JPH06100936A - フォルステライト被膜のない方向性珪素鋼板の製造方 法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フォルステライト被膜がなく、表面が平滑で
鉄損が低い方向性電磁鋼板の製造法を提供する。 【構成】 重量％でＣ：０．０２５〜０．０８０％、Ｓ
ｉ：２．０〜４．８％、酸可溶性Ａｌ：０．０１５〜
０．０８％、Ｎ：０．００３〜０．０１３％を含有し、
残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブを１２８０
℃未満の温度で加熱し熱延を行い、熱延鋼帯を必要に応
じて焼鈍した後、１回または中間焼鈍を挟む２回以上の
冷間圧延を行い所定の板厚とし、次いで脱炭焼鈍後、仕
上げ焼鈍を施して一方向性珪素鋼板を製造する方法にお
いて、脱炭焼鈍前の鋼板表面に、アルカリ金属化合物溶
液を塗布乾燥することにより仕上げ焼鈍後に被膜がなく
かつ表面が平滑で鉄損が低い方向性電磁鋼板が得られ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄損が極めて低い方向
性珪素鋼板（以下方向性電磁鋼板と云う）に関するもの
である。特にその表面にフォルステライト（以下、グラ
スと云う）被膜を形成させずに二次再結晶工程（仕上げ
焼鈍工程）を完了させ、その後磁区細分化、張力コーテ
ィング等の処理を行い、鉄損特性の改善を図ろうとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、電気機器の磁気鉄芯
として多用され、エネルギーロスを少なくすべく、改善
が繰り返されてきた。方向性電磁鋼板の鉄損を低減する
手段として、仕上げ焼鈍後の材料表面にレーザービーム
を照射し局部歪を与え、それによって磁区を細分化して
鉄損を低下させる方法が例えば特開昭５８−２６４０５
号公報に開示されている。

【０００３】また、応力除去焼鈍しても磁区細分化効果
が消失しない手段が、例えば特開昭６２−８６１７号公
報に開示されている。これらの技術により鉄損レベルは
極めて良好なものとなってきたが、更に鉄損値の低減を
図るためには鋼板表面近傍の磁区の動きを阻害する地鉄
表面の凹凸を取り除くこと（平滑化）が重要であるとの
認識が生まれてきた。

【０００４】しかしながら、珪素鋼板を通常の製造工程
で処理した場合、仕上げ焼鈍後の鋼板表面には前述のグ
ラス被膜が生成されており、表面平滑化のためにはグラ
ス被膜を除去する必要がある。

【０００５】グラス被膜を除去する方法としては酸洗等
の技術が古くからあり、その後表面平滑化する方法とし
て特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている化学
研磨、電解研磨等がある。

【０００６】平滑な表面を得るために、一度生成された
グラス被膜を除去し更に化学研磨・機械研磨等を行うこ
とは種々の困難を伴う。グラス被膜は地鉄中にその根を
深くおろしているため、酸洗によって除去しなければな
らない量は鋼板２μｍ以上もあり生産性が極めて悪い。
更に酸洗設備設置に伴い例えば薬剤濃度管理、排水処理
等の環境問題等もある。

【０００７】一方、一度生成されたグラス被膜を除去す
るのでなく、仕上げ焼鈍時にグラス被膜を生成させない
方法として、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ ３，７８５，８８
２に開示されるＡｌ_２Ｏ_３、特公昭５６−３４１４号公
報に開示される含水珪酸塩鉱物粉末等、ＳｉＯ_２と反応
しない焼鈍分離剤を用いる方法がある。

【０００８】この方法は、生成したグラス被膜を酸洗除
去する方法よりも優れている。しかしながら、この方法
においても脱炭焼鈍時に形成されたＳｉＯ_２等の酸化物
が表面に残存するため、表面を平滑化するために化学研
磨・機械研磨等の処理が必要である。

