JPH0826398B2 - 磁束密度の極めて高い一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁束密度の極めて高い一方向性電磁鋼板の製造方法

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JPH0826398B2
JPH0826398B2 JP62083852A JP8385287A JPH0826398B2 JP H0826398 B2 JPH0826398 B2 JP H0826398B2 JP 62083852 A JP62083852 A JP 62083852A JP 8385287 A JP8385287 A JP 8385287A JP H0826398 B2 JPH0826398 B2 JP H0826398B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はトランス等の鉄芯に用いられる高磁束密度一
方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。
〔従来の技術〕
一方向性電磁鋼板は軟磁性材料として主にトランスそ
の他の電気機器の鉄芯材料に使用されているもので、磁
気特性として励磁特性と鉄損特性が良好でなくてはなら
ない。
この励磁特性を表わす数値として通常B8(磁場の強さ
800A/mにおける磁束密度)を用い、鉄損特性を表わす数
値としてW17/50(50Hzで1.7Tまで磁化させた時の1kg当
りの鉄損)を用いている。
この一方向性電磁鋼板は最終仕上焼鈍工程で2次再結
晶現象を起こさせ、鋼板面に{110}面、圧延方向に<0
01>軸をもったいわゆるゴス組織を発達させることによ
って得られている。良好な磁気特性を得るためには磁化
容易軸である<001>軸を圧延方向に高度に揃える事が
重要である。又板厚、結晶粒度、固有抵抗、表面被膜、
鋼板の純度等も磁気特性に大きな影響を及ぼす。
方向性については、MnS,AlNをインヒビターとして利
用する最終強圧下冷間圧延を特徴とする方法によって大
幅に向上し、それに伴って鉄損特性も著しく向上してき
た。
一方近年エネルギー価格の高騰を背景として、トラン
スメーカーは低鉄損トランス用素材への指向を一段と強
めている。低鉄損素材としてアモルファス合金や6.5%S
i鋼等の開発も進められているが、トランス用材料とし
て工業的に使用するには解決すべき問題を残している。
他方レーザー等を用いた磁区制御技術が近年開発され、
それによって鉄損特性が大幅に向上した。また製品の磁
束密度が高いほど磁区制御技術の効果が大きいため、磁
束密度の極めて高い製品を開発する必要性が高まってき
た。
含Al一方向性電磁鋼板を製造する方法において、最終
仕上焼鈍における昇温速度を低めとすることによって磁
束密度を高める方法が提案されているが(特公昭56-334
50)、被膜形成が困難になる等解決すべき問題を残して
いる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
一方向性電磁鋼板を製造する場合極めて高い磁束密度
をもつ製品を安定して得ることが難しいという問題点を
解決する方法を提供するものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明はAlNを主インヒビターとし、珪素鋼熱延板を
必要に応じて焼鈍し、圧下率80超〜95%の強圧下最終冷
間圧延を含む1回以上の冷間圧延と、その間に行なう中
間焼鈍と最終冷間圧延後の脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍を施
して一方向性電磁鋼板を製造する方法において、上記最
終仕上焼鈍を行なう際700℃から900〜1050℃の温度域ま
では2〜50℃/hrで、昇温を行ない、ひき続き700〜1000
℃の温度域まで降温させ、次いで1100〜1300℃の仕上焼
鈍温度まで2〜50℃/hrで昇温させることによって極め
て磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造する方法を提
供するものである。
即ち本発明者らは、AlNを主インヒビターとする上記
一方向性電磁鋼板の製造方法において、極めて磁束密度
の高い製品を安定して得ることが難しいという問題点を
解決する方法を種々検討した結果、最終仕上焼鈍を行な
う際700℃から900〜1050℃の温度域までは2〜50℃/hr
で昇温を行ない、ひき続き700〜1000℃の温度域まで降
温させ次いで1100〜1300℃の仕上焼鈍温度まで2〜50℃
/hrで昇温させることによって磁束密度が極めて高くな
るという現象を発見した。
以下本発明を詳細に説明する。
本発明の出発素材である珪素鋼熱延板の成分について
はSi:2.5〜4.0%、C:0.03〜0.10%、酸可溶性Al:0.010
〜0.065%、N:0.0010〜0.0150%、Mn:0.02〜0.30%、S:
0.005〜0.040%を含有する必要がある。
Siは4.0%を超すと脆化が激しく冷間圧延が困難とな
り好ましくない。一方2.5%未満では電気抵抗が低く良
好な鉄損特性を得難い。
Cは0.03%未満では脱炭工程以前でのγ量が極めて少
なくなってしまい良好な1次再結晶組織が得難い。一方
0.10%を超えると脱炭不良となり好ましくない。
酸可溶性Al,Nは本発明において高磁束密度を得るため
に必須の主インヒビターAlNを得るための基本成分であ
り、上記範囲を外れると2次再結晶が不安定となり好ま
しくないので酸可溶性Alは、0.010〜0.065%、Nは0.00
10〜0.0150%とする。
またMnおよびSはインヒビターMnSを形成するために
必要な元素であり、上記範囲を外れると2次再結晶が不
安定となり好ましくないのでMnは0.02〜0.30%、Sは0.
