JPH0832928B2

JPH0832928B2 - 磁気特性およびグラス皮膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0832928B2
Application number: JP62275013A
Authority: JP
Inventors: 尚小林; 収田中
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1987-10-30
Publication date: 1996-03-29
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH01119621A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、一方向性電磁鋼板の製造プロセスの脱炭焼
鈍工程において得られる材料表面の酸化膜層の改質に関
するものであり、得に最終仕上焼鈍時の材料の二次再結
晶の安定化とグラス皮膜の特性の向上の双方を同時に満
たす一方向性電磁鋼板の製造方法に関するものである。

（従来の技術）一方向性電磁鋼板は、圧延方向に（110）〔001〕方位
を持つ結晶粒（ゴス方位粒）により構成される、通常、
4.5重量％以下のSiを含有する、板厚が0.10〜0.35mmの
鋼板である。その表面は、絶縁性を確保する等の目的
で、通常、フォルステライトで覆われている。

即ち、一方向性電磁鋼板は、極めて集積度の高い（11
0）〔001〕集合組織（ゴス組織）を持ったSi含有薄鋼板
と、表層部の0.1〜数μｍの酸化物系セラミックスであ
るフォルステライトからなる複合材料である。

このような、ゴス組織の極めて高い集積度の達成と、
材料表層部の薄いフォルステライト絶縁皮膜の生成とい
う２つの異質の過程は、現在の一方向性電磁鋼板製造工
程においては、最終仕上焼鈍という一つの箱焼鈍工程中
において、ほぼ時期を同じくして行なわれる。前者の、
ゴス組織の集積度向上には、二次再結晶と呼ばれるゴム
方位粒のカタストロフィックな粒成長（異常粒成長）
が、工業的に利用されている。

一方、後者の、材料表層部の薄いフォルステライト絶
縁皮膜の生成は、材料（鋼板）表面に予め形成された酸
化皮膜中のSiO₂と、その上に塗布された焼鈍分離剤中の
固相反応によってなされる。

これら、二次再結晶とフォルステライトの生成という
本質的に全く異なる２つの現象は、脱炭焼鈍過程で材料
表面に形成される酸化膜の構造や厚さ等を決定する脱炭
焼鈍条件や焼鈍分離剤の影響を受け易い。また、これら
２つの現象は、実際には、材料（鋼板）内部と表層部界
面とで相互に干渉しあいながら反応が進行する結果であ
ると考えられる。

かかる観点から、これまで、脱炭焼鈍条件や焼鈍分離
剤について多くの研究がなされてきた。

一方、生産性を向上させる目的で、最終仕上焼鈍工程
において取り扱うストリップコイルの単重は増大する傾
向にあり、このことに起因してストリップ長さ方向、幅
方向における温度或は雰囲気組成（露点等）のバラツ
キ、特に昇温時におけるバラツキは避けられない実情に
ある。このような、最終仕上焼鈍過程における材料（ス
トリップコイル）内部での温度、雰囲気条件の不均一性
を可及的に緩和するためにも、脱炭焼鈍過程で材料表面
に形成する酸化膜層や焼鈍分離剤は重要であり、この分
野の研究を進める動機となってきた。

脱炭焼鈍過程で材料方面に形成する酸化膜層の効果
は、大きく分けて２つある。

１つは、材料表面におけるグラス皮膜（フォルステラ
イト皮膜）の安定形成であり、もう１つは、二次再結晶
の安定化である。

前者の場合、材料表面の酸化層の厚さ、構成成分等が
重要であり、後者の場合、材質的にどのようなメカニズ
ムで二次再結晶を行わせるかということが重要である。
これらが、脱炭焼鈍条件選択の重要な基準となる。

周知の如く、最終仕上焼鈍過程で材料の二次再結晶を
進行せしめるためには、インヒビターと呼ばれる微細析
出物の存在が必須である。通常、前記微細析出物の分散
相を、最終仕上焼鈍過程の高音域まで強化・維持するこ
とにより二次再結晶は安定するので、インヒビターが窒
化物を主体としている場合は、焼鈍雰囲気中の窒素
（N₂）分圧を、硫化物を主体としている場合は、硫黄分
圧を適当に維持する。

最終仕上焼鈍過程における焼鈍雰囲気中の窒素（N₂）
分圧を適当に維持することに関しては、たとえば、特公
昭46−937号公報に、含Al珪素鋼板を窒素雰囲気下で焼
鈍することの有用性が開示されており、この方法は、引
続きAl,Ti,Zr,V等を含有する珪素鋼板を種々の方法で窒
化することを提案した特公昭46−40855号公報に開示さ
れたプロセスに発展した。