【０００９】化学的方法においては、前述の酸洗と同じ
く薬剤濃度管理、排水処理等の環境問題があり、また機
械研磨等物理的方法においては工業的に大きな面積を持
つ表面を同一基準で平滑化することに困難がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来法におけ
る上記問題を解消した、方向性電磁鋼板の表面を平滑化
するための工業的手段を提供することを目的とする。本
発明においては、グラス被膜の下地でありかつ仕上げ焼
鈍後まで残存するＳｉＯ_２を生成させない脱炭焼鈍法を
用いることにより、引き続く仕上げ焼鈍工程でグラス被
膜を生成させずに鋼板表面を平滑化しようとするもので
ある。すなわち二次再結晶の方位を制御しつつ、かつ平
滑表面を得ようとするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々のア
ルカリ金属化合物を塗布乾燥した鋼板を脱炭焼鈍・仕上
げ焼鈍した鋼板表面及び磁気特性を詳細に調査した結
果、該技術により鋼板表面は金属光沢を保ち、その鉄損
特性は硝酸酸洗してグラス被膜を除去したものに比べて
低くなることを見いだし本発明を完成させた。

【００１２】本発明の要旨とするところは、重量％で
Ｃ：０．０２５〜０．０８０％、Ｓｉ：２．０〜４．８
％、酸可溶性Ａｌ：０．０１５〜０．０８％、Ｎ：０．
００３〜０．０１３％を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的
不純物からなるスラブを１２８０℃未満の温度で加熱し
熱延を行い、熱延鋼帯を必要に応じて焼鈍した後、１回
または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を行い所定の
板厚とし、次いで脱炭焼鈍、仕上げ焼鈍を施して一方向
性珪素鋼板を製造する方法において、脱炭焼鈍前の鋼板
表面に、アルカリ金属化合物溶液を塗布乾燥後脱炭焼鈍
し、引き続く仕上げ焼鈍においてグラス（フォルステラ
イト）被膜を形成させないことにある。

【００１３】ここで言うアルカリ金属化合物とはＫ_２Ｃ
Ｏ_３，Ｎａ_２ＣＯ_３等炭酸化物，炭酸水素化物，ＫＣ
ｌ，ＮａＣｌ等塩化物，硝酸塩，硫酸塩，ＫＯＨ，Ｎａ
ＯＨ等水酸化物等アルカリ金属を含む化合物から選んだ
１種または２種以上の混合物を指す。溶媒は水、有機溶
媒等前記混合物を溶解するものであればよい。

【００１４】以下、本発明について詳細に説明する。珪
素鋼中には通常０．０４〜０．０８ｗｔ％のＣが含有さ
れ、製品に至る工程で脱炭処理を行うことが必須とされ
ている。一般には冷延後に湿水素−窒素雰囲気中でＣ＋
Ｏ→ＣＯ反応により脱炭する焼鈍が行われているが、十
分に脱炭を行うためにはこの焼鈍雰囲気中の酸素ポテン
シャルを高める必要があり、このような高い酸素ポテン
シャル下においてはＳｉＯ_２，Ｆｅ_２ＳｉＯ_４等の酸化
物の生成は避けられない。

【００１５】そこで本発明者等は、脱炭焼鈍時に酸化被
膜を形成させずに脱炭を促進する従来技術に着目した。
特公昭５８−３３３０１号公報にその基本技術が提示さ
れている。これは、Ｓｉ，Ａｌを含む鋼板表面に前記ア
ルカリ塩溶液を塗布し、表面酸化物を生成させずに脱炭
することにより無方向性電磁鋼の高磁場鉄損を下げるこ
とを狙ったものである。

【００１６】また、特開昭６１−１９００２１号公報で
はこのアルカリ塩溶液塗布を、方向性電磁鋼板に適用し
た例が示されている。これも高速脱炭すること及び脱炭
焼鈍後の金属組織を均一化することにより薄手方向性電
磁鋼の磁気特性向上を狙っている。なお該特許中には発
明の効果として、磁気特性に対する鏡面仕上効果が期待
される旨述べられており、本発明は該特許の磁性に関す
る改良版である。

