JPS6057207B2 - 一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

一方向性珪素鋼板の製造方法

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JPS6057207B2
JPS6057207B2 JP56122728A JP12272881A JPS6057207B2 JP S6057207 B2 JPS6057207 B2 JP S6057207B2 JP 56122728 A JP56122728 A JP 56122728A JP 12272881 A JP12272881 A JP 12272881A JP S6057207 B2 JPS6057207 B2 JP S6057207B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、各結晶粒の方位が結晶学上のミラー指数て(
110)<001>と表現される二次再結晶粒て構成さ
れた、圧延方向に磁化し易い一方向性珪素鋼板の製造方
法に関するもので、特に中、低磁)場ての鉄損値を改善
するのみならず、グラス特性をも含めた総合品質特性が
良く、しかも生産性の良い一方向性珪素鋼板の製造方法
を提供するものである。
ところで、一方向性珪素鋼板の製造方法は、過5去数1
師の歴史を有するいわゆる中間焼鈍を挾んだ二回圧延を
特徴とするものと、そののちm数年前に新らたに開発さ
れた大きい圧下率を特徴とする一回圧延法との二種類に
大別される。
一回圧延法材は磁束密度が特に優れているため、高磁場
にoおける鉄損、たとえば50サイクルの交番磁界下で
磁束密度値が1.7゛の時の鉄損値、V、、/、0が低
いため、開発以降かなりの進度て従来の二回圧延法材の
使用分野に浸透しつつある。しかし、昨今の様に効率化
優先と云うよりは省エネルギー優先の要請が強くなりつ
つ、変圧器等の設計磁束密度値を低下させて使用するこ
との有用性も再検討すべきとの意見も出るに及び、使用
される珪素鋼板鉄心に要求される磁気特性も、いわゆる
中、低磁場での鉄損(例えばWl5/,)が鋼板購入価
格に比して良い二回圧延法材が見直しされる動きが見ら
れるようになつて来た。ところて、上記の高磁束密度を
有する一回圧延法材の開発ののち、例えば日本特許第8
39079号(特公昭51−134的号公報)、同第9
98277号(特公昭54−3241鰐公報)などに記
載される如く、特殊な成分を含有させた材料を二回圧延
法によつて、高い磁束密度値が得られるいわゆる高磁束
密度二回圧延法材が開発された。
以上の三種類が現在工業的に生産されている一方向性珪
素鋼板であるが、鉄損値に及ぼすこれらの方向性珪素鋼
板の製品性状について検討してみるに、一般に高磁場に
於ける鉄損(Wェ,/50)には磁束密度値の高い方が
有利であるが、他方、中磁場に於ける鉄損(Wl5/5
0)には磁束密度値も影響するがむしろ鋼板の二次再結
晶粒サイズの小さいものがより大きく影響を及ぼすこと
が判明した。
また、磁束密度値と結晶粒サイズとの関係を見るに、一
般に高磁束密度材は従来の磁束密度値を有する二回圧延
法材に比して結晶粒サイズが大きくなる傾向にあること
が判つた。これらの関係から、高磁場の鉄損(Wl,/
5。)に着目した場合には、一回あるいは二回圧延法に
よる高磁束密度材.に比して通常の磁束密度値を有する
従来の二回圧延法材の方が明らかに不利であるが、中低
磁場に於ける鉄損(Wl5/50)に注目した場合には
結晶粒サイズが相対的に小さい従来の二回圧延法材と、
結晶粒の大きい高磁束密度材との間の差異が小さ.くな
り、鋼板の購入価格あるいは鋼板製造の生産性との兼ね
合いによつては両者の優劣がつけ難くなることも出て来
る。本発明は上記した背景のもとに、従来の二回圧延法
をベースに、つまり磁束密度を大巾に向上さ・せず、た
かだかBlOで1.84〜1.88(Tesla)の範
囲内にしたまま、結晶粒サイズを小さくして特に中低磁
場に於ける鉄損値を改善させることに留意し、しかも従
来の二回圧延法のグラス特性、生産性を失うことなく製
造する方法を提供するものであり、内容的には主として
以下の二つの内容から成るものである。
つまり、そのひとつはCO.O8%以下、Sl2.5〜
4.0%、MnO.O3〜0.15%、SO.OlO〜
0.040%を含む珪素鋼素材を熱間圧延、必要に応じ
ての熱延圧板焼鈍、中間焼鈍を挾む30〜75%の圧下
率ての一回目の冷延と40〜80%の圧下率で最終板厚
とする二回目の冷延、脱炭焼鈍、焼鈍分離剤塗布及ひ二
次L再結晶と純化のための仕上焼鈍を行なう一連の工程
から成る方向性珪素鋼板の製造において、該珪素鋼素材
にSbO.OO4〜0.035%とCUO.O5〜0.
