JPH1150154A

JPH1150154A - 極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JPH1150154A
Application number: JP9218927A
Authority: JP
Inventors: Michiro Komatsubara; 道郎小松原; Minoru Takashima; 高島　　稔; Hiroshi Yamaguchi; 山口　　広
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1997-07-31
Publication date: 1999-02-23

Abstract

(57)【要約】【課題】理念的には優れている結晶方位強調処理にお
ける鉄損低減効果が十分に得られないという問題の原因
を解明し、結晶方位強調処理を基に所期の優れた鉄損低
減効果を得る。【解決手段】結晶方位強調処理を施してなる方向性電
磁鋼板であって、この結晶方位強調処理に伴う鋼板表面
のピットのうち、深さ５μm 以上のピットが数密度0.05
個／μm²以下である鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、極めて低い鉄損
を有する方向性電磁鋼板及びその製造方法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、主として変圧器その
他の電気機器の鉄心材料として使用され、磁束密度及び
鉄損値等の磁気特性に優れることが基本的に重要であ
る。特に電気的エネルギーの損失を低減するため、低鉄
損の電磁鋼板材料が各産業界から強く求められている。
電磁鋼板の鉄損の低減には板厚を低減する、Si含有量を
増す、結晶方位の配向性を高める等の方法があるが、板
厚の低減やSi含有量の増加は圧延性が劣化するので現状
が限界である。また、結晶方位の配向性の向上は現在ほ
ぼ完全に近い配向性を有する材料が開発されており技術
的飽和点に達している。

【０００３】以上の技術とは改善効果の機構が異なる
が、鋼板表面状態を制御することが鉄損低減に有効であ
ることが従来より知られている。例えば、特公昭４９−
９６９２０号公報や特公昭５２−２４４９９号公報には
鋼板表面を化学研磨で鏡面状態にすることにより鉄損を
大幅に低下させる技術が開示されている。しかしなが
ら、この技術は鏡面状態の鋼板表面に絶縁被膜を形成さ
せることが困難であり、未だ工業化されるには至ってい
ない。次に、特開平２−３０７１８号公報には鋼板表面
に溝を設け鉄損を低減する技術が開示されている。この
技術は簡便で、かつ効果も安定しているため工業化され
ているが、鉄損低減効果がさほど大きくないため技術的
に十分とはいいがたい。また、特開平５−４３９４３号
公報にはフォルステライト被膜を除去後、1000〜1200℃
のH₂中でサーマルエッチングする方法が開示されてい
る。しかし、この方法はコストが高い上に鋼板表面に酸
化物が生成し易く効果が不安定である。

【０００４】更に、鋼板表面の絶縁被膜の張力を高める
ことも鉄損低減には効果がある。鋼板への張力の付与方
法として、鋼板より熱膨張係数の小さい材質からなる被
膜を設けることが現在行われている。その一つとしては
特開平５−１４０６３７号公報に開示されているような
張力効果の大きい被膜を最終仕上げ焼鈍時に生成させる
技術であるが、生成可能な被膜の種類は限られており、
現在のところ大きな鉄損低減効果は得られていない。更
に特開平６−１８４７６２号公報に開示されるSiO₂薄膜
を形成する技術、特公昭６３−５４７６７号公報に開示
される窒化物や炭化物のセラミックス被膜をイオンプレ
ーティング又はイオンプランテーションによって形成す
る技術、特公平２−２４３７７０号公報に開示されるゾ
ル−ゲル法によってセラミックス被膜を形成する技術な
どの高張力付与型の絶縁被膜を鋼板表面に直接形成する
方法なども研究されているが、いずれも効果が不安定で
工業化されるには至っていない。