005〜0.040%と定める。
その他インヒビター構成元素として公知であるSn,Sb,
Se,Te,Cu,Nb,Cr,Ni,B,V,As,Bi等を必要に応じて含有さ
せてよい。
本発明は上記成分を含有する珪素鋼熱延板を出発材と
し、必要に応じて焼鈍し、圧下率80超〜95%の強圧下最
終冷間圧延を含む1回以上の冷間圧延と、その間に行な
う中間焼鈍と最終冷間圧延後の脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍
を施す製造工程を前提としている。
本発明はAlNを主インヒビターとしており、AlNの析出
処理を目的として、700〜1200℃の熱延板焼鈍を必要に
応じて行なう。
2回以上の冷間圧延を行なう際の冷間圧延の間に行な
う中間焼鈍は700〜1200℃の温度で行なう。
最終強圧下冷間圧延の圧下率は80超〜95%にする必要
がある。80%以下では高磁束密度が得難く、95%を超え
ると脱炭焼鈍後の集合組織が不適切となるため2次再結
晶に不安定が生じる。
最終強圧下冷間圧延後鋼板に700〜900℃の温度で脱炭
焼鈍を行なう。脱炭焼鈍後の鋼板表面に焼鈍分離剤を塗
布し、次いで最終仕上焼鈍を行ない製品とする。本発明
の特徴はこの最終仕上焼鈍工程にある。
最終仕上焼鈍を行なう際は、700℃から900〜1050℃の
温度域までは2〜50℃/hrで昇温を行ない、ひき続き700
〜1000℃の温度域まで降温させ、次いで1100〜1300℃の
仕上焼鈍温度まで2〜50℃/hrで昇温させる必要があ
る。以下最終仕上焼鈍条件の限定理由を説明する。
本発明者らは、2次再結晶挙動を詳細に調査した結果
次のような新しい知見を得た。第1図に2次再結晶開始
初期及び2次再結晶完了期の2次再結晶粒の方位の一例
を示す。2次再結晶開始初期の2次再結晶粒の方位は
{110}<001>に極めて近く、2次再結晶が進行するに
従って{110}<001>方位から分散した方位粒が2次再
結晶してくるのがわかる。2次再結晶現象は本質的には
鉄の拡散による現象であり、温度によって大きな影響を
受ける。本発明者らは2次再結晶開始初期の2次再結晶
粒が{110}<001>に極めて近いことに着目し、2次再
結晶開始直前又は開始初期に温度を降下させることによ
って鉄の拡散を抑制し{110}<001>に極めて近い方位
粒のみを2次再結晶させることが可能ではないかと推定
して広範な実験を行なった。以下実験結果に基づいて詳
細に説明する。
第2図に最終仕上焼鈍の途中過程で降温を始めた温度
と製品の磁束密度との関係を示す。この場合Si:3.27
%、C:0.078%、酸可溶性Al:0.026%、N:0.0085%、Mn:
0.071%、S:0.025%を含有する2.3mm厚の熱延板を出発
材とし、かかる熱延板を1100℃2分間の焼鈍後急冷し、
0.225mmの最終厚みまで冷間圧延し、ついで脱炭焼鈍を
行なった後MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、15
℃/hrの昇温速度で、第2図に示す各温度まで昇温した
後、800℃まで降温した。800℃に達した時点で再び15℃
/hrの昇温速度で昇温を始め、1200℃まで昇温を行なっ
た後20時間1200℃に保持した。ここでの焼鈍雰囲気は、
室温から1200℃までは25%N2+75%H2とし、1200℃での
保定中は100%H2とした。第2図から明らかなように降
温開始温度900〜1050℃の範囲で磁束密度の向上効果が
見られ、第2図を基に降温開始温度を規定した。
そこで、900〜1050℃の温度域から700〜1000℃の温度
域まで降温させる。純化を目的として鋼板を1100℃以上
にする必要上、700℃未満にまで降温させると製造コス
トが増加するため好ましくなく、1000℃を超えると2次
再結晶の進行が速いため効果が得難いので700〜1000℃
の温度域まで降温させると規定した。
続いて、700〜1000℃の温度域から1100〜1300℃の仕
上焼鈍温度まで昇温させる。1100℃未満で純化を行なう
と時間がかかりすぎ好ましくなく、純化の点で1300℃超
まで温度を上げる必要がない上製造コストが増加して好
ましくない。
700℃から900〜1050℃の温度域までの昇温速度は2〜
