JPH03257121A - 歪取り焼鈍によって特性が劣化しない低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、歪取り焼鈍によって特性か劣化しない方向
性けい素鋼板の製造方法に関する。

方向性けい素鋼板は、主として変圧器その他の電気機器
の鉄心として利用され、その磁気特性が優れていること
、特に鉄損（ＩＬ　７／６゜値で代表される）の低いこ
とか要求される。

このためには、けい素鋼板中の２次再結晶粒の＜００１
＞粒方位を圧延方向に高度に揃えることと、最終製品の
鋼中に存在する不純物や析出物をできるだけ減少させる
ことか必要である。

このような配慮の下で製造される方向性けい素鋼板は、
今日まで多くの改善努力によって、その鉄損値も年を追
って改善され、最近ては板厚０．３０−の製品でＬ７／
ｓ。値が１．０５　Ｗ／ｋｇの低鉄損のものが得られて
いる。

しかし士数年前のエネルギー危機を境にして、電力損失
のより少ない電気機器を求める傾向が一段と強まり、そ
れらの鉄心材料として鉄損のさらに低い一方向性けい素
鋼板か要請されるようになっている。

ところが方向性けい素鋼板の鉄損を下げる一般の手法と
しては、Ｓ１含有量を高める、製品板厚を薄くする、２
次再結晶粒を細かくする、不純物含有量を低減する、そ
して（１１０）　　［，００１）方位の２次再結晶粒を
より高度に揃えるなと、主に冶金学的方法か一般に知ら
れているか、これらの手法は、現行の生産手段の上から
もはや限界に達していて、これ以上の改善は極めて難し
く、たとえ多少の改善が認められたとしても、その努力
の割には鉄損改善の実効は僅かとなるに至った。

（従来の技術） 上掲の一般手法とは別に、特公昭５４−２３６４７号公
報に、鋼板表面に２次再結晶阻止領域を形成させること
により、２次再結晶粒を細粒化させる方法が提案されて
いる。しかしなからこの方法は、２次再結晶粒の制御が
安定していないため、実用的とはいいがたい。

その他にも、特公昭５８−５９６８号公報によると、２
次再結晶後の鋼板の表面にホールペン状小球により、微
小歪を鋼板表層に導入して磁区の幅を微細化し、鉄損を
低減する技術か提案され、また特公昭５７−２２５２号
公報には、最終製品板表面に圧延方向とほぼ直角にレー
サービームを数閣間隔にて照射し、鋼板表層に高転位密
度領域を導入して磁区の幅を微細化し、鉄損を低減する
技術か提案されている。さらに、特開昭５７−１８８８
１０号公報には、放電加工により鋼板表層に微小歪を導
入して磁区幅を微細化し、鉄損を低減する同様の技術も
提案されている。

これらの方法は、いずれも２次再結晶後の鋼板地鉄表層
に微小な塑性歪を導入することにより磁区幅を微細化し
鉄損の低減を図るものであって、均しく実用的であり、
かつ鉄損低減効果も優れている。しかしなから鋼板の打
ち抜き加工、せん断加工、巻加工なとの後の歪取り焼鈍
や、コーティングの焼付は処理によって、塑性歪導入に
よる効果が減殺される欠点を伴う。

また特開昭６１−７３８８６号公報によると、運動量５
Ｘ　ＩＦ”ｋｇ−ｍ／ｓ以上の往復運動を強制した振動
体により被膜を欠除させて鋼板表面に不均一な弾性歪を
付与する技術も提案されている。しかしこの技術も、７
００°Ｃ以上の焼鈍によってその効果か大幅に消失する
欠点を有している。

なおコーティング処理後に微小な塑性歪の導入を行う場
合は、絶縁性を維持するために絶縁コーティングの再塗
布を行わねばならず歪付与工程、再塗布工程と、工程の
大幅増加になり、コストアップをもたらす。

