JPS5920732B2 - 一方向性電磁鋼板製造用スラブの加熱方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼板を構成する結晶粒がミラー指数で（１１０
）〔０００として表わされる方位を有する一方向性電磁
鋼板製造用スラブの加熱方法に関するものである。

一方向性電磁鋼板に要求される磁気特性は高い磁束密度
と低い鉄損特性であるが、特に最近に至つて変圧機の小
型化、電力損失をなくするための高性能化への要求が高
く必然的に設計磁束密度を高くしなければならない。

このためには磁化特性の良い、すなわちＢｌｏ（磁化力
１０ＡＴ／ｃｍにおける磁束密度）値の高い材料を必要
としてきた。

本発明の方法は特に磁化特性のすぐれた高磁束密度電磁
鋼板の製造に有効なものであるが一般的な一方向性電磁
鋼板についても、経済的なスラブ加熱方法として適用で
きるものである。

一般的に製鉄プロセスの中で製鋼段階ではインゴット法
から連続鋳造法（以下ＣＣ法という）にできるだけ転換
する努力がなされている。

その利点は歩留り向上、分塊圧延工程の省略、生産の連
続性等によるコストダウンである。しかし一方向性電磁
鋼板の製造にとつては、スラブを熱延前にＭｎＳ、Ａｔ
Ｎ等の析出分散相を固溶させるために高温加熱するが、
その結果スラブの結晶粒が粗大化し過ぎ、これが熱延時
に１次再結晶されない延伸粒となわ、最終仕上焼鈍によ
り誘起される２次再結晶が不完全となる（以下不完全部
分が線状細粒を呈するために線混と呼ぶ）。

従つて成品の磁性を失うという技術的欠点があることは
特公昭５４−２７８２０号公報、特公昭５０−３７００
９号公報に開示されている。又ＣＣ法に限定した問題で
はないが、スラブ加熱温度が低過ぎた場合、スラブの析
出分散相の固溶不足になり、２次再結晶が不完全（線混
）になる。従来からこの線混問題に対して種々の対策が
提起されている。

すなわち特公昭５４−２７８２０号公報記載の方法では
ＣＣスラブをはじめに７５０〜１２００℃の温度で５〜
５０％の圧延率で分塊圧延し、次いで高温加熱、熱間圧
延する方法を示している。

又同様に特公昭５０−３７００９号公報記載の方法でも
１２５０〜１３００℃の温度で３０〜７０（：ｆｌ）の
圧下率で分塊圧延する方法を述べている（以下プレロー
ル法と呼ぶ）。これらはいずれも分塊圧延することによ
つて、高温加熱での結晶粒の粗大化を防止し線混対策を
行うものである。しかしこれらの方法はいわば分塊圧延
を含めて熱間圧延工程を２回行うものであシ、ＣＣ法の
省工程の利点をそこなうものである。この不合理性を補
う技術として特開昭５４−１２０２１４号公報では高温
加熱時に粗大化した結晶粒を圧延温度１１９０〜９６０
℃で１次再結晶化圧延を行うことによつて延伸粒を破壊
し、微細に再結晶化しようとする方法を開示している。

次に特開昭５２−６０２１６号公報は熱延工程の次の冷
延工程で冷間圧延時の温度を上昇し、熱効果を与えるこ
とによつて粗粒部の冷延組織を変化させると共に次工程
の連続焼鈍における再結晶を促進することによつて最終
仕上焼鈍前の組織を均一にし２次再結晶粒の成長を安定
して行なわしめる方法を示している。これらは熱延条件
、冷延条件によつて線混対策を行なおうとする技術であ
り、熱延加熱炉での粗大粒成長を是認した対策といえ、
線混問題を誘起する加熱技術に言及していないが省エネ
ルギー、スケールロスからみて１次的に加熱条件を粗大
粒の少ないようにコントロールすることが好ましい。

これに対して熱延スラブの最適な粒成長状態を磁性結果
と対応してスラプ断面方向において２次再結晶核発生に
望ましい表面組織として少なくとも粒成長部が３０ｗ１
ｎ（全厚の１５％）を有し、２次再結晶核に喰われやす
い未粒成長組織を少なくとも全厚の５％有する２層構造
が磁性的によいことが分つた。この内容は具体的なスラ
ブ加熱条件に言及するものではない。この粒成長状態は
スラブを熱延加熱後冷却し切断し研磨腐蝕という手順で
調査される（以下マクロエツチ組織と呼ぶ）。従つて調
査に数日を要し迅速に加熱操業にフイードバツクはでき
ない。磁性結果はこのマクロ組織を調査したスラブに近
接したスラブの最終工程を経た後での結果と対応づける
ものである。前記熱延条件及び冷延で熱効果を与える方
法は、熱延加熱条件として何の温度かの意味が不明で、
ただ高温加熱すればよいという安易な記述内容であるこ
とをいなめず、加熱操業を経済的に行なおうとする本発
明の主旨とは異なる。

