JPH066778B2

JPH066778B2 - 厚板用電磁軟鉄

Info

Publication number: JPH066778B2
Application number: JP1156956A
Authority: JP
Inventors: 龍二緒方
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1994-01-26
Anticipated expiration: 2009-01-26
Also published as: JPH0320446A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば漏洩磁気を遮断するのに好適な、優れ
た磁気特性を有し、かつシールドルーム用の構造材とし
て求められる機械的特性を有する厚板用電磁軟鉄に関す
る。

（従来の技術）近年の著しい科学技術の進展に伴って、原子力エネルギ
ーの実用化が進み、原子核に関する研究がより一層求め
られてきている。この研究の際に用いられる実験装置と
してサイクロトロンが挙げられる。

このサイクロトロンは、イオンを加速するために巨大な
直流電磁石を使用する。したがって、その使用の際に
は、多量の漏洩磁気を発生するため、このサイクロトロ
ンの構造部材として用いられる鋼板には磁気遮断特性が
求められており、かつ構造用部材としての機械的特性も
求められている。

このような磁気遮断特性を有する鋼板としては電磁軟質
鋼板があり、一般的に変圧器、鉄芯等に使用される薄板
が周知である。これは従来から磁気特性の優れた鋼材と
して、JIS C 2503またはJIS C 2504に規定される電磁軟
鉄棒、電磁軟鉄板である。JIS C 2503に規定されるもの
は1.0〜16mmの直径の棒材であり、またJIS C 2504に規
定されるものは0.6〜4.5mm厚の薄板であり、いずれもリ
レー用または電磁石用としての小型部品への適用を対象
としたものである。

また、磁気用としては分類されていないが、機械的特性
を重視し、磁気特性を犠牲にして、JIS C 4051に規定さ
れる機械構造用炭素鋼材であるS10Cを用い、250mm幅に
熱間加工し、磁性材料として使用している例がある。

さらに、特開昭60−96749号公報、特公昭63−45442号公
報または特公昭63−45443号公報に開示されているよう
に、sol.Alの量を0.005〜1.00重量％と多く含有したAl
脱酸型極低炭素鋼である直流磁化用厚板が近年提案さ
れ、実用化されている。

（発明が解決しようとする課題）しかし、これらの公知方法で、たとえばサイクロトロン
の建設・使用の際の漏洩磁気を遮断することができるよ
うな、優れた磁気特性を有し、かつ構造用部材として求
められる機械的特性を有する厚板用電磁軟鉄を提供する
ことはできない。

すなわち（ｉ）JIS C 2503またはJIS C 2504に示されている電磁
軟鉄棒または電磁軟鉄板は前述したように小型の部品を
適用の対象にしており、構造用部材としての機械的特性
がまったく考慮されていない。したがって、たとえば前
述のサイクロトロンの磁気シールド材にこの電磁軟鉄板
を適用する場合には、装置の強度を確保するためにこの
電磁軟鉄板を数10〜数100枚程度積層する必要があり、
製造コスト、製品の品質の観点からは、現実には実施化
を図ることができない。また（ii）JIS G 4051に示される機械構造用炭素鋼材を用い
た例では、磁気特性についての考慮が何らなされていな
いため、最大透磁率μ_max(B/H)が1800以下と極めて低い
値しか得られていない。したがって、やはり所望の厚板
用電磁軟鉄を提供することはできず、高透磁率が必要と
される磁気シールド材として用いるには適切でない。

さらに、（iii）特開昭60−96749号公報に開示された電
磁鋼板は、最大透磁率の値が12850(B/H)から4260(B/H)
までとばらついた値となっており、その値も厚板用電磁
鋼板として充分な値ではない。また、この電磁鋼板の機
械的性質は、引張強さが26〜34kgf/mm²となってること
からも分かるように、ばらついたものであり、厚板用電
磁鋼板として適用でない。

さらに、（iv）特公昭63−45442号公報または特公昭63
−45443号公報に開示された方法は、確かに最大透磁率
を2000〜5000程度に高めることが可能な方法であるが、
たとえばこの方法により得られる電磁鋼板を前述のサイ
クロトロンに適用する場合を考えると十分な値とはいえ
ず、一層の向上が望まれる。

