JPH0337843B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 磁気特性に優れた方向性けい素鋼板なかでもと
くに、鉄損の低い方向性けい素鋼板の製造に関し
てこの明細書では、ひずみ取り焼鈍による特性劣
化の回避についての開発研究の成果に関連して以
下に述べる。 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、その磁化特性が優
れていること、とくに鉄損（W17／50で代表）が
低いことが要求されている。 このためには、第一に鋼板中の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が
必要であり、第二には、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必要が
ある。かかる配慮の下に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つて、その
鉄損値も年を追つて改善され、最近では板厚0.30
mmの製品でW17／50の値が1.05W／Kgの低鉄損の
ものが得られている。 しかし、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、それらの鉄芯材料として、さらに鉄
損の低い方向性けい素鋼板が要請されるようにな
つている。 （従来の技術） ところで、方向性けい素鋼板の鉄損を下げる手
法としては、Si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ど、主に冶金学的方
法が一般に知られているが、これらの手法は、現
行の生産手段の上からは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到つていた。 これらの方法とは別に、特公昭54−23647号公
報に開示されているように、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
ながらこの方法は、２次再結晶粒の制御が安定し
ていないため、実用的とは言いがたい。 その他特公昭58−5968号公報には、２次再結晶
後の鋼板の表面にボールペン状小球により、微小
ひずみ鋼板表面層に導入することにより、磁区の
幅を微細化し、鉄損を低減する技術が、また、特
公昭57−2252号公報には、最終製品板表面に、圧
延方向にほぼ直角にレーザービームを数mm間隔に
照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入するこ
とにより、磁区の幅を微細化し、鉄損を低減する
技術が提案されている。さらに、特開昭57−
188810号公報には、放電加工により鋼板表層に微
小ひずみを導入し、磁区幅を微細化し、鉄損を低
減する同様の技術が提案されている。 これら３種類の方法は、いずれも２次再結晶後
の鋼板の地鉄表層に微小な塑性ひずみを導入する
ことにより磁区幅を微細化し鉄損の低減を図るも
のであつて、均しく実用的であり、かつ鉄損低減
効果も優れてはいるが、鋼板の打抜き加工、せん
断加工、巻き加工などの後のひずみ取り焼鈍や、
コーテイングの焼付け処理の如き熱処理によつ
て、塑性ひずみ導入による効果が減殺される欠点
を伴う。 （発明が解決しようとする問題点） この発明は、上記した先行技術とは発想を異に
した磁区幅の細分化手段をもつて、高温における
ひずみ取り焼鈍においてもなお磁区細分化効果を
失なわず、鉄損低減の実効を確保し得るようにし
た方向性けい素鋼板を与えることを目的とする。 （問題点を解決するための手段） この発明は、方向性けい素鋼板の表面被膜を構
成するフオルステライト被膜の欠損部分、および
この欠損部分の地鉄内表面近傍層に存在させた
（めつきあるいは塗布させた）地鉄と熱膨張率の
異なる金属の存在が、製品の磁区幅の細分化に有
利に寄与しかつ製品板のひずみ取り焼鈍によつて
細分化効果を失わないという新規知見に立脚す
る。 ところで方向性けい素鋼板の製造工程中、最終
板厚に冷間圧延された鋼板は、有害な炭素を取除
