JPH1046244A - 磁束密度が高く、鉄損の低い無方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁束密度が高く鉄損の低い無方向性電磁鋼板
の製造法を提供する。 【解決手段】 鋼中に重量％で、2.0%≦(Si+2Al)≦4.5
%、0.1%≦Mn≦1.0%、 C≦0.0050% 、 N≦0.0050% 、 S
≦0.0050% 、を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物
からなる成分であり熱間圧延し熱延板とし、酸洗し１回
の冷間圧延工程を施し仕上げ焼鈍を施すか、スキンパス
圧延工程を仕上げ焼鈍後施す無方向性電磁鋼板の製造方
法において、仕上熱間圧延時の熱延ロールと鋼板との平
均摩擦係数が0.25以下であり、熱延終了後冷却開始まで
の時間を式にて定める無方向性電磁鋼板製造方法。さら
に上記熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷却水に 0.5以
上 20%以下の油脂を混入するか、粗圧延後のシートバー
を仕上げ圧延前に先行するシートバーに接合し、当該シ
ートバーを連続して仕上げ熱延に供することを特徴とす
る製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気機器の鉄心材料と
して用いられる、磁束密度が高く、鉄損が低い優れた磁
気特性を有する無方向性電磁鋼板の製造方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、電気機器、特に無方向性電磁鋼板
がその鉄心材料として使用される回転機および中、小型
変圧器等の分野においては、世界的な電力、エネルギー
節減、さらにはフロンガス規制等の地球環境保全の動き
の中で、高効率化の動きが急速に広まりつつある。

【０００３】無方向性電磁鋼板においては低鉄損化の手
段として一般に、電気抵抗増大による渦電流損低減の観
点からＳｉあるいはＡｌ等の含有量を高める方法がとら
れてきた。しかし、この方法では磁束密度が低下すると
いう問題点があった。このような問題点の克服のため
に、熱延板結晶粒径を粗大化することで磁束密度と鉄損
の両方を改善させる方法が行われてきた。

【０００４】Ｓｉ含有量が高い非変態系の無方向性電磁
鋼板においては、仕上熱延後の結晶組織の成長が不十分
であり、高磁束密度低鉄損の材料を提供するためには、
仕上熱延終了後、箱焼鈍あるいは連続焼鈍による熱延板
焼鈍を施し、結晶組織の粗大化を図ることが必須とされ
てきた。しかしながら、これらの方法では熱延板焼鈍も
しくは箱焼鈍によるコスト上昇が避けられず、昨今の需
要家の機能と価格に対する厳しい要請を同時に満足する
ことは出来ず、低コストで高磁束密度低鉄損な無方向性
電磁鋼板を製造しうる方法の開発が求められていた。

【０００５】このような問題点を解決する方法として、
特開昭５４−７６４２２号公報にはコイルを７５０℃か
ら１０００℃の温度で巻取りコイル自身の保有熱で自己
焼鈍する方法が開示されている。また、特公昭６２−６
１６４４号公報には、熱延終了温度を１０００℃以上の
高温として無注水時間を設定し、いわゆるランアウトテ
ーブル上で巻取前に熱延組織を再結晶・粒成長を図る方
法が開示されている。これらの先願によれば、確かに熱
延板焼鈍を省略して安価に磁束密度の高い無方向性電磁
鋼板を提供することが可能であるが、昨今の需要家の低
コスト高機能無方向性電磁鋼板への要求に応えるために
は、更なる製造法の改善による低コストかつ磁気特性の
優れた無方向性電磁鋼板製造法の開発が求められてい
た。

