(57)【要約】【課題】インヒビター成分等の不純物を低減した成分系を用いて方向性電磁鋼板を製造するに際し、スラブの連続鋳造時に発生するかぎ割れを防止する方途を与える。【解決手段】Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．０〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜３．００ｍａｓｓ％を含み、かつＡｌを１００ｐｐｍ以下に低減すると共に、Ｎ、ＳおよびＳｅをそれぞれ５０ｐｐｍ以下に低減した成分組成を有する溶鋼を用いて、湾曲型もしくは垂直湾曲型連続鋳造機により、電磁鋼スラブを連続鋳造するに当り、連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過するスラブの表面温度を、８００〜９００℃の温度範囲外に制御する。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．０〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜３．００ｍａｓｓ％を含み、かつＡｌを１００ｍａｓｓｐｐｍ以下に低減すると共に、Ｎ、ＳおよびＳｅをそれぞれ５０ｍａｓｓｐｐｍ以下に低減した成分組成を有する溶鋼を用いて、湾曲型もしくは垂直湾曲型連続鋳造機により、電磁鋼スラブを連続鋳造するに当り、連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過するスラブの表面温度を、８００〜９００℃の温度範囲外に制御することを特徴とする電磁鋼スラブの連続鋳造方法。
【請求項２】
請求項１において、溶鋼が、さらにＮｉ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％のうちから選んだ少なくとも１種を含有する成分組成を有することを特徴とする電磁鋼スラブの連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器や回転機の鉄心材料に好適な電磁鋼板の素材となる、電磁鋼スラブを連続鋳造にて製造する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁鋼板は、主に変圧器や回転機の鉄心として使用される材料であり、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板とに大別される。方向性電磁鋼板については、インヒビターと呼ばれる析出物を利用して仕上焼鈍中にゴス方位粒と呼ばれる｛１１０｝〈００１〉方位粒を優先的に二次再結晶させることが、一般的な技術として使用されている。このインヒビターを用いる方法は、安定して二次再結晶粒を発達させるのに有用な方法であるが、析出物を微細に分散させる必要があることから、製品に到るまでの各工程において条件の厳密な制御が必要であり、そのために非常にコストを要することが問題であった。
【０００３】
そこで、発明者らは、インヒビターを用いることなくＴｅｘｔｕｒｅ  Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎによりインヒビターを用いた場合と同様の効果をもたらす技術を開発し、その方法を特許文献１などにおいて報告した。かかる技術により、スラブ高温加熱、脱炭、純化焼鈍等が必要ではなくなり、コストパフォーマンスに優れた方向性電磁鋼板が得られるようになった。
【０００４】
ところが、この技術を用いて方向性電磁鋼板を製造した際に、スラブにかぎ割れが生じることが新たに判明した。ここで、かぎ割れとは、スラブの角から内部に向かって数ｍｍ〜数ｃｍの長さで延びる、割れである。
【０００５】
従来、スラブの割れは、熱延板の耳割れもしくは板破断の原因となることから、様々な対策が採られている。多くの場合は連続鋳造における冷却パターンの最適化で割れを回避しているが、例えば、スラブの電磁攪拌によりチル晶と柱状晶との間に微細な柱状晶を形成させることで方向性電磁鋼スラブの割れを回避する方法が、特許文献２および３に記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−１２９３５６号公報
【特許文献２】
特開平３−２４３２４４号公報
【特許文献３】
特開平１１−７４４号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらの技術によって、インヒビターを用いる電磁鋼板の製造においては、スラブでの割れの問題は解決されるが、インヒビターを用いない電磁鋼の製造においては、上記かぎ割れの発生を回避するまでには到らない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、インヒビター成分等の不純物を低減した成分系を用いて方向性電磁鋼板を製造するに際し、スラブの連続鋳造時に発生するかぎ割れを防止する方途を与えるものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、インヒビター成分等の不純物を低減した成分系を用いて方向性電磁鋼板を製造する場合に発生する、スラブのかぎ割れは、従来行われてきたスラブでの割れを発生しない、方向性および無方向性電磁鋼板の鋳造条件を用いても発生していることから、インヒビター成分等の不純物元素を含まないような成分系特有の現象であると考えられる。
