磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板
【目的】 本発明は電気機器の鉄心等に用いられる磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板を提供するものである。
【構成】 重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣ量、磁束密度、結晶粒の粒界形状、粒内方位分散度を制御することにより、板厚に対する鉄損の値が良好であることを特徴とする厚い板厚の方向性電磁鋼板。
【構成】 重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣ量、磁束密度、結晶粒の粒界形状、粒内方位分散度を制御することにより、板厚に対する鉄損の値が良好であることを特徴とする厚い板厚の方向性電磁鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トランス等の鉄心として使用される磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は、主にトランスその他の電気機器の鉄心材料として使用されており、励磁特性、鉄損特性等の磁気特性に優れていることが要求される。励磁特性を表す数値としては、磁場の強さ８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ8 が通常使用される。また、鉄損特性を表す数値としては、周波数５０Hzで１．７テスラー（Ｔ）まで磁化したときの１kg当りの鉄損Ｗ17/50 を使用している。
【０００３】磁束密度は、鉄損特性の最大支配因子であり、一般的にいって磁束密度が高いほど鉄損特性が良好になる。なお、一般的に磁束密度を高くすると二次再結晶粒が大きくなり、鉄損特性が不良となる場合がある。これに対しては、磁区制御により、二次再結晶粒の粒径に拘らず、鉄損特性を改善することができる。
【０００４】この一方向性電磁鋼板は、最終仕上焼鈍工程で二次再結晶を起こさせ、鋼板面に｛１１０｝、圧延方向に〈００１〉軸を持った、いわゆるゴス組織を発達させることにより製造されている。良好な磁気特性を得るためには、磁化容易軸である〈００１〉を圧延方向に高度に揃えることが必要である。
【０００５】このような高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造技術として代表的なものに田口悟等による特公昭４０−１５６４４号公報及び今中拓一等による特公昭５１−１３４６９号公報記載の方法がある。前者においてはＭｎＳ及びＡｌＮを、後者ではＭｎＳ，ＭｎＳｅ，Ｓｂ等を主なインヒビターとして用いている。従って現在の技術においてはこれらインヒビターとして機能する析出物の大きさ、形態及び分散状態を適正に制御することが不可欠である。
【０００６】一方、近年のトランスメーカーの省力化、コストダウンの観点から特に、積鉄心の分野で、積回数を減すため、板厚の厚い方向性電磁鋼板のニーズが高まってきた。また、大型回転器の分野において、以前から方向性電磁鋼板を使用したいとの要望があり、この分野においても、積回数を減すため、板厚の厚い方向性電磁鋼板のニーズは高い。
【０００７】他方、板厚を厚くすることは、一般的には、鉄損特性の劣化につながるため、この課題を解決する磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板の開発の期待が高まってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、板厚を厚くし、かつ、優良な磁気特性を有する方向性電磁鋼板を提供するものである。
【０００９】
【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、重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣが重量で０．００５０％以下であって、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔであり、鋼板の直径（円相当直径）５mm超の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を表わす指標として、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としてのＳＦ（平均値）が、ＳＦ（平均値）＜０．８０であって、鋼板の直径５mm超の結晶粒における重心位置の結晶方位に対して、０．２〜４度の方位分散が、存在し、製品の板厚をｔ(mm)とした時に、鉄損Ｗ17/50 (w/kg)がＷ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５を満すことを特徴とする磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板である。
【００１０】
【作用】本発明が対象としている方向性電磁鋼板は、従来用いられている製鋼法で得られた溶鋼を連続鋳造法或いは造塊法で鋳造し、必要に応じて分塊工程を挟んでスラブとし、引き続き熱間圧延して熱延板とし、次いでこの熱延板に必要に応じて焼鈍を施し、必要に応じて中間焼鈍を挟む１回以上の冷延、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍を順次行うことによって製造される。
