JPH1046252A - 超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法

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JPH1046252A
JPH1046252A JP8206135A JP20613596A JPH1046252A JP H1046252 A JPH1046252 A JP H1046252A JP 8206135 A JP8206135 A JP 8206135A JP 20613596 A JP20613596 A JP 20613596A JP H1046252 A JPH1046252 A JP H1046252A
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ultra
low iron
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JP8206135A
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Yoshiyuki Ushigami
義行 牛神
Tomoji Kumano
知二 熊野
Hiroyasu Fujii
浩康 藤井
Shuichi Yamazaki
修一 山崎
Katsuro Kuroki
克郎 黒木
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Nippon Steel Corp
Nippon Steel Plant Designing Corp
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Nittetsu Plant Designing Corp
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は仕上げ焼鈍後の表面粗度を極めて低
くすることにより、超低鉄損一方向性電磁鋼板を得るも
のである。 【解決手段】 重量比で、Si:2.5〜4.5%、酸
可溶性Al:0.01〜0.040%を含有する電磁鋼
スラブを1280℃以下で加熱熱延し、熱延板焼鈍を
し、最終圧延率80%以上で、かつ冷延板圧延方向と直
角方向の表面粗度を平均粗さで0.20μm以下にして
冷延し、脱炭焼鈍、窒化処理、焼鈍分離剤としてAl2
3 を塗布し、仕上げ焼鈍した後磁区制御し、絶縁コー
ティングを施す鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼板
の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鋼板表面の平滑度の
極めて高い高磁束密度一方向性電磁鋼板に磁区制御を施
して得られる鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼板の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年エネルギー節約の観点から鉄損を低
減することが強く要望されている。これに応えるように
最近アモルファスメタルが出現し、一部トランスメーカ
ーで採用され非常に優れた鉄損特性が得られている。こ
れに対抗すべく方向性電磁鋼板においても鋭意研究が進
められ、幾つかの提案がなされている。鉄損を低減する
方法としては従来から行われてきた高磁束密度化、二次
再結晶粒の小粒化、薄手化、表面皮膜の高張力化等の冶
金的方法の他に、物理的方法としてレーザー照射やプラ
ズマ照射等による磁区制御技術が提案されている。(特
開昭57−2252号公報、特開昭59−25928号
公報)しかし、この方法は歪取り焼鈍を必要とする巻き
鉄心トランス用としては使用出来ないため、積み、巻き
両トランスに使用できる磁区制御法として、製品の表面
に歯形ロールで溝を形成する方法、例えば特開昭61−
117218号公報、冷延板にエッチングにより溝を形
成する方法、例えば特公平3−69968号公報或いは
冷延板にレーザーにより溝を形成する方法、例えば特開
昭61−75506号公報等の技術が開示された。