これらの技術の矛盾を解決するためにフォルステライト
被膜に欠損部分を与えることか特開昭６０−９２４８１
号公報にて提案されている。

かかる欠損部分の形成方法として同号公報にあっては、
フォルステライトを部分的に形成させない方法と、形成
後に部分的に欠損部分を形成する方法とが開示されてい
るけれども、実際に工業的に適用するに有利な方法は、
フォルステライトか形成されてから部分除去する方法で
ある。その理由としては、フォルステライトを部分的に
形成させない方法では、化学的な手段すなわち反応を阻
害する方法を用いているため、プロセス制御か容易でな
いからである。

一方フオルステライトを２次再結晶後すなわちフォルス
テライト形成後に部分的に欠損させる手段としては、化
学研磨や電解研磨のような化学的な、また回転円盤状の
砥石による除去や軽圧力による鉄釘ての除去のような機
械的な、さらには出力を調整したレーザービームなとに
よる光学的な除去の方法か開示されているかこれらは何
れもそれぞれに効果はあるものの化学研磨や電解研磨は
著しくコストアップになり、また回転円盤状の砥石の使
用は表面状態に円板状砥石を追従させるだめの位置開園
か困難なため工業的生産には適しないし、またレーサー
ビームなとの光学的な除去方法はやはりコストか高い。

残りの軽圧力による鉄釘ての除去方法はコス１〜が低い
ものの、フォルステライトだけを除去する制御か困難な
ため、地鉄表面も一緒に除去される結果となって除去跡
は両側に地鉄の盛り上かりを生じ、そのため著しく占積
率を低下させるなとの実用上の悪影響か生じてしまうの
でやはり工業的に実施することは困難である。

また磁区細分化技術として、けい素鋼板表面に溝を形成
する技術か特公昭５０−３５６７９号、特開昭５９−２
８５２５号、特開昭５９−１９７５２０号、特開昭６１
−１１７２１８号及び特開昭６１−１１７２８４号各公
報等に開示され、広く公知の技術となっている。しかし
これらの技術は溝空間における反磁場による磁区細分化
現象をいずれも利用していることから、それぞれ歪取り
焼鈍に耐えうる方法となってはいても、磁束密度（Ｂ、
値で与えられる）を大幅に劣化させること、 機械的特性か劣化すること、 溝の形成方法の如何によっては、占積率を著しく劣化さ
せること などの欠点を残している。

（発明が解決しようとする課題） Ｂ８値はもとよりのこと、機械的特性さらには占積率の
低下を伴うこともなく、鋼板の表面状態に追随させるた
めの位置開園か容易で、しかも歪取り焼鈍の際の磁気特
性特に鉄損の劣化を生しることのない、またその実施も
容易で実操業の能率低下を招かない、より有利な方向性
けい素鋼板の製造方法を与えることかこの発明の目的で
ある。

（課題を解決するための手段） この発明の方法は、前記の目的を達成するため２次再結
晶焼鈍後に方向性けい素鋼板の表面に超音波振動を印加
することにより該鋼板表面に形成されたフォルステライ
ト等の酸化物層を局所的に除去する際に、超音波振動の
方向と鋼板表面との角度を調整すること、さらにこの超
音波を印加するための加工用工具の加工端に所定の粒径
の砥粒を固着させることの有用性を解明したものである
。

すなわちこの発明は、２次再結晶焼鈍後の方向性けい素
鋼板表面に加工用工具の加工端から超音波振動を印加す
ることにより該鋼板表面の酸化物層を局所的に除去して
、歪取り焼鈍による特性劣化を抑制した低鉄損方向性け
い素鋼板を製造する際に、加工用工具の加工端の振動方
向を鋼板表面に対して２０〜７０°の範囲内として、斜
めに超音波振動を印加することを特徴とする歪取り焼鈍
によって特性か劣化しない低鉄損方向性けい素鋼板の製
造方法である。

ここに加工用工具は加工端に粒径５０〜５００μｍの砥
粒を固着させてなることか好ましい。

（作　用） 第１図に、この発明の実施に用いる表面酸化物層の除去
装置の要部−例を示す。図中１は２次再結晶後の方向性
けい素鋼帯又は鋼板（以下まとめて鋼板という）であり
、２次再結晶焼鈍を施して表面に酸化物層が形成された
後であれば、追加的に行われる絶縁コーティングを形成
前又は形成後の何れの鋼板ても変わりはなく適用される
。

