(57)【要約】【課題】二次再結晶した電磁鋼板において、溶接前研削部の板破断を起こすことのない溶接前研削方法を提案する。【解決手段】二次再結晶した電磁鋼板を溶接するに先だって表面研削を行うに当たり、その研削の方向をライン通板方向に対して６０度以下の向きに行う。【選択図】　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次再結晶した電磁鋼板を溶接するに先だって表面研削を行うに当たり、その研削の方向をライン通板方向に対して６０度以下の向きに行うことを特徴とする電磁鋼板の溶接前研削方法。
【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として用いられる方向性電磁鋼板の溶接前処理方法に関し、特に二次再結晶した方向性電磁鋼板を連続生産ラインに通板する際の溶接部における板破断のない溶接前研削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
変圧器や回転機の鉄心材料として用いられる電磁鋼板は、大別して無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板とに分けることができる。前者は、鋼板面内の磁気異方性が小さいことから、回転機の鉄心として広く用いられている。一方、後者は、一方向または二方向に優れた磁気特性を有していることから、磁束の曲がりが少ない、大型の変圧器等に使用されている。
【０００３】
後者の方向性電磁鋼板は、一般に、インヒビターと呼ばれる析出物を制御し、仕上焼鈍中に二次再結晶を起こさせることにより製造されている。この技術としては、例えば、特許文献１に記載された、ＡｌＮ，ＭｎＳをインヒビターとして使用する方法、特許文献２に記載された、ＭｎＳ，ＭｎＳｅをインヒビターとして使用する方法などが工業的に実用化されている。さらに、最近では、インヒビターを用いることなく、Ｔｅｘｔｕｒｅ　Ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎにより同様の効果を得る技術が特許文献３などに記載されている。
【０００４】
これらはいずれも、二次再結晶により、ゴス方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位またはキューブ方位と呼ばれる｛１００｝＜００１＞方位を有する粒のみを選択的に成長させることで、一方向または二方向の磁気特性に優れた電磁鋼板を製造する技術である。その結果、方向性電磁鋼板の製品板の粒径は、数ｍｍ〜数十ｍｍオーダーの極めて大きな結晶粒となる。二次再結晶を発現させるためには高温で長時間の焼鈍（仕上焼鈍）を必要とすることから、通常、仕上焼鈍は、箱型焼鈍炉によりコイル状のままで行われる。そのため、焼鈍後の鋼板には、コイルの巻き形状が残り、巻き戻した時に反りが発生することから、仕上焼鈍後、平坦化焼鈍と呼ばれる連続焼鈍を施す必要がある。
【０００５】
この連続焼鈍は、連続的に行うことが操業的にもコスト的にも望ましいことから、焼鈍ラインの入側で、先行コイルの後端と後行コイルの先端とを溶接し、途切れることなく焼鈍を行うことが一般的な方法となっている。電磁鋼板の溶接方法としては、特許文献４および５に記載されているようなレーザービームで溶接する方法や、特許文献６などに記載されているような表面を研削後、シーム溶接する方法等が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特公昭４０−　１５６４４号公報
【特許文献２】特公昭５１−　１３４６９号公報
【特許文献３】特開２０００−１２９３５６号公報
【特許文献４】特開昭５８−１５１９８４号公報
【特許文献５】特開昭５８−１５１９８５号公報
【特許文献６】特開平０９−２３９６５０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記シーム溶接前の研削は、例えば方向性電磁鋼板のように、表面に仕上焼鈍で生成したフォルステライトのようなガラス質の絶縁被膜が存在する場合には、その絶縁被膜を除去するために必須の工程である。また、絶縁被膜がない場合でも、鋼板表面にサブスケールや錆等の酸化物やその他の付着物が存在していると、溶接性が損なわれ溶接強度を確保できないことから、溶接前の研削は一般的に行われている。しかしながら、二次再結晶した電磁鋼板は、巨大結晶粒であることに起因して鋼板自体の靭性が低いこともあり、この研削部において板破断が発生し易いという問題があった。板破断が発生すると、ラインが停止して復旧に数時間を要するため、生産性を著しく阻害することから、極力回避しなければならない問題である。
【０００８】