【0003】また、この他の鉄損低減方法として、鋼板
の表面を電解研磨又は化学研磨により平滑(鏡面)にす
る方法がある(特公昭52−24499号公報、特公昭
56−4150号公報)。この方法では平滑度が高い程
鉄損低減に効果があり、これと磁区制御技術を組み合わ
せると格段に優れた超低鉄損材が得られることが知られ
ている(特開昭54−43115号公報)。しかし、こ
の方法は工業性に欠けるため、最近ではこの鏡面を得る
方法として、焼鈍分離剤にAl2 3 を用いる方法或い
はMgOの中に塩素化合物等を添加する方法等が提案さ
れている。例えば、特開平7−118750号公報には
脱炭焼鈍時の雰囲気露点をできるだけ低くして酸化層の
生成を抑制することで焼鈍分離剤Al2 3 との反応生
成物をなくし鏡面を得る方法を提案している。
【0004】同じく特開平8−3648号公報には焼鈍
分離剤Al2 3 の組成について述べている。また、特
開平4−21451号及び特開平4−21452号公報
にはこの鏡面を有する鋼板に歪取り焼鈍に耐える磁区制
御をし、かつ張力コーティングを施して、超低鉄損材を
得る方法を提案している。
【0005】特願平08−017371号公報には冷延
の途中板厚段階で溝を形成してから製品板厚に仕上げ、
上記方法で処理する製造法を提案している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は仕上げ焼鈍後
の表面粗度を極めて低くすることにより安定した超低鉄
損一方向性電磁鋼板の製造方法を提案するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は冷延機のロール
粗度を通常より低く管理して、冷延後の鋼板表面粗度を
小さくし、仕上げ焼鈍後に極めて優れた鏡面を得ること
を特徴とするものである。即ち重量比で、Si:2.5
〜4.5%、C:0.025〜0.085%、Mn:
0.050〜0.45%、S≦0.015%、酸可溶性
Al:0.01〜0.040%、N:≦0.010%、
Sn:0.02〜0.15%、残部Fe及び不可避的不
純物からなる電磁鋼スラブを1280℃以下の温度で加
熱した後、熱延し熱延板焼鈍をし、一回または中間焼鈍
を介挿する二回以上の圧延でその最終圧延率を80%以
上とし冷延板の圧延方向と直角方向の表面粗度を平均粗
さ0.20μm以下にする冷間圧延を施し、次いで脱炭
焼鈍、窒化処理、焼鈍分離剤としてAl2 3 塗布し、
仕上げ焼鈍した後磁区制御し、張力コーティングを施す
ことを特徴とする鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼
板の製造方法である。
【0008】また、前記方法において、脱炭焼鈍の雰囲
気ガスの水蒸気/水素分圧比PH2O/PH2 を0.0
58〜0.150の範囲とする方法、或いは、仕上げ焼
鈍昇温過程の雰囲気ガスにH2 とN2 の混合ガスを用
い、N2 の比率を50%以上とし1100℃以上の温度
で均熱しこの均熱温度域でH2 雰囲気で焼鈍する方法で
ある。
【0009】更に、前記方法において、磁区制御方法と
して最終冷延の途中板厚段階で鋼板表面に圧延方向に対
して、90°〜45°の範囲で巾が10〜500μm、
深さが板厚t×1/8〜1/30、間隔が圧延方向に1
〜20mmの溝を点状或いは線状に形成することで歪取り
焼鈍に耐える方法である。なお、磁区制御の方法として
は例えばレーザー照射等の公知の方法を採用してもよ
い。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実験に基づいて説
明する。 実験1.重量比でC:0.055%、Si:3.25
%、Mn:0.10%、P:0.025%、S:0.0
07%、酸可溶性Al:0.028%、Sn:0.05
%、Cr:0.12%、N:0.0080%を含む板厚
2.3mmの熱延板を1120℃+900℃で焼鈍した後
急冷し、酸洗し、冷延して板厚0.23mmに仕上げた。
【0011】この冷延に際し、冷延ロールの粗度を変え
て圧延し冷延板表面の平均粗さ(圧延方向と直角方向)
0.30μm 0.25μm 0.20μm
≦0.15μmの4水準のものを造った。この冷延板を