かかる方向性けい素鋼板１をローラー２のまわりに巻が
けして移動させる。一方超音波発振器３により発振させ
た超音波信号を振動子４により機械的振動に変換して加
工用工具の加工端５に超音波振動を印加し、かかる加工
端５及び振動子４て構成する加工ヘッド６を鋼板表面に
配置することにより鋼板表面の酸化物層を局所的に除去
する。

酸化物の除去は、酸化物層のみか破砕、除去されること
が必要で、加工端から超音波振動を印加することにより
達成され、このため鋼板表層部に不必要な塑性歪、周辺
の地鉄の盛り上かりによる占積率の低下、さらには超音
波振動を無付加の場合と比べて加工端の消耗か少なく、
Ｂ８値の大幅な劣化や機械的性質への悪影響ももたらさ
ない。

超音波振動の方向は、加工端の長手方向とする。

振動の方向か加工端の長手方向でなければ、鋼板表面の
酸化物に加工端か衝突しないために酸化物を除去てきず
、たとえ大きな荷重をかけることで酸化物を除去したと
しても、鋼板表層部に不必要な塑性歪や、加工端の著し
い摩耗をもたらしてしまうからである。

超音波振動の周波数及び振幅は、それぞれ１０ｋＨｚ以
上、５０μｍ以下であることか好ましい。周波数が１０
ｋＨｚ未満であると、振動の衝撃密度か小さくなって効
果か少ない。また振幅か５０μｍを超えると衝撃力か大
きなって、過大な歪をもたらしＢ８値か劣化する。

局所的に酸化物層を除去するためには、加工端の形状は
針状であることか必要である。加工端の太さあるいは厚
さによって除去部分を幅を変化させることかできる。酸
化物層の除去部分の幅は、１０〜１０００μｍでおこな
えば良いが、１００μｍ程度か好ましい。

加工端の形状は、酸化物が局所的に除去てきる針状てあ
れば、いかなる形状でもよいが、第２図に示すような円
柱状又は半球状がより好ましい。

円柱状また半球状以外の形状では、長時間の使用により
、除去部分の幅等、被加工部の形状が変化して不具合を
生じる。円柱状又は半球状であると長時間使用後も酸化
物の除去部の幅が変化しない。

この発明では、加工端からの超音波振動の振動方向と鋼
板表面とのなす角度、すなわち振動方向か加工端の長手
方向であれば加工端が板面に対する角度を２０〜７０°
とするのか特徴である。

第３図に、平均粒径５ｏμｍのＢＮ　　粒を複合めっき
した、先端か直径１世の円柱状の加工端を使用し、加工
端５の板面に対する角度を種々に変化させて、周波数２
０ｋＨｚの超音波振動を印加した場合における、歪取り
焼鈍後の鉄損及び磁束密度の素材からの変化を示す。

同図から加工端と板面とのなす角度か２０°より小さい
と、酸化物を除去てきないために鉄損改善の効果か不十
分である。また７０°を超えると、磁束密度の劣化が大
きくなる。このため加工端と板面との角度は、２０〜７
０°に限定した。

またこの発明では、加工端に砥粒を固着させる。

第４図に砥粒を固着させた加工端の例を示す。

同図（ａ）は円柱状の加工端５に砥粒９を固着させたも
の、同図（ｂ）は半球状の加工端５に砥粒９を固着させ
たものである。

加工端に砥粒を固着させることによって超音波振動によ
る酸化物層の除去効果か上かり、また加工端の摩耗が防
止できる。

固着させる砥粒の粒径は、５０μｍから５００μｍまで
の範囲とする。粒径が５０μｍより細かい砥粒ては、酸
化物の除去の効果が小さく、５００μｍより粗い砥粒て
は、固着させて砥粒自体の密着性が悪くなり、装置の稼
働中に剥落してしまうことが多いからである。

