(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップの各表面に脱炭フェライト単相及びオーステナイト相を有する熱間処理されたストリップを用意し、
ここで該ストリップは、２．５〜４．５質量％の珪素、０．１〜１．２質量％のクロム、０．０５０質量％未満の炭素、０．００５質量％未満のアルミニウム、０．１質量％までの硫黄、０．１４質量％までのセレン、０．０１〜１質量％のマンガン及び残部が鉄及び不可避的不純物からなり、
又該ストリップは、式１により計算される体積抵抗率（ρ）が少なくとも４５μΩ-ｃｍであり、及び式２により計算される１１５０℃でのオーステナイト体積分率（γ）が少なくとも２．５％であり、さらに
該各脱炭フェライト単相は熱間処理されたストリップの全厚さの少なくとも１０％の厚さを有し、
ここに、該式１及び式２は次のとおりであり、
（式１）：
ρ＝１３＋６．２５（％Ｍｎ）＋１０．５２（％Ｓｉ）＋１１．８２（％Ａｌ）＋
６．５（％Ｃｒ）＋１４（％Ｐ）
（式２）：
γ１１５０℃＝６４．８−２３（％Ｓｉ）＋５．０６（％Ｃｒ＋％Ｎｉ＋％Ｃｕ）＋
６９４（％Ｃ）＋３４７（％Ｎ)
次いで、該ストリップを中間厚さに冷間圧延し、
冷間圧延されたストリップを焼鈍し、
焼鈍されたストリップを最終厚さに冷間圧延し、
冷間圧延されたストリップを磁気時効を抑止するのに十分に脱炭焼鈍し、
焼鈍されたストリップの少なくとも一表面を焼鈍分離剤で被覆し、そして被覆されたストリップを最終焼鈍して２次結晶粒成長を行わせ、それにより少なくとも１７８０の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率を与える、
工程を包含する、方向性珪素鋼の製造方法。
【請求項２】
各表面における前記脱炭フェライト単相が熱間処理されたストリップの全厚さの１５〜４０％の厚さを有する請求項１記載の方法。
【請求項３】
最終厚さへの冷間圧延の前のストリップのミクロ構造が、１容量％未満のマルテンサイト及び／又は残留オーステナイトを有するフェライトマトリックス中に微細な鉄炭化物析出物を含有するものである請求項１記載の方法。
【請求項４】
最終厚さへの冷間圧延の前の焼鈍されたストリップを、毎秒当たり１０℃を越えない速度で６５０℃に冷却し、その後毎秒当たり少なくとも２３℃の速度で３１５℃に冷却する請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ストリップを中間厚さに冷間圧延する前に、７５０〜１１５０℃の温度で１０分までの時間焼鈍し、該ストリップを５００℃未満の温度に緩慢に冷却する請求項１記載の方法。
【請求項６】
最終厚さへの冷間圧延の前のストリップのミクロ構造が、１容量％未満のマルテンサイト及び／又は残留オーステナイトを有するフェライトマトリックス中に微細な鉄炭化物析出物を含有するものであり、且つ最終厚さへの冷間圧延の前のストリップが少なくとも０．０１０質量％の炭素を有する請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記体積抵抗率が少なくとも５０μΩ-ｃｍである請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記炭素が０．０３質量以下であり、オーステナイト体積分率が１０．０％以下である請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記クロムが０．２〜０．６質量％である請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記マンガンが０．０５〜０．０７質量％であり、前記硫黄が０．０２〜０．０３質量％である請求項１記載の方法。
【請求項１１】
前記ストリップが最終ストリップ厚さへの冷間圧延の前に、少なくとも８００℃の温度で少なくとも５秒間、中間焼鈍される請求項１記載の方法。
【請求項１２】
前記ストリップが最終ストリップ厚さへの冷間圧延の後に、少なくとも８００℃の温度で少なくとも５秒間、脱炭焼鈍される請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記ストリップが前記最終焼鈍の工程において少なくとも１１００℃の温度で少なくとも５秒間、焼鈍される請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間処理されたストリップから、少なくとも２段の冷間圧延を行って方向性珪素鋼を製造する方法に関する。特に、この熱間処理されたストリップは、２．５〜４．５質量％の珪素、０．１〜１．２質量％のクロム、０．０５０質量％未満の炭素、０．００５質量％未満のアルミニウムを含有し、該ストリップは、少なくとも４５μΩ-ｃｍの体積抵抗率（後記する式２により計算される）を有し、該ストリップ中に少なくとも２．５％体積分率（γ１１５０℃）（後記する式１により計算される）のオーステナイトが存在し、且つ該ストリップの各表面がその全厚さの少なくとも１０％の厚さを有する脱炭フェライト単相を有する。
【０００２】
【従来の技術】
珪素鋼は広範には２つの分類に特徴づけられる。無方向性珪素鋼は、全ての方向に均一に近い磁気特性を持つことで特徴づけられるシートを与えるように作られる。これらの鋼は鉄、スチールシートに高い比電気抵抗を与え、それにより鉄損を小さくするために、珪素及び／又はアルミニウムを含有している。
また、無方向性珪素鋼はマンガン、燐及び当該技術で通常知られている他の元素も含有し、磁化中に生じる鉄損を小さくする高い体積抵抗率を与える。
【０００３】
