(57)【要約】【課題】低温スラブ加熱により方向性電磁鋼板を製造する方法において、一次再結晶に起因する二次再結晶不安定性を解消して、工業的に安定して磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造技術を提供する。【解決手段】珪素鋼スラブの冷却速度およびスラブの加熱速度をＭｎ量に応じて管理することにより、一次再結晶組織に影響を及ぼす硫化物を制御する。具体的には、スラブ形成後１３００℃から１１００℃の冷却速度を１℃／秒以下とすると共に、スラブ加熱温度を、鋼板のＭｎ含有量に対して下記（１）式の範囲に制御することを特徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。Ｔ（℃）≦２５０・ｌｏｇ｛Ｍｎ（％）｝＋１４４０  …（１）【選択図】    図１
2004204336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｓｉ：０．８〜４．８％、
Ｃ  ：０．００３〜０．１％、
酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．００４〜０．０１２％、
Ｍｎ≦０．８％、
Ｓ  ≦０．０１５％、
Ｍｎ／Ｓ≧４．０
を含有し、残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼をスラブとなし、該スラブを１２８０℃以下の温度で加熱した後、熱間圧延により熱延板となし、そのままあるいは熱延板焼鈍後、一回もしくは中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延により最終板厚とし、次いで脱炭焼鈍、窒化処理、仕上げ焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、スラブ形成後１３００℃から１１００℃の冷却速度を１℃／秒以下とするとともに、スラブ加熱温度を、鋼板のＭｎ含有量に対して下記（１）式の範囲に制御することを特徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｔ（℃）≦２５０・ｌｏｇ｛Ｍｎ（％）｝＋１４４０    …（１）
【請求項２】
質量％で、
Ｓｉ：０．８〜４．８％、
Ｃ  ：０．００３〜０．１％、
酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５％、
Ｎ  ：０．００４〜０．０１２％、
Ｍｎ≦０．８％、
Ｓ  ≦０．０１５％、
Ｍｎ／Ｓ≧４．０
を含有し、残部実質的にＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造してスラブとなし、該スラブを１２８０℃以下の温度で加熱した後、熱間圧延により熱延板となし、そのままあるいは熱延板焼鈍後、一回もしくは中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延により最終板厚とし、次いで脱炭焼鈍、窒化処理、仕上げ焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法において、スラブ形成後１３００℃から１１００℃の冷却速度を１℃／秒以下とするとともに、スラブ加熱温度を、鋼板のＭｎ含有量に対して下記（２）式の範囲に制御することを特徴とする高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法。
Ｔ（℃）≦２５０・ｌｏｇ｛Ｍｎ（％）｝＋１４１０    …（２）
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、結晶粒がミラ−指数で｛１１０｝＜００１＞方位に集積した、いわゆる方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。この鋼板は、軟磁性材料として変圧器等の電気機器の鉄芯として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は、先に述べたように｛１１０｝＜００１＞方位に集積した結晶粒により構成された通常４．８％以下のＳｉを含有する板厚０．１から０．４ｍｍの鋼板である。この鋼板は、磁気特性として励磁特性と鉄損特性が要求され、この要求に答えるためには結晶方位を高度に揃えることが重要である。この結晶方位の集積化は、二次再結晶とよばれるカタストロフィックな粒成長現象を利用して達成される。