【００１０】
発明者らは、かかる問題の解決に鋭意研究を重ねた結果、湾曲型もしくは垂直湾曲型連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過する温度を規定することが、インヒビター成分を低減した電磁鋼板の製造における、スラブのかぎ割れの発生を防止するのに有効であることを見出した。
以下に、本発明を導くに到った実験結果について詳述する。
【００１１】
［実験］
Ｃ：１８ｍａｓｓｐｐｍ（以下、単にｐｐｍと示す）、Ｓｉ：３．３５ｍａｓｓ％およびＭｎ：０．０６４ｍａｓｓ％を含み、かつＡｌ、Ｎ、ＳおよびＳｅをそれぞれ４０ｐｐｍ、２４ｐｐｍ、１８ｐｐｍおよび２０ｐｐｍに低減し、さらに不可避混入成分を合計で０．０５ｍａｓｓ％未満に低減した成分を有する鋼スラブから、ＪＩＳ  Ｇ０５６７（１９９３）に記載のＩ−６型試験片を切り出した。なお、試験片は、かぎ割れがスラブの角で発生することから、スラブの表層近傍、すなわち柱状晶の位置から採取した。さらに、試験片長手方向はスラブの鋳込み方向とした。かくして得られた試験片を用いて、ＪＩＳ  ＧＯ５６７（１９９３）に準拠した高温引張試験を行った。引張温度範囲は５００℃〜１１００℃とした。
【００１２】
その試験結果を図１に示すように、８００〜９００℃の温度域では絞りが低く、素材が脆化していることが明らかとなった。さらに、試験片形状を観察した結果、８００〜９００℃の温度域では結晶粒がほとんど伸びずに、破断も粒界で発生していることが明らかとなった。この結果から、連続鋳造機でのスラブの鋳造時において、スラブの表面近傍が急激な変形応力を受けるポイント、すなわち連続鋳造機の冷却帯の矯正点に着目したところ、この矯正点通過時のスラブ表面温度が８００〜９００℃となる場合において、スラブ表面のかぎ割れが飛躍的に増大することが明らかとなった。
【００１３】
ここで、特定の温度域で素材が脆化する原因は明らかではないが、高温における粒界すべりと粒内の変形との相対的な速度差に起因するものと考えられる。すなわち、連続鋳造の際にスラブに付与される応力の歪速度は小さいものであり、この連続鋳造と同様の条件にて、試料に応力が付与された場合、転位の増加による加工硬化と同時に転位の上昇や原子空孔の移動による回復とが起こる。すると、結晶粒内では歪が蓄積せずに粒界での歪蓄積が相対的に多くなる結果、このような場所では破断が起こりやすくなる、と考えられる。かような温度域より低温であれば、回復は遅れるがその分粒内で変形し、脆性は改善する。一方、この温度域より高温であれば、粒内変形が活発となり、脆性もまた改善する。すなわち、低歪速度においては、ある温度域で脆化が進むと考えられる。なお、通常の方向性電磁鋼板等にこのような現象が確認されないのは、かかる材料は不純物元素が多いことから粒内に微細な析出物が存在し、粒内の歪の蓄積を助長することで粒内変形を促し、脆化しないためと考えられる。
【００１４】
以上の実験結果から、インヒビター成分を低減した素材では、低歪速度で素材が脆化する温度域において、応力付与を回避することによって、その割れを防止し得ることを新規に知見するに到ったのである。
本発明は、上記知見に立脚するものである。
【００１５】
すなわち、本発明の要旨構成は、次の通りである。
（１）Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：２．０〜８．０ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．００５〜３．００ｍａｓｓ％を含み、かつＡｌを１００ｐｐｍ以下に低減すると共に、Ｎ、ＳおよびＳｅをそれぞれ５０ｐｐｍ以下に低減した成分組成を有する溶鋼を用いて、湾曲型もしくは垂直湾曲型連続鋳造機により、電磁鋼スラブを連続鋳造するに当り、連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過するスラブの表面温度を、８００〜９００℃の温度範囲外に制御することを特徴とする電磁鋼スラブの連続鋳造方法。
【００１６】
（２）上記（１）において、溶鋼が、さらにＮｉ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％のうちから選んだ少なくとも１種を含有する成分組成を有することを特徴とする電磁鋼スラブの連続鋳造方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の各構成要件について、その限定理由を詳しく述べる。