方向性珪素鋼は、優先的な結晶粒配向性の発達により、高い体積抵抗率及び高い方向磁性を有するシートを与えるように作られる。方向性珪素鋼は、発現した磁性のレベル、使用された結晶粒成長抑制剤及び所望の磁性を与える処理工程によりさらに区別される。普通（慣用）の方向性珪素鋼は、高い体積抵抗率を与えるために珪素を含有し、且つ少なくとも１７８０の７９６Ａ／ｍで測定した透磁率を有する。高透磁率の方向性珪素鋼は高い体積抵抗率を与えるために珪素を含有し、且つ少なくとも１８８０の７９６Ａ／ｍで測定した透磁率を有する。商業的に製造されている珪素含有方向性珪素鋼の体積抵抗率は４５〜５０μΩ-ｃｍの範囲であり、２．９５質量％〜３．４５質量％の珪素を鉄及び用いられた溶融及びスチール製造過程に付随する他の不純物とともに含有する。また、珪素の使用の増加は、処理中に少量だが必要なオーステナイトを維持するために多くの炭素を必要とすることも知られている。しかしながら、組成のこれらの変化は、高い珪素及び炭素レベルによりもたれされる大きな脆性により、ストリップの機械的性質を悪くし、処理工程での物理的困難性を増すこととなる。
【０００４】
また、普通の方向性珪素鋼は典型的には、１次結晶粒成長抑制剤として付加的にマンガン及び硫黄（それに多分セレンも）を含有する。アルミニウム、アンチモン、硼素、銅、窒素などの他の元素はしばしば存在しており、結晶粒成長抑制のために硫化及び／又はセレン化マンガン抑制剤を補充することもできる。
【０００５】
普通の方向性珪素鋼は、通常フォルステライトと言われるミルガラスフィルム又はミルガラスフィルムの場所に又はその上に塗布される通常２次被覆と言われる絶縁被覆を有し、或いはパンチング工程用に設定された２次被覆を有することもできる。過剰なダイ磨耗をさけるためにミルガラス被覆のない積層が望まれる。一般に、酸化マグネシウムは高温最終焼鈍の前にスチールの表面に塗布される。これは主に焼鈍分離剤として役立つが、これらの被覆はまた、高温最終焼鈍中に２次結晶粒成長の発達及び安定性に影響し、スチールにフォルステライト（又はミルガラス）被覆を形成させるために反応し、そして焼鈍中にスチールの脱硫が行われる。
【０００６】
高度のキューブオンエッジ配向を得るためには、材料が最終焼鈍の高温部分の前に、所望の配向性を有する再結晶粒子の構造を有していなければならず、最終焼鈍において２次結晶粒成長が起こるまで１次結晶粒成長を抑制するために、結晶粒成長抑制剤を有していなければならない。珪素鋼の磁性の発達における大変重要なことは、２次結晶粒成長の強さと完全性である。これは２つの要因に依存する。第１には、５３５〜９２５℃の温度で１次結晶粒成長を抑制しうる硫化マンガン（又は他の）抑制剤粒子の細かな分散が必要である。第２には、スチールの及びスチールの表面層及び表面に近い層の粒子構造及び組織が２次結晶粒成長に適する状態でなければならない。表面に近い層は炭素がなくなっており、単相すなわち脱炭フェライト単相のミクロ構造をしている。この区域は、この技術分野においては表面脱炭層などと、又別には、同形表面層と多形内面層（フェライト及びオーステナイト又はその分解生成物の混合相）との間の境界と定義される。数々の技術文献に、脱炭フェライト単相の役割が報告されており、それによると、活発な成長を維持し且つ最終焼鈍方向性珪素鋼に高度のキューブオンエッジ配向をもたらす可能性を有するキューブオンエッジ２次粒子核が、脱炭フェライト単相内に又は脱炭フェライト単相と多形シート内層の間の境界の近くに位置すると示されている。２次結晶粒成長を開始させるための十分に望ましい条件を有するキューブオンエッジ核は、１次結晶粒のまだ完全でない配向性マトリックスを消費して２次結晶粒を成長させる。
【０００７】
普通の方向性珪素鋼は一般に、所望の磁性を達成するために１又はそれ以上の冷間圧延を用いて製造される。２段の冷間圧延を用いる普通の方向性珪素鋼の代表的な製造方法はここに参考として掲記される米国特許第5,061,326号に教示されている。米国特許第5,061,326号は方向性珪素鋼の鉄損を改良するために高いレベルの珪素を使用することを開示している。このような添加は主に材料の脆性を増加させ、物理的性質の劣悪化及び処理工程での多くの困難性をもたらす。
【０００８】
一段冷間圧延を使用してスチールの体積抵抗率の増加によりなされる、低鉄損の方向性珪素鋼を製造することが望まれている。ここに参考として掲記される米国特許第5,421,911号は、未結合のマンガン及び０．０３０質量％以下の錫のレベルを与える組成物、出発ストリップの焼鈍、焼鈍後かつ冷間圧延前での０．０２５質量％の炭素レベル、焼鈍後かつ冷間圧延前での７％超のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）、および硫黄含有焼鈍分離剤の使用を包含する他のプロセス要件が満足されるならば、クロムは一段冷間圧延を用いて造られる方向性珪素鋼への有用な添加物であることを開示している。
【０００９】
従って、結晶粒成長抑制剤、及び均一で且つ一定した磁性を有する方向性珪素鋼の製造に本質的な適当なミクロ構造及び組織を与えるための処理、及び合金組成物の調節が必要であると長く望まれていた。また、方向性珪素鋼に珪素に代えて又は珪素と共に多くのクロムを添加して高レベルの体積抵抗率及び高度のキューブオンエッジ配向を有する方向性珪素鋼を提供する必要性が長く望まれていた。また、安定な２次結晶粒成長を有する方向性珪素鋼を提供する必要性が長く望まれていた。