JPH0733549B2 - 二方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

二方向性珪素鋼板の製造方法

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JPH0733549B2 JP2104400A JP10440090A JPH0733549B2 JP H0733549 B2 JPH0733549 B2 JP H0733549B2 JP 2104400 A JP2104400 A JP 2104400A JP 10440090 A JP10440090 A JP 10440090A JP H0733549 B2 JPH0733549 B2 JP H0733549B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔従来の技術〕 鉄系の材料では結晶軸に対する方向によって磁性を担う
電子のエネルギー状態が異なり、ミラー指数<100>軸
の方向に磁化され易いという特徴を持つ。この結晶磁気
異方性を利用して、変圧器等の磁心に用いられる一方向
性電磁鋼板ではミラー指数で{110}<001>と表現され
る結晶粒のみ(ゴス方位と呼ばれる)を選択的に成長さ
せ、鋼板面内の1方向の透磁率を飛躍的に向上させた。
この一方向性電磁鋼板({110}<100>)に対し、鋼板
面内の直交する2方向に<100>軸を配向させた二方向
性電磁鋼板(ミラー指数で{100}<001>)は、より理
想的な軟質磁性材料である。しかし、工業的なプロセス
が煩雑なのに対し充分な磁気特性が得られないために、
二方向性電磁鋼板が広く磁心材料として用いられるには
至っていない。
従来の二方向性電磁鋼板の製造法には、大別して次の3
つの方法がある。
1) 柱状粒よりなる方向性インゴットを用いる方法。
この方法は、特公昭33−7509号公報或は特公昭33−7952
号公報に開示されているように、温度傾斜を維持した状
態で柱状粒の発達したインゴットを製造し柱状粒の伸長
方向と一定の角度関係を満たす方向に冷間圧延し、再結
晶を行わせる方法である。この方法の要点は、特公昭33
−7953号公報にあるように素材の{100}<001>方位か
らのズレが、或許容範囲にあれば冷延・再結晶後に再び
{100}<001>方位の結晶粒となることにある。
2) 表面エネルギーを利用する方法。
この方法は、特公昭36−8554号公報、特公昭37−7110号
公報或は特公昭38−16212号公報にあるように、板厚の
薄い素材を冷延・再結晶させる際に熱処理の雰囲気を制
御して、{100}面を板表面に持つ結晶粒のみを再結晶
させることを特徴とする製造法である。
3) クロス冷延する方法。
この方法は、特公昭35−2657号公報に開示されているよ
うに珪素鋼素材を一方向に冷間圧延した後、更にこの冷
延と交叉方向に冷間圧延を加え、短時間焼鈍と900〜130
0℃の高温焼鈍を行う方法である。この方法の原理は、
クロス冷延により{100}<001>方位粒の成長し易い素
地になる集合組織を発達させ、AlN等の粒成長のインヒ
ビターを利用した二次再結晶によって{100}<001>方
位粒を発現させるものである。
一方、溶鋼から熱延工程を経ずに直接、板厚の薄い鋼板
を得る方法が発明され、コストダウンの計れる新しいプ
ロセスとして大いに期待されている。
〔発明が解決すべき課題〕
上述してきたように、二方向性電磁鋼板は3つの磁化容
易軸の内2つを鋼板面内に配向させた理想的な磁性材料
であるにも拘らず、今日まで殆ど工業的に使用されてい
ない。これは、現在までに考案された製造方法を工業的
に行うことが極めて困難でありコストが高くなるのに対
し、期待されるほどの結晶方位の集積度が得られないこ
とによる。
例えば、1)の方向性インゴットを用いる方法では、柱
状粒を充分に発達させる為に、鋳型の側面を加熱しなが
ら底面を冷却し溶鋼に温度傾斜をつける必要があり、工
業的なプロセスとして大量生産を行うことは極めて困難
であった。
また、2)の表面エネルギーを用いる方法に於いては、
{100}方位粒のみが成長するように熱処理の雰囲気を
厳密に制御することは、工業的に難しく、また、原理的
に板面内の<100>軸方向は揃えることができない。
3)のクロス冷延を用いる方法は、かなり高い結晶方位
の集積が得られ板面内の二方向にかなり高い透磁率が期