また、特公昭49−6455号公報には、含Al珪素鋼板の表
層部を選択的に窒化することの有用性が指摘されてお
り、さらに、特公昭54−19850号公報には、適切な窒化
吸収を行わせるため、最終仕上焼鈍辞の雰囲気の露点
を、−20℃〜30℃の範囲にすることが提案されている。

さらに、特公昭54−22408号公報には、最終仕上焼鈍
を水素20％以下の水素・窒素混合雰囲気下に行うことが
提案されている。

一方、焼鈍分離剤中に金属窒化物を添加することによ
り、最終仕上焼鈍過程での材料（ストリップコイル）長
さ方向、幅方向での雰囲気のバラツキの影響を緩和する
方法が、特公昭54−14568号公報に開示されている。具
体的には、焼鈍分離剤中に窒化クロム、窒化チタン、窒
化バナジウムを添加することにより、最終仕上焼鈍過程
でのストリップコイルのストリップ幅方向における雰囲
気の窒素分圧を均一にし、二次再結晶の安定性を実現せ
んとするものである。

他方、最終仕上焼鈍過程での雰囲気中の硫黄分圧の確
保を目的としたものに、特開昭53−50008号公報に提案
されている方法がある。これは、Sbと、Ｓおよび／また
はSeを主体とする析出分散相をインヒビターとして用い
る成分系の珪素鋼の二次再結晶の安定化を図るために、
Fe₂S等硫黄化合物を焼鈍分離剤中に添加したり、H₂Sを
含有する雰囲気中で最終仕上焼鈍する方法である。

これらの先行技術にみられるように、珪素鋼の二次再
結晶は、最終仕上焼鈍過程での窒素分圧や硫黄分圧の確
保により安定する方向に向い、焼鈍分離剤中の添加物も
この目的のために加えられることが多い。

上に述べたように、脱炭焼鈍過程で材料表面に形成さ
れる酸化膜の機能の１つであるグラス皮膜形成は、焼鈍
分離剤中のMgOと酸化膜中のSiO₂との反応で生じるもの
であり、酸化膜の構成成分としてSiO₂リッチであること
および一定以上の膜厚さが確保されていることが重要で
ある。

脱炭焼鈍過程で材料表面に形成される酸化膜の第２の
機能である、最終仕上焼鈍過程での二次再結晶の安定化
については、従来の、鋼中インヒビターとしてMnS、MnS
e、AlN等を用いる場合は、最終仕上焼鈍の昇温過程での
雰囲気ガスとの反応によるインヒビターの変化を防止す
るためには、雰囲気ガスに対して安定な酸化膜、即ちシ
ール性のよい（バリヤーとして機能し得る）酸化膜であ
ることが要求されてきた。

この目的のために、たとえば、特公昭57−1575号公報
には、脱炭焼鈍過程前段領域における雰囲気の酸化度
（P_H20/P_H2）を0.15以上とし、引き続く後段領域におけ
る雰囲気の酸化度を0.75以下かつ前段領域におけるそれ
よりも小さくすることが開示されている。

処で、近年、スラブ過熱過程でインヒビターを完全に
溶体化することなく、比較的低い温度に加熱する一方向
性電磁鋼板の製造プロセスが試みられている。

かかるプロセスにあっては、熱延板焼鈍過程以外の過
程でインヒビターを析出分散させることが必要となって
くる。そのような、インヒビター析出分散手段の１つに
最終仕上焼鈍における二次再結晶以前の段階で、たとえ
ば、鋼中のAlを窒化析出させる手段がある。

かかる手段を採るときは、脱炭焼鈍過程で材料表面に
形成する酸化膜の機能が一変する。即ち、脱炭焼鈍過程
で材料表面に形成する酸化膜は、上に述べた如き最終仕
上焼鈍での雰囲気ガスに対して安定な酸化膜であっては
ならない。

かかる条件を満たしかつ、グラス皮膜の特性の向上と
二次再結晶の安定化を図らねばならない。

（発明が解決しようとする問題点）本発明は、スラブ加熱温度を1280℃未満の低い水準と
する一方向性電磁鋼板製造プロセスを採るときに、最終
仕上焼鈍過程における材料の窒化反応の安定化による二
次再結晶の安定化とグラス皮膜の安定形成が図れる一方
向性電磁鋼板の製造方法を提供することを目的としてな
された。

