段階における中間焼鈍方法を変えること
により磁気特性の向上を図り、それを有利に実現する方
法を究明したものである。
すなわち、従来知られた一方向性珪素鋼板の前記の如き
諸欠点を除去・改善しB10が少なくとも1.91Tの高
磁束密度と、W17/50が1.00W/Kg以下の超低鉄損
を有し、かつ安定した工程によって製造することのでき
る一方向性珪素鋼板の製造方法を提供することがこの発
明の目的である。
(問題点を解決するための手段) この発明はC:0.01〜0.06重量%(以下%で示
す)、Si:2.0〜4.0%及びMn:0.01〜
0.20%を含みかつ、SとSeとの何れか1種または
2種合計で0.005〜0.1%を、酸可溶Al:0.
01〜0.09%並びにN0.001〜0.01%とと
もに含有し、またさらにはSb:0.005〜0.20
%並びにMo:0.003〜0.10%とともに含有
し、残部は不可避不純物を除き実質的にFeの組成にな
る珪素鋼片を熱延し、次に均一化焼鈍を施したのち冷延
と中間焼鈍とを適宜繰返して得られる最終製品厚の冷延
鋼板に脱炭を兼ねた1次再結晶焼鈍を施し、さらに最終
仕上げ焼鈍を施して{110}<001>方位の2次再
結晶粒を発達させる一連の工程よりなる一方向性珪素鋼
板の製造方法において、上記中間焼鈍の際に、500℃
から900℃までの加熱速度5℃/sec以上、中間焼
鈍後の冷却の際、900℃から500℃までの冷却速度
5℃/sec以上とする急熱・急冷中間焼鈍を施すこと
を、前記目的の達成手段とするものである。
次にこの発明による成功が導かれるに至った経過および
発明内容を詳細に説明する。
発明者らは高磁束密度で超低鉄損の一方向性珪素鋼板の
製品を得るためには現行の熱処理工程では磁気特性が限
界であり根本的に熱処理焼鈍サイクルを見直すことが必
要であると考え、新たに高速加熱、高速冷却ができるパ
ルス焼鈍炉を建設し実験を行った。このパルス熱処理方
法は特願昭56−208880号の明細書に記載のよう
に複数の輻射加熱ゾーンと冷却ゾーンとの間で被処理物
自体を高速移動させ、その移動制御により任意のヒート
サイクルを得るようにしたものである。
ここにC:0.058%、Si:3.38%、Mn:
0.073%、Se:0.023%、酸可溶Al:0.
022%、N:0.0068%残部実質的にFeより成
る珪素鋼連鋳スラブを1390℃で5時間加熱後熱延し
て2.5mm厚の熱延板とした。その後1000℃で3分
間の均一化焼鈍を施してから約40%の1次冷延を行な
った。その後パルス焼鈍装置を用いて中間焼鈍を行なっ
た。
この中間焼鈍は950℃で3分間にわたらせたが、昇温
の際の加熱速度は500℃から900℃までの温度範囲
で1.5℃/sec以上、また降温の際の冷却速度は900か
ら500℃までの温度範囲で1.5℃/sec以上で各様な実
験条件を用いた。なおこのような加熱、冷却速度は予め
試料に熱電対を取りつけて、パルス焼鈍炉に内蔵した試
料移動体の速度を任意に変化させることにより容易に可
能である。
パルス焼鈍装置使用による中間焼鈍後の試料は約80%
の2次冷延を行って0.30mm厚の最終冷延板とした。
その後850℃の湿水素中で脱炭・1次再結晶焼鈍を施
した後、鋼板表面上にMgOを主成分とする焼鈍分離剤
を塗布した後850℃から1050℃まで10℃/hr
で昇温してGoss方位2次再結晶粒を発達させた後1
180℃で5時間の純化焼鈍を施したときの製品の磁気
特性値を中間焼鈍の際における急熱速度を(縦軸)にと
り急冷速度を(横軸)にとった直角座標にプロットして
第1図に示す。
第1図から磁気特性は、中間焼鈍前の急熱速度と中間焼
