JPH10102144A

JPH10102144A - 磁気特性に優れた無方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH10102144A
Application number: JP8254548A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Fukagawa; 智機深川; Hiroyoshi Yashiki; 裕義屋鋪; Koichi Hamada; 幸一浜田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-09-26
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1998-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼板表面に平行な｛１００｝面の集積度が高
く、磁気特性が優れた無方向電磁鋼板を安価に製造する
方法を提供すること。【解決手段】Ｃ：0.005 ％以下、Ｓi ：0.1 〜７％、Ｍ
n ：0.05〜４％、Ｐ：0.1 ％以下、Ｓ：0.05％以下、Ａ
l ：２％以下、残部Ｆe および不可避的不純物からなる
鋼を700 ℃以上で熱延して800 ℃以上のオーステナイト
変態が生じない温度で連続焼鈍する製造方法。さらに
は、最終製品の厚さの２倍以下の厚さに圧延し、これを
最終製品の厚さに冷間圧延した後、上記の連続焼鈍を施
す製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁気特性の優れた無
方向性電磁鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電磁鋼板は方向性電磁鋼板と無方向性電
磁鋼板とに大別される。方向性電磁鋼板は、結晶の磁化
容易軸である＜００１＞軸を圧延方向に集積させてお
り、圧延方向に磁界をかけた場合の磁気特性が極めて優
れている。これに対し無方向性電磁鋼板は、＜００１＞
軸が鋼板面内で種々の方向に分布しており、鋼板面内で
の磁化方向による磁気特性の差が少ないことが特徴であ
る。

【０００３】従来から電磁鋼板の磁気特性の改善（低鉄
損化、高磁束密度化等）が求められており、特に無方向
性電磁鋼板は使用量が多く、その性能向上は重要な課題
である。無方向性電磁鋼板の低鉄損化の手段には、Ｓi
含有量を増して固有抵抗を高める、鋼の不純物元素を少
なくして結晶粒径を最適値に調整する、鋼板の厚さを薄
くする、等の方法がある。

【０００４】しかし、磁束密度は、Ｓi 含有量を増加さ
せると低下し、結晶粒径制御の効果にも限界がある。こ
のため、鉄損低減と磁束密度向上とを両立して実現する
には集合組織の制御が不可欠である。無方向性電磁鋼板
の集合組織は、結晶体の｛１００｝面が鋼板表面に平行
に集積している｛１００｝集合組織が理想的であり、こ
れを実現するためにいくつかの提案がなされている。

【０００５】再結晶焼鈍時に、表面エネルギ−を利用し
て｛１００｝集合組織を発達させる方法がある。例え
ば、厚さ0.15mm以下の珪素鋼板を、弱酸化性雰囲気で10
00℃以上で焼鈍する時に、板面に平行な｛１００｝面を
有する結晶粒を表面エネルギ−の差を駆動力として優先
成長させる方法である。しかし、この方法では、極めて
薄い鋼板が必要なうえ、高温の焼鈍も不可欠であり経済
性に欠ける。

【０００６】特開平1-319632号公報には、Ｃ、Ｎ、Ｓi
、Ｍn を含有する厚さ0.35mm程度の鋼板を真空中で焼
鈍して表層に｛１００｝集合組織が集積した脱炭層を形
成させ、その後脱炭、脱窒雰囲気中で表層の脱炭、脱窒
層を板厚中央部まで発達させる方法が提案されている。

【０００７】集合組織の集積度の強さは、粉末試料など
のランダム方位の試料からのＸ線反射強度に対する、当
該試料の当該方位からのＸ線反射強度の比（以下、「ラ
ンダム比強度」と記す）で示す。上記のいずれの方法を
用いても、｛１００｝面密度がランダム比強度にして30
倍以上の極めて集積度が高い材料が得られる。しかし、
これらを安定的に、かつ、経済的に製造するのは困難で
ある。

【０００８】米国特許3163564 号公報には、微量のＡl
等を添加した珪素鋼に、長手方向と幅方向とに圧延する
クロス圧延を施し、さらに高温長時間の最終焼鈍を行な
うことにより、｛１００｝＜００１＞方位の結晶粒を成
長させる方法が提案されている。しかしながら、この方
法も量産性と経済性に欠ける。

【０００９】特開昭53-31515号公報には、本質的にＣを
含有しない鋼板をγ単相域に加熱した後徐冷し、冷却時
のγ−α変態を利用して板面に平行に｛１００｝面を集
積させる方法が提案されている。しかしながら、この方
法では｛１００｝集合組織の発達度が弱い。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、鋼板
表面に平行な｛１００｝面の集積度が高く、磁気特性が
優れた無方向電磁鋼板を安価に製造する方法にある。

