(57)【要約】【課題】  二次再結晶が発現した方向性電磁鋼板を溶接する場合に、板破断を伴うような表面研削処理を施す必要なしに、良好な溶接を実施することができる、方向性電磁鋼板の溶接方法を提供する。【解決手段】  二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板同士を溶接するに際し、上記方向性電磁鋼板の製造過程において鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させることなく、かつ鋼板表面に形成された酸化物層の厚みを 1.0μm 以下とした上で、溶接を施す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板を、連続焼鈍ラインまたは形状矯正ラインに送給するに先立って、該電磁鋼板同士を溶接するに際し、上記方向性電磁鋼板の製造過程において鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させることなく、かつ鋼板表面に形成された酸化物層の厚みを 1.0μm 以下とした上で、溶接を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器や回転機の鉄心材料として好適な方向性電磁鋼板の生産ライン通板時における溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電磁鋼板は、変圧器や回転機の鉄心として用いられる材料である。この電磁鋼板の種類は、無方向性電磁鋼板と方向性電磁鋼板とに大別される。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】
方向性電磁鋼板においては、インヒビターと呼ばれる微細な分散析出物を利用して、仕上焼鈍中にゴス方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位の結晶粒を選択的に二次再結晶させることが一般的な技術として用いられている。このような技術としては、例えば、特許文献１に開示されたAlＮ，MnＳを使用する方法や、特許文献２に開示されたMnＳ，MnSeを使用する方法が、工業的に実用化されている。
【０００４】
また、最近では、インヒビターを用いることなく、Texture Inhibition効果により同様の効果をもたらす技術が、特許文献３などに開示されている。
この技術は、均一な粒径分布が保たれている場合には、ゴス方位粒以外の結晶粒は粒界移動速度の小さい低エネルギー粒界の頻度が大きいため、粒成長が抑制されている状態、いわゆるTexture Inhibition効果の発揮により、粒界移動速度が大きい高エネルギー粒界の頻度が最大であるゴス方位粒の選択的粒成長としての二次再結晶が進行する現象を利用するものである。
【０００５】
いずれの技術も、ゴス方位粒のみを選択的に成長させることで、一方向に優れた磁気特性を有する電磁鋼板を作製する技術である。この効果により、ゴス方位を有する結晶粒は、他の方位を有する結晶粒を蚕食して異常に粒成長する（二次再結晶もしくは異常粒成長と呼ばれる）ため、方向性電磁鋼板の製品板の結晶粒径は数mm〜数cmオーダーの極めて大きな二次再結晶粒となる。
【０００６】
二次再結晶を発現させるためには、通常、高温で長時間の焼鈍を必要とすることから、一般的な二次再結晶焼鈍はコイル状態で箱型焼鈍炉を用いて実施される。その際、鋼板には、コイルの巻き癖が付いて、コイルを展開した後に反りが発生することから、その後に平坦化焼鈍と呼ばれる連続焼鈍を施す必要がある。この連続焼鈍は、コイルが途切れることなく連続的に行うことが、操業的にもコスト的にも望ましいため、複数のコイル同士を溶接して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。
【０００７】
電磁鋼板の溶接方法としては、特許文献４および特許文献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、表面を研削後にシーム溶接する方法等が知られている。
【０００８】
ところで、通常、方向性電磁鋼板の表面には、フォルステライト被膜と呼ばれるグラス被膜が形成されているが、この被膜は絶縁性であるため、コイル同士を溶接するに場合には、溶接に先立って、かかる絶縁被膜を除去するための研削処理が必須である。
なお、かような絶縁被膜がない場合であっても、鋼板の表面に、何らかの酸化物が付着していると溶接性が損なわれることから、溶接前には表面研削処理を行うことが一般的である。
【０００９】
【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９−239650号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したとおり、コイル同士の溶接の前には、溶接強度を確保するために、溶接する箇所の表面に生成したフォルステライト被膜やサブスケール、さび等の酸化物を除去するために研削処理を施している。しかしながら、二次再結晶が発現した鋼板においては、このような表面研削処理が板破断の原因となる問題が顕在化した。板破断が発生すると、ラインの停止を余儀なくされ、復旧に数時間を要するため、生産性が著しく阻害される。従って、かような板破断は極力回避しなければならない問題である。