鈍後の冷却速度に強く影響され、急熱、冷却両速度が何
れも5℃/sec以上で良好な特性が得られる。とくに
中間焼鈍前後の昇温および冷却両速度が10℃/sec
において磁束密度B10が1.91T以上、鉄損W17/50
が1.00W/Kg以下の超低鉄損の製品が得られること
が注目される。
ところで発明者らは、さきに特開昭56−93823号
公報において一方向性珪素鋼板の中間焼鈍に引続く冷却
の際、900℃から500℃までの間の冷却速度を5℃
/sec以上に急冷させることにより磁気特性の良好な
製品を得る製造方法を提案したがこれに対してこの発明
では第1図から明らかなように中間焼鈍後の急冷処理を
含む、中間焼鈍前の昇温急熱処理により磁気特性の極め
て良好な製品を得ることができることを新たに発見した
のである。すなわち第2図の従来の中間焼鈍サイクル
(破線)に対するこの発明の中間焼鈍サイクル(実線)
の比較で明らかなように、中間焼鈍熱サイクルは従来の
徐熱・徐冷よりも、急熱・急冷の方が磁気特性の良好な
2次再結晶粒を発達させることができることを新たに発
見したものである。
(作 用) この発明に従う中間焼鈍における昇温急熱処理は、中間
焼鈍において尖鋭な{110}<001>方位の1次再
結晶集合組織の発達を促進させることを意図したもので
あり、一般に鉄、鉄合金の冷延後の1次再結晶核発生の
方位順は1974年のW.B.Huchinson{Metal Science
J.,8(1974),P.185}で明らかなように、
{110},{111},{211}および{100}
の順であることから、一方向性珪素鋼板の1次冷延板に
おいても中間焼鈍における急熱・1次再結晶処理の方が
{110}<001>方位の集合組織を発達させるのに
有利であると考えられる。
加え、一方向性珪素鋼板における{110}<001>
方位の2次再結晶粒の核発生は、最近の発明者らの透過
kossel法による、熱延板から2次再結晶初期過程までの
一連の研究{井口,前田,伊藤,嶋中:鉄と鋼,68
(1982),P.S545,Y.Inokuti et al. The
Sixth International Conference on Textures of Mat
erials,(1981),P.192(Japan),および
Y.Inokti et al.Ist Ris φInternational Symposium o
n Metallurgy and Materials Science,(1980),
P.71(Denmark)}において、熱延板からのストラ
クチャー・メモリーによって、{110}<001>方
位の2次再結晶粒が鋼板表面近傍に核発生することを示
したところから、一方向性珪素鋼板の1次冷延直後の中
間焼鈍時には鋼板表面近傍を急速加熱させることにより
{110}<001>方位の1次再結晶集合組織を優先
形成させることができるため、2次再結晶焼鈍時に{1
10}<001>方位の2次再結晶粒を選択的に成長さ
せることが可能であると考えられる。
次の中間焼鈍に引続く急冷処理による磁気特性向上に関
してはすでに上掲の特開昭56−93823号公報での
べたと同様、次の2次冷延前に素材中の析出物が微細・
均一に分散していると冷延時に転位の移動に対する障壁
としての働きが増大し、転位の局部堆積を促進するの
で、セル構造が微細均一化する。その結果次の脱炭を兼
ねる1次再結晶組織形成の際、再結晶の早い結晶方位す
なわち{110}<001>や{111}<112>方
位のセルが優先的に再結晶するようになり、他方{10
0}〜{112}〜{111}〜<011>方位等Goss
方位の2次再結晶粒の発達を阻害する<011>繊維組
