JPH11286775A - 超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来材に比較して鉄損が格段に優れた超低鉄
損一方向性珪素鋼板を、極めて安価に得る。 【解決手段】 板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一
方向性珪素鋼板の表面に、プラズマ・コーティングによ
ってCrまたはAlの窒化物または炭化物からなるセラミッ
ク張力被膜を被成するに際し、プラズマ・コ−ティング
の際のタ−ゲットとして、フェロ−クロムまたは地金ア
ルミニウム材料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超低鉄損一方向性
珪素鋼板の製造方法に関し、特に仕上焼鈍済みの珪素鋼
板の表面または線状の凹領域をそなえる仕上焼鈍済みの
珪素鋼板の表面に、セラミック張力被膜を被成して鉄損
特性を改善するに際し、プラズマ・コ−ティングの際に
使用するタ−ゲットを工夫することにより、鉄損特性の
有利な改善を製造コストの低減に併せて達成しようとす
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性珪素鋼板は、主として変圧器そ
の他の電機機器の鉄心として利用され、磁化特性として
磁束密度（Ｂ₈ 値で代表される）が高く、鉄損（Ｗ
_17/50 で代表される）が低いことが要求される。

【０００３】一方向性珪素鋼板の磁気特性を向上させる
ためには、第一に鋼板中の２次再結晶粒の〈００１〉軸
を圧延方向に高度に揃える必要があり、第二には最終製
品中に残存する不純物や析出物をできるだけ少なくする
必要がある。

【０００４】このため、N.P.Gossによって一方向性珪素
鋼板の２段冷延による基本的な製造技術が提案されて以
来、その製造技術に数多くの改良が重ねられ、一方向性
珪素鋼板の磁束密度および鉄損値は年を追って改善され
てきた。その中で特に代表的なものは、SbとMnSeまたは
MnＳとをインヒビターとして利用する特公昭51-13469号
公報に記載の方法、もう一つはAlＮとMnＳをインヒビタ
ーとして利用する特公昭33−4710号公報、特公昭40-156
44号公報および特公昭46-23820号公報等に記載の方法で
あり、これらの方法によればＢ₈ が1.88Ｔを超える高磁
束密度を有する製品が得られるようになった。

【０００５】さらに高磁束密度の製品を得るために、特
公昭57-14737号公報では素材中にMoを複合添加したり、
また特公昭62-42968号公報では素材中にMoを複合添加さ
せたのち、最終冷延直前の中間焼鈍後に急冷処理を施す
などの改良を加えて、Ｂ₈ が1.90Ｔ以上の高磁束密度
で、かつ鉄損Ｗ_17/50 が 1.05 W/kg（製品板厚：0.30m
m) 以下の低鉄損が得られることが、開示提案されてい
るが、なお十分な低鉄損化については改善すべき余地が
残されていた。

【０００６】とくに、十数年前のエネルギー危機を境と
して電力損失を極力低減することへの要請が著しく強ま
り、それに伴って鉄心材料の用途においても、より一層
の改善が望まれている。そのため、渦電流損をできる限
り小さくすることを目的として、製品板厚を薄くした0.
23mm厚（９mil)以下のものが数多く使用されるようにな
ってきた。

【０００７】上記した技術はいずれも、主に冶金学的な
手法であるが、これらの方法とは別に、特公昭57−2252
号公報に提案されているような、仕上焼鈍後の鋼板の表
面にレーザー照射やプラズマ照射（B.Fukuda, K.Sato,
T.Sugiyama, A.Honda and Y.Ito : Proc. of ASM Con.
of Hard and Soft Magnetic Materials, 8710-008,(US
A), (1987) ）を行い、人為的に 180°磁区幅を減少さ
せて鉄損を低減する方法（磁区細分化技術）が開発され
た。この技術の開発により、一方向性珪素鋼板の鉄損
は、大幅に低減された。しかしながら、この技術は、高
温での焼鈍に耐え得ないという欠点があり、用途が歪取
焼鈍を必要としない積鉄心変圧器に限定されるという問
題があった。

【０００８】この点、歪取焼鈍に耐え得る磁区細分化技
術として、一方向性珪素鋼板の仕上焼鈍後の鋼板表面
に、線状の溝を導入し、溝による反磁界効果を応用して
磁区の細分化を図る方法が工業化された（H.Kobayashi,
E.Sasaki, M.Iwasaki and N.Takahashi : Proc. SMM-
8., (1987), P.402 ）。また、これとは別に、一方向性
珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを施す
ことによって溝を形成し、磁区を細分化する方法（特公
平８−6140号公報）も開発され、工業化されている。

【０００９】さらに、上記した珪素鋼板の製造方法とは
別に、特公昭55-19976号公報、特開昭56−127749号公報
および特開平２−3213号公報に開示されているように、
非晶質合金が通常の電力用トランスや高周波トランス等
の材料として注目されている。しかしながら、このよう
な非晶質材料では、通常の一方向性珪素鋼板に比較して
非常に優れた鉄損特性が得られる反面、熱的安定性に欠
ける、占積率が悪い、切断が容易でない、あまりにも薄
く脆いためトランスの組み立て工数のコストアップが大
きい等実用上の不利が多いことから、現状では大量に使
用されるまでには至っていない。

【００１０】その他にも、特公昭52-24499号公報におい
て、珪素鋼板の仕上焼鈍後に形成されるフォルステライ
ト下地被膜を除去し、鋼板表面を研磨した後、この鋼板
表面に金属メッキを施すことからなる方法が提案されて
いる。しかしながら、この方法は、低温では低鉄損が得
られるものの、高温処理を施すと金属が珪素鋼板中に拡
散するため、かえって鉄損が劣化するという欠点があっ
た。