（問題点を解決するための手段）本発明の要旨とする処は、重量％で、C:0.0010〜0.10
％、Si:2.5〜4.0％、酸可溶性Al:0.010〜0.06％、Ｓ≦
0.014％、残部:Feおよび不可避的不純物からなる一方向
性電磁鋼板用スラブを1280℃を超えない温度に加熱した
後、熱間圧延および熱延板焼鈍を施し、次いで１回また
は焼鈍を介挿する２回以上の冷間圧延を行って最終板厚
とした後、湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍しさらに、焼鈍分
離剤を塗布した後最終仕上焼鈍する一方向性電磁鋼板の
製造方法において、脱炭焼鈍過程における均熱帯の前段
領域での材料滞在時間をａ、後段領域での材料滞在時間
をｂとするとき、ｂ≦a/3とするとともに前記後段領域
における雰囲気の水素分圧に対する水蒸気分圧の比P_H20
/P_H2を0.02以下として脱炭焼鈍を行った後、焼鈍分離剤
を塗布し、次いで昇温過程1000℃までをN₂を含むP_H20/P
_H2≦0.02の雰囲気中で最終仕上焼鈍することを特徴とす
る磁気特性およびグラス皮膜特性に優れた一方向性電磁
鋼板の製造方法にある。

以下に、本発明を、詳細に説明する。

本発明は、前述のように、脱炭焼鈍ならびに最終仕上
焼鈍における雰囲気の制御条件を組合せることにより、
最終仕上焼鈍過程での材料の窒化反応の安定化による二
次再結晶の安定化とグラス皮膜の安定形成を図ることを
目的としている。

先ず、本発明による脱炭焼鈍後の材料（ストリップ）
の表面酸化層介質の結果、二次最結晶が安定する点につ
いて説明する。

本発明の発明者等は、出発材料として、重量％で、C:
0.055％、Si:3.30％、Mn:0.15％、酸化溶性Al:0.030
％、N:0.0070％、残部：実質的にFeからなるスラブを、
熱間圧延−熱延板焼鈍−酸洗−冷間圧延の工程で処理し
て0.30mmの最終板厚として、この材料を、脱炭焼鈍過程
後段領域の雰囲気のP_H20/P_H2を変えて脱炭焼鈍した。

こうして得られた材料の表面酸化層を、GDS分析およ
び擬似電極電位法を用いて電位差カーブの測定を行って
解析した。その結果、脱炭焼鈍過程の均熱時間内の後段
の特定領域を極端にドライな雰囲気で焼鈍することによ
り、材料表面に形成される酸化層の最表層にSi、Mnの強
い濃化層ができ、また最表層にはM_xO_y層に相当する酸化
物層が殆どないことが判った。この模様を、第１図に示
す。

また、電位差カーブの結果でも、脱炭焼鈍時の後段領
域のP_H20/P_H2≦0.02の場合には、酸化層の溶解性が非常
に速く、タイトなM_xO_y層の形成がなかった。この模様
を、第２図に示す。

この材料に焼鈍分離剤を塗布し、20℃/hrの昇温速度
で、N₂主体のN₂＋H₂混合ドライ雰囲気を用いて焼鈍し、
途中の窒化状況および最終仕上焼鈍完了後の製品の磁気
特性ならびに二次再結晶状況の調査を行った。

その結果、昇温過程900℃における鋼中のＮ量は、脱
炭焼鈍条件との間に強い相関があり、表１に示すよう
に、均熱領域の後段部分のP_H20/P_H2が低い場合、鋼中の
Ｎ量が安定して増加していることが判った。この模様を
第３図および表４に示す。

また、最終仕上焼鈍完了後の製品の磁気特性は、脱炭
焼鈍過程における均熱後段領域のP_H20/P_H2が低いほど良
く、最終仕上焼鈍での二次再結晶が安定しており、グラ
ス皮膜も極めて均一で優れていることが判った。

このように、脱炭焼鈍条件を制御することにより、製
品の磁気特性とグラス皮膜の両面で顕著な改善効果が得
られることが確認できた。この両面での改善効果は、脱
炭焼鈍条件の制御に加えて最終仕上焼鈍過程での材料の
窒化が必須となっている傾向が見られた。

次に、本発明の要件の限定理由を述べる。

先ず、脱炭焼鈍における均熱領域の雰囲気条件につい
て述べる。

均熱量域の前段における材料滞在時間ａと後段におけ
材料滞在時間ｂの比を、ｂ≦a/3としたのは、後段領域
における材料滞在時間がa/3より長いと、工業的な生産
を考えた場合、脱炭性と酸化皮膜形成を阻害することの
ほかに最終仕上焼鈍過程における材料の窒素の吸収量が
増大し過ぎて磁気特性の優れた製品を得難く、磁性、皮
膜ともやや劣化する傾向があるからである。

