JPH09194941A - 磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束密度の非常に高い一方向性電磁鋼板の製
造を目的する。 【解決手段】 Ｃ：０．０２５〜０．０８０％、Ｓｉ：
２．５〜４．５％、Ｓ≦０、０１５％、酸可溶性Ａｌ：
０．０１５〜０．０４０％、Ｎ＜Ｏ、０．０１０％、そ
の他Ｍｎ，Ｓｎ，Ｃｒ，等を含む電磁鋼スラブを１２８
０℃以下の温度で加熱熱延後、最終冷延前の鋼板の焼鈍
を２段均熱とし、高温側を１０００〜１１７５℃、低温
側８００〜９５０℃で焼鈍し、次いで４００〜５５０℃
まで２０℃／sec 以上の速度で冷却し、この温度域に１
０〜６０秒保定した後、自然冷却より速い冷却をし、脱
炭焼鈍から仕上げ焼鈍の二次再結晶開始までの間に鋼板
に窒化処理を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気機器の鉄芯とし
て用いられる一方向性電磁鋼板の製造方法に関するもの
で特に、スラブ加熱温度を１２８０℃以下とする製造プ
ロセス即ちインヒビターを脱炭焼鈍完了以降に作り込む
製造プロセスにおける熱延板焼鈍条件の適正化により極
めて高い磁束密度を有する製品の製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板は、主として変圧器、
発電機その他の電気機器の鉄芯材として用いられ、それ
が有する磁気特性として励磁特性と鉄損特性が良好であ
ることの他、良好な皮膜を有するものでなければならな
い。一方向性電磁鋼板は、二次再結晶現象を利用して圧
延面に｛１１０｝面、圧延方向に＜００１＞軸をもつ所
謂ゴス方位を有する結晶粒を発達させることによって得
られる。

【０００３】前記二次再結晶現象は、よく知られている
ように、仕上焼鈍過程で生じるが、二次再結晶の発現を
十分なものとするためには、仕上焼鈍過程における二次
再結晶発現温度域まで一次再結晶粒の成長を抑制するＡ
ｌＮ，ＭｎＳ，ＭｎＳｅ等の微細な析出物、所謂インヒ
ビターを鋼中に存在させる必要がある。従って、電磁鋼
スラブは、インヒビター形成元素、例えばＡｌ，Ｍｎ，
Ｓ，Ｓｅ，Ｎ等を完全に固溶させるために、１３５０〜
１４００℃といった高温に加熱される。而して、電磁鋼
スラブ中に完全に固溶せしめられたインヒビター形成元
素は、熱延板或は最終冷間圧延前の中間板厚の段階で焼
鈍によって、ＡｌＮ，ＭｎＳ，ＭｎＳｅとして微細に析
出せしめられる。

【０００４】特公昭４６−２３８２０号公報にはＣ，Ａ
ｌを含むことを必須条件とする普通鋼もしくは珪素鋼素
材を用いて｛１１０｝＜００１＞方位の二次再結晶粒を
発生させる処理工程において、最終冷延のすぐ前の焼鈍
を７５０〜１２００℃で行った後、Ｓｉ量に応じて７５
０〜９５０℃以下を急冷することによって好ましいサイ
ズのＡｌＮを鋼板に析出させる方法が、また特開昭５０
−１５７２７号公報ではＣ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｎ，Ｃｕ等を
含む珪素鋼を熱延し、少なくとも１回の冷間圧延のプロ
セスをとる一方向性電磁鋼板の製造において、最終冷延
前に１５秒〜２時間に亘り７６０〜１１７７℃で焼鈍
し、９２７℃以下で且つ４００℃以上の温度から少なく
とも２６０℃程度までは自然冷却よりは早い速度で、最
高温度から９２７℃以下にして４００℃以上の温度まで
は自然冷却よりは遅い速度で冷却する方法が提案されて
いる。