【０００６】また、特開平１−３０６５２４号公報に
は、熱延板焼鈍を前提とする無方向性電磁鋼板の熱延を
潤滑下で行う技術が開示されている。しかしながら、こ
の方法においては連続焼鈍あるいは箱焼鈍による熱延板
焼鈍が前提となるため、磁気特性の優れた無方向性電磁
鋼板製造法におけるコスト上昇の問題点を回避すること
が不可能であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
昨今の市場の要請に対し、従来困難であった、低コスト
で高磁束密度かつ低鉄損を達成する製造法を提供するこ
とを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、以下の通りである。 (1) 鋼中に重量％で、 ２．０％≦（Ｓｉ＋２Ａｌ）≦４．５％、 ０．１％≦Ｍｎ≦１．０％、 Ｃ≦０．００５０％、 Ｎ≦０．００５０％、 Ｓ≦０．００５０％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成
分のスラブを、熱間圧延して熱延板とし、酸洗し、１回
の冷間圧延工程を施し次いで仕上げ焼鈍を施す無方向性
電磁鋼板の製造方法において、仕上熱間圧延時の熱延ロ
ールと鋼板との平均摩擦係数が０．２５以下であり、熱
延終了温度Ｔ（℃）との関係で、熱延終了後下記の
（１）式で規定される時間ｔの間注水を行わず、コイル
を巻き取ることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方
法。 ９．６−８×１０^-3Ｔ≦ｔ≦１５．６−８×１０^-3Ｔ・・・（１） 但し、９５０≦Ｔ（℃）≦１１５０ (2) １回目の冷間圧延工程後、仕上げ焼鈍を施し、さ
らに２〜２０％のスキンパス圧延を施すことを特徴とす
る前記(1) 記載の無方向性電磁鋼板の製造法。 (3) 仕上熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷却水に
０．５〜２０％の油脂をエマルジョン状態で混入するこ
とを特徴とする前記(1) 又は(2) 記載の無方向性電磁鋼
板の製造方法。 (4) 粗圧延後のシートバーを仕上熱延前に先行するシ
ートバーに接合し、当該シートバーを連続して仕上熱延
に供することを特徴とする前記(1) ，(2) 又は(3) の何
れか一つ記載の無方性電磁鋼板の製造方法。

【０００９】

【発明を実施する形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。本発明者らは、低鉄損と高磁束密度を同時に達成す
べく従来技術における問題点に鋭意検討を重ねた結果、
重量％で２．０％≦（Ｓｉ＋２Ａｌ）≦４．５％、Ｍｎ
を０．１％以上１．０％以下含有する鋼にあって、仕上
熱間圧延時の熱延ロールと鋼板との平均摩擦係数が０．
２５以下として熱延を行い、熱延終了後、熱延終了温度
と関係づけられる時間の間無注水として鋼板を巻き取る
ことにより、Ｓｉ含有量の高い無方向性電磁鋼板におい
て、従来以上に高磁束密度な無方向性電磁鋼板を製造す
ることが可能であることを見出し、本発明の完成に至っ
た。

【００１０】本発明が従来技術よりも一層の磁気特性改
善を達成しうる理由についてはその詳細は不明である
が、仕上熱延において潤滑を実施することにより、鋼板
表層付近の変形状態が変化したことに原因があるのでは
ないかと発明者等は推察する。また、本発明の様な低摩
擦率の仕上熱間圧延を安定的に行う観点から、粗圧延後
のシートバーを、先行するシートバーに接合し、仕上熱
間圧延を連続的に行うことが有効であることも見いだし
た。

【００１１】まず、成分について説明すると、ＳｉとＡ
ｌは鋼板の固有抵抗を増大させ渦流損を低減させ、鉄損
値を改善するために添加される。（Ｓｉ＋２Ａｌ）含有
量が２．０％未満であると固有抵抗が十分に得られない
ので２．０％以上の量添加する必要がある。一方、（Ｓ
ｉ＋２Ａｌ）含有量が４．５％を越えると圧延時の耳割
れが著しく増加し、圧延が困難になるので４．５％以下
とする必要がある。

【００１２】Ｍｎは、Ａｌ、Ｓｉと同様に鋼板の固有抵
抗を増大させ渦電流損を低減させる効果を有する。この
目的のため、Ｍｎ含有量は０．１％以上とする必要があ
る。一方、Ｍｎ含有量が１．０％を越えると熱延時の変
形抵抗が増加し熱延が困難となるとともに、熱延後の結
晶組織が微細化しやすくなり、製品の磁気特性が悪化す
るので、Ｍｎ含有量は１．０％以下とする必要がある。

【００１３】また、Ｍｎ添加量は仕上げ熱延前の高温の
シートバー接合部の強度確保の点からもきわめて重要で
ある。なぜなら、低融点の硫化物が結晶粒界に存在する
ことによるシートバー接合部の熱間脆化を防止するため
に、ＭｎとＳとの重量濃度の比であるＭｎ／Ｓの値を２
０以上とすることが必要であるからである。本発明の成
分範囲では、Ｍｎ含有量が０．１％以上であり、Ｓ含有
量は０．００５０％以下であるので、Ｍｎ／Ｓの値は２
０以上に保たれ、この観点からは問題がない。