後段領域でのP_H20/P_H2を0.02以下としたのは、これを
超えると、脱炭焼鈍での材料最表面相の介質反応が弱く
なり、最終仕上焼鈍過程における窒化反応を抑制するM_x
O_y相の残留量が増すためである。特に、P_H20/P_H2＝0.15
〜0.35といった値になると、本発明における鋼成分では
材料表面の酸化膜の緻密化が顕著になり、最終仕上焼鈍
昇温過程における材料の適切なＮの吸収性が劣ることに
起因して二次再結晶が不安定となる。また、材料表層部
へのMn、Siの濃化現象が弱まり、最終仕上焼鈍昇温過程
における材料の適切な窒化促進効果が得られないからで
ある。

発明者等の研究結果によれば、材料表面の酸化膜のＮ
吸収性を考えた場合、b:a/4〜a/10、P_H20/P_H2≦0.01が
最も望ましい条件である。

最終仕上げ焼鈍過程における雰囲気条件は、本発明に
おける成分条件下では特に重要であり、特公昭54−1456
8号公報に開示されている技術におけるような窒化剤を
用いる時以外は、N₂を含む焼鈍雰囲気であることが重要
である。

最終仕上げ焼鈍過程における雰囲気ガスとしては、N₂
単独、N₂＋H₂、N₂＋Ar、N₂＋H₂＋Ar等であればよい。

本発明において、もう１つの重要な要件は、最終仕上
焼鈍の昇温過程における雰囲気のP_H20/P_H2であり、この
値が0.02以下であることが必要である。P_H20/P_H2が0.02
を超えると、脱炭焼鈍における雰囲気条件により改質さ
れた材料最表面層のSiO₂以外のM_xO_y層のない表面酸化膜
が、昇温過程で追加酸化により変質してしまうからであ
る。

本発明における成分系においては、最終仕上焼鈍にお
ける雰囲気のP_H20/P_H2が高い場合に生じるFe_xO_yMn_xO_y等
のM_xO_y層は、脱炭焼鈍時のP_H20/P_H2が高い場合に生じる
現象と同様に、悪影響をもたらす。

最終仕上焼鈍の昇温過程において、N₂、N₂＋Arのよう
に、H₂を含まないガスを使用する場合には、P_H20/P_H2≦
0.02に相当する低い露点のものであることが必要である
ことは論を俟たない。

素材成分の限定理由についてのべる。本発明が２時再
結晶に必要な析出物として、（Si、Al）Ｎを使うことか
らSi、Alの含有が必須である。Siが2.5％未満では素材
の固有抵抗が低すぎ、トランス鉄心材料として必要な低
鉄損が得られないので2.5％以上とした。また、4.0％を
超えると冷延時の割れが著しくなるので4.0％以下とし
た。AlNは２次再結晶の安定化に必要なAlN若しくは（S
i、Al）Ｎを確保するため酸可溶性Alとして0.010％以上
が必要である。しかし0.06％を超えると熱延板のAlNが
不適切となり、２次再結晶が不安定になるので0.06％以
下とした。

Ｓを0.014％以下としたのは、Ｓが高いと線状細粒と
呼ばれる２次再結晶不良部が発生する傾向にあり、これ
を予防するためには窒化処理が十分であれば0.014％以
下であることが望ましい。Ｓがこの量を超えると、如何
に窒化処理により（Si、Al）Ｎを鋼中に作りインヒビタ
ーを強化しても２次再結晶不良部が発生する確率が高く
なり好ましくない。

Ｃは0.0010％未満になると２次再結晶が不安定にな
り、かつ２次再結晶した場合でも低磁束密度しか得られ
ないので0.0010％以上とした。一方、Ｃが多くなり過ぎ
ると、脱炭焼鈍時間が長くなり経済的でないので0.10％
以下とした。

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。

（実施例）実施例１重量％で、C:0.048％、Si:3.30％、S:0.008％、N:0.0
075％、Mn:0.015％、残部:Feおよび不可避的不純物から
なる溶鋼を、連続鋳造−熱間圧延−熱延板焼鈍−酸洗−
冷間圧延して0.29mmの最終板厚とした。

次いで、脱炭焼鈍を、N₂25％＋H₂75％の雰囲気用ガス
を用い、後段領域のP_H20/P_H2を種種変えた条件で行った
後、MgO:100重量部、TiO₂:3重量部からなる焼弾分離剤
を塗布した後、最終仕上焼鈍を、昇温過程での雰囲気N₂
25％＋H₂75％、1200℃×20hrの高温保定時の雰囲気H₂10
0％ドライの条件で行った。尚、このとき、同一サンプ
ルを最終仕上焼鈍の昇温過程900℃で引き出して、雰囲
気から材料へのＮ吸収量を測定した。