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の主たる目的は、少なくとも２段の冷間圧延を使用して処理され、結果として改良された磁性を有するスチールとなる、珪素、クロム及び好適な抑制剤を含有する組成の方向性珪素鋼を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は、均一で且つ一定した磁性を与えるための少なくとも２段の冷間圧延を有する、珪素、クロム及び好適な抑制剤を含有する組成物を有する方向性珪素鋼を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、珪素、クロム及び好適な抑制剤を含有する組成物、少なくとも２段の冷間圧延、方向性珪素鋼に珪素に代えて又は珪素と共に多くのクロムを添加して高レベルの体積抵抗率、および及び高度のキューブオンエッジを有する方向性珪素鋼を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、珪素、クロム及び好適な抑制剤を含有する組成物、少なくとも２段の冷間圧延、均一で且つ一定した磁性を有する方向性珪素鋼の製造に好適なミクロ構造及び組織を有する方向性珪素鋼を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも１７８０の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率を有することを特徴とする、優れた機械的性質及び磁性を有する方向性珪素鋼の製造方法を提供するものである。熱間処理されたストリップは、２．５〜４．５質量％の珪素、０．１〜１．２質量％のクロム、０．０５０質量％未満の炭素、０．００５質量％未満のアルミニウム、０．１質量％までの硫黄、０．１４質量％までのセレン、０．０１〜１質量％のマンガン及び残部が鉄及び他の不可避的不純物を含有する。熱間処理されたストリップは、冷間圧延前のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）が少なくとも２．５％であり、熱間処理されたストリップの各表面が熱間処理された全厚さの少なくとも１０％の厚さの脱炭フェライト単相を有し、少なくとも４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率、少なくとも０．０１０％の炭素を含有する。
このストリップは中間の厚さに冷間圧延され、焼鈍され、最終厚さに冷間圧延され、そして該ストリップが磁気時効を抑止するように脱炭される。脱炭されたストリップはついでその少なくとも一表面が焼鈍分離剤で被覆され、２次結晶粒成長させるために最終焼鈍される。珪素鋼は少なくとも１７８０の７９６Ａ／ｍで測定された透磁率を有する。
【００１５】
本発明の他の特徴は、前記脱炭フェライト単相が熱間処理されたストリップの全厚さの１５〜４０％の厚さを有することである。
本発明の他の特徴は、前記ストリップが最終厚さに冷間圧延される前に７５０〜１１５０℃の温度で焼鈍され、その後緩慢に６５０℃以下に冷却されることである。
本発明の他の特徴は、最終厚さに冷間圧延する前に前記焼鈍されたストリップは、少なくとも０．０１０質量％の炭素を有することである。
本発明の他の特徴は、最終厚さに冷間圧延する前の前記焼鈍されたストリップ中の炭素が０．０３質量％より多くないことである。
本発明の他の特徴は、前記クロムが０．２〜０．６質量％であることである。
本発明の他の特徴は、最終ストリップ厚さに冷間圧延する前に少なくとも８００℃の温度でストリップが焼鈍されることである。
本発明の他の特徴は、少なくとも１１００℃の温度でストリップが最終焼鈍されることである。
本発明の他の特徴は、前記熱間処理されたストリップが１．７〜３．０ｍｍの厚さを有するであることである。
【００１６】
本発明の利点としては、従来技術の高珪素方向性珪素鋼において問題であった物理的性質及び加工性の低下をさせずに、非常に高い体積抵抗率を有するクロム−珪素方向性珪素鋼ができることである。他の利点は約５０μΩ−ｃｍの体積抵抗率を有する珪素鋼の製造が可能なことである。他の利点は、処理中でのストリップ破壊に対し大きな耐性を有し、優れた靭性を与える改良された機械的特性を有する珪素鋼にある。他の利点は、珪素、マンガン、硫黄及び／又はセレンを有し、それによって熱間処理される前の再加熱中に硫化物又はセレン化物の溶解を容易にする珪素鋼にある。
上記の及び他の本発明の目的、特徴及び利点は、詳細な説明及び添付図面を考慮すれば明らかとなろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明は優れた機械的性質及び磁性を有する方向性珪素鋼を提供するものである。約１．５〜４．０ｍｍの厚さを有する熱間処理されたストリップは、２．５〜４．５質量％の珪素、０．１〜１．２質量％のクロム、０．０５０質量％未満の炭素、０．００５質量％未満のアルミニウム、０．１質量％までの硫黄、０．１４質量％までのセレン、０．０１〜１質量％のマンガン及び残部が鉄及び不可避的不純物である他の元素からなる組成物を含有するものから提供される。本願での合金組成パーセントは、特記しないかぎり、質量％（ｗｔ％）である。熱間処理されたストリップは、冷間圧延前のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）が少なくとも２．５％であり、熱間処理されたストリップの各表面が熱間処理された全厚さの少なくとも１０％の厚さの脱炭フェライト単相を有し、少なくとも４５μΩ−ｃｍの体積抵抗率、少なくとも０．０１０質量％の炭素を含有する。熱間処理されたストリップは中間厚さに冷間圧延され、焼鈍され、好ましくは０．１５〜０．５０ｍｍの最終ストリップ厚さに冷間圧延され、そして０．００３質量％未満の炭素に脱炭される。ついで、脱炭されたストリップはその少なくとも一表面を焼鈍分離剤で被覆し、最終焼鈍されて、２次結晶粒成長をさせる。最終焼鈍後のストリップは磁気的時効がないように、スチールは０．００３質量％未満の炭素に脱炭される。本発明のクロム−珪素方向性珪素鋼は、高い体積抵抗率、非常に安定な２次結晶粒成長、優れた磁性、及び処理中のストリップの大きな耐破壊性及び優れた靭性を与える改良された機械的特性を有する。