18%を含有せしめることを特徴とするものである。
本発明はまた、上記した本発明の基本構成において、諸
品質、生産性の改善のうちでも特に鉄損値をさらに大巾
に改善せしめるためには、中間焼鈍を、950℃〜12
00℃とし、且つSb,Cuの含有量ならびに保定時間
によつて定まる温度の範囲内で行うことを特徴とするも
のである。本発明によれは酸洗工程、脱炭焼鈍工程なら
びに仕上焼鈍工程の生産性も、またグラス特性も従来の
二回冷延法工程材とほぼ同等で、しかも中低磁場の鉄損
が優れたWl5/50≦0.86(WIk9)の特性を
もつ一方向性珪素鋼板を、安定して得ることが出来るも
のである。
以下、本発明を詳細に説明する。本発明者等は先ず、次
の実験を行つた。
C:0.057%、Si:3.26%、Mn:0.07
%、S:0.028%、Sb:0〜0.04%、CU:
0〜0.4%を含み残部Feから成る多数の鋼塊を、1
50k9真空溶解により調整し、1250℃に加熱のの
ち厚み5hに鍛造した。さらに1350′Cに加熱後5
バスにて熱延し、板厚2.15順の熱延板を得た。酸洗
いののち、0.78wRまで一回目の冷延を行ない、9
50℃で3分間の中間焼鈍を行ない軽酸洗したあと、さ
らに最終板厚の0.307mまで二回目の冷延を行なつ
た。湿潤水素気流中835゜C3分間で脱炭を行ないM
gOを塗布したのち積層し、水素気流中で毎時25゜C
′81160゜Cまて昇温し2叫間の仕上焼鈍を行なつ
て成品板とした。かかる実験の途上、Sb(5Cuの量
に応じて生産性にかかわる二つの問題点を見出した。
そのひとつは、主としてCuの量が多い場合には熱延板
の酸洗性が悪くなり、場合によつては通常成分材(Sb
,Cuナシ)の数倍の酸洗時間を要することがあり、工
業生産に際しては大きい問題となることがある。第1図
は、かかる様相をCu.l5Sbの量との関係で調査し
た結果について図示したものである。酸洗性はCuが0
.20%以上になると急激に劣化することが判る。他の
ひとつの問題は、主として、Sbの量が多い場合には脱
炭焼鈍を行なつても、目的とする量まで脱炭されないこ
とがあり、場合によつては0.0080%の値まて残つ
てしまうことがあることてある。一般に、方向性珪素鋼
板成品のC量は脱炭焼鈍工程段階て定まり、磁気特性あ
るいは磁気時効の観点から0.0025%以下好ましく
は0.0020%まで脱炭されていなければならない。
また生産性にかかわる他の問題は脱炭焼鈍の条件てある
。通常の成分(Sb,Cuなし)の場合の脱炭焼鈍時間
は一般に2〜3分程度であり、4分を越える場合には生
産性の観点から大きな問題となる。かかる問題点を解決
するため、Sb,Cu入り材の最適の脱炭条件につき検
討した結果、脱炭性は温度、時間に大きく依存し、露点
73゜Cの湿潤水素気流中845゜Cでの焼鈍が最適条
件であることか判つた。第1図には更に、SbとCuと
の関係において、かかる最適条件下で焼鈍時間4分間脱
炭焼鈍した場合のC含有量の様相について図示した。脱
炭性は、上記した酸洗性の許容限界内でSb≦0.03
5%の場合にはほぼ満足されることが判つた。かくして
、Sb.l5Cuの上限量は、本発明の主旨とする生産