【０００３】
この二次再結晶を制御するためには、（１）二次再結晶前の一次再結晶組織の調整と、（２）インヒビターとよばれる微細析出物もしくは粒界偏析元素の調整を行うことが必要である。このインヒビターは、一次再結晶組織のなかで一般の粒の成長を抑制し、特定の方位粒のみを優先的に成長させる機能を持つ。
【０００４】
インヒビターに関しては従来数多くの研究がなされており、代表的な析出物としては、Ｍ．Ｆ．Ｌｉｔｔｍａｎｎ（特許文献１）及びＪ．Ｅ．Ｔｕｒｎｂｕｌｌ（非特許文献１）はＭｎＳを、田口等（特許文献２）はＡｌＮを、今中等（特許文献３）はＭｎＳｅを、また小松等（特許文献４）は（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを提示している。
一方、粒界偏析型の元素としては、斎藤（非特許文献２）は、Ｐｂ，Ｓｂ，Ｎｂ，Ａｇ，Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ等を提示しているが、工業的には何れも析出物型インヒビターの補助的なものとして使用されているにすぎない。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭３０−３６５１号公報
【非特許文献１】
Ｔｒａｎｓ．Ｍｅｔ．Ｓｏｃ．ＡＩＭＥ、２１２（１９５８年）７６９／７８１頁
【特許文献２】
特公昭４０−１５６４４号公報
【特許文献３】
特公昭５１−１３４６９号公報
【特許文献４】
特公昭６２−４５２８５号公報
【非特許文献２】
日本金属学会誌、２７（１９６３年）、１８６／１９５頁
【０００６】
これらの析出物がインヒビターとして機能を発揮する上での必要条件は必ずしも明確ではないが、松岡（非特許文献３）、黒木等（非特許文献４、同５）の結果をまとめると次のように考えられる。
（１）二次再結晶前に一次再結晶粒の成長を抑制するに充分な量の微細析出物が存在すること。
（２）析出物が熱的に安定で、二次再結晶時に急激に弱体化しないこと。
【０００７】
【非特許文献３】
鉄と鋼、５３（１９６７年）、１００７／１０２３頁
【非特許文献４】
日本金属学会誌、４３（１９７９年）、１７５／１８１頁
【非特許文献５】
日本金属学会誌、４４（１９８０年）、４１９／４２４頁
【０００８】
これらのインヒビターの析出サイズ、分散状態を制御する方法として、例えば前記特許文献２及び下記特許文献５に、熱延前のスラブ加熱時にＭｎＳ，ＡｌＮ，ＭｎＳｅ等の析出物を完全に固溶させ、その後の熱延工程や熱延板焼鈍時の冷却工程で析出させる方法が開示されている。二次再結晶に必要な量のインヒビターを完全固溶するためには、１４００℃程度の炉にスラブを長時間挿入する必要がある。これは普通鋼のスラブ加熱温度に比べて約２００℃高く、専用の高温スラブ加熱炉が必要、加熱炉のエネルギー原単位が高い、溶融スケール量が多く加熱炉の維持費がかさむ、等の問題が生じる。
【０００９】
【特許文献５】
特公昭５３−１３４６９号公報
【００１０】
このような問題点を解消するために、普通鋼なみのスラブ加熱で方向性電磁鋼板を製造する技術が検討された。スラブ加熱を下げるとインヒビターとして機能する析出物の量が低下して二次再結晶が不安定化するために、何らかの方法でインヒビターを強化する必要がある。
下記特許文献６には、Ａｓ，Ｂｉ，Ｓｂ等の粒界偏析元素を鋼中に添加することにより、スラブ加熱温度を１０５０〜１３５０℃の範囲にする方法が開示され、特許文献７には、Ａｌの他、Ｚｒ，Ｔｉ，Ｂ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｏ等の窒化物生成元素を添加することにより、スラブ加熱温度を１１００〜１２６０℃の範囲に低下させる方法を開示されている。また、前記特許文献４と下記特許文献８には、脱炭焼鈍後に窒化処理を行い（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ析出物を形成させ、インヒビターとして機能させることにより、スラブ加熱温度を１２８０℃以下にする方法が開示されている。
【００１１】
【特許文献６】
特公昭５４−２４６８５号公報
【特許文献７】
特開昭５２−２４１１６号公報
【特許文献８】
特公平８−３１２５号公報
【００１２】