【００１４】また、製品の機械的特性の向上、磁気的特
性、耐錆性の向上あるいはその他の目的のために、Ｐ、
Ｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｃｕの１種または２種以
上を鋼中に含有させても本発明の効果は損なわれない。
Ｃ含有量が０．００５０％を越えると使用中の磁気時効
により鉄損が悪化して使用時のエネルギーロスが増加す
るため、０．００５０％以下に制御することが必要であ
る。なお、熱延板焼鈍時の結晶粒成長を促進して製品の
磁気特性を向上させるため、並びに仕上焼鈍時の結晶粒
成長を促進し、さらに鉄損の改善（低減）をはかるため
には、Ｃ含有量は好ましくは０．００２０％以下、さら
に好ましくは０．００１０％以下であることが好まし
い。

【００１５】Ｓ、Ｎは熱間圧延工程におけるスラブ加熱
中に一部再固溶し、熱間圧延中にＭｎＳ等の硫化物、Ａ
ｌＮ等の窒化物を形成する。これらが存在することによ
り熱延組織の粒成長を妨げるとともに、仕上げ焼鈍時の
結晶粒成長を妨げ鉄損が悪化するのでＳは０．００５０
％、Ｎは０．００５０％以下にする必要がある。なお、
熱延板焼鈍時の結晶粒成長を促進して製品の磁気特性を
向上させるため、並びに仕上焼鈍時の結晶粒成長を促進
し、さらに鉄損の改善（低減）をはかるためには、好ま
しくはＳ、Ｎとも０．００２０％以下、さらに好ましく
は０．００１０％以下であることが好ましい。

【００１６】次に本発明のプロセス条件について説明す
る。前記成分からなる鋼スラブは、転炉で溶製され連続
鋳造、あるいは造塊−分塊圧延により製造される。鋼ス
ラブは公知の方法にて加熱される。このスラブに熱間圧
延を施し所定の厚みとする。

【００１７】仕上熱延において、仕上熱延機のワークロ
ールと鋼板との間の摩擦係数を低減するために、潤滑剤
として油脂をロール冷却水に混入する。油脂と冷却水が
分離することを防止するために必要に応じ界面活性剤を
加える。仕上熱延時にロール冷却水に混入する油脂の量
は体積比で０．５％以上２０％以下とする。ロール冷却
水中の油脂量が０．５％未満ではその効果が得られず、
２０％超ではその効果が飽和し、不経済であるので２０
％以下とする。

【００１８】仕上熱延時の熱延ロールと鋼板との平均摩
擦係数の製品磁気特性に対する影響を調査するため下記
の様な実験を行った。表１に示す成分の鋼を溶製し仕上
げ熱延を実施した。

【００１９】仕上熱延時の摩擦係数をロール冷却水中の
油脂含有量、油脂成分を変化させることにより０．１程
度から０．３以上まで変化させた。平均摩擦係数は各ス
タンドにおける実測の先進率より計算し、その平均値に
より求めた。仕上熱延終了温度は１０５０℃で一定と
し、式（１）より、無注水時間は３．５秒とし、その後
冷却して６８０℃で巻き取った。これを酸洗、冷延し
０．５０mm厚とし、脱脂した後、９００℃、３０秒焼鈍
しエプスタイン試料を切断して磁気特性を測定した。

【００２０】

【表１】

【００２１】仕上熱延時の平均摩擦係数に対する製品磁
束密度の依存性を図１に示した。平均摩擦係数として仕
上熱延機の各スタンドの実測値の平均を用いた。仕上熱
延時の平均摩擦係数が０．２５以下であると製品磁束密
度が上昇することがわかる。以上の実験から示されるよ
うに、仕上熱延の圧延ロールと鋼板との間の摩擦係数の
値は、仕上熱延全スタンドの平均値が０．２５以下であ
れば良い。０．２５超ではその効果が不十分であり製品
磁束密度が低下する。摩擦係数の下限については特に設
けないが、その値が過度に小さくなると圧延中にスリッ
プが生じて安定して通板できなくなるので、０．０５以
上であることが好ましい。

