(57)【要約】【課題】磁気シールド用等として好適な、磁気特性に優れた鋼管の製造方法を提供する。【解決手段】Ｃ：0.01％以下、Mn：１％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.005％以下に調整し、Si、Ｐ、Ｓを適正範囲に調整して含む組成の鋼管に、加熱温度：Ａc３変態点以上1150℃以下、圧延終了温度：750℃以上Ａr３変態点以下、縮径率：15％以上とする縮径圧延と、減面率：３％以上15％未満とする冷間引抜き加工と、焼鈍温度：Ａc1変態点以上Ａc３変態点未満とする焼鈍処理とを順次施す。これにより、平均結晶粒径：500μm以上で、管円周方向に＜１００＞方向、かつ管軸方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位のＸ線三次元ランダム強度比が3.0以上である組織を有し、磁気特性に優れた鋼管となる。【選択図】図１
2011149081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：0.01％以下、                    Si：0.5％以下、
Mn：１％以下、                      Ｐ：0.05％以下、
Ｓ：0.01％以下、                    Al：0.05％以下、
Ｎ：0.005％以下
を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、縮径圧延と、冷間引抜加工と、焼鈍処理とを順次施し、磁気特性に優れた鋼管とするに当たり、
前記縮径圧延を、加熱温度：Ａc３変態点以上1150℃以下、圧延終了温度：750℃以上Ａr３変態点以下、縮径率：15％以上とする圧延とし、
前記冷間引抜加工を、減面率：２％以上16％未満とする冷間引抜き加工とし、
前記焼鈍処理を、焼鈍温度：Ａc1変態点以上Ａc３変態点未満とする熱処理として、
前記鋼管を、平均結晶粒径：500μm以上で、管円周方向に＜１００＞方向、かつ管軸方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位のＸ線三次元ランダム強度比が3.0以上である組織を有し、比透磁率：10000以上である鋼管とすることを特徴とする磁気特性に優れた鋼管の製造方法。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の製造方法。  
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.005％以下、REM：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種を含有する組成とすることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気シールド用、モータのステータやロータ用として好適な電縫鋼管の製造方法に係り、とくに電縫鋼管の磁気特性向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、磁気シールドや、モータのステータやロータ用素材として、電磁特性に優れた鋼板が使用されてきた。例えば、磁気シールド用として使用する場合には、通常、鋼板を、磁気シールドを構成する各種部材に加工したのち、それら部材同士を組み立て、溶接等により接合して、所望の形状の磁気シールドに仕上げている。このため、鋼板を加工する工程が必須となる。
【０００３】
また、モータのステータやロータは、素材となる鋼板から、所望の形状の板を打ち抜き、複数枚を積層して形成されている。このため、鋼板を出発素材とする場合には、打抜き工程、積層工程などの工程に加えてさらに、打ち抜いた鋼板を積層し固定するためのかしめや溶接を施す必要がある。したがって、鋼板を素材とする場合には、複雑な工程を必要とし生産性が低下するうえ、さらに、かしめや溶接を施すため、溶接部等の非定常部が形成されたり、局部的な歪や応力が残るなどの原因で、電磁特性が劣化するという問題がある。
【０００４】
このような問題に対して、例えば特許文献１には、Feが99.5％以上からなる組成の鋼片または鋳片に、1100〜1350℃に加熱して熱間圧延を施して素材とし、該素材を用いて製管するか、あるいはシームレス鋼管圧延を行って製管した後、500〜1000℃で熱処理する、磁気特性に優れた電磁鋼管の製造方法が記載されている。特許文献１に記載された技術では、製管後の熱処理で、結晶粒の粗大化を図り、磁気特性を向上させるとしている。
【０００５】
また、特許文献２には、Si：0.8〜4.5％、Al：0.2〜1.0％を含み、Ｃ，Si，Mn，Ｐ，Ｓを適正範囲に調整して含む組成の鋼を、850〜1150℃で熱間押出して、等軸再結晶フェライト組織からなる鋼管とし、ついでSi含有量と特定な関係式で定義される温度以上300℃以下の温度で圧延し、さらに焼鈍を施す、電磁鋼管の製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平7−68579号公報
