JPH07173544A

JPH07173544A - 鏡面方向性珪素鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH07173544A
Application number: JP5322699A
Authority: JP
Inventors: Takeo Nagashima; 武雄長島; Kunihide Takashima; 邦秀高嶋; Yoshio Nakamura; 吉男中村; Kenichi Murakami; 健一村上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-21
Filing date: 1993-12-21
Publication date: 1995-07-11
Anticipated expiration: 2013-01-28
Also published as: JP2706040B2

Abstract

(57)【要約】【目的】鋼成分及び焼鈍分離剤を特定し、磁束密度の
高く、かつ表面（界面）が鏡面である方向性電磁鋼板を
仕上焼鈍で得る。これに張力被膜付与、磁区細分化処理
を施し、超低鉄損方向性珪素鋼板を提供する。【構成】Ｓｉ：２〜７重量％及びＢｉ：０．０００５
〜０．０５００重量％含む電磁鋼スラブを熱延後、必要
に応じて焼鈍し、１回の冷延または中間焼鈍を挟む２回
以上の冷延を行い、脱炭焼鈍後、金属の塩素化合物を含
む焼鈍分離剤を塗布・乾燥して仕上焼鈍を行うと、高磁
束密度（Ｂ₈）で、鏡面の方向性電磁鋼板が得られる。
仕上焼鈍、張力被膜付与、磁区細分化処理を施すと、超
低鉄損方向性電磁鋼板が得られる。【効果】本発明電磁鋼板を用いる電力器機（例えば電
力用トランス）は、エネルギーロスを小さくすることが
でき、地球の環境改善（省エネルギー）に貢献し、その
社会的意義は大きい。

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、方向性電磁鋼板という）の製造方法
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、グラスという）被膜を形成させずに二次再結晶
工程（仕上焼鈍工程）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。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６２−８
６１７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。

【０００３】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、仕上焼鈍後の鋼板表面にはグラス被膜
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。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。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板厚で１μｍ以
上もあり生産性が極めて悪い。更に酸洗設備に伴い例え
ば薬剤濃度管理、排水処理等の環境問題等もある。

【０００４】一方、一度生成されたグラス被膜を除去す
るのでなく、仕上焼鈍時にグラス被膜を生成させない方
法として、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ３７８５８８２に開
示されるＡｌ₂Ｏ₃、特公昭５６−３４１４号に開示さ
れる含水珪酸塩鉱物粉末等、ＳｉＯ₂と反応しない焼鈍
分離剤を用いる方法がある。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Ｓｉ
Ｏ₂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。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。更に特開昭６４−
６２４１７号、特開平２−２２８４８１号に開示され
る、塩化物を焼鈍分離剤中に添加し仕上焼鈍時にＭｇＯ
とＳｉＯ₂との反応を抑制する方法がある。この方法は
現在のところ最も工業的に優れているが、薄い酸化膜が
残存する点、得られる表面粗度が化学研磨を用いた場合
よりも粗い点が鉄損低減の妨げとなっていた。

【０００５】

【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、電磁鋼板の表面を平滑化し低鉄
損を得るための工業的手段を提供することを目的とす
る。本発明は、珪素鋼の仕上焼鈍において脱炭焼鈍時に
形成された酸化被膜を除去し、かつ鋼板表面を平滑化
し、仕上焼鈍後に張力被膜付与あるいは磁区細分化を施
すことにより、鉄損を極限まで低減した超低鉄損方向性
電磁鋼板の製造方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、重量％で
２〜７％のＳｉ及び０．０００５〜０．０５０％のＢｉ
を含有する珪素鋼の脱炭焼鈍板の仕上焼鈍に際し、種々
の塩素を含む化合物を焼鈍分離剤中に添加し、仕上焼鈍
中の鋼板表面の酸化膜が除去される過程を詳細に調査し
た。その結果、金属の塩化物が添加される時、かつ添加
量が塩素重量部で０．２部以上の場合に仕上焼鈍後の鋼
板表面が鏡面のように平滑化されることを見いだした。
これらの方向性電磁鋼板の鉄損特性は酸洗してグラス被
膜を除去したもの、特開昭６４−６２４１７号、特開平
２−２２８４８１号に開示される塩化物を用いて酸化膜
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。