砥粒は、Ａｌ２Ｏ３、ＷＣ，ＣＪ２０ｓ　、Ｔｉ２Ｏ３
、ＺｒＯ３，５ｉｎ２、ＢＮ、　ＳｉＣ、Ｔｉｃ並びに
ダイヤモンド等が使用てきる。

砥粒の固着方法は、電気めっきや無電解めっき等の湿式
めっき及びＣＶＤなとの乾式めっきのいずれても良い。

めっきの際の金属マトリックスとしては、Ｎｉ、　Ｏｒ
、　Ｆｅ、　Ｃｕ、　Ｃｏ、　Ｎｉ−Ｆｅ、　Ｎｉ　−
Ｐ等が使用できる。

また酸化物を局所的に除去する要領は、圧延方向を横切
って点状あるいは、連続又は非連続の線状にて順次平行
に繰り返し形成させることが望ましく、その方向は、圧
延方向に対して直角であることが望ましい。平行線の間
隔は、１〜３０ｍｍの範囲とすることが望ましい。

上記の局所的な酸化物の除去が施される面は、両面であ
ってもまた片面であっても効果にはとんど変わりはない
。

ところで方向性けい素鋼板に超音波加工を施す技術とし
ては、特開昭５６−１３０４５４号公報に開示されてい
る技術かある。この引用公報には、２次再結晶焼鈍済み
の方向性けい素鋼板の表面上に微細な再結晶粒群を形成
させるため、歯車状ロールに超音波を加えて線状圧延す
ることか開示されている。この引用公報は、上述したご
とく、微細再結晶粒を得るためのものであり、そのため
特に複雑歪を板面に付与することを目的としている。

従って、当然再結晶か可能になるたけの充分な歪を付与
することか必要であり歯車ロールか用いられる。

この発明は、かかる微細再結晶粒を得ることとは全く思
想を異にし、酸化物層を破壊、除去する方法である。従
ってこの発明ては、新たに再結晶粒群を生じることはな
い。

この発明に従い加工端に超音波振動を印加して酸化物層
を局所的に除去した後にさらに電解エツチングを加えて
もよく、鉄損をさらに下げることか可能である。

また電解エツチングによって生じた溝に異物質として熱
膨張率の差によって局所的に異張力を生じる物質あるい
は磁気的に異質で反磁場を生じる物質（たとえば金属、
シリケート、りん化物、酸化物、窒化物等）を充てんす
ることによって、鉄損はさらに改善される。その場合、
異物質は、けい素鋼に比して熱膨張係数の小さいことが
異張力効果を得るために望ましいかこれに限らない。

（実施例） 実施例Ｉ Ｓｉ　：　３．３０ｗｔ％（以下単に％で示す）　、　
Ｍｎ　：　０．０６９％、　Ｓｅ　：　０．０２０％お
よびＳｂ　：　０．０２０％を含有する組成になるけい
素鋼熱延板を用い、９５０°Ｃの中間焼鈍を挾む２回の
冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした。

その後８００°Ｃの湿水素中て脱炭を兼ねる１次再結晶
焼鈍を施した後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする焼
鈍分離剤を塗布し、コイルに巻取ってから、箱型炉にお
いて８５０°Ｃ１５０時間の２次再結晶焼鈍、ついて乾
水素雰囲気中で１２００°Ｃ１１０時間の純化焼鈍を施
した。

その後表１に示す条件の処理を第１図に示す装置で行っ
た。

かくして得られた各製品板の鉄損値、磁束密度及び占積
率を測定した結果を表１に併記し、また第１図の装置を
１０時間稼働させた時の酸化物の除去幅の変化を稼働始
めの除去幅に対する割合で評１に示した。

表１において、適合例では歪取り焼鈍後も低鉄損か得ら
れている。適合例１．６．７は、加工端の形状か円柱状
または半円状でないために、１０時間稼働後には、酸化
物除去部の幅か変化した。また適合例３は、備考欄に記
したように粒径１０μｍの砥粒を複合めっきしであるた
めに、酸化物の除去効率か他の適合例よりも小さい。従
って加工ヘッドの移動速度は他の適合例の１／２で行っ
た。