【特許文献２】特開平2−236226号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、最近では、要求される磁気特性もさらに高くなり、特許文献１に記載された技術によっては、所望の磁気特性を確保できないという問題がある。また、特許文献２に記載された技術では、熱間押出しを必須の工程としており、製造コストが高騰するという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、磁気シールド用、モータのステータやロータ用として好適な、磁気特性に優れた鋼管の製造方法を提供することを目的とする。なお、ここでいう「磁気特性に優れた」とは、比透磁率μが10000超え、好ましくは20000以上である場合をいうものとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、磁気特性に及ぼす鋼管製造工程の影響について鋭意考究した。その結果、特定組成の極低炭素系鋼管を素管とし、該素管に、温間域での縮径圧延と、３％以上15％未満という比較的低い減面率での冷間引抜きと、さらに所定温度範囲での焼鈍処理とを組み合わせて施すことにより、磁気特性が顕著に向上することを見出した。
【０００９】
まず、本発明者らが行なった、本発明の基礎になった実験結果について説明する。
質量％で、0.002〜0.007％Ｃ−0.01〜0.2％Si−0.15〜0.7％Mn−0.01〜0.03％Ｐ−0.003〜0.005％Ｓ−0.001〜0.04％Al−0.002〜0.004％Ｎ−0〜0.02％Ti−0〜0.02％Nb−0〜0.003％Ca−0〜0.01％REM−0〜0.5％Cr−0〜0.2％Ni−0〜0.2％Mo−0〜0.2％Cu−残部Feからなる組成の電縫鋼管を素材とし、該素材に、加熱温度：1050℃とし、縮径率：60％、圧延終了温度：840℃とする縮径圧延を施し、外径57mmφ×肉厚3.2mmの鋼管とした。そして、さらにこれら縮径圧延済み鋼管に、減面率：2〜25％とする冷間引抜加工を施し、さらに880℃×60minの焼鈍処理を施した。得られた焼鈍済の鋼管について、比透磁率μを測定した。比透磁率μは、つぎのように測定した。
【００１０】
得られた焼鈍済の鋼管から、長さ：５〜10mmの輪切りにした試験片を採取して、切断面を研磨したのち、一次巻数：250巻、二次巻数：100巻として、直流磁化特性を測定した。磁化力：10000Ａ／ｍの磁化力を作用させて透磁率を測定し、比透磁率μを算出した。
その結果を、冷間引抜加工の減面率（％）と比透磁率μとの関係を図１に示す。
図１から、比透磁率μが10000超えとなるような顕著に優れた磁気特性を確保するためには、冷間引抜加工の減面率を２〜16％未満の範囲に調整することが必要であることがわかる。
【００１１】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）質量％で、Ｃ：0.01％以下、Si：0.5％以下、Mn：１％以下、Ｐ：0.05％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.05％以下、Ｎ：0.005％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、縮径圧延と、冷間引抜き加工と、焼鈍処理とを順次施し、磁気特性に優れた鋼管とするに当たり、前記縮径圧延を、加熱温度：Ａc３変態点以上1150℃以下、圧延終了温度：750℃以上Ａr３変態点以下、縮径率：15％以上とする圧延とし、前記冷間引抜き加工を、減面率：２％以上16％未満とする冷間引抜き加工とし、前記焼鈍処理を、焼鈍温度：Ａc1変態点以上Ａc３変態点未満とする熱処理として、前記鋼管を、平均結晶粒径：500μm以上で、管円周方向に＜１００＞方向、かつ管軸方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位のＸ線三次元ランダム強度比が3.0以上である組織を有し、比透磁率：10000以上である鋼管とすることを特徴とする磁気特性に優れた鋼管の製造方法。
（２）（１）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する組成とすることを特徴とする鋼管の製造方法。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ca：0.005％以下、REM：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種を含有する組成とすることを特徴とする鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、磁気シールド用、電磁アクチュエータ用、あるいはモータのステータやロータ用材料として十分な磁気特性を有する、優れた磁気特性を有する鋼管を、容易にしかも安価に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】比透磁率μに及ぼす冷間引抜加工減面率の影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明では、素材として鋼管を用いる。ここでいう「鋼管」は、その製造方法をとくに限定する必要はなく、電縫鋼管等の溶接鋼管、継目無鋼管、鍛接鋼管等がいずれも好適に利用できる。まず、本発明で素材とする鋼管の組成限定理由について説明する。以下、組成における質量％は、単に％と記す。
