JPH07188751A - 磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無方向性電磁鋼板の鋳造条件及びスラブ加熱
条件に着目し、さらなる磁束密度の向上を計る。 【構成】 重量比でSi： 1.5〜5.0 ％、Al：0.10〜2.5
％、Ｓ：20ppm 以下を含む鋼を鋳造するとき、鋳片温度
が1000℃から 900℃の範囲の冷却速度を15℃／分以上と
し、かつスラブ加熱時のスラブ温度が1000℃から1050℃
までを30分以内、1050℃からスラブ抽出温度（1200℃以
下）までを20分以内で昇温し、AlN の粗大析出を防ぐ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鋳造後の鋳片冷却速度、
ならびにスラブ加熱温度履歴を制御することを特徴とし
た磁束密度の高い無方向性電磁鋼板の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】無方向性電磁鋼板は、主に回転機や変圧
器の鉄心等に使用される。これらのエネルギー効率を高
めるためには、無方向性電磁鋼板の磁束密度を高め、鉄
損値を下げる必要がある。まず、鉄損低減の従来技術に
ついて述べる。

【０００３】鉄損低減の方法としては、SiおよびAlの添
加量を増やし、比抵抗を高める方法が知られている。し
かしながら、現在の鉄損レベルをなお一層向上させるた
め、Si、Alを現在以上に添加することは、冷延性の面よ
り問題がある。また、Si、Al添加量の増加は材料の価格
が高くなるなどの不利も生じる。その他の鉄損改善手段
としては、冷間圧延工程の条件を改善し、集合組織を改
善して鉄損を低減する方法がある。特公昭56−22931 号
公報などにその技術が開示されているが、これらの集合
組織改善手段は、添加Si量および製造方法にあった最適
条件がすでに発明されており、圧延−焼鈍条件の最適化
による集合組織の改善の余地は小さい。

【０００４】また鋼中の不純物元素量を低減することに
より、介在物、析出物個数を低減し鉄損を低減する方法
がある。鋼中の不純物元素量低減に関しては特開昭59−
74258 号公報にその技術が開示されている。この不純物
元素量低減は鉄損低減に効果的であるが、高純度化は製
銑、製鋼技術に依存するものであり、現在の製銑、製鋼
技術ではほぼ極限の高純度まで達しているので、より一
層の鉄損低減に関しては、製銑、製鋼技術の進歩を待た
ねばならない。介在物および析出物個数の低減に関して
は、特開昭59−74256 号公報、特開昭60−152628号公
報、特開平３−104844号公報に介在物個数を減少させて
低鉄損化を達成する技術が開示されている。しかし、こ
れらの技術は鋼中の介在物および析出物個数を低減させ
るものではあるが、結局のところ先程と同様に高純度化
技術に依存しており、一層の鉄損低減は製銑、製鋼技術
の進歩を待たねばならない。

【０００５】また、鋼中の不純物を製鋼後の工程により
無害化する方法がある。スラブの加熱方法に関しては特
公昭50−35885 号公報にスラブ加熱を1200℃以下で行い
AlNを粗大析出させる方法、特開昭54−4129号公報に高
温スラブを 800℃から1050℃に40分以上保持したあと 9
00℃から1100℃の温度に再加熱し AlNを充分に析出凝集
させる方法が開示されている。

【０００６】つぎに、磁束密度向上の従来技術について
述べる。磁束密度向上の従来技術としては、鉄損低減と
同様、圧延−焼鈍条件を改善して集合組織を改善する方
法がある。特公昭56−22931 号公報などにその技術が開
示されているが、これらの集合組織改善手段は、添加Si
量および製造方法にあった集合組織の最適条件がすでに
発明されており、圧延−焼鈍条件の最適化による集合組
織の改善の余地は小さい。

【０００７】その他、磁束密度向上の手段としては、S
b、Sn、Geを添加する方法が特公昭56−54370 号公報な
どに開示されている。しかし、これら元素の添加は磁束
密度を向上させる一方で、絶縁被膜の密着性を劣化させ
るなど問題が多い。近年、電気機器の省エネルギー化と
ともに小型化が強く望まれるようになった。電気機器の
小型化には磁束密度の向上が不可欠であるが、従来技術
により製造された電磁鋼板ではそのニーズに応えること
ができず、鉄損に優れた 1.5〜 5.0％Si鋼での更なる磁
束密度向上が必要となってきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、以上のよ
うな従来技術の状況に鑑みて、鋳片冷却速度とスラブ加
熱時間に着目し、磁束密度に悪影響をおよぼす介在物の
大きさを制御することにより、さらに磁束密度が高くか
つ鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法を提案するこ
とを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】さて本発明者らは、上記
課題を解決すべく、各種の調査を行った結果、十分に脱
硫された無方向性珪素鋼板の磁束密度は、鋳片の冷却速
度ならびにスラブ加熱温度履歴の影響を著しく受けるこ
とを新規に見いだした。この発明は、上記の知見に立脚
するもので、鋳片冷却速度、ならびにスラブ加熱温度履
歴を制御することにより、無方向性電磁鋼板の高磁束密
度化を達成したものである。