【０００７】本発明の要旨とするところは、重量％で２
〜７％のＳｉ及び０．０００５〜０．０５０％のＢｉを
含有する珪素鋼スラブを熱延し、必要に応じて焼鈍を施
し、１回の冷延または中間焼鈍を挟む２回以上の冷延を
行い、脱炭焼鈍後焼鈍分離剤を塗布、乾燥し仕上焼鈍を
行う方向性珪素鋼板の製造方法において、金属の塩素化
合物を含む焼鈍分離剤を用いるところにある。金属の塩
素化合物としては沸点あるいは昇華点が１８３℃以上で
ある塩素化合物を用いる、特に塩化鉄、塩化コバルト、
塩化ニッケル等が有効である。添加量は焼鈍分離剤１０
０重量部に対して、塩素重量部で０．２部以上１５部以
下含めることが必要である。仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を
除去し、磁区細分化処理及び張力被膜を付与することに
より、鉄損は極小となる。

【０００８】この技術による仕上焼鈍後の鋼板表面は、
グラス被膜を酸洗除去し更に化学研磨を行った鋼板表面
と同等の平滑度を示す。磁壁の移動に対して障害となる
ような表面の凹凸がない、磁気的に理想的な表面にな
る。ここでいう焼鈍分離剤とは、１２００℃までの温度
域で凝結せずかつ鉄とも焼き付かない公知の高融点化合
物、例えば酸化物、窒化物等を指す。中でもＢａＯ，Ｃ
ａＯ，ＭｇＯ，ＳｒＯ等アルカリ土類金属の酸化物及び
Ａｌ₂Ｏ₃は、工業的に利用価値が高い。

【０００９】以下、本発明について詳細に説明する。珪
素鋼中の珪素は極めて酸化されやすく、通常の仕上焼鈍
では鋼板表面にグラス被膜が形成される。発明者らは、
仕上焼鈍中にグラス被膜を形成させない方法の中でまず
特開昭６４−６２４１７号、特開平２−２２８４８１号
に開示される、塩化物を焼鈍分離剤中に添加し仕上焼鈍
時にＭｇＯとＳｉＯ₂との反応を抑制する方法を検討し
た。しかしながらこの技術は、鋼板表面のグラス被膜除
去による打抜性改善を目的としていたため、充分な表面
平滑度・鉄損が得られるものではなかった。

【００１０】本発明者等は、重量％で２〜７％のＳｉ及
び０．０００５〜０．０５０％のＢｉを含有する珪素鋼
スラブを熱延し、冷間圧延して、更に脱炭焼鈍した鋼板
に種々の単体及び化合物を含む焼鈍分離剤を塗布し、仕
上焼鈍中の鋼板表面を詳細に調査した。その結果、金属
の塩素化合物を焼鈍分離剤に塗布する時に限って、かつ
その添加量が塩素重量部で０．２部以上の場合に、酸化
膜はその根ごと除去されること、引き続く高温焼鈍中に
表面が平滑化されることを見いだした。

【００１１】酸化膜が除去され、表面が鏡面状態になる
機構についてはまだ明らかではないが、我々は次のよう
に考えている。鋼板中のＢｉが仕上焼鈍の温度上昇で鋼
中拡散速度が増し、鋼板表面で化合物を生成する。ここ
に塩素があるとＢｉＯＣｌ，ＢｉＣｌ₃等を形成し、こ
のＢｉＯＣｌ等は更に高温でＢｉＣｌ₃の蒸気を発生し
つつ分解する。ＢｉＣｌ₃は平衡解離塩素分圧が高いの
で、コイル板間で容易にＣｌガスを発生する。Ｃｌガス
は鋼板表面の酸化層を拡散し、地鉄に達するとＦｅ＋２
Ｃｌ→ＦｅＣｌ₂の反応に従ってＦｅＣｌ₂の蒸気を発
生する。

【００１２】酸化膜／地鉄界面である体積のＦｅＣｌ₂
ガスが生成されると、酸化層と地鉄が剥離する。地鉄表
面は酸化層と分離するため、表面Ｆｅ原子の移動が容易
になり１０００℃以上の高温で鏡面状態になるものと推
測している。金属の塩素化合物に用いる金属の塩化物
は、沸点あるいは昇華点が１８３℃以上であることが必
要である。これは塩化第２スズ（ＳｎＣｌ₄）のように
低い沸点（１１４℃）では鋼中Ｂｉと反応する以前にガ
ス化して体積が増大し消失してしまうからである。