また、電磁鋼板の磁気特性に及ぼすＣｕの影響については、Ａ．Ｋｕｓｓｍａｎｎらの研究（非特許文献６）がある。それによれば、Ｃｕが混入すると磁気特性は劣化するが、０．７％程度までは劣化代が少ないので、この程度の量まで含有するのは差し支えないと報告されている。一方、下記特許文献９及び特許文献１０には、ＣｕがＭｎ，Ｓｅ，Ｓと一緒に添加されると、セレン化マンガン銅、または硫化マンガン銅として二次再結晶のインヒビターとして機能することが開示されている。その後、下記特許文献１１、特許文献１２、特許文献１３等に、硫化銅をインヒビターとして活用する方向性電磁鋼板の製造法が開示されている。
【００１３】
【非特許文献６】
Ａ．Ｋｕｓｓｍａｎｎ，Ｂ．Ｓｃｈａｒｒｏｗ，Ｗ．Ｓ．Ｍｅｓｓｋｉｎ：Ｓｔａｈｌ  ｕｎｄ  Ｅｉｓｅｎ，５０（１９３０），ｐ１１９４
【特許文献９】
特公昭５８−４３４４３号公報
【特許文献１０】
特公昭５８−４３４４４号公報
【特許文献１１】
特開平６−３２２４４３号公報
【特許文献１２】
特開平６−１４５８０３号公報
【特許文献１３】
特開平８−２７７４２１号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特許文献４、特許文献８等に開示された低温スラブ加熱により方向性電磁鋼板を製造する方法においては、インヒビターを脱炭焼鈍後に窒化処理により形成させるので、その前の段階で一次再結晶組織を制御することが重要である。本発明者らは、例えば下記特許文献１４、特許文献１５にその重要性を指摘している。
本発明の目的は、一次再結晶の粒組織制御を行い、工業的に安定して磁気特性の優れた方向性電磁鋼板の製造技術を提供することである。
【００１５】
【特許文献１４】
特公平８−３２９２９号公報
【特許文献１５】
特開平６−４９５４３号公報
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、一次再結晶組織に及ぼす種々の製造条件影響の調査を行った。今回の調査の結果、スラブの冷却速度とスラブ加熱温度が一次再結晶粒組織に大きな影響を及ぼし、これらの因子を制御することにより磁束密度の高い製品が安定して製造できることが明らかになった。
【００１７】
以下、具体的な実験結果を示す。
質量でＳｉ：３．３％、Ｃ：０．０６％、酸可溶性Ａｌ：０．０２７％、Ｎ：０．００８％、Ｍｎ：０．１％、Ｓ：０．００６％、Ｃｒ：０．１２％、Ｓｎ：０．０５％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる鋼を連続鋳造する過程で、１３００℃〜１１００℃の温度域の冷却速度を１０℃／秒、１℃／秒、０．０１℃／秒に制御し室温まで冷却した。この珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、熱間圧延し２．３ｍｍ厚の熱延板とした。
その後１１２０℃で焼鈍した後、板厚０．２２ｍｍ厚に冷間圧延し、８５０℃で９０秒脱炭焼鈍した。脱炭焼鈍後アンモニア含有雰囲気中で焼鈍し、窒素量を０．０２０〜０．０２４％とした後、仕上げ焼鈍を行った。
【００１８】
その結果を図１に示す。図１から、珪素鋼スラブの冷却速度が１℃／秒以下の場合、二次再結晶が安定で磁束密度（Ｂ８  ）の高い製品が安定して得られていることが分かる。これらの脱炭焼鈍板の析出物と粒組織を調査したところ、冷却速度を１０℃／秒と速い場合には硫化物のサイズが小さく、粒組織が不均一になっていることが分かった。
【００１９】
この結果を基に、上記成分系の中でＭｎを０．０５〜０．２５％の範囲で変更した珪素鋼スラブを、１３００℃〜１１００℃の温度域の冷却速度を０．０１℃／秒に制御し、室温まで冷却した。この珪素鋼スラブを１０５０℃〜１２８０℃の温度範囲で加熱した後、熱間圧延し２．３ｍｍ厚の熱延板とした。その後１１２０℃で焼鈍した後、板厚０．２２ｍｍ厚に冷間圧延し、８５０℃で９０秒脱炭焼鈍した。脱炭焼鈍後アンモニア含有雰囲気中で焼鈍し窒素量を０．０２０〜０．０２４％とした後、仕上げ焼鈍を行った。
【００２０】
その結果を図２に示す。図２からスラブ加熱温度を、鋼板のＭｎ含有量に対して下記（１）式、好ましくは（２）式の範囲に制御することにより、安定して高磁束密度一方向性電磁鋼板が製造できることが分かる。
Ｔ（℃）≦２５０・ｌｏｇ｛Ｍｎ（％）｝＋１４４０    …（１）
Ｔ（℃）≦２５０・ｌｏｇ｛Ｍｎ（％）｝＋１４１０    …（２）
【００２１】