最終仕上焼鈍の条件を、表１に脱炭焼鈍の昇温過程90
0℃での材料のＮ吸収量測定結果ならびに製品の磁気特
性および皮膜特性を、表２に示す。

表２から明らかな如く、比較例１では磁気特性は、比
較的良い結果が得られたけれども、皮膜特性は、不均一
でピンホール状の欠陥が数多く見られた。

これに対し、脱炭焼鈍過程後領域のP_H20/P_H2を低下さ
せたものは、皮膜が均一で良好であった。また、磁気特
性は、P_H20/P_H2≦0.008で著しい改善効果が見られた。

さらに、最終仕上焼鈍の昇温過程における鋼中Ｎ量
は、脱炭焼鈍過程後段領域のP_H20/P_H2≦0.008のとき210
〜250ppmと多く、P_H20/P_H2＝0.19のときが最も少なく、
全領域均一なP_H20/P_H2:0.44のときは、170ppmであっ
た。

このように、製品の磁気特性と、最終仕上焼鈍の昇温
過程における鋼中Ｎ量の相関が強いことが明らかとなっ
た。

実施例２実施例１におけると同一の成分の出発材料を、同じプ
ロセスで処理して0.22mmの最終板厚とした後、脱炭焼鈍
を、表３に示す条件で、後段の時間配分を変えて行っ
た。こうして得られた材料に焼鈍分離剤を塗布した後、
実施例１におけると同様の最終仕上焼鈍を施した。最終
仕上焼鈍完了後の製品の磁気特性と皮膜特性を、表３に
示す。

比較例１では、グラス皮膜が不均一でピンホール状の
欠陥が多量に発生し、密着性も不良であった。

これに対し、脱炭焼鈍後段領域のP_H20/P_H2を0.012と
低くし、処理時間を15〜50秒間としたものは、グラス皮
膜の均一化、密着性の向上とともに磁気特性が著しく改
善される傾向が見られた。

（発明の効果）本発明は、以上述べたように構成しかつ、作用せしめ
るようにしたから、スラブ加熱温度を1280℃未満と低い
水準にしてなお、最終仕上焼鈍過程における二次再結晶
を安定化し、最終製品の磁気特性、皮膜特性ともに優れ
たものとすることができるから、スラブ加熱のためのエ
ネルギを大幅に減少せしめ得、設備のメンテナンス、設
備稼働率、作業性の面で多大の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、脱炭焼鈍過程の均熱時間内の後段の特定領域
を、極端にドライな雰囲気とすることによって、材料の
酸化層の最表層部にSi、Mnの強い濃化層が形成される模
様を示す図で（ａ）は比較例、（ｂ）は本発明例を示
す。第２図は、脱炭焼鈍過程の均熱時間内の後段領域の
P_H20/P_H2≦0.02とした場合に、材料表層部の溶解性が良
く、タイトなM_xO_y層の形成がないことを示す電位差カー
ブ、第３図は、脱炭焼鈍過程の均熱時間内の後段領域の
P_H20/P_H2と最終仕上焼鈍昇温過程900℃におけるＮ吸収
量の関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、C:0.0010〜0.10％、Si:2.5〜4.
0％、酸可溶性Al:0.010〜0.06％、Ｓ≦0.014％、残部:F
eおよび不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板用ス
ラブを1280℃を超えない温度に加熱した後、熱間圧延お
よび熱延板焼鈍を施し、次いで１回または焼鈍を介挿す
る２回以上の冷間圧延を行って最終板厚とした後、湿水
素雰囲気中で脱炭焼鈍しさらに、焼鈍分離剤を塗布した
後最終仕上焼鈍する一方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、脱炭焼鈍過程における均熱帯の前段領域での材料滞
在時間をａ、後段領域での材料滞在時間をｂとすると
き、ｂ≦a/3とするとともに前記後段領域における雰囲
気の水素分圧に対する水蒸気分圧の比P_H20/P_H2を0.02以
下として脱炭焼鈍を行った後、焼鈍分離剤を塗布し、次
いで昇温過程1000℃までをN₂を含むP_H20/P_H2≦0.02の雰
囲気中で最終仕上焼鈍することを特徴とする磁気特性お
よびグラス皮膜特性に優れた一方向性電磁鋼板の製造方
法。