JPH0430459B2

JPH0430459B2 -

Info

Publication number: JPH0430459B2
Application number: JP16805686A
Authority: JP
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1992-05-21
Also published as: JPS6326325A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕この発明は、磁気特性に優れ且つ品質の良い高
ケイ素鋼板の製造方法に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

変圧器や発電機等の回転機の鉄心として用いら
れている電磁鉄板のほとんどは、高ケイ素鋼板か
らなつている。この種の高ケイ素鋼板は、ケイ素
含有量が増すにつれて鉄損が低くなり、ケイ素含
有量が6.5wt％付近では、磁歪が０となり最大透
磁率もピークになるなど、最も優れた磁気特性を
示すことが知られている。

このような高ケイ素鋼板の製造方法の１つとし
て、滲珪法が知られている。この方法は、普通鋼
板または4wt％以下のケイ素を含有する低ケイ素
鋼板に対して、SiCl₄を含有する無酸化ガス雰囲
気中で、蒸着処理を施して、鋼板の表面にケイ素
を蒸着させ、次いで、SiCl₄を含有しない無酸化
ガス雰囲気中で、鋼板に対して拡散処理を施し
て、蒸着させたケイ素を鋼板中に拡散させ、かく
して、ケイ素を均質に含有させた高ケイ素鋼板を
得るものである。

しかしながら、上述した従来の滲珪法は、次に
述べるような問題を有している。

すなわち、ケイ素を蒸着させた鋼板表層のケイ
素富化層中に、カーケンダル・ボイドを称する多
数のボイドが発生する。このようなボイドが発生
する原因は、次のように説明されている。即ち、
ケイ素の蒸着時に、鋼板の母材層とケイ素富化層
との間にケイ素濃度の急勾配部が生じ、ケイ素の
急激な拡散が起こるが、ケイ素が母材層中へ拡散
する速度よりも、母材層中の鉄がケイ素富化層中
に拡散する速度の方が遅いため、富化層中、ケイ
素が移動した跡に空孔ができ、この空孔が結合し
てボイドとなる。このようなボイドは、蒸着処理
後に行なわれる拡散処理によつて、ある程度は消
滅するが、完全には消滅しない。

上述のボイドが高ケイ素鋼板中に残存している
と、磁気特性に悪影響を及びすばかりでなく、ク
ラツクの発生原因となり、製品の機械的性質にも
良くない。

上述のボイドの発生を防止する方法として、特
公昭38−26263号公報には、下記からなる電磁鉄
板の磁性を改良する方法が開示されている。すな
わち、炭素含有量が0.15wt％以下の薄鋼板に対し
て、SiCl₄を含有する無酸化ガス雰囲気中で、
1200〜1250℃の温度で蒸着処理を施し、次いで、
SiCl₄を含有しない無酸化ガス雰囲気中で、鋼板
を1200〜1250℃の範囲内の温度に徐々に昇温し
て、拡散処理を施す。

上述の方法によれば、1200〜1250℃の温度で蒸
着処理が施されるため、鋼板の表層は半溶融状態
となる。従つて、ケイ素富化層中に生じたボイド
は融着し消滅する。しかしながら、鋼板の表層が
半溶融状態になるため、片面ずつしか処理でき
ず、効率が悪いばかりでなく、鋼板に変形が生じ
る。また、板厚が不均一なり易い。鋼板の板厚が
薄い場合は、表層のみ半溶融状態にすることが困
難であり、僅かの張力で鋼板が破断する。従つ
て、帯状の鋼板を連続的に蒸着処理することが不
可能である。

また、上述のボイドの発生を防止する方法とし
て、特公昭45−21181号公報には、下記からなる
電磁鉄板の磁性を改良する方法が開示されてい
る。すなわち、酸化層のない電気鉄板に対して、
4wt％までのSiCl₄を含有する無酸化ガス雰囲気
中で、1100〜1250℃の温度で蒸着処理を施し、次
いで、SiCl₄を含有しない無酸化ガス雰囲気中で、
1150〜1300℃の温度で拡散処理を施す。

上述の方法によれば、蒸着処理のために使用さ
れる無酸化ガス雰囲気中のSiCl₄の含有量が、
4wt％以下、（mol分率で約１％以下）であつて極
めて少ないため、SiCl₄と鋼板のFeとの反応が緩
慢に行なわれる。従つて、ボイドの発生を防止で
きる。しかしながら、蒸着処理に長時間を要し、
工業的な方法には向かない。また、蒸着処理温度
が1100〜1200℃の場合は、ボイドの発生を完全に
防止することができない。蒸着処理温度が1200〜
1250℃の場合は、前述したように、鋼板の表層が
半溶融状態になるため、板厚が不均一になり且つ
鋼板に変形が生じる。