【００２２】本発明のごとく仕上熱間圧延を低摩擦率で
行う場合、仕上熱延機へのシートバーへの噛み込み時
に、シートバーの噛み込み不良の発生や、仕上熱延中に
ロールと鋼板の間にスリップが生じ、圧延ロールの寿命
を著しく縮めるとともに、鋼板表層に深い圧延疵を生じ
せしめる場合がある。この様な低摩擦率の仕上熱間圧延
における問題点を解決し、安定的に操業を行う方法とし
て、粗圧延後のシートバーを、仕上熱間圧延前に先行す
るシートバーに接合し、当該シートバーを連続して仕上
熱間圧延に供することが特に有効である。

【００２３】コイルの巻取温度については規定を設けて
いないが、高温で熱延を終了した鋼板表面に過度の酸化
層が生じ、酸洗性が悪化することを防止するため、７５
０℃以下で巻き取ることが好ましい。

【００２４】熱延終了後の無注水設定時間は熱延終了温
度Ｔ℃との関係で下記のように定める。低摩擦係数によ
る仕上熱延において熱延終了温度Ｔ（℃）、熱延終了後
注水開始までの時間ｔ（秒）と磁気特性との関係を発明
者等は詳細に検討を行った結果、 ９．６−８×１０^-3Ｔ≦ｔ≦１５．６−８×１０^-3Ｔ・・・（１） 但し、９５０≦Ｔ（℃）≦１１５０ にて定められる範囲内において、酸洗性、通板速度、磁
気特性を満足する良好な条件を定めることが可能となっ
た。また、熱延終了後注水開始までの温度が式（１）で
定めた時間を超えると、鋼板を冷却する時間が不足し、
高温でコイルを巻き取るか、冷却を十分に施すために圧
延速度を低下させねばならず、生産性が悪化する。高温
でのコイル巻取りは巻きずれの発生や酸洗性の悪化等の
弊害を招くので好ましくない。このため無注水時間は式
（１）で定めた上限時間以下とする。式（１）で定めら
れる時間よりも無注水時間が短くなると熱延板の再結晶
・粒成長が不十分となり磁気特性の改善が得られない。
熱延終了温度Ｔ（℃）が９５０℃を下回った場合も同様
である。また、熱延終了温度を１１５０℃超にするため
には、通常の粗圧延、仕上圧延を有する熱延工程ではス
ラブの加熱温度を著しく高める必要があり、スラブ加熱
中に再固溶した析出物が熱延中に微細に析出し、磁気特
性を著しく悪化させるので熱延終了温度は１１５０℃以
下とする。

【００２５】本発明では１回の冷間圧延工程を施し次い
で仕上げ焼鈍を施すか、その後さらにスキンパス圧延工
程を施して製品としても良い。スキンパス圧延工程を付
加する場合はスキンパス圧延率は２％未満ではその効果
が得られず、２０％超では磁気特性が悪化するため２％
以上から２０％以下とする。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の実施例について述べる。 ［実施例１］表２に示した成分を有する無方向性電磁鋼
用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延機により厚み
５０mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上げ熱延機により
２．５mmに仕上げた。仕上げ熱延機のロール冷却水に油
脂をエマルジョン状態で混入し、その混入量を変えるこ
とにより摩擦係数を調整した。平均摩擦係数は各スタン
ドにおける実測の先進率より計算し、その平均値により
求めた。この時、仕上熱延終了温度は１０２０℃とし、
無注水時間を３．５秒とし、６４０℃で巻き取った。

【００２７】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
５０mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて９００℃で３
０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、
磁気特性を測定した。表３に本発明と比較例の成分と磁
気測定結果をあわせて示す。このように仕上げ熱延時の
平均摩擦係数を０．２５以下に低減すれば、磁束密度の
値が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無方向性電磁
鋼板を得ることが可能である。

【００２８】

【表２】

【００２９】

【表３】

【００３０】［実施例２］表４に示した成分を有する無
方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延
機により厚み５５mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上げ
熱延機により２．５mmに仕上げた。仕上げ熱延機のロー
ル冷却水に油脂をエマルジョン状態で混入し、の混入量
を調整することにより平均摩擦係数を変化させた。平均
摩擦係数は各スタンドにおける実測の先進率より計算
し、その平均値により求めた。また、仕上熱間圧延時に
鋼板とワークロール間にスリップが生じ鋼板の表面に疵
が形成されることを防止するために、粗圧延後のシート
バーを先行するシートバーに溶接し、仕上熱間圧延を連
続して行った。熱延仕上げ温度は１０５０℃とし、無注
水時間を３秒とし、その後注水して冷却し、６８０℃で
巻き取った。