【００１１】本発明者等は、厚い板厚の方向性電磁鋼板の製造工程において、磁気特性を良好ならしめるための必要条件について広範囲にわたって検討し、製品が具備すべき要件を見い出した。
【００１２】以下実験結果を基に詳細に説明する。図１に、製品のＣ量と磁束密度が、製品の鉄損特性に与える影響を示す。
【００１３】この場合、重量で、Ｓｉ：３．２１〜３．３０％、Ｃ：０．０２５〜０．０８５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎ：０．００７５〜０．００８６％、Ｍｎ：０．０７０〜０．１６１％、Ｓ：０．００５〜０．０２９％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを１１５０〜１３８０℃に１時間加熱し、熱延して、２．８mm厚の熱延板とし、次いで、（１）９００〜１１００℃の熱延板焼鈍を施す、（２）熱延板焼鈍を施さない、なる２種類の条件で処理し、次いで、圧下率約８３％で冷延し、０．４８mm厚の冷延板とした。
【００１４】かかる冷延板を８１０〜８６０℃の温度域で２５０秒間脱炭焼鈍（雰囲気：２５％Ｎ2 −７５％Ｈ2 、露点６５℃）し、次いで、（ａ）７５０℃×３０秒の追加焼鈍時にＮＨ3 ガスを用いて、Ｎ増量で、０．０１０２〜０．０１９５％の窒化処理を施す。（ｂ）処理なし、なる２種類の条件で処理し、次いで、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、内径の直径２００〜１５００mmのコイル状（５トン）とし、Ｎ2 を１０〜１００％（残部Ｈ2 ）を含む焼鈍雰囲気中で、１５℃／hrの昇温速度で、１２００℃まで昇温し、Ｈ2 焼鈍雰囲気中で、１２００℃に２０時間保持する最終仕上焼鈍を施した。
【００１５】しかる後、ＳＳＴサイズに切断し、平板状とし、８５０℃に４時間保持する歪取り焼鈍を施し、張力コーティングを施し、磁気測定を行った。最終製品の板厚は０．５０mmであった。
【００１６】図１から明らかなように、製品のＣ量０．００５０％以下、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔの条件でのみＷ17/50 ≦２．００w/kgなる良好な鉄損特性をもつ製品が得られた。但し、この条件を満しても、Ｗ17/50 ＞２．００w/kgとなる場合も生じたので、この原因を詳細に検討した。
【００１７】この検討結果について、以下説明する。図２R>２に、図１に示した実験において、Ｃ量０．００５０％以下、磁束密度Ｂ8≧１．８３Ｔなる製品における直径（円相当直径）５mm超の結晶粒の粒界形状因子（ＳＦ）及び直径５mm超の結晶粒における方位分散（Δθ）（度）と鉄損特性との関係を示す。
【００１８】この場合、粒界形状因子（ＳＦ）は、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義し、粒界形状を定量化した。ＳＦの値は、結晶粒が円形の時１となり、粒界形状の凹凸が増すと、このＳＦの値が小さくなる。
【００１９】また、直径５mm超の結晶粒における方位分散（Δθ）（度）は、結晶粒の重心位置に対する結晶粒内の方位差を表し、本発明の如く、コイル状で二次再結晶を生ぜしめ、その後平坦化され製品とされる場合には、通常、その結晶粒内での圧延方向距離が重心位置から離れる程、方位分散（Δθ）は大きくなる傾向がある。そして、ＳＦの測定には画像解析を用い、Δθの測定には、ＥＣＰを用いた。なお、図２内の１点は図１に示した各実験条件のＳＳＴを用い、ＳＦについては直径５mm超の結晶粒１０１〜１５１個の平均値（ＳＦ（平均値))を示し、Δθについては、直径５mm超の結晶粒８１〜１１３個の各結晶粒の最大方位分散（重心位置と重心位置から圧延方向に最も離れた位置との方位差）のΔθ（平均値）を示す。
【００２０】図２から明らかなように、ＳＦ（平均値）＜０．８０、Δθ（平均値）（度）＝０．２〜４の条件の場合は、いずれもＷ17/50 ≦２．００w/kgなる良好な磁気特性が得られている。
【００２１】本発明者等は、上記知見を更に発展させるため、図１を説明するに用いたスラブを出発材とし、熱延板の板厚を２．３〜５．０mmとし、板厚０．３６〜１．００mm厚の製品を作成した。その他のプロセス条件は、図１を説明したものと同一にとった。
【００２２】その実験結果を図３に示す。図３から明らかなように、本発明の製品具備条件であるＣ≦０．００５０％、Ｂ8 ≧１．８３Ｔ、ＳＦ（平均値）＜０．８０、Δθ（平均値）（度）＝０．２〜４の条件をすべて満足した場合、Ｗ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５（但し、Ｗ17/50 (w/kg)、ｔ：製品板厚(mm)）なる優れた鉄損特性が得られている。
【００２３】本発明の効果メカニズムについては、必ずしも明らかではないが、本発明者等は以下のように推定している。磁束密度が高い程鉄損特性が良好であるが、一般的に磁束密度が高い程、結晶粒径が大きくなり、その点においては、不利となる。しかし、本発明の如く、板厚が厚い場合には、製品の結晶粒径が過大となり難い傾向がみられ、この意味において、本発明の如き厚手材の場合には、磁束密度と鉄損との相関はより明確となる。