【００１１】この点、発明者らは先に、上記の不利を解
消するものとして、特公昭63-54767号公報等において、
研磨により平滑化した一方向性珪素鋼板上にＣＶＤやイ
オンプレーティング, イオンインプランテーション等の
ドライプレーティング（ＰＶＤ）により、Si, Mn, Cr,
Ni, Mo, Ｗ，Ｖ，Ti, Nb, Ta, Hf, Al，Cu, ZrおよびＢ
の窒化物、炭化物のうちから選んだ１種または２種以上
の張力被膜を被成させることによって超低鉄損が得られ
ることを開示した。この製造法により、電力用トランス
や高周波トランス等の材料として非常に優れた鉄損特性
が得られるようになったが、それでもなお、最近の低鉄
損化に対する要求に対しては十分に応えているとはいい
難かった。

【００１２】そこで、発明者らは、従来に比べて鉄損の
一層の低減を図るべく、あらゆる観点から根本的な再検
討を加えた。すなわち、発明者は、安定した工程で平滑
化した一方向性珪素鋼板表面上に種々の窒化物、炭化物
のうちから選んだ１種または２種以上の張力被膜を被成
させて超低鉄損の製品を得るためには、一方向性珪素鋼
板の素材成分から最終の処理工程に至るまでの根本的な
再検討が必要であるとの認識に立って、珪素鋼板の集合
組織の追跡から、鋼板表面の平滑度や最終のＣＶＤやＰ
ＶＤ処理工程に至るまで鋭意検討を重ねた。その結果、
以下に述べる知見を得た。

【００１３】(1) 珪素鋼板に被覆したセラミック (代表
例として TiN膜を使用) の薄膜は、1.5 μm 以上の厚み
に被成しても、鉄損向上の度合いは少なくなる。すなわ
ち1.5 μm 以上の厚みのTiN 膜は、鉄損については僅か
の向上しか期待できず、むしろ占積率および磁束密度の
劣化を招く。 (2) この場合の TiNの役割は、セラミック特有の張力付
加に加えて、珪素鋼板との密着性の役割の方がより重要
である。すなわち TiN横断面の透過電子顕微鏡観察 (井
口征夫：日本金属学会誌, 60 (1996), P.781〜786 参
照) では、10nmの横縞が観察され、これは珪素鋼板の
〔０１１〕方向のFe−Fe原子の５原子層に相当する。 (3) TiN 被覆領域および化学研磨領域のＸ線による二層
の集合組織の同時測定（Y.Inokuti：ISIJ Internationa
l, 36 (1996), P.347〜352 参照) では、研磨領域のFe
の｛２００｝ピーク形状は円形である。しかし TiN被覆
領域でのFeの｛２００｝ピーク形状は楕円形であり、珪
素鋼板の〔１００〕_si-steel方向に強力に張力付加され
た状況になっている。 (4) TiN 薄膜の張力 (井口征夫、鈴木一弘、小林康宏：
日本金属学会誌、60 (1996), P.674〜678 参照) は８〜
10 MPaで、これにより 0.014〜0.016 Ｔ程度の磁束密度
の向上が期待できる。（これは約１°のGoss方位集積度
を向上させたことに相当する。)

【００１４】以上が、セラミック被覆についての新規知
見であるが、さらにセラミック膜と鋼板の表面状態に関
し、以下に述べる知見を得た。 (5) 珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを
施すことによって溝を形成し、さらに２次再結晶処理後
の鋼板表面を研磨により平滑化した後、 TiNセラミック
膜を被覆した場合には、導入した溝に起因した反磁界効
果による磁区細分化に加えて、さらにセラミック被膜に
よる張力付加により、効果的に鉄損が低減する。 (6) セラミック被覆前に、鋼板表面上に凹状の溝を形成
した場合の引張りによる鉄損の低減効果は、通常の研磨
により平滑化した珪素鋼板の場合よりも大きい（特公平
３-32889号公報参照）。すなわち、溝を導入した場合に
は珪素鋼板表面上に異張力が作用し、引張り張力による
鉄損の低減度合いが増大する。 (7) 凹状の溝を形成した珪素鋼板上にセラミック膜を被
覆した場合は、通常の研磨により平滑化しセラミック膜
を被覆した場合よりも、鉄損の低減効果がより効果的で
ある。すなわち、線状の溝を導入し、溝による反磁界効
果を応用して磁区を細分化したのち、セラミック張力被
膜を被成して、さらに 180°主磁区を細分化する方が一
層効果的で、超低鉄損が得られる。 (8) 珪素鋼板の最終冷延板に局所的な電解エッチングを
施すことによって溝を形成した場合は、２次再結晶処理
を施した後の鋼板表面を研磨により平滑化しない表面状
態で TiNセラミック膜を被成した場合であっても、かな
りの鉄損低減効果が発揮される。すなわち、研磨により
平滑化しない状態、例えば酸洗処理等により表面に小さ
な凹凸が存在する状態であっても、熱膨張係数の小さな
セラミック膜を被覆することによって、珪素鋼板の表面
に強力な張力を付加することが可能であり、これによっ
て鉄損を有利に低減することができる。

【００１５】そこで、発明者は、上記の新規知見を基
に、所期した目的を達成すべく数多くの実験と検討を重
ねた結果、表面を平滑化した珪素鋼板および線状の溝を
導入した珪素鋼板いずれであっても、該珪素鋼板の表面
に被成するセラミック張力被膜を複数種とし、しかもこ
のセラミック張力被膜について、その熱膨張係数が外側
にいくほど小さくすることが、鉄損の低減に極めて有効
であることの知見を得、これに基づき極めて鉄損の低い
一方向性珪素鋼板を新たに開発した（特願平９−328042
号明細書）。

