JPH075975B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、低コストでしかも圧延方向に良好な磁気特
性を有する方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

〔従来の技術〕

方向性電磁鋼板は圧延方向の励磁特性と鉄損特性に優れ
る電磁気材料で、変圧器鉄心をはじめとする様々の電気
機器用途に広く用いれている。

ところで、方向性電磁鋼板は、一般の冷延鋼板や無方向
性電磁鋼板に比べて、製造工程が複雑で特殊なために、
コストが非常に高くつく。こうしたことから、方向性電
磁鋼板にあっては製造工程の改善によるコストダウンが
重要な課題となっている。

方向性電磁鋼板の一般的な製造プロセスは、まずスラブ
を1300℃以上に高温加熱し、AlN、MnSを溶体化して熱間
圧延し、熱延板焼鈍後、１回または中間焼鈍を伴う２回
以上の冷間圧延を行って最終板厚とする。そして、脱炭
焼鈍により鋼中Ｃを低レベルに下げるとともに、一次再
結晶を調整する。最後にバッチ炉において1100〜1200℃
の仕上焼鈍を行って、二次再結晶を生じさせるととも
に、鋼の純化（脱硫・脱窒）を図る、というものであ
る。

スラブの高温加熱は、二次再結晶のインヒビターとなる
AlNやMnSの分散状態の適正化に不可欠なものあるが、13
00℃以上の加熱には特殊な専用炉が必要とされる上、ス
ケールロスやエネルギーコストの点でも問題がある。

また脱炭焼鈍は、熱延板焼鈍までの工程においてAlN、M
nSの分散状態の適正化という意味から必要とされるＣを
磁気特性上問題のないレベルまで下げるために行うもの
であるが、コストが非常に高くつく。

更に仕上焼鈍としての高温長時間焼鈍は、成品の磁気特
性にとっては有害な析出物、とくにMnSの除去のために
必要とされるが、1100〜1200℃いう高温での長時間に及
ぶ処理はコスト上昇の大きな原因となる。すなわち、方
向性電磁鋼板のコストダウンを図るためには、これらの
熱処理の低コスト化が不可欠となってくる。

熱処理の低コスト化を実現する試みとしては、例えば特
開昭58−100627号に示される方法がある。

これは、C0.02％以下、Si5％以下、S0.015％以下、Al0.
01〜0.08％、N0.01％以下の鋼素材を1270℃以下でスラ
ブ加熱し、熱延、熱延板焼鈍、冷延、一次再結晶焼鈍を
行ったのち、鋼板板面に平行な1cm当り２℃以上の温度
差を付与する焼鈍を行って二次再結晶を生じさせるとい
うものである。

この方法は、スラブ加熱を1300℃未満の温度で行えばよ
いので、特殊な専用炉を必要とせず、スケールロスやエ
ネルギーコストも低減される。またＣ量を予め低くして
おけるので、工程途中での脱炭処理が不要となる等のメ
リットがある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この方法ではAlNのインヒビター効果が
十分に発揮されず、二次再結晶を安定して得ることが難
しい。しかも、二次再結晶処理として鋼板板面に平行に
温度差を付与する特殊な焼鈍を必要とし、実用的な方法
とは言えない。

ところで、方向性電磁鋼板については本発明者らも以前
より研究を行っており、有用な製造法をすでにいくつか
提案している。その中の１つが特開昭62−83421号（以
下、先願とする）の方法である。

これは、基本的には極低炭素（Ｃ≦0.010％）でAlを極
微量（0.003〜0.015％）含ませた鋼を素材として用い、
熱延−冷延後、所要の条件で一次再結晶を行わしめる焼
鈍と二次再結晶を行わしめる仕上焼鈍とを行うものであ
る。この方法は、AlNのインヒビター効果を有効に引き
出すことができ、しかも脱炭焼鈍が省略できる上、仕上
焼鈍もα領域での低温焼鈍で二次再結晶を発生させるこ
とができるので、コスト面で非常に有利である。

先願の方法はこのように、有効性の高いものであるが、
磁気特性については、これを上廻る性能の要求も多く、
より一層の改善が望まれるところである。

本発明は、先願の技術を更に発展させ、その有利性を生
かしながら、より高くかつ安定した磁気特性が確保でき
るようにした方向性電磁鋼板の製造方法の提供を目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者らは、先願技術の適用時における、仕上焼鈍工
程での二次再結晶挙動、すなわち二次再結晶粒のゴス方
位｛110｝〈001〉集積度を改善する有効な手段を見出す
べく、鋭意実験、研究を重ねた結果、下記の如き知見を
得た。

二次再結晶粒のゴス方位集積度を高めるには、AlNの外
に、少量のMnSをインヒビターとして活用する必要があ
る。

そして、スラブ加熱温度が1270℃以下の低温の条件下に
おいてMnSのインヒビター効果を有効に引き出すために
は、Mn0.05％〜0.20％、S0.003〜0.015％の範囲とする
ことが重要である。