油洗し、脱炭焼鈍を830℃x90秒、H2 :75%+
2 25%、露点40℃(PH2 O/PH2 =0.1
0)の雰囲気中で行った。
【0012】次いで窒化処理を750℃x30秒、
2 、H2 、アンモニアの混合ガス中で行い、鋼板の窒
素量を200ppm に調整し、焼鈍分離剤にAl2 3
使用し、仕上げ焼鈍昇温過程の雰囲気ガスN2 :90
%、H2 :10%の混合ガスでおこない1200℃x2
0時間の純化焼鈍をH2 雰囲気ガス中で行った。この後
水洗し、無水クロム酸、燐酸アルミニウムを主成分とす
る張力コーティングを施した。
【0013】この後磁区制御をレーザー光で圧延方向と
直角方向に5mm間隔に照射して行った。このようにして
得られた磁気特性を図1に示す。この図から冷延板の粗
度が小さいものほど低鉄損が得られることが判る。な
お、この製品は歪取り焼鈍を必要としない積みトランス
用鉄心材料として使用される。 実験2.実験1で使用した冷延板の表面平均粗さ≦
0.15μmを用いて脱炭焼鈍雰囲気露点と鉄損の関係
を調べた。
【0014】脱炭焼鈍条件を830℃x30秒、雰囲気
ガスH2 :75%+N2 :25%、雰囲気ガスの露点を
1)25℃、2)30℃、3)35℃、4)40℃、
5)45℃、6)50℃と変化させた。以下の工程は実
験1と同様に行った。結果を図2に示す。これからPH
2 O/PH2 :0.058〜0.150の範囲で超低鉄
損が得られている。PH2 O/PH2 が0.150を超
えると脱炭焼鈍板の酸化層が増え、この酸化層と焼鈍分
離剤Al2 3 との反応が起こり、仕上げ焼鈍後の鋼板
の鏡面度が劣ってくる。この脱炭焼鈍板の酸化層の量は
同一露点で比較すると冷延板の粗度が小さい程少ない。
【0015】又、露点は低い程酸化量は少なく鏡面が得
られ易いが、0.058より低くなると脱炭が悪くな
り、二次再結晶粒の発達を阻害してくる。 実験3.実験1で用いた熱延板を1120℃+900℃
で焼鈍した後急冷し、酸洗し冷延を行った。この冷延に
おいては実験1と同じくロール粗度を変えて圧延した。
【0016】この冷延の途中板厚段階0.32mmにおい
てレーザー光により15μmの穿孔を行った。この穿孔
はほぼ100μmφ、間隔100μmの点列とし、点列
の方向は圧延方向に対して85°とし、点列のピッチは
5mmとした。穿孔後、製品板厚0.27mmまで圧延し
た。この後、油洗し脱炭焼鈍を830℃x120秒、H
2 :75%+N2 :25%、露点40℃の雰囲気ガス中
で行った。続いて窒化処理、Al2 3 塗布、仕上げ焼
鈍、コーティング処理を実験1と同じ方法で行った。こ
のようにして得られた製品の磁気特性を図3に示す。
【0017】この結果においても冷延板の粗度の小さい
ものほど低鉄損が得られることが判る。なお、この製品
は歪取り焼鈍を行っても効果が消失しないため積み、巻
き両トランス用鉄心材料として使用できる。次に、本発
明における出発材料の成分組成の限定理由を述べる。S
iは、低鉄損を得る上で多い方が好ましいが、Siの含
有量が4.5%を超えて多くなりすぎると材料の冷間圧
延時に、割れ、破断が多発し、安定した冷延作業を不可
能にする。
【0018】Cは、0.085%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、生産性を損な
う。Mnは、その含有量が少なすぎると二次再結晶が不
安定となり、一方、多す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。Sは、周知の如くMnSを形成し、一次再結
晶粒の成長を抑制する。本発明においては二次再結晶粒
を発現させるに必要なインヒビターは脱炭焼鈍以降で造
り込むことを特徴としており、冷延以前で微細な析出物
が分散することは一次再結晶粒径を調整して高磁束密度
鋼板を得る本発明においては好ましくない。従って、S
は0.015%以下としている。Sの好ましい範囲は
0.003〜0.010%が良い。Sが、0.003%
より少ないと粒成長が焼鈍温度により敏感になり粒径調
整が困難になるためである。
【0019】Alは窒素と結合して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.