【００１６】かくして得られた一方向性珪素鋼板は、極
めて薄く、かつ密着性に優れたセラミック膜の張力被膜
をそなえ、超低鉄損の達成が可能なだけでなく、絶縁性
を具備し、しかも占積率にも優れているため、まさに理
想的な珪素鋼板といえる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな緻密なセラミック膜を被成するには、真空中で高プ
ラズマ雰囲気下での処理が不可欠なだけでなく、プラズ
マ・コ−ティングの際に使用する材料（例えば TiNの成
膜に際しては純Ti材料、 Si₃N₄の成膜に際しては高純度
Si等）が非常に高価なため、工業化に際して、コストア
ップになるというところに問題を残していた。

【００１８】そこで、発明者らは、珪素鋼板を安価に製
造するために、AlやCrの窒化物や炭化物のプラズマ・コ
−ティングに使用する際の、AlやCrのタ−ゲットのコス
トダウン化に取り組んだ。すなわち、現行の AlNやCrN
等の窒化物や AlCやCrC 等の炭化物のセラミック・コ−
ティングにおいては、マグネトロン・スパッタ法がセラ
ミックの膜質、被膜の均一性、成膜速度および長時間連
続コ−ティングの安定性の観点から最も信頼性があるた
め一般的に使用されているが、現在このマグネトロン・
スパッタ法に使用されているAlやCrのタ−ゲットとして
は、コ−ティング膜質の高純化と真空槽の汚れを防止す
るため、99.9999 wt％から99.99 wt％程度の高純度Alや
高純度Crが用いられている。しかしながら、これらの高
純度AlやCrは、溶解を始めとして多くの手法を採用して
高純化を行うために材料費が高価となり、結果として使
用するタ−ゲットの値段も極めて高価となる。

【００１９】そこで、発明者らは、上記の問題を解決す
べく、種々のAlおよびCr材料について検討を加えた。そ
の中で、製鋼段階での鉄鋼製品の成分調整用に一般的に
使用されている極めて安価なフェロ−クロムや地金アル
ミニウムをタ−ゲット材料として用いてみたところ、こ
れらの材料は単に安価というだけでなく、被成したセラ
ミック被膜の密着性を高めて、鉄損特性の改善にも有効
に寄与することの知見を得た。本発明は、上記の知見に
立脚するものである。

【００２０】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １．板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一方向性珪素
鋼板の表面に、プラズマ・コーティングによってCrまた
はAlの窒化物または炭化物からなるセラミック張力被膜
を被成して超低鉄損一方向性珪素鋼板を製造するに際
し、プラズマ・コ−ティングの際のタ−ゲットとして、
フェロ−クロムまたは地金アルミニウム材料を用いるこ
とを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。

【００２１】２．上記１において、仕上焼鈍済みの一方
向性珪素鋼板の表面に、圧延方向と交差する向きに２〜
10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深さ：0.1 〜50μm
の線状の凹領域を設けたことを特徴とする超低鉄損一方
向性珪素鋼板の製造方法。

【００２２】３．上記１または２において、仕上焼鈍済
みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施した表
面である超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。 ４．上記１または２において、仕上焼鈍済みの一方向性
珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施さない、酸洗処理ま
まの表面である超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。

【００２３】５．上記１〜４のいずれかにおいて、セラ
ミック張力被膜が、窒化物および／または炭化物からな
る２層以上の複数層で、その熱膨張係数が外層側にいく
ほど小さく、かつ最外層のセラミック張力被膜は絶縁性
を有することを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の
製造方法。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的に説明す
る。まず、本発明による成功が導かれるに至った経過に
ついて説明する。 Ｃ：0.071 wt％、Si：3.36wt％、Mn：0.070 wt％、Se：
0.020 wt％、Sb：0.025 wt％、Al：0.020 wt％、Ｎ：0.
0068wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1350℃、４時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して板厚：2.0 mmの熱延板
とした。この熱延板に1020℃、３分間の均一化焼鈍を施
した後、1050℃の中間焼鈍を挟む２回の圧延を施して板
厚：0.23mmの最終冷延板とした。

【００２５】その後、最終冷延板は次のように処理し
た。この最終冷延板の表面に、アルキド系樹脂を主成分
とするエッチングレジストインキをグラビアオフセット
印刷により、非塗布部が圧延方向にほぼ直角に幅：200
μm 、間隔：４mmで線状に残存するように塗布したの
ち、200 ℃で３分間焼き付けた。このときのレジスト厚
は２μm であった。このようにしてエッチングレジスト
を塗布した鋼板に、電解エッチングを施すことにより、
幅：200 μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、つい
で有機溶剤中に浸漬してレジストを除去した。このとき
の電解エッチングは、NaCl電解液中で電流密度：10 A/d
m²、処理時間：20秒の条件で行った。

【００２６】その後、 840℃の湿H₂中で脱炭・1 次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面に MgO(10%), Al₂O₃(55%),
CaSiO₃(5%), SiO₂(30%)の組成になる焼鈍分離剤をスラ
リ−塗布し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 850℃か
ら12℃/hの速度で1150℃まで昇温してゴス方位に強く集
積した２次再結晶粒を発達させた後、1220℃の乾H₂中で
純化処理した。