【００１３】有効な塩化物としては塩化鉄（ＦｅＣ
ｌ₂，ＦｅＣｌ₃）、塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂，Ｃｏ
Ｃｌ₃）、塩化ニッケル（ＮｉＣｌ₂）、塩化アンチモ
ン等があり、これらは混合して用いても良い。なお、塩
化アルミニウム（ＡｌＣｌ₃）昇華点：１８３℃、三塩
化アンチモン（ＳｂＣｌ₃）沸点：２２１℃、塩化ニッ
ケル（ＮｉＣｌ₂）沸点：９９３℃、塩化鉄（ＦｅＣｌ
₂）沸点：１０２４℃、塩化コバルト（ＣｏＣｌ₂）沸
点：１０４９℃である。なお、ＢｉＣｌ₃，ＢｉＯＣｌ
は有効であることはいうまでもない。

【００１４】添加量が塩素重量部で０．２部よりも少な
い場合にはコイル幅方向全域に渡って酸化膜を除去する
ことができない。添加量を多くしても板間に存在し得る
Ｃｌガスの体積は一定であるので、余分に添加された塩
素分はコイル板間より流出し、効果を持たない。また、
仕上焼鈍中に鋼板焼き付きが発生しないためには、ビス
マス塩化物が蒸発した後に分離剤がある程度残存してい
ることも必要である。従って、金属の塩化物の添加量の
上限は、塩素重量部で１５部とした。

【００１５】本発明により得られる鋼板表面は鏡のよう
な光沢を保ち、従来のアルカリ金属及びアルカリ土類金
属の塩化物を利用する技術に比べて、鋼板表面の平滑度
が良くなり鉄損が低減される。本発明は低鉄損を得るこ
とを目的とするものであるが、それ以外の目的で、例え
ば二次再結晶を安定化する等の目的で塩化物以外の化合
物すなわち窒化物、硫化物等を添加してもよい。分離剤
の塗布方法は公知の方法でよく、特に限定しない。水へ
の添加・撹拌して塗っても、静電塗布してもよい。

【００１６】本発明に供される方向性電磁鋼板は、公知
の方法によって鋳造、熱延、冷延、焼鈍を施される電磁
鋼板である。低鉄損を得る目的でＳｉを２％以上７％以
下添加したスラブを用いる。上限は工業的に圧延が可能
なＳｉ量であり、下限は鏡面化を生じさせ得る高温仕上
焼鈍で変態を生じさせないＳｉ量である。Ｂｉは０．０
００５重量％未満では、満足な鏡面が得られず、また、
０．０５０重量％超では、二次再結晶が不安定で高い磁
束密度が得られず、従って低鉄損材が得られない。通
常、仕上焼鈍ままの状態では、鋼板表面は金属面が露出
しているため、板と板を積層した時の板間の絶縁を保つ
ために公知の方法により絶縁張力被膜を付与する。

【００１７】占積率を高めるためにＰＶＤ，ＣＶＤ，イ
オンプレーティング等の薄手高張力被膜を形成する技術
を用いてもよい。更に鉄損を低減するために、張力被膜
を形成した後に公知の磁区細分化技術を併用する。この
組み合わせ技術により極めて低い鉄損を得ることができ
る。Ｓｉ：３．２５重量％を含む鋼板中のＢｉ量を変え
た０．３０mmの冷延珪素鋼板を８２０℃、露点６５℃で
１５０秒脱炭焼鈍した材料に塩化鉄（ＦｅＣｌ₂）：５
重量％含んだマグネシア（ＭｇＯ）を主体とする焼鈍分
離剤を塗布し、窒素：２５％−水素：７５％からなる雰
囲気中で１５℃／Hrの昇温速度で１２００℃まで昇温
し、１２００℃到達後、水素：１００％とし、２０時間
保持する仕上焼鈍を行った。

【００１８】仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、レーザ
ーによる磁区細分化処理、リン酸−クロム酸系の張力被
膜付与を行い磁気特性を測定した結果を表１に示す。鋼
板中のＢｉが０．０００５〜０．０５０重量％で低鉄損
材が得られることが分かる。なお、仕上焼鈍後の表面状
況でグラス、鏡面と表示されている状況は、それぞれ、
鏡面にフォルステライト被膜が形成されている状態、表
面にフォルステライトが存在せず、金属面を露出しサー
マルエッチングにより鏡面となっている状態を示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【実施例】

（実施例１）重量でＣ：０．０４％、Ｓｉ：３．２５
％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：０．
０２９％、Ｎ：０．００７％、Ｂｉ：０．０１１０％を
含むスラブを、１１５０℃で加熱後熱延し１．８mmの熱
延板とした。１１２０℃で熱延板を焼鈍後０．１６mmま
で冷延し、８３０℃で脱炭焼鈍を行った。脱炭焼鈍後イ
ンヒビター強化のために、アンモニアによる窒化を行
い、窒素量を２００〜３００ppm とした。その後、表２
に示す組成の焼鈍分離剤をスラリー状で塗布し、１２０
０℃で２０時間の仕上焼鈍を行った。塩素化合物の添加
量は、塩素重量部ですべて１．５重量部である。