本発明に従って電磁鋼板を製造するに当たり、まず溶鋼成分の限定理由から説明する。
Ｃ：０．０８ｍａｓｓ％以下
Ｃは、０．０８ｍａｓｓ％を超えると、脱炭処理を行っても磁気時効の起こらない５０ｐｐｍ以下に低減することが困難になるため、０．０８ｍａｓｓ％以下に限定する。
【００１８】
Ｓｉ：２．０〜８．０ｍａｓｓ％
Ｓｉは、鋼板の比抵抗を上昇させ、製品板の鉄損を低減させるために２．０ｍａｓｓ％以上必要である。しかし、過剰のＳｉは飽和磁束密度の低下を招き、かつ圧延性を著しく阻害するために８．０ｍａｓｓ％以下に制限する。
【００１９】
Ｍｎ：０．００５〜３．００ｍａｓｓ％
Ｍｎは、熱間加工性を良好にするために必要な元素であるが、０．００５ｍａｓｓ％未満であると効果がなく、一方３．００ｍａｓｓ％を超えると製品板の磁束密度が低下するため、０．００５〜３．００ｍａｓｓ％とする。
【００２０】
Ａｌ：１００ｐｐｍ以下、Ｎ、ＳおよびＳｅをそれぞれ５０ｐｐｍ以下
インヒビター形成元素であるＡｌは１００ｐｐｍ以下に、そしてＮ、ＳおよびＳｅについてもそれぞれ５０ｐｐｍ以下に低減することが、良好に二次再結晶させる上で必須である。かかる成分は極力低減することが磁気特性の観点からは望ましいが、低減するためにコスト高となる場合があることから、上記範囲内で残存させても問題はない。
【００２１】
その他の窒化物形成元素であるＴｉ、Ｎｂ、Ｂ、ＴａおよびＶ等についても、それぞれ５０ｐｐｍ以下に低減することが、鉄損の劣化を防ぎ、かつ良好な加工性を確保する上で有効である。
【００２２】
以上、必須成分および抑制成分について説明したが、本発明では、その他にも以下に述べる成分を適宜含有させることができる。
Ｎｉ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％、Ｓｎ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．００５〜０．５０ｍａｓｓ％およびＣｒ：０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％のうちから選んだ少なくとも１種
すなわち、Ｎｉは、熱延板組織を改善して磁気特性を向上させるために添加することができる。その添加量が０．０１ｍａｓｓ％未満であると、磁気特性の向上量が小さく、一方１．５０ｍａｓｓ％を超えると二次再結晶が不安定になり磁気特性が劣化する。従って、Ｎｉの添加量は、０．０１〜１．５０ｍａｓｓ％とする。
【００２３】
また、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｕ、ＰおよびＣｒはそれぞれ、鉄損の向上に有用な成分であるが、いずれも上記範囲の下限値に満たないと鉄損の向上効果が小さく、一方上限値を超えると二次再結晶粒の発達が抑制される。
【００２４】
次いで、上記成分組成を有する溶鋼を、湾曲型もしくは垂直湾曲型の連続鋳造機を用いた連続鋳造に供して、スラブを製造する。すなわち、湾曲型連続鋳造機とは、溶鋼を流し込む連続鋳造機の鋳型から湾曲が始まり、冷却帯の上から全長の１／４程度までは円弧状に湾曲し、続く冷却帯が直線部からなるものである。また、垂直湾曲型連続鋳造機とは、鋳型から冷却帯のある程度までは垂直（直線状）となっており、続く冷却帯は一度湾曲してから再度直線状となるものである。いずれの形式においても、冷却帯の湾曲部と直線部との接点を矯正点というが、この部分において鋳片に急激な応力が付加されることから、上述の理由により、この矯正点でのスラブの表面温度を８００〜９００℃の範囲外とする必要がある。
【００２５】
ここで、連続鋳造機の冷却帯における矯正点でのスラブの表面温度を８００〜９００℃の範囲外とするには、シミレーション技術を用いて、冷却水の適用場所と水量とを調節する方法や、矯正点におけるスラブ表面温度を放射温度計等により測定し、冷却水のパターンにフィードバックさせる方法などが適している。
【００２６】
かくして製造したスラブは、通常の方法で加熱して熱間圧延するが、鋳造後加熱せずに直ちに熱間圧延してもよい。また、薄鋳片の場合には熱間圧延しても良いし、熱間圧延を省略してそのまま以後の工程に進んでもよい。なお、熱間圧延前のスラブ加熱温度は従来必須であったインヒビターを固溶させるための高温焼鈍を必要としないことから、１２５０℃以下の低温とすることがコストの面で望ましい。
【００２７】
また、必要に応じて熱延板焼鈍を施す。製品板においてゴス組織を高度に発達させるためには、熱延板焼鈍温度は８００℃以上１１００℃以下が好適である。すなわち、熱延板焼鈍温度が８００℃未満であると、熱間圧延でのバンド組織が残留し、整粒の一次再結晶組織を実現することが困難になり、二次再結晶の発達が阻害される。一方、熱延板焼鈍温度が１１００℃を超えると、熱延板焼鈍後の粒径が粗大化しすぎるため、整拉の一次再結晶組織を実現する上で極めて不利となる。
【００２８】