【００１１】

【発明が解決するための手段】本発明の要旨は下記
（１）〜（３）に記載の磁気特性の優れた無方向性電磁
鋼板の製造方法にある。なお、以下の化学組成の％表示
は重量％を意味する。

【００１２】（１）重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Ｓi
：0.1 〜７％、Ｍn ：0.05〜４％、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｓ：0.05％以下、Ａl ：２％以下、残部Ｆe および不可
避的不純物からなる鋼を、700 ℃以上で熱間圧延し、酸
洗後、800 ℃以上のオーステナイト変態が生じない温度
で連続焼鈍することを特徴とする、磁気特性に優れた無
向性電磁鋼板の製造方法。

【００１３】（２）重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Ｓi
：0.1 〜７％、Ｍn ：0.05〜４％、Ｐ：0.1 ％以下、
Ｓ：0.05％以下、Ａl ：２％以下、残部Ｆe および不可
避的不純物からなる鋼を、最終製品の２倍以下の厚さに
700 ℃以上で熱間圧延し、酸洗後これを最終製品の厚さ
に冷間圧延し、800 ℃以上のオーステナイト変態が生じ
ない温度で連続焼鈍することを特徴とする、磁気特性に
優れた無向性電磁鋼板の製造方法。

【００１４】（３）熱間圧延が、圧延中の鋼を加熱昇温
して圧延を継続するか、中間厚まで熱間圧延して巻き取
った後、巻き取られた中間厚の鋼板を巻き戻して加熱し
つつ再度熱間圧延する方法であることを特徴とする、請
求項１または２に記載の、磁気特性に優れた無向性電磁
鋼板の製造方法。

【００１５】｛１００｝集合組織は圧延集合組織として
知られており、特にＳi 含有鋼を冷間圧延すると顕著に
発達する。しかしながら、冷間圧延後に再結晶焼鈍を施
すと、｛１００｝集合組織の結晶は再結晶速度が遅いた
めに｛１１１｝集合組織の結晶に蚕食される。このた
め、通常の条件で熱間圧延鋼板を冷間圧延して焼鈍して
も、その鋼板の｛１００｝面密度は、最終的には、ラン
ダム比強度にしてせいぜい１．５程度にしかならない。

【００１６】本発明者等は、Ｓi 含有鋼を熱間圧延して
焼鈍すると、板厚中央部にランダム比強度が６前後の集
積度の高い｛１００｝集合組織が形成され、その部分の
磁束密度は極めて高いことを見いだした。熱間圧延鋼板
は加工歪が少ないために焼鈍しても再結晶が生じず、熱
間圧延集合組織が残存するのもと推定される。

【００１７】さらに、この特性を損なわないで所望の厚
さの鋼板を製造する方法を見いだした。これは、必要に
より、その途中に温度補償手段を設けるか、再加熱して
再度熱間圧延を施すことで所望の厚さの熱間圧延鋼板を
得る。さらに必要が有れば、軽度の冷間圧下と焼鈍を施
して、熱間圧延を焼鈍して得られる｛１００｝集合組織
を損なわずに板厚を薄くする方法である。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施に際し、その形態や
条件の範囲及びそれを設定した理由を以下に述べる。な
お、以下の化学組成の表示はすべて重量％である。

【００１９】（ａ）鋼板の化学組成Ｃ：製品中に残存すると鉄損に悪影響を及ぼすので、少
ないほど好ましい。このため、Ｃ含有量は0.005％以下
とする。

【００２０】Ｓi ：含有量が増すと鋼の電気抵抗を高
め、渦電流損が低下して鉄損が向上する。Ｓi を6.5 ％
含む場合、磁歪がなくなり、磁気特性が極めて良好にな
る。しかし、Ｓi 量が増加するにつれて鋼が硬く、脆く
なり、特に冷間圧延が困難になる。

【００２１】本発明では熱間圧延で製品板厚に近いとこ
ろまで圧延するので、３％以上のＳi 含有量でも容易に
圧延できる。圧延が可能な範囲として、本発明のＳi の
上限は７％とする。その下限は、無方向性電磁鋼板の最
低グレ−ドに必要な鉄損レベルを確保するために、0.1
％とする。