【００１０】すなわち、本発明は、連続鋳造法あるいは
鋳造−造塊法によって製造された重量比でSi： 1.5〜5.
0 ％、Al：0.10〜 2.5％、Ｓ：20ppm 以下を含む鋼スラ
ブを、加熱後、熱間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を
施した後、１回あるいは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷
間圧延により、所定の板厚とした後、最終焼鈍を施す無
方向性電磁鋼板の製造工程において、鋳造後の鋳片温度
が1000℃から 900℃の範囲における鋳片冷却速度を15℃
／分以上とし、次いでスラブとなし、さらに、スラブ加
熱時のスラブ温度が1000℃から1050℃までを30分以内
で、かつ1050℃からTe℃（Te℃：スラブ抽出温度、1200
℃以下）までを20分以内で昇温することを特徴とする磁
束密度の高い無方向性珪素鋼板の製造方法である。

【００１１】ここで鋳片温度とは鋳片厚さ方向の平均温
度であり、鋳片冷却速度とは鋳片温度の単位時間当たり
の変化量をさす。また、スラブの温度とはスラブ厚さ方
向の平均温度をさす。鋳片温度とスラブ温度の測定は、
「鉄と鋼」vol 79（1993）Ｔ153 に示されている電磁超
音波を使用する方法など公知の技術で行うことができ
る。

【００１２】以下、本発明を具体的に説明する。

【００１３】

【作用】本発明は上述の条件を要件とするものである
が、かかる本発明をなすに至った知見について説明す
る。本発明者らは、従来までの知見より一層詳しく、無
方向性電磁鋼板の磁束密度に及ぼす、鋳片冷却速度、ス
ラブ加熱条件について、研究、検討を行った。

【００１４】鋳片冷却速度とスラブ加熱条件が製品板の
磁束密度に及ぼす影響を、重量比でSi： 3.2％、Al：
0.3％、Ｓ：８ppm 、Ｎ：22ppm を含む溶鋼を連続鋳造
し、スラブ加熱後、熱間圧延し、1000℃60秒の熱延板焼
鈍を施した後、冷延し板厚0.5mm とし、 850℃にて20秒
の最終焼鈍を施したものについて調査した。まず、従来
法での鋳片冷却速度（1000℃〜 900℃平均冷却速度：10
℃／min ）における、スラブ加熱時間と磁気特性との関
係を図１に示す。ここでスラブ加熱は1000℃〜1050℃の
間を10〜25分で昇温した。また、スラブ加熱時間とはス
ラブ温度が1050℃を超えてからスラブ抽出するまでの時
間である。スラブ加熱温度が高くなり過ぎるとスラブ加
熱温度、時間にかかわらず鉄損は劣化した。これは、従
来より知られた現象であり、スラブ加熱時 AlNが溶解
し、熱延時に微細析出したためと考えられる。また、ス
ラブ加熱温度が低いとき、鉄損は比較的良好なものを得
ることができるが、磁束密度は近年の高磁束密度化の要
求に応えることのできる値ではなかった。

【００１５】次に、鋳片冷却速度を速くした場合（1000
℃〜 900℃平均冷却速度：25℃／min ）について、スラ
ブ加熱時間と磁気特性の関係を図２に示す。スラブ加熱
温度が高くなり過ぎるとスラブ加熱温度、時間にかかわ
らず鉄損は劣化した。一方、スラブ加熱温度が低いと
き、良好な鉄損とともに、とくにスラブ加熱時間の短い
ときに優れた磁束密度を得ることができた。

【００１６】このように、鋳片冷却速度とスラブ加熱時
間が磁束密度に大きな影響を及ぼすという新規な知見を
得た。表１に種々の鋳片冷却条件、スラブ加熱条件にお
ける 3.2％Si鋼の製品板における、介在物調査結果を示
す。測定は鋼板の板厚方向の断面について走査型電子顕
微鏡により観察し、１mm² あたりの４μｍ以上の介在物
数を測定した。鋳片冷却速度が遅いとき、スラブ加熱時
間にかかわらず４μｍ以上の介在物が非常に多く、これ
らは分析の結果 AlNであることが判明した。また、鋳片
冷却温度が速い場合でも、スラブ加熱時間が長くなると
同様に４μｍ以上の AlNが増加した。４μｍ以上の介在
物は再結晶の過程で好ましくない方位の結晶粒を発生さ
せると考えられ、鋳片冷却速度を速く、スラブ加熱温度
を短くすることにより、４μｍ以上の粗大な介在物が減
少したため、高い磁束密度を得ることができたものと考
えられる。