【００１８】
本発明の出発スチールは熱間処理されたストリップから造られる。「熱間処理されたストリップ」とは、鉄、珪素、クロム及び好適な抑制剤を含有する溶融組成物を使用して、インゴット鋳造、厚いスラブ鋳造、薄いスラブ鋳造、ストリップ鋳造、又はコンパクトストリップ法（ＣＳＰ）のような方法を用いて製造された連続長さのストリップを意味すると理解される。
【００１９】
方向性珪素鋼は伝統的に、製造された材料の磁気品質への影響のために、マンガン、硫黄、クロム、窒素及びチタンの組成の制限を考慮した炭素−珪素−鉄３元系組成物である。本発明の発見は、クロム−珪素標準方向性珪素鋼の成功的な製造を可能にしたスチールストリップのミクロ構造特性における炭素、珪素及びクロムの効果を研究した結果であった。本発明は高い品質のキューブオンエッジ方向性及び４５μΩ−ｃｍを越える体積抵抗率を有する方向性珪素鋼を製造し、それにより０．００５％未満のアルミニウム及び少なくとも２段の冷間圧延を使用して鉄損を低下させる方法を提供するものである。式１は合金の体積抵抗率（ρ）における鉄への種々の添加物の効果を示すものである：
（１）ρ＝１３＋６．２５（％Ｍｎ）＋１０．５２（％Ｓｉ）＋１１．８２（％Ａｌ）＋          ６．５（％Ｃｒ）＋１４（％Ｐ）
式中、ρはμΩ−ｃｍ単位での合金の体積抵抗率であり、Ｍｎ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ及びＰはそれぞれ方向性珪素鋼の化学組成を構成するマンガン、珪素、アルミニウム、クロム及び燐の割合である。商業的に製造された方向性珪素−鉄珪素鋼の体積抵抗率は４５〜５１μΩ−ｃｍの範囲であり、２．９５〜３．４５質量％の珪素及び溶融及びスチール製造中に付随される他の不純物を含有する。体積抵抗率の高い材料は長い間望まれていたが、従来の方法は典型的には合金中の珪素の割合を対応して増加することによるものであった。当該技術で示されているように、珪素の割合を増加することは対応して炭素の割合の増加も必要とする。珪素及び炭素の高い割合は、珪素鋼の物理的性質を劣化させ、主に脆性を増加させ、また脱炭焼鈍工程中に炭素を完全に除去する際の困難性を増加させる。珪素及び炭素の割合を増加することはまた、活発な２次結晶粒成長に必要なミクロ構造特性に害であることが判った。本発明の重要な特徴は、珪素及び炭素の組成が冷間圧延の前にストリップに生じる表面脱炭フェライト単相の厚さを変えるということである。
【００２０】
２段以上の冷間圧延を使用して方向性珪素鋼を製造する従来の方法においては、クロムは所望のキューブオンエッジ組織の発達を妨げることが判った。本発明においては、クロムはまた、それが処理中のオーステナイト形成及び炭素損失に及ぼす影響のために、脱炭フェライト単相の薄化を生じさせることが判った。この従来認識されなかった変化は２次結晶粒成長の活発化及び安定性に逆の影響を与えることが判った。
【００２１】
不安定な２次結晶粒成長は、結晶粒成長抑制剤の品質、出発ストリップのミクロ構造の質又は特定の方法に関する合金組成物中の他の元素などの他、数々の理由のために、方向性珪素鋼の製造者を悩ます問題である。例えば、硫黄に結合していない過剰のマンガンの割合及び／又はオーステナイトの量は、米国特許第5,421,911号に開示された１段冷間圧延法を使用した２次結晶粒成長の安定性に強く寄与する。本発明の重要な特徴は、所望の２次結晶粒成長の安定性及びキューブオンエッジ組織発達が表面脱炭フェライト単相の厚さ及び冷間圧延前に与えられるオーステナイトの量に関係しているということである。
【００２２】
本発明の好ましい組成物は、２．９〜３．８質量％の珪素、０．２〜０．７質量％のクロム、０．０１５〜０．０３０質量％の炭素、０．００５質量％未満のアルミニウム、０．０１０質量％未満の窒素、０．０５〜０．０７質量％のマンガン、０．０２０〜０．０３０質量％の硫黄、０．０１５〜０．０５質量％のセレン及び０．０６質量％未満の錫を含有する。より好ましい組成物は３．１〜３．５質量％の珪素を含有する。珪素は主に高い体積抵抗率を与えることにより鉄損を改良するために添加される。なお、珪素はフェライトの形成及び／又は安定性を促進し、オーステナイトの体積分率（γ１１５０℃）に影響を与える主な元素の一つである。高含量珪素は磁気品質の改良には望ましいが、その効果は所望の相バランス、ミクロ構造特性及び機械的性質を維持するために考慮されねばならない。
【００２３】
本発明の方向性珪素鋼は０．１０〜１．２質量％、好ましくは０．２〜０．７質量％、より好ましくは０．３〜０．５質量％の範囲のクロム含量を有することができる。クロムは主に高い体積抵抗率を与えることにより鉄損を改良するために添加される。１．２質量％未満の組成物においては、クロムはオーステナイトの形成及び安定性を促進し、オーステナイトの体積分率（γ１１５０℃）に影響を与える。より高い量のクロムは脱炭の容易さに逆の影響を与える。高いクロムは磁性の改良に望ましいが、その効果は所望の相バランス及びミクロ構造特性を維持するために考慮されねばならない。
【００２４】
本発明の方向性珪素鋼は、炭素、及び／又はオーステナイトを促進し及び／又は安定にし、処理中の相バランスの維持に使用される銅、ニッケルなどの他の添加物を含有する。熱間処理されたストリップに存在する炭素の量は、出発ストリップが、即ち冷間圧延前に、０．０１０〜０．０５０質量％、好ましくは０．０１５〜０．０３０、より好ましくは０．０１５〜０．０２５質量％の炭素を有するのに十分な量である。中間の厚さに冷間圧延する直前に０．０１０未満の炭素の低い割合は、２次再結晶が不安定となり且つキューブオンエッジ方向性の質を損なうので望ましくない。０．０５０質量％を越える炭素の高い割合は、脱炭フェライト単相を薄化させることになって２次結晶粒成長を弱めて低い質のキューブオンエッジを与え、そして磁気時効を抑止するために最終ストリップ中の炭素を０．００３質量％未満にすることを困難にするので望ましくない。