以上のように、これらの公知の手段では、たとえばサイ
クロトロンの磁気シールド材に用いる鋼板として好適
な、優れた磁気特性を有し、かつ構造部材として求めら
れる機械的特性を有する厚板用電磁軟鉄を得ることはで
きなかったのである。

ここに本発明の目的は、漏洩磁気を遮断するのに好適な
優れた磁気特性を有し、かつ構造用部材として求められ
る機械的特性を有する厚板用電磁軟鉄を提供することに
ある。

（課題を解決するための手段）本発明者らは上記の課題を解決するため種々検討を重ね
た結果、特開昭60−96749号公報に開示されているよう
に厚板用電磁軟鉄の素材として単にAl脱酸型極低炭素鋼
を用いるのではなく、Siを適量添加したAl脱酸型極低炭
素鋼を用いることにより、極めて良好な磁気特性を有
し、かつ機械的特性、すなわち引張強さ、降伏強さが従
来のAl脱酸型電磁軟鉄に比べて著しく向上した厚板用電
磁軟鉄を得ることができることを知見した。

すなわち、本発明者らは磁気特性の良好な厚板用電磁軟
鉄の製造に際して重要な点は、減磁率を大きくする成分
の含有量を極力低減することと、板厚方向における磁気
特性・機械的特性の均質性を高めることであることを知
見した。

つまり、第１の減磁率を大きくする成分元素としては、
Ｃ、Ｓ、Cu、Cr、Al等があるが、これらの元素、とりわ
けAlの含有量を適当な量に制限することが有効であるこ
とを本発明者らは知見した。また、磁気特性を減じるこ
となく、引張強さを高める成分元素としてSiが挙げら
れ、このSiを適量添加することにより、磁気特性および
機械的特性が著しく向上することもあわせて知見した。

さらに、第２の磁気特性の均質性を確保するためには、
非金属介在物の生成原因元素、偏析し易い元素の含有量
を低減し、結晶粒を板厚方向に可能な限り均一にするこ
とが必要であることも知見して、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、厚板用電磁軟鉄
であって、重量％で、Ｃ：0.02％以下、 Si：0.50％超〜1.00％、 Mn：0.05以下、Ｐ：0.01％以下、Ｓ：0.01以下、sol.Al：0.005〜0.060％、残部Feおよび不可避的不純物からなる、磁気特性の優れた厚板用電磁軟鉄である。

（作用）以下、本発明を作用効果とともに詳述する。なお本明細
書において特にことわりがない限り、「％」は「重量
％」を意味するものとする。

まず、本発明にかかる厚板用電磁軟鉄の組成を上述のよ
うに制限した理由について説明する。

Ｃはその含有により減磁率を最も増加させる元素であ
り、極力低減させることが望ましい。しかしながら、Ｃ
の低減化は多くの工程を要することから製造コストの上
昇につながるために、その含有量を0.02％以下に制限す
る。

Siは本発明においては、本発明の作用効果を奏するため
に極めて重要な元素であって、結晶粒の整粒化、磁気特
性の向上、さらには引張強さの向上を促進するととも
に、かつ脱酸剤としても作用することから、0.50％超添
加する必要がある。しかし、あまり多量に添加すると鋼
が脆くなり、構造用厚板材として適当でなくなる。ま
た、Siの添加量の増加に伴い、A₁変態点の上昇を招き、
最適熱処理温度を上昇させることとなる、上限を1.00％
と制限する。

MnもＣと同様に減磁率の観点からは低減することが望ま
しいが、構造用厚板材として使用される場合には、磁気
特性以外にも必要最低限の強度の確保を図るために上限
を0.50％と制限する。

Ｐ、Ｓはともに非金属介在物を鋼中に形成しやすく少な
いことが望ましいが、しかしこれらの低減はコスト上昇
を生じることから、Ｐは0.01％以下、Ｓは0.01％以下と
制限する。

Alは、本発明の作用効果を奏するためには極めて重要な
元素であって、減磁率を大きくする元素であり、さらに
は鋼中のＮと結合して窒化アルミを形成して鋼の混粒化
を促進するため、その含有量は少ないことが望ましい。
しかし、本発明において、Alが脱酸剤として作用し、か
つ内質の健全化を促進して極厚化に対応するために、あ
る程度の量の含有は必要である。このような観点から、
Alの含有量は、0.005％以上0.060％以下と制限する。