【００３１】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
３５mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて前段において
１０５０℃で１０秒保定し、後段は９００℃で３０秒保
定し焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、磁
気特性を測定した。表５に本発明と比較例の成分と磁気
測定結果をあわせて示す。表５に示されるように、仕上
げ熱延時の平均摩擦係数を０．２５以下に低減すれば、
磁束密度の値が高く、鉄損値の低い磁気特性の優れた無
方向性電磁鋼板を得ることが可能である。

【００３２】

【表４】

【００３３】

【表５】

【００３４】［実施例３］表６に示した成分を有する無
方向性電磁鋼用スラブを通常の方法にて加熱し、粗圧延
機により厚み５０mmの粗バーに仕上げ、その後、仕上げ
熱延機により２．５mmに仕上げた。仕上げ熱延機のロー
ル冷却水に油脂をエマルジョン状態で混入し、その混入
量を調整することにより平均摩擦係数を０．２２とし
た。平均摩擦係数は各スタンドにおける実測の先進率よ
り計算し、その平均値により求めた。熱延終了温度を１
０５０℃で一定とし、無注水時間を変化させ、巻取温度
は６８０℃で一定とした。この場合、式（１）で規定さ
れる無注水時間は１．２秒以上７．２秒以下である。

【００３５】その後、酸洗を施し、冷間圧延により０．
５０mmに仕上げた。これを連続焼鈍炉にて９００℃で３
０秒間焼鈍した。その後、エプスタイン試料に切断し、
磁気特性を測定した。表７に熱延条件と磁気測定結果を
あわせて示す。表７に示されるように、無注水時間が
１．２秒以上であれば良好な磁気特性が得られているこ
とがわかる。この様に、仕上熱延時の平均摩擦係数の低
減とともに、熱延終了後の冷却条件を適切に制御するこ
とにより、磁束密度の値が高く、鉄損値の低い磁気特性
の優れた無方向性電磁鋼板を得ることが可能である。

【００３６】

【表６】

【００３７】

【表７】

【００３８】

【発明の効果】このように本願発明によれば、従来の熱
延板焼鈍法よりも安価なコストで、かつ、従来の自己焼
鈍法よりも磁束密度が高く鉄損の低い、磁気特性の優れ
た無方向性電磁鋼板を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】仕上熱延時の平均摩擦係数と製品磁束密度の関
係を示す図表である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼中に重量％で、 ２．０％≦（Ｓｉ＋２Ａｌ）≦４．５％、 ０．１％≦Ｍｎ≦１．０％、 Ｃ≦０．００５０％、 Ｎ≦０．００５０％、 Ｓ≦０．００５０％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成
   分のスラブを、熱間圧延して熱延板とし、酸洗し、１回
   の冷間圧延工程を施し次いで仕上げ焼鈍を施す無方向性
   電磁鋼板の製造方法において、仕上熱間圧延時の熱延ロ
   ールと鋼板との平均摩擦係数が０．２５以下であり、熱
   延終了温度Ｔ（℃）との関係で、熱延終了後下記の
   （１）式で規定される時間ｔの間注水を行わず、コイル
   を巻き取ることを特徴とする無方向性電磁鋼板の製造方
   法。 ９．６−８×１０^-3Ｔ≦ｔ≦１５．６−８×１０^-3Ｔ・・・（１） 但し、９５０≦Ｔ（℃）≦１１５０
2. 【請求項２】 １回目の冷間圧延工程後、仕上げ焼鈍を
   施し、さらに、２〜２０％のスキンパス圧延を施すこと
   を特徴とする請求項１記載の無方向性電磁鋼板の製造方
   法。
3. 【請求項３】 仕上熱延時に潤滑剤として熱延ロール冷
   却水に０．５〜２０％の油脂をエマルジョン状態で混入
   することを特徴とする請求項１又は２記載の無方向性電
   磁鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 粗圧延後のシートバーを仕上熱延前に先
   行するシートバーに接合し、当該シートバーを連続して
   仕上熱延に供することを特徴とする請求項１、２又は３
   記載の無方性電磁鋼板の製造方法。