織成分はセル形成し難いと同時に、再結晶も遅れるの
で、これらの不都合な組織成分を減少させることができ
ると考えられる。
N.P.Gossにより発見された2段冷延の際の中間焼鈍処理
は{100}<001>や{100}<011>方位等
の集合組織改善のために行なわれていたが、第2図の
(a)に示したような急熱・急冷中間焼鈍熱サイクルでは
上記の集合組織改善よりはむしろ、熱延板表面層に生成
した強い{110}<001>方位の集合組織の有効利
用を図るための焼鈍サイクルである。この処理により鋼
板表面層では多数の{110}<001>方位の2次再
結晶核発生が可能となるため、次の2次再結晶焼鈍にお
いて、直接{110}<001>方位の2次再結晶粒と
して有効利用できるため細粒の2次再結晶粒が得られ、
特にこの工程を採用により超低鉄損化を図ることが可能
である。
以上この発明を従来の先行技術と対比して説明したとこ
ろから明らかなように、この発明の急熱・急冷中間焼鈍
法は、先行諸公知技術と発想の基本を異にするものであ
って、それによって発揮される効果もはるかにすぐれて
いる。
次にこの発明における素材含有成分および工程条件を限
定する理由を以下述べる。
Cは0.01%より少ないと熱延集合組織制御が困難で
大きな伸長粒が形成されるため磁気特性が劣化し、また
Cが0.06%より多いと脱炭工程で脱炭に時間がかか
り経済的でないので0.06%以下にする必要がある。
Siは2.0%より少ないと電気抵抗が低く渦流損失増
大に基づく鉄損値が大きくなり、一方4.0%より多い
と冷延の際に脆性割れを生じ易いため、2〜4%の範囲
内にすることが必要である。
Mn量は一方向性珪素鋼板の二次再結晶を左右する分散
析出相のMnSあるいはMnSeを決定する重要な成分
である。Mn量が0.01%を下廻ると2次再結晶を起
こさせるのに必要なMnS等の絶対量が不足し、不完全
2次再結晶を起こすと同時に、ブリスターと呼ばれる表
面欠陥が増大する。一方Mn量が0.2%を越えると、
スラブ加熱時においてMnSなどの解離固溶が困難にな
る。またかりに解離固溶が行なわれたとしても、熱延時
に析出する分散析出相は粗大化しやすく、抑制剤として
望まれる最適サイズ分布は損なわれ、磁気特性は劣化す
るので、Mnは0.01〜0.2%以内にする必要があ
る。
S,Seは何れも0.1%以下、なかでもSは0.00
8〜0.1%、またSeは0.003〜0.1%の範囲
とすることが好ましい。それというのはこれらが0.1
%をこえると熱間および冷間加工性が劣化し、またそれ
ぞれ下限値に満たないとMnS,MnSeとしての1次
粒成長抑制機能に格別の効果を生じないからであるが、
すでに実験例についてのべたように酸可溶Al,及びN
さらにはSb,Moの添加に基く既知1次粒成長抑制剤
を、有利に併用するので、SおよびSeの下限値は合計
で0.005%で足りる。
酸可溶Al0.01〜0.09%並びにN0.001〜
0.01%を含有させることにより優れた磁気特性の製
品が安定して得られる。
すなわち酸可溶Alが0.01%、またNは0.001
%に満たないと必要なインヒビータ作用をもたらすこと
ができずまた酸可溶Alは0.09%、Nは0.01%
をこえるとブリスターが生じ、鉄損の点で不利になる。
さらにSbは0.005%より少ないと、1次再結晶粒
抑制作用が不充分な一方、0.2%より多いと磁束密度
が低下して磁気特性の劣化をきたすのでSbは0.00
5〜0.2%の範囲内とする必要がある。
Moは0.1%より多いと熱間及び冷間における加工性
が低下しまた鉄損も劣化し、他方0.003%より低い
と1次再結晶粒の成長抑制効果が微弱になるのでMoは