50℃/hrとした。2℃/hr未満では2次再結晶が不安定と
なり好ましくなく、50℃/hrを超えると2次再結晶の核
発生が過度となり、{110}<001>方位から分散したも
のまで容易に核発生し結果として磁束密度が低下して好
ましくない。
700〜1000℃の温度域から1100〜1300℃の仕上焼鈍温
度までの昇温速度は2〜50℃/hrとした。2℃/hr未満で
は2次再結晶が不安定となり、好ましくなく、50℃/hr
を超えると、2次再結晶の核が過度に発生しやすくな
り、{110}<001>方位から分散したものまで容易に核
発生し結果として磁束密度が低下して好ましくない。
本発明の特徴である900〜1050℃の温度域から700〜10
00℃の温度域まで降温させる効果のメカニズムについて
は必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のよう
に考えている。第1図に示すように、2次再結晶開始初
期の2次再結晶粒の方位は{110}<001>方位に極めて
近い。これは{110}<001>に極めて近い方位粒の核発
生が{110}<001>から分散した方位の核発生よりも早
期に起ることを示唆している。2次再結晶の核の発生に
関してはいくつかの考え方があるが、鉄の拡散を必要と
するという点では共通している。拡散現象自体温度に強
く依存することは知られており、{110}<001>に極め
て近い方位粒の核が発生した段階で温度を下げると{11
0}<001>から分散した方位粒の核発生が生じなくなる
ものと考えられる。700〜1000℃のいずれかの温度から1
100〜1300℃のいずれかの温度までの昇温中既に核発生
している{110}<001>に極めて近い方位粒は容易に2
次再結晶粒となり粒成長していくのに対して、{110}
<001>から分散した方位粒は降温を始めた温度以上に
達っした時にようやく核発生時期を迎えることになる。
そしてその時点では{110}<001>に極めて近い2次再
結晶粒が鋼板のかなりの部分を占めてしまって{110}
<001>から分散した方位粒の核発生が可能な鋼板部分
が少なくなっていると考えられる。従って本発明の効果
は{110}<001>から分散した方位粒の核発生を積極的
に抑制することによって、{110}<001>に極めて近い
2次再結晶粒が鋼板を占める割合を増加させたことによ
ると考えられる。
1100〜1300℃の仕上焼鈍温度まで昇温した後はS,N等
の不純物の純化のために1100〜1300℃の温度範囲に5時
間以上保持する。
最終仕上焼鈍中の雰囲気については特に限定しない
が、室温から900〜1050℃の温度域までの昇温過程、ひ
き続く700〜1000℃の温度域までの降温過程、ひき続く1
100〜1300℃の仕上焼鈍温度までの昇温過程において焼
鈍雰囲気に5%以上の窒素ガスが含まれていることは2
次再結晶の安定化の点で好ましい。
最終仕上焼鈍後に鋼板に張力を付加するコーティング
を行なうと鉄損特性が一層向上する。本発明によって製
造された製品は極めて磁束密度が高いため、レーザー等
を用いた磁区制御を行なうと極めて鉄損特性の優れた製
品になる。
以下実施例について述べる。
〔実施例〕
実施例1 Si:3.25%、C:0.078%、酸可溶性Al:0.026%、N:0.00
85%、Mn:0.071%、S:0.025%、Sn:0.12%、Cu:0.07%
を含む板厚2.3mmの熱延板に1100℃2分間の焼鈍後0.225
mmの最終厚みまで冷間圧延し、ついで脱炭焼鈍し、ひき
続きMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、1200℃
まで15℃/hrで昇温、950℃まで15℃/hrで昇温後800℃
まで降温し再び15℃/hrで1200℃まで昇温、1000℃ま
で15℃/hrで昇温後800℃まで降温し再び15℃/hrで1200
℃まで昇温の3通りの処理後ひき続き1200℃で20時間保
持した。焼鈍雰囲気は1200℃以下では25%N2+75%H2
し1200℃になった時点で100%H2とした。処理条件と製
品の磁束密度との関係を第1表に示す。
実施例2 Si:3.51%、C:0.084%、酸可溶性Al:0.025%、N:0.00
80%、Mn:0.075%、S:0.024%、Sn:0.16%を含む板厚2.
