带卷内磁性能均一的无方 向性电工钢带的制造方法 本发明是关于具有良好的磁性能且带卷内的磁性能均一性极好的无方向性电工钢带的制造方法。
无方向性电工钢带被用于电动机、发电机、变压器的铁芯等，为了提高这些机器的能量转换效率，作为无方向性电工钢带的磁性能，重要的是铁损要低，磁通密度要高。
通过改善制成品钢板的织构，即减少{111}取向的晶粒，增加{100}取向的晶粒，可以提高无方向性电工钢带的磁性能。
众所周知，制品钢板的织构受热轧板的金相组织的影响非常大，因此，通过控制热轧的终轧温度和卷取温度，可以改变热轧钢带的金相组织，进而改变制品钢板的织构，最终达到改变磁性能的目地。
特开昭51-74923中公布了一种基于上述认识来提高磁性能的现有技术。该专利中指出，按下式计算相变点，
A3＝{820＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}℃为了制造厚度均匀且磁性能良好的低硅电工钢带，在由公式
{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}℃计算出的温度以上、并且在由公式
{810＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}℃计算出的温度以下的温度范围内完成热精轧。
但是，即使在上述特开昭51-74923中提出的范围内完成热轧，所得制品的磁性能若以磁通密度B40值衡量的话，该材料的B40值为1.72(Wb/m2)，与用以往的方法制成的材料的B40值1.71(Wb/m2)相比，只有很少一点提高。
另外，特开昭56-38420中提出了一种旨在提高磁性能的方法，其中规定，按下列公式计算Ar3和Ar1相变点，
Ar3＝{891－90(C％)＋50(Si％)－88(Mn％)
＋190(P％)＋380(Al％)}℃
Ar1＝{882－5750(C％)＋58800(C％)2
＋50(Si％)－82(Mn％)＋170(P％)
＋380(Al％)}℃在(Ar3＋Ar1)/2以下、750℃以上的温度终止热轧，并且卷取温度在680℃以上。
但是，上述特开昭56-38420中提出的方法，卷取温度必须在680℃以上，因而热轧钢带上形成很厚的氧化皮，酸洗性显著恶化，生产成本大幅度提高，带来一系列问题。
近年来，在电动机领域中，利用集成电路(IC)研制出具有高的控制性的电机，伴随着这一研究成果，减小电机性能的偏差和波动显得更加重要，为此，用来作为电机的铁芯材料使用的无方向性电磁钢带，不仅要求良好的磁性能，还要求制品带卷内磁性能均一。
就这一点而言，上述的现有技术都没有考虑到制品带卷内磁性能的均一性，因而不能充分满足要求。特别是上述特开昭56-38420中提出的方法，由于卷取温度在680℃以上，因而卷成带卷时外侧与内侧的冷却状态相差很大，导致带卷内磁性能非常不均一。
本发明的目的是，解决上述问题，从热轧的精轧条件与轧制温度的关系入手调查热轧钢带的金相组织和制品的磁性能，在此基础上提供可以提高磁性能并改善带卷内磁性能的均一性的无方向性电工钢带的制造方法。
本发明是带卷内磁性能均一的无方向性电工钢带的制造方法，对以重量％计含有C：0.03％以下、Si：3％以下和Al：2％以下且按[Si％]＋3[A1％]－6[C％]算出的数值在0以上、2以下范围内的钢坯进行热轧，按常规方法进行冷轧，根据需要进行最终退火，必要时再进行光整冷轧，制成成品或半成品的无方向性电工钢带，其特征是，热轧时对于精轧最终机架，在轧辊的圆周速度满足下列条件的情况下进行轧制：
每一带卷的最高轧辊圆周速度在1500mpm以下；
每一带卷的最低轧辊圆周速度在500mpm以上；
最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差在300mpm以下；另外，热轧终轧温度Tf在按下式算出的温度(℃)以上，
