(57)【要約】本発明は、磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法に関するもので、より詳細には、低鉄損及び高透磁率が求められる変圧器、自動車、電気電子製品などに用いられることができる磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法に関する。  本発明は、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法を提供する。  本発明によると、高価な合金元素を使用せず、製造設備を追加しなくても、一般の製造工程のみで方向性を有する線材及び鋼線を提供することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる、磁気特性に優れた線材。
【請求項２】
前記線材は、２面積％以上のゴス組織を含む、請求項１に記載の磁気特性に優れた線材。
【請求項３】
前記線材は、飽和磁束密度が１８０ｅｍｕ以上である、請求項１に記載の磁気特性に優れた線材。
【請求項４】
重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる、磁気特性に優れた鋼線。
【請求項５】
前記鋼線は、７面積％以上のゴス組織を含む、請求項４に記載の磁気特性に優れた鋼線。
【請求項６】
前記鋼線は、飽和磁束密度が２５０ｅｍｕ以上である、請求項４に記載の磁気特性に優れた鋼線。
【請求項７】
重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる鋼材を１０００〜１１００℃において加熱する加熱段階と、
前記加熱された鋼材を孔型圧延する孔型圧延段階と、を含む、磁気特性に優れた線材の製造方法。
【請求項８】
前記孔型圧延段階は、９００〜１０００℃において行われる、請求項７に記載の磁気特性に優れた線材の製造方法。
【請求項９】
前記孔型圧延段階は、５０〜８０％の断面減少率で行われる、請求項７に記載の磁気特性に優れた線材の製造方法。
【請求項１０】
前記孔型圧延段階の後、前記孔型圧延された鋼材を０．１℃／ｓ以下の速度で冷却することを含む、請求項７に記載の磁気特性に優れた線材の製造方法。
【請求項１１】
請求項７から１０の何れか一項に記載の製造方法によって製造された線材を伸線する段階を含む、磁気特性に優れた鋼線の製造方法。
【請求項１２】
前記伸線する段階は、１０〜８０％の断面減少率で行われる、請求項１１に記載の磁気特性に優れた鋼線の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法に関するもので、より詳細には、低鉄損及び高透磁率が求められる変圧器、自動車、電気又は電子製品などに用いられることができる磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
殆どの中型から大型変圧器の鉄心材料としては、方向性または無方向性電気鋼板が用いられている。特に、従来より優れた効率性を必要としながら、機械装置の小型化及び軽量化のための多様な研究開発の必要性が台頭するようになり、高級な方向性電気鋼板の開発及び研究は極めて必要不可欠な現状にある。
【０００３】
特に、方向性電気鋼板は、鋼板の圧延方向に磁化が容易に行われるように製造して圧延方向への高磁気特性を有さなければならないため、極低炭素鋼に高Ｓｉを添加することで、磁性を示す集合組織を人為的に形成する。このような方向性電気鋼板の場合は、磁性を向上させるために、Ｓｉ成分を約６．５％以上含有して初めて、高級な方向性電気鋼板の特性を示すことができる。
【０００４】
しかし、方向性電気鋼板の場合、集合組織であるゴス組織（Ｇｏｓｓ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を人為的に形成するために、高温、窒素雰囲気において熱処理を行わなければならないという短所を有する。これは、最大の磁気誘導値を有するための結晶方位である＜１００＞結晶方位を制御しなければならないためである。
【０００５】
一方、最近は、方向性電気鋼板の集合組織の制御または表面コーティングによって電気鋼板の磁性を向上させることができる方案を改善させたにもかかわらず、変圧器として用いられる電気鋼板の場合は、電気鋼板の積層時にもたらされる鋼板のスリット（Ｓｌｉｔ）、剪断または曲げなどを抑制するために、精密な加工を必要とする。また、鉄心が比較的小型である場合は、加工そのものが困難になるという問題点や、鉄心の全体積に対する加工による歪み部分の体積が相対的に大きくなることにより、磁気特性が著しく低下するという問題点を有する。
【０００６】