3mmの熱延板に1100℃2分間の焼鈍後0.225mmの最終厚み
まで冷間圧延し、ついで脱炭焼鈍し、ひき続きMgOを主
成分とする焼鈍分離剤を塗布し、1200℃まで15℃/hr
で昇温、950℃まで15℃/hrで昇温後800℃まで降温し
再び15℃/hrで1200℃まで昇温の2通りの処理後ひき続
き1200℃で20時間保持した。焼鈍雰囲気は1200℃以下で
は25%N2+75%H2とし1200℃になった時点で100%H2
した。処理条件と製品の磁束密度との関係を第2表に示
す。
実施例3 Si:3.29%、C:0.075%、酸可溶性Al:0.026%、N:0.00
85%、Mn:0.071%、S:0.025%、Sn:0.12%、Cu:0.06%
を含む板厚2.3mmの熱延板に1100℃2分間の焼鈍後0.225
mmの最終厚みまで冷間圧延し、ついで脱炭焼鈍し、ひき
続きMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、1200℃
まで15℃/hrで昇温、1000℃まで15℃/hrで昇温し、10
00℃で15時間保持後15℃/hrで1200℃まで昇温、1000
℃まで15℃/hrで昇温後800℃まで降温し、再び15℃/hr
で1200℃まで昇温の3通りの処理後ひき続き1200℃で20
時間保持した。焼鈍雰囲気は1200℃以下では25%N2+75
%H2として1200℃になった時点で、100%H2とした。処
理条件と製品の磁束密度との関係を第3表に示す。
〔発明の効果〕 以上のとおり、本発明によれば、最終仕上焼鈍工程の
熱サイクルに降温部を付加することによって極めて磁束
密度の高い一方向性電磁鋼板を安定して製造することが
できるので、その工業的効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は2次再結晶開始初期と2次再結晶完了期の2次
再結晶粒の方位の比較図。第2図は最終仕上焼鈍の工程
中降温を開始する温度と製品の磁束密度との関係図であ
る。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で、Si:2.5〜4.0%、C:0.03〜0.10
    %、solAl:0.010〜0.065%、N:0.0010〜0.0150%、Mn:
    0.02〜0.30%、S:0.005〜0.040%および残部が実質的に
    Feからなる珪素鋼熱延板を、圧下率:80超〜95%の強圧
    下最終冷間圧延を含む1回或は中間焼鈍過程を介挿する
    2回以上の冷間圧延を行い、次いで脱炭焼鈍、焼鈍分離
    剤塗布さらに最終仕上焼鈍を施して一方向性電磁鋼板を
    製造する方法において、前記最終仕上焼鈍を行うに際
    し、上記成分を有する珪素鋼板を700℃から900〜1050℃
    の温度域内までを2〜50℃/hrの昇温速度で加熱し、次
    いで700〜1000℃の温度域内まで降温せしめさらに、110
    0〜1300℃の仕上焼鈍温度まで2〜50℃/hrの昇温速度で
    加熱することを特徴とする磁束密度の極めて高い一方向
    性電磁鋼板の製造方法。
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