(57)【要約】【課題】耐耳割れ性に優れかつ常に安定して良好な磁気特性とを得ることができる方向性電磁鋼板用スラブの加熱方法を提案する。【解決手段】含けい素鋼スラブをガス燃焼型加熱炉で予備加熱し、引き続き誘導加熱炉で１４００℃以上に加熱後、熱間圧延する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記含けい素鋼スラブはＣを０．０７２〜０．０７６ｍａｓｓ％含むものとし、かつ、上記ガス加熱炉によるスラブ加熱はその条件をＣ量０．０２０ｍａｓｓ％以下のスラブ表面脱炭層が０．９ｍｍ以上得られるよう制御する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
含けい素鋼スラブをガス加熱炉で予備加熱し、引き続き誘導加熱炉で１４００℃以上に加熱後、熱間圧延する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記含けい素鋼スラブはＣを０．０７２〜０．０７６ｍａｓｓ％含むものとし、かつ、上記ガス加熱炉によるスラブ加熱はその条件をＣ量０．０２０ｍａｓｓ％以下のスラブ表面脱炭層が０．９ｍｍ以上得られるよう制御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項２】
上記ガス加熱炉による加熱を、均熱帯温度：１１５０〜１２２０℃、均熱帯滞留時間：９０〜１５０分、均熱帯平均酸素濃度：０．５〜２ｖｏｌ％の条件で行うことを特徴とする請求項１に記載の製造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、方向性電磁鋼板の製造方法に関し、特に、安定して良好な磁気特性を得ることができるとともに、熱間圧延での耐耳割れ性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法を提案するものである。
【０００２】
【従来の技術】
方向性電磁鋼板は、励磁特性、鉄損特性等の磁気特性に優れていることから、変圧器その他の電気機器の鉄心材料として広く用いられている。その製造方法の特徴は、最終仕上焼鈍の工程において二次再結晶を起こさせ、鋼板表面に｛１１０｝、圧延方向に＜００１＞軸を有するいわゆるゴス方位が高度に集積した集合組織を得るために、Ｍｎ，Ｓ，Ｓｅ，ＡｌおよびＮといったインヒビター元素を添加していることである。このインヒビター元素が適正に意図した作用をもたらすためには、熱間圧延に先立つスラブ加熱時に完全に固溶させた後、適切な条件下で熱間圧延と冷却を行い、ＭｎＳ，ＭｎＳｅおよびＡｌＮ等の析出物を微細かつ均一に分散析出させることが重要であり、かかるインヒビター元素の溶体化には、例えば１４００℃以上のスラブ高温加熱が必要とされる。
【０００３】
熱間圧延に先立つスラブ加熱には、通常、ガス燃焼型加熱炉（以降、「ガス加熱炉」と略記する）が用いられる。このガス加熱炉を用いて方向性電磁鋼板用スラブの高温加熱を行う場合には、目標とする温度まで到達するのに極めて長時間を要することから、加熱炉内で多量の溶融スケールが発生して歩留りの低下を起こす他、加熱炉の操業安定性を著しく損ねる。また、粒界脆化にともなう表面欠陥や幅方向端部の耳割れ欠陥の発生原因ともなる。加えて、加熱中にスラブ組織の粗大化が生じ、その後の圧延で巨大延伸粒を発現させ、製品の磁気特性を不安定にさせる原因にもなっている。
【０００４】
そこで最近では、上記問題点を解決するために、スラブを１３００℃程度までガス加熱炉で予備加熱した後、不活性雰囲気に制御された誘導加熱炉で高温加熱する方法が採用されている（例えば、特許文献１〜４参照。）。これによって、より高温での加熱が可能となり、インヒビターの溶体化は短時間で済むようになった。また、スラブ粒の粗大成長も抑制されるため、粗大粒に起因した二次再結晶不良による磁気特性の劣化という問題も大幅に改善されるようになった。