くため通常脱炭焼鈍が施される。 この焼鈍によつて鋼板の内部に微細な分散第２
相からなる抑制剤を含有した１次再結晶集合組織
となるが、同時に鋼板表面層は微細なSiO₂粒子
が地鉄内に分散した「サブスケール構造」とな
る。 この脱炭・１次再結晶板には、その表面に
MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布したのち、
２次再結晶焼鈍ついでそれに引き続き1200℃前後
での高温の純化焼鈍が施される。 この２次再結晶焼鈍によつて鋼板の結晶粒は、
（110）〔001〕方位の粗大な粒になる。また高温純
化焼鈍によつて鋼板内部に存在していた抑制剤の
１部であるＳやSeやＮ等は鋼板地鉄外に除去さ
れる。 さらに、この純化焼鈍において、鋼板表面のサ
ブスケール中のSiO₂と表面に塗布された焼鈍分
離剤中のMgOが、次式、 2MgO＋SiO₂→Mg₂SiO₄ のように反応して鋼板表面に、フオルステライト
（Mg₂SiO₄）の多結晶からなる被膜を形成し、こ
のとき、余剰のMgOは未反応物として、鋼板と
鋼板との融着を防止する役割を果す。 高温の純化焼鈍を終えた鋼板は未反応の焼鈍分
離剤を取除き、必要に応じて絶縁コーテイングの
上塗りやコイルセツトを取除くための処理を施し
て製品となすわけである。 ここに発明者らは、フオルステライト被膜の役
割を再調査した結果、この被膜が張力付加型コー
テイングと同様、鋼板に張力を付加し、磁区を細
分化していること、しかも鋼板の磁区幅の細分化
効果は場所により微妙に異なつていることを見出
した。 そこでさらに鋼板の磁区幅の細分化効果につき
綿密な検討を加えた結果、フオルステライトを欠
損させた部分を人為的に形成すると、その部分で
磁区細分化効果が著しくなること、さらにフオル
ステライトを欠損させたときに同時に必然的に欠
損する地鉄部分に地鉄と熱膨張率の異なる金属を
めつきあるいは、塗布などにより埋込むと、より
効果は強くなり、かつひずみ取り焼鈍などの熱処
理によつてもその効果が失われないことが新しく
見出されたのである。上記の知見すなわち地鉄表
層部に塑性ひずみ域がみられないフオルステライ
ト被膜付きの方向性けい素鋼板につき、フオルス
テライト被膜の欠損領域をつくること、およびそ
の欠損領域の地鉄内表面近傍層に地鉄と熱膨張率
の異なる金属を存在させることとによつて、ひず
み取り焼鈍によつても特性改善効果の失われない
ことの究明に基くものである。 ここに最終仕上焼鈍を経てフオルステライト被
膜を有する方向性けい素鋼板の表面から、フオル
ステライト相の混在する表面近傍の地鉄層をも含
めてフオルステライト被膜を局部的に除去し、そ
の除去跡面上に、地鉄と熱膨張率の異なる金属を
付着させることを特徴とする、ひずみ取り焼鈍に
よる特性劣化がない方向性けい素鋼板の製造方法
（第１発明）、 最終仕上焼鈍を経てフオルステライト被膜を有
する方向性けい素鋼板の表面から、フオルステラ
イト相の混在する表面近傍の地鉄層をも含めてフ
オルステライト被膜を局部的に除去し、その除去
跡面上に、地鉄と熱膨張率の異なる金属を付着さ
せ、さらに張力を付与する絶縁コーテイングを施
すことを特徴とする、ひずみ取り焼鈍による特性
劣化がない方向性けい素鋼板の製造方法。（第２
発明）、 最終仕上焼鈍後のフオルステライト被膜上に張
力を付与する絶縁コーテイングを施した方向性け
い素鋼板の該コーテイング、該フオルステライト
および、フオルステライト相の混在する表面近傍
の地鉄層を局部的に除去し、該除去部分に地鉄と
熱膨張率の異なる金属を付着させ、ついで上記張
力付与コーテイング膜とは異なる張力を呈する上
塗コーテイングを施すことを特徴とする、ひずみ
取り焼鈍による特性劣化がない方向性けい素鋼板
の製造方法（第３発明）の手順によつて上記目的
を達成するものである。 この発明におけるフオルステライト被膜付きの
鋼板とは、表面被膜がフオルステライト被膜単味
のものにかぎらず、その上に重ねて一般の上塗り
コーテイング被膜をそなえるものも含むのは、も
ちろんである。 さて、発明者らは実験室的にフオルステライト
被膜の厚みを局所的に変換させ、その領域、形状