本発明の目的は、二次再結晶が発現した電磁鋼板においても、溶接前の研削部における板破断のない溶接前研削方法を提案することにより、溶接部における板破断を効果的に防止し、連続生産ラインの操業の安定化を図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、二次再結晶した電磁鋼板の溶接部における板破断の原因について検討を重ねた。その結果、溶接部の板破断は、溶接前の研削条件が板破断に大きく影響しており、特に研削する方向を限定することで板破断を効果的に防止できることを新たに見出し、本発明を完成するに至った。
【００１０】
すなわち、本発明は、二次再結晶した電磁鋼板を溶接するに先だって表面研削を行うに当たり、その研削の方向をライン通板方向に対して６０度以下の向きに行うことを特徴とする電磁鋼板の溶接前研削方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の開発の契機となった実験について説明する。
＜実験１＞
二次再結晶が完了している平坦化焼鈍前の方向性電磁鋼板を用いてシーム溶接し、溶接部の曲げ特性を調査した。シーム溶接を行うに当たり、鋼板溶接部の事前処理として表面研削を施したものと研削しないものを用いた。この際、研削を施したものは、溶接方向と並行（ライン通板方向と垂直）に回転砥石で研削して鋼板表面のフォルステライトを除去した状態とし、研削しないものは、エメリー紙で研磨してフォルステライトを除去した後、硝酸で酸洗し、研磨傷が残らない状態に仕上げた。また、シーム溶接の条件は、重ね合せ代は幅２ｍｍとし、研削部位は板端部から１０ｍｍまでとした。溶接後の試験片からは、溶接部が中心に来るようにして、図２（ａ）に示すような幅方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍの小片（曲げ試験片）を切り出し、ＪＩＳ　Ｃ２５５０に記載の方法に準拠し、繰り返し曲げ試験を行い、割れに至るまでの曲げ回数を調べた。この際、曲げ半径は１５ｍｍとし、曲げを受ける箇所に溶接部がくるように調節した。ただし、繰り返し曲げ回数が３０回を超える場合は、曲げ性は良好と判断し、それ以上の繰り返し曲げは行わなかった。なお、この実験１における上記研削方向は、繰り返し曲げの回転軸方向と平行な方向に相当する。
上記実験の結果を図１に示す。この図から、研削を行った場合には、繰り返し曲げ特性が著しく劣化することがわかる。
【００１２】
＜実験２＞
次に、研削方向と繰り返し曲げ特性との関係を調査するために、研削方向を種々に変化させた試験片をシーム溶接し、図２（ｂ）に示すような小片（曲げ試験片）を切り出し、実験１と同様の方法で、溶接部の繰り返し曲げ特牲を調査した。同条件の試験数（ｎ）は３とし、その最低値を繰り返し曲げ回数とした。その結果を図３に示す。この結果から、研削方向と曲げの回転軸方向の角度が大きいほど、すなわち、研削方向とライン通板方向とのなす角度θが小さい程、繰り返し曲げ特性が良好となることがわかる。
【００１３】
研削方向と曲げの回転軸方向の角度が大きいほど（研削方向とライン通板方向とのなす角度θが小さい程）繰り返し曲げ特性が良好となる理由は、次のように考えている。すなわち、鋼板表面に研削を施すことは、表面に小さな溝状の疵を導入することと同じ結果となる。一方、繰り返し曲げ試験を行うと、試験片の表面には、曲げの回転軸方向と垂直な方向に、引張もしくは圧縮の応力が発生する。そのため、研削によって発生した溝が、曲げの回転軸方向と平行に近い場合（θが大きい場合）には、この溝の凹部に応力が集中し、この応力集中により鋼板に亀裂が入り、繰り返し曲げ特性が劣化するものと考えられる。すなわち、溶接部における板破断は、溶接自体の問題ではなく、溶接部およびその近傍を研削することで、板に溝ができることが問題であると推測される。
【００１４】
また、板破断と繰り返し曲げ特性との関係については、連続生産ラインに鋼板を通板する場合には、ロールを介して通板方向を変えることが一般的である。また、通常の場合、生産ライン内のロールは、ラインの通板方向と垂直に設置されており、板の進行方向と板がロールによる曲げの回転軸方向とは垂直となっている。板破断は、通板方向を変える際に発生することから、繰り返し曲げ特性ときわめて強い相関があると考えられる。実際に、繰り返し曲げ回数が数回の材料をライン通板して板破断が起こることを確認している。
【００１５】
次に、本発明の構成要件の限定理由について述べる。
本発明における電磁鋼板は、二次再結晶が発現し、粒径が粗大化しているものを対象とする。二次再結晶が発現しており、粒径が粗大化していれば、その粒の方位は不問であり、いわゆるゴス方位が発達している方向性電磁鋼板や、キューブ方位が発達している二方向性電磁鋼板等が適用される。一方、粒径が粗大化していない場合は、結晶粒界が多数存在するため、鋼板本来の靭性は比較的大きく、また、研削により発生した溝への応力集中も緩和されるため、板破断は発生しないと考えられる。同じ理由により、二次再結晶する前の段階における溶接では、通常の溶接方法を採用することができる。