【００２４】一方、製品にＣが残存すると、炭化物を形成し、磁化する時の磁壁の移動の妨げとなり鉄損特性を劣化させる原因となる。本発明の如き厚手材の場合には、脱炭焼鈍工程での脱炭が不十分となり易いので、この製品のＣ量の規制は、特に重要である。
【００２５】更に、本発明の骨格となるのが、製品の結晶粒の形状と方位分散の組合せ効果である。粒界近傍には、通常スパイク磁区が発生しやすいが、結晶粒内に方位分散がある場合には、この傾向がより顕著となる。
【００２６】更に、本発明の如く、結晶粒界の形状の凹凸度が高まっている（ＳＦ値が低まっている）場合には、粒界面積が増加していることを意味し、スパイク磁区の発生頻度がより多くなる。この本発明により増加せしめられるスパイク磁区は、グラスフィルム及びコーティングにより鋼板に付与される張力下で、磁区細分化を生ぜしめ鉄損特性を向上させることとなる。
【００２７】本発明の如き厚手材の場合、単純な手法（鋼板へ付与する張力アップ等）だけでは、磁区細分化効果を実現し難いので、本発明の如き粒界形状制御と粒内方位分散制御の組合わせを行うことが、良好な鉄損特性を実現する上で必要となる。次に本発明の構成要件の限定理由について述べる。本発明において使用されるスラブの成分は、特に限定されるものではないけれども、製品の磁束密度を安定し、必要量までの脱炭を容易にする上で、重量で、０．０２５〜０．０７５％Ｃが望ましい。
【００２８】製品の鉄損特性を良好ならしめるためには、２．５〜４．５％のＳｉを含有していることが望ましい。また、インヒビター形成元素として、Ａｌ，Ｎ，Ｍｎ，Ｓ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ｂ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｂｉ等を添加することができる。
【００２９】このスラブの加熱温度は、特に限定されるものではないが、エネルギーコスト等の観点から１３００℃以下にすることが望ましい。加熱されたスラブは、次いで、熱間圧延されて熱延板とされる。熱延板は、必要に応じて焼鈍された後、１回或は、中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延によって最終板厚とされる。
【００３０】最終冷間圧延における圧下率は、特に限定するものではないけれども、８０％以上とすることが製品の磁束密度（Ｂ8 値）を高める上で望ましい。最終冷間圧延における圧下率を８０％以上とすることによって、脱炭焼鈍板において尖鋭な｛１１０｝〈００１〉方位粒と、これに蚕食され易い対応方位粒（｛１１１｝〈１１２〉方位粒等）を適正量得ることができる。これによりＢ8 ≧１．８３Ｔとすることができる。
【００３１】最終冷間圧延後、冷延板は７００〜１０００℃で脱炭焼鈍される。本発明の如く、製品板厚が０．３６〜１．００mmと厚手の場合には、必要とされるレベルまで脱炭するのに要する脱炭焼鈍時間が長くなりがちなので、この対策として、出鋼Ｃ量を低めとしたり、脱炭焼鈍温度を高めにしたり、焼鈍雰囲気の露点を高めることは有利である。
【００３２】脱炭された鋼板に対して、インヒビター強度が二次再結晶を生ぜしめるに不十分な場合は、ＮＨ3 ガスを用いて窒化処理等によるインヒビター強化策を施すことは望ましい。
【００３３】次いで、鋼板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、コイルの内径で直径１０〜１００，０００mmのコイル状とし、次いで最終仕上焼鈍が施される。仕上焼鈍中のコイルの内径をこのような範囲にすることで、鋼板の直径５mm超の結晶粒において重心位置の結晶方位に対し０．２〜４度の方位分散を存在せしめることが可能となる。
【００３４】次いで、鋼板に歪取り及び張力コーティングを施す処理が行われ最終製品となる。この製品にレーザー等を用いた磁区制御を施すことは、鉄損特性を向上させる上で好ましい。
【００３５】最終製品板は、重量でＳｉ：２．５〜４．５％を含有する必要がある。２．５％未満では、鉄損特性を良好にし難く、４．５％超では、通常の冷間圧延時脆性の問題が生じる。
【００３６】製品板厚は、本発明の如き厚手材の場合０．３６〜１．００mmとなる。０．３６mm未満では、製品板の具備条件が、良好な鉄損特性を得る上で、必須でない場合も生じる。また、製品板厚が１．００mmを超えると、本発明の如きＣ量レベルまた脱炭するための焼鈍時間が長くなり過ぎて、コストアップの原因となり好ましくない。
【００３７】製品板のＣ量及び磁束密度は各々０．００５０％以下、Ｂ8 ≧１．８３Ｔでなければならない。これは、図１に示した如く、この範囲にすることが良好な鉄損特性を得る上で必要だからである。好ましくは、０．００３０％以下である。
【００３８】一方、製品板の直径（円相当径）５mm超の結晶粒の粒界形状の特徴を表す形状因子ＳＦの鋼板としての平均値ＳＦ（平均値）は、ＳＦ（平均値）＜０．８０でなければならない。
【００３９】また、直径５mm超の結晶粒における方位分散度（Δθ）は、Δθ＝０．２〜４度としなければならない。これらは図２に示した如く、この範囲にすることが良好な鉄損特性を得る上で必要だからである。
【００４０】このＳＦ値を制御する方法については、特に限定するものでなく、二次再結晶発現前の一次再結晶粒径を制御する方法、Ｓｎ等粒界偏析元素を利用する方法、二次再結晶時のインヒビター強度を調整する方法等いずれの方法でもよい。