待できるが、製造コストに見合う磁性材料を作るという
意味では、一層の集積度の向上、更なるコストダウンが
望まれる。
〔課題を解決するための手段〕
クロス冷延した素材に、粒成長のインヒビターを利用し
た二次再結晶を発現させることにより、かなり高い結晶
方位の集積度を持った二方向性電磁鋼板が得られること
は前に述べた。本発明者等は、このクロス冷延を用いた
方法を改良することによって、充分に実用に供すること
のできる二方向性電磁鋼板を得る方法を発明した。
即ち、本発明者等は回転する一対の冷却ロールを用いて
薄鋳片を鋳造するに当たって、冷却ロール直上の溶鋼の
温度を凝固開始温度よりも30℃以上高くすることによっ
て、柱状晶組織の発達した薄鋳片を得ることができ、こ
の薄鋳片に40〜80%の冷間圧延、更にこの冷間圧延と直
角方向に30〜70%の冷間圧延を施し、一次再結晶を目的
とした焼鈍、二次再結晶と純化を目的とした焼鈍を行う
ことによって{100}<001>方位に極めて良く配向した
二方向性電磁鋼板を得ることができることを見いだし
た。
以下に、本発明を詳細に説明する。
回転する一対の冷却ロールの間に溶鋼を供給する鋳造方
法を用いて薄鋳片を鋳造する際に、冷却ロール直上即
ち、溶鋼溜での溶鋼の温度を凝固開始温度より30℃以上
高くしてやると、柱状晶組織が発達し薄鋳片の集合組織
は{100}<Ovw>方位が強くなる(第1図(a))。こ
れに対し溶鋼の温度が凝固開始温度+30℃未満である
と、薄鋳片の集合組織は、ほぼランダムとなる(第1図
(b))。
本発明者等は、溶鋼の温度を調節することによって得ら
れた{100}<OVW>集合組織の発達した材料を出発素材
として、{100}<001>方位粒を揃えた二方向性電磁鋼
板を製造する方法を発明した。
この薄鋳片の成分として、Si成分は、α−γ変態による
結晶組織の破壊を抑えるために下限を1.8%とした。ま
た、交番磁界中での渦流損を低下させるために有効な上
限として6.8%を設定した。Siが4.8%以上になると冷間
圧延の際に割れが発生し易くなるが、温間で圧延するこ
とによって圧延可能であるので、上述の上限値とした。
この他の成分は、安定して二次再結晶を生ぜしめるため
に必要な、AlN,MnS,Cu2S,MnSe,Nb(C,N),Sn,Sb等から
選ばれる1種ないし2種以上を公知の範囲で含ませる
と、集積度の高い{100}<001>方位粒を得ることがで
きる。
薄鋳片の板厚はプロセッシング時の取扱い易さから、0.
4〜3.0mmにすることが好ましいが、特にこの範囲に限定
するものではない。
次にこの薄鋳片素材に、必要に応じて特公昭38−8213号
公報に開示されていると同時の700〜1200℃の温度範囲
での焼鈍を施すことも可能であるが、若干の磁気特性の
低下を犠性にして省略することも可能である。次いで、
圧下率で40〜80%の冷間圧延を施し、更にこの冷間圧延
と直角方向に30〜70%の冷間圧延を行う。この冷間圧延
は、特公昭35−2657号公報に開示されているのと同等の
ものである。更にこの鋼板に、一次再結晶させることを
目的とした焼鈍を行う。この焼鈍は750〜1000℃の温度
範囲で短時間に行うことがより好ましいが、特にこの条
件にはこだわらない。
続いて、二次再結晶と純化を目的とした最終焼鈍を行
う。この最終焼鈍は、二次再結晶を完全に行わせるため
に900〜1300℃の温度範囲で長時間行うことが好ましい
が、特にこの条件にはこだわらない。更に、二次再結晶
を安定させるために、一次再結晶終了後から二次再結晶
開始前までに鋼板を窒化することも可能である。この窒
化の方法としては、最終焼鈍の雰囲気にN2,NH3等、窒化
能のあるガスを混入する方法、最終焼鈍時焼鈍分離材に
窒化フェロマンガン等の窒化能のある物質を加える方
法、一次再結晶焼鈍の均熱過程以降においてNH3等の窒
化能のあるガスを含む雰囲気で処理する方法、或はイオ
ン窒化による方法等いずれの方法でもよい。
以上の工程によって処理することによって、極めて方向
性の優れた二方向性電磁鋼板が得られることが判った。
〔作 用〕
本発明に於いて、溶鋼の温度を凝固開始温度に較べて30
℃以上高く調整することによって得られた{100}<OVW
>集合組織の発達した薄鋳片を出発素材としてクロス冷
延を行うことによって高い集積度を持った{100}<001
>方位粒を発現できるが、この理由はクロス冷延を行う
素材として{100}<OVW>集合組織の発達した素材を使