{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}并且在α相温度区间内完成热轧。(第1发明)
另外，本发明是带卷内磁性能均一的无方向性电工钢带的制造方法，对以重量％计含有C：0.03％以下、Si：3％以下和Al：2％以下且按[Si％]＋3[Al％]－6[C％]算出的数值在0以上、2以下范围内的钢坯进行热轧，按常规方法进行冷轧，，根据需要进行最终退火，必要时再进行光整冷轧，制成成品或半成品的无方向性电工钢带，其特征是，热轧时对于精轧最终机架，在轧辊的圆周速度满足下列条件的情况下进行轧制：
每一带卷的最高轧辊圆周速度在1500mpm以下；
每一带卷的最低轧辊圆周速度在500mpm以上；
最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差在300mpm以下；另外，在热轧终轧温度Tf满足下列条件的情况下完成热轧，即Tf在按下式算出的温度(℃)以上，
{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}并且在按下式算出的温度(℃)以下，
{810＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}。(第2发明)
在第1发明或第2发明中，最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差最好是在100mpm以下。(第3发明)
另外，在第1发明、第2发明或第3发明中，最好是在热粗轧机与热精轧机之间，将经过粗轧的薄板坯的前端与比该薄板坯先行进入精轧的薄板坯的后端连接起来，连续地对各薄板坯进行热精轧。(第4发明)
下面叙述完成本发明的经过。
本发明人推测，带卷内磁性能的不均一可能是受热轧条件的影响而引起的，据此对热轧条件对于带卷内磁性能不均一的影响进行了详细的研究，结果发现，带卷内磁性能不一致的主要原因在于精轧时轧制速度的变动。下面说明所进行的试验及其结果。
将含C：0.003％、Si：0.3％、Mn：0.15％和Al：0.2％的钢坯加热至1150℃，然后按常规方法粗轧6次，用7台机座的串列式轧机进行精轧，制成厚2.0mm的热轧钢带。热轧时，终轧温度为800℃，卷取温度为550℃。
对上述现有技术的热轧方法中的精轧最终机座的轧辊圆周速度的变化进行调查，结果示于图1中。
首先，从精轧最终机座出来的热轧钢带的前端被卷取到卷绕机上之前(图1中的(A)区域)，热轧钢带上没有张力作用，轧制操作常常是不稳定的，因此将轧制速度控制得很低。特别是最终退火中发生γ-α相变的低Si无方向性电工钢带，其轧制比普通钢更不稳定，因此，在卷取到卷绕机上之前的轧制速度被设置得比普通钢还要低。
接下来，在卷取到卷绕机上之后(图1中的(B)区域)，为了提高生产率而加快速度，轧制速度逐渐提高。
另外，对于采用这种现有技术热轧方法制成的产品的磁性能在带卷内的变动情况进行了调查，结果示于图2中。
由该图中可以看出，随着热轧时轧制速度的变化，磁性能也发生改变，与图1相比，特别是精轧的最终机座的轧辊圆周速度低于500mpm时，磁性能恶化更为显著。
为了弄清楚轧辊圆周速度低于500mpm时磁性能恶化的原因，观察了最终退火后的热轧钢带的断面的金相组织。
图3中给出了上述最终退火后热轧钢带断面的金相组织照片，两张照片分别表示精轧的最终机座的轧辊圆周速度为400mpm(图3(a))和800mpm(图3(b))的情况。
由图3的照片可以看出，精轧最终机座的轧辊圆周速度为400mpm时，未再结晶的部分有很多，另一方面，轧辊圆周速度为800mpm时，几乎没有未再结晶的部分，形成了粗大的再结晶晶粒。因此推定，最终机座的轧辊圆周速度低于500mpm时，是这些残留的未再结晶部分使得磁性能恶化。
另外，由图1和图2所示的试验结果可以看出，即使精轧最终机座的轧辊圆周速度在500mpm以上，轧辊圆周速度改变时磁性能仍有变动。