これらの場合においても、脱炭焼鈍板の析出物と粒組織を調査したところ、二次再結晶が不安定で、磁束密度の低い条件の場合には硫化物のサイズが小さく、粒組織が不均一になっていることが確認された。
従って、硫化物の析出サイズはスラブの冷却条件のみならず、スラブ加熱条件に依存しており、スラブ加熱においてＭｎ量に応じて加熱温度を管理して、硫化物の分散状態を制御することが重要であるものと考えられる。
【００２２】
以上の結果から、本発明者等はこの二次再結晶安定化機構を次のように考えている。
硫化物に関しては、これまで、（１）本製造方法ではＭｎＳをインヒビターとして使用しないので、Ｓはむしろ少ないほうが好ましいこと、また、（２）Ｓ偏析に起因する熱間割れを防ぐためにＭｎとＳの比率としてＭｎ／Ｓ≧４．０とする必要があることが開示されている。
今回の結果は、更に硫化物を粗大に析出させることが二次再結晶安定化に重要であることを示唆している。まず、スラブの冷却速度をＭｎＳの析出する１３００〜１１００℃の温度域で１℃／秒以下とすることにより、析出を促進するとともに粗大析出物とする。その後、スラブ加熱の温度を限定することにより、この粗大なＭｎＳ析出物の再固溶を抑制し、一次再結晶焼鈍前に粗大な状態に保っておく。粗大なＭｎＳは熱的に安定であり焼鈍中に変化することがないので、一次再結晶粒は均一に成長して整粒組織となり、二次再結晶が安定化するので高磁束密度一方向性電磁鋼板が製造できるものと考えられる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施態様を述べる。
本発明においてスラブが含有する成分としては、質量でＳｉ：０．８〜４．８％、酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５％、Ｎ：０．００４〜０．０１２％が必要である。
Ｓｉは、添加量を多くすると電気抵抗が高くなり鉄損特性が改善されるが、４．８％を超えると冷間圧延時に材料が割れ易くなり、圧延が困難になってしまう。一方、０．８％未満になると、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ結晶方位が損なわれてしまい、鉄損特性の向上が望めない。
【００２４】
Ｃは、残留すると製品特性（鉄損）の低下を引き起こすので、製品段階で０．００３％以下に抑えることが必要とされている。しかしながら、製鋼段階でＣ量を低くすると熱延板の結晶組織に粗大な｛１００｝伸長粒が存在し、二次再結晶に悪影響を及ぼす。また析出物や一次再結晶集合組織制御の観点からも、Ｃはある程度製鋼段階で添加することが必要である。従って、製鋼段階では０．００３％以上、好ましくはα／γ変態が生じる０．０２％以上添加することが望ましい。０．１％より多く添加しても、上述の結晶組織、析出物等への影響はほぼ飽和し、脱炭に必要な時間が長くなるので、０．１％を上限とする。
【００２５】
酸可溶Ａｌは、本発明においてＮと結合してＡｌＮとして析出し、インヒビターとしての機能をはたすために必須の元素である。磁束密度が高くなる０．０１２〜０．０５０％を限定範囲とする。
【００２６】
Ｎは、０．０１２％を超えるとブリスターとよばれる鋼板中の空孔を生じるので、０．１２％を上限とする。またＡｌＮの量的な観点から、０．００４％を下限とする。
【００２７】
Ｓは０．０１５％以下、好ましくは０．００７％以下とする。本発明の製造方法ではＭｎＳをインヒビターとして使用しないので、Ｓはむしろ少ないほうが好ましい。
【００２８】
Ｍｎは鋼中の固溶Ｓを固着してＳ偏析に起因する熱間割れを防ぐ。０．０８％以上添加すると、ＭｎＳが粗大析出して二次再結晶も安定化するようになる。一方、Ｍｎ量が０．８％を超えると製品の磁束密度を低下させ好ましくないので、上限を０．８％とする。
【００２９】
Ｓｎ，Ｓｂは、鋼板表面に偏析して仕上げ焼鈍中のインヒビターの分解を抑制し、磁束密度の高い製品を安定して製造することに有効な元素である。０．０３〜０．１５％添加することが望ましい。この下限値未満ではインヒビターの分解抑制効果が少なく、実質的な磁束密度向上効果が得られない。またこの上限値を超えると鋼板中への窒化が難しくなり、二次再結晶が不安定になる場合が生じる。
【００３０】
Ｃｒは、脱炭焼鈍の酸化層を改善し、グラス被膜形成に有効な元素である。０．０３〜０．２％添加することが望ましい。