すなわち前記公報には一般的なスラブ加熱温度は示され
ているが粗大粒を抑制するかあるいは磁性を良好ならし
める様な、後に述べる加熱条件特有の制約に言及するも
のではない。又スラブのマクロエツチ組織を限定する方
法は実際的な加熱操業にとつてフイードバツク時間が長
く、ロッド管理チエツクとしては可能であるが指標とし
て不都合である。本発明はＭｎＳ，ＡｔＮの析出分散相
の固溶を満足し細粒を防止する下限と線混を防止する上
限の加熱条件の指標を提供し、その結果きめ細かな加熱
制御が可能にな）、加熱炉の省エネルギー、スケールロ
スの減少を、磁性安定を計シつつ行なうものである。一
方向性電磁鋼用スラブはＭｎＳ，ＡｔＮを固溶させるべ
く高温加熱するという特殊事情があるために、普通鋼ス
ラブ処理に比して加熱炉の燃料原単位は約２倍、スケー
ルロスは約４倍となつている。

炉内でのスケール生成量が多いことは炉内滞留限界から
くる加熱炉の生産能力及びその処理コスト、耐火物の修
理コスト、操業のむつかしさにも悪影響が生じてくる。
従つて加熱条件の上下限限界を見い出し必要以上にスラ
ブを過熱しないようにきめ細く制御することは磁性を良
好に安定せしめる事とは別に省資源の見知から特に重要
といわねばならない。本発明の特徴は在炉時間が数時間
であシ挿入長さが３０ｍにも及ぶ実際加熱炉において、
スラブの挿入から抽出迄の連続測温が可能になりスラブ
の最適な加熱温度（温度勾配を含む）と加熱時間条件を
見出し、それを指標にしてきめ細かな加熱制御をしうる
ようにした点にある。

従来一般的なスラブの加熱温度条件は、特公昭３０−３
６５１号、特公昭５４−２７８２０号公報に述べられて
いるように１２６０〜１４００℃である。

この加熱温度は論理的根拠が不明で時間的条件について
は特に明示されておらず、スラブ加熱温度が１２６０℃
では実際の操業において加熱時間を長くしてもＭｎＳ，
ＡｔＮの固溶条件を満足せず粒成長も生じない。さらに
後で述べる実際加熱炉での実測温値でスラプ厚みの中心
温度（以下中心温度と呼ぶ）が例えば１２８０℃でかつ
表面より３０ｍの温度（以下表面近傍温度と呼ぶ）が１
３３０℃になる温度勾配になつていても前記と同様の結
果となり製品に線混が生じ磁性は著しく低下する。

又前記の上限温度１４００℃は炉温又はスラブ温度の何
れであるかは不明であるがもしスラブ温度とすればいた
ずらにスラブを過熱することになり、スラブ表面のスケ
ール化が温度、時間に比例して進むのでスケールロスが
増大し、加熱エネルギーも無駄となる。そして冶金的に
も加熱炉抽出後の圧延温度が高くなり、１次再結晶化し
にくくなり延伸粒が残り線混問題にもつながるし、Ｍｎ
Ｓの析出不足も生じ磁性を劣化させる結果になる。従つ
て従来提案されている１２６０〜１４００℃のスラブ加
熱温度は時間の要因がないばかクでなく上下限スラブ加
熱温度としても不適当なものである。

次に特公昭５０−３７００９号公報では１３００℃以上
に加熱すると結晶粒が粗大化し過ぎ、最終仕上焼鈍によ
シ誘起される２次再結晶が不完全になるという記述の中
でプレロール法と１回熱延法との比較例で一部加熱温度
例が示されている。

この加熱温度も何の温度をいうのか不明であるが、時間
条件は示されている。しかし１３５０℃は前記した様に
高い温度であり、実施例でもこの加熱条件ではプレロー
ル法は良好であるが熱延１回法のＡスラプは線混が生じ
磁性が悪い結果として記述されている。又スラブ内のど
の点の温度をいうのかも不明で温度勾配に迄言及してい
るものではない。従つて本発明のＣＣ一熱延１回法で良
好な磁性結果を得る加熱条件に比べて過熱ぎみであり技
術思想は異なるものである。次に特開昭５４−１２０２
１４号公報でもスラプ加熱温度は一般的に１３００℃以
上の高温加熱と表現されているのみである。