【００１７】スラブ加熱時間が長くなるとともに、粗大
な AlNが増加することから、このような４μｍ以上の粗
大な AlNは、スラブ加熱時のオストワルド成長（析出物
粗大化）により生成したものと推定される。また、鋳片
冷却速度が遅いとき、スラブ加熱温度、時間にかかわら
ず、粗大な AlNが生成した理由としては、鋳片冷却中に
AlNの一部が粗大に析出し、スラブ加熱時にそれらを核
にさらにオストワルド成長したためと考えられる。

【００１８】本発明は以上のような知見に基づき、鋳片
冷却速度を速くし、かつスラブ加熱を短時間で行うこと
により、鉄損のみならず、磁束密度にも優れた無方向性
電磁鋼板を製造できるようにしたものである。

【００１９】

【表１】

【００２０】以下に、この発明において、鋳片冷却条件
やスラブ加熱条件を上述のように限定した理由について
説明する。まず、この発明において鋳造後の鋳片温度が
1000℃から 900℃までの鋳片冷却速度を15℃／分以上に
限定した理由は、鋳片冷却速度が15℃／分を越えると冷
却中にＮの一部が AlNとして粗大に析出し、スラブ加熱
によって、磁束密度に好ましくない大きさにまでオスト
ワルド成長し、磁束密度劣化の原因となるからである。
鋳片冷却速度を15℃／分以上とするため、1000℃から 9
00℃となる範囲において、鋳片に水やミストを吹き付け
ることが望ましい。

【００２１】従来スラブ加熱は AlNを粗大化させるた
め、 AlNが溶解しない1200℃以下で、長時間加熱するの
が望ましいとされてきたが、本発明ではスラブ加熱時間
を1000℃から1050℃までを30分以内に、1050℃からスラ
ブ抽出温度（Te）までを20分以内に限定した。その理由
は、先に述べたように、長時間スラブ加熱による AlNの
過度の粗大化は磁束密度に悪影響を及ぼすことが判明し
たためである。また、熱延時の微細 AlN析出にともなう
鉄損劣化抑制のため、スラブ抽出時の温度は1200℃以下
とした。

【００２２】以下に本発明を適用した電磁鋼板の製造方
法を順に説明する。まず、この発明の適用に好適な電磁
鋼板の成分組成は重量比で以下の通りである。 Si： 1.5〜5.0 ％ Siは、固有抵抗を高めることによって鉄損を低減する有
用元素であるので、低鉄損化のために下限は 1.5％と
し、また 5.0％を越えると冷延性が阻害されるので、上
限は 5.0％とした。

【００２３】Al：0.10〜2.5 ％ Alは鋼の脱酸に有効であると同時に、Siと同様、固有抵
抗を高めて、低鉄損化に有効な成分である。0.10％未満
では、非常に微細な AlNが多数生成し、鉄損が著しく劣
化する。一方 2.5％超では冷延性の劣化を招くので0.10
〜 2.5％に限定した。

【００２４】Ｓ：20ppm 以下 Ｓを20ppm 以下に限定した理由は、 AlNはMnS を析出核
として析出しやすいためである。すなわち、鋳片冷却、
スラブ加熱時の AlNの粗大析出を抑制するため、析出核
となる MnSはできるだけ減少させることが必要であり、
Ｓを20ppm 以下とした。

【００２５】Mn：Mnは本発明において特に限定されるも
のではないが、微細なMnS 生成を抑制するために、0.1
％以上添加されることが望ましい。 Ｃ：Ｃは本発明において特に限定されるものではない
が、0.006 ％以上含まれると炭化物析出による磁気時効
を生じ、鉄損が劣化するので0.006 ％未満とすることが
望ましい。

【００２６】Ｐ：Ｐは本発明において特に限定されるも
のではないが、 0.2％以上含まれると冷延性が著しく劣
化するので 0.2％未満とすることが望ましい。 Ｎ：Ｎは現在の製鋼技術においても不可避的に10ppm 以
上含まれる。本発明はこの不可避的に含まれるＮを、無
害化する技術であり、その量は本発明において特に限定
されるものではないが、60ppm 以上となると多量の窒化
物が生成し、磁気特性に好ましくないので60ppm 未満と
することが望ましい。

【００２７】Ｏ：Ｏは本発明において特に限定されるも
のではないが、50ppm 以上含まれると磁気特性に好まし
くないので、50ppm 未満とすることが望ましい。その
他、Sb、Sn、CuおよびNiなどを磁気特性、機械的特性改
善のために添加することもできる。