【０００５】
上記のようにして加熱されたスラブは、熱間圧延され、その後、冷間圧延、脱炭を伴う一次再結晶焼鈍の後、焼鈍分離剤を塗布・乾燥し、二次再結晶を伴う仕上焼鈍等一連の工程を経て方向性電磁鋼板とされる。この鋼板の電磁特性は、鋼スラブの成分組成によって大きく影響されるため、厳しい成分管理が行われている。さらに、電磁特性を常に最良のレベルに維持するために、上記成分組成を制御した上で、さらに、出鋼時の組成の実績値に合わせて、その後の製造工程条件を決定すること等が行われている。
【０００６】
【特許文献１】特開平３−  ９０５１７号公報
【特許文献２】特開平６−２６９９０１号公報
【特許文献３】特開平６−３０６４７０号公報
【特許文献４】特開平７−１２６７５４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような厳密な成分組成や製造条件の制御にもかかわらず、必ずしも予期した磁気特性が得られないことがあり、時として、原因不明の特性不良が発生することもある。一方、磁気特性の改善を目的として素材スラブの成分組成、たとえばＣ含有量を調整しようとすると、熱間圧延において耳割れ等の不良を引き起こすことがある。
【０００８】
本発明の目的は、安定して良好な磁気特性を得ることができるとともに、熱間圧延での耐耳割れ性に優れる方向性電磁鋼板の製造方法を提案することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、上記従来技術が抱える問題点すなわち同一成分、同一製造条件においても得られる磁気特性にばらつきが生ずるという問題点について鋭意検討を行った。その結果、鋼スラブのＣ含有量の範囲を、従来技術と比較して高めに管理する必要があることを見出した。一方、Ｃ含有量の上昇により引き起こされる熱間圧延時の耳割れを防止するためには、ガス加熱炉において発生するスラブ表面の脱炭層の厚さを適正量以上確保することが必要であることを突き止めた。
【００１０】
上記知見に基づき開発された本発明は、含けい素鋼スラブをガス加熱炉で予備加熱し、引き続き誘導加熱炉で１４００℃以上に加熱後、熱間圧延する方向性電磁鋼板の製造方法において、上記含けい素鋼スラブはＣを０．０７２〜０．０７６ｍａｓｓ％含むものとし、かつ、上記ガス加熱炉によるスラブ加熱はその条件をＣ量０．０２０ｍａｓｓ％以下のスラブ表面脱炭層が０．９ｍｍ以上得られるよう制御することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法である。
【００１１】
なお、上記ガス加熱炉による加熱は、均熱帯温度：１１５０〜１２２０℃、均熱帯滞留時間：９０〜１５０分、均熱帯平均酸素濃度：０．５〜２ｖｏｌ％の条件で行うことが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
従来、方向性電磁鋼板の磁気特性を改善するための研究は、最も磁気特性に影響を及ぼす二次再結晶の制御技術を中心に行われてきた。そのため、素材スラブの成分組成の検討は、インヒビターに関するものが多かった。しかし、いくらインヒビターの成分組成を適正範囲に制御しても、得られる鋼板の磁気特性のバラツキは小さくはなるものの相変わらず発生していた。
【００１３】
この原因について検討した結果、意外にも、従来あまり重視していなかった素材スラブのＣ含有量が製品の磁気特性と相関があることを見出した。すなわち、図１は、Ｓｉを３．３〜３．５ｍａｓｓ％含む含けい素鋼スラブから製造された板厚：０．２３ｍｍの方向性電磁鋼板の鉄損特性と素材スラブのＣ含有量との関係を示したものである。ここで、Ｗ１７／５０は、周波数５０Ｈｚ、最大磁束密度１．７Ｔのときの鉄損を示す。また、素材スラブのＣ含有量は、同一出鋼チャージでも、鋳造位置によって変化することから、熱延後の鋼板を分析することにより得た値である。