またこの場合、処理条件としては、熱延の仕上温度を70
0〜900℃の範囲とすることが必要であり、更に熱延板焼
鈍及び冷延後の一次再結晶焼鈍を、950〜1050℃の高温
連続焼鈍とすることが有効である。

本発明は、上記のような知見に基づくものであって、下
記の方法を要旨とする。

C0.01％以下、Si1.8〜4.0％、Mn0.05〜0.20％、S0.003
〜0.015％、Sol・Al0.003〜0.015％、N0.0010〜0.0100
％含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなるスラ
ブを1270℃以下に加熱し、仕上温度700〜900℃にて熱間
圧延を行い、600℃以下の温度で巻取ったのち、950℃ご
え1050℃以下の温度で10秒以上10分以内の連続焼鈍によ
り熱延板焼鈍を行い、次いで１回または中間焼鈍を伴う
２回以上の冷間圧延を施して最終板厚としたのち、950
℃ごえ1050℃以下の温度で10秒以上10分以内の連続焼鈍
を行って一次再結晶を生じさせ、更に800℃〜1000℃の
仕上焼鈍により二次再結晶を生じさせることを特徴とす
る方向性電磁鋼板の製造方法。

〔作用〕

以下、本発明の各構成要件について具体的かつ詳細に説
明し、作用を明らかにする。

○まず使用するスラブの鋼成分の限定理由は次のとおり
である。

C:鋼中のＣ量が0.01％をこえると、鉄損の悪化や磁気時
効の劣化など、磁気特性上好ましくない現象が顕著とな
る。よってＣは0.01％以下とした。なお、Ｃは、磁気特
性上少なければ少ないほど有利であることから、下限は
とくに規定しない。

因に、従来の方向性電磁鋼板は、素材（熱延板）の段階
では0.025〜0.085％程度のＣを含ませているのが通例で
あり、これを冷延以降の過程で脱炭焼鈍により低減して
製品Ｃ量としている。これは工程途中までのＣ含有量
が、インヒビターとしてのAlN、NnSの分散状態を適正化
して最終成品の磁性向上に役立つとの考えからである
が、本発明はこのようなＣ含有を行わずともAlN、MnSを
インヒビターとして効果的に作用させることができるも
のであり、素材鋼中へのＣ含有は必要ない。むしろ脱炭
焼鈍を省略する意味から予め極低にしておくことが必要
となるのである。

Si:比抵抗の増加により鉄損低減に有効であり、1.8％以
上の含有によりその効果を顕著に示す。しかし４％を超
える含有は冷間圧延を困難とする。したがって1.8〜4.0
％とした。

なお、実際上Si量はこの規定のレンジ内において、求め
られる磁気特性（鉄損、磁束密度）が得られるように決
められる。

Mn:MnはＳとともにインヒビターとして作用するMnSを生
成し、二次再結晶の安定化に重要な役割を果たす。しか
しMn含有量が0.20％を超えると1270℃以下のスラブ加熱
ではMnSの溶体化が十分に行えず、MnSのインヒビター効
果が発揮されない場合がある。また、0.05％未満の場合
にはFeSによる熱間圧延中の脆性が問題となる。従ってM
n量は0.05〜0.20％とした。

S:Sは前述したMnとインヒビターとなるMnSを形成し二次
再結晶を安定化する重要な元素である。

Ｓ添加量が0.003％未満と0.015％を超えた範囲において
磁気特性に大きなバラツキが生じる。これはそのような
Ｓ量ではインヒビターとなるMnSの量と析出形態が不適
切となるためと考えられる。これに対してＳ量が0.003
〜0.015％の範囲にあるときは、確実に磁気特性はつね
に高レベルにあり、二次再結晶が安定している。したが
ってＳ量は0.003〜0.015％とした。

Sol.Al:Alは本発明の主要なインヒビターとなるAlNを形
成し一次再結晶粒の粒成長を抑えるのに必要な元素であ
り、その添加量の規定は本発明において重要な意味をも
つ。

Alの含有量はSol.Al量で0.003〜0.015％と定めたのは、
その下限値未満ではインヒビターとしてのAlN量の絶対
量が不足して十分な効果が期待できず、一方上限値を超
えるとインヒビターとしての分布形態が不適切となり、
仕上焼鈍で安定した二次再結晶が得られないからであ
る。

N:インヒビターとしてのAlN形成に不可欠な元素であ
り、その意味から少なくとも0.0010％以上必要とされ
る。ただし、0.0100％を超えて含有させても、インヒビ
ター効果の面で意味がない。よってＮは0.0010〜0.0100
％と定めた。