このような問題点を解決するために、電子鋼線または電気鋼線を製造して小型変圧器または自動車に搭載される小型モーター用線材を製造する技術が開発されたが、電気鋼板が線材で製造される場合、圧延及び表面欠陥を抑制するための過度な工程制御を必要とせず、電気鋼板の積層による収率減少の問題を解決できるという長所を有する。
【０００７】
代表的な技術としては、特許文献１が挙げられる。上記特許は、熱間圧延された状態（Ａｓ  ｒｏｌｌｅｄ）においても伸線化構成、特に、冷間伸線加工性に優れた電子鋼線用素材を製造するもので、Ｓｉを０．１〜８％の範囲で含むとともに、Ｃ＋Ｎ＋Ｏ＋Ｓの合計を０．０１５％以下に制限する成分系を提示している。しかし、上記特許の場合、極低炭素で炭素成分を制御するために、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ−Ｈｅｒａｕｅｓ）脱ガス工程を追加しなければならず、真空脱ガス時間を長く維持して複合脱酸を行わなければならないため、工程単価の上昇が避けられないという短所を有する。また、磁性を向上させるために、Ｃｒを０．１〜１５％まで添加するため、合金元素の添加による価格上昇問題を解決できない。
【０００８】
上記特許を補完した技術としては、特許文献２が挙げられる。上記特許は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓの成分の合計を０．０１５％以下に限定し、結晶粒子の直径を伸線した後、線材の直径を限定した鉄損及び加工性に優れた電子鋼線に関するもので、合金元素成分にＮｉ：２％以下、Ａｌ：２％以下、Ｃｕ：２％以下を添加して鉄損及び加工性に優れた電子鋼線を開示している。しかし、上記特許に開示された電子鋼線は、合金元素添加量の増加による資源素材の価格上昇問題を有する。また、熱間圧延状態における磁性が提案されていないという短所、集合組織の分率に対する明示がないという短所を有する。
【０００９】
また、他の発明としては、特許文献３があるが、上記特許は、Ｃ、Ｎ、Ｏ、Ｓの成分の合計を０．０２５％以下に限定し、伸線によって製造される直径が０．０１〜１．０ｍｍである線材を提示している。しかし、上記特許もＣｒ、Ｎｉ、Ｃｕなど高価な合金元素の添加が必需的であり、磁性に対する具体的な組織提案及び磁性値を提示していないという短所がある。
【００１０】
特に、上記した特許の場合、磁性特性が全て無方向性電気鋼板に近い値を有し、後続焼鈍熱処理を行わなければ、磁性の増加をもたらすことができないという短所を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１１５２４１号公報
【特許文献２】特開２０００−０４５０５１号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の一側面は、組成成分を制御してゴス組織（Ｇｏｓｓ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を活性化させることで、極低炭素鋼ではない一般低炭素鋼を用いて一般の孔型圧延工程によって磁気特性に優れた線材、鋼線及びこれらの製造方法を提供することにその目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる磁気特性に優れた線材を提供する。
【００１４】
このとき、上記線材は、２面積％以上のゴス組織を含み、飽和磁束密度が１８０ｅｍｕ以上であることが好ましい。
【００１５】
本発明は、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる磁気特性に優れた鋼線を提供する。
【００１６】
このとき、上記鋼線は、７面積％以上のゴス組織を含み、飽和磁束密度が２５０ｅｍｕ以上であることが好ましい。
【００１７】
本発明は、重量％で、Ｃ：０．０３〜０．０５％、Ｓｉ：３．０〜５．０％、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ａｌ：０．０２〜０．０８％、Ｎ：０．００１５〜０．００３０％、残部Ｆｅ及びその他の不可避な不純物からなる鋼材を１０００〜１１００℃において加熱する加熱段階と、上記加熱された鋼材を孔型圧延する孔型圧延段階と、を含む磁気特性に優れた線材の製造方法を提供する。
【００１８】
このとき、上記孔型圧延段階は９００〜１０００℃において行われることが好ましく、断面減少率は５０〜８０％であることが好ましい。上記孔型圧延段階の後には、上記孔型圧延された鋼材を０．１℃／ｓ以下の速度で冷却することが好ましい。
【００１９】
本発明は、上記製造方法によって製造された線材を伸線する伸線段階を含む磁気特性に優れた鋼線の製造方法を提供する。
【００２０】