【０００５】特開昭５７−１９８２１４号公報において
も同様な提案をしている。これらの方法は、いずれもス
ラブ加熱温度を高温にして析出物を完全に固溶した後に
熱延される一方向性電磁鋼板にのみ適用可能なものであ
る。このようなプロセスを採用する場合、電磁鋼スラブ
は前述のように高温に加熱されるから、溶融スケール
（ノロ）の発生が多量なものとなり、加熱炉補修の頻度
を高めてメインテナンスコストを高くするのみならず設
備稼動率を低下せしめさらに、燃料原単位を高くする等
の問題がある。かかる問題を解決すべく、電磁鋼スラブ
の加熱温度を低いものとし得る一方向性電磁鋼板の製造
方法の研究が進められている。例えば、特公昭６１−６
０８９６号公報には、Ｍｎ含有量を０．０８〜０．４５
％、Ｓ含有量を０．００７％以下として〔Ｍｎ〕〔Ｓ〕
積を低くし更にＡｌ，Ｐ，Ｎを含有せしめた電磁鋼スラ
ブを素材とすることにより、スラブ加熱温度を１２８０
℃未満とし得る製造プロセスが、また特願昭６２−２９
１９７５号にはＡｌ，Ｎ，Ｂ，Ｔｉ等を含んだ電磁鋼ス
ラブを１２００℃以下の温度で加熱する同様なプロセス
が提案されている。これらの方法はインヒビターを高温
スラブ加熱材のように前工程で調整するものではなく、
冷延以降の後工程で造り込むことを特徴としている。

【０００６】電磁鋼スラブの加熱温度を１２８０℃以下
の低いものとする本発明の製造プロセスにおいて重要な
ことは、脱炭焼鈍板の結晶組織（平均粒径、粒径分
布）、集合組織の調整と脱炭焼鈍以降のインヒビターの
造り込み（窒化）である。特に、脱炭焼鈍板の結晶組
織、集合組織は製品の磁気特性に大きな影響を及ぼすこ
とが知られており特願平１−００１７７８号では一次再
結晶粒の平均直径を１５μｍ以上、直径の変動係数を
０．６以下にすることを提案している。この組織に影響
を与える因子としては、冷間圧延以前の金属組織及び析
出物のサイズや分散状態、冷延後の焼鈍温度等が挙げら
れるが、これらを左右する工程は、熱延板焼鈍（最終冷
延前焼鈍を含む）と脱炭焼鈍である。本発明者等は熱延
板焼鈍条件の適正化を図ることを狙いとして、特願平３
−２８１０７２号公報を提案した。即ち、素材成分から
求めた（酸可溶性Ａｌ−２７／１４Ｎ）をＡｌＲ（ppm
）とした場合、熱延板焼鈍温度を（１２４０−２．１
ＡｌＲ）〜（１３１０−１．８ＡｌＲ）の範囲に設定し
１８０秒以内均熱した後、８００℃〜９５０℃で３０秒
〜３００秒滞留させ、その後急冷することを特徴とする
ものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前述の焼鈍において、
熱延板焼鈍後の冷却速度は鋼板の性質（変態相の質、
量、固溶Ｃ等）を左右し、冷延、一次再結晶集合組織に
影響を与え延いては製品の磁気特性が大きく変動してく
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、特にこの冷却
条件に着目し、適正な冷却条件を求めることで磁束密度
の非常に高い一方向性電磁鋼板を安定して得ることを目
的とするものである。以下本発明を詳細に説明する。本
発明の要旨とするところは下記の通りである。

【０００９】重量％でＣ：０．０２５〜０．０８０％、
Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｓ≦０．０１５％、酸可溶性
Ａｌ：０．０１５〜０．０４０％、Ｎ＜０．０１０％、
Ｍｎ：０．０５０〜０．４５％、を含有し残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを１２８０℃以下
の温度に加熱した後、熱延し、一回または中間焼鈍を挟
む二回以上の圧延でその最終圧延率を８０％以上とし、
次いで脱炭焼鈍、仕上げ焼鈍をする一方向性電磁鋼板の
製造において、最終冷延前の鋼板の焼鈍を２段均熱と
し、その高温側（一次均熱温度）の温度を１０００℃〜
１１７５℃とし、この温度で１８０秒以内均熱した後、
低温側（二次均熱温度）８００℃〜９５０℃に３０秒以
上３００秒以内滞留させ、次いで４００℃〜５５０℃ま
で２０℃／sec 以上の速度で冷却し、この温度域に１０
秒〜６０秒保定した後、自然冷却より速い冷却をし、脱
炭焼鈍から仕上げ焼鈍の二次再結晶開始までの間に鋼板
に窒化処理を施すことにあり、更に上記電磁鋼スラブの
成分組成に、更にＳｎ：０．０２〜０．１５％、Ｃｒ：
０．０５〜０．１５％を追加的に含有した電磁鋼スラブ
を出発素材とするものである。

【００１０】本発明において、出発材料とする電磁鋼ス
ラブの限定理由は以下の通りである。Ｃはその含有量が
０．０２５％未満になると二次再結晶粒の発達がわるく
なり、かりに二次再結晶しても製品の磁束密度（Ｂ
₈ 値）が１．８０Ｔに満たない低いものとなる。