【００２５】
本発明に到る以前は、熱間処理されたストリップが中間厚さに冷間圧延される前に、酸化雰囲気中で１５〜３０秒間焼鈍された後に、０．０１０質量％までの炭素損失が観察されており、そして多くの場合焼鈍中の炭素損失は適当に厚い脱炭フェライト単相の発達に必須であった。しかしながら、中間のストリップ厚さに冷間圧延する前の焼鈍中の過剰の炭素の除去は不適当な相バランス及びミクロ構造を生じさせ、つづく処理においてこれらの損失を補償するために、熱間処理されたストリップ中の炭素組成を高める必要がある。本発明においては、脱炭焼鈍中に除去する必要のある炭素量は非常に減少される。
【００２６】
マンガンは０．０１〜０．１５質量％、好ましくは０．０４〜０．０８質量％、より好ましくは０．０５〜０．０７質量％の量で本発明のスチールに存在する。インゴット又は連続鋳造スラブであるスチール溶融及び鋳造の慣用法を本発明による処理のための出発ストリップの製造に使用する場合は、過剰のマンガン、即ち硫化マンガン又はセレン化マンガンとして結合していないマンガンが少ないものは、熱間圧延前のスラブの再加熱中に硫化マンガンの溶解が容易になるので有利である。
【００２７】
硫黄及びセレンはマンガンと結合させ、１次結晶粒成長抑制に必要な硫化マンガン及び／又はセレン化マンガン析出物を形成させるために、溶融物に添加される。硫黄を単独で使用する場合は、０．００６〜０．０６質量％，好ましくは０．０２０〜０．０３０質量％の量で存在するであろう。セレンを単独で使用する場合は、０．０１０〜０．１４質量％、好ましくは０．０１５〜０．０５質量％の量で存在するであろう。硫黄とセレンを組み合わせて使用することができる。
【００２８】
酸可溶性アルミニウムは、安定な２次結晶粒成長を与えるために、本発明のスチール中に０．００５質量％未満，好ましくは０．００１５未満に維持される。アルミニウムはスチール溶融物中の溶解酸素の量の調節を助けるが、可溶性アルミニウムの割合は上限以下に維持すべきである。
【００２９】
また、スチールは、アンチモン、ひ素、ビスマス、銅、モリブデン、ニッケル、燐などの他の元素を、故意の添加物として或いは残存元素、即ちスチール製造からの不純物として含有することができる。これらの元素はオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）及び／又は２次結晶粒成長の安定性に影響を与えることができる。
【００３０】
珪素、クロム及び好適な抑制剤の量は、スチール製造法に付随する他の元素と共に、冷間圧延の前に出発ストリップ中のオーステナイトの少ないが必要な量を与えながら、適当に厚い脱炭フェライト単相を得るために、特定されねばならないことが本発明において見出された。下記式（２）はSadayariらの刊行物、川崎製鉄技報第２１巻、第３号、９３〜９８頁（1989年）“Development of Grain Oriented Si-Steel Sheets with Low Iron Loss”により初めて示された式を展開させたものであり、１１５０℃の温度で３．０〜３．６質量％の珪素及び０．０３０〜０．０６５質量％の炭素を含有する鉄のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）を計算するためのものである。式（２）は１１５０℃でのオーステナイト体積分率を計算するために本研究に基づいて展開されている：
（２）γ１１５０℃＝６４．８−２３（％Ｓｉ）＋５．０６（％Ｃｒ＋％Ｎｉ＋％Ｃｕ）＋                  ６９４（％Ｃ）＋３４７（％）Ｎ
【００３１】
珪素及び炭素は関係する主たる元素であるが、故意の添加物としてなされ或いはスチール製造からの不純物として存在する他の元素、例えばクロム、ニッケル、銅、錫、燐などもまたオーステナイトの量に影響し、もし著しい量で存在する場合には、考慮しなければならない。本発明においては、脱炭フェライト単相の厚さ及びオーステナイト体積分率は、熱間処理された出発ストリップの組成、スチール溶融物を熱間処理された出発ストリップに変換する際に受ける炭素含量の変化、熱間処理されたストリップの厚さ（ｔ）、及びもしストリップが中間厚さに冷間圧延される前に焼鈍される場合には熱間処理されたストリップの炭素含量の変化、等によって左右されることが判った。スチール溶融物を熱間処理された出発ストリップに変換する際の炭素含量の変化は下記式で示される：
（３）  Ｃ１＝０．２３１（％Ｃ溶融）／ｔ２
式中、Ｃ溶融はスチール溶融物中に与えられる炭素の質量％であり、Ｃ１はスチール溶融物を熱間処理されたストリップに変換する際の炭素損失の質量％であり、ｔは熱間処理されたストリップの厚さｍｍである。
【００３２】
熱間処理されたストリップが中間ストリップ厚さに冷間圧延される前に焼鈍される場合には、付加的な炭素損失が起こり、その量は下記式を考慮すべきである：
（４）  Ｃ２＝１/ｔ２×［０．４１３（％Ｃ溶融−Ｃ１）−０．１５３（％Ｃｒ）］
式中、Ｃ２は熱間処理されたストリップの焼鈍中の炭素損失の質量％であり、％Ｃｒは合金に与えられたクロムの質量％である。炭素の量は熱間処理されたストリップの厚さ（ｔ）によるとするならば、与えられたクロム含量はこれらの組成が賢明な選択をしなければならないことは当業者には容易にわかるであろう。中間の厚さに冷間圧延する前のスチールストリップの炭素組成が、安定で且つ一定の２次結晶粒成長を与えるのに必要なオーステナイトのパーセントを与えるのに十分でなければならないという本発明の教示は絶対的なものである。冷間圧延前の炭素組成には下記式（５）が使用される：