【００１４】
この図から明らかなように、鉄損Ｗ１７／５０は、素材のＣ量によって変化し、Ｃ≧０．０７２ｍａｓｓ％以上で低位に安定した鉄損が得られることがわかる。この理由は、Ｃ量が高い程、熱延時のγ相の量が増加して再結晶が促進され熱延板組織が微細化し、｛１１０｝＜００１＞のゴス方位が成長に有利に働くためと考えられる。特に、Ｃ：０．０７２ｍａｓｓ％では、仕上圧延時のオーステナイト相の分率が３０ｖｏｌ％を超えるために、再結晶が顕著に促進されて延伸粒の残留をほぼ完全になくすことができる。そのため０．０７２ｍａｓｓ％以上のＣ量で、製品の磁気特性（鉄損）が著しく安定化したものと考えられる。
【００１５】
一方、Ｃ含有量の増加は、冷間圧延後に行われる脱炭焼鈍に要する時間を長引かせ、時には脱炭不足による特性不良を引き起こす。そのため、脱炭を確実に行うためには、Ｃ量の上限を０．０７６ｍａｓｓ％に規制することが好ましい。よって、素材スラブのＣ含有量は、０．０７２〜０．０７６ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００１６】
なお、γ相は硬くて脆い性質があるため、熱間圧延時のγ相の増加は、熱延板の形状不良や耳割れの増加を引き起こす。特に、後者の耳割れが起こった場合には、酸洗等、後工程での耳切り代の増大を招き、歩留り低下や充当先の変更等を引き起こすことになる。
【００１７】
そこで、発明者らは、同じ素材スラブのＣ量でも、耳割れが発生する場合としない場合があることに着目し、耳割れの原因の究明と防止策についてさらに調査を行った。調査は、耳割れ発生有無のコイルについて、熱延時のシートバーの後端から採取したクロップサンプルを比較することで行った。その結果、耳割れ発生には、スラブ加熱時に発生するスラブ表層の脱炭層が大きく影響していることがわかった。
【００１８】
すなわち、耳割れが発生したコイルとしなかったコイルのシートバーから採取したクロップサンプルについて、表層部の断面組織写真を調べた結果、耳割れのないコイルの場合には、表層部に結晶粒の大きな組織の存在が認められた。この結果は、結晶粒の粗大化は耳割れには不利とする従来の認識と相反する現象である。そこでさらに、この断面について、ＥＰＭＡでＣ量の分布状態を測定した。その結果、表層部は脱炭が著しく進行しており、特に粗大結晶粒が認められた範囲はＣ≦０．０２０ｍａｓｓ％にまで脱炭されていることがわかった。すなわち、粗大粒にも拘らず耳割れが少ない原因は、表層部のＣの低減により加工性が改善されたためと判断された。
【００１９】
そこで、さらにｎ数を増して、耳割れが発生しないために必要なＣ≦０．０２０ｍａｓｓ％の脱炭層の厚さについて調査した。結果を、図２に示した。この図において、縦軸は、耳割れの程度を、耳割れの幅方向の深さにより大（１０ｍｍ超え）、中（５超え〜１０ｍｍ）、小（１超え〜５ｍｍ）、無し（１ｍｍ未満）の４段階に評価した評点であり、一方、横軸のスラブ脱炭層の厚さは、シートバーの脱炭層の厚さに（スラブ厚／シートバー厚）を掛けて換算した値である。この図から、熱延での耳割れを防止するためには、Ｃ≦０．０２０ｍａｓｓ％の脱炭層が、スラブ表層に少なくとも０．９ｍｍ以上存在していることが必要であることがわかった。
【００２０】
なお、上記スラブ表層の脱炭層は、不活性雰囲気下において短時間で加熱される誘導加熱炉ではなく、大気中で長時間加熱されるガス加熱炉において形成されたものであると推定される。そこで、スラブ表層の脱炭層の厚さを上記範囲に制御するためには、ガス加熱炉の条件を規制する必要があり、具体的には、均熱帯温度：１１５０〜１２２０℃、均熱帯滞留時間：９０〜１５０分とすることが好ましい。