【００２７】かくして得られた製品の表面被膜を除去
し、ついで化学研磨により珪素鋼板の表面を平滑化した
後、珪素鋼板の表面にマグネトロン・スパッタ法（ＰＶ
Ｄ法の一手法）用いて約 0.5μm 厚の薄 CrNおよび AlN
被膜を被成した。その際使用したCrターゲットおよびAl
タ−ゲットは、以下に述べる４つの方法で作製した。 (A) フェロ−クロム素材を、100kg の真空溶解炉で溶解
した後、熱間圧延を施して12mm厚に圧延してから、その
表面を研磨し、ついで10mm×127mm ×476mm に剪断した
のち、ボンディング処理を行った。このボンディング処
理は、Cr基板の片面をCuメッキ後、Inを用いてCuの基板
(この水冷されたCu基板の裏側にマグネットを設置でき
るようになっている) 上に張り付けることによってCrタ
−ゲットとして使用するために行うものである。なお、
このフェロ−クロム・タ−ゲットの主成分は、Cr：92.5
wt％, Si：2.0 wt％, Fe：1.5 wt％, Al：1.4wt％, T
i：1.3 wt％, Ｃ：0.7 wt％, Ｓ：0.04wt％, Ｐ：0.02w
t％で、その他微量元素を若干含んでいた。このフェロ
−クロム・タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に
装入し、電圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いて
マグネトロン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.5μ
m 厚の CrN膜をコ−ティングした。

【００２８】(B) 高純度Cr素材（Cr：99.99 wt％）を、
100kg の真空溶解炉で溶解したのち、10mm×127mm ×47
6mm に剪断し、ついでボンディング処理を行った。な
お、この高純度クロム・タ−ゲットの主成分の化学分析
値は、Cr：99.99 wt％である。この高純度クロム・タ−
ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入し、電圧：
400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグネトロン・
スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.5μm 厚の CrN膜を
コ−ティングした。

【００２９】(C) 地金のAl素材を、100kg の真空溶解炉
で溶解した後、熱間圧延を施して12mm厚に圧延してか
ら、その表面を研磨し、ついで10mm×127mm ×476mm に
剪断したのち、ボンディング処理を行った。なお、この
地金のAlタ−ゲットの主成分はAl：98.5wt％, Fe：0.40
wt％, Si：0.18, Ti：0.08wt％, Cu：0.04wt％を含有
し、その他微量元素を若干含有する。この地金アルミニ
ウム・タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入
して、電圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマ
グネトロン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.5μm
厚の AlN膜をコ−ティングした。

【００３０】(D) 高純度Al（Al：99.9999 wt％）を出発
材料として、再溶解したのち、10mm×127mm ×476mm に
剪断し、ついでボンディング処理を行って、高純度アル
ミニウム・タ−ゲットとして使用した。この高純度アル
ミニウム・タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に
装入して、電圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用い
てマグネトロン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.5
μm 厚の AlN膜をコ−ティングした。かくして得られた
各製品の磁気特性および密着性について調べた結果を表
１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１から明らかなように、珪素鋼板上に本
発明に従う(A) のフェロ−クロム・タ−ゲットおよび
(C) の地金アルミニウム・タ−ゲットを用いて成膜した
場合、磁気特性とくに鉄損W_17/50は0.49および 0.51 W/
kgと極めて低い値を示しただけでなく、そのときの密着
性も10mmφと格段に優れていることが注目される。一
方、(B) の高純度クロム・タ−ゲットや(D) の高純度ア
ルミニウム・タ−ゲットを用いたときの磁気特性特に鉄
損W_17/50は0.63や0.68 W/kg 程度にすぎず、また密着性
も30mmφや40mmφ程度と劣っていた。

【００３３】このようにプラズマ・コ−ティングの際の
ターゲットとして、材料コストの安価な(A) のフェロ−
クロム・タ−ゲットおよび(C) の地金アルミニウム・タ
−ゲットを用いて成膜した場合に、珪素鋼板の磁気特性
とくに鉄損特性が格段に向上する理由は、これらセラミ
ック膜と珪素鋼板との界面にセラミック膜中の微量のF
e, Al, Ti等の窒化物が存在することにより、密着性が
効果的に向上することによるものと考えられる。この
点、(B) の高純度クロム・タ−ゲットや(D) の高純度ア
ルミニウム・タ−ゲットを用いた場合には、セラミック
膜中にこれらの元素が存在していないために密着性の向
上を図ることができず、結果として強力な引張張力を珪
素鋼板に付加することができないことから、鉄損の低減
度合いが小さくなるものと考えられる。

【００３４】

【作用】本発明の素材である含珪素鋼としては、従来公
知の成分組成いずれもが適合するが、代表組成を掲げる
と次のとおりである。 Ｃ：0.01〜0.08wt％ Ｃは、0.01wt％より少ないと熱延集合組織の抑制が不十
分となって大きな伸長粒が形成されるため磁気特性が劣
化し、一方0.08wt％より多いと脱炭工程で脱炭に時間が
かかり経済的でないので、0.01〜0.08wt％程度とするの
が好ましい。

【００３５】Si：2.0 〜4.0wt ％ Siは、 2.0wt％より少ないと十分な電気抵抗が得られな
いため渦電流損が増大して鉄損の劣化を招き、一方 4.0
wt％より多いと冷延の際に脆性割れが生じ易くなるの
で、 2.0〜4.0 wt％程度の範囲とすることが好ましい。