0.003〜0.1%の範囲内とすることが必要であ
る。
次にこの発明による一連の製造工程について説明する。
まず素材を溶製するにはLD転炉、電気炉、平炉その他
の公知の製鋼方法を用いて行い得ることは勿論、真空処
理、真空溶解を併用することができる。
次のスラブ製造は現在歩止り向上と工程省略による大幅
な製造コスト低減、スラブ長手方向における成分あるい
は品質の均一性等の経済的技術的利点のため連続鋳造法
が適用されているが、そのほか従来の造塊法も好適に行
なうことができる。
この発明に従い素材中に含有されるS,Seの何れか少
くとも1種と、酸可溶AlとNとまたさらにはSbとM
oとを、溶鋼中に添加するには従来公知の何れの方法を
用いることもでき、例えばLD転炉、RH脱ガス終了時
あるいは造塊時の溶鋼中に添加することができる。
連続鋳造スラブまたは造塊した鋼塊はそれぞれ公知の方
法で熱延に付される。通常スラブを熱延鋼板に圧延する
のは当然であり、得られる熱延板の厚みは後続の冷延工
程より支配されるが通常2〜5mm厚程度とすることは有
利である。
次に熱延板は均一化焼鈍後に冷延される。冷延後中間焼
鈍前後に昇温あるいは冷却されるが、高磁束密度で超低
鉄損の製品を得るには第1図および第2図に示すように
急熱および冷却速度に注意を払う必要があり、少なくと
も最終冷延直前の中間焼鈍前の昇温速度を500℃から
900℃までの範囲5℃/sec以上、また中間焼鈍後
の冷却速度を900℃から500℃までの範囲を5℃/
sec以上に管理しなければならない。
この中間焼鈍に至る昇温あるいは中間焼鈍に引続く冷却
方法は従来公知の何のような方法でも用いることがで
き、例えば公知の連続炉を用いて急熱昇温する場合連続
炉の加熱帯の能力アップを図るとかあるいは加熱帯部に
誘導炉を新たに設置して急熱できるようにすることもで
きる。また急冷する場合冷却ガスの噴射あるいは水冷噴
射による急冷設備の使用により好適に行なうことができ
る。また公知の連続炉以外に急熱・急冷熱処理サイクル
のできるものであれば充分で、焼鈍炉、方法での制限は
加えない。
急熱・急冷中間焼鈍された鋼板は冷延に付される。冷延
は少なくとも2回以上施すが、この発明の目的とする高
磁束密度で低鉄損の特性を有する製品を得るには最終冷
延率に次のような注意を払う必要がある。
冷延は通常850℃から1050℃の中間焼鈍をはさん
で2回施し最初の圧下率は20%から70%程度、最終
の圧下率は55%〜85%程度で0.30mmから0.3
5mm厚の最終板厚にする。
最終冷延を終り、製品板厚となった鋼板は次に脱炭に付
される。この焼鈍は冷延組織を1次再結晶組織にすると
同時に最終焼鈍で{110}<001>方位の2次再結
晶粒を発達させる場合に有害なCを除去するのが目的
で、例えば750℃から850℃で3〜15分程度の湿
水素中での焼鈍のように既に公知になっているどのよう
な方法をも用いることができる。
最終焼鈍は{110}<001>方位の2次再結晶粒を
充分発達させるため施されるもので、通常箱焼鈍によっ
て直ちに1000℃以上に昇温し、その温度に保持する
ことによって行なわれる。この最終焼鈍は通常マグネシ
ア等の焼鈍分離剤を塗布し、箱焼鈍によって施される
が、この発明において{110}<001>方位に極度
に揃った2次再結晶組織を発達させるためには820℃
から900℃の低温で保定焼鈍する方が有利であるが、
あるいは例えば0.5〜15℃/hrの昇温速度の徐熱
焼鈍でも良い。
(実施例) 次に本発明を実施例について説明する。
実施例 1 C0.049%、Si3.38%、Mn0.078%、
S0.029%、酸可溶Al0.028%およびN0.