【００１１】一方、その含有量が０．０８０％を超えて
多くなりすぎると、脱炭焼鈍時間が長大なものとなり、
生産性を著しく損なう。Ｓｉは、その含有量が２．５％
未満になると低鉄損の製品を得難く、一方、Ｓｉの含有
量が４．５％は超えて多くなり過ぎると材料の冷間圧延
時に、割れ、破断が多発し、安定した冷間圧延作業を不
可能にする。

【００１２】本発明の出発材料の成分系における特徴の
１つは、Ｓを０．０１５％以下、好ましくは０．００７
％以下とする点にある。従来、公知の技術、たとえば特
公昭４０−１５６４４号公報或は特公昭４７−２５２５
０号公報に開示されている技術においては、Ｓは、二次
再結晶を生起させるに必要な析出物の一つであるＭｎＳ
の形成元素として必須であった。前記公知技術におい
て、Ｓが最も効果を発揮する含有量範囲があり、それは
熱間圧延に先立って行われるスラブの加熱段階でＭｎＳ
を固溶できる量として規定されていた。しかしながら、
インヒビターとして（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを用いる本発明に
おいては、ＭｎＳは特に必要としない。むしろ、ＭｎＳ
が増加することは磁気特性上好ましくない。従って、本
発明においては、Ｓの含有量は０．０１５％以下、好ま
しくは０．００７％以下である。

【００１３】ＡｌはＮと結合してＡｌＮを形成するが、
本発明においては、後工程即ち一次再結晶完了後に鋼を
窒化することにより、（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを形成せしめる
ことを必須としているから、フリーのＡｌが一定量以上
必要である。そのため、酸可溶性Ａｌとして、０．０１
５〜０．０４０％添加する。Ｎは０．０１０％以下にす
る必要がある。これを超えるとブリスターと呼ばれる鋼
板表面の脹れが発生する。また一次再結晶組織の調整が
困難になる。下限は０．００２０％がよい。この値未満
になると二次再結晶粒を発達させるのが困難になる。

【００１４】Ｍｎは、その含有量が少な過ぎると二次再
結晶が不安定となり、一方、多過ぎると高い磁束密度を
もつ製品を得難くなる。適正な含有量は、０．０５０〜
０．４５％である。ＳｎとＣｒは、複合添加で仕上げ焼
鈍後の被膜形成を安定化する。特に、Ｓｎは脱炭焼鈍後
の集合組織を改善し、延いては二次再結晶粒を小粒化し
被膜の安定化と相俟って鉄損改善に効果が大きい。Ｓｎ
の適量は０．０２％〜０．１５％でありこれより少ない
と効果が弱く、一方多いと窒化が困難になり二次再結晶
粒が発達しなくなる。

【００１５】また、Ｃｒの添加量の適量は０．０５〜
０．１５％でＳｎ添加と相まって仕上げ焼鈍後の被膜形
成の安定化に寄与する。なお、微量のＣｕ，Ｐ，Ｔｉを
鋼中に含有せしめることは、本発明の趣旨を損なうもの
ではない。次に、本発明の製造プロセスについて説明す
る。

【００１６】電磁鋼スラブは、転炉或は電気炉等の溶解
炉で鋼を溶製し、必要に応じて真空脱ガス処理し、次い
で連続鋳造によって或は造塊後分塊圧延することによっ
て得られ、次いで熱間圧延に先立つスラブ加熱がなされ
る。本発明のプロセスにおいては、スラブの加熱温度は
１２８０℃以下の低いものとして加熱エネルギの消費量
を少なくするとともに、鋼中のＡｌＮを完全には固溶さ
せずに不完全固溶状態とする。

【００１７】また、さらに固溶温度の高いＭｎＳは、上
記スラブ加熱温度では当然のことながら不完全固溶状態
となる。このスラブを熱延して所定の厚みの熱延板を造
る。次に本発明の特徴である熱延板焼鈍について実験結
果に基づいて説明する。Ｃ：０．０５４％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．１０％、Ｓ：０．００７％、酸可溶
性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００７８％、Ｓｎ：
０．０５％、Ｃｒ：０．１２％を含有し、残部Ｆｅ及び
不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを１１５０℃に加
熱後２．３mmの熱延板にした。この後熱延板焼鈍を次の
条件で行った。