なお、本発明にかかる組成を有する厚板用電磁軟鉄は、
上述した組成に加えて、さらに、Cr、Mo、CuおよびＮか
らなる群から選んだ少なくとも１種ないし２種以上を、
または酸素を下記に示す如く含有することがより望まし
い。すなわち Cr、Mo、CuまたはＮは磁気特性の減磁率を大きくする元
素であるため、また偏析度合を少なくするため、極力少
ないことが望ましい。しかし、Cr、Mo、Cuは耐火物から
の混入があるために極端な低減化を図ることは困難であ
る。さらに、Ｎは前述したようにAlと結合して鋼の混粒
化を促進する。そこでCrは0.20％以下、Moは0.02％以
下、Cuは0.10％以下またはＮは0.01％以下をそれぞれ含
有することがより望ましい。

また、酸素は非金属介在物を形成し、かつ偏析すること
により、磁壁の移動を妨げ、その含有量が増加するにつ
れて、鋼板保磁力が増加し、磁気特性の低下を招く恐れ
がある。したがってその含有量は少ないほど望ましく、
酸素を0.003％以下含有することがより望ましい。

かかる組成を有する本発明にかかる厚板用電磁軟鉄は、
極めて優れた磁気特性を有する。すなわち、磁気特性は
電磁軟鉄が具備すべき最も重要な性質であって、磁気特
性の具体的な指標としては最大透磁率μ_maxが挙げられ
るが、前述したように近年の化学技術の急速な進展に伴
って高い透磁率が要求されてきており、その必要最低値
としてはμ≧7000(B/H)を具備することが望ましいが、
本発明にかかる構造用厚板電磁軟鉄は、この値を優に越
えた極めて高い透磁率を有する。

また、磁場１0e（エルステッド）の際の磁束密度（以下
B₁とする）も最大透磁率μ_maxと同様にB₁≧7000(B/H)で
あることが望ましいが、本発明にかかる厚板用電磁軟鉄
は、この値をも十分に越えた極めて高い磁束密度を有す
る。

さらに、本発明にかかる構造用厚板電磁鋼板の製造法に
ついて述べる。

鋼の溶製は転炉製法あるいは電気炉溶製法のいずれの溶
製法でもよく、さらに必要に応じて取鍋精練あるいは真
空脱ガス等の精練工程を経て、減磁率を大きくさせる元
素（Ｃ、Mo、Cu、Ｎ）を極力低減するとともに、非金属
介在物の生成および偏析を極力少なくさせるために、
Ｐ、Ｓを減少させ、さらに酸素をAlを用いて除去する。

次に、熱間加工工程においては、加工前の加熱条件や特
別な作業は全く不要である。また、加工の形態に関して
も、例えば圧延機を用いた圧延または鍛造機による鍛圧
のいずれでもよく、何ら制限を必要としない。

次に、熱間加工に引き続き、結晶粒の調整および加工歪
みを除去し、透磁率等の磁気特性を向上させるために熱
処理を施す。かかる熱処理としては磁気特性を十分に確
保するという観点からは焼鈍を行うことが最も望まし
く、その条件は（700〜Ac₃点）℃、時間以上であることが望ましく、さらに望ましくは900
℃×１時間程度である。

以上、詳述してきた本発明により、極めて優れた透磁率
を有する構造用厚板電磁軟鉄を容易にしかも確実に提供
することができる。

さらに、本発明をその実施例とともに説明するが、これ
は本発明の例示でありこれにより本発明が不当に制限さ
れるものではない。

実施例電気炉溶製法により精練および溶製を行って、第１表に
示す組成および板厚を有する鋼片を得た。

得られた鋼片を所定の形状に加工（圧延）した後、同じ
く第１表に示す条件で焼鈍を行って、試料No.１ないし
試料No.34を得た。

これらの試料No.１ないし試料No.34について、磁気特性
として最大透磁率μ_max(B/H)、磁場１0eの際の磁束密度
B₁(Gauss)を、また機械的特性として、降伏点YP(kgf/mm
²)、引張強さTS(kgf/mm²)、０℃におけるＶノッチシャ
ルピー衝撃試験値vE₀ ^Ave(kgf-m)をそれぞれ測定した。