【００４１】一方、Δθ値を制御する方法についても、特に限定するものではなく、製品の結晶粒径にあったコイル径として、最終仕上焼鈍を施す方法、凝固からスラブ加熱までの熱履歴を利用してスラブの結晶粒サイズを制御する方法等いずれの方法でもよい。このΔθの効果は、製品板の１個の粒に所定の方位分散があっても鉄損向上効果がある。
【００４２】上記製品の具備条件を満足すれば、Ｗ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５（但し、Ｗ17/50 (w/kg)、ｔ：製品の板厚(mm)）なる良好な鉄損特性を有する厚い板厚の方向性電磁鋼板が得られる。
【００４３】
【実施例】
実施例１重量でＣ：０．０５３％、Ｓｉ：３．２６％、Ｍｎ：０．１５％、Ｓ：０．００６％、酸可溶性Ａｌ：０．０２９％、Ｎ：０．００７６％を含有するスラブを、１１５０℃の温度に加熱した後、熱延して、２．８mmの熱延板とした。
【００４４】この熱延板を１１２０℃に保持し引き続き９００℃に保持する熱延板焼鈍を施した後、圧下率約８６％で最終板厚まで冷延して０．３８mmの冷延板とし、■８００℃で１５０秒保持、■８３０℃で１５０秒保持、■８６０℃で２００秒保持なる３水準の脱炭焼鈍（２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 、露点６５℃）を施し、次いで、７５０℃に３０秒保持する焼鈍時に焼鈍雰囲気中にＮＨ3 ガスを混入せしめ鋼板に窒化を生ぜしめた。
【００４５】この窒化後のＮ量は、０．０１９５〜０．０２１１重量％であった。しかる後、この鋼板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、コイル内径の直径が６００mmの５ｔコイルとし、１５℃／hrで１２００℃まで昇温し、１２００℃で２０時間保持する最終仕上焼鈍を施した。
【００４６】この時、昇温中の雰囲気ガスを２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 とし、１２００℃で保持中の雰囲気ガスを１００％Ｈ2 とした。次いで、ＳＳＴサイズの試料とし、平板状とし、張力コーティングを施し、８５０℃の歪取り焼鈍を行い、磁気測定を行った。最終製品の板厚は０．４０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】実施例２重量でＣ：０．０４５％、Ｓｉ：３．０１％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００８％、酸可溶性Ａｌ：０．０３５％、Ｎ：０．００６１％に、■Ｓｎ：０．０５％、■Ｓｎ＜０．０１％なる２水準のＳｎレベルとし、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブを、１１５０℃の温度に加熱し、２．３mm厚の熱延板とした。
【００４９】この熱延板に焼鈍を施すことなく、圧下率約７９％で最終板厚まで冷延して０．４８mmの冷延板とした。かかる冷延板に８３０℃×３００秒（２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 、露点６２℃）なる脱炭焼鈍を施し、その後の工程は、実施例１記載の条件で処理した。最終製品の板厚は、０．５０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】実施例３重量でＣを■０．０７８％、■０．０５３％、■０．０３９％の３水準とし、Ｓｉ：３．２１％、Ｍｎ：０．１２％、Ｓ：０．００９％、酸可溶性Ａｌ：０．０３４％、Ｎ：０．００６０％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブを、１２００℃の温度に加熱し、３．０mm厚の熱延板とした。
【００５２】この熱延板に焼鈍を施すことなく、圧下率約８１％で最終板厚まで冷延して０．５８mmの冷延板とした。かかる冷延板に８３０℃×４５０秒（２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 、露点６２℃）なる脱炭焼鈍を施し、その後の工程は、実施例１記載の条件で処理した。最終製品の板厚は０．６０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【発明の効果】本発明に従って、製品板のＣ量制御、磁束密度制御、結晶粒形状制御及び結晶粒内方位分散制御を組み合わせた効果を用いることにより、磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板を得ることができるので、その工業的意義は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品のＣ量及び磁束密度と鉄損特性の関係を示す図表である。
【図２】製品板の結晶粒の粒界形状因子及び結晶粒内方位分散と鉄損特性の関係を示す図表である。
【図３】製品板厚と鉄損特性の関係（本発明材及び比較材）を示す図表である。