【００１７】本発明が対象としている一方向性電磁鋼板
は、公知の製鋼法で得られた溶鋼を連続鋳造法あるいは
造塊法で鋳造し、必要に応じて分塊工程を挟んでスラブ
とし、熱間圧延を施して熱延板とし、次いで必要に応じ
てこの熱延板に焼鈍を施し、冷延後にアルカリ塩水溶液
を塗布し・脱炭焼鈍・仕上げ焼鈍を順次行うことによっ
て製造される。

【００１８】図１は、実施例１記載条件により製造した
仕上げ焼鈍後の試料表面を示している。部分的に白色の
酸化物が残存しているが、金属光沢部は通常の酸洗され
た表面と全く異なり平滑になっている。

【００１９】表１に、グラス被膜を酸洗除去した従来法
によるものと本発明による表面平滑化材の単板磁気測定
結果を示す。本発明によれば表面が平滑化される結果、
同じ磁束密度であっても鉄損が低くなる。

【００２０】アルカリ金属塩塗布によって仕上げ焼鈍後
に鋼板表面が平滑化されるメカニズムについて発明者ら
は以下のように考えている。アルカリ金属としてＮａを
例にとると、脱炭焼鈍の昇温過程で表面に付着したＮａ
化合物は分解しＮａは酸化されてＮａ_２Ｏとなる。同様
にＫもＫ_２Ｏとなり鋼板表面に薄い酸化膜を形成する。

【００２１】これらのアルカリ酸化物はＳｉＯ_２と容易
に反応し、例えばＮａとＳｉＯ_２の複合酸化物は、図３
の状態図に示すように通常の脱炭焼鈍温度８００〜９０
０℃の範囲ではＮａ_２ＯとＳｉＯ_２の組成比に応じてＮ
ａ_２Ｏ，２Ｎａ_２Ｏ・ＳｉＯ_２，Ｎａ_２Ｏ・ＳｉＯ_２，
Ｎａ_２Ｏ・２ＳｉＯ_２，非晶質ＳｉＯ_２の混合物となり
これと液相が混在する。図４の状態図からもわかるよう
にＫ_２Ｏについても同様に複合酸化物が形成される。

【００２２】これらの反応によってできた複合酸化物
は、脱炭焼鈍直後において板厚断面写真で観察する限り
厚さは極めて薄いが、図２に示すように鋼板表面に確か
に残存しており、金属光沢は発しておらず表面に凹凸が
ある。

【００２３】このように表面に残存したＮａ_２Ｏあるい
はＫ_２ＯとＳｉＯ_２の複合酸化物は、引き続く仕上げ焼
鈍において焼鈍分離剤と反応し、更に複合酸化物を形成
すると考えられる。

【００２４】通常脱炭焼鈍後の鋼板表面のＳｉＯ_２と一
般的な焼鈍分離剤であるＭｇＯは、固相反応により２Ｍ
ｇＯ・ＳｉＯ_２（フォルステライト）を形成し鋼板表面
から容易に剥離することはないが、本発明のごとくＮａ
_２ＯあるいはＫ_２Ｏが共存すると複合酸化物の融点が１
２００℃よりも低くなるため仕上げ焼鈍中に鋼板表面か
ら遊離し、仕上げ焼鈍後の焼鈍分離剤除去時に焼鈍分離
剤と共に容易に剥離し得たものと推測される。

【００２５】また、鋼板表面が金属光沢を持つまで平滑
化されたのは、酸化物が根をおろしていない鋼板表面
で、１２００℃での高温純化焼鈍時にＦｅ原子が容易に
拡散可能なため平滑化したものと考えている。

【００２６】次に本発明でスラブ成分とスラブ加熱温度
を限定した理由について述べる。Ｃは０．０２５重量％
（以下単に％と略述）未満になると二次再結晶してもＢ
_８＞１．８０（Ｔ）が得がたく、また多すぎると脱炭焼
鈍時間が長くなり経済的でないので０．０２５〜０．０
８０％とした。