（５）  Ｃ３＝％Ｃ溶融−Ｃ１−Ｃ２
【００３３】
中間厚さに冷間圧延される前の熱間処理されたストリップ各表面における脱炭フェライト単相の厚さは熱間処理されたストリップの全厚さの少なくとも１０％であるべきである。好ましくは、各脱炭フェライト単相の厚さは１０〜４０％、好ましくは１５〜３５％、より好ましくは２０〜２５％であるべきである。１．５〜４．０ｍｍの厚さを有する熱間処理されたストリップについては、中間厚さに冷間圧延される前の熱間処理されたストリップ各表面における脱炭フェライト単相の最小厚さは約０．１５ｍｍであろう。
【００３４】
本発明の方向性珪素鋼は付加的な利益をもたらし、あるいは他の処理調節を必要とすることもできる。本発明は、高い体積抵抗率、図１に示すような改良された靭性および処理中の温度感受性の減少、及びスチール溶融物の改良された鋳造性によるインゴット、ストランド又はストリップ鋳造中の改良された固化性を有する方向性珪素鋼を提供することができる。
【００３５】
本発明の通常の方向性珪素鋼は種々の方法により造られた熱間処理されたストリップから製造することができる。このストリップは、インゴット又は連続鋳造スラブから製造されたインゴット、スラブから製造され得る。これらのインゴットやスラブは、１２６０〜１４００℃に再加熱され、ついで熱間圧延を受けて厚さ１．５〜４．０ｍｍの熱間処理された出発ストリップとされる。また本発明は、インゴットから製造されたスラブ又は連続鋳造スラブを十分に加熱し又は加熱せずに直接ホットミルに供給する方法、またはインゴットをさらに加熱し又は加熱せずに、ストリップを熱間圧延するのに十分な温度のスラブに熱間圧延する方法、または溶融金属をさらに処理するのに適したストリップに直接鋳造する方法により製造したストリップにも適用可能である。幾つかの場合において、本発明に必要な適当な出発ストリップの厚さを与えるために設備能力は不適当である。しかしながら、３０％以下の小さな冷間圧延をストリップ焼鈍の前に採用することができ、又はストリップを５０％まで又はそれ以上の適当な厚さに熱間圧延することができる。
【００３６】
設備及び条件が許される場合は、熱間処理された出発ストリップは１０分までの時間、７５０〜１１５０℃の温度で、より好ましくは１０〜３０秒間１０２５〜１１００℃の温度で焼鈍し、中間ストリップ厚さにする第１冷間圧延の前に所望のミクロ構造を与えることが好ましい。焼鈍中の炭素損失は、焼鈍の完了後に所望の相バランスを維持するために、溶融組成物に適当な調整を必要とする。本発明においては、焼鈍中の炭素損失は与えられた珪素及びクロムの割合が変わったとき、出発ストリップの厚さが変わったとき、及び／又は焼鈍雰囲気の酸化ポテンシャル及び焼鈍の時間及び温度が変わったときに影響される。本発明においては、焼鈍されたストリップは周囲温度空気冷却に付される。焼鈍後の冷却方法に制限はなく、好ましいオーステナイト分解反応が炭素飽和フェライト及び／又はパーライトを与え、マルテンサイト又は残留オーステナイトの高い体積分率の形成が望ましくないと信じられている。空気冷却に代えて、スチールを６５０℃未満、好ましくは５００℃未満の温度に周囲温度冷却するような、緩慢な冷却を行い、ついで１００℃未満の温度に水クエンチするような急速冷却が行われる。
【００３７】
中間厚さへの冷間圧延に続き、スチールストリップは、次の冷間圧延の前に焼鈍工程に付される。例えば、スチールが３度冷間圧延される場合は、中間焼鈍は第１及び第２焼鈍の間、及び第２及び第３焼鈍の間に必要となろう。この工程の目的は、いずれの冷間圧延に対しても適した組織及びミクロ構造を与えることである。一般に、このような中間焼鈍は、冷間圧延された材料を再結晶させ、前以てオーステナイト中に存在する炭素を炭素飽和フェライトに分解させる条件下に中間焼鈍が行われる。一方、中間焼鈍後の冷却はオーステナイト分解条件の下で行われ、１容量％未満のマルテンサイト及び／又は残留オーステナイトを有するフェライトマトリックス中に微細な鉄炭化物析出物を形成する。このように、中間焼鈍は８００〜１１５０℃という比較的幅広い温度範囲にわたり３秒から１０分間まで行われる。好ましくは、中間焼鈍は、９００〜１１００℃、より好ましくは９１５〜９５０℃の範囲の焼鈍温度を使用して５〜３０秒、所望のオーステナイト分解反応に導く冷却をしながら行うことができる。中間焼鈍後、ストリップは、一般に約８００℃以上、好ましくは９２５℃の均熱温度から約６５０℃、好ましくは５５０℃へ緩慢に冷却される。緩慢に冷却するとは、毎秒当たり１０℃、好ましくは５℃を越えない速度を意味する。その後、ストリップは約３１５℃に急速に冷却され、その温度でストリップはクエンチして急速冷却を完了することができる。急速冷却とは毎秒当たり少なくとも２３℃、好ましくは少なくとも５０℃の速度を意味する。
【００３８】
本発明の方法において、中間ストリップ厚さへの第１冷間圧延及び最終ストリップ厚さへの第２冷間圧延を行う冷間圧延の量は、初期及び最終ストリップ厚さに依存する。適当な冷間圧延を採用するならば、幅広い範囲の最終厚さのものを製造することができることが判った。通常の方向性珪素鋼は本発明の２段の冷間圧延を使用した試みにおいて、０．１８〜０．３５ｍｍの厚さのものが製造されている。要求される圧延は、磁性、特にキューブオンエッジ方向性の質が種々の最終厚さのストリップを冷間圧延することにより決定される経験により決めることができる。優れた磁性は、２．０３〜２．１３ｍｍの厚さの熱間処理されたストリップを使用して０．１８ｍｍ、０．２１ｍｍ、０．２６ｍｍ、０．２９ｍｍ及び０．３５ｍｍの標準製品厚さで達成されており、それぞれ０．５６ｍｍ、０．５８ｍｍ、０．６１ｍｍ、０．６６ｍｍ及び０．８１ｍｍの中間厚さの第１冷間圧延に付されている。一般に、第１冷間圧延での好ましい圧延％は、ｌｎ（ａ/ｂ）＞０．８