又この公報では下限値として１３００℃以下ではＭｎＳ
，ＡｔＮ析出分散の溶体化不足により細粒になるとして
いるが、実測値によれば１３００℃以上あればよいとい
うわけでなく、例えば１３１０℃あつたらよいという結
果にはなつていない。すなわちスラブ表面近傍温度が１
３５０℃位になりかつ加熱時間のフアクタ一が必要であ
る。次に特開昭５２−６０２１６号公報での記述内容の
中で１３６０℃×４０分加熱の記述があるが１３６０℃
はスラプのどの点かが不明でかつ過熱ぎみの温度である
。

又ＣＣ一熱延１回法で冷延効果を与えない場合線混が発
生し磁性結果も劣化するとしている。むろんスラブ温度
分布に迄言及するものでなく、本発明とは異なるもので
ある。以上の如く従来の特許文献に開示されているスラ
ブ加熱条件は製品における線混の発生を防止するにはき
わめて不十分なものであつた。本発明はかかる現状に鑑
みて、線混の発生を十分に回避しうるスラブ加熱方法を
提供しようとするものである。

以下本発明の加熱条件について説明する。

本発明者は一方向性電磁鋼板用スラブの加熱に際して、
スラブ厚み方向の粒成長率が最低１５（ｆｌ）、最高９
５（ｆ）（未粒成長部分５％を残す）である結晶組織の
構造を有するように加熱することによつて製品における
線混の発生を十分に防止しうることを確めた。

この理由として２次再結晶初期の核発生は鋼板表面近傍
で起り、発生した核の方位が正確に（１１０）〔０００
方位にあるためには（高い磁束密度を得るためには）鋼
板表面近傍の析出分散相の状態を微細に且つ均一にして
おくことが必要である。

これは析出分散相の析出粒子の大きさ、数が局所的に偏
在して不均一な場合には異なつた方位をもつたものも粒
成長して（１１０）〔０００方位に収束する傾向が弱め
られるからである。したがつて粒成長率が最低１５％必
要とするのは表面近傍の析出分散相（ＭｎＳ，ＡｔＮ）
の状態を微細に且つ均一にするように（固溶条件を整え
るように）温度条件も満足させるべく粒成長率を媒介と
して表現しているものである。又再結晶焼鈍に際して発
生した２次再結晶核が円滑に成長し鋼板全体に成長を完
了するためには２次再結晶核に喰われ易い結晶組織が鋼
板表面部の核発生領域に隣接して存在することが、すな
わち少なくとも５％の未粒成長部を有することがよいこ
とが分つた。なお粒成長を抑制することによつて熱間圧
延後の延伸粒を少なくかつ１次再結晶化しやすくし線混
を防止しうるのはいうまでも方い。この粒成長はスラブ
加熱の本来の目的でなく逆に悪作用をなすものであるの
でＭｎＳ，ＡｔＮの固溶状態を必要最低限に整えるよう
に配慮すればよい。

この事は加熱エネルギー、スケールロスを少なくすると
いうことにつながる。ＭｎＳ，ＡｔＮの固溶状態に比例
した指標として粒成長率は重要であり、この粒成長率を
媒介して固溶状態を満足しかつ粗大粒を抑制するスラブ
温度、時間条件を見出そうとするものである。この考え
方に基づいて本発明を詳細に説明する。

従来一方向性電磁鋼スラプの加熱炉内での連続測温は高
温加熱でノロが多量に発生する中では熱電対の耐久性か
ら普通材のように挿入から抽出迄完遂することができな
かつた。ところで第１図に示すように熱電対をＮ２冷却
しながら熱電対の耐久性をもたせて連続測温が可能とな
つた。

図において１は加熱炉、２はスラブ、３は熱電対、４は
測定点、５はフレキシブルホースである。第２図はスラ
ブ厚み２００ｍで加熱炉の予熱帯に挿入され加熱帯、均
熱帯を経て抽出される迄のスラブ昇温例である。

測温点はスラブ厚みの中心点で、同一スラプ内で昇熱温
度が異なるのは炉内位置のちがいによるものである。又
抽出温度はａ点は１３６０℃、ｂ点は１３４５℃であつ
た。そのスラブを抽出後冷却しマクロエツチ組織を調査
した結果が第３図である。この結果より加熱炉抽出温度
がａ点とｂ点で１５℃しかちがわないのにスラブの粒成
長状態がＡ部では厚み方向全面に粒成長し、Ｂ部は一部
分が粒成長し一部がＣＣの鋳造組織が残つた状態になつ
ている。