【００２２】Ｍn ：鋼中のＳを硫化物として固定して熱
間脆性を防止するために、Ｍn 含有量は0.05％以上とす
る。Ｍn はＳi と同様に鋼の電気抵抗を高めるので渦電
流損を低減するのに有効である。しかし、Ｍn を過剰に
添加すると圧延しにくくなるうえ、α／γ変態点が低下
する。本発明の製造方法での最終の連続焼鈍は、集合組
織を維持するためにオーステナイト変態が生じない温度
域で行なう必要がある。α／γ変態点が低くなりすぎる
と、最終の連続焼鈍工程での焼鈍温度が制約されるので
好ましくない。これを避けるために、Ｍn 含有量の上限
を４％とする。

【００２３】Ｐ：鋼の電気抵抗を高めて渦電流損を低減
する効果や、鋼を硬くして需要家での打ち抜き性を改善
する効果もある。しかし、過剰に含有させるとフェライ
ト粒界に偏析して鋼を脆化させる。特にＳi が１％を超
える鋼ではＰの脆化作用が問題となる。このため、Ｐは
必要に応じて含有させることが出来る。含有させる場合
の上限は0.1 ％とする。

【００２４】Ｓ：磁気特性に対しては有害な元素であり
少ない方が望ましい。よって上限を0.05％とする。

【００２５】Ａl ：Ｓi と同様、含有量が増すと鋼の電
気抵抗を高め、渦電流損が低下して鉄損が改善される。
他方、Ａl₂Ｏ₃ 系介在物は結晶粒の成長を阻害して鉄損
を損なう。このため、Ａl は必須元素ではなく、必要に
応じて含有させる。Ａl を含有させる場合でも、これを
過剰に含有量させると圧延性が劣化する。このため、Ａ
l 含有量の上限を２％とする。

【００２６】（ｂ）製造工程本発明の磁気特性に優れた無向性電磁鋼板の最も望まし
い製造方法は、前記（ａ）項の組成の鋼を熱間圧延し、
以後、酸洗、焼鈍、コーティングの各工程を経て製造す
る。熱間圧延のみでは所望の厚さのものが得られない場
合には、最終製品の厚さの２倍以下の厚さに熱間圧延
し、これを最終製品の厚さに冷間圧延した後、焼鈍、コ
ーティングを施して製造する。

【００２７】熱間圧延：熱間圧延で最終製品の厚さに圧
延するのが好ましい。あるいは、最終製品の厚さの２倍
以下の厚さに熱間圧延してもよい。熱間圧延後の厚さが
最終製品の厚さの２倍を超えると、その後の冷間圧延お
よび焼鈍で｛１００｝集合組織が弱くなるので好ましく
ない。

【００２８】熱間圧延は再結晶温度以上で終了しなけれ
ばならない。このために、圧延終了温度は700 ℃以上と
する。圧延開始温度に特別な限定はないが、圧延中に温
度が低下するので高温で圧延を開始するのが望ましい。
巻き取り温度にも特別な限定はない。しかし、巻き取り
温度が高すぎるとスケールが過度に生じることがあるの
で650 ℃以下が好ましい。

【００２９】本発明の製造方法に適用する熱間圧延方法
は３種類ある。ａ．通常の熱間圧延機で圧延する。ｂ．
複数の熱間圧延機の中間に鋼を加熱する手段を設け、圧
延中の鋼を再加熱して熱間圧延を完了する。ｃ．通常の
熱間圧延機で圧延して一旦巻き取り、酸洗後、入り側に
鋼を加熱する手段を備えた圧延設備を用いて、鋼を入り
側で巻き戻しつつ加熱して再び700 ℃以上で熱間圧延す
る。

【００３０】ａの方法は、製造工程が短く経済性に冨む
が、圧延可能な板厚が制約される。最終製品の板厚が比
較的厚い場合にはこの方法が適用できる。ｂおよびｃの
方法は、通常の熱間圧延では圧延困難な厚さの鋼板が必
要な場合に適用するのがよい。

【００３１】ｂおよびｃの方法で鋼を加熱する手段は、
鋼を急速に加熱できる方法であればよく、本発明ではそ
の手段を特定するものではない。例としては、通電ロー
ルを介して鋼に直接電流を通じて鋼自体の電気抵抗を利
用して加熱する通電加熱方法や、誘導コイルを用いて鋼
に誘導電流を生じさせて加熱する誘導加熱方法などが考
えられる。これらの方法は設備がコンパクトで急速加熱
が可能であり、被加熱物である板を過度に酸化すること
もないので好適な方法である。

【００３２】酸洗：通常の方法で板表面のスケールを除
去する。酸洗の設備や条件に特別の制約はない。

【００３３】冷間圧延：熱間圧延で最終製品の厚さにま
で圧延できる場合には、冷間圧延を省略できる。この場
合には、酸洗後、直ちに焼鈍を施せる。板の平坦や形状
を調整するために、圧下率0.1 ％程度のスキンパス圧延
あるいはレベラーなどによる形状修正等を施してもよ
い。これらは酸洗前に施してもよい。