【００３６】Mn：0.01〜0.2 wt％ Mnは、一方向性珪素鋼板の２次再結晶を左右する分散析
出相としてのMnＳあるいはMnSeを決定する重要な成分で
ある。Mn量が0.01wt％を下回ると2 次再結晶を生じさせ
るのに必要なMnＳ等の絶対量が不足し、不完全２次再結
晶を起こすと同時に、ブリスタ−と呼ばれる表面欠陥が
増大する。一方、 0.2wt％を超えると、スラブ加熱等に
おいてMnＳ等の解離固溶が行われたとしても、熱延時に
析出する分散析出相が粗大化し易く、抑制剤として望ま
れる最適サイズ分布が損なわれて磁気特性が劣化するの
で、Mnは0.01〜0.2 wt％程度とすることが好ましい。

【００３７】 Ｓ：0.008 〜0.1 wt％、Se：0.003 〜0.1 wt％ ＳおよびSeはいずれも、 0.1wt％以下、中でもＳは 0.0
08〜0.1 wt％、またSeは 0.003〜0.1 wt％の範囲とする
ことが好ましい。というのは、これらが 0.1wt％を超え
ると熱間および冷間加工性が劣化し、一方それぞれ下限
値に満たないとMnＳ、MnSeとしての1 次粒成長抑制機能
に格別の効果を生じないからである。その他、インヒビ
タ−として従来公知のAl, Sb, Cu, SnおよびB 等を複合
添加しても、本発明の効果を妨げるものではない。

【００３８】次に、本発明に従う超低鉄損一方向性珪素
鋼板の製造工程について説明する。まず、素材を溶製す
るには、ＬＤ転炉、電気炉、平炉、その他公知の製鋼炉
を用い得ることは勿論のこと、真空溶解やＲＨ脱ガス処
理を併用することもできる。

【００３９】本発明に従い、素材中に含有されるＳ、Se
あるいはその他の1 次粒成長抑制剤を溶鋼中に微量添加
する方法としては、従来公知の何れの方法を用いても良
く、例えばＬＤ転炉、ＲＨ脱ガス終了時あるいは造塊時
の溶鋼中に添加することができる。また、スラブ製造
は、コスト低減、さらにはスラブ長手方向における成分
あるいは品質の均一性等の経済的・技術的利点のため連
続鋳造法の採用が有利ではあるが、従来の造塊スラブの
使用を妨げるものではない。

【００４０】連続鋳造スラブは、スラブ中のインヒビタ
−を解離・固溶させるために、1300℃以上の温度に加熱
される。その後、このスラブは熱間粗圧延ついで熱間仕
上圧延が施されて、通常厚み 1.3〜3.3 mm程度の熱延板
とされる。

【００４１】次に熱延板は、必要に応じ 850〜1100℃程
度の温度範囲で熱延板焼鈍（均一化焼鈍ともいう）を施
したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を
施して最終板厚とするが、高磁束密度で低鉄損の特性を
有する製品を得るには最終冷延率（通常55〜90％）に注
意を払う必要がある。このとき、珪素鋼板の渦電流損を
できるかぎり小さくする観点から、製品厚の上限は0.5
mmに、またヒステリシス損の弊害を避けるために板厚の
下限は0.05mmに限定した。

【００４２】鋼板表面に線状の溝を形成する場合には、
この最終冷延を終え製品板厚となった鋼板に対して行う
のがとりわけ有利である。すなわち、最終冷延板または
２次再結晶前後の鋼板の表面に、圧延方向と交差する向
きに２〜10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深さ：0.1
〜50μm の線状の凹領域を形成させるのである。ここ
に、線状凹領域の間隔を２〜10mmの範囲に限定したの
は、２mmに満たないと鋼板凹凸があまりにも顕著で磁束
密度が低下し経済的でなくなり、一方10mmを超えると磁
区細分化効果が小さくなるからである。また、凹領域の
幅が50μm に満たないと反磁界効果を利用することが困
難となり、一方 500μm を超えると磁束密度が低下し経
済的でなくなるので、凹領域の幅は50〜500 μm の範囲
に限定した。さらに、凹領域の深さが 0.1μm に満たな
いと反磁界効果を効果的に利用することができず、一方
50μm を超えると磁束密度が低下し経済的でなくなるの
で、凹領域の深さは 0.1〜50μm の範囲に限定した。な
お、線状凹領域の形成方向は、圧延方向と直角方向すな
わち板幅方向とするのが最適であるが、板幅方向に対し
±30°以内であればほぼ同様の効果を得ることができ
る。

【００４３】さらに、線状凹領域の形成方法としては、
最終冷延板の表面に、印刷によりエッチングレジストを
塗布、焼き付けた後、エッチング処理を施し、しかるの
ち該レジストを除去する方法が、従来のナイフの刃先や
レーザー等を用いる方法に比較して、工業的に安定して
実施できる点、および引張り張力により一層効果的に鉄
損を低減できる点で有利である。

【００４４】以下、上記のエッチングによる線状溝形成
技術の典型例について具体的に説明する。最終冷延板の
表面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジ
ストインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部
が圧延方向にほぼ直角に幅：200μm 、間隔：４mmで線
状に残存するように塗布したのち、 200℃で約20秒間焼
き付ける。このとき、レジスト厚は２μm 程度とする。
このようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、
電解エッチングまたは化学エッチングを施すことによ
り、幅：200 μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、
ついで有機溶剤中に浸漬してレジストを除去する。この
時の電解エッチング条件は、NaCl電解液中で電流密度：
10 A/dm²、処理時間：20秒程度、また化学エッチング条
件は、HNO₃液中で浸漬時間：10秒間程度とすれば良い。