【００２８】つぎに、上記の成分に調整された溶鋼を連
続鋳造法あるいは造塊法により鋳造するが、このとき、
上述した理由で鋳片冷却速度は15℃／分以上とする。こ
の際、鋳片をミストなどで冷却することにより、15℃／
分以上の冷却速度を得ることができる。さらにスラブ加
熱温度においては AlNの過度の粗大化を抑制するため、
1200℃を越えることなく、短時間で行う。上述したよう
に、スラブ加熱時間を1000℃から1050℃までを30分以内
に、1050℃からスラブ抽出温度までを20分以内、スラブ
抽出温度を1200℃以下とする。

【００２９】冷間圧延工程は、１回の冷間圧延により製
品厚みとするもの、中間焼鈍をはさんで、２回の冷間圧
延により製品厚みとするもの、あるいは、熱延板を焼鈍
し、ついで１回の冷間圧延により、製品厚みとするもの
のいずれでもよい。熱延板焼鈍は連続焼鈍による短時間
焼鈍（たとえば、 950℃×30秒）、バッチ焼鈍による長
時間焼鈍（例えば、 850℃×８時間）など公知の方法い
ずれもが適用し得る。

【００３０】冷延後、冷延板は最終仕上げ焼鈍を経て、
製品とするものである。最終仕上げ焼鈍後、公知の方法
によって、鋼板表面に絶縁被膜を被成してもよい。

【００３１】

【実施例】

（実施例１）転炉で吹錬した溶鋼を脱ガス処理し、つい
で、Si： 2.5wt％、Al： 0.5wt％、Mn： 0.5wt％、Ｓ：
10ppm を目標にして合金成分を調整した溶鋼を連続鋳造
した。その際、ミスト冷却量を制御することにより、10
00〜 900℃における鋳片冷却速度を５〜30℃／min とし
た。つづいて、スラブ加熱を表２に示すような条件で行
い、熱間圧延し、2.0mm の熱延板とした。熱延板は、 9
50℃×30秒の連続焼鈍の後、酸洗、冷間圧延を施した。
その後、 880℃×15秒の仕上げ焼鈍を行い、半有機質の
絶縁被膜を被成し、製品とした。製品板を25cmエプスタ
イン法により磁気測定を行った。結果を表２にまとめて
示す。

【００３２】表２からも明らかなように、本発明範囲で
製造した場合、従来法と比較して磁束密度に優れた、無
方向性電磁鋼板が得られることがわかる。

【００３３】

【表２】

【００３４】（実施例２）転炉で吹錬した溶鋼を脱ガス
処理し、ついで、Si： 3.5wt％、Al： 1.0wt％、Mn：
0.2wt％、Ｓ：５ppm を目標にして合金成分を調整した
溶鋼を連続鋳造した。その際、ミスト冷却量を制御する
ことにより、1000〜 900℃における鋳片冷却速度を５〜
30℃／min とした。つづいて、スラブ加熱を表３に示す
ような条件で行い、熱間圧延し、2.5mm の熱延板とし
た。熱延板は、1000℃×30秒の連続焼鈍の後、酸洗、冷
延圧延を施した。その後、 850℃×20秒の仕上げ焼鈍を
行い、有機質の絶縁被膜を被成し、製品とした。製品板
を25cmエプスタイン法により磁気測定を行った。結果を
表３にまとめて示す。

【００３５】表３からも明らかなように、本発明範囲で
製造した場合、従来法に比べ磁束密度に優れた、無方向
性電磁鋼板が得られることがわかる。

【００３６】

【表３】

【００３７】

【発明の効果】かくしてこの発明に従い、鋳造後の鋳片
冷却速度とスラブ加熱条件を制御することにより、従来
よりさらに磁束密度の高い無方向性電磁鋼板を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スラブ加熱時間が鉄損ならびに磁束密度に及ぼ
す影響を示すグラフ。

【図２】スラブ加熱時間が鉄損ならびに磁束密度に及ぼ
す影響を示すグラフ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造法あるいは鋳造−造塊法によっ
   て製造された重量比でSi： 1.5〜5.0 ％、Al：0.10〜
   2.5％、Ｓ：20ppm 以下を含む鋼スラブを、加熱後、熱
   間圧延し、必要に応じて熱延板焼鈍を施した後、１回あ
   るいは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により、所
   定の板厚とした後、最終焼鈍を施す無方向性電磁鋼板の
   製造工程において、鋳造後の鋳片温度が1000℃から 900
   ℃の範囲における鋳片冷却速度を15℃／分以上とし、次
   いでスラブとなし、さらに、スラブ加熱時のスラブ温度
   が1000℃から1050℃までを30分以内で、かつ1050℃から
   Te℃（Te℃：スラブ抽出温度、1200℃以下）までを20分
   以内で昇温することを特徴とする磁束密度の高い無方向
   性珪素鋼板の製造方法。