【００１８】一次均熱温度：９５０℃〜１２００℃ 均熱時間：３０秒 二次均熱温度：７００℃〜９７５℃ 滞留時間：１２０秒 均熱温度域からはほぼ５０℃／sec の冷却速度で４５０
℃の温度まで冷却し、この温度に２０秒保持した後１０
０℃の温水で冷却した。第１図にこの焼鈍サイクルを示
す。この後酸洗し０．２３mmまで冷延し、次いで８３０
℃の温度で１２０秒の脱炭焼鈍を湿水素、窒素ガス中で
行った。このあと７５０℃×３０秒の窒化処理を水素、
窒素アンモニアの混合ガス中で行い鋼板の窒素量をほぼ
２００ppm に調整した。この後ＭｇＯとＴｉＯ₂ を主成
分とする焼鈍分離剤を塗布し、１２００℃×２０時間の
仕上げ焼鈍を行った。第２図にこの結果を示す。これか
らＢ₈ ：１．９４Ｔ以上得られる範囲は一次均熱温度１
０００℃〜１１７５℃、二次均熱温度８００〜９５０℃
の範囲である。次に同一材料をもちいて一次均熱温度を
１１２０℃とし３０秒均熱した後９００℃に１２０秒滞
留させた後６００℃〜３００℃までの温度域の冷却速度
を１０〜６２℃の範囲で冷却し、この温度域に２０秒保
持した後１００℃の温水で冷却した。この後上記した方
法で処理を行った結果を図３に示す。

【００１９】これからＢ₈ ：１．９４Ｔ以上得られる温
度域は４００℃〜５５０℃で、保定温度域までの冷却速
度は２０℃／sec 以上である。なお、室温までの冷却は
１００℃の温水で行った。この焼鈍で高いＢ₈ が得られ
る理由については現在のところ次のように考えている。
二次再結晶の方位を含めて、二次再結晶現象に影響する
因子としては一次再結晶組織（平均粒径、粒径分布）、
集合組織、インヒビター強度等がある。

【００２０】一次再結晶完了後粒成長にともなって集合
組織、粒径分布に変化が生じる。二次再結晶の核化、粒
成長を容易にするためには一次再結晶組織として粒径は
均一であり一定の大きさ以上であることが望ましい。一
方、集合組織は二次再結晶する方位粒（｛１１０｝＜０
０１＞方位等）と二次再結晶粒を成長させ易い方位粒
（｛１１１｝＜１１２＞方位等）を適当量得ることが重
要である。これは圧延率を除くと冷間圧延する前の鋼板
の結晶粒径（再結晶率）及び変態相の量、硬さ、固溶Ｃ
等が影響する。本発明のプロセスにおいて、冷間圧延以
前にインヒビターが存在する事は一次再結晶粒径の調整
を困難にするため好ましくないが、わずかな存在は避け
る事が出来ない。

【００２１】１０００〜１１７５℃の一次均熱温度は、
スラブ加熱時に一部固溶したＡｌＮを析出させ、且つ、
一定のサイズに成長させて粒成長の障害を小さくしてい
るものと考えている。前述の一次均熱の現象を確実にす
るために、均熱時間は１８０秒以内であることが好まし
い。この温度が１０００℃より低いか又は１１５０℃を
超すと微細ＡｌＮの存在が多く、一次再結晶粒径調整が
困難になり高Ｂ₈ 材が得られ難くなる。二次均熱温度及
びこの温度域からの冷却速度は一定サイズ、一定量の変
態相と固溶Ｃを確保し、適正な一次再結晶集合組織を得
る上に重要であり、この二次均熱温度の範囲は、前述の
効果を得るために８００〜９５０℃であり、また、その
温度での滞留時間は３０秒以上３００秒以内である。

【００２２】この冷却過程の冷却条件を詳細に検討した
結果、前述した如く二次均熱温度域から４００℃〜５５
０℃までの冷却速度を２０℃／sec 以上とし、この温度
域に１０秒から６０秒保持した後自然冷却より速い速度
で冷却することによって優れた磁気特性の電磁鋼板が安
定して得られることを見いだしたのである。これは、２
０℃／sec 以上の冷却速度と４００℃〜５５０℃の保定
との組み合わせにより冷延前の鋼板の組織（変態相の硬
さ及び固溶Ｃの量）を調整し、脱炭焼鈍後に好ましい一
次再結晶集合組織を得ているものと考えている。

【００２３】この保定温度は冷却速度が非常に速い場合
は高めに、遅い場合は低めに採るのがよい。保定時間
は、１０秒より短くても、また６０秒より長くても効果
が小さい。４００℃〜５５０℃の温度域から室温までの
冷却速度は固溶Ｃの確保と言う点から自然冷却より速い
速度がよい。

【００２４】冷間圧延は、高いＢ₈ を得るために８０％
以上とする。脱炭焼鈍は脱炭を行う他に一次再結晶組織
の調整及び皮膜形成に必要な酸化層を生成させる役割が
ある。これは、通常８００℃〜９００℃の温度域で湿水
素、窒素の混合ガス中で行う。