【００１６】
溶接方法については、特に限定しない。生産性の観点からは、溶接速度の速いシーム溶接、アーク溶接およびレーザー溶接等が望ましい。
【００１７】
研削方向は、上述の理由により、通板方向となす角度θが６０度以下であることが必須である。すなわち、連続生産ラインにおいては、鋼板の曲げは、ライン内のロールを介して過板方向が変化するときに発生するが、通常、ロールは通板方向と垂直に設置されていることが一般的であることから、溶接前の研削方向は生産ライン通板の進行方向との成す角度θは小さい程好ましく、６０度以下とし、好ましくは４０度以下とする。
【００１８】
また、研削を行う幅は、重ね合せ代＋（５〜１５）ｍｍ程度であればよい。なお、研削を回転砥石で行う場合、研削方向を、ライン通板方向に対し６０度以内にすることは、砥石と鋼板との接触面積が小さくなり、研削幅の低下を招く。この対策としては、回転砥石の厚みを増したり、２連としたり、または砥石径を大きくしたりすることにより解決することができる。
【００１９】
なお、本発明では、適用対象材として、二次再結晶後の方向性電磁鋼板に限定しているが、例えば高炭素鋼等の比較的脆性を起こし易い材料の溶接に適用することができることは勿論である。
【００２０】
【実施例】
＜実施例１＞
仕上焼鈍により二次再結晶した平均結晶粒径が約２０ｍｍの一方向性電磁鋼板を、平坦化焼鈍ライン入側のシーム溶接機を用いて溶接を行った。溶接の際の研削方向とライン通板方向との成す角θを、表１に記載の条件で行った。シーム溶接の重ね合せ代は幅２ｍｍとし、研削部位は板端部から１５ｍｍとした。溶接後、溶接部が中心に来るように幅方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍの試験片を切り出し、上述した実験１と同様、ＪＩＳ　Ｃ２５５０記載の方法に準拠して繰り返し曲げ試験を行った。ただし、曲げ半径は、１５ｍｍの丸みとした。各条件とも、１０サンプルを試験し、その最低値を繰り返し曲げ回数として採用した。また、曲げ回数３０回以上は、曲げ特性が良好と判断し、それ以上の曲げ試験は行わなかった。結果を表１に併記した。同表から明らかなように、本発明の条件においては、良好な繰り返し曲げ特性が得られている。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
＜実施例２＞
仕上焼鈍により二次再結晶した平均結晶粒径が約１３ｍｍの二方向性電磁鋼板を、平坦化焼鈍ライン入側のシーム溶接機を用いて溶接を行った。溶接の際の研削方向とライン通板方向との成す角θを、表２に記載の条件で行った。シーム溶接の重ね合せ代は幅２ｍｍとし、研削部位は板端部から１０ｍｍとした。溶接後、溶接部が中心に来るように幅方向３０ｍｍ×圧延方向２８０ｍｍの試験片を切り出し、上述した実験１と同様、ＪＩＳ　Ｃ２５５０記載の方法に準拠して繰り返し曲げ試験を行った。ただし、曲げ半径は、１５ｍｍの丸みとした。各条件とも、１０サンプルを試験し、その最低値を繰り返し曲げ回数として採用した。また、曲げ回数３０回以上は、曲げ特性が良好と判断し、それ以上の曲げ試験は行わなかった。結果を表２に併記した。同表から明らかなように、本発明の条件においては、良好な繰り返し曲げ特性が得られている。
【００２３】
【表２】
2004136424.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、二次再結晶後の電磁鋼板における溶接部の板破断を効果的に排除することができるので、工業的に安定して電磁鋼板を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶接前における鋼板表面の研削有無と繰返し曲げ回数との関係を示す図である。
【図２】繰り返し曲げ試験片で、（ａ）は、研削方向と曲げ回転軸が平行な場合、（ｂ）は、研削方向と曲げ回転軸が平行でない場合を模式的に示す図である。
【図３】溶接前の研削方向と通板方向とのなす角度が繰返し曲げ回数に及ぼす影響を示す図である。
【符号の説明】
１．繰り返し曲げ試験片
２．研削部
３．重ね合せ代
４．溶接ライン
【図１】
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【図２】
2004136424.tif 000006
【図３】
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