すなわち第４図で定義する粒成長率はＡ部は１００％、
Ｂ部は７２％である。もちろんＡ部の状態は未粒成長部
がなく粗大粒が成長しすぎで悪く、Ｂ部の状態は良好な
ことは前記した通りであり、このスラブと隣接したスラ
ブを、後工程を経て成品としたときの磁性結果をみると
、Ａ部は線混の発生があり、Ｂ部は良好で規格内におさ
まつた。この事実より中心温度が１３５０℃を越えると
粗大粒成長が生成しすぎており１３５０℃以上は加熱す
る必要がないことがわかつた。

又スラプ加熱温度の差よりも昇温時間経緯の影響を受け
ることが重要な要因であることがわかつた。すなわち粒
成長開始温度以降の加熱時間が関係する。この粒成長開
始温度は成分等の影響を受ける。例えば下記の如き一方
向性電磁鋼板製造用スラブの粒成長開始温度はほぼ次に
示すような温度である。但しＣＣ鋳造組織のチル晶は１
２４０℃位のごく低温でも生じるが極く薄いので考慮し
ない。厳密には粒成長開始温度を越える時間を問題にす
べきだが成分バラツキ等もあ拡その近傍温度を１３００
℃として第２図に示すＴｉｍｅｌ，ｔｉｍｅ２を加熱操
業の指標にし、また磁性特性、成分系のちがいをＡグル
ープ、Ｂグループとして使いわけ、スラブ内の１点（た
とえば中心）の温度を代表する方が加熱制御上便利であ
る。参考までに第２図のスラブ測温例はＡグループに属
し、抽出迄の１３００℃以上の在炉時間はａ点は１１１
分、ｂ点は６７分であつた。

次にＢグループに属するスラブ厚み方向に３点熱電対を
埋め込み測定した例を第５図に示す。

この結果抽出温度はスラブ中心部で１３２０℃、表面よ
り３０Ｔｒｍ深さの点で１３３０℃、１３３５℃である
。又中心温度が１３００℃を越える在炉時間は２４分で
あり、第６図に示すスラブのマクロエツチの粒成長率は
厚み方向２９（ｆ）であつた。この３点のスラブ測温点
よりスラブ厚み方向の温度勾配を求め経時変化を示した
のが第７図である。この結果厚み方向での温度最低点は
特にみられず、中心温度も１３２０℃とＢグループのス
ラブの粒成長開始温度を越えている。しかし第６図に見
るように未粒成長部分が残存している。この事はある微
少部分の温度が粒成長開始温度を越えたら瞬間的に生成
するというものでなく、ある時間が必要であることを示
している。又同時に表面近傍温度は１３５０℃以下であ
るが満足する粒成長率となつているので１３５０℃以上
は不要であることが分る。近接したスラブからの成品の
磁性も規格内に入つて｝ね良好であつた。次に加熱条件
の下限を示す例として第８図にＡグループのスラブの測
温例を示す。

この結果は抽出温度が中心点１２８５℃、表面近傍点の
上部が１３３０℃、下部が１２８５℃であつた。このス
ラブのマクロエツチ組織を第９図に示すが粒成長率は、
極くわずかに表面のチル晶のみが粒成長し４％である。
また近接するスラブの成品磁性も、線混の発生のため不
良となつた。この事実より中心温度は１３００℃以上を
越える必要がある事と、表面近傍温度が１３３０℃とな
つていても１３００℃以上の時間が１０分程度と短いた
めにスラブ全体の加熱不足となつて成品に線混が発生す
ることが分る。

以上のスラブ測温例−１，２，３より特公昭３０−３６
５１号公報で示す下限温度１２６０℃は不足ぎみで上限
の１４００℃は加熱し過ぎであることが判明した。

又最適な加熱条件として表面近傍温度は、１３５０℃以
下でよく（少なくとも中心温度は１３５０℃以下でよい
ことが分る）、中心温度が１３００℃を越える加熱時間
を設定すれば粗大粒の成長し過ぎを抑制し、成品磁性を
良好な範囲に入れることが可能であることが判明した。

これらの生目細かな温度条件を見出すことの意義は前記
した通りである。又スラブを片面加熱する場合などは高
温側より１／／３〜１イ厚の温度で代表すればよいこの
知見に基づいてＡグループ、Ｂグループの各スラブにつ
いて実際加熱炉での実験データをとり、スラブ中心温度
が１３００℃を越える時間と粒成長率との開係を示すの
が第１１図である。