このとき、上記伸線段階は、１０〜８０％の断面減少率で行うことが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、高価な合金元素を使用せず、製造設備を追加しなくても、一般の製造工程のみで方向性を有する線材及び鋼線を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】孔型圧延のシミュレーションによる線材圧延時における組織変化を示した模式図である。
【図２】本発明の実施例による発明材１から５に対するＥＢＳＤ組織写真である。
【図３】本発明の実施例による発明材１から５に対するｅｍｕ測定値を示したグラフである。
【図４】本発明の実施例による発明材３に対するＥＢＳＤ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂａｃｋ  Ｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ、電子後方散乱回折）組織写真（ａ）及びＥＢＳＤスキャニング（Ｓｃａｎｎｉｎｇ）写真（ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明者は、一般低炭素鋼線材に優れた磁気特性を与えるための研究を行い、組成成分を制御することで、熱間圧延のみで高磁気特性を有する線材及び鋼線を製造できることを発見した。このとき、上記熱間圧延は孔型圧延を意味する。
【００２４】
図１は孔型圧延のシミュレーションによる線材圧延時における組織変化を示した模式図である。図１から分かるように、本発明者は、孔型圧延の特徴を用いて線材内組織を一方向性に圧延することで、ストレイン（Ｓｔｒａｉｎ）をもたらすと磁気的特性に影響を及ぼすゴス組織を多量に生成させることができる点を用いて本発明を完成させた。
【００２５】
以下では、本発明について詳細に説明する。
【００２６】
炭素（Ｃ）：０．０３〜０．０５重量％
Ｃは、線材中に固溶され、加工時に格子変形（ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）及び時効をもたらすとともに、軟性を減少させる。上記Ｃが０．０３％未満で添加される場合は、線材内に均一なゴス組織を形成できないという問題点を有し、０．０５％を超過する場合は、磁性を低下させるため、上記炭素の含量は０．０３〜０．０５％に限定することが好ましい。
【００２７】
シリコン（Ｓｉ）：３．０〜５．０重量％
Ｓｉは、線材の電気抵抗を高めて鉄損及び磁性を向上させる有効な成分であるが、３％未満の場合は、添加量不足によって磁性が低下し、５％を超過する場合は、線材圧延時に加工硬化が急激に行われて圧延できないという短所を有するため、上記シリコンの含量は３．０〜５．０重量％に限定することが好ましい。
【００２８】
マンガン（Ｍｎ）：０．１〜２．０重量％
Ｍｎは、線材の電気抵抗を向上させ、鉄損特性を向上させることができる有用な成分であるが、０．１％未満で添加される場合は、圧延時に強度補償の役割を行うことができず、２．０％を超過する場合は、Ｓｉと同様に加工硬化の効果増加による熱間圧延をもたらすという問題点がある。よって、上記マンガンの含量は０．１〜２．０％に限定することが好ましい。
【００２９】
アルミニウム（Ａｌ）：０．０２〜０．０８重量％
Ａｌは、鋼中の窒素の制御によって磁性の向上に効果的な元素であるため、窒素制御範囲と連動して含量を限定することが好ましい。上記Ａｌが０．０２％未満で添加される場合は、効果的に窒素を制御できないという短所を有し、０．０８％を超過して添加される場合は、Ａｌが原子状態で析出して磁性を低下する可能性があるため、上記アルミニウムの含量は０．０２〜０．０８％に限定することが好ましい。
【００３０】
窒素（Ｎ）：０．００１５〜０．００３重量％
Ｎは、結晶格子内への侵入による格子変形及び合金元素との窒化物形成によってゴス組織の形成を抑制し、時効及び軟性低下の原因となる。窒素が０．００１５％未満に管理されるのは、製鋼工程において極めて過度な工程を伴うことから、実際工程では具現できないためである。また、０．００３％を超過する場合は、鋼中の窒素が自由に動くことができ、Ａｌの含量を増加させてＡｌＮを粗大化させる可能性がある。これにより、上記窒素の含量は０．００１５〜０．００３％限定にすることが好ましい。
【００３１】
上記のように組成範囲を限定することで、線材に優れた磁気特性、即ち、方向性を与えることができる。
【００３２】