【００４５】ついで、鋼板には脱炭焼鈍が施される。こ
の焼鈍は、冷延組織を１次再結晶組織にすると同時に、
最終焼鈍（仕上焼鈍とも呼ばれる）で｛１１０｝〈００
１〉方位の２次再結晶粒を発達させる場合に有害なＣを
除去することを目的とし、例えば 750〜880 ℃の湿水素
中で行う。

【００４６】最終焼鈍は、｛１１０｝〈００１〉方位の
２次再結晶粒を十分発達させるために施されるもので、
通常箱焼鈍によって直ちに1000℃以上に昇温し、その温
度に保持することによって行われる。この最終焼鈍は通
常、マグネシア等の焼鈍分離剤を塗布して行い、表面に
フォルステライトと呼ばれる下地被膜も同時に形成す
る。しかしながら、この発明では、フォルステライト下
地被膜を形成させたとしても、次工程でこの下地被膜を
除去するため、かようなフォルステライト下地被膜を形
成させないような焼鈍分離剤の方が有利である。すなわ
ち、フォルステライト下地被膜を形成させる MgOの含有
比率を低減し（50％以下）、代わってかかる被膜を形成
させない CaO, Al₂O₃, CaSiO₃, SiO₂ 等の含有比率を高
く（50％以上）した焼鈍分離剤が有利である。

【００４７】この発明において｛１１０｝〈００１〉方
位に高度に集積した２次再結晶組織を発達させるために
は、 820℃から900 ℃の低温で保定焼鈍する方が有利で
あるが、その他、例えば 0.5〜15℃/h程度の昇温速度の
徐熱焼鈍でも良い。

【００４８】この純化焼鈍後に、鋼板表面のフォルステ
ライト下地被膜や酸化物被膜は、公知の酸洗などの化学
的方法や切削、研磨などの機械的方法またはそれらの組
み合わせにより除去して、鋼板表面を平滑化する。すな
わち、鋼板表面の種々の被膜を除去した後、化学研磨、
電解研磨等の化学研磨やバフ研磨等の機械的研磨あるい
はそれらの組み合わせなど従来の手法により、中心線平
均粗さRaで 0.4μm 以下程度まで鋼板表面を平滑化す
る。

【００４９】なお、本発明では、珪素鋼板の表面を必ず
しも平滑化する必要はない。従ってこの場合には、コス
トアップを伴う平滑化処理を行わなくても、酸洗処理の
みで十分な鉄損低減効果を発揮できるという利点があ
る。とはいえ、やはり平滑化処理を施すことが有利であ
ることに変わりはない。また、この段階で鋼板表面に凹
形状の溝を導入することもできる。溝の導入方法は、最
終冷延板または２次再結晶前後の鋼板の表面に施す場合
と同じ方法を用いれば良い。

【００５０】上記の処理後、鋼板表面にプラズマ・コー
ティング法を用いて、AlやCrの窒化物（AlN, CrN）およ
び炭化物（AlC, CrC）からなるセラミック膜を被成す
る。本発明では、このようなセラミック膜を被成する際
のAlタ−ゲットおよびCrタ−ゲットとして、市販されて
いる安価なフェロ−クロムおよび地金アルミニウムを用
いることが重要である。というのは、かようなフェロ−
クロムや地金アルミニウムには、少量のFe, Ti, Si等を
含有していることから、珪素鋼板との密着性の確保の観
点から好適であり、かくしてAlタ−ゲットおよびCrタ−
ゲットについて、その大幅なコストダウンが、鉄損特性
の改善に併せて実現されるのである。

【００５１】ここに、プラズマ・コーティング法として
は、マグネトロン・スパッタ法が特に有利に適合する
が、その他、ＨＣＤ法（イオンプレーティング法の一
種）やプラズマＣＶＤ法、（ＥＢ＋ＲＦ）法、マルティ
アーク法等も使用できる。なお、実際にAlタ−ゲットや
Crタ−ゲットを作製するには、フェロ−クロムや地金ア
ルミニウムを溶解し、所定の大きさに剪断後、ボンディ
ング処理を施してやれば良い。

【００５２】

【実施例】実施例１ Ｃ：0.074 wt％, Si：3.38wt％, Mn：0.076 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.025 wt％, Al：0.020 wt％, Ｎ：0.
068 wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1350℃で４時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して厚み：2.2 mmの熱延板
とした。ついで1010℃の均一化焼鈍を施した後、1050℃
の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最
終冷延板とした。ついで、 840℃の湿H₂中で脱炭・１次
再結晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(10%), Al₂O₃(70
%), CaSiO₃(10%), SiO₂(10%) の組成になる焼鈍分離剤
をスラリ−塗布し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 8
50℃から12℃/hの速度で1180℃まで昇温してゴス方位に
強く集積した２次再結晶粒を発達させた後、1220℃の乾
H₂中で純化処理を施した。

【００５３】かくして得られた珪素鋼板の表面の酸化物
被膜を除去し、一部についてはさらに化学研磨による平
滑化処理を施した。ついで、珪素鋼板の表面に、マグネ
トロン・スパッタ法を用いて CrNセラミック膜を 0.6μ
m 厚被成した。この時、プラズマ・コ−ティングに使用
するCrタ−ゲットは、次のようにして作製した。フェロ
−クロム素材を、100kg の真空溶解炉で溶解後、熱間圧
延を施して12mm厚に圧延したのち、表面を研磨してから
10mm×127mm ×476mm に剪断した。ついでボンディング
処理を行った。このボンディング処理は、Cr基板の片面
をCuメッキ後、Inを用いてCuの基板上に張り付けするこ
とによってCrタ−ゲットとして使用するために行うもの
である。なお、このフェロ−クロム・タ−ゲットの主成
分は、Cr：92.0wt％, Si：2.5 wt％, Fe：1.8 wt％, A
l：1.6 wt％, Ti：1.5 wt％, Ｃ：0.8 wt％, Ｓ：0.06w
t％, Ｐ：0.03wt％であった。このフェロ−クロム・タ
−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入して、電
圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグネトロ
ン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.6μm 厚の CrN
膜をコ−ティングした。