以上所述表明，为了制造产品的磁性能良好并且带卷内磁性能具有良好均一性的无方向性电工钢带，在热轧时，应提高热轧速度，特别是精轧最终机座的轧辊圆周速度要在500mpm以上，并且要控制该轧辊圆周速度的变动，以一定速度进行轧制。
另外，本发明人对提高精轧最终机座的轧辊圆周速度且使之保持恒定地进行热轧的具体措施进行了研究，尝试着在热轧的粗轧机与精轧机之间，将经过粗轧的薄板坯的前端与比该薄板坯先行进入精轧的薄板坯的后端连接在一起，连续地对各薄板坯进行热轧。采用这种方法，对于每一带卷来说，从精轧一开始就可以给钢带加上张力，因此可以提高轧制速度并保持恒定的轧制速度。
下面叙述精轧前的连接试验。
将含C：0.003％、Si：0.3％、Mn：0.15％和Al：0.2％的6根钢坯加热至1150℃，然后粗轧6次制成薄板坯，接下来，在精轧时，将先行进入精轧的带材的后端部与随后进入精轧的带材的前端部切断，以便能够很好地连接，然后利用焊接将二者连接在一起，用7台机座的串列式精轧机进行精轧，制成厚2.0mm的热轧带卷。精轧时，热轧终轧温度为800℃，卷取温度为550℃，轧制速度设定为最终机座的轧辊圆周速度在300-1500mpm内的各种不同的速度，并且每一带卷从前端到后端的轧制速度为一定值。将得到的热轧钢带进行酸洗，然后冷轧成0.5mm厚，接着在780℃进行30秒钟最终退火，最后，连续地测定磁性能。
图4中示出这样的制品的磁性能与热轧时的精轧速度(最终机座的轧辊圆周速度)的关系，图5中分别示出该精轧速度与热轧钢带的再结晶率、晶粒粒径的关系。另外，图7中示出如图6所示将最终机座的轧辊圆周速度设定为800mpm的恒定值时带卷内磁性能的变动情况。
由图4和图5可以看出，热轧钢带的组织随着轧制速度一起改变对磁性能产生影响。另外，由图6和图7可以看出，将精轧速度设定为恒定值时，在整个带卷内可以得到均一的磁性能。
也就是说，在精轧之前，将薄板坯的后端与前端相互连接，对多根薄板坯连续地进行精轧，可以提高轧制速度并使轧制速度保持恒定，从而可以制造出具有良好磁性能且带卷内磁性能的均一性良好的无方向性的硅钢带。
如上所述，由于以最终机座的轧辊圆周速度表示的精轧速度的变化导致热轧组织改变，其机理尚不十分清楚，据推测是由于以下机理而引起。
热轧钢带再结晶时，再结晶晶核的生成频度受热轧时钢带内积累的应变量的影响非常大，即，积累的应变量越大，再结晶晶核的生成频度越高。因而，轧制速度越高，积累的应变量也越大，另一方面，轧制速度低(低于500mpm)时，累积应变量小，因此再结晶晶核生成频度低，再结晶率减小，另一方面，轧制速度高到使再结晶率为100％时(500mpm以上)，轧制速度越高，再结晶晶核生成频度越大，因而再结晶晶粒的直径减小。
如上所述，本发明人弄清了轧制速度与热轧钢带组织及磁性能的关系，第一次对热轧钢带采用将薄板坯连接而连续地进行精轧的方法，确立了电工钢带的高速、恒速热轧技术。
下面进一步具体地说明本发明的无方向性电工钢带的制造方法。
首先，按常规方法炼钢，接着采用铸锭-初轧开坯或连续铸造方法制成含有C：0.03％以下、Si：3％以下和Al：2％以下且按[Si％]＋3[Al％]－6[C％]算出的数值在0以上、2以下范围内的钢坯。原料钢坯的含C量超过0.03％时，因磁性时效而引起的磁性能恶化十分显著，因此将含C量规定为0.03％以下。另外，Si和Al提高电阻率，是为改善铁损特性而添加的重要成分，但如果添加过量会使磁通密度降低，因此规定Si含量在3％以下，Al含量在2％以下。
另外，本发明的目的在于提高热轧过程中发生γ-α相变的低Si无方向性电工钢带的性能，为了使对象更明确，将由式
[Si％]＋3[Al％]－6[C％]表示的数值规定为0至2的范围内。上述数值低于0时，γ→α相变点较低，热轧过程中不发生γ-α相变，热轧完了后才发生γ→α相变；反之，上述数值超过2时，无论在哪一个温度区间都是α单相，热轧过程中不发生γ→α相变。因此，这些场合不是本发明的对象。
接下来，对满足上述成分范围的钢坯进行热轧，制成热轧带卷。热轧时至关重要的是，对于精轧的最终机架来说，轧辊的圆周速度应满足下列条件：