一般の電気鋼板の場合、ゴス組織が２面積％未満で生成されるのに対し、本発明の線材は２面積％以上のゴス組織（Ｇｏｓｓ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）を含む。このように、従来の電気鋼板または磁気特性を有する線材に比べて多くの量のゴス組織が生成されることで、線材に優れた磁気特性、即ち、方向性を有するようになる。より詳細には、このときに生成されたゴス組織を基に焼鈍時に周辺の組織がゴス組織の方向に変化して磁気特性を向上させる。即ち、上記ゴス組織は、効果的な方向性促進剤として作用することで、磁気モメンタムの移動を可能にするとともに、焼鈍時に周辺組織の磁化が容易に行われるようにすることができる。特に、ゴス組織の場合は、圧延方向のみならず、圧延直角方向にも磁性を示すことができるため、磁性を示すことができる鋼材に必需的な条件である。但し、上記ゴス組織が２％未満で生成される場合は、線材に方向性を与えることができないため、無方向性の磁気特性を有するようになる。上記ゴス組織は、多く生成されるほどよいが、工程上の限界によって上記ゴス組織の上限を１０％に限定する。
【００３３】
また、上記線材は、１８０ｅｍｕ以上の飽和磁束密度を有する。上記飽和磁束密度が１８０ｅｍｕ未満の場合、線材に方向性を与えることが困難であるため、無方向性の磁気特性を有する可能性がある。上記飽和磁束密度もゴス組織と同様に高い値を有するほど磁気特性に有利であるが、工程上の限界によってその上限を２８０ｅｍｕに限定する。
【００３４】
本発明は、上記した線材のみならず、上記線材を用いて鋼線も提供するが、上記線材を伸線することで、鋼線により優れた磁気特性を与えることができる。このとき、上記鋼線は、７面積％以上のゴス組織を含み、２５０ｅｍｕ以上の飽和磁束密度を有する。但し、上記鋼線も工程上の限界によってゴス組織及び飽和磁束密度の上限をそれぞれ１４面積％及び３００ｅｍｕに限定する。
【００３５】
本発明の線材は、上記組成範囲を満たしていれば、一般の孔型圧延条件で製造されても優れた磁気的特性を有するため、孔型圧延条件またはその他の製造条件には特に限定されない。
【００３６】
但し、本発明をより好ましく具現するための線材の製造工程の一例は以下の通りである。
【００３７】
まず、本発明の組成範囲を満たす鋼材に対して１０００〜１１００℃において加熱を行う。線材工程上において加熱温度が１０００℃未満の場合は、鋼材を加熱炉で抽出した後、粗圧延すると、過度なストレイン増加によって表面欠陥の問題が起きる。また、１１００℃を超過する場合は、加熱炉の限界及び表面スケールの増加によって製品の品質が低下する。
【００３８】
その後、上記再加熱された鋼材に対して孔型圧延を行う。上記孔型圧延は、線材圧延時に行われる必需的な工程で、上記孔型圧延によって線材内組織を一方向性に圧延することで、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）をもたらすと、磁気的特性に関与する集合組織、即ち、ゴス組織（Ｇｏｓｓ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の生成を活性化させることができる。これにより、上記孔型圧延を熱間状態で行うだけで、線材に優れた磁性を与えることができるようになる。
【００３９】
上記孔型圧延は９００〜１０００℃において行うことが好ましい。これは、９００℃未満の場合は、工程負荷によって線材の表面欠陥を誘発する可能性があり、線材圧延ロールの破断が発生するおそれがあるためである。１０００℃を超過する場合は、圧延時に線材の軟性増加によってストレインを効果的にもたらすことができない。
【００４０】
上記孔型圧延時に断面減少率は５０〜８０％で行うことが好ましい。これは、上記断面減少率が５０％未満の場合は、ストレイン（ｓｔｒａｉｎ）不足によってゴス組織の生成が不十分であることから、磁性線材への組織配分が不可能になる可能性があるためである。また、８０％を超過する場合は、線材組織の過度な延伸によって再結晶フォース（ｆｏｒｃｅ）が増加してゴス組織そのものが変態されるおそれがある。
【００４１】
また、上記孔型圧延の後には、冷却工程を行うことが好ましいが、０．１℃／ｓ以下の速度で冷却することが好ましい。上記冷却速度が０．１℃／ｓを超過すると、組織内に低温組織が示されてフェライト組織に変態される可能性が高くなる。
【００４２】
上記した線材の製造工程の後には、伸線工程をさらに行うことで鋼線を製造することができる。上記伸線工程によって線材の磁気的特性がさらに向上する。上記伸線工程時に断面減少率は１０〜８０％の範囲を有することが好ましい。これは、断面減少率が１０％未満の場合は、伸線量が十分でないため、ゴス組織の増加量がないという短所があるためである。また、伸線加工量は多いほど好ましいが、断面減少率が８０％を超過する場合は、伸線限界性が存在するため、伸線時に線材が破断されるという問題が発生する。よって、断面減少率の範囲は１０〜８０％に限定することが好ましい。また、断面減少率の範囲は５０〜８０％であることがより好ましい。なお、断面減少率の範囲が７０〜８０％であることがさらに好ましい。このとき、ゴス組織は面積分率で１１．５％以上を示す。