このようなことから、蒸着処理時に鋼板表層の
ケイ素富化層中に生じたボイドが残存するのを防
止して、磁気特性に優れ且つ品質の良い高ケイ素
鋼板を得ることができる、製造方法の開発が望ま
れているが、このような方法は、未だ提案されて
いない。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、上述の現状に鑑み、蒸着処
理時に鋼板表層のケイ素富化層中に生じたボイド
が残存するのを防止して、磁気特性に優れた品質
の良い高ケイ素鋼板を得ることができる、製造方
法を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明の方法は、鋼板の表面に所定量のケイ
素を蒸着させる蒸着処理と、前記蒸着させたケイ
素を前記鋼板中に拡散させる、その後の拡散処理
とを、複数回に分けて交互に行ない、かくして、
前記鋼板中に前記所定量のケイ素を均質に含有さ
せた高ケイ素鋼板を得ることに特徴と有するもの
である。

〔発明の構成〕

以下、この発明の製造方法について詳述する。

この発明において用いられる鋼板の成分組成は
特に限定されないが、優れた磁気特性を得るため
には、以下に述べる成分組成を有していることが
望ましい。

(1)ケイ素含有量が３〜6.5wt％の高ケイ素鋼板を
製造する場合；炭素：0.01wt％以下、ケイ素：4wt％以下、マ
ンガン：2wt％以下。不可避不純物はできるだけ
少ない方が望ましい。

(2) センダスト合金高ケイ素鋼板を製造する場
合；炭素：0.01wt％以下、ケイ素：4wt％以下、ア
ルミニウム：３〜8wt％、ニツケル：4wt％以下、
マンガン：2wt％以下、クロムおよびチタン等の
耐食性を増す元素：5wt％以下。不可避不純物は
できるだけ少ない方が望ましい。

鋼板は、切板状鋼板でも帯板状鋼板（鋼帯）で
もよく、また、鋼片の熱間圧延―冷間圧延によつ
て得られたものでも、溶鋼の直接鋳造・急冷凝固
法によつて得られたものでもよい。ケイ素の蒸着
をCVD法により行なうときには、蒸着時に鋼板
の板厚が減少するから、製品板厚に対し減少板厚
分を付加した板厚のものを用いる必要がある。

この発明は、このような鋼板に対して、所定量
のケイ素を蒸着させる蒸着処理と、その後の拡散
処理とを、複数回に分けて交互に行なうことによ
り、鋼板中にボイドを残存させることなく、所定
量のケイ素を均質に含有させた高ケイ素鋼板を得
るものである。

第１図は、この発明の方法の１実施態様を示す
説明図である。第１図において、１は加熱炉、２
はCVD炉、３は拡散処理炉、４は冷却帯、Ｓは
連続的に搬送される鋼帯である。CVD炉２およ
び拡散炉３は、鋼帯Ｓの搬送途上に交互配置で複
数段設けられている。

鋼帯Ｓは、加熱炉１に導かれ、そこで1023〜
1200℃近辺の温度まで無酸化加熱されたのち、初
段のCVD炉２ａに導かれる。鋼帯Ｓは、そこで
mol分率でSiCl₄を５〜35％含んで無酸化ガス雰
囲気中で、1023〜1200℃の温度でCVD法（化学
的気相蒸着法）により、その表面に少量のケイ素
の蒸着が行なわれ、これによつて、鋼帯Ｓの表層
部分には薄層のケイ素富化層が形成される。次い
で、鋼帯Ｓは、初段の拡散炉３ａに導かれ、そこ
でSiCl₄を含まない無酸化ガス雰囲気中で1200〜
1400℃の温度で均熱され、ケイ素富化層中のケイ
素を母材層中に拡散させる拡散処理が行なわれ
る。初段のCVD炉２ａおよび拡散炉３ａで、少
量のケイ素の蒸着およびその拡散が行なわれた鋼
板Ｓは、次段のCVD炉２ｂおよび拡散炉３ｂに
導かれ、そこで同様に、少量のケイ素の蒸着およ
びその拡散がそれぞれ行なわれる。

このようにして、鋼板Ｓは、少量のケイ素の蒸
着およびその拡散が交互に行なわれ、最終段の
CVD炉２ｎおよび拡散炉３ｎを出るまでに、所
定量のケイ素が蒸着、拡散されて、所定量のケイ
素を均質に含有した高ケイ素鋼板となる。次い
で、鋼板Ｓは、冷却帯４に導かれ、そこで冷却さ
れたのち、巻取られる。