每一带卷的最高轧辊圆周速度在1500mpm以下；
每一带卷的最低轧辊的圆周速度在500mpm以上；
最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差在300mpm以下。最低轧辊圆周速度低于500mpm时，热轧钢带的再结晶不充分，磁性能恶化，反之如果最高轧辊圆周速度高于1500mpm，轧制载荷过高，轧制操作难以进行，因此将最高轧辊圆周速度规定为1500mpm以下，最低轧辊圆周速度规定为500mpm以上，优选的轧辊圆周速度范围是550-1000mpm。
另外，最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差超过300mpm时，带卷内的金相组织的变动增大，磁性能变得不均一，因此将最高轧辊圆周速度与最低轧辊圆周速度之差规定为300mpm以下，最好是带卷内的轧辊圆周速度变动在100mpm以下。
作为将最终机架的轧辊圆周速度控制在上述范围内的具体方法，可以举出下列例子，即在热轧的粗轧机与精轧机之间，将经过粗轧的薄板坯的前端与比该薄板坯先行进入精轧的薄板坯的后端连接起来，对各薄板坯连续地进行热精轧。在这种情况下，将先行的薄板坯与后行的薄板坯连接起来的方法可以采用直接通电加热或感应加热等公知的加热方法进行焊接。特别是，将薄板坯的前、后端部邻近配置，在薄板坯的板厚方向上加交变磁场的感应加热方法，由于板坯与加热装置不接触，可以在短时间内加热，因而特别可取。
另外，热轧的终轧温度设在α相温度区间是因为，如果热轧的终轧温度在γ相区，热轧组织将会细微化，致使磁性能恶化。但是，即使是在α相温度区间，如果精轧结束的温度过低，轧制载荷将会增大，有时轧制甚至不能进行下去。特别是在本发明中，热轧的精轧速度提高了，因而轧制载荷高更加不利。
因此，将热轧的终轧温度Tf设定为在按下式算出的温度(℃)以上。
{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}
关于本发明中的优选的终轧温度，最好是在热轧终轧温度Tf满足下列条件的情况下完成热轧，即Tf在按下式算出的温度(℃)以上，
{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}在按下式算出的温度(℃)以下，
{810＋30([Si％]＋3[A1％]－6[C％])}。
上述{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}意味着在轧制载荷的上限下规定的热轧终轧温度的下限。热轧终轧温度Tf比{750＋30([Si％]＋3[Al％]－6[C％])}低时，轧制的能耗增大，从生产成本的角度考虑是不利的，此外，磁性能也变差，因而是不可取的。
上述的{810＋30([Si％]＋3[A1％]－6[C％])}意味着比相变点的经验公式{820＋30([Si％]＋3[A1％]－6[C％])}低10℃的温度。之所以把上限设定为比相变点低10℃是因为，在相变点下面接近相变点的温度下，由于滑道、板厚、板宽方向上的温度不均匀，钢板的一部分有可能是在γ相区结束热轧，因而导至该部分的磁性能恶化。
卷取温度没有特别的限制，一般最好是在680℃以下。这是因为，卷取温度过高时，带卷内、外的热轧钢带冷却情况差别很大，带卷内的磁性能不容易均一。另外，在680℃以上卷取时，最好是采用保温箱等装置抑制带卷外侧冷却。
所得到的热轧钢带，根据需要进行酸洗，然后冷轧成规定的厚度，例如0.5mm。另外，在成品无方向性电工钢带的场合，还要对冷轧板进行最终退火，制成产品。从生产率和经济性的角度考虑，最终退火最好是采用连续退火。在最终退火之后，还可以采用公知方法形成绝缘被膜。
在上述最终退火或形成绝缘被膜后，进行光整冷轧，还可以制成半成品电工钢板。由于进行了光整冷轧，由用户进行消除应力退火，可以降低铁损。压下率最好是在1％以上、15％以下，这是因为，压下率低于1％或高于15％时，磁性能的提高比较小。另外，半成品电工钢板，除了以上所述之外，也可以在紧接热轧之后的冷轧阶段完成时制成成品。