【０００５】これらの技術とは別に特公平４−９０４１
号公報、特公平５−８７５９７号公報及び特公平６−３
７６９４号公報に開示されている鋼板表面を電解腐食し
て特定の結晶方位のみを残留させる技術が存在する。こ
の技術は食塩水中などで鋼板表面を電解腐食し、磁気特
性上有利な結晶方位である(110) 面のみを残留させる
「結晶方位強調処理」であり、理念上からは大きな鉄損
低減効果が期待される極めて優れた技術であると考えら
れていた。しかしながら、工業化において実際に得られ
る鉄損低減効果は僅少であった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、理念的に
は優れている結晶方位強調処理における鉄損低減効果が
十分に得られないという問題の原因を解明し、結晶方位
強調処理を基に所期の優れた鉄損低減効果を得る方法を
見出したことによる鉄損特性に優れた方向性電磁鋼板の
製造方法を提案することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、鉄損低減効
果の大きな結晶方位強調処理技術について鋭意検討を行
った結果、結晶方位強調処理後の鋼板表面に存在するピ
ットの存在形態によって磁気特性が大きく変化すること
を新規に見出し、これを基に鋭意研究を重ね、従来にな
い優れた鉄損特性の方向性電磁鋼板を得る技術を完成し
た。

【０００８】上記の新規知見に立脚するこの発明の要旨
構成は以下のとおりである。すなわち、(1) 結晶方位強
調処理を施してなる方向性電磁鋼板であって、この結晶
方位強調処理に伴う鋼板表面のピットのうち、深さ５μ
m 以上のピットが数密度0.05個／μm²以下であることを
特徴とする極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板（第１発
明）であり、(2) 第１発明において、鋼板表面に幅50〜
700 μm 、深さ10μm 以上で圧延方向と直交する方向か
ら30度以内の方向に延びる溝を、圧延方向に繰り返し配
置してなることを特徴とする極めて鉄損の低い方向性電
磁鋼板（第２発明）であり、(3) 結晶方位強調処理を施
してなる方向性電磁鋼板であって、鋼板表面に深さ５μ
m 以上の複数のピットが生成した領域を、幅50〜500 μ
m で圧延方向と直交する方向から30度以内の方向に延在
させるとともに圧延方向に繰り返し配置してなることを
特徴とする極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板（第３発
明）であり、(4) 第１発明、第２発明又は第３発明にお
いて、鋼板表面に張力被膜を被成させてなることを特徴
とする極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板（第４発明）で
あり、(5) ２次再結晶処理後の鋼板表面に、歪の付与を
幅50〜500 μm で圧延方向と直交する方向から30度以内
の方向に行うとともに圧延方向に繰り返して行う表面処
理を行った後、結晶方位強調処理を行い、その後被膜形
成処理を施すことを特徴とする極めて鉄損の低い方向性
電磁鋼板の製造方法（第５発明）である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明を得るに至った実
験について詳細に説明する。AlN とCuSe及びSbをインヒ
ビターとし３wt％Siを含有する最終板厚0.23mmに圧延さ
れた方向性電磁鋼板用の最終冷間圧延コイルを、脱脂、
ブラシ洗浄、リンス及び乾燥工程とそれに続く脱炭・一
次再結晶焼鈍、更にMgO を主成分とする焼鈍分離剤塗布
工程の連続ライン処理によりコイル状に巻取り、その後
２次再結晶と純化処理を含む最終仕上げ焼鈍を施した。
最終仕上焼鈍後のコイルは表面のフォルステライト被膜
を除去するためのHCl 水溶液中での酸洗処理及びブラシ
洗浄処理とNaCl水溶液中での電解による結晶方位強調処
理と洗浄・乾燥処理のラインを通板した。その後、この
コイルにリン酸アルミニウムの下層被膜、リン酸アルミ
ニウムとコロイダルシリカ及びクロム酸の上層被膜から
なる張力コートを塗布し850 ℃での平坦化処理ラインを
通板し製品とした。

【００１０】得られた製品の磁気特性は、磁束密度はB₈
が1.97T で良好なものであったが、鉄損特性はW
_{1７／５０}で0.85W/kgと満足いくものではなかった。し
かし、コイルを細かく切断し内部にわたって試料を採取
し磁気特性を測定したところ、B₈はいずれも1.965 T か
ら1.975 T の範囲にわたって分布し良好であるのに対
し、鉄損W_{1７／５０}は0.90W/kgから0.85W/kgのものが32
％、0.85W/kgから0.80W/kgのものが45％、0.80W/kgから
0.75W/kgのものが18％、0.75W/kgから0.70W/kgのものが
４％、0.70W/kg以下のものが１％存在していた。

【００１１】そこで、これらのさまざまな鉄損値がもた
らされる原因について製品のコーティングを剥離して鋼
板表面を電子顕微鏡で観察して調査した結果、製品の鉄
損特性と相関の強い極めて重要な事実を見い出した。す
なわち、結晶方位強調処理を施した鋼板表面には、図１
に示されるようなピットが電子顕微鏡で観察されるが、
鉄損特性が十分でない試料の鋼板表面においては深いピ
ットが多数散見できたのに対し、0.70W/kg以下となるよ
うな良好な試料の鋼板表面には深いピットが全く観察さ
れないことである。

【００１２】そこで、これらの試料のピットを調査しピ
ットの深さと頻度と鉄損値の関係について求め、図２に
示すような結果を得た。図２によると浅いピットの場合
には数密度が高くても鉄損に及ぼす悪影響はほとんどな
いが、５μm 以上の深さのピットになると鉄損に悪影響
を及ぼすようになり、良好な鉄損特性を得るためには数
密度として0.05個／μm²以下に抑える必要のあることが
分かる。

【００１３】深いピットが鋼板表面に多数存在する場合
に良好な鉄損特性が得られない理由は以下のように考え
られる。まず、結晶方位強調処理によって鉄損が低減す
る機構について図３を用いて述べる。結晶方位強調処理
は鋼板表面を腐食法や電解法によって腐食し、結晶方位
に依存した性状の鋼板表面を現出させる方法であり、図
３のｃに示されるような結晶粒の方位に応じたファセッ
ト面と、ｄに示されるような結晶粒間の方位差に起因す
る腐食速度差に応じた段差とを生じさせる。このとき、
方向性電磁鋼板においては磁気特性上最も有利な改善を
図るため、(110) 面が安定となるような腐食液や条件及
び方法を選んで、図３に示される結晶粒ａとｂの方位に
応じたファセット面と粒界段差を生成させる。

【００１４】ここで、形成したファセット面の急斜面ｇ
においては通常平面よりも高密度の同一符号の磁極が生
成し、これが強い磁区細分化効果をもたらし、鉄損を低
減する。これが第１の鉄損低減作用である。この効果は
通常の鏡面処理よりもはるかに強い。また、結晶粒ａと
ｂの粒界に生じる段差ｄにも同一符号の磁極が高密度に
生成するため、やはり強い磁区細分化効果を有し、鉄損
が低減する。これが第２の鉄損低減作用である。特に第
２の作用は結晶軸の方向が鋼板表面からずれていること
を全く必要としないため２次再結晶粒の方位が先鋭であ
る高級方向性電磁鋼板への適用によって効果がますます
高まるので鏡面化の手法よりは格段に優れている点であ
る。

【００１５】このような性状の鋼板表面に深いピットが
存在する場合には、第１の作用に対しては、例えば図３
のピットｅの場合ピットの右壁に発生した異符号の磁極
と鋼板表面の磁極との相互１用により鋼板の静磁エネル
ギーが低下するため磁区細分化効果の作用が低下し有効
な鉄損の低減量が得られない結果となる。また、第２の
作用に対しては、例えばピットｆに対してはピットの右
壁に発生した異符号の磁極と結晶粒界段差の磁極との相
互作用により、やはり鋼板の静磁エネルギーが低下する
ため磁区細分化効果の作用が低下し有効な鉄損の低減量
が得られない結果となる。したがって、上記した理論上
優れた結晶方位強調処理による鉄損低減効果を実際の工
業的生産により得るためには、一定値以上の深さを有す
るピットの発生密度を規制することが必要である。

【００１６】次に、このようなピットが工場のラインで
の製造において多数発生した原因について調査した。調
査の結果、結晶方位強調処理の場合には通常の表面処理
の場合以上に被処理材に対する細心な注意を必要とする
ことがわかった。すなわち、製造ラインにおける鋼板表
面への局所的押圧や、摩擦によって導入される歪が起点
となって、腐食の加速的進行が促進されピットとなる。
このような現象は腐食処理のみで起き化学研磨のような
処理では発生しない。また、研究室のような実験環境で
も発生せず、工業規模での生産活動でのみ発生し、かつ
極めて品質上重要な問題となるものである。

【００１７】ピット深さの測定は厳密には原子間力顕微
鏡によって測定されるものであるが、簡便には表面粗度
計や電子顕微鏡や光学顕微鏡の表面形状計もしくは焦点
法による計測法でなされる。また、数密度の測定には少
なくとも100 μm 四方相当分を測定して平均値をとるこ
とが必要である。

【００１８】このように、結晶方位強調処理を施す方向
性電磁鋼板について、有害なピットの生成を抑制するこ
とは鉄損低減のために有利であるところ、更に、かかる
ピットの生成を抑制した鋼板に、前述の溝による磁区細
分化処理を組み合わせることは、より一層の鉄損の低減
効果を得るのに有効である。

【００１９】また更に、発明者らは前述の調査を遂行す
る過程において、磁区細分化現象において新規な事象を
発見し新たな技術を開発した。すなわち、深いピットが
多数隣接し生成する領域においては磁区細分化現象が部
分的に起きていた。これを積極的に結晶方位強調処理と
組み合わせてさらなる鉄損低減効果を得べく以下の実
験、検討を行った。

【００２０】前述の調査コイルと同一の最終冷間圧延後
のコイルを用い、脱脂、ブラシ洗浄、リンス及び乾燥工
程とそれに続く脱炭・一次再結晶焼鈍、更にMgO を主成
分とする焼鈍分離剤塗布工程の連続ライン処理によりコ
イル状に巻取り、その後２次再結晶と純化処理を含む最
終仕上げ焼鈍を施した。最終仕上焼鈍後のコイルは表面
のフォルステライト被膜を除去するためにHCl 水溶液中
での酸洗処理及び洗浄を行い、更にNaCl水溶液中での電
解による結晶方位強調処理と洗浄・乾燥処理のラインを
通板させた。このとき、ライン張力をできるだけ低下さ
せ、洗浄に際しては洗浄水の噴射とリンス処理としハー
スロール、ブライドルロールの表面粗度を低減した。ま
た、鋼板表面への局部的歪を付与するためのロールをラ
イン中の結晶方位強調処理設備の直前の位置に設置し、
鋼板に圧着させて鋼板表面に局部的に歪を付与した。こ
のロールは、図４に示されるようにロール周面の周に沿
って５mmピッチで粗面領域を有するものであって、粗面
の領域の幅を10μm , 16μm , 30μm , 50μm , 70μm
, 120 μm , 200 μm , 300 μm , 500 μm , 600μm
, 800 μm のそれぞれに変更したロールを12本用意し
た。１本のロールを用いて前記鋼板を100 m 処理し、そ
の後ロールを次々に交換して同様にして各ロールで100
m ずつ歪付与の処理を施した。その後、このコイルにリ
ン酸アルミニウムの下層被膜及びリン酸アルミニウムと
コロイダルシリカ及びクロム酸の上層被膜からなる張力
コートを塗布し850 ℃での平坦化処理ラインを通板し製
品とした。この製品から各種類のロール処理に相当する
試料を採取し磁気特性を測定した。

【００２１】この鉄損の値を粗面領域を有するロールに
よる歪付与を施こさなかった製品の値と併せて図５に示
す。また、磁気特性の測定後の試料のコーティングを剥
離しピットの生成状態を観察したところ、いずれの場合
においてもロールの粗面による歪付与部においては５μ
m 以上のピットが多数生成しており、平滑ロール面によ
る歪付与のない部位においては５μm 以上のピットの数
密度は0.003 〜0.01個／μm²であった。図５に示した、
鉄損に及ぼすピット生成領域の幅に関する上記実験の結
果から、ピット生成領域の幅が50〜500 μm の範囲で更
に鉄損が低下していることが認められる。

【００２２】次に、上記実験と同一の最終冷間圧延後の
コイルを用い、図６で示される突起ロールを用いて圧接
することにより鋼板表面に溝を設けた。このとき、突起
部の幅を10μm , 20μm , 50μm , 100 μm , 150 μm
, 250 μm , 400 μm , 700μm , 900 μm , 1200μm
のそれぞれに変更した各種ロールを用意し、それぞれの
ロールで100 m ずつ溝を設けた。その後、このコイルを
脱脂、ブラシ洗浄、リンス及び乾燥工程とそれに続く脱
炭・一次再結晶焼鈍、更にMgO を主成分とする焼鈍分離
剤塗布工程からなる連続ラインを通板させてコイル状に
巻取り、その後２次再結晶と純化処理を含む最終仕上げ
焼鈍を施した。最終仕上焼鈍後のコイルは表面のフォル
ステライト被膜を除去するためのHCl 水溶液中での酸洗
処理及び洗浄、更にNaCl水溶液中での電解による結晶方
位強調処理と洗浄・乾燥処理のラインを通板させた。こ
のとき、ライン張力をできるだけ低下させ、洗浄に際し
ては洗浄水の噴射とリンス処理としハースロール、ブラ
イドルロールの表面粗度を低減した。その後、このコイ
ルにリン酸アルミニウムの下層被膜、リン酸アルミニウ
ムとコロイダルシリカ及びクロム酸の上層被膜からなる
張力コートを塗布し850 ℃での平坦化処理ラインを通板
し製品とした。

【００２３】この製品から各ロール処理による位置での
試料を採取し磁気特性を測定した。また、磁気特性の測
定後の試料のコーティングを剥離し溝の深さと幅を観察
したところ、いずれの場合においても20〜25μm の深さ
でロールの突起部の幅より１〜３μm ほど大きいが、ほ
ぼ同一の幅の溝が形成されていた。測定鉄損値を前述の
ピット生成実験の結果と対比させるため図５に併せて示
す。図５によると溝の幅として50〜700 μm の範囲にお
いてさらなる鉄損低減効果があることがわかる。

【００２４】次にこの発明の効果を得るための必須条件
の範囲とその作用について詳述する。この発明が対象と
している方向性電磁鋼板とは２次再結晶により結晶方位
を一定方向に揃えた製品であり、各種成分系に適用でき
るが一般には下記のような成分を有する。

【００２５】すなわち、Siは製品の電気抵抗を高め鉄損
を低減するのに有効な成分であり、含有されることが多
いが7.0 wt％（以下、単に「％」で示す。）を超えると
硬度が高くなり製品や加工が困難になるので7.0 ％まで
含有する。ただし、飽和磁束密度を重視する場合にはSi
は含有されない。

【００２６】また、Mnも同じく電気抵抗を高める作用が
あり、しかも、製造時に熱間加工を容易にする作用があ
る。このためには0.03％以上含有させる必要があるが、
2.5％を超えると熱処理時γ変態を誘起して磁気特性が
劣化するので、一般的には0.03〜7.0 ％含有させる。

【００２７】更に、不純物としてＣは0.003 ％以下、よ
り好ましくは0.001 ％以下、Ｓ，Ｎをそれぞれ0.002 ％
以下、より好ましくは0.001 ％以下に低減することが好
ましい。これらの不純物はこの値を超えると磁気特性上
有害な作用があり、特に鉄損を劣化させる。

【００２８】かかる成分の他に必要に応じて下記の成分
を含有させることは可能である。すなわち、インヒビタ
ー成分として鋼中に添加するＢ，Sb, Ge, Ｐ，Sn, Cu,
Cr,Pb, Zn, Inなどや組織改善のために鋼中に添加され
るMo, Ni, Coといった成分などは２次再結晶を良好に行
わせるために添加されるものである。なお、鋼板の板厚
としては、通常0.10〜0.50mmのものが市販の対象とな
る。

【００２９】このような鋼板の表面形状として、結晶方
位強調処理が施されていることが、この発明の方向性電
磁鋼板の必須条件である。結晶方位強調処理とは、鋼板
表面を腐食し特定の結晶方位を選別的に現出させる処理
で、例えばNaCl水溶液中で電解処理を行い、鋼板の(11
0) 結晶面を選択的に現出させるような処理である。こ
れにより、磁気的に好ましい結晶面を鋼板表面に現出さ
せることができ、鋼板の磁気特性を飛躍的に高めること
ができる。この作用としては、結晶粒表面に形成される
ファセットの急斜面の高密度の磁極を生成させ、鋼板表
面の静磁エネルギーを高めて磁区細分化効果を得る第１
の作用と、腐食速度の差異により形成される結晶粒界の
段差に高密度の磁極を生成し鋼板表面の静磁エネルギー
を高めて磁区細分化効果を得る第２の作用とが存在する
のは既に述べたとおりである。これらは、鏡面化の表面
処理による鉄損低減作用と原理的に異なり優れており、
特に結晶方位が高度に集積した場合にも有効である。

【００３０】結晶方位強調処理を腐食法により行う場合
には、一般に鋼板表層に存在する各種欠陥によってピッ
トが生成しやすいが、このような各種生成ピットのうち
深いピットの存在によって上述の結晶方位強調処理の効
果が減殺されることを見い出した点がこの発明の最も肝
要な点の一つである。すなわち、５μm 以上の深さのピ
ットの数密度を0.05個／μm²以下とすることが必要であ
る。５μm に満たない深さのピットも磁性には悪影響を
及ぼすので低減される方が好ましいが、その影響はさほ
ど大きくはなく、５μm 以上となることにより急激に悪
影響が生じる。また、その数密度が0.05個／μm²を超え
ると結晶方位強調処理の２種類の効果が急激に減殺さ
れ、磁区細分化効果による鉄損低減作用が得られなくな
るので0.05個／μm²以下に低減することが必要である。

【００３１】５μm 以上の深さのピットの生成量の低減
は、生産ラインにおいて鋼板表面に導入される歪の量を
可能な限り低減することの他、結晶方位強調処理の際の
腐食液の種類、濃度や温度、また電解処理の場合には電
解質の液濃度や温度及び電気量密度などを適正に制御す
ることなどによってなされる。

【００３２】また、第２発明として結晶方位強調処理に
加えて他の磁区細分化処理を鋼板表面に施すことで加算
的効果以上の効果が得られる点もこの発明で肝要であ
る。すなわち、結晶方位強調処理が不十分な場合におい
ても、これらの効果の併用により相補的以上の効果を挙
げることができる。他の磁区細分化処理としては、鋼板
表面に幅50〜700 μm 、深さ10μm 以上で圧延方向と直
交する方向から30度以内の方向に延びる溝を、圧延方向
に繰り返し配置することがある。

【００３３】この溝は、深さが10μm に満たないと溝の
壁面に生成する磁極量が少なく、磁区細分化効果が不十
分となり、鉄損のさらなる低減効果が得がたく、また、
圧延方向と直交する方向から30度を超えると、磁束の流
れに対し、垂直成分が小さくなり、溝の壁面に生成する
磁極の密度が低下し、同じく磁区細分化効果の減少によ
り、鉄損のさらなる低減効果が得られない。かように30
度以内の方向に延びた溝を圧延方向に繰り返し配置する
ことの他に、溝の幅として50〜700 μm とすることが必
要である。すなわち、溝の幅が50μm 未満の場合は溝の
磁壁間に生成する磁極の相互作用によって、鋼板に生成
する静磁エネルギーの増加分が低減し、鉄損低減効果が
消失し、逆に700 μm を超える場合にはヒステリシス損
の増加によって鉄損が増大する。

【００３４】また、磁性に悪影響を及ぼす５μm 以上の
深いピットを複数設けた領域を局所的に生成すること
で、さらなる鉄損低減効果が得られるというこの発明の
第３の発明を結