010〜0.040%とする。Nは0.010%以下に
する必要がある。0.010%を超えるとブリスターと
呼ばれる鋼板表面の膨れが発生し、また一次再結晶組織
の調整が困難になる。下限に特に限定しないが0.00
2%程度が良い。
【0020】Snは脱炭焼鈍後の集合組織を改善し、二
次再結晶粒の粗大化を防ぐ。Snの適量は0.02〜
0.15%であるが、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にく
くなる。好ましくは0.03〜0.10%が良い。な
お、微量のCu,P,Tiを鋼中に含有せしめること
は、本発明の主旨を損なうものではない。
【0021】次に、本発明の製造プロセスについて説明
する。電磁鋼スラブは、転炉或い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し、次いで連続鋳
造によって、或いは造塊後分塊圧延することによって得
られ、しかる後、熱間圧延に先立つスラブ加熱がなされ
る。スラブ加熱温度は1280℃以下の低い温度で行う
ことにより加熱エネルギー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不完全固溶状態
とする。
【0022】このスラブを熱延して所定の厚みの熱延板
を造る。次いで、900℃〜1150℃で短時間の熱延
板焼鈍をし、酸洗し冷間圧延を行う。冷間圧延率は、高
磁束密度を得る上から80%以上必要である。この冷間
圧延において、ロール粗度を低くし冷延板の圧延方向と
直角方向の平均粗さを0.20μm以下にする必要があ
る。この場合、粗度の異なったロールを組み合わせて圧
延することにはこだわらない。圧延方向と直角方向の平
均粗さを規定したのは通常の圧延においては圧延方向よ
り、直角方向の粗度が大きくなる理由による。
【0023】この処理に引き続き、脱炭焼鈍と窒化処理
を行う。脱炭焼鈍は公知の方法で行うが、雰囲気露点は
通常より低くして、鋼板表面の酸化層(ファヤライト
(Fe 2 SiO4 )及びSiO2 の量)の生成をできる
だけ少なくすることが望ましい。本発明に規定するPH
2 O/PH2 の値は0.058〜0.150である。
【0024】0.058より小さいと脱炭不良となり、
二次再結晶粒の発達を阻害する。一方、0.150を超
えると酸化層の生成量が急激に増え、仕上げ焼鈍後の鏡
面度が低下し、超低鉄損が得られなくなる。窒化処理は
例えば特開平2−77525号公報に示されるような、
水素、窒素、アンモニアの混合ガス中でストリップを走
行して行う。
【0025】焼鈍分離剤には仕上げ焼鈍後にフオルステ
ライト皮膜を形成させない焼鈍分離剤を使用する必要が
ある。このためAl2 3 或いはAl2 3 を主成分と
したものを用いる。仕上げ焼鈍は昇温過程の雰囲気ガス
をN2 とH2 の混合ガスとし、N2 の比率を50%以上
好ましくは75%以上とする。N2 の比率がこれより低
いと二次再結晶粒の発達が不安定になる。
【0026】この後、張力皮膜を形成させる。張力皮膜
としては、例えば特開昭48−39338号公報による
コロイド状シリカと燐酸アルミニウムを主体とするコー
ティング液、特開昭50−79442号公報によるコロ
イド状シリカと燐酸マグネシュウムを主体とするコーテ
ィング液、または特願平4−222879号公報による
アルミナ・ゾルとほう酸を主成分とするコーティング液
を焼き付ける方法を採用すればよい。
【0027】この他密着性が良く鋼板に張力を付与する
ことが可能な皮膜ならば採用できる。次に磁区制御を行
うが、磁区制御法としては公知のレーザー照射、歯形ロ
ールによる溝形成法、或いはエッチング法等を採用して
も良い。この他、本発明の特徴である歪取り焼鈍に耐え
る磁区制御法である冷延途中板厚段階で穿孔する処理条
件について述べる。
【0028】穿孔(溝)の幅は10〜500μmとす
る。500μmを超すと磁束密度の劣化が大きくなり、
鉄損低減効果が認められない。一方、10μmより狭く
することは非常に難しい。溝の方向は圧延方向に対して
90°〜45°とする。45°より小さくなると、磁区
細分化効果が弱くなり鉄損低減が小さい。溝の間隔は1
〜20mmとする。1mm未満は工業的に難しく、一方、2
0mmを超えると鉄損低減が小さくなる。点状の穿孔の場
合、穿孔の間隔は特に拘らないが、磁区は幅の最も広い
もので2mm程度であることから、これを超すことは好ま
しくない。溝深さは溝形成時の板厚の1/30〜1/8
の範囲が良い。1/30より浅いと鉄損低減が弱く、1
/8より深いと磁束密度の劣化を招き鉄損特性も悪くな
る。
【0029】この溝形成にはレーザー光或いはプラズマ
炎を用いると効果的であるが、この他高圧水を用いても
良い。この後製品板厚まで圧延する。この圧延は溝形成
時に生じた形成不良やバリを除去すると同時に、熱影響
部の組織を改善し、磁区制御効果に加えてGoss組織
の発達を製品板厚で照射した場合に比較して更に促進す
る効果がある。この理由は定かでないが、熱影響部の組
織に圧延により歪が導入され、その歪量がGoss組織
の発達に適したものとなっていると推定される。以下実
施例について述べる。
【0030】
【実施例】重量比でC:0.057%、Si:3.5