［ａは熱間処理されたストリップの厚さ、ｂはストリップの中間厚さを表す］で表すことができる。第２冷間圧延での好ましい圧延％は、Ｃ１／２ｌｎ（ｂ/ｃ）＝０．４８
［ｃはストリップの最終厚さを表す］で表すことができる。なお厚さは全てｍｍで示す。
【００３９】
最終厚さへの冷間圧延が完了した後に、スチールは温和な酸化雰囲気中で焼鈍され、炭素が磁気時効を最小にする量、典型的には０．００３質量％未満に減少される。この焼鈍の温度は好ましくは少なくとも８００℃、より好ましくは少なくとも８３０℃であり、雰囲気は湿った水素含有雰囲気、例えば純水素又は水素と窒素の混合物である。なお、脱炭焼鈍は、高温最終焼鈍における表面酸化物スキンと酸化マグネシウム（ＭｇＯ）焼鈍分離剤の反応により、フォルステライト又は“ミルガラス”被覆の形成のためのスチールを調製する。本発明においては、珪素及びクロム含量は、キューブオンエッジ方向性が最終的に発達する高温焼鈍の前に、珪素鋼が完全にフェライト化されるのに適することが好ましい。
【００４０】
最終高温焼鈍はキューブオンエッジの発達に必要である。典型的には、スチールは湿った水素雰囲気中で少なくとも１１００℃の均熱温度に加熱される。加熱中は（１１０）［００１］核は約８５０℃の温度で２次結晶粒成長の進行を開始させ、実質的に約１１００℃で完了する。本発明で使用される典型的な焼鈍条件は、８１５℃までの温度で毎時８０℃未満の加熱速度、及びさらに毎時５０℃未満、好ましくは毎時２５℃以下の速度で２次結晶粒成長の完結までの加熱が採用される。２次結晶粒成長が完結すれば、加熱速度は臨界的ではなく所望の均熱温度が達成されるまで該速度を増加することができ、その際硫黄及び／又はセレン抑制剤の除去及び窒素のような他の不純物の除去のために、材料は少なくとも５時間、好ましくは少なくとも２０時間均熱温度に保持される。
【００４１】
【実施例】
実施例１
本発明の方向性珪素鋼の一連の表Ｉに示した組成を有するものが溶融された。これらの溶融物を連続的に２００ｍｍの厚さのスラブに鋳造し、約１１５０℃に再加熱し、１５０ｍｍの厚さに圧延し、約１４００℃に再加熱し次の処理に適した２．０３ｍｍのストリップ厚さに熱間処理された。溶融物の組成は、炭素、珪素、クロムに残部の鉄及び通常の不純物、例えば０．０００５質量％以下の硼素、０．０６質量％以下のモリブデン、０．１５質量％以下のニッケル、０．１０質量％以下の燐、０．００５質量％以下のアルミニウムを含むものであった。本発明の熱間処理されたストリップは約５０μΩ−ｃｍの体積抵抗率（ρ）、約１０％を越えるオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）及び０．３０ｍｍを越える各表面についての脱炭フェライト単相厚さ（Ｉ）を有していた。熱間処理されたストリップは、ＡＳＴＭ  E-23“Standard Test Method for Notched Bar Impact Test of Metallic Materials”規格の手法により、２３〜２３０℃の延性から脆性への転移温度の温度感受性及び衝撃靭性のためのテストがなされた。これらの本発明のスチールの性質を、表Ｉに従来の珪素鋼の性質と比較して示した。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
表II及び図１は、本発明の珪素鋼と従来の珪素鋼の熱間処理されたストリップが有する、改良された靭性及び低い延性−脆性転移性を示す結果を要約したものである。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
実施例２
実施例１の溶融物Ｄ〜Ｇの熱間処理されたストリップを、表IIIに示された従来の組成の溶融物と共に処理した。
【００４６】
【表３】
0004558109.tif 000004
【００４７】
溶融物Ｄ〜Ｇの熱間処理されたストリップを、５〜１５秒間、１０６５℃で温和な酸化焼鈍を行った。一方、溶融物Ｈ〜Ｋの熱間処理されたストリップは同様に１０１０℃で焼鈍を行う試験で処理した。酸洗い後に、焼鈍されたストリップを０．５８〜０．６１ｍｍの中間厚さに冷間圧延し、それを９２０〜９５０℃で５〜２５秒焼鈍し、そして０．１８〜０．２１ｍｍの最終厚さに冷間圧延した。冷間圧延の完了後、ストリップを湿った水素−窒素雰囲気中８６０〜８７０℃で脱炭焼鈍を行い、その後マグネシア焼鈍分離剤を被覆し、１２００℃で１０時間、乾燥水素中で最終焼鈍を行なった。これらの試験において得られた磁性を表ＩＶに纏めた。
【００４８】
【表４】
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【００４９】
表ＩＶに示してあるように、１．５Ｔ６０Ｈｚで測定された鉄損及び７９６Ａ／ｍで測定された透磁率は、本発明の溶融物Ｄ〜Ｇと従来法の溶融物Ｈで得られた磁性の比較を有利に示している。しかしながら、０．１質量％以上の有意なクロム組成を有する従来技術の溶融物Ｉ〜Ｋは、透磁率が低く且つ鉄損が高いことを示している。０．３３〜０．３４質量％のクロム組成を使用して溶融物Ｅ〜Ｇで得られた優れた結果は本発明の方法により得られたものであり、その際、炭素、クロム、珪素及びスチール製造過程に付随する他の元素の適当な組成は、優れた透磁率及び低いそして非常に一定した鉄損を与えるのにうまくバランスしていた。
【００５０】
実施例３
表Ｖに示した組成の４種の溶融物で、約３．２５質量％の珪素及び約０．２０〜０．２５質量％のクロムと共に、残部の鉄及び通常の不純物、例えば０．０００５質量％以下の硼素、０．０６質量％以下のモリブデン、０．１５質量％以下のニッケル、０．０２０質量％以下の燐、０．００５質量％以下のアルミニウムを含有するものが、が本発明の方法による試験において溶融された。本法によれば、約５０〜５１μΩ−ｃｍの体積抵抗率（ρ）、約５〜６％のオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）及び０．３４〜０．３６ｍｍの脱炭フェライト単相厚さ（Ｉ）であった。