結果を第１表に、また、B₁およびTSに及ぼす、試料の板
厚方向の採取位置、熱処理温度又は板厚の影響を示すグ
ラフをそれぞれ、第１図、第２図または第３図に示す。

なお、例えばサイクロトロンのシルード材に用いられる
厚板用電磁軟鉄には、（ｉ）磁気特性：μ_max≧7000、B₁≧7000、（ii）機械的特性：TS≧30、vE₀ ^Ave≧4.8 が要求されており、これらを本実施例においても合否判
断の基準とすることとした。

第１表において、試料No.１ないし試料No.26は、本発明
にかかる試料である。

試料No.１は本実施例において基本とした組成にかかる
試料であり、試料No.２および試料No.３は熱処理条件
を、試料No.16ないし試料No.26は板厚および熱処理条件
を、それぞれ試料No.１に対して変更した場合の試料で
ある。

さらに、試料No.１に対して、試料No.４ないし試料No.７は、Ｃ含有量を本発明の範囲
の上限近くまで含有させた試料、試料No.８ないし試料No.11は、Si含有量を本発明の範囲
の上限近くまで含有させた試料、試料No.12は、Mn含有量を本発明の範囲の上限近くまで
含有させた試料、試料No.13は、sol.Al含有量を本発明の範囲内において
増加させた試料、試料No.14は、sol.Al含有量本発明の範囲の上限近くま
で含有させた試料、試料No.15は、ＣおよびMnを本発明の範囲の上限近くま
で含有させた試料である。

これらの試料１ないし試料26は、いずれも、前述の基準
値を全て満足し、例えばサイクロトロンのシールド材と
して極めて好適であることがわかる。

これに対して、試料No.27ないし試料No.34は、比較例の
試料である。

試料No.27は、sol.Al含有量が0.086％と本発明の範囲を
越えているため、磁気特性が不足していることがわか
る。

試料No.28は、Ｃ含有量が0.028％と本発明の範囲を超え
ているため、磁束密度B₁が不足していることがわかる。

試料No.29は、Si含有量が1.57％と本発明の範囲を超え
ているため、０℃におけるＶノッチシャルピー衝撃試験
値vE₀ ^Aveが著しく低下していることがわかる。

試料No.30は、Si含有量が0.008％と本発明の範囲よりも
少ないため、引張強さTSが著しく低下していることがわ
かる。

試料No.31は、Mn含有量が1.17％と本発明の範囲を超え
ているため、磁気特性が劣化していることがわかる。

試料No.32は、sol.Al含有量が0.089％と本発明の範囲を
超えているため、やはり磁気特性が劣化していることが
わかる。

さらに、試料No.33および試料No.34は、Ｐ、Ｓが本発明
の範囲を超えた試料であるが、内質試験の一つとして行
ったリンプリント試験、サルファプリント試験の結果、
Ｐ、Ｓの偏析が著しく鋼材として用いるには不適であっ
た。

また、第１図ないし第３図から明らかなように、本発明
にかかる厚板用電磁軟鉄は、磁気特性および機械的特性の板厚方向についての均質
性を確保していること、熱処理温度、板厚等の他の製造条件の影響を受けてい
ないことがわかる。

（発明の効果）以上詳述してきたように、本発明にかかるAl脱酸型板電
軟鉄を用いることにより、たとえばサイクロトロンに好
適な機械的特性と磁気特性とを有する厚板用電磁軟鉄を
確実にかつ安定的に提供することが可能となった。

かかる効果を有する本発明の実用上の意義は極めて著し
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例において、B₁、TSに及ぼす試
料の板厚方向の採取位置の影響を表わすグラフ；第２図は、本発明の実施例において、B₁、TSに及ぼす熱
処理温度の影響を表わすグラフ；および第３図は、本発明の実施例において、B₁、TSに及ぼす板
厚の影響を表わすグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚板用電磁軟鉄であって、重量％で、Ｃ：0.02％以下、 Si：0.50％超〜1.00％、 Mn：0.50％以下、Ｐ：0.01％以下、Ｓ：0.01％以下、sol.Al：0.005〜0.060％、残部Feおよび不可避的不純物からなる、磁気特性の優れた厚板用電磁軟鉄。