一方比較例５及び７は、加工端と板面との移動方向との
なす角度かそれぞれ１０°、９０°であるために、鉄損
の低減効果が不十分である。特に角度が９０°である比
較例７は、磁束密度の劣化か大きく、占積率も劣った。

また比較例８〜１０は、鉄釘並びにレーザーを使用した
が、歪取り焼鈍後は鉄損低減の効果がなく、また鉄釘の
場合は磁束密度の劣化か著しく、占積率も劣った。

実施例２ Ｓｉ：３．２５％、　Ｍｎ　：　０．０７０％、　Ｓｅ
　：　０．０１８％およびＳｂ　：　０．０１９％を含
有する熱延板を用い、９５０°Ｃの中間焼鈍を挟む２回
の冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした
。その後８００°Ｃの湿水素中で脱炭を兼ねる１次再結
晶焼鈍を施した後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする
焼鈍分離剤を塗布し、コイルに巻取ってから、箱型炉に
おいて８５０°Ｃ１５０時間の２次再結晶焼鈍ついて乾
水素雰囲気中で１２００’Ｃ１１０時間の鈍化焼鈍を施
した。

その後第１図に示す装置にて表２に示す条件の処理で酸
化物層の局所的除去処理を行った。

次いて一部の試料については後処理（１）として電解エ
ツチングを、さらに一部の試料については後処理（２）
として電解エツチングによって生じた溝に異物質を充て
んした。この電解エツチングは、ＮａＣｌ水溶液（２５
ｇ＃’）中て電流密度３０Ａ／ｄｍ’で２０秒間行った
。また異物質の充てんは、リチウムシリケート溶液とア
ンチモンゾルを充てんして２００〜４００°Ｃに除熱し
て焼きつけた。

かくして得られた各製品板の鉄損値Ｗ＋７／Ｓ。（Ｗ／
ｋｇ）と占積率を測定した結果を表２に併記する。

適合例においては、歪取り焼鈍後も低鉄損か得られた。

占積率も優れていた。特に適合例１２．１５．１６にお
いては、後処理として電解エツチング、さらにはリチウ
ムシリケートとアンチモンゾルの溝への充てんを行って
いることがら鉄損かさらに低減した。

一方比較例１４及び１７は、加工端と板面とのなす角度
かそれぞれ１０°、７５°であるために鉄損の低減効果
が不十分である。特に比較例１７は、磁束密度の劣化も
大きく、占積率も劣った。

また比較例１８〜２０は、鉄釘とレーザーを使用したか
、歪取り焼鈍後は鉄損低減の効果かなく、また鉄釘の場
合は、磁束密度の劣化が著しく、占積率も劣った。

（発明の効果） この発明によれば従来不可避であった占積率の劣化及び
Ｂ８の劣化を伴うことなくして鉄損の極めて低いとくに
歪取り焼鈍によっても磁区細分化効果の失われない方向
性けい素鋼板の製造方法を確立することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法の実施に用いる酸化物層の除去
装置の要部−例を示す図、 第２図は加工用工具の加工端形状の例を示す図、第３図
は加工端と加工ヘッドの移動方向との角度が方向性けい
素鋼板の磁気特性に及はす改善効果を示すグラフ 第４図は砥粒を複合めっきした超音波加工用工具の加工
端形状の例を示す図である。 第１図 （ａ） （ｈン 咀３図 ＠４図 （ａ） （ｈ′。 じ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次再結晶焼鈍後の方向性けい素鋼板表面に加工用
   工具の加工端から超音波振動を印加することにより該鋼
   板表面の酸化物層を局所的に除去して、歪取り焼鈍によ
   る特性劣化を抑制した低鉄損方向性けい素鋼板を製造す
   る際に、 加工用工具の加工端の振動方向を鋼板表面に対して、２
   ０〜７０゜の範囲内として、斜めに超音波振動を印加す
   ることを特徴とする歪取り焼鈍によって特性が劣化しな
   い低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法。 ２、加工用工具は、加工端に粒径５０〜５００μｍの砥
   粒を固着させてなる請求項１記載の歪取り焼鈍によって
   特性が劣化しない低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法。