Ｃ：0.01％以下
Ｃは、鋼の強度を増加させる作用を有する元素であり、所望の鋼管強度を確保するために、0.0010％以上含有させることが望ましい。しかし、Ｃは磁気特性を低下させる作用を有するため、磁気特性の向上という観点から、さらには二次再結晶による結晶粒成長を促進するという観点からも、できるだけ低減することが望ましく、本発明では、Ｃは0.01％以下に限定した。なお、好ましくは0.005％以下である。
【００１５】
Si：0.5％以下
Siは、脱酸剤として作用するとともに、固溶して鋼管の強度を増加させ、さらに磁気特性、とくに鉄損特性を向上させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましい。一方、0.5％を超える含有は、磁気特性を低下させる。このため、Siは0.5％以下に限定した。
【００１６】
Mn：１％以下
Mnは、固溶して鋼管の強度を増加させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましいが、１％を超える含有は、延性、溶接性を低下させる。このため、Mnは１％以下に限定した。なお、好ましくは0.01〜0.7％である。
【００１７】
Ｐ：0.05％以下
Ｐは、固溶して鋼管の強度増加に寄与するとともに、磁気特性を向上させる作用を有する元素であるが、Ｐは粒界に偏析する傾向が強く、磁壁の移動を妨げるという悪影響を及ぼすため、本発明ではできるだけ低減することが望ましいが、0.05％以下であれば許容できる。このようなことから、Ｐは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.03％以下である。
【００１８】
Ｓ：0.01％以下
Ｓは、鋼中では介在物として存在し、鋼管の延性、靭性を低下させる元素であり、できるだけ低減することが望ましいが、本発明では0.01％までは許容できる。このため、Ｓは0.01％以下に限定した。なお、好ましくは0.0050％以下である。
Al：0.05％以下
Alは、脱酸剤として作用する元素であり、このような効果を得る為には、0.001％以上含有することが望ましいが、0.05％を超える含有は、延性が低下するとともに、介在物が増加して磁気特性を低下させる。このため、Alは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.001〜0.04％である。
【００１９】
Ｎ：0.005％以下
Ｎは、固溶して鋼管の強度を増加させる作用を有する元素であるが、AlNを形成し磁気特性に悪影響を及ぼすため、できるだけ低減することが望ましい。しかし、過度の低減は精錬コストを高騰させる。このようなことから、Ｎは0.005％以下に限定した。
上記した成分が、基本の成分であるが、基本組成に加えてさらに、Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Ca：0.005％以下、REM：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種、を含有できる。
【００２０】
Cu：0.5％以下、Ni：0.5％以下、Cr：0.5％以下、Mo：0.5％以下、Ti：0.05％以下、Nb：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Nbはいずれも、鋼管の強度を増加させる作用を有する元素であり、必要に応じて１種または２種以上を選択して含有できる。
Cuは、鋼管の強度を増加させるとともに、耐食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには0.05％以上含有することが望ましいが、0.5％を超える含有は、熱間加工性、さらには磁気特性を低下させる。このため、含有する場合には、Cuは0.5％以下に限定することが好ましい。
【００２１】
Niは、鋼管の強度を増加させるとともに、耐食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましいが、0.5％を超える含有は、磁気特性を低下させる。このため、含有する場合には、Niは0.5％以下に限定することが好ましい。