【００２１】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２に示す。本発明技術
によれば、仕上焼鈍後酸洗で酸化膜を除去するよりも低
い鉄損が得られることがわかる。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。

【００２２】

【表２】

【００２３】（実施例２）実施例１の各試料に、リン酸
アルミニウムとコロイダルシリカを主成分とする溶液を
塗布・乾燥し、張力被膜を形成した。単板で磁気測定を
行った結果を表３に示す。張力被膜形成により鉄損が改
善されるが、本発明技術ではその到達鉄損値が最も低
い。表面が平滑化され磁壁移動が容易になった効果は、
張力被膜形成後も残っている。

【００２４】

【表３】

【００２５】（実施例３）実施例２の試料の圧延方向と
直角方向に、５mmの間隔でレーザー照射した。単板で磁
気測定を行った結果を表４に示す。張力被膜形成後のレ
ーザー照射により鉄損が更に改善されるが、本発明技術
ではその到達鉄損値が最も低い。表面が平滑化され磁壁
移動が容易になった効果は、張力被膜形成・レーザー照
射による磁区細分化後も残っている。

【００２６】

【表４】

【００２７】（実施例４）重量で、Ｃ：０．０５％、Ｓ
ｉ：３．２５％、Ｍｎ：０．１４％、Ｓ：０．００７
％、Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％、Ｂｉ：
０．０２１％を含むスラブを、１１５０℃で加熱後熱延
し、１．８mmの熱延板とした。１１２０℃で熱延板を焼
鈍後０．１６mmまで冷延し、８３０℃で脱炭焼鈍を行っ
た。表５に示す組成の焼鈍分離剤をラリー状で塗布し、
１２００℃で２０時間の仕上焼鈍を行った。焼鈍分離剤
はマグネシア（ＭｇＯ）：１００重量部に対して、金属
の塩素化合物：５重量部である。なお、２種の金属の塩
素化合物を添加した場合は、それぞれ２．５部ずつであ
る。

【００２８】仕上焼鈍後の素材に、リン酸アルミニウム
とコロイダルシリカを主成分とする溶液を塗布・乾燥
し、張力被膜を形成した。更に圧延方向と直角方向に５
mmの間隔でレーザー照射した。単板で磁気測定を行った
結果を表５に示す。本発明技術ではその到達鉄損値が低
い。表面が平滑化され磁壁移動が容易になった効果は、
張力被膜形成・レーザー照射による磁区細分化後も残っ
ている。

【００２９】

【表５】

【００３０】

【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、フォルステライト被膜がな
くかつ鏡面である方向性電磁鋼板が仕上焼鈍で得られ
る。この材料に磁区制御、張力被膜付与を行うと、極め
て低鉄損の方向性電磁鋼板となる。更にこの材料はグラ
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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者村上健一富津市新富20−１新日本製鐵株式会社技術開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で２〜７％のＳｉ及び０．０００
５〜０．０５０％のＢｉを含有する珪素鋼スラブを熱延
し、必要に応じて焼鈍を施し、１回の冷延または中間焼
鈍を挟む２回以上の冷延を行い、脱炭焼鈍後焼鈍分離剤
を塗布、乾燥し仕上焼鈍を行う方向性珪素鋼板の製造方
法において、金属の塩素化合物を含む焼鈍分離剤を用い
ることを特徴とする鏡面方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項２】沸点あるいは昇華点が１８３℃以上であ
る金属の塩素化合物を用いることを特徴とする請求項１
記載の鏡面方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項３】金属の塩素化合物が塩化鉄、塩化コバル
ト、塩化ニッケルの１種あるいは２種以上の混合物であ
ることを特徴とする請求項１記載の鏡面方向性珪素鋼板
の製造方法。
【請求項４】仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、張力
被膜を付与することを特徴とする請求項１〜３いずれか
に記載の鏡面方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項５】仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、磁区
細分化処理をすることを特徴とする請求項ｌ〜３のいず
れかに記載の鏡面方向性珪素鋼板の製造方法。
【請求項６】仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を除去し、磁区
細分化処理及び張力被膜を付与することを特徴とする請
求項ｌ〜３のいずれかに記載の鏡面方向性珪素鋼板の製
造方法。