实施例
用转炉和真空脱气装置调整成分后，进行连续铸造，得到表1中所示成分的钢坯。然后，将钢坯重新加热到1100℃，进行热粗轧，所得到的薄板坯，在进行精轧之前将先行材的后端部与后行材的前端部焊接，然后用7台机座的精轧机按表1所示轧制条件进行精轧，制成2.5mm厚的热轧钢带。所得热轧钢带经酸洗后，冷轧制0.5mm厚，再在800℃下连续最终退火一分钟，然后每隔15m测定磁性能。另外，对一部分试料，最终退火后进一步轻轧制，在750℃下进行2小时的消除应力退火，然后测定磁性能。
对所得到的无方向性电工钢带，调查其磁性能以及带卷内磁性能的均一性，结果一并列入表1中。表1中，No.1-7是未进行光整冷轧的实施例，No.8-17是进行了光整冷轧的实施例。由表1可以看出，本发明的实施例No.1、2、8、9、11、12和17获得了在卷带内均一且良好的磁性能。
根据本发明，可以得到具有良好的产品磁性能及带卷内磁性能均一性的无方向性电工钢带。
[表1]
成分(％) 热轧条件光整冷轧的压下率(％) C Si Al Mn C、Si、 Al的关系 式 薄板坯 有无连 接 最后一个轧机机座 的轧辊圆周速度(mpm)热轧终轧温度 (℃)最大最小最大-最小 1 0.003 0.10 0.0005 0.15 0.0835 有700650 50805(α相) - 2 有850650 200805(α相) - 3 有900550 350*805(α相) - 4 有700700 0890(γ相) - 5 有700700 0820*(只在滑道间γ相) - 6 有700700 0750*(α相) - 7 无600400* 200805(α相) - 8 0.008 0.80 0.20 0.15 1.352 有800700 100835(α相) 5 9 有800800 0805(α相) 5 10 有900550 350*835(α相) 5 11 有750750 0805(α相) 0.5 12 有750750 0805(α相) 20* 13 有1600*1400 200805(α相) 5 14 有700700 01000(γ相) 5 15 有800800 0855*(只在滑道间γ相) 5 16 有800800 0775*(a相) 5 17 有14001400 0805(a相) 5
[表2]
带卷的磁性能B50(T) 备考 最大 最小最大-最小 11.7651.7630.002 发明例 21.7651.7610.004 发明例 31.7681.7600.008* 比较例 41.728*1.725*0.003 比较例 51.7681.7250.043* 比较例 6由于轧制载荷过大，热轧不能进行* 比较例 71.7681.7480.020* 比较例 81.7531.7510.002 发明例 91.7531.7510.002 发明例 101.7561.7470.009* 比较例 111.7451.7430.002 发明例 121.7471.7450.002 发明例 13由于轧制载荷过大，热轧不能进行* 比较例 141.725*1.723*0.002 比较例 151.7551.7480.007* 比较例 16由于轧制载荷过大，热轧不能进行* 比较例 171.7431.7410.002 发明例
附图的简要说明
图1是采用现有技术热轧方法时的精轧最终机座轧辊圆周速度变化的示意图。
图2是采用现有技术热轧方法时的制品带卷的磁通密度示意图。
图3是热轧后的热轧钢带断面的金相组织照片。
图4是最终机座的轧辊圆周速度与磁通密度的关系示意图。
图5是最终机座的轧辊圆周速度与热轧板的再结晶率和结晶粒径的关系的示意图。
图6是表示将最终机座的轧辊圆周速度设定为800mpm时的热轧带卷内的轧辊圆周速度变化的示意图。
图7是表示将最终机座的轧辊圆周速度设定为800mpm时的热轧带卷内的磁通密度变化的示意图。