Crは、鋼管の強度を増加させるとともに、耐食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましいが、0.5％を超える含有は、磁気特性を低下させる。このため、含有する場合には、Crは0.5％以下に限定することが好ましい。
【００２２】
Moは、Cu、Ni、Crと同様に、鋼管の強度を増加させるとともに、耐食性を向上させる元素である。このような効果を得るためには0.01％以上含有することが望ましいが、0.5％を超える含有は、磁気特性を低下させる。このため、含有する場合には、Moは0.5％以下に限定することが好ましい。
Tiは、炭化物による析出強化を介して鋼管の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.005％以上含有することが望ましいが、0.05％を超える過剰な含有は、二次再結晶による粒成長を阻害する。このため、含有する場合には、Tiは0.05％以下に限定することが好ましい。
【００２３】
Nbは、Tiと同様に、炭化物による析出強化を介して鋼管の強度を増加させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.005％以上含有することが望ましいが、0.05％を超える過剰な含有は、二次再結晶による粒成長を阻害する。このため、含有する場合には、Nbは0.05％以下に限定することが好ましい。
Ca：0.005％以下、REM：0.05％以下のうちから選ばれた１種または２種
Ca、REMはいずれも、介在物の形態を制御する作用を有する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種を選択して含有できる。
【００２４】
Caは、伸長した介在物（MnS）を粒状の介在物とする、介在物の形態を制御する作用を有するとともに、介在物の形態制御を介して、成形時の割れや、亀裂の進展を抑制し、延性、靭性を向上させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.0010％以上含有することが望ましいが、0.005％を超える含有は、介在物量が増加しすぎて延性が低下する傾向を示す。このため、含有する場合にはCaは0.005％以下に限定することが好ましい。
【００２５】
REMは、Caと同様に、介在物の形態を制御するとともに、耐食性を向上させる作用を有する元素である。このような効果を得るためには0.0010％以上含有することが望ましいが、0.05％を超える含有は、介在物量が増加しすぎるとともに、磁気特性を低下させる傾向を示す。このため、含有する場合にはREMは0.05％以下に限定することが好ましい。
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
【００２６】
本発明では、上記した組成を有する鋼管に、縮径圧延と、冷間引抜き加工と、焼鈍処理とを順次施す。
縮径圧延は、加熱温度をＡc３変態点以上1150℃以下とし、縮径率が15％以上で、圧延終了温度を750℃以上Ａr３変態点未満とする。
縮径圧延の加熱温度がＡc３変態点未満では、素材鋼管が溶接鋼管の場合に、溶接部の靭性が低下する。一方、1150℃を超えて高温に加熱されると、鋼管の表面性状が低下する。このため、縮径圧延の加熱温度はＡc３変態点以上1150℃以下に限定した。なお、好ましくはAc3変態点〜1100℃である。
【００２７】
また、縮径圧延の縮径率が、15％未満では、縮径量が不足し、結晶粒を所望の結晶方位に配向させにくくなる。このため、縮径圧延の縮径率は15％以上に限定した。なお、より好ましくは20％以上である。一方、85％を超えて過剰に縮径すると、生産性が低下する。このため、縮径率は85％以下とすることが好ましい。なお、縮径率は次式
縮径率（％）＝〔｛（縮径圧延前の外径）−(縮径圧延後の外径）｝／（縮径圧延前の外径）〕×100
で計算するものとする。
【００２８】
縮径圧延の圧延終了温度が、750℃未満では、縮径圧延時に導入された圧延歪が残留し磁気特性に悪影響を及ぼし、所望の磁気特性を確保できなくなる。一方、縮径圧延の圧延終了温度がＡr３変態点以上の高温となると、結晶粒が所望の結晶方位に配向せず、ランダム方位となり、所望の磁気特性を確保できなくなる。このため、縮径圧延の圧延終了温度を750℃以上Ａr３変態点未満に限定した。なお、圧延終了温度は、好ましくは800℃〜Ar3変態点未満の範囲である。
【００２９】
また、本発明では、縮径圧延を施したのちで焼鈍処理前に、減面率：２％以上16％未満の冷間引抜加工を施す。
本発明では、焼鈍処理前に施す冷間引抜加工は、所望の磁気特性を確保するために重要な工程である。冷間引抜加工における減面率が、２％未満では、その後に実施される焼鈍処理により、結晶粒の成長が不十分となり、所望の平均粒径（：500μm以上）の結晶粒が得られず、所望の磁気特性を確保することができなくなる。一方、減面率が16％以上となると、結晶粒の成長が不十分で所望の平均粒径（：500μm以上）の結晶粒が得られないばかりか、結晶方位がランダム化して、所望の磁気特性を確保することができなくなる。このため、冷間引抜加工の減面率は２％以上16％未満に限定した。好ましくは３〜15％未満、より好ましくは５〜12％である。なお、減面率は次式