性が普通成分材と同等以下と云う前提からSb≦0.0
35%、Cu≦0.18%の如くに制限される。また、
前記した一連の工程から成る成品の〜Vl5/,につい
て第2図により、SbとCu量との関係て図示した。
つまり、第2図は、課題の中心である中磁場における鉄
損〜Vl5/50がSb(5Cuによりどの様に変化す
るかを示すものであり、Sbが0.005%以上含有さ
れることが必要であること、しかもその範囲に於いては
Cuとの相乗効果があることが判る。ところて第2図か
らも判る如く、Cuを含まないてSb単独の場合につい
ても、ある程度の鉄損の向上はある。しかしながら、S
b単独の場合にはクラス被膜の形成を大巾に劣化させる
作用があることが判つた。第3図は、成品の表面外観と
Sb,Cuの添加量との関係を示した。Sb単独の場合
には0.010%程度でグラス性状がまだら模様を呈し
、0.02%以上ではグラス形成が部分的に場合によつ
ては鋼板全体に劣悪となり、鋼板の二次再結晶粒が透け
て見える程になることがある。しかしながら、かかる欠
点は、Cuを0.04%以上含有せしめることにより解
決し得ることを見い出した。かかる理由によりCu含有
量の下限値を0.04%と限定した。以上の説明により
、SbO.OO5〜0.035%とCUO.O4〜0.
18%を限定含有させることによつて、酸洗性、脱炭性
もさらには成品のグラス被膜特性も従来の二回圧延法材
と同等て、しかも中低磁場の鉄損値が改善されることは
明らかである。本発明者はまたかかる基本的条件下にお
いて、中間焼鈍条件を限定することにより、磁気的性質
を大巾に改善し得ることを見出した。
本発明者らは、次の実験を行つた。
CO.O52%、Sl3.22%、MnO.O8%、S
O.O3l%、SbO.OO5〜0.035%、CUO
.O4〜0.18%を含み残部Feから成る多数の鋼塊
を、150kg真空溶解により調整し、1200℃に加
熱ののち厚み55wr!RLに鍛造した。さらに137
0゜Cに加熱後、5バスにて熱延し、板厚2.22順の
熱延板を得た。930′Cで2分間の熱延板焼鈍を行な
つたのち酸洗し、0.82TI$Lまで一回目の冷延を
行ない、750゜C〜1200′Cの温度範囲で1〜3
分間の中間焼鈍を行ない、軽酸洗してからさらに最終板
厚の0.3『はで二回目の冷延を行なつた。
湿潤水素気流中845゜C3分間て脱炭を行ない、N4
gOを塗布したのち積層し、水素気流中で毎時16゜C
の昇”温速度て1190゜Cまで加熱し、(イ)時間の
仕上焼鈍を行ない成品板とした。かかる一連の工程から
成る成品の磁気特性は、中間焼鈍温度によつて特徴的な
変化を示すこと、すなわち、7500C〜950′Cの
範囲ては温度増加に伴つて緩慢ながら磁性が向上するこ
と、950′C以上ては急激に磁性が向上し、ある臨界
温度のところで最良の磁性を示したのち急激に劣化する
こと、かかる臨界温度はSbとCuの含有量に関係があ
り、それらの含有量が多い場合には臨界温度が高温域に
移行すること、などの現・象を見出した。第4図には、
代表例として中間焼鈍の保持時間が3分間て(イ)Sb
O.OO7%、CUO.O5%を含む場合、(ロ)Sb