次いで、熱延板焼鈍後、必要に応じて中間焼鈍を挟む１回以上の冷間圧延を施した後、再結晶焼鈍を行う。鋼中成分にＣを含有する場合は、この再結晶焼鈍での雰囲気制御により、脱炭を行ってもよい。また、Ｃを含まない成分系の場合や、この後の仕上焼鈍もしくは平坦化焼鈍で脱炭する場合には、雰囲気を非酸化性として再結晶焼鈍を行ってもよい。
【００２９】
再結晶焼鈍後は、浸珪法によりＳｉ量を増加させる技術を併用してもよい。その後、必要に応じて焼鈍分離剤を適用する。焼鈍分離剤として、方向性電磁鋼板ではＭｇＯが主に用いられているが、これに限らず、シリカやアルミナ等でもよい。また、耐熱無機材料シート（シリカ、アルミナ、マイカ）を用いてもよい。
【００３０】
その後、二次再結晶を発現させるために仕上焼鈍を施す。仕上焼鈍は二次再結晶発現のために８００℃以上で行う必要があるが、二次再結晶を完了させるために８００℃以上の温度で３０時間以上保持することが望ましい。この際、二次再結晶が完了すればよいことから、保持温度は８５０〜９５０℃が望ましく、保持までで仕上焼鈍を終了することも可能である。インヒビターを含まない成分系であるため、１１００℃付近まで温度を上昇して素材を純化させる必要はないが、高温域としても問題はない。
【００３１】
仕上焼鈍後は、平坦化焼鈍を行い形状を矯正することが、鉄損低減のために有効である。電磁鋼板を積層して使用する場合には、鉄損を改善するために、平坦化焼鈍後、鋼板表面に絶縁コーティングを施すことが有効である。絶縁コーティングとしては、良好な打抜き性を確保するために樹脂を含有する有機系コーティングを用いることが望ましいが、溶接性を重視する場合には無機系コーティングを適用することが望ましい。
【００３２】
本発明の電磁鋼板は、硬質の酸化被膜をほとんど有しないために良好な打ち抜き性が確保される。よって、分割用モータコアやＥＩコア等の打ち抜き加工を施す材料にも好適である。
【００３３】
【実施例】
実施例１
Ｃ：２１ｐｐｍ、Ｓｉ：３．４２ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．１２３ｍａｓｓ％、Ａｌ：５０ｐｐｍ、Ｎ：２８ｐｐｍ、Ｓ：４２ｐｐｍおよびＳｅ：１０ｐｐｍを含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の成分組成に成る溶鋼を用いて、湾曲式連続鋳造機による連続鋳造にて鋼スラブを作製した。その際に、鋳片が連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過する、スラブ表面温度を、表１に記載の様に変化させた。表１には目標温度に加えて、放射温度計で測定した実測値を併記してある。また、作製したスラブのかぎ割れを目視で判断し、スラブ長手方向に２０ｍｍ長さ部分における、かぎ割れ個数を調査した。その結果を、表１に併記するように、本発明範囲内の条件においてかぎ割れのない良好な鋼スラブが得られた。
【００３４】
なお、矯正点を通過するスラブ表面温度の制御は、実測したスラブ表面温度を冷却水の水量調節にフィードバックさせることによって行った。
【００３５】
【表１】
2004223605.tif 000002
【００３６】
実施例２
Ｃ：５２０ｐｐｍ、Ｓｉ：３．０１ｍａｓｓ％、Ｍｎ：０．０５５ｍａｓｓ％、Ａｌ：７２ｐｐｍ、Ｎ：１１ｐｐｍ、Ｓ：２２ｐｐｍ、Ｓｂ：０．０３０ｍａｓｓ％およびＣｕ：０．１２ｍａｓｓ％を含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物の成分組成に成る溶鋼を用いて、垂直湾曲式連続鋳造機による連続鋳造法にて鋼スラブを作製した。その際に、鋳片が連続鋳造機の冷却帯の矯正点を通過する、スラブ表面温度を、表２に記載の様に変化させた。ここで、垂直湾曲式連続鋳造機には矯正点が２ヶ所存在するため、最初の矯正点を上部矯正点、後の矯正点を下部矯正点とした。表２には目標温度に加えて放射温度計で測定した実測値を併記してある。また、作製したスラブのかぎ割れを目視で判断し、スラブ長手方向に２０ｍｍ長さ部分における、かぎ割れ個数を調査した。その結果を、表１に併記するように、本発明範囲内の条件においてかぎ割れのない良好な鋼スラブが得られた。
【００３７】
なお、矯正点を通過するスラブ表面温度の制御は、実測したスラブ表面温度を冷却水の水量調節にフィードバックさせることによって行った。
【００３８】
【表２】
2004223605.tif 000003
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、インヒビターを含まない成分系の電磁鋼素材においても、かぎ割れのない良好なスラブを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラブから作製した試験片に高温引張試験を施した際の引張温度と素材の絞りとの関係を示す図である。
【図１】
2004223605.tif 000004