【００１１】
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、二次再結晶が発現した鋼板を溶接する場合に、板破断を伴うような表面研削処理を施す必要なしに、良好な溶接を実施することができる、方向性電磁鋼板の溶接方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以下、本発明の解明経緯について説明する。
さて、発明者らは、二次再結晶が発現した鋼板の溶接性について検討を行った。工程的にラインを通板する過程においては、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、生産ライン通板の進行方向とライン内のロールは垂直に設置されており、進行方向と曲げの回転軸方向は垂直となっている。溶接部の板破断は、通板方向を変化させるために曲げられる際に発生すると考えられることから、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、繰り返し曲げ回数が数回という値の低い材料をライン通板すると、板破断が生じることを確認している。
そこで、繰り返し曲げ回数に影響を与える要因について鋭意研究を重ねた結果、鋼板表層の酸化層の厚みが大きく影響することが判明した。
【００１３】
以下、本発明を成功に至らしめた実験に基づいて説明する。
＜実験１＞
再結晶焼鈍時の露点を−45〜65℃の範囲で変化させ、鋼板の表層に種々の厚みの内部酸化層を形成させた。ついで、焼鈍分離剤を塗布することなくＮ2 雰囲気中にて 900℃, 50時間の二次再結晶を施した。
その後、二次再結晶が完了した方向性電磁鋼板同士を、シーム溶接機で溶接した。その際、溶接時の突合せは幅：２mmとし、鋼板表面の研削は行っていない。その後、溶接部が中心にくるように幅方向：30mm、圧延方向：280 mmの小片に切り出して、繰り返し曲げ試験に供した。
各条件で３回テストを行い、最も低い繰り返し曲げ回数の値をその条件での繰り返し曲げ回数とした。なお、試験方法は、JIS C 2550記載の方法に準拠した。但し、曲げの大きさは半径：15mmの丸みとした。また、最大曲げ回数は30回とし、それ以上は繰り返し曲げ特性は良好であるとして、実験を打ち切った。さらに、試験片の曲げを行う箇所が溶接部となるように調節した。
【００１４】
図１に、繰り返し曲げ回数と二次再結晶後の表面酸化層厚みとの関係について調べた結果を示す。
同図に示したとおり、表面酸化層厚みが 1.0μm 以下の場合に、繰り返し曲げ回数が多くなることが分かる。すなわち、この場合に溶接が良好に行われたことになる。
【００１５】
表面の酸化層厚みが薄くなるほど溶接性が良好となる理由は、まだ明確に解明されたわけではないが、発明者らは、次のように考えている。
まず、内部酸化層については、鉄の拡散の障壁となるため溶接性を劣化させるものと考えられる。
また、外部酸化層についても、内部酸化層と同様、鉄の拡散の障壁となり、また多少の空気層（すき間）が存在することと相まって溶接性を劣化させるものと考えられる。
本発明は、上記の実験結果に基づいて完成されたものである。
【００１６】
すなわち、本発明は、二次再結晶焼鈍後の方向性電磁鋼板を、連続焼鈍ラインまたは形状矯正ラインに送給するに先立って、該電磁鋼板同士を溶接するに際し、上記方向性電磁鋼板の製造過程において鋼板表面にフォルステライト被膜を形成させることなく、かつ鋼板表面に形成された酸化物層の厚みを 1.0μm 以下とした上で、溶接を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の溶接方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二次再結晶後の方向性電磁鋼板の溶接に際し、板破断の原因となる表面研削処理を行うことなしに鋼板同士を有利に溶接することができ、その結果、その後の連続焼鈍における溶接部の板破断を効果的に排除して、工業的に安定した方向性電磁鋼板の製造を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明では、二次再結晶が発現して結晶粒が粗大化している方向性電磁鋼板を対象とする。というのは、結晶粒が粗大化していない場合もしくは圧延板の場合には、溶接時に研削を行っても研削部が割れることはなく、板破断が生じないからである。
また、本発明では、二次再結晶が発現していて結晶粒が粗大化していれば、その結晶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、Cube方位が発達している二方向性電磁鋼板等のいずれにも適用することができる。なお、結晶粒の粗大化とは、二次再結晶が発現しており結晶粒径が１mm以上の結晶粒が体積比率で90％以上となっていることを意味する。