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トランス等の鉄心として使用される磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は、主にトランスその他の電気機器の鉄心材料として使用されており、励磁特性、鉄損特性等の磁気特性に優れていることが要求される。励磁特性を表す数値としては、磁場の強さ８００Ａ／ｍにおける磁束密度Ｂ8 が通常使用される。また、鉄損特性を表す数値としては、周波数５０Hzで１．７テスラー（Ｔ）まで磁化したときの１kg当りの鉄損Ｗ17/50 を使用している。
【０００３】磁束密度は、鉄損特性の最大支配因子であり、一般的にいって磁束密度が高いほど鉄損特性が良好になる。なお、一般的に磁束密度を高くすると二次再結晶粒が大きくなり、鉄損特性が不良となる場合がある。これに対しては、磁区制御により、二次再結晶粒の粒径に拘らず、鉄損特性を改善することができる。
【０００４】この一方向性電磁鋼板は、最終仕上焼鈍工程で二次再結晶を起こさせ、鋼板面に｛１１０｝、圧延方向に〈００１〉軸を持った、いわゆるゴス組織を発達させることにより製造されている。良好な磁気特性を得るためには、磁化容易軸である〈００１〉を圧延方向に高度に揃えることが必要である。
【０００５】このような高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造技術として代表的なものに田口悟等による特公昭４０−１５６４４号公報及び今中拓一等による特公昭５１−１３４６９号公報記載の方法がある。前者においてはＭｎＳ及びＡｌＮを、後者ではＭｎＳ，ＭｎＳｅ，Ｓｂ等を主なインヒビターとして用いている。従って現在の技術においてはこれらインヒビターとして機能する析出物の大きさ、形態及び分散状態を適正に制御することが不可欠である。
【０００６】一方、近年のトランスメーカーの省力化、コストダウンの観点から特に、積鉄心の分野で、積回数を減すため、板厚の厚い方向性電磁鋼板のニーズが高まってきた。また、大型回転器の分野において、以前から方向性電磁鋼板を使用したいとの要望があり、この分野においても、積回数を減すため、板厚の厚い方向性電磁鋼板のニーズは高い。
【０００７】他方、板厚を厚くすることは、一般的には、鉄損特性の劣化につながるため、この課題を解決する磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板の開発の期待が高まってきた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、板厚を厚くし、かつ、優良な磁気特性を有する方向性電磁鋼板を提供するものである。
【０００９】
【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、重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣが重量で０．００５０％以下であって、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔであり、鋼板の直径（円相当直径）５mm超の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を表わす指標として、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としてのＳＦ（平均値）が、ＳＦ（平均値）＜０．８０であって、鋼板の直径５mm超の結晶粒における重心位置の結晶方位に対して、０．２〜４度の方位分散が、存在し、製品の板厚をｔ(mm)とした時に、鉄損Ｗ17/50 (w/kg)がＷ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５を満すことを特徴とする磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板である。
【００１０】
【作用】本発明が対象としている方向性電磁鋼板は、従来用いられている製鋼法で得られた溶鋼を連続鋳造法或いは造塊法で鋳造し、必要に応じて分塊工程を挟んでスラブとし、引き続き熱間圧延して熱延板とし、次いでこの熱延板に必要に応じて焼鈍を施し、必要に応じて中間焼鈍を挟む１回以上の冷延、脱炭焼鈍、最終仕上焼鈍を順次行うことによって製造される。
【００１１】本発明者等は、厚い板厚の方向性電磁鋼板の製造工程において、磁気特性を良好ならしめるための必要条件について広範囲にわたって検討し、製品が具備すべき要件を見い出した。
【００１２】以下実験結果を基に詳細に説明する。図１に、製品のＣ量と磁束密度が、製品の鉄損特性に与える影響を示す。
【００１３】この場合、重量で、Ｓｉ：３．２１〜３．３０％、Ｃ：０．０２５〜０．０８５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２５〜０．０３０％、Ｎ：０．００７５〜０．００８６％、Ｍｎ：０．０７０〜０．１６１％、Ｓ：０．００５〜０．０２９％、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを１１５０〜１３８０℃に１時間加熱し、熱延して、２．８mm厚の熱延板とし、次いで、（１）９００〜１１００℃の熱延板焼鈍を施す、（２）熱延板焼鈍を施さない、なる２種類の条件で処理し、次いで、圧下率約８３％で冷延し、０．４８mm厚の冷延板とした。