【００３４】熱間圧延ままでは板が厚すぎる場合や、板
厚精度等に問題がある場合には冷間圧延を施す。本発明
の製造方法の要点は熱間圧延集合組織を活用することに
あるので、この冷間圧延で｛１００｝集合組織が壊れて
はならない。このため、冷間での圧下率は５０％以下と
する。冷間での圧下率は、｛１００｝集合組織をより高
く維持するために、好ましくは20％以下、より好ましく
は10％以下で行なう。

【００３５】連続焼鈍：酸洗後の鋼板、あるいは、冷間
圧延後の鋼板は、必要に応じて脱脂、洗浄などの前処理
を施した後、連続焼鈍を施して加工歪みの除去と粒成長
とによりヒステリシス損を低減させる。このために高温
で焼鈍を行なう必要があり、その最低温度を800 ℃とす
る。焼鈍温度の上限は、α／γ変態が生じない温度であ
る。この温度は鋼板の化学組成で変わるが、たとえば、
Ｓi 2.3 ％、Ｍn 1.7％である鋼では960 ℃である。

【００３６】冷間圧下率が50％を超える従来の方法で
は、冷間圧延後高温で焼鈍すると｛１１１｝再結晶集合
組織になる。しかし、本発明の製造方法のように冷間圧
下率を50％以下に制限すると、焼鈍時に｛１１１｝面の
再結晶核生成が少なく、｛１００｝集合組織があまり蚕
食されない。再結晶完了後、体積分率が大きい｛１０
０｝面の結晶粒が｛１１１｝面の結晶粒を蚕食して｛１
００｝面が強くなる場合もある。

【００３７】連続焼鈍を施した後、通常は絶縁コ−ティ
ングを施す。絶縁コーティングの種類や塗装焼き付け条
件などは特別に規定するものではなく、任意である。

【００３８】最終製品の集合組織：本発明の製造法方に
したがって製造される最終製品の板厚中央部における
｛１００｝面Ｘ線反射積分強度はランダム比強度にして
３以上になる。

【００３９】

【実施例】

〔実施例１〕表１に示す化学組成の鋼Ａを真空溶解した
後、鋼塊を鍛造して30mm厚のスラブとした。

【００４０】

【表１】

【００４１】これを1200℃で30分間保持した後、幅100m
m、厚さ2.3mm 、1.8mm 、1.2mm 、0.80mm 、0.60mm、0.
50mmの鋼板に熱間圧延した。圧延終了温度は850 ℃であ
った。これらの鋼板を酸洗し、厚さが0.50mm以外の鋼板
を厚さ0.50mmに冷間圧延した。これらの冷間圧延鋼板か
ら、外径45mm、内径33mmのリング状の試片をプレスで打
ち抜き、この試片に、900 ℃の塩浴中に１分間保持する
連続焼鈍をシミュレートした１次再結晶焼鈍を施した。
焼鈍後のリング状の試片の磁気特性と、｛１００｝集合
組織のランダム比強度を測定した。この結果を表２に示
した。

【００４２】

【表２】

【００４３】熱間圧延で最終製品の厚みに圧延した試番
１は｛１００｝集合組織のランダム比強度が最も高く、
磁気特性が良好である。冷間圧下率が高くなると、特に
50％を超えるとランダム比強度が著しく低下して磁気特
性が劣った。

【００４４】〔実施例２〕表１に示す化学組成の鋼Ｂを
真空溶解した後、鋼塊を鍛造して30mm厚のスラブを作製
した。これを1250℃で30分間保持した後、圧延終了温度
830 ℃で熱間圧延して幅100mm 、厚さ2.3mm の鋼板を得
た。これを酸洗した後、鋼板を加熱する誘導加熱装置を
入り側に備えた圧延機を用いて２回目の熱間圧延を行な
い、さらにこれらを酸洗して冷間圧延を行なった。２回
目の熱間圧延後の板厚、圧延終了温度、冷間圧延後の板
厚、冷間圧下率を表３に示した。

【００４５】

【表３】

【００４６】冷間圧延鋼板から、外径45mm、内径33mmの
リング状の試片をプレスで打ち抜いき、この試片に900
℃の塩浴中に１分間保持する連続焼鈍をシミュレート
した焼鈍を施した。焼鈍後のリング状の試片の磁気特性
と、｛１００｝集合組織のランダム比強度を測定した。
この結果を表３に示した。