【００２７】Ｓｉは低鉄損を得るために少なくとも２．
０％は必要であるが、４．８％を超えると冷延が困難に
なるため２．０〜４．８％とした。

【００２８】Ａｌは二次再結晶の安定化に必要なＡｌＮ
を確保するため、酸可溶性Ａｌとして０．０１５％以上
が必要である。酸可溶性Ａｌが０．０８％を超えると二
次再結晶が不安定になるので上限を０．０８％とした。

【００２９】Ｎは通常の製鋼作業では０．００３％未満
にすることは困難でありかつ経済的に好ましくないので
０．００３％以上とし、一方０．０１３％を超えるとブ
リスタと呼ばれる鋼板表面のふくれが発生するので０．
０１３％以下とした。

【００３０】ＭｎＳ，ＭｎＳｅが鋼中に存在しても製造
工程の条件を適切に選ぶことによって磁気特性を良好に
することが可能である。しかしながら、ＳやＳｅが高い
と線状細粒と呼ばれる二次再結晶不良部が発生する傾向
があり、この不良部の発生を予防するためには（Ｓ＋
０．４０５Ｓｅ）が０．０１４％以下であることが望ま
しい。

【００３１】Ｍｎは０．０５未満では熱延時にストリッ
プ端部の形状が悪くなり歩留低下を招く。かつ０．８％
を超えると製品の磁束密度が低下するのでＭｎは０．０
５〜０．８％であることが望ましい。

【００３２】スラブ加熱温度が１２８０℃を超えるとエ
ネルギー原単位がかさみ、かつ加熱中に鋼板表面が溶融
し溶けたノロが炉内に滞留するため、歩留が低下するば
かりでなく加熱炉のノロ清掃等設備維持コストがかかる
上に生産性が低下する。したがって、スラブ加熱温度は
普通鋼並の１２８０℃未満とした。そして、脱炭焼鈍か
ら仕上げ焼鈍工程に入る前に窒化処理を行うことを規定
したのは、本発明のように１２８０℃未満でのスラブ加
熱を前提とするプロセスでは、二次再結晶に必要なイン
ヒビター強度が不足がちになるからである。

【００３３】窒化の方法としては特に限定するものでは
なく、脱炭焼鈍後引き続き焼鈍雰囲気中にＮＨ_３ガスを
混入させ窒化する方法、プラズマを用いる方法、焼鈍分
離剤に窒化物を添加し仕上げ焼鈍の昇温中に窒化物が分
解してできた窒素を鋼板に吸収させる方法、仕上げ焼鈍
雰囲気のＮ_２ガス分圧を高めにし雰囲気Ｎ_２ガスによっ
て窒化する方法等、いずれの方法でもよい。このような
窒化処理を行うことによって二次再結晶は安定化し、高
いＢ_８を得ることができる。

【００３４】更に焼鈍分離剤の塗布を静電塗布とするこ
と、仕上げ焼鈍時の雰囲気を二次再結晶終了時まで
Ｎ_２：５％以上９５％以下とすること等の磁気特性向上
策を取り入れることも有効である。

【００３５】

【実施例】

（実施例１）Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．２５％、Ｍ
ｎ：０．１４％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：０．０２８
％、Ｎ：０．００８％を含むスラブを、１１５０℃で加
熱後熱延し２．３ｍｍの熱延板とした。１１２０℃で熱
延板を焼鈍後０．２３ｍｍまで冷延した。冷延板の表面
に１０％ＮａＯＨの水溶液を塗布後乾燥したものと何も
塗布しなかったものを、露点５０℃（ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２
＝０．１８）・温度８２０℃で脱炭焼鈍を行った。

【００３６】焼鈍分離剤としてＭｇＯをスラリー状で塗
布し、１２００℃で２０時間の仕上げ焼鈍を行った。焼
鈍後鋼板表面を水洗し、グラス被膜が形成されたものは
硝酸によりこれを除去し歪取焼鈍後単板で磁気測定を行
った。結果を表１に示す。

【００３７】本発明材が、フォルステライト被膜生成後
酸洗で酸化膜を除去した材料よりも鉄損特性に優れてい
ることがわかる。これは前述したように表面が平滑にな
ったことによって、磁壁移動が容易になったためと考え
ている。