減面率（％）＝〔｛（冷間引抜加工前の断面積）−（冷間引抜加工後の断面積）｝／（冷間引抜加工前の断面積）〕×100
で計算するものとする。
【００３０】
冷間引抜加工に引続いて、本発明では、焼鈍処理を施す。焼鈍処理は、焼鈍温度：Ａc1変態点以上Ａc３変態点未満で行なう熱処理とする。この熱処理による結晶粒の粗大化により、所望の平均粒径を有する結晶粒として、磁気特性の向上を図る。
焼鈍温度がＡc1変態点未満では、結晶粒の成長が十分でなく、所望の平均粒径（：500μm以上）の結晶粒が得られず、所望の磁気特性を確保することができなくなる。一方、焼鈍温度がＡc３変態点以上では、結晶方位が、ランダム化する傾向となるため、所望の磁気特性を確保することができなくなる。このため、焼鈍温度はＡc1変態点以上Ａc３変態点未満に限定した。なお、好ましくは800℃以上である。
【００３１】
上記した組成の鋼管を出発素材とし、上記した条件で、縮径圧延、冷間引抜加工、焼鈍処理を順次施すことにより、平均結晶粒径が500μm以上で、管円周方向に＜１００＞方向、かつ管軸方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位のＸ線三次元ランダム強度比が3.0以上、好ましくは5.0以上、さらに好ましくは8.0以上である組織を有し、比透磁率μが10000超え、好ましくは20000超えとなる所望の優れた磁気特性を有する鋼管となる。
平均結晶粒径が500μm未満で、かつ管円周方向に＜１００＞方向、かつ管軸方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位のＸ線三次元ランダム強度比が3.0未満では、上記した優れた磁気特性は確保できない。
【００３２】
以下、実施例に基づいて、さらに本発明について詳細に説明する。
【実施例】
【００３３】
表１に示す組成を有する電縫鋼管に、表２に示す条件の縮径圧延、表２に示す条件の冷間引抜加工（冷牽加工）、および表２に示す条件の焼鈍処理を施し、製品鋼管（外径47.3〜57.0mmφ×肉厚2.7〜3.2mm）とした。
得られた製品鋼管について、組織、磁気特性を調査した。調査方法は次のとおりである。
（１）組織調査
得られた製品鋼管から、組織観察用試験片を採取し、結晶粒径の測定、結晶方位の測定を行った。
【００３４】
製品鋼管の管軸方向断面（L断面）を研磨したのち、腐食液：ナイタールでエッチングし、光学顕微鏡で観察し、平均粒径を算出した。平均粒径は、管軸方向断面について直線交差線分法を用いて算出した。管軸方向に沿って、結晶粒の長さを500個分測定し、また板厚方向に沿って結晶粒の長さを500個分測定し、それぞれの方向における長さを、粒数で除して、粒径を算出した。
【００３５】
結晶方位の測定は、Ｘ線回折法を利用して三次元ランダム強度比を求めた。
得られた製品鋼管を平板展開して試片とした。該試験片の表層を研磨して除去し、肉厚中央部付近から鏡面仕上した試験片を採取した。これら試験片にさらに研磨時の加工歪を除去するために化学研磨を施し、測定用試験片とした。
得られた測定用試験片について、Ｘ線回折装置を用いて、反射法による不完全極点図を測定した。得られた結果から、鋼管の円周方向に＜１００＞方向かつ圧延方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位の積分強度を、ランダム強度で規格化し三次元ランダム強度比を求めた。なお、Ｘ線源はCuKαとした。
（２）磁気特性調査
得られた製品鋼管から試験材を採取し、長さ：５〜10mmの輪切りにして、切断面を研磨したのち、一次巻数：250巻、二次巻数：100巻として、直流磁化特性を測定した。磁化力：10000Ａ／ｍの磁化力を作用させ、透磁率を測定し、比透磁率μを算出した。
【００３６】
得られた結果を表２に示す。
【００３７】
【表１】
2011149081.tif 000003
【００３８】
【表２】
2011149081.tif 000004
【００３９】
本発明例はいずれも、平均結晶粒径が500μm以上で、かつ鋼管の円周方向に＜１００＞方向かつ圧延方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位の積分強度が、三次元ランダム強度比で3.0以上である組織を有し、比透磁率μが10000を超える磁気特性に優れた鋼管となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、鋼管組織が、平均結晶粒径が500μm未満の微細粒であるか、鋼管の円周方向に＜１００＞方向かつ圧延方向に＜１１０＞方向が配向した結晶方位の積分強度が、三次元ランダム強度比で3.0未満であるか、あるいは両方であり、比透磁率μが10000以下と所望の磁気特性を確保できていない。
【図１】
2011149081.tif 000005