【００４７】本発明で規定する条件で製造した試番７〜
12は、｛１００｝集合組織が顕著に発達してランダム比
強度が５以上となり、良好な磁気特性を示した。試番７
は２回目の熱間圧延で最終製品の厚さまで圧延したの
で、冷間圧延を省略して焼鈍した。この鋼板野磁気特性
が最も優れていた。一方、試番14、試番15は冷間圧下率
が高すぎて｛１００｝集合組織が損なわれたために磁気
特性が劣化した。２回目の熱延仕上げ温度が480 ℃と低
すぎた試番13は、いわゆる冷間圧延の状態になり、焼鈍
時に｛１００｝集合組織が損なわれて磁気特性が損なわ
れた。

【００４８】〔実施例３〕表１に示す化学組成の鋼Ａ〜
Ｊを真空溶解した後、鋼塊を鍛造して30mm厚のスラブと
した。それらを1200℃で30分保持した後、850 ℃の圧
延終了温度で厚さ2.3mm 、幅100mm の板に熱間圧延し
た。これらの熱間圧延板は室温まで放冷した後、入り側
に通電加熱装置を備えた圧延機を用いて、900 ℃まで再
加熱しつつ0.60mmの厚さに圧延した。圧延終了温度は80
0 ℃であった。

【００４９】この時、鋼ＨはＭn が低すぎたために熱間
割れが生じた。このため、その後の処理を断念した。残
りの熱間圧延鋼板を酸洗して、厚さ0.50mmまで冷間圧延
した。この時、Ｐ含有量が高すぎたために、鋼Ｉの鋼板
端部から割れが生じた。このため、これ以降の鋼Ｉの処
理は断念した。

【００５０】残りの冷間圧延鋼板から、外径45mm、内径
33mmのリング状の試片をプレスで打ち抜いき、このリン
グ状試片に850 ℃の塩浴中で１分間保持する連続焼鈍を
シミュレートした焼鈍を施した。

【００５１】これらの試片の磁気測定結果と、｛１０
０｝集合組織のランダム比強度測定結果を表４に示し
た。

【００５２】

【表４】

【００５３】鋼Ａ〜Ｇ、Ｊでは、板厚中央部での｛１０
０｝面密度がランダム比強度にして７以上と極めて良好
な｛１００｝集合組織が形成されていた。鋼Ａ〜Ｆは良
好な磁気特性を示すが、鋼ＧはＣが高すぎて磁気特性が
劣化し、鋼ＪはＳが高いためにＭnＳが多量に析出して
磁気特性が劣化した。

【００５４】また、本発明の方法で行なうと、通常は圧
延が困難な高Ｓi の鋼Ｃでも厚さ0.50mmの鋼板が得ら
れ、その磁気特性も良好であった。

【００５５】

【発明の効果】本発明方法を用いれば、板面に平行な
｛１００｝面密度がランダム比強度にして３以上の集合
組織を有する、磁束密度および鉄損の両方の磁気特性に
優れた高性能無方向電磁鋼板や、高Ｓi の高周波用にも
適した無方向性電磁鋼板が容易に製造できる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Ｓi ：0.1
〜７％、Ｍn ：0.05〜４％、Ｐ：0.1 ％以下、Ｓ：0.05
％以下、Ａl ：２％以下、残部Ｆe および不可避的不純
物からなる鋼を、700 ℃以上で熱間圧延し、酸洗後、80
0 ℃以上のオーステナイト変態が生じない温度で連続焼
鈍することを特徴とする、磁気特性に優れた無向性電磁
鋼板の製造方法。
【請求項２】重量％で、Ｃ：0.005 ％以下、Ｓi ：0.1
〜７％、Ｍn ：0.05〜４％、Ｐ：0.1 ％以下、Ｓ：0.05
％以下、Ａl ：２％以下、残部Ｆe および不可避的不純
物からなる鋼を、最終製品の２倍以下の厚さに700 ℃以
上で熱間圧延し、酸洗後これを最終製品の厚さに冷間圧
延し、800 ℃以上のオーステナイト変態が生じない温度
で連続焼鈍することを特徴とする、磁気特性に優れた無
向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項３】熱間圧延が、圧延中の鋼を加熱昇温して圧
延を継続するか、中間厚まで熱間圧延して巻き取った
後、巻き取られた中間厚の鋼板を巻き戻して加熱しつつ
再度熱間圧延する方法であることを特徴とする、請求項
１または２に記載の、磁気特性に優れた無向性電磁鋼板
の製造方法。