O.O2O%、CUO.O8%の場合ならびに(ハ)S
bO.O33%、CUO.l8%を含む場合の三例につ
いて、中間焼鈍温度とWl5/50との関係について図
示した。
この図から判る如く鉄損値が最も良くなる臨界温度はS
bとCuとの量で変化しているが、多くの磁性の結果を
整理するとかかる臨界温度は一般に200×(10xS
b(重量%)+Cu憧量%))+980の如くに表現さ
れることを見出した。
また第5図に示す如く、中間焼鈍の保持時間1分・2分
の場合についても、ほぼ同様な関係があり、保定時間(
分)を加味した楊合には、かかる臨界温度TCRは一般
にと表現されることが判明した。
かかるTcRCC)の附近では成品の二次再結晶粒サイ
ズが大巾に小さくなり、改善されていることがわかつた
以上の説明と第4図により、中間焼鈍は950′C以上
て12000C以下、しかもTcR(℃)±1000C
の温度範囲内、好ましくはTcRCC)±50′Cの温
度範囲内で行なわれるという本発明の限定理由は明らか
に理解出来よう。
さて、前述した第2図の如き二次再結晶挙動に対するS
b.(5Cu添加の効果メカニズム、さらには第4図に
示す様な中間焼鈍条件に関連した挙動に対するSb<1
5CU添加の効果メカニズムについては、未だ詳細には
判明し難いが、いくつかの事実から以下の様に推定され
る。
つまり第2図に得た実験に用いた熱延板、脱炭焼鈍板、
さらには仕上焼鈍途中過程から得られた試片についての
抽出レプリカ電子顕微鏡観察により、Sb,Cuを含ま
ない普通材に比して、SbとCuとを含む材料の場合に
は二次再結晶が成長するに必要なインヒビターMnS析
出分散相がより微細になつていること、さらにはかかる
微細なMnS粒子は、中間焼鈍温度が高温になつてもオ
ストワルド成長が生じ難く、熱的に安定であることが判
明した。Sb,Cuを含まない場合には中間焼鈍温度が
1070゜C以上にもなるとMnSがオストワルド成長
により急激に粗大化するため、二次再結晶が発達し難く
なり、磁性が著るしく劣化するのに対し、極めて特徴的
な現象である。かかる現象は、Sb単独でも見られるが
、Sb+Cuの複合添加の場合に於いてより顕著であつ
た。これらMnSの熱的安定性に対するSb,Cuの効
果についてはスラブ加熱で完全に溶体化されたMnSが
熱延途上などで再析出する際に、第二相であるMnSの
界面にSb,Cu等が偏析するメカニズムを想定するこ
とにより理解されよう。また、第3図に示した如く、S
b単独材に比し、Cu複合材の方がグラスを良くする理
由は、脱炭焼鈍板に鋼板表面に形成されるSiO2など
の内部酸化層の厚みが両者で異る観察結果から説明出来
る。
つまり、Sb単独材では脱炭焼鈍途上にSbが鋼板表面
に偏析するため酸化を妨げ、最終的にMgOと反応して
グラスを形成するSiO2の形成を阻害するのに対し、
Cu複合材では何らかの理由によりSlO2の形成を助
長する作用をもつものと推定される。ところで、Sb.
(5Cuを添加する一方向性珪素鋼板の製造方法の公知
事例としては、前掲の高磁束密度二回冷延法一方向性材
の日本特許第998277号(特公昭54−3241?