【００２５】脱炭焼鈍後は窒化能のある薬剤、例えばＭ
ｎＮ，ＣｒＮ等を添加したＭｇＯ，ＴｉＯ₂ を含む焼鈍
分離剤を塗布した後１１００℃以上の温度で仕上げ焼鈍
を行う。また、脱炭焼鈍後にＮＨ₃ 等の窒化能のあるガ
スを含んだ雰囲気中で６５０℃〜８５０℃の温度で短時
間焼鈍を行って窒化した後、公知の焼鈍分離剤を塗布し
公知の仕上げ焼鈍を行うことも本発明の効果を更に助長
することから効果的である。

【００２６】以下実施例について述べる。

【００２７】

【実施例】Ｃ：０．０５６％、Ｓｉ：３．５％、Ｍｎ：
０．１０％、Ｐ：０．０２５％、Ｓ：０．００９％、酸
可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００７５％、Ｓ
ｎ：０．０７％、Ｃｒ：０．１２％を含有し、残部Ｆｅ
及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを１１５０℃
に加熱後２．５mmの熱延板にした。この後熱延板焼鈍を
次の条件で行った。

【００２８】 一次均熱温度：１１００℃、 均熱温度：６０秒 二次均熱温度：９００℃、 滞留時間：１２０秒 二次均熱温度からは、ほぼ６２℃／sec の冷却速度で５
００℃の温度まで冷却し、この温度に保定なし、５
秒、１５秒、３０秒、の４水準の保持をした後、１
００℃の温水で冷却した。この後酸洗し０．３０mmまで
冷延した。冷延にあたってはパス間で２００℃×５min.
のエイジングを行いながら冷延した。次いで、８４０℃
の温度で１５０秒の脱炭焼鈍を湿水素、窒素ガス中で行
った。このあと７５０℃×３０秒の窒化処理を水素、窒
素アンモニアの混合ガス中で行い、鋼板の窒素量をほぼ
２００ppm に調整した。この後ＭｇＯとＴｉＯ₂ を主成
分とする焼鈍分離剤を塗布し、１２００℃×２０時間の
仕上げ焼鈍を行った。この結果を表１に示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１に示したように、本発明の範囲の条件
では非常に優れた磁気特性を有する一方向性電磁鋼板が
得られた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、最終冷延前の鋼板
の焼鈍を２段均熱とし、次いで適正な冷却条件を採用す
ることにより磁束密度の非常に高い一方向性電磁鋼板を
安定して製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による熱延板焼鈍の焼鈍サイク
ルを示したものである。

【図２】図２は、一次均熱温度と均熱時間、二次均熱温
度と滞留時間との関係における磁束密度（Ｂ₈ ）の影響
を示したものである。

【図３】図３は、二次均熱温度９００℃から保温までの
冷却速度と保定温度との関係における磁束密度（Ｂ₈ ）
の影響を示したものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮本 郁雄 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日 本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 黒木 克郎 福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＣ：０．０２５〜０．０８０
   ％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｓ≦０．０１５％、酸可
   溶性Ａｌ：０．０１５〜０．０４０％、Ｎ＜０．０１０
   ％、Ｍｎ：０．０５０〜０．４５％、を含有し残部Ｆｅ
   及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを１２８０℃
   以下の温度に加熱した後、熱延し、一回または中間焼鈍
   を挟む二回以上の冷間圧延でその最終圧延率を８０％以
   上とし、次いで脱炭焼鈍、仕上げ焼鈍をする一方向性電
   磁鋼板の製造において、最終冷延前の鋼板の焼鈍を２段
   均熱とし、その高温側の温度を１０００℃〜１１７５℃
   とし、この温度で１８０秒以内均熱した後、低温側８０
   ０℃〜９５０℃に３０秒以上３００秒以内滞留させ、次
   いで４００℃〜５５０℃まで２０℃／sec 以上の速度で
   冷却し、この温度域に１０秒〜６０秒保定した後、自然
   冷却より速い冷却を施し、脱炭焼鈍から仕上げ焼鈍の二
   次再結晶開始までの間に鋼板に窒化処理を行うことを特
   徴とする磁束密度の高い一方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％でＣ：０．０２５〜０．０８０
   ％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、Ｓ≦０．０１５％、酸可
   溶性Ａｌ：０．０１５〜０．０４０％、Ｎ＜０．０１０
   ％、Ｍｎ：０．０５０〜０．４５％、Ｓｎ：０．０２〜
   ０．１５％、Ｃｒ：０．０５〜０．１５％、を含有し残
   部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる電磁鋼スラブを出発
   素材とする請求項１記載の方法。