%、Mn:0.10%、P:0.025%、S:0.0
10%、酸可溶性Al:0.027%、Sn:0.05
%、N:0.0078%を含む板厚2.3mmの熱延板を
1120℃+900℃で焼鈍した後急冷し、酸洗し、冷
延して板厚0.23mmに仕上げた。
【0031】この冷延に際し、冷延ロールの粗度を変え
て圧延し冷延板の圧延方向と直角方向の表面粗度を
0.25μm ≦0.10μmとした。この冷延板を
油洗し、脱炭焼鈍を840℃x90秒、H2 :75%+
2 :25%、露点45℃の雰囲気中で行った。次いで
窒化処理を750℃x30、N2、H2 、アンモニアの
混合ガス中で行い、鋼板の窒素量を220ppm に調整し
た。
【0032】この後、焼鈍分離剤にAl2 3 を使用
し、仕上げ焼鈍昇温過程の雰囲気ガスをN2 ガスとし、
1200℃x20時間の純化焼鈍をH2 雰囲気ガス中で
行った。この後水洗した後、歯形ロールで圧延方向と7
5°方向に巾50μm、ピッチ5mm深さ12μmの溝を
形成した。
【0033】この後850℃x2時間の焼鈍をした後更
に、無水クロム酸、燐酸アルミニウムを主成分とするコ
ーティング液を塗布し850℃x30秒の短時間焼鈍を
行った。得られた磁気特性を次に示す。 冷延板の表面粗度 鉄損(W17/50)(W/kg) 0.25μm 0.074 ≦0.10μm 0.069
【0034】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は冷間圧延に
おいて冷延板圧延方向と直角方向の表面粗度を制御し、
かつ、脱炭焼鈍条件、仕上げ焼鈍条件を適切に制御する
ことにより鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼板を容
易に製造することができる。また、前述の鋼板に磁区制
御処理を施すことにより更に鉄損の向上が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実験1における冷延板の平均粗さと鉄損との関
係を示す図。
【図2】実験2における脱炭焼鈍雰囲気ガス露点と鉄損
との関係を示す図。
【図3】実験3における冷延板の平均粗さと鉄損との関
係を示す図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 浩康 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 山崎 修一 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (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 (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、Si:2.5〜4.5%、
    C:0.025〜0.085%、Mn:0.050〜
    0.45%、S≦0.015%、酸可溶性Al:0.0
    1〜0.040%、N:≦0.010%、Sn:0.0
    2〜0.15%、残部Fe及び不可避的不純物からなる
    電磁鋼スラブを1280℃以下の温度で加熱した後、熱
    延し、熱延板焼鈍をし、一回または中間焼鈍を介挿する
    二回以上の圧延でその最終圧延率を80%以上とし、か
    つ冷延板圧延方向と直角方向の表面粗度を平均粗さで
    0.20μm以下にする冷間圧延を施し次いで脱炭焼
    鈍、窒化処理、焼鈍分離剤としてAl2 3 塗布し、仕
    上げ焼鈍した後磁区制御し、絶縁コーティングを施すこ
    とを特徴とする鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼板
    の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記脱炭焼鈍の雰囲気ガスの水蒸気/水
    素分圧比PH2 O/PH2 を0.058〜0.150の
    範囲とする請求項1記載の鏡面を有する超低鉄損一方向
    性電磁鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記仕上げ焼鈍昇温過程の雰囲気ガスに
    2 とN2 の混合ガスを用い、N2 の比率を50%以上
    とし1100℃以上の温度で均熱し、この均熱温度域で
    2 雰囲気で焼鈍することを特徴とする請求項1または
    2記載の鏡面を有する超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造
    方法。
  4. 【請求項4】 前記最終冷延の途中板厚段階で鋼板表面
    に圧延方向に対して、90°〜45°の範囲で巾が10
    〜500μm、深さが板厚t×1/8〜1/30、間隔
    が圧延方向に1〜20mmで点状或いは線状に穿孔を形成
    することを特徴とする請求項1記載の鏡面を有する超低
    鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
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