った場合に冷間・一次再結晶後に得られる集合組織がそ
の後{100}<001>方位を成長させるのに有利なものと
成るためであると考えられる。この集合組織は例えば、
日本金属学会誌、53(1989)858に原勢等が述べている
ような{100}<001>方位と特定の方位関係を持つもの
であると考えられる。一方、溶鋼の温度が凝固開始温度
+30℃未満となりランダムな集合組織が発達してしまう
とクロス冷延・一次再結晶後の集合組織が{100}<001
>から偏寄しい方位を成長させ得るものとなると考えら
れる。
(実施例1) 重量でSi:3.5%、C:0.040%、Mn:0.18%、P:0.020%、A
l:0.030%、N:0.0080%、S:0.0050%、Cr:0.10%を含み
残部Fe及び不可避的不純物より成る溶鋼の温度を凝固開
始温度より20℃高くして鋳造した鋳片A、30℃高くして
鋳造した鋳片B、50℃高くして鋳造した鋳片C、70℃高
くして鋳造した鋳片Dをそれぞれ得た。鋳片の厚みは全
て2.0mmであった。これらの鋳片に1000℃で5分間の焼
鈍を施し、次いで1.0mm厚まで冷間圧延し、更に上記冷
間圧延と直角方向に冷間圧延を施し0.5mm厚とした。こ
の材料に、820℃で400秒間、湿水素中で焼鈍を施し、フ
ェロ窒化マンガン5%を含む酸化マグネシアを塗布した
後、1200℃で30時間の最終焼鈍を行った。この最終焼鈍
の雰囲気は、1200℃までが窒素50%、水素50%の混合
気、1200℃の保定後が水素100%の乾燥雰囲気中であ
る。得られた材料の特性を第2図に示す。この図に示す
ように、溶鋼の溶鋼溜内の温度をこの溶鋼の凝固開始温
度より30℃以上高くして鋳造すると、得られた材料の磁
束密度B8が1.9(T)以上になることが確認された。
(実施例2) 重量で、Si:3.02%、C:0.055%、Mn:0.075%、P:0.006
%、S:0.024%、Al:0.024%、N:0.090%、Cu:0.10%、S
n:0.09%を含み残部Fe及び不可避的不純物よりなる溶鋼
を凝固開始温度より20℃高い温度で鋳造して鋳片A、50
℃高い温度で鋳造して鋳片Bを作った。鋳片の厚みは0.
8mmであった。これらの鋳片に1100℃で2分間の焼鈍を
行い、0.4mm厚みまで冷延し、更に前記冷延と直角方向
に冷延し0.2mm厚とした。この材料に850℃で90秒間の焼
鈍を湿水素中で行い、さらに1200℃で20時間の最終焼鈍
を行った。最終焼鈍の雰囲気は1200℃までが窒素25%、
水素75%の混合気、1200℃の保定後が水素100%の乾燥
気中であった。得られた材料の磁気特性結果を下表に示
す。
〔発明の効果〕 本発明は前述のように鋳造温度と規定して{100}<OVW
>集合組織の発達した材料を出発材料としたので、磁束
密度が1.9(T)以上の二方向性電磁鋼板を製造するこ
とができる。従って、かゝる電磁鋼板を広く磁心材料と
して用いることができるのでその工業的効果は極めて大
きい。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)(b)は、薄鋳片の結晶方位を示す(20
0)極点図であり、第2図は溶鋼の凝固開始温度よりの
温度差と材料の磁束密度の関係を示す図である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量で、Si:1.8〜6.8%を含む溶鋼を回転
    する一対の冷却ロールの間に供給し、且つこの冷却ロー
    ル直上の前記溶鋼の温度を凝固開始温度+30℃以上とし
    て柱状晶組織の発達した薄鋳片を製造し、而る後この薄
    鋳片に圧下率40〜80%の冷間圧延を行い、更にこの冷間
    圧延方向と直角方向に圧下率30〜70%の冷間圧延を行っ
    た後、一次再結晶を目的とした焼鈍を施し、次いで二次
    再結晶と純化を目的とした最終焼鈍を行うことを特徴と
    する方向性の優れた二方向性電磁鋼板の製造方法。
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JP5942886B2 (ja) * 2013-02-18 2016-06-29 Jfeスチール株式会社 方向性電磁鋼板の窒化処理設備および窒化処理方法
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