【００２１】
均熱帯の温度が１１５０℃未満であったり、均熱帯滞留時間が９０分未満であったりした場合には、脱炭量が不足し、Ｃ≦０．０２０ｍａｓｓ％以下のスラブ表面脱炭層の厚さを０．９ｍｍ以上確保することが難しい。一方、均熱帯の温度が１２２０℃超えであったり、均熱帯滞留時間が１５０分超えであったりした場合には、脱炭が進行し過ぎて結晶粒が異常粒成長して逆に耳割れを引き起こしたりする他、加熱時のスケールロスが大きくなったり、スラブの垂れが大きくなったりあるいは表面品質の劣化を招いたりするため好ましくない。
【００２２】
また、ガス加熱炉の雰囲気中の酸素量は、直接脱炭に影響するため厳しく管理する必要があり、均熱帯の平均酸素濃度は０．５〜２ｖｏｌ％に制限する必要がある。２ｖｏｌ％を超えると、脱炭が進行し過ぎて、オーステナイト相の分率が少なくなり、再結晶が促進されずに延伸粒が残存し、鉄損を劣化させるという問題を引き起こす。一方、０．５ｖｏｌ％未満では、耳割れを防止するのに有効な脱炭層の厚さを確保することができない。
【００２３】
なお、本発明は、素材スラブのＣ量およびガス加熱炉における脱炭層の厚さを規定の範囲に制御すること必須の要件とするものであるが、それ以外の工程については、従来から公知の方向性電磁鋼板の製造条件で行えばよい。
【００２４】
【実施例】
Ｓｉを３．４ｍａｓｓ％含有する鋼スラブをガス加熱炉で予備加熱し、さらに誘導加熱炉で１４００℃以上に加熱した後、熱間圧延して板厚２．６ｍｍの熱延板とした後、この熱延板に焼鈍を施し、酸洗し、冷間圧延して板厚０．２３ｍｍの冷延板とし、さらに、この冷延板を、脱炭を伴う一次再結晶焼鈍した後、焼鈍分離剤を塗布・乾燥し、二次再結晶を伴う仕上焼鈍を行って方向性電磁鋼板を製造する方法において、表１に示したように、本発明に従って鋼スラブのＣ含有量を規制し、さらにガス加熱炉の条件を規制してスラブ表面の脱炭制御を行った場合の製品鋼板の鉄損特性を調査した。また、比較例として、鋼スラブのＣ含有量およびガス加熱炉の条件を従来条件のままとした場合についても調査した。さらに、酸洗工程において、熱延板の外観を観察し、先述した中以上（耳割れ５ｍｍ以上）の耳割れが発生したコイルの不良発生率を調査した。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
上記調査により得られた鉄損特性の結果を、図３に示した。この図から、本発明の条件に規制したものは従来条件のものと比較し、平均して鉄損値がＷ１７／５０＝０．０２Ｗ／ｋｇ改善し、またそのバラツキも約１／２に低減していることがわかる。また、熱延板の耳割れは、ガス加熱炉の規制を行う前の不良率が２０％であったのに対し、本発明の範囲に規制したものは５％で、耳割れ不良を大幅に低減することができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、素材スラブのＣ量を厳しく制限することにより製品の磁気特性を安定して良好な値に維持することができ、また、ガス加熱炉におけるスラブ表面脱炭層の厚さを一定量以上確保することにより熱延板での耳割れを有効に防止することができるので、製品歩留りの向上、品質安定化に大きく寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】素材スラブのＣ量と製品鉄損値との関係を示すグラフである。
【図２】スラブ表層の脱炭層の厚さと耳割れ発生との関係を示すグラフである。
【図３】鉄損特性に及ぼす本発明の効果を、従来条件と比較して示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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