【００１４】かかる冷延板を８１０〜８６０℃の温度域で２５０秒間脱炭焼鈍（雰囲気：２５％Ｎ2 −７５％Ｈ2 、露点６５℃）し、次いで、（ａ）７５０℃×３０秒の追加焼鈍時にＮＨ3 ガスを用いて、Ｎ増量で、０．０１０２〜０．０１９５％の窒化処理を施す。（ｂ）処理なし、なる２種類の条件で処理し、次いで、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、内径の直径２００〜１５００mmのコイル状（５トン）とし、Ｎ2 を１０〜１００％（残部Ｈ2 ）を含む焼鈍雰囲気中で、１５℃／hrの昇温速度で、１２００℃まで昇温し、Ｈ2 焼鈍雰囲気中で、１２００℃に２０時間保持する最終仕上焼鈍を施した。
【００１５】しかる後、ＳＳＴサイズに切断し、平板状とし、８５０℃に４時間保持する歪取り焼鈍を施し、張力コーティングを施し、磁気測定を行った。最終製品の板厚は０．５０mmであった。
【００１６】図１から明らかなように、製品のＣ量０．００５０％以下、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔの条件でのみＷ17/50 ≦２．００w/kgなる良好な鉄損特性をもつ製品が得られた。但し、この条件を満しても、Ｗ17/50 ＞２．００w/kgとなる場合も生じたので、この原因を詳細に検討した。
【００１７】この検討結果について、以下説明する。図２R>２に、図１に示した実験において、Ｃ量０．００５０％以下、磁束密度Ｂ8≧１．８３Ｔなる製品における直径（円相当直径）５mm超の結晶粒の粒界形状因子（ＳＦ）及び直径５mm超の結晶粒における方位分散（Δθ）（度）と鉄損特性との関係を示す。
【００１８】この場合、粒界形状因子（ＳＦ）は、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義し、粒界形状を定量化した。ＳＦの値は、結晶粒が円形の時１となり、粒界形状の凹凸が増すと、このＳＦの値が小さくなる。
【００１９】また、直径５mm超の結晶粒における方位分散（Δθ）（度）は、結晶粒の重心位置に対する結晶粒内の方位差を表し、本発明の如く、コイル状で二次再結晶を生ぜしめ、その後平坦化され製品とされる場合には、通常、その結晶粒内での圧延方向距離が重心位置から離れる程、方位分散（Δθ）は大きくなる傾向がある。そして、ＳＦの測定には画像解析を用い、Δθの測定には、ＥＣＰを用いた。なお、図２内の１点は図１に示した各実験条件のＳＳＴを用い、ＳＦについては直径５mm超の結晶粒１０１〜１５１個の平均値（ＳＦ（平均値))を示し、Δθについては、直径５mm超の結晶粒８１〜１１３個の各結晶粒の最大方位分散（重心位置と重心位置から圧延方向に最も離れた位置との方位差）のΔθ（平均値）を示す。
【００２０】図２から明らかなように、ＳＦ（平均値）＜０．８０、Δθ（平均値）（度）＝０．２〜４の条件の場合は、いずれもＷ17/50 ≦２．００w/kgなる良好な磁気特性が得られている。
【００２１】本発明者等は、上記知見を更に発展させるため、図１を説明するに用いたスラブを出発材とし、熱延板の板厚を２．３〜５．０mmとし、板厚０．３６〜１．００mm厚の製品を作成した。その他のプロセス条件は、図１を説明したものと同一にとった。
【００２２】その実験結果を図３に示す。図３から明らかなように、本発明の製品具備条件であるＣ≦０．００５０％、Ｂ8 ≧１．８３Ｔ、ＳＦ（平均値）＜０．８０、Δθ（平均値）（度）＝０．２〜４の条件をすべて満足した場合、Ｗ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５（但し、Ｗ17/50 (w/kg)、ｔ：製品板厚(mm)）なる優れた鉄損特性が得られている。
【００２３】本発明の効果メカニズムについては、必ずしも明らかではないが、本発明者等は以下のように推定している。磁束密度が高い程鉄損特性が良好であるが、一般的に磁束密度が高い程、結晶粒径が大きくなり、その点においては、不利となる。しかし、本発明の如く、板厚が厚い場合には、製品の結晶粒径が過大となり難い傾向がみられ、この意味において、本発明の如き厚手材の場合には、磁束密度と鉄損との相関はより明確となる。
【００２４】一方、製品にＣが残存すると、炭化物を形成し、磁化する時の磁壁の移動の妨げとなり鉄損特性を劣化させる原因となる。本発明の如き厚手材の場合には、脱炭焼鈍工程での脱炭が不十分となり易いので、この製品のＣ量の規制は、特に重要である。
【００２５】更に、本発明の骨格となるのが、製品の結晶粒の形状と方位分散の組合せ効果である。粒界近傍には、通常スパイク磁区が発生しやすいが、結晶粒内に方位分散がある場合には、この傾向がより顕著となる。
【００２６】更に、本発明の如く、結晶粒界の形状の凹凸度が高まっている（ＳＦ値が低まっている）場合には、粒界面積が増加していることを意味し、スパイク磁区の発生頻度がより多くなる。この本発明により増加せしめられるスパイク磁区は、グラスフィルム及びコーティングにより鋼板に付与される張力下で、磁区細分化を生ぜしめ鉄損特性を向上させることとなる。
【００２７】本発明の如き厚手材の場合、単純な手法（鋼板へ付与する張力アップ等）だけでは、磁区細分化効果を実現し難いので、本発明の如き粒界形状制御と粒内方位分散制御の組合わせを行うことが、良好な鉄損特性を実現する上で必要となる。次に本発明の構成要件の限定理由について述べる。本発明において使用されるスラブの成分は、特に限定されるものではないけれども、製品の磁束密度を安定し、必要量までの脱炭を容易にする上で、重量で、０．０２５〜０．０７５％Ｃが望ましい。