公報)がある。
しかし、この場合にはBlO≧1.89(Tesla)
を得るために、Cuを0.2%以上含有させる上に、い
わゆる仕上焼鈍工程を800′C〜920′Cての長時
間保定あるいはこの温度範囲内て毎時0.5〜10゜C
の温度での徐加熱を行なうことを必須条件としたもので
ある。本発明の場合には、グラス被膜形成をSb,Cu
ナシの場合なみにし、かつかかる良好なグラスによる鋼
板の張力の残留応力効果を得ることにより、特に低磁場
における鉄損を良くするためにCu含有量を0.04〜
0.18%に限定してある点、ならびに仕上焼鈍工程も
、何ら徐加熱などを前提とせず従来の生産性なみの加熱
で良いものであり、上記公知例とは本質的に異るもので
ある。さらに、製造思想の上からも全く異るものである
ことについては、たとえば上記公知例の一連の特許の明
細書中にも述べられている如く、上記公知例の場合のS
bの効果は低温長時間二次再結晶焼鈍時の粒界偏析によ
る一次再結晶粒のインヒビータ効果である。他方、本発
明の場合の様に通常の仕上焼鈍昇温速度を有した場合に
は、比較的高温域で二次再結晶が生ずるためか、二次再
結晶直前の段階に於いて、粒界にはSbの偏析が無いこ
とがオージエ電子顕微鏡観察により確認されている。以
上の説明により両者の製造思想上の差異は明白てある。
次に、本発明において対象とする熱延板の成分組成を限
定する理由を説明する。
Cは0.08%より多いと連続焼鈍による脱炭が困難に
なり、成品の磁気特性が劣化するので、Cは0.08%
以下にする必要がある。S1は鉄損確保の上から含有量
の多い方が好ましいが、4.0%を超えると脆化が激し
くなり、一方2.5%より少ないと変態を生じて磁性確
保が困難になるので2.5〜4.0%の範囲とした。M
nは0.03%より少ないとインヒビターとして作用す
るMnSの必要量を充分に確保出来ず、0.15%を超
えるとMnSの完全溶体化が困難となり微細なMnSが
得られず所期の磁性が得られなくなるのて0.03〜0
.15%とした。Sについては0.010%より少ない
と所定量のMnSが得られず、また0.040%より多
い場合には熱延割れを生じ易くするのて、0.010−
0.040%とした。なお粒成長の抑制力を強化するた
めに、必要に応じてSe,As,Bi,Pb,Zn,S
n等の何れか1種または2種以上を合計で0.02〜0
.25%の範囲で添加しても良い。上記の如き成分を含
む熱延板は、そのまま第一回目の冷延を行なつても良い
が、750〜1150℃の範囲の焼鈍を行なつた方がよ
り効果的である。かかる焼鈍は750゜Cより低いとそ
の効果が得られず、他方1150゜Cより高いと結晶粒
が粗大化するなどのため磁性上好ましくない。冷延圧下
率の限定については、限定範囲内にないと二次再結晶が
得られないため、第一回目を30〜75%、第二回目を
40〜80%に限定した。中間焼鈍温度は750℃より
低いと焼鈍効果が得られないこと、1200゜Cより高
温の場合には結晶粒が過剰に粗大化するため750〜1
200′Cで行なうのが通常である。かくして得られた
最終板厚となつた冷延板を、公知の方法により脱炭焼鈍
を施こしたのち、焼鈍分離剤を塗布して最終仕上焼鈍を
施こす。脱炭焼鈍時間が1分より少ないと十分に脱炭し
ないこと、また4分より長いと実質上生産性が悪いので
、脱炭焼鈍時間は1〜4分間とした。仕上焼鈍の時には
、毎時12〜50℃の昇温速度に限定した。17Cより
小さいと実質上生産性が悪く、50℃より大きい場合は
、方向性の良いものが得られ難いので、昇温速度は12
〜50℃とした。
また、仕上焼鈍の純化については1050゜Cより低い
場合には純化に長時間を要し、他方1250℃以上では
熱エネルギーが不経済であるばかりでなく、グラス特性
が劣化するので1050〜”1250゜Cとした。以下
に本発明を実施例について説明する。
実施例1 第1表に示す各種の含有量を有する同一履歴を経た2.