第１１図に示す結果より下限値として、粒成長率１５％
の時ＭｎＳ，ＡｔＮ析出分散相の固溶条件を満足し成品
磁性も良好であつたことから、Ａグループスラブはスラ
ブの中心温度１３００℃以上の保持時間は１５分となり
、Ｂグループのスラブでは１０分となる。又上限値とし
て粗大粒を成長させないという観点から未粒成長部分を
５０！）残す時の成品磁性が良好であつたことから、ス
ラブ中心温度１３００℃以上の保持時間は、Ａグループ
のスラブは７０分、Ｂグループのスラブは５０分となる
。Ｂグループのスラブは２回の焼鈍一冷間圧延工程であ
り、成品の要求磁性が低いことからＡグループに対する
如く焼き過ぎの結果による線混発生の問題は少ないが、
必要以上に加熱することは省エネルギー、スケールロス
的に無駄なので、前記保持時間はＡグループのスラブと
同様重要な指標となる。

この温度時間指標はあえてスラブ温度分布を認めるもの
であるが、加熱炉の形式がウオーキングビーム炉でスキ
ツドマークも少なくかつ高温加熱の条件では圧延上形状
も問題にはならない。

スラブ表面近傍温度及び中心温度は炉温やスラブ在炉時
間、加熱方法によつて調整されうる。次に以上述べた加
熱条件を基に具体的な加熱炉の制御内容について説明す
る。加熱炉のスラプの温度制御法は種々開示されている
公知の制御法に、本発明の管理指標を織り込んで行えば
よいが、その概要について説明する。

実際的には加熱炉は多帯炉であるが、ここでは１ゾーン
として第１２図に示し基本的な考え方を述べる。今加熱
炉１１に温度計１２で初期温度を測定されたスラブ１３
が炉内に挿入されると同時に今迄先端部にいたスラプ１
３′ｔ）Ｓ抽出される。

又同時に挿入時刻の信号、スラブ条件（厚み、巾、成分
、スラブ熱伝導率、比熱等の物性値、１３００℃以上の
加熱時間の目標値）等が計算機１４に与えられ、又炉内
各スラブの炉内位置がスラブ寸法より割９出されて記憶
される。１５は煙道である。

炉内に滞在するｉ−１＋ｎスラプは任意時間毎に下記１
式で計算される。次にこの温度を初期条件として各スラ
ブの抽出される時の温度及び１３００℃以上の在炉時間
が、抽出ピツチから求められる残り在炉時間より計算さ
れる。

ここでｉ−１＋ｎスラブの中で１３００℃以上の在炉時
間基準からみて最も加熱されにくいスラブが基準スラブ
として選択される。

この基準スラブの１３００℃以上の在炉時間が不足する
場合は、まづ炉温を上げ又時間がオーバーする場合は炉
温を下げる。この炉温範囲が設備操業制約上から不可能
な温度域となつた場合、あるいは（多帯炉の）炉全体の
熱効率を高めるようなヒートパターンを外れるような場
合は抽出ピツチを変更して在炉時間を調整する。第１３
図にこの制御フローを示す。このようにして線混が発生
しないような下限の加熱時間が厳守され、必要以上に加
熱しないように制御され、その結果省エネルギー率１０
（ｆ）、スケールロス１％の減少が計られ、成品の磁性
も安定化することができる。本発明のスラブ加熱条件は
いかなる加熱制御方法にシいても一方向性電磁鋼板製造
用スラブの制御指標として適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はスラブ測温法の説明図、第２図は加熱炉内にお
けるスラブ測温例１を示す図表、第３図はスラブ測温例
１におけるスラブマクロエツチ組織を示す金属断面写真
図、第４図は粒成長率の定義の説明図、第５図は加熱炉
内におけるスラブ測温例２を示す図表、第６図はスラプ
測温例２におけるスラプマクロエツチ組織を示す金属断
面写真図、第７図はスラブ測温例２における温度勾配の
経時変化を示す図表、第８図は加熱炉内におけるスラブ
測温例３を示す図表、第９図はスラブ測温例３における
スラブマクロエツチ組織を示す金属断面写真図、第１０
図はスラブ測温例３に｝ける温度勾配の経時変化を示す
図表、第１１図は１３００℃以上の在炉時間と粒成長率
との関係を示す図表、第１２図は加熱炉制御概念図、第
１３図はスラブ加熱制御フローを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Ｓｉ２．５〜４．０％を主成分として含む連鋳スラ
   ブを１回の熱間圧延工程により熱延し、次いで冷延焼鈍
   する一方向性電磁鋼板の製造方法において、熱延前のス
   ラブ加熱条件としてスラブ中心温度を１３５０℃以下と
   し、スラブ厚み中心温度が、１３００℃以上の加熱時間
   を下記に示す時間範囲に設定して制御することを特徴と
   する一方向性電磁鋼板製造用スラブの加熱方法。