○次に製造プロセスについて述べる。

本発明の方法は、基本的には上記のような成分条件に適
合したスラブを用い、スラブ加熱熱延巻取熱延板
焼鈍冷延連続焼鈍（冷延後の焼鈍）仕上焼鈍の工
程を経て方向性電磁鋼板を製造するものである。

各工程について、以下に説明する。

スラブ加熱 方向性電磁鋼板の製造においてスラフ加熱は、1300〜14
00℃の超高温で行うのが通例であった。これは、熱間圧
延以降の工程でAlNやMnSがインヒビターとして有効な状
態（大きさ、分散状態）に析出するためには、スラブ熱
の段階でAlN、MnSを十分に溶体化させておく必要がある
との認識からである。しかしこのようなスラブの高温加
熱は、ノロ発生に伴う歩留低下やエネルギコストの増
大、加熱炉のトラブル発生など問題が多く、特殊な専用
炉を用意しなければならないこともあって実施コストが
非常に高くつく。

本発明は、このスラブ加熱の加熱温度を下げてコストを
引下げることを１つの狙いとしている。そしてこの目的
のために、鋼中AlN,MnSの量を通常より少なくし、少量
のAlN,MnSをインヒビターとして効率的に活用する手法
をとっている。

このような方法によれば、スラブの加熱温度は冷延鋼板
並みの1270℃以下で十分で、この低温での加熱によりイ
ンヒビター効果が十分に発現し、仕上焼鈍工程において
二次再結晶が安定的に確保されることになるのである。
したがって本発明では、スラブの加熱温度を、1270℃以
下に限定した。

因に、このような低温ならば、近年省エネルギーの観点
から盛んに行われているダイレクトチャージ（ロー
ル）、すなわちスラブを冷却することなく直接加熱炉に
装入し、加熱、復熱処理を行って直ちに熱間圧延にかけ
る方式を採用することも可能となる。

なお、スラブ加熱温度の下限については特に限定しない
が、圧延機の能力等実操業面から考えて、1000℃以上の
加熱が望ましい。

熱間圧延の仕上温度 二次再結晶の安定化をはかる上で重要な製造条件であ
る。仕上温度が900℃を超えると二次再結晶が不安定と
なり磁気特性にバラツキを生じる。これは熱間圧延中の
AlNやMnSの析出状態、あるいは熱延板の集合組織がゴス
本位（｛110｝〈001〉）の二次再結晶に不適切になるた
めと考えられるが、詳細は未だ明らかでない。

一方、仕上温度が700℃以下になると現行の熱延設備で
は形状制御等に問題が生じる。したがって、熱延以上温
度は700〜900℃の範囲とした。

巻取温度 本発明では、熱延板焼鈍およびそれ以降の工程で析出し
てくるAlNがインヒビターとして重要な役割を果たして
いる。したがって巻取温度が600℃を超え、巻取状態で
のAlNの量が減少し二次再結晶が不安定となる。したが
って巻取温度は600℃以下とした。なお、下限について
は、磁気特性上問題とならないので定めない。

熱延板焼鈍 熱延板焼鈍はリジングの発生防止とAlNの析出分散のた
めに必要である。リジングとは、本発明鋼のような高Si
鋼にて、熱延板に未再結晶部を残したまま冷間圧延する
と発生する圧延方向に線状に伸びた表面起伏である。こ
の防止には熱延板を完全に再結晶させる必要があり、こ
のためには800℃で10秒以上の連続焼鈍が必要となる。
また熱延板焼鈍時に析出するAlNは二次再結晶のための
インヒビターとして重要であり、この適正な分散析出状
態を実現してゴス方位粒の集積度を上げるためには急速
加熱で950℃を超えの焼鈍が適している。また1050を超
える熱延板焼鈍は、AlNの分散にとって不適切である。
なお、熱延板焼鈍の均熱時間が10分を超えても実用上の
意味はない。したがって950℃超え1050℃以下で10秒以
上10分以内とした。

冷間圧延 冷間圧延は１回冷延であるが、中間焼鈍を伴う二回以上
の冷間圧延であるかを問わない。中間焼鈍の条件として
は800〜950℃での連続焼鈍が望ましいが特に規定しな
い。

冷間圧延後連続焼鈍 ゴス方位への集積度の高い二次再結晶を発生させるに
は、一次再結晶集合組織と粒径およびインヒビターとな
るAlN,MnSの析出状態（分布および形態）が適切な組み
合せとなる必要がある。これを実現するのが最終板厚と
した後の連続焼鈍である。この焼鈍は急速加熱の焼鈍が
必要で連続焼鈍が適している。焼鈍の条件としては、加
熱速度は５℃/S以上が望ましい。

焼鈍温度は950℃以下または1050℃ごえでは、前述した
集合組織・フェライト粒径・インヒビターの析出等が適
正とならず、二次再結晶でのゴス方位集積度が低くな
る。また、焼鈍時間としては、10秒未満では焼鈍の効果
が得られず、10分をこえる均熱は実際上不必要である。