【００５４】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 平滑化処理を施した場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.95 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.57 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。 酸洗処理を施した場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.94 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.62 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００５５】これとは別に、フェロ−クロム・タ−ゲッ
トをマグネトロン・スパッタ装置に装入し、電圧：400
Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグネトロン・スパ
ッタ法により、珪素鋼板上に約 0.7μm 厚の CrC膜をコ
−ティングした。このときの製品の磁気特性および密着
性は次のとおりであった。 平滑化処理を施した場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.95 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.59 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００５６】実施例２ Ｃ：0.070 wt％, Si：3.42wt％, Mn：0.073 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.025 wt％, Al：0.020 wt％, Ｎ：0.
066 wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1350℃で５時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して厚み：2.0 mmの熱延板
とした。ついで1000℃の均一化焼鈍を施した後、1030℃
の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最
終冷延板とした。ついで、最終冷延板の表面に、アルキ
ド系樹脂を主成分とするエッチングレジストインキをグ
ラビアオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向とほ
ぼ直角な方向に幅：200 μm 、圧延方向の間隔：４mmで
線状に残存するように塗布したのち、200 ℃で約20秒間
焼付けた。このときのレジスト厚は２μm であった。こ
のようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、電
解エッチングを施すことにより、幅：200 μm 、深さ：
20μm の線状の溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬し
てレジストを除去した。この時の電解エッチングは、Na
Cl電解液中で電流密度：10 A/dm²、処理時間：20秒間の
条件で行った。

【００５７】その後、 840℃の湿H₂中で脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(25%), Al₂O₃(55%),
CaSiO₃(5%), SiO₂(15%)の組成になる焼鈍分離剤をスラ
リ−塗布し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 850℃か
ら10℃/hの速度で1150℃まで昇温してゴス方位に強く集
積した２次再結晶粒を発達させた後、1220℃の乾H₂中で
純化処理を施した。かくして得られた珪素鋼板の表面の
酸化物被膜を除去したのち、化学研磨により表面を平滑
化した。

【００５８】ついで、珪素鋼板の表面に、マグネトロン
・スパッタ法を用いて AlNセラミック膜を 0.7μm 厚被
成した。この時、プラズマ・コ−ティングに使用するAl
タ−ゲットは、次のようにして作製した。地金のAl素材
を、100kg の真空溶解炉で溶解後、熱間圧延を施して12
mm厚に圧延したのち、表面を研磨してから、10mm×127m
m ×476mm に剪断した。ついでボンディング処理を行っ
た。なお、この地金アルミニウム・タ−ゲットの主成分
はAl：98.0wt％, Fe：0.60wt％, Si：0.38wt％, Ti：0.
14wt％, Cu：0.19wt％であった。この地金アルミニウム
・タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入し
て、電圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグ
ネトロン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.7μm 厚
の AlN膜をコ−ティングした。

【００５９】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.51 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００６０】また、これとは別に、地金アルミニウム・
タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入し、電
圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグネトロ
ン・スパッタ法により、珪素鋼板上に約 0.7μm 厚の A
lC膜をコ−ティングした。得られた製品の磁気特性およ
び密着性は次のとおりであった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.54 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００６１】さらに、化学研磨をせず、酸洗処理ままの
鋼板の表面に、上記と同様にして、AlN セラミック被成
して得た製品の磁気特性および密着性は次のとおりであ
った。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.59 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００６２】実施例３ Ｃ：0.044 wt％, Si：3.36wt％, Mn：0.071 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.025 wt％およびMo：0.012 wt％を含
有し、残部は実質的にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブ
を、1330℃で5 時間加熱処理後、熱間圧延を施して厚
み：2.4 mmの熱延板とした。ついで、 950℃の均一化焼
鈍後、1000℃の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して
0.23mm厚の最終冷延板とした。その後、最終冷延板の表
面に、アルキド系樹脂を主成分とするエッチングレジス
トインキをグラビアオフセット印刷により、非塗布部が
圧延方向とほぼ直角な方向に幅：200 μm 、圧延方向の
間隔：４mmで線状に残存するように塗布したのち、200
℃で約20秒間焼付けた。このときのレジスト厚は２μm
であった。このようにしてエッチングレジストを塗布し
た鋼板に、電解エッチングを施すことにより、幅：200
μm 、深さ：20μm の線状の溝を形成し、ついで有機溶
剤中に浸漬してレジストを除去した。この時の電解エッ
チングは、NaCl電解液中で電流密度：10 A/dm²、処理時
間：20秒間の条件で行った。

【００６３】ついで、820 ℃の湿H₂中で脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(10%), Al₂O₃(60%),
CaSiO₃(15%), SiO₂(15%) の焼鈍分離剤をスラリ−塗布
し、ついで 850℃で50時間の保定焼鈍によりゴス方位に
強く集積した２次再結晶粒を発達させた後、1200℃の乾
H₂中で純化処理を施した。かくして得られた珪素鋼板の
表面の酸化物被膜を除去したのち、化学研磨により表面
を平滑化した。