厚み差、および方位などが磁区の細分化に及ぼす
影響につき、種々の検討を加え、鉄損との関係に
ついて調査した。 なおこの実験において局所的にフオルステライ
トを除去するためには、HF溶液を用いて化学的
にフオルステライトを溶解した。 その結果、フオルステライトの欠損領域の形状
としては、第１図イに示したような連続的または
非連続的の線状形状がとくに鉄損低減効果におい
て有効であることが認められた。ただし非連続の
線状領域においては、点と点との間隔が0.5mm以
上離れると効果は低減した。 この点、破線状のように線の一部が少しづつ抜
けている場合は、鉄損低減効果は線状の場合とほ
ぼ同じであつた。 第２図には上記方法を用いて、板厚0.23mmの方
向性けい素鋼板から間隔４mmでフオルステライト
被膜を除去した後の特性を、除去幅の種々な変更
の影響について示した。フオルステライト被膜を
除去する上記方法以外の方法としてナイフエツジ
によるような機械的手段も考えられる。 しかしながら、これらの方法で注意しなければ
ならないのは、下地鉄中に塑性ひずみが加わりそ
れによる鉄損低減効果がみかけ上加わることであ
る。 それら塑性ひずみによる効果は、ひずみ取り焼
鈍によつて効果が失なわれるためにこの発明法に
おけるフオルステライト欠損と自ずから区分され
る。 第３図イはフオルステライト被膜付きの方向性
けい素鋼板の表面に存在するフオルステライト被
膜をナイフエツジで0.1mm幅および0.6mm幅で圧延
方向と90°をなす平行線（線間隔４mm）状に除去
した後の鉄損W17／50と該フオルステライトの除
去によつて導入されたひずみを取除くため800℃
で５時間の焼鈍を行なつた後の鉄損とを示した。 0.1mm幅でフオルステライト除去をしたものは
その直後に塑性ひずみの効果も加わつて鉄損が改
善されているが、ひずみ取り焼鈍によつてその効
果が失われることが判る。これは従来知られてい
るボールペン等による押圧によつてひずみを導入
した場合と同様でひずみ取り焼鈍により著しく鉄
損は劣化して磁区細分化による効果は失われる。 ちなみに第４図はボールペンで圧延方向と直角
に平行線状に４mm間隔でひずみを入れた時の鉄損
の改善効果と、ひずみ取り焼鈍による効果の消失
を示したものである。 これらに対し第３図のロは、第３図のイと同様
にフオルステライト除去後、Cuを除去部分にめ
つきしたものである。Cuめつきは硫酸銅水溶液
中に銅板を浸漬することで施した。 フオルステライトの線状除去部分のみにCuは
析出するので、線状めつきを施すことができる。 図示の結果が示すとおりフオルステライト除去
部分にCuめつきを施した場合ひずみ取り焼鈍後
の磁区細分化効果は第３図イの事例と対照的に堅
持されて鉄損改善効果は著しい。 なおフオルステライト被膜の欠損領域は、圧延
方向を横切る向きにて繰返し形成することが、鋼
板全体の鉄損を下げるために有効で、たとえば第
１図ロに示したような領域間の間隔は、第５図に
示したように１mm〜30mm範囲とすることが望まし
い。 またフオルステライト被膜における欠損領域の
形成は、鋼板の両面であつても、片面にのみであ
つても、その効果にほとんど変わりはない。次に
この発明に係る方向性けい素鋼板の製造方法につ
いて説明する。 この発明の素材は公知の製鋼方法、例えば転
炉、電気炉などによつて製鋼し、さらに造塊−分
塊法または連続鋳造などによつてスラブ（鋼片）
としたのち、熱間圧延によつて得られる熱延コイ
ルを用いる。 この熱延板は、Siを2.0〜4.0％程度含有する組
成である必要がある。というのは、Siが2.0％未
満では鉄損の劣化が大きく、また4.0％を超える
と、冷間加工性が劣化するからである。その他の
成分については方向性けい素鋼板の素材成分であ
れば、いずれも適用可能である。 次に冷間圧延により、最終目標板厚とされる
が、冷間圧延は、１回もしくは中間焼鈍を挾む２
回以上の冷間圧延により行われる。このとき必要
に応じて熱延板の均一化焼鈍や、冷間圧延に替わ
る温間圧延を施すこともできる。 最終板厚とされた冷延板は、脱炭可能な程度の
酸化性雰囲気もしくはサブスケール形成可能な程