【００２８】製品の鉄損特性を良好ならしめるためには、２．５〜４．５％のＳｉを含有していることが望ましい。また、インヒビター形成元素として、Ａｌ，Ｎ，Ｍｎ，Ｓ，Ｓｅ，Ｓｂ，Ｂ，Ｃｕ，Ｎｂ，Ｃｒ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｂｉ等を添加することができる。
【００２９】このスラブの加熱温度は、特に限定されるものではないが、エネルギーコスト等の観点から１３００℃以下にすることが望ましい。加熱されたスラブは、次いで、熱間圧延されて熱延板とされる。熱延板は、必要に応じて焼鈍された後、１回或は、中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延によって最終板厚とされる。
【００３０】最終冷間圧延における圧下率は、特に限定するものではないけれども、８０％以上とすることが製品の磁束密度（Ｂ8 値）を高める上で望ましい。最終冷間圧延における圧下率を８０％以上とすることによって、脱炭焼鈍板において尖鋭な｛１１０｝〈００１〉方位粒と、これに蚕食され易い対応方位粒（｛１１１｝〈１１２〉方位粒等）を適正量得ることができる。これによりＢ8 ≧１．８３Ｔとすることができる。
【００３１】最終冷間圧延後、冷延板は７００〜１０００℃で脱炭焼鈍される。本発明の如く、製品板厚が０．３６〜１．００mmと厚手の場合には、必要とされるレベルまで脱炭するのに要する脱炭焼鈍時間が長くなりがちなので、この対策として、出鋼Ｃ量を低めとしたり、脱炭焼鈍温度を高めにしたり、焼鈍雰囲気の露点を高めることは有利である。
【００３２】脱炭された鋼板に対して、インヒビター強度が二次再結晶を生ぜしめるに不十分な場合は、ＮＨ3 ガスを用いて窒化処理等によるインヒビター強化策を施すことは望ましい。
【００３３】次いで、鋼板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、コイルの内径で直径１０〜１００，０００mmのコイル状とし、次いで最終仕上焼鈍が施される。仕上焼鈍中のコイルの内径をこのような範囲にすることで、鋼板の直径５mm超の結晶粒において重心位置の結晶方位に対し０．２〜４度の方位分散を存在せしめることが可能となる。
【００３４】次いで、鋼板に歪取り及び張力コーティングを施す処理が行われ最終製品となる。この製品にレーザー等を用いた磁区制御を施すことは、鉄損特性を向上させる上で好ましい。
【００３５】最終製品板は、重量でＳｉ：２．５〜４．５％を含有する必要がある。２．５％未満では、鉄損特性を良好にし難く、４．５％超では、通常の冷間圧延時脆性の問題が生じる。
【００３６】製品板厚は、本発明の如き厚手材の場合０．３６〜１．００mmとなる。０．３６mm未満では、製品板の具備条件が、良好な鉄損特性を得る上で、必須でない場合も生じる。また、製品板厚が１．００mmを超えると、本発明の如きＣ量レベルまた脱炭するための焼鈍時間が長くなり過ぎて、コストアップの原因となり好ましくない。
【００３７】製品板のＣ量及び磁束密度は各々０．００５０％以下、Ｂ8 ≧１．８３Ｔでなければならない。これは、図１に示した如く、この範囲にすることが良好な鉄損特性を得る上で必要だからである。好ましくは、０．００３０％以下である。
【００３８】一方、製品板の直径（円相当径）５mm超の結晶粒の粒界形状の特徴を表す形状因子ＳＦの鋼板としての平均値ＳＦ（平均値）は、ＳＦ（平均値）＜０．８０でなければならない。
【００３９】また、直径５mm超の結晶粒における方位分散度（Δθ）は、Δθ＝０．２〜４度としなければならない。これらは図２に示した如く、この範囲にすることが良好な鉄損特性を得る上で必要だからである。
【００４０】このＳＦ値を制御する方法については、特に限定するものでなく、二次再結晶発現前の一次再結晶粒径を制御する方法、Ｓｎ等粒界偏析元素を利用する方法、二次再結晶時のインヒビター強度を調整する方法等いずれの方法でもよい。
【００４１】一方、Δθ値を制御する方法についても、特に限定するものではなく、製品の結晶粒径にあったコイル径として、最終仕上焼鈍を施す方法、凝固からスラブ加熱までの熱履歴を利用してスラブの結晶粒サイズを制御する方法等いずれの方法でもよい。このΔθの効果は、製品板の１個の粒に所定の方位分散があっても鉄損向上効果がある。
【００４２】上記製品の具備条件を満足すれば、Ｗ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５（但し、Ｗ17/50 (w/kg)、ｔ：製品の板厚(mm)）なる良好な鉄損特性を有する厚い板厚の方向性電磁鋼板が得られる。
【００４３】
【実施例】
実施例１重量でＣ：０．０５３％、Ｓｉ：３．２６％、Ｍｎ：０．１５％、Ｓ：０．００６％、酸可溶性Ａｌ：０．０２９％、Ｎ：０．００７６％を含有するスラブを、１１５０℃の温度に加熱した後、熱延して、２．８mmの熱延板とした。
【００４４】この熱延板を１１２０℃に保持し引き続き９００℃に保持する熱延板焼鈍を施した後、圧下率約８６％で最終板厚まで冷延して０．３８mmの冷延板とし、
【００４５】この窒化後のＮ量は、０．０１９５〜０．０２１１重量％であった。しかる後、この鋼板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、コイル内径の直径が６００mmの５ｔコイルとし、１５℃／hrで１２００℃まで昇温し、１２００℃で２０時間保持する最終仕上焼鈍を施した。