【００５１】
【表５】
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【００５２】
溶融物Ｌ〜Ｏの出発ストリップを、実施例２の手法により０．２１ｍｍの最終厚さに処理した。この試験で得られた磁性を表ＶＩに纏めた。
【００５３】
【表６】
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【００５４】
本発明においては、炭素、珪素及びクロムの組成が、活発な２次結晶粒成長及び優れた磁性に必要な望ましい性質を与えるために適当であった。
【００５５】
実施例４
従来の及び本発明の非常に低い炭素組成の２つの溶融物を表VIIに示した。本発明の溶融物は、約３．１５質量％の珪素及び約０．３質量％のクロムと共に、残部の鉄及び通常の不純物、例えば０．０００５質量％以下の硼素、０．０６質量％以下のモリブデン、０．１５質量％以下のニッケル、０．０２０質量％以下の燐、０．００５質量％以下のアルミニウムを含有し、約５０μΩ−ｃｍの体積抵抗率（ρ）を与えた。従来の溶融物Ｐのオーステナイト体積分率（γ１１５０℃）は２％未満であり、本発明の溶融物Ｑのオーステナイト体積分率は約５．６％であった。
【００５６】
【表７】
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【００５７】
両溶融物を実施例２の手法により処理したが、次のような変更を行った。溶融物Ｑは０．６６ｍｍの中間厚さを使用して０．２６ｍｍの最終厚さに処理した。溶融物中の炭素組成は従来の典型的なものよりも低くした。しかしながら、本発明の溶融物Ｑは活発な２次結晶粒成長に適した珪素及びクロムの組成にした。溶融物Ｐは高い質のキューブオンエッジ方向性を達成するために必要な安定な２次結晶粒成長のタイプに導かない、低いオーステナイトの割合を有していた。その結果、溶融物Ｐは０．８ｍｍの中間厚さを使用して０．３５ｍｍの臨界的でない最終厚さに処理した。この試験で得られた磁性を表VIIIに纏めた。
【００５８】
【表８】
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【００５９】
表VIII中の溶融物Ｑについて１．５Ｔ６０Ｈｚで測定された鉄損及び７９６Ａ／ｍで測定された透磁率は、炭素の割合が低いにも拘わらず優れた磁性を示している。一方、従来の溶融物Ｐは非常に低い炭素を含有する従来法の結晶粒方向性珪素鋼から予期されるようなぎりぎりの磁性を示した。
【００６０】
実施例５
従来の方向性珪素鋼について、体積抵抗率を５３μΩ−ｃｍ以上に増大させるべく、珪素を３．５質量％以上の組成に上げて試験を行った。しかしながら、冷間圧延前のオーステナイトの必要量を与えるのに必要な炭素組成では薄い表面脱炭フェライト単相になり、それにより２次結晶粒成長の活発度が不十分であった。表ＩＸは従来の溶融物の化学組成及びミクロ構造の結果を纏めたものである。従来法の溶融物Ｒ及びＳは実施例２の手法により０．２１ｍｍの最終厚さに処理し、１．５Ｔ６０Ｈｚでの０．８７〜０．９１Ｗ／Ｋｇの範囲の鉄損、及びＨ＝７９６Ａ／ｍで１７９９〜１８３１の範囲の透磁率を有する、一定していない且つ並の磁気性質を得た。これらの試験において、本プロセスが、２次結晶粒成長の不安定さが増大するのは非常に薄い脱炭フェライト単相厚さに起因すると思われる証拠を示している。さらに、靭性がより劣り且つ延性−脆性転移温度がより高いことを反映して、機械的性質は低下している。
【００６１】
【表９】
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【００６２】
本発明の合金組成物は、適切なオーステナイト体積分率と適切な厚さの脱炭フェライト単相の故に、高いレベルの体積抵抗率及び安定な２次結晶粒成長を有する方向性珪素鋼を提供することができる。さらに、本発明の方向性珪素鋼は優れた物理的性質をも有するものである。
【００６３】
ここで述べた好ましい実施態様は、従来の珪素−鉄合金と比較して磁性が一定しかつ低い鉄損の方向性珪素鋼を与えるために、本発明のクロム−珪素合金及び少なくとも２段の冷間圧延を使用して製造することができることを実証している。また、本発明はインゴット鋳造、厚いスラブ鋳造、薄いスラブ鋳造、ストリップ鋳造又はコンパクトストリップ法（ＣＳＰ）のような方法を使用して製造されているストリップにも採用することができる。
【００６４】
本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して種々の変更をなし得るものと理解すべきである。従って、本発明の限界は特許請求の範囲から決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の珪素合金方向性珪素鋼、及び約５０〜５１μΩ−ｃｍの体積抵抗率を有する本発明のクロム−珪素方向性珪素鋼についての熱間処理された出発ストリップの衝撃靭性及び延性−脆性変形性の比較を示すグラフである
【図２】  従来の珪素合金方向性珪素鋼、及び本発明のクロム−珪素方向性珪素鋼のＨ＝７９６Ａ／ｍで測定された磁気透過率における、中間厚さに冷間圧延する前の熱間処理された焼鈍ストリップで測定された脱炭フェライト単相の厚さの効果の比較を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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