以上のことから、冷間圧延後の連続焼鈍条件を950℃ご
え1050℃以下で10秒以上10分以内とした。

仕上焼鈍 本発明は、主として成分の適正化により低温の仕上焼鈍
で安定な二次再結晶を生じさせるものであり、仕上焼鈍
ではいわゆる1000℃以上の高温の鈍化焼鈍も行わない。
このことが、コストの低減にむすびつく。

仕上焼鈍の温度は、800℃未満では二次再結晶が生じ
ず、良好な磁気特性が期待できない。また、本発明は比
較的少量のlNとMnSをインヒビターとしており、二次再
結晶は1000℃以下で十分である。したがって800〜1000
℃の焼鈍とした。

仕上焼鈍の雰囲気は特に限定しないが、AlNのインヒビ
ター効果を強化する意味で二次再結晶が完了するまでは
窒素を含む雰囲気とするのが望ましい。

なお仕上焼鈍の前には、焼付防止の為に焼鈍分離材等の
表面処理を施す工程が入るのが一般的ある。

〔実施例〕

第１表に示す種々の成分系の連続鋳造スラブを、室温ま
で冷却することなく、直接スラブ加熱炉に装入し、同表
の条件で熱間圧延→熱延板焼鈍→冷間圧延→連続焼鈍→
仕上焼鈍を施し、圧延方向の鉄損W17/50と磁束密度B₈を
測定した。なお、各試験材とも熱延板焼鈍の前あるいは
後に脱スケールを実施している。また、仕上焼鈍の前に
は焼鈍分離材の塗布を行った。磁気測定はJIS C2550に
より幅30mm、長さ280mmのエプスタイン試片を圧延方向
より切断採取して800℃×2hの歪取焼鈍後に行った。

試験の結果について説明する。

No.1〜６は、Ｓ量以外は実質的に同一組成で、同一の熱
延仕上げ・巻取り条件で、Ｓ量を種々変化させた例であ
る。熱延条件は全て本発明範囲にあり、Ｓ量以外は全て
の鋼種とも本発明範囲の組成となっている。

Ｓ量が本発明から低目と高目に外れた（以下「外れた」
は「本発明範囲からの外れた」の意味とする）No.1,6
は、熱延板焼鈍以降は本発明範囲であるが、本発明範囲
のＳ量でしたも熱延板焼鈍以降は同一条件のNo.3,5と比
べ、鉄損、磁束密度とも大きく劣っている。また、No.
2,4のように本発明範囲の組成となっていても、連続焼
鈍の温度が低目や高目に外れた場合にはやはり良好な磁
気特性は得られていない。

No.7〜11は、本発明範囲の組成の同一鋼種であるが、熱
延以降も本発明条件を満たしたNo.9,11で良好な磁気特
性が得られているのに対し、熱延仕上温度が高目に外れ
たNo.7や連続焼鈍温度が低目に外れたNo.8及び高目に外
れたNo.10では、良好な磁気特性は得られていない。

No.12〜17は、本発明範囲の組成の同一鋼種で、熱延板
焼鈍条件を種々変化させた例である。本発明範囲のNo.1
5,16はリジング性、磁気特性共良好なレベルにある。一
方、熱延板焼鈍条件以外は全て本発明範囲であるが、熱
延板焼鈍が連続焼鈍であってもその温度が低目に外れた
No.12〜14ではリジング性、磁気特性共に劣っている。
また、バッチ焼鈍で熱延板焼鈍を実施したNo.17は、リ
ジング性は良好であるが、二次再結晶が安定せず磁気特
性は悪い。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明の方法は、スラブ
高温加熱、脱炭焼鈍、高温仕上焼鈍等、コストのかかる
熱処理を行うことなく、高レベルの磁気特性を有する方
向性電磁鋼板を安定して製造することができる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量％で、C0.01％以下、Si1.8〜4.0％、M
   n0.05〜0.20％、S0.003〜0.015％、Sol.Al0.003〜0.015
   ％、N0.0010〜0.0100％で、残部はFeおよび不可避的不
   純物からなるスラブを1270℃以下に加熱し、仕上温度70
   0〜900℃にて熱間圧延を行い、600℃以下の温度で巻取
   ったのち、950℃ごえ1050℃以下の温度で10秒以上10分
   以内の連続焼鈍による熱延板焼鈍を行い、次いで１回ま
   たは中間焼鈍を伴う２回以上の冷間圧延を施して最終板
   厚としたのち、950℃ごえ1050℃以下の温度で10秒以上1
   0分以内の連続焼鈍を行って一次再結晶を生じさせ、更
   に800〜1000℃の仕上焼鈍により二次再結晶を生じさせ
   ることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。