【００４６】この時、昇温中の雰囲気ガスを２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 とし、１２００℃で保持中の雰囲気ガスを１００％Ｈ2 とした。次いで、ＳＳＴサイズの試料とし、平板状とし、張力コーティングを施し、８５０℃の歪取り焼鈍を行い、磁気測定を行った。最終製品の板厚は０．４０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表１に示す。
【００４７】
【表１】
【００４８】実施例２重量でＣ：０．０４５％、Ｓｉ：３．０１％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００８％、酸可溶性Ａｌ：０．０３５％、Ｎ：０．００６１％に、
【００４９】この熱延板に焼鈍を施すことなく、圧下率約７９％で最終板厚まで冷延して０．４８mmの冷延板とした。かかる冷延板に８３０℃×３００秒（２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 、露点６２℃）なる脱炭焼鈍を施し、その後の工程は、実施例１記載の条件で処理した。最終製品の板厚は、０．５０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表２に示す。
【００５０】
【表２】
【００５１】実施例３重量でＣを
【００５２】この熱延板に焼鈍を施すことなく、圧下率約８１％で最終板厚まで冷延して０．５８mmの冷延板とした。かかる冷延板に８３０℃×４５０秒（２５％Ｎ2 ＋７５％Ｈ2 、露点６２℃）なる脱炭焼鈍を施し、その後の工程は、実施例１記載の条件で処理した。最終製品の板厚は０．６０mmであった。工程条件と製品板の特徴量を表３に示す。
【００５３】
【表３】
【００５４】
【発明の効果】本発明に従って、製品板のＣ量制御、磁束密度制御、結晶粒形状制御及び結晶粒内方位分散制御を組み合わせた効果を用いることにより、磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板を得ることができるので、その工業的意義は極めて大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品のＣ量及び磁束密度と鉄損特性の関係を示す図表である。
【図２】製品板の結晶粒の粒界形状因子及び結晶粒内方位分散と鉄損特性の関係を示す図表である。
【図３】製品板厚と鉄損特性の関係（本発明材及び比較材）を示す図表である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣが重量で０．００５０％以下であって、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔであり、鋼板の直径（円相当直径）５mm超の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を表わす指標として、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としてのＳＦ（平均値）が、ＳＦ（平均値）＜０．８０であって、鋼板の直径５mm超の結晶粒における重心位置の結晶方位に対して、０．２〜４度の方位分散が、存在し、製品の板厚をｔ(mm)とした時に、鉄損Ｗ17/50 (w/kg)がＷ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５を満すことを特徴とする磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板。
【請求項１】 重量で、Ｓｉ：２．５〜４．５％を含有する板厚０．３６〜１．００mmの厚手方向性電磁鋼板において、鋼板のＣが重量で０．００５０％以下であって、磁束密度Ｂ8 ≧１．８３Ｔであり、鋼板の直径（円相当直径）５mm超の各結晶粒に関する粒界形状の特徴を表わす指標として、式ＳＦ＝（結晶粒の面積×４π）／（結晶粒界長）2を定義する時、各ＳＦ値の鋼板としてのＳＦ（平均値）が、ＳＦ（平均値）＜０．８０であって、鋼板の直径５mm超の結晶粒における重心位置の結晶方位に対して、０．２〜４度の方位分散が、存在し、製品の板厚をｔ(mm)とした時に、鉄損Ｗ17/50 (w/kg)がＷ17/50 ≦３．３×ｔ＋０．３５を満すことを特徴とする磁気特性の優れた厚い板厚の方向性電磁鋼板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開平６−８８１７０
【公開日】平成６年（１９９４）３月２９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−２３７１５０
【出願日】平成４年（１９９２）９月４日
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【公開日】平成６年（１９９４）３月２９日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）９月４日
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
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