【００６４】ついで、珪素鋼板の秒面に、マグネトロン
・スパッタ法を用いて AlNセラミック膜を 0.5μm 厚被
成した。この時、プラズマ・コ−ティングに使用するAl
タ−ゲットは、次のようにして作製した。地金のAl素材
を、100kg の真空溶解炉で溶解後、熱間圧延を施して12
mm厚に圧延したのち、表面を研磨してから、10mm×127m
m ×476mm に剪断した。ついでボンディング処理を行っ
た。なお、この地金アルミニウム・タ−ゲットの主成分
はAl：98.2wt％, Fe：0.55wt％, Si：0.35wt％, Ti：0.
12wt％, Cu：0.11wt％であった。この地金アルミニウム
・タ−ゲットをマグネトロン・スパッタ装置に装入し
て、電圧：400 Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグ
ネトロン・スパッタ法により珪素鋼板上に約 0.5μm 厚
の AlN膜をコ−ティングした。

【００６５】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.88 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.63 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上での 180°曲げを行っても剥離が無く、良好 であった。

【００６６】実施例４ Ｃ：0.072 wt％, Si：3.41wt％, Mn：0.076 wt％, Se：
0.020 wt％, Sb：0.025 wt％, Al：0.021 wt％, Ｎ：0.
066 wt％およびMo：0.012 wt％を含有し、残部は実質的
にFeの組成になる珪素鋼連鋳スラブを、1340℃で５時間
の加熱処理後、熱間圧延を施して厚み：2.0 mmの熱延板
とした。ついで1000℃の均一化焼鈍を施した後、1050℃
の中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最
終冷延板とした。ついで、最終冷延板の表面に、アルキ
ド系樹脂を主成分とするエッチングレジストインキをグ
ラビアオフセット印刷により、非塗布部が圧延方向とほ
ぼ直角な方向に幅：200 μm 、圧延方向の間隔：４mmで
線状に残存するように塗布したのち、200 ℃で約20秒間
焼付けた。このときのレジスト厚は２μm であった。こ
のようにしてエッチングレジストを塗布した鋼板に、電
解エッチングを施すことにより、幅：200 μm 、深さ：
20μm の線状の溝を形成し、ついで有機溶剤中に浸漬し
てレジストを除去した。この時の電解エッチングは、Na
Cl電解液中で電流密度：10 A/dm²、処理時間：20秒間の
条件で行った。

【００６７】その後、 840℃の湿H₂中で脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った後、鋼板表面にMgO(25%), Al₂O₃(60%),
CaSiO₃(5%), SiO₂(10%)の組成になる焼鈍分離剤をスラ
リ−塗布し、ついで 850℃で15時間の焼鈍後、 850℃か
ら10℃/hの速度で1150℃まで昇温してゴス方位に強く集
積した２次再結晶粒を発達させた後、1200℃の乾H₂中で
純化処理を施した。かくして得られた珪素鋼板の表面の
酸化物被膜を除去したのち、化学研磨により表面を平滑
化した。

【００６８】ついで、珪素鋼板の表面に、マグネトロン
・スパッタ法を用いて、 CrNセラミック膜を 0.7μm
厚被成し、ついで CrNの上に CrCを 0.2μm 厚被成
た。この時、プラズマ・コ−ティングに使用するCrタ−
ゲットは、次のようにして作製した。フェロクロム素材
（Cr：75.0wt％, Fe：23.0wt％, Al：0.3 wt％, Ti：0.
8 wt％、残部不純物）を、100kg の真空溶解炉で溶解
後、10mm×127mm ×476mm に剪断した。ついでボンディ
ング処理を行った。このフェロ−クロム・タ−ゲットを
マグネトロン・スパッタ装置に装入して、電圧：400
Ｖ、電流：50Ａの操作電力を用いてマグネトロン・スパ
ッタ法により珪素鋼板上に、 0.7μm 厚の CrN膜をコ
−ティングし、さらにその上に 0.2μm 厚の CrC膜を
コ−ティングした。

【００６９】かくして得られた製品の磁気特性および密
着性は次のとおりであった。 の CrN膜のみの場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.51 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。 の(CrN＋CrC)複合膜の場合 磁気特性 Ｂ₈ ： 1.91 Ｔ Ｗ_17/50 ： 0.48 W/kg 密着性 直径：10mmの丸棒上で 180°曲げを行っても剥離が無く、良好で あった。

【００７０】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、従来材に比
較して鉄損が格段に優れた超低鉄損一方向性珪素鋼板
を、極めて安価に得ることができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板厚が0.05〜0.5 mmの仕上焼鈍済みの一
   方向性珪素鋼板の表面に、プラズマ・コーティングによ
   ってCrまたはAlの窒化物または炭化物からなるセラミッ
   ク張力被膜を被成して超低鉄損一方向性珪素鋼板を製造
   するに際し、 プラズマ・コ−ティングの際のタ−ゲットとして、フェ
   ロ−クロムまたは地金アルミニウム材料を用いることを
   特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、仕上焼鈍済みの一方
   向性珪素鋼板の表面に、圧延方向と交差する向きに２〜
   10mmの間隔で、幅：50〜500 μm 、深さ：0.1 〜50μm
   の線状の凹領域を設けたことを特徴とする超低鉄損一方
   向性珪素鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、仕上焼鈍済
   みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施した表
   面である超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項１または２において、仕上焼鈍済
   みの一方向性珪素鋼板の表面が、平滑化処理を施さな
   い、酸洗処理ままの表面である超低鉄損一方向性珪素鋼
   板の製造方法。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、セラ
   ミック張力被膜が、窒化物および／または炭化物からな
   る２層以上の複数層で、その熱膨張係数が外層側にいく
   ほど小さく、かつ最外層のセラミック張力被膜は絶縁性
   を有することを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の
   製造方法。