その他、微量のＢ，Ｂｉ，Ｃｕ，Ｓｅ，Ｐｂ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｖ等を鋼中に含有することは、本発明の主旨を損なうものではない。
【００３１】
珪素鋼スラブは、転炉または電気炉等により鋼を溶製し、必要に応じて溶鋼を真空脱ガス処理し、次いで連続鋳造もしくは造塊後、分塊圧延することによって得られる。このスラブの冷却速度を制御することが本発明の一つのポイントである。
このスラブを熱間圧延する際に、Ｍｎ量に応じてスラブ加熱温度を規定することが、本発明のもう一つのポイントである。
【００３２】
その後、焼鈍と冷間圧延を組み合わせて最終板厚とする。その際、集合組織を調整するために、冷間圧延は、前記特許文献２に開示されているように最終冷延圧下率８０％以上とすれば良い。
その後、鋼中のＣの除去も兼ね、湿潤雰囲気ガス中で脱炭を兼ねた一次再結晶焼鈍を行う。この一次再結晶焼鈍の前の段階で、スラブの冷却速度とスラブ加熱温度を制御することにより、一次再結晶組織の混粒化を防止することが本発明の構成要因である。
【００３３】
その後、ＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、仕上げ焼鈍を行う。
その際、二次再結晶を行う上で必要なインヒビター量を確保するため、二次再結晶が発現する前に窒化処理を行う必要がある。この窒化処理の方法は特に限定するものではなく、アンモニア等の窒化能のある雰囲気ガス中で行う方法、焼鈍分離剤中に窒化物添加物を入れ仕上げ焼鈍時に窒化する方法等がある。量的には０．００５％以上、望ましくはＮ／酸可溶性Ａｌの比率が２／３以上となる窒化をすれば良い。
【００３４】
【実施例】
（実施例１）
Ｓｉ：３．３％、Ｃ：０．０６％、酸可溶性Ａｌ：０．０２６％、Ｎ：０．００７％、Ｍｎ：０．１％、Ｓ：０．００８％、Ｃｒ：０．１１％、Ｓｎ：０．０５％を含む珪素鋼スラブ（１３００〜１１００℃の温度域の冷却速度０．０１℃／秒）を、１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１２５０℃に加熱したのち、熱間圧延により板厚２．０ｍｍに熱延板とした。この熱延板を１１００℃で３０秒焼鈍した。
その後０．１９ｍｍに冷間圧延し、８５０℃で３分間一次再結晶焼鈍を施した。アンモニア含有雰囲気中で焼鈍し窒素量を０．０２４％とした後、１２００℃で２０時間仕上げ焼鈍を施した。
一次再結晶焼鈍前の冷延板の化学分析値、及び製品の特性値を表１に示す。
【００３５】
2004204336.tif 000003
比較例はいずれもスラブ加熱温度が前記（１）式を満足しない。
【００３６】
（実施例２）
Ｓｉ：３．２％、Ｃ：０．０５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％、Ｍｎ：０．１５％、Ｓ：０．００７％、Ｃｒ：０．１２％、Ｓｎ：０．０４％を含む珪素鋼スラブ（１３００〜１１００℃の温度域の冷却速度０．０１℃／秒）を、１１００℃、１１５０℃、１２００℃、１２５０℃に加熱し、板厚２．３ｍｍに熱延した。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後９００℃まで１０秒で冷却し、次いで１００℃湯冷した。
その後０．２２ｍｍに冷間圧延し、８５０℃で３分間脱炭焼鈍を施した後、アンモニア含有雰囲気で焼鈍して窒素量を０．０２４％とした。この脱炭焼鈍板にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、１２００℃で２０時間仕上げ焼鈍を施した。
製品の特性値を表２に示す。
【００３７】
2004204336.tif 000004
比較例はスラブ加熱温度が前記（１）式を満足しない。
【００３８】
【発明の効果】
本発明により、二次再結晶を行わせるために必要な、一次再結晶粒組織の調整を安定して達成することが可能となり、工業的に高磁束密度の一方向性電磁鋼板を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】製品の磁束密度（Ｂ８  ）に及ぼすスラブの１３００〜１１００℃の温度域の冷却速度の影響を示す図である。
【図２】製品の磁束密度（Ｂ８  ）に及ぼす鋼中のＭｎ量とスラブ加熱温度の影響を示した図である。
【図１】
2004204336.tif 000005
【図２】
2004204336.tif 000006