【００１９】
溶接方法については、特に限定されることはない。しかしながら、生産性の観点からは、溶接速度の速いアーク溶接、シーム溶接およびレーザー溶接等が好適である。
【００２０】
また、二次再結晶板を溶接する時すなわち二次再結晶焼鈍後において、酸化物層の厚みが板厚方向の厚みで 1.0μm 以下とし、かつ電磁鋼板の製造過程においてフォルステライト被膜を形成させないようにする必要がある。
まず、フォルステライト被膜を形成させないようにするためには、焼鈍分離剤にMgＯを使用せず、シリカやアルミナ等を用いるか、もしくは焼鈍分離剤そのものを適用しない。例えば、鋼板間に耐熱無機材料シート（シリカ、アルミナ、マイカ等）を使用すれば良い。
また、酸化物層の厚みすなわち内部酸化層と外部酸化層の合計厚みを 1.0μm 以下とするには、二次再結晶焼鈍以前の各焼鈍を露点：０℃以下の乾燥雰囲気で行うか、湿潤雰囲気で露点を極力低減させることが好適である。
前述したとおり、酸化物は、溶接時においては鉄の拡散の障壁になると考えられるので、鉄の内部に酸化が進行する内部酸化層（SiO2, Fe2SiO4 等）でも、鉄の外部に酸化が進行する外部酸化層（Fe2O3 等）でも同じ性質をそなえると考えられる。
【実施例１】
【００２１】
表１に示す種々の酸化層厚みを有する二次再結晶焼鈍後のフォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板同士（結晶粒径：約20mm）を、シーム溶接により溶接した。溶接時の突合せは幅：２mmとし、鋼板表面の研削は行わなかった。
なお、焼鈍分離剤にアルミナを用いることによりフォルステライト被膜を形成させず、また表面酸化層の厚みは、二次再結晶焼鈍に先立って行った再結晶焼鈍雰囲気の露点を制御することによって調整した。
【００２２】
ついで、溶接部が中心にくるように幅方向：30mm、圧延方向：280 mmの小片に切り出して、繰り返し曲げ試験に供した。
各条件で５回テストを行い、繰り返し曲げ回数はその最低値を採用した。なお、試験方法は、JIS C 2550記載の方法に準拠した。但し、曲げの大きさは半径：15mmの丸みとした。また、最大回数を30回とし、それ以上は繰り返し曲げ特性は良好であるとして、実験を打ち切った。
得られた結果を表１に併記する。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
同表から明らかなように、本発明に従う条件で溶接を行った場合には、良好な繰り返し曲げ特性が得られた。
【００２５】
また、図２には、表１の No.１の発明例と No.９の比較例に示した鋼板を、実際に 900℃、30秒の連続焼鈍に供した際の焼鈍ラインでの板破断の発生状況について調べた結果を示す。
実験は、各鋼板について15回テストを行い、その際の板破断の発生率を測定した。
同図に示したとおり、発明例では板破断が全く発生しなかったのに対し、比較例では、合計２回従って13％の確率で板破断が発生した。
【実施例２】
【００２６】
MgＯを主成分とする焼鈍分離剤を適用するか否かにより、二次再結晶焼鈍後の表面にフォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板およびフォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板を用意し、それぞれ同種の鋼板同士（結晶粒径：約30mm）を、シーム溶接により溶接した。フォルステライト被膜を有しない方向性電磁鋼板の二次再結晶焼鈍後の酸化層厚みは、0.58μm であり、フォルステライト被膜を有する方向性電磁鋼板のフォルステライト被膜厚みは1.78μm であった。溶接時の突合せは幅：２mmとし、鋼板表面の研削は行わなかった。ついで、溶接部が中心にくるように幅方向：30mm、圧延方向：280 mmの小片に切り出し、実施例１と同様な繰り返し曲げ試験に供した。
各条件で５サンプルを試験し、繰り返し曲げ回数はその最低値を採用した。
得られた結果を表２に示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
同表から明らかなように、本発明に従う条件で溶接を行った場合には、良好な繰り返し曲げ特性が得られた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】鋼板の酸化層厚みと繰り返し曲げ回数との関係を示した図である。
【図２】No.１の発明例と No.９の比較例を連続焼鈍に供した際の板破断の発生状況を比較して示した図である。
【図１】
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【図２】
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