【００３８】

【表１】

【００３９】（実施例２）Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
２５％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：
０．０２６％、Ｎ：０．００５％を含むスラブを、１１
５０℃で加熱後熱延し２．３ｍｍの熱延板とした。１１
２０℃で熱延板を焼鈍後０．２３ｍｍまで冷延した。冷
延板の表面に１０％ＮａＯＨの水溶液を塗布後乾燥し、
雰囲気中のＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２＝０．０００７，０．０５
８，０．１８，０．５９・温度８２０℃で脱炭焼鈍を行
った。

【００４０】焼鈍分離剤としてＭｇＯをスラリー状で塗
布し、１２００℃で２０時間の仕上げ焼鈍を行った。焼
鈍後鋼板表面を水洗し、歪取焼鈍後単板で磁気測定を行
った。結果を図５に示す。ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２が０．１以
上で鉄損の低減が図られることがわかる。

【００４１】（実施例３）Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：３．
０％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：
０．０３０％、Ｎ：０．００５％を含むスラブを、１１
５０℃で加熱後熱延し２．３ｍｍの熱延板とした。１１
２０℃で熱延板を焼鈍後０．２３ｍｍまで冷延した。冷
延板の表面に１０％Ｋ_２ＣＯ_３の水溶液を塗布後乾燥
し、雰囲気中のＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２＝０．５９・温度８２
０℃で脱炭焼鈍を行った。

【００４２】焼鈍分離剤としてＡｌ_２Ｏ_３を静電塗布
し、１２００℃で２０時間の仕上げ焼鈍を行った。焼鈍
後鋼板表面を水洗し、歪取焼鈍後単板で磁気測定を行っ
た。Ｂ_８は１．８８（Ｔ）に対してＷ_{１７／５０}＝１．
２２、Ｗ_{１３／５０}＝０．６２（Ｗ／ｋｇ）であった。
この場合、鋼板表面残存酸化物が実施例１よりも少な
く、鉄損が更に低下した。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、一度生成されたグラス
被膜を酸洗する必要がなくかつグラス被膜を酸洗したも
のよりも優れた鉄損値が得られるので工業的価値は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明材、（ｂ）はグラス被膜硝酸酸
洗材それぞれの写真である。

【図２】本発明法における脱炭焼鈍後の鋼板表面の写真
である。

【図３】ＮａとＳｉＯ_２の複合酸化物の状態図である。

【図４】Ｋ_２ＯとＳｉＯ_２の複合酸化物の状態図であ
る。

【図５】ＰＨ_２Ｏ／ＰＨ_２と磁気特性との関係を示す図
表である。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で Ｃ ：０．０２５〜０．０８０％、 Ｓｉ：２．０〜４．８％、 酸可溶性Ａｌ：０．０１５〜０．０８％、 Ｎ ：０．００３〜０．０１３％ 残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるスラブを１２８０
   ℃未満の温度で加熱し熱延を行い、１回または中間焼鈍
   を挟む２回以上の冷間圧延によって所定の板厚とし、次
   いで脱炭焼鈍後焼鈍分離剤を塗布し、仕上げ焼鈍を施し
   て一方向性珪素鋼板を製造するプロセスにおいて、脱炭
   焼鈍前の鋼板にアルカリ金属化合物溶液を塗布乾燥する
   ことを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 脱炭焼鈍時の雰囲気中のＰＨ_２Ｏ／ＰＨ
   _２を０．１以上とすることを特徴とする請求項１記載の
   方法。
3. 【請求項３】 脱炭焼鈍から仕上げ焼鈍工程に入る前に
   窒化処理を行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 焼鈍分離剤の塗布を静電塗布とすること
   を特徴とする請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 仕上げ焼鈍時の雰囲気を二次再結晶終了
   時までＮ_２：５％以上９５％以下とすることを特徴とす
   る請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 焼鈍分離剤としてＭｇＯ以外のアルカリ
   土金属の酸化物を用いることを特徴とする請求項１記載
   の方法。