前述したように、ケイ素の蒸着処理時には、鋼
板の母材層とケイ素富化層との間にケイ素濃度の
急勾配部が生じて、ケイ素の急激な拡散が起こ
り、ケイ素の拡散速度よりも鉄の拡散速度が遅い
ことから、ケイ素富化層中に多数のボイドが生じ
る。しかしながら、１回毎のケイ素の蒸着量が少
なければ、その１回毎の蒸着したケイ素によるケ
イ素富化層は、鋼板の表層部分に薄層となつて形
成されるので、ケイ素富化層中に生じたボイド
は、鋼板の極く表層部分に位置することになる。
このため、ケイ素の蒸着処理毎に行なう拡散処理
時に、ボイドを鋼板表面に移動させて消失させる
ことができることがわかつた。従つて、上述した
ように、所定量のケイ素を少量ずつ複数回に分け
て鋼板Ｓに蒸着し、蒸着の毎に拡散を行なうこと
を繰返すことにより、ボイドを残存させることな
く、所定量のケイ素を均質に含有した高ケイ素鋼
板が得られる。

以上の実施態様では、帯板状の鋼板Ｓに対し
て、連続した複数個の交互配置のCVD炉２およ
び拡散炉３で、蒸着処理および拡散処理を連続的
に交互に複数回行なつたが、切板状の鋼板の場合
には、１つの炉の雰囲気等を交互に複数回切換え
ることによつて、蒸着処理および拡散処理を連続
的に交互に複数回行なうこともできる。また、鋼
板に対するケイ素の蒸着もCVD法に限らず、
PVD法（物理的気相蒸着法）等を用いることも
できる。

〔実施例〕

第２図に示す環状炉を用い、この発明の方法お
よび従来法に従つて、高ケイ素鋼板を製造する試
験を行なつた。

CVD法による蒸着処理および拡散処理は、そ
れぞれ環状炉５内への供給ガスをAr―SiCl₄混合
ガスおよびArガスに切換えることによつて行な
つた。用いた試験片６は、20mm×40mm×0.33mmの
寸法の3wt％ケイ素鋼板で、これから6.5wt％高
ケイ素鋼板を製造した。蒸着処理の温度は1200
℃、その無酸化ガス雰囲気のSiCl₄濃度はmol分
率で20％、拡散処理の温度は1200℃であつた。

この発明の方法では、蒸着処理を30秒行ない次
いで拡散処理を２分30秒行なうことを、交互に５
回繰返して、試験片６のケイ素含有量を0.75wt％
ずつ５度にわたつて増加させ6.5wt％とした。従
来法では、蒸着処理を２分30秒行ない、拡散処理
を１時間行なつて、試験片６のケイ素含有量を１
度で3.5wt％増加させ6.5wt％とした。

なお、第２図において、７はガスノズル、８は
環状炉５のヒータ、９は試験片６の支持棒であ
る。

上記のようにして製造されたこの発明の方法お
よび従来法による、高ケイ素鋼板の断面の金属組
織を示す顕微鏡写真を、それぞれ第３図および第
４図に示す。

第３図に示されるように、この発明の方法によ
る高ケイ素鋼板では、ボイドが消失してほとんど
残存しておらず、また、クラツクも生じていない
ことがわかる。これに対し、従来法による高ケイ
素鋼板では、第４図に示されるように、ボイドが
消失しないで多数残存しており、また、クラツク
も生じていることがわかる。

〔発明の効果〕

この発明によれば、ボイドの残存がない磁気特
性に優れた品質の良い高ケイ素鋼板を製造するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の製造方法の１実施態様を
示す説明図、第２図は、この発明の実施例で用い
た環状炉を示す正面図、第３図および第４図は、
それぞれ、この発明の方法および従来法によつて
製造された高ケイ素鋼板の断面の金属組織を示す
顕微鏡写真である。図面において、１…加熱炉、２，２ａ，２ｂ…２ｎ…CVD炉、
３，３ａ，３ｂ…３ｎ…拡散炉、４…冷却帯、Ｓ
…鋼板。

Claims

【特許請求の範囲】

１鋼板の表面に所定量のケイ素を蒸着させる蒸
着処理と、前記蒸着させたケイ素を前記鋼板中に
拡散させる、その後の拡散処理とを、前記鋼板に
対して複数回に分けて交互に行ない、かくして、
前記鋼板中に前記所定量のケイ素を均質に含有さ
せた高ケイ素鋼板を得ることを特徴とする、処理
鋼板の製造方法。