0072%、残部実質的にFeより成る熱延板(3.0
mm)を1150℃で連続焼鈍後急冷処理を施した。その
後950℃で3分間の中間焼鈍をはさんで2回の冷延を
行なって0.30mmの最終板厚に仕上げた。この中間焼
鈍の際には500℃から900℃までの温度範囲を30
℃/secで急熱し、また中間焼鈍後900℃から50
0℃までの温度範囲を30℃/secで急冷処理した。
次に850℃で湿水素中で脱炭焼鈍したあと1200℃
で最終焼鈍を施して製品とした。そのときの製品の磁気
特性は次の通りであった。
10:1.97T W17/50:0.95W/Kg 実施例 2 C:0.045%、Si:3.21%、Mn:0.07
2%、S:0.021%、酸可溶Al:0.022%、
N:0.0068%、残部実質的にFeより成る連鋳ス
ラブを熱延して2.7mm厚の熱延板としたあと1000
℃で3分間の均一化焼鈍を施したあと、1000℃から
400℃まで10℃/secで急冷した。その後950
℃で3分間の中間焼鈍をはさんで、約40〜50%の1
次冷延と約75〜85%の2次冷延を行なって最終板厚
0.30mm厚の冷延板に仕上げた。この中間焼鈍の際の
急熱速度は30℃/sec、急冷速度は35℃/sec
とした。その後脱炭・1次再結晶焼鈍を施したあと、8
20℃から5℃/hrで1050℃まで昇温後1200
℃で8時間H中で純化焼鈍を施した。そのときの成品
の磁気特性は次のようであった。
10:1.94T W17/50:1.00W/Kg 実施例 3 C:0.064%、Si:3.40%、Mn:0.07
4%、Se:0.017%、酸可溶Al:0.020
%、Mo:0.013%、Sb:0.022%、N:
0.0071%、残部実質的にFeよりなる珪素鋼連鋳
スラブを1350℃で4時間加熱後熱延して2.5mm厚
の熱延板とした。その後1050℃で3分間の均一化焼
鈍を施してから約40%の1次冷延を行なった。その後
1000℃で2分間の焼鈍を行なった後、80%の2次
冷延を行なって最終製品板厚(0.30mm厚)とした。
この中間焼鈍の際の急熱速度は18℃/sec、急冷速
度は16℃/secとした。その後840℃で脱炭・1
次再結晶焼鈍を施した後850℃から10℃/hrで1
050℃まで昇温して2次再結晶させた後1200℃で
8時間乾H中で純化焼鈍を施した。そのときの成品の
磁気特性は次のようであった。
10:1.95T W17/50:0.97W/Kg (発明の効果) この発明により高磁束密度でしかも低鉄損の一方向性珪
素鋼板を安定に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は中間焼鈍前後の昇温および冷却速度と磁気特性
との関係を示す図、 第2図は本発明の急熱・急冷中間焼鈍サイクル(実線)
と従来の中間焼鈍サイクル(点線)の比較を示す図であ
る。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.01〜0.06重量% Si:2.0〜4.0重量%及び Mn:0.01〜0.20重量% を含みかつ、 SとSeのうち少なくとも一方を合計で0.005〜
    0.1重量%を、 酸可溶Al:0.01〜0.09重量%並びに N:0.001〜0.01重量% とともに含有し、残部は不可避不純物を除き実質的にF
    eの組成になる珪素鋼片を熱延し、次に均一化焼鈍を施
    したのち、冷延と、中間焼鈍を適宜繰返して得られる最
    終製品厚の冷延鋼板に、脱炭を兼ねた1次再結晶焼鈍を
    施し、さらに最終仕上げ焼鈍を施して{110}<00
    1>方位の2次再結晶粒を発達させる一連の工程よりな
    る一方向性珪素鋼板の製造方法において、 上記中間焼鈍の際に、500℃から900℃までの加熱
    速度を毎秒5℃以上、中間焼鈍に引続く降温の際に、9
    00℃から500℃までの冷却速度を毎秒5℃以上とす
    る、急熱急冷中間焼鈍を施す ことを特徴とする、磁束密度の高く鉄損の低い一方向性
    珪素鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】C:0.01〜0.06重量% Si:2.0〜4.0重量%及び Mn:0.01〜0.20重量% を含みかつ、 SとSeのうち少なくとも一方を合計で0.005〜
    0.1重量%を、 Sb:0.005〜0.20重量%並びに Mo:0.003〜0.10重量%と 酸可溶Al:0.01〜0.09重量%並びに N:0.001〜0.01重量%と ともに含有し、残部は不可避不純物を除き実質的にFe
    の組成になる珪素鋼片を熱延し、次に均一化焼鈍を施し
    たのち、冷延と、中間焼鈍を適宜繰返して得られる最終
    製品厚の冷延鋼板に、脱炭を兼ねた1次再結晶焼鈍を施
    し、さらに最終仕上げ焼鈍を施して{110}<001
    >方位の2次再結晶粒を発達させる一連の工程よりなる
    一方向性珪素鋼板の製造方法において、 上記中間焼鈍の際に、500℃から900℃までの加熱
    速度を毎秒5℃以上、中間焼鈍に引続く降温の際に、9
    00℃から500℃までの冷却速度を毎秒5℃以上とす
    る、急熱急冷中間焼鈍を施す ことを特徴とする、磁束密度の高く鉄損の低い一方向性
    珪素鋼板の製造方法。
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