【００４３】
以下では、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。但し、下記実施例は、本発明をより具体的に説明するためのものに過ぎず、本発明の権利範囲がこれに限定されるものではない。
【００４４】
（実施例１）
【００４５】
下記表１の組成成分を有する鋼材を下記表２の条件で加熱してから孔型圧延した。上記製造工程によって製造された線材に対し、ゴス組織の分率及び飽和磁束密度を測定した後、その結果を下記表２に示した。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
【表２】
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【００４８】
図２は本発明の発明材１から５のＥＢＳＤ組織写真で、微細組織の写真において赤色で示された部分はゴス組織を示す。図２及び上記表２から分かるように、本発明の組成範囲を満たす線材である発明材１から５は、ゴス組織が２．０〜６．７％まで形成されている。一般の方向性電気鋼板は熱間圧延後にゴス組織の分率が約２％未満であるのに対し、発明材１から５は、孔型圧延によってゴス組織が活性化され、最も良くない特性を示す発明材４も２％のゴス組織を含有しているため、本発明の線材が従来の方向性鋼板に比べて優れた磁気特性を有することが分かる。
【００４９】
また、発明材１から５の飽和磁束密度は１８１〜２５５ｅｍｕで、１８０ｅｍｕ以上の飽和磁束密度を有することから、方向性を有する優れた磁気特性を示すことが分かる。図３は上記飽和磁束密度に対する結果を示したグラフで、ＶＳＭ（Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ  Ｓａｍｐｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）を用いて測定された結果である。
【００５０】
そのうち、発明材３は、最も優れた飽和磁束密度を有することが確認できる。これは、最適の炭素及びシリコン含量を有するため、結晶格子内の炭素固溶または時効現象を抑制し、アルミニウム添加によるＡｌＮを用いて窒素を抑制することで、格子安定性を最大限にしてゴス組織を活性化させたためである。
【００５１】
図４には発明材３のＥＢＳＤ組織写真（左）及びＥＢＳＤスキャニング写真（右）が示されている。図４の左側に位置したＥＢＳＤ組織写真に黒く示された部分が結晶粒界（ｇｒａｉｎ  ｂｏｕｎｄａｒｙ）で、赤色で示された部分がゴス組織を示す。図３から分かるように、発明材３のゴス組織は６．７％で、優れた磁気特性を有することが分かる。また、ＥＢＳＤスキャニング写真で赤色で示された部分は、のちにさらなる工程によってゴス組織に変態される可能性がある部分を示したものである。
【００５２】
しかし、本発明の組成範囲に符合しない比較材１から４は、ゴス組織分率及び飽和磁束密度の値が発明材に比べて著しく低い値を有することが確認できる。また、たとえ本発明の組成範囲を満たしても、製造条件を満たさない比較材５から８も低い水準のゴス組織分率及び飽和磁束密度を有するため、磁性特性がないことが分かる。
【００５３】
（実施例２）
【００５４】
上記比較材及び発明材に対して下記表３の条件のような伸線工程を行った後、ゴス組織分率及び飽和磁束密度を測定し、その結果を下記表３に示した。
【００５５】
【表３】
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【００５６】
上記表３から分かるように、伸線工程によって製造された鋼線は、線材である場合に比べてゴス組織の分率が一定水準以上増加したことが分かる。特に、本発明の条件に符合する発明材１から５は、９．９面積％以上のゴス組織分率及び２７１ｅｍｕ以上の飽和磁束密度を有するものと示された。これにより、本発明の鋼線は優れた磁気特性を有することが確認できる。
【００５７】
しかし、比較材１から４は、本発明の鋼組成を満たさないため、ゴス組織の分率増加が比較的少ないことが分かる。また、比較材５から８は、鋼組成を満たすため、ゴス組織の分率が著しく増加したことが分かる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【国際調査報告】
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2013544320.tif 000012
2013544320.tif 000013
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