4Tr$L板厚の熱延板を得た。
この熱延板を酸洗ののち、0.67Tr$Lまで一回目
の冷延を行ない、980℃で3分間非酸化性雰囲気中で
中間焼鈍を行ない、二回目の冷延により最終板厚0.3
0悶まて圧下した。
湿潤水素気流中840゜Cで3分間の脱炭焼鈍を行なつ
たあと、MgOを表面に塗布し、水素気流中て毎時16
゜Cの昇温速度て加熱し、1160℃の時点で1Wf間
の均熱を行なつた。かかる一連の工程途上の酸洗性、脱
炭性、成品磁性を第2表に示す。本発明の成分材ては、
酸洗性も普通成分 7(Sb,Cuナシ)材とほぼ同等であり、且つまた通
常の脱炭時間内て0.0020%以下の量まで脱炭して
おり、さらに通常の仕上焼鈍のサイクルでも磁性が著る
しく改善されることが判つた。
なお、成品のグラス特性はA−Dのすべての場合につき
良好で優劣がつけ難いものであつた。実施例2 実施例1に用いた第1表の素材記号B,C,D(本発明
成分範囲内)なる熱延板を、950℃で1分間の熱延板
焼鈍を行ない、酸洗ののち、0.83W!Lまで一回目
の冷延を行ない、非酸化性気流中で930℃、1020
℃、1080℃なる3種の温度で各々2分間の中間焼鈍
を行ない、二回目の冷延により最終板厚0.30w0n
まで減厚した。
湿潤水素気流中855゜Cで3分間の脱炭焼鈍を行なつ
たあと、MgOを表面に塗布し、水素気流中て毎時20
゜Cの昇温速度て加熱し、1180′Cの温度で20E
1寺間の加熱を行なつた。かかる一連の工程を経た成品
の中磁場の鉄損(Wl5/50)値を、特許請求の範囲
第3項の式にて求めたTc9CC)値、ならびに中間焼
鈍温度との差と共に第3表に一覧した。すべての場合、
Wl5/50の値は0.85WIk9以下てあり、しか
も特許請求の範囲第3項にて限定した中間焼鈍条件の場
合には特に良い鉄損値を示していることが判る。
【図面の簡単な説明】
第1図はSbとCu含有材の酸洗性と脱炭性を示す図、
第2図はSbとCuの各含有量とWl5/50との関係
を示す図、第3図は同じくグラス特性との関係を示す図
、第4図は中間焼鈍温度とWl5/50と.の関係を示
す図、第5図はSb,Cu量とWl5/50が最良値を
示す中間焼鈍温度との関係を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C0.08%以下、Si2.5〜4.0%、Mn0
    .03〜0.15%、S0.010〜0.040%を基
    本成分とする珪素鋼素材を、熱間圧延、必要に応じて行
    なう熱延板焼鈍、中間焼鈍を挾む30〜75%の圧下率
    での一回目の冷間圧延と40〜80%の圧下率で最終板
    厚とする二回目の冷間圧延、脱炭焼鈍、焼鈍分離剤塗布
    及び二次再結晶と純化のための仕上焼鈍を行なう一連の
    工程から成る一方向性珪素鋼板の製造方法に於いて、上
    記珪素鋼素材にSb0.005〜0.035%、Cu0
    .04〜0.18%を含有させることを特徴とする一方
    向性珪素鋼板の製造方法。 2 中間焼鈍温度を950℃〜1200℃の範囲とし、
    且つSbとCuとの合計量が多に場合には高温域側とす
    る特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 T_C_Rを、SbとCuの含有量(重量%)と保
    定時間(分)とにより、T_C_R(℃)=200(1
    0×Sb+Cu)−40×保定時間(分)+1100な
    る式により定まる温度とする時、中間焼鈍温度をT_C
    _R±100℃の範囲内、好ましくT_C_R±50℃
    の範囲内とする特許請求の範囲第2項記載の方法。 4 脱炭焼鈍時間を1〜4分間、ならびに仕上焼鈍を毎
    時12℃〜50℃の昇温速度で加熱し、1050℃〜1
    250℃に保定する特許請求の範囲第1項記載の方法。
JP56122728A 1981-08-05 1981-08-05 一方向性珪素鋼板の製造方法 Expired JPS6057207B2 (ja)

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