度の弱酸化性雰囲気中で１次再結晶焼鈍が施され
る。 ついで、鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍
分離剤を塗布した上で２次再結晶のための焼鈍と
それに続く高温純化焼鈍（最終仕上焼鈍）を行な
う。それによつて焼鈍分離剤が塗布されている表
面にはフオルステライトが形成される。この最終
焼鈍が終了した鋼板は通常余剰の未反応焼鈍分離
剤を除去した後、必要に応じて、電気絶縁性を付
与するために絶縁コーテイングが施こされる。 フオルステライトを除去する工程はこの最終仕
上焼鈍ないしは絶縁コーテイングが施こされた後
に行う。なんとなれば、フオルステライトの除去
処理によつて、地鉄の部分が裸出した直後にめつ
き等による異種金属の地鉄表面層への付着を施す
方が、地鉄と異種金属の密着性が高まり、より効
果が発揮しうるからである。フオルステライトの
部分除去法としてはHF液によるエツチングを適
当なマスクを用いて行う方法、ナイフエツジによ
り削りとる方法、回転円板砥石による除去方法、
出力を適切に調整したレーザービームなどの光学
的除去などのいずれの方法でも良い。 かかる除去処理の難点は地鉄表面に塑性ひずみ
域を形成させないようにすることであるが、それ
には細心の注意が必要である。塑性ひずみが導入
された場合ひずみ取り焼鈍後に、多くの場合鋼板
の特性が著しく劣化するからである。しかしこの
発明による異種金属の付着によりひずみ取り焼鈍
後の劣化は防ぎえるようになつたのである。 （作用） ここにこの発明に従い、フオルステライト被膜
を除去し、その直下の地鉄内表面層に異種金属領
域を区画形成することによつて鉄損物性が改善さ
れる理由は、フオルステライト除去により鋼板表
面に異張力領域が生じることに加え、地鉄内表面
層に存在する異種金属層がその付着後の焼鈍によ
つて反応を起こし鋼板表面層でより強い異張力領
域を生じるためであろうと考えられる。 また、フオルステライト除去作業によつて不可
避的に生じる地鉄欠損領域は漏れ磁束を発生し、
そのために積層した場合の磁気特性は、漏れ磁束
が隣接する板を通過するため、単板で測定した場
合に比して劣るが、この発明法では、欠損領域を
金属で埋めることにより、上該漏れ磁束の発生を
防止するため、磁気特性の劣化を防ぐことができ
る。 またこれらのフオルステライト除去作業は、張
力コーテイングが施された後に行なわれた場合磁
気特性向上効果はさらに増大する。 その理由は張力付与型コートによる張力効果が
欠損部分を線状に与えることによつてフオルステ
ライト欠損部分の効果に加算されるからと考えら
れる。 しかしながら上記の処理を加えた場合鋼板の層
間抵抗が劣化するので望ましくない。この欠点を
補うためにさらに上塗コーテイングを重ねて行
う。その際上記効果を保持するためには、張力コ
ーテイングとは付与する張力の異なるコーテイン
グが必要である。そのためには、非張力型のりん
酸マグネシウムを主剤とするコーテイングが望ま
しい。 このような異張力弾性ひずみを附加した方向性
けい素鋼板においては、鋼板の地鉄表層部に塑性
ひずみ領域やレーザー照射痕のような高転位密度
領域を存在させる従来法の場合と異なり、人為的
な塑性ひずみ領域がみられないので、通常800℃
前後で１分間から数時間にわたつて施されるひず
み取り焼鈍を施しても劣化がほとんどないという
特筆すべき利点かある。前者の場合は、地鉄表層
部の塑性ひずみが高温によつて消滅されていくの
で鉄損の劣化が生じるという致命的な欠点を有す
るが、この発明の場合はひずみ取り焼鈍の有無に
かかわらず良好な鉄損を示す。 実施例 １ Si3.2％を含有するけい素鋼素材を常法に従つ
て厚み0.23mmの製品板とした後、軽圧力によるナ
イフエツジではは0.1mm、深さ2.5μｍ、圧延方向
に対し70°傾いた４mm間隔の平行線でフオルステ
ライトの除去を行なつた。ただちにフオルステラ
イト除去後の製品板を３％硫酸銅溶液に3s間浸漬
して除去部分の地鉄内表面層に銅を析出させた。
Cuの析出量は0.4ｇ／m²であつた。１部は比較例
ＡとしてCuめつきを施こさなかつた。 つづいて当該処理板に、りん酸塩系の絶縁コー
テイングを施こして無処理の比較板Ｂと特性を比
べたところ次のとおりであつた。 B₁₀(T) W_17/50(W/Kg) 実施例１ 1.91 0.85 比較例Ａ 1.91 0.86 比較例Ｂ 1.91 0.92 つづいて820℃で３時間の焼鈍を実施例１の板
と比較例Ａ、Ｂの板に施した結果は次のとおりで
あつた。

【表】 実施例 ２ Si3.2％を含有するけい素鋼素材を常法にした
がつて厚み0.30mmの製品板とした後化学研磨液
（フツ化水素酸＋過酸化水素水）で幅0.6mmで圧延
方向と直角の方向に、間隔が５mmピツチの平行配
列にてエツチングを施した。しかる後半量は線状
にニツケルを電解めつき（目付量0.5ｇ／m²）し、
残り半量は電解めつきを施こさなかつた。

【表】 さらにこれらの板に対して800℃×3hの焼鈍を
加えたのちの成績は次のとおりであつた。

【表】 実施例 ３ Si3.2％を含有するけい素鋼素材を常法にした
がつて厚み0.23mmの製品板とした後りん酸マグネ
シウム25ｇに対しコロイドシリカを13ｇ含有量す
る組成にて張力付与型のコーテイング（熱膨張係
数４×10^-6／℃）を施した。 その後回転研石を用いてコーテイング表面上に
幅0.2mm、深さ3μの溝をつくり、フオルステライ
トを線状除去した。この線状研削は圧延方向と直
角で４mmピツチの繰返しの平行線とした。その後
電気めつきによつてNiを0.5ｇ／m²の厚みで線状
部に付着させ、加えて非張力型のりん酸マグネシ
ウムコーテイングを上塗りコーテイング（熱膨張
係数８×10^-6／℃）として施した。 線状のフオルステライト除去を施こさなかつた
比較例と磁性を比較すると以下のようである。 B₁₀(T) W_17/50(W/Kg) 実施例３ 1.91 0.83 比較例 1.91 0.89 上記のサンプルにそれぞれ800℃×5Hのひずみ
取り焼鈍を加えて再び磁性を測定した。 実施例３ 1.91T 0.85 比較例 1.91T 0.89 （発明の効果） かくして、第１〜第３各発明によれば、ひずみ
取り焼鈍を施しても物性が劣化しない鉄損特性に
優れた方向性けい素鋼板を得ることができて有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はフオルステライトの欠損領域の形成要
領と間隔の定義の説明図、第２図は除去幅の鉄損
値に及ぼす影響を示すグラフ、第３図はフオルス
テライト被膜を平行線状に除去し、またその後に
焼鈍したときの鉄損挙動を示す比較グラフ、第４
図は線状押圧による場合の性能グラフ、第５図は
領域間間隔が鉄損に及ぼす影響を示すグラフであ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 最終仕上焼鈍を経てフオルステライト被膜を
   有する方向性けい素鋼板の表面から、フオルステ
   ライト相の混在する表面近傍の地鉄層をも含めて
   フオルステライト被膜を局部的に除去し、その除
   去跡面上に、地鉄と熱膨張率の異なる金属を付着
   させることを特徴とする、ひずみ取り焼鈍による
   特性劣化がない方向性けい素鋼板の製造方法。 ２ 最終仕上焼鈍を経てフオルステライト被膜を
   有する方向性けい素鋼板の表面から、フオルステ
   ライト相の混在する表面近傍の地鉄層をも含めて
   フオルステライト被膜を局部的に除去し、その除
   去跡面上に、地鉄と熱膨張率の異なる金属を付着
   させ、さらに張力を付与する絶縁コーテイングを
   施すことを特徴とする、ひずみ取り焼鈍による特
   性劣化がない方向性けい素鋼板の製造方法。 ３ 最終仕上焼鈍後のフオルステライト被膜上に
   張力を付与する絶縁コーテイングを施した方向性
   けい素鋼板の該コーテイング、該フオルステライ
   トおよび、フオルステライト相の混在する表面近
   傍の地鉄層を局部的に除去し、該除去部分に地鉄
   と熱膨張率の異なる金属を付着させ、ついで上記
   張力付与コーテイング膜とは異なる張力を呈する
   上塗コーテイングを施すことを特徴とする、ひず
   み取り焼鈍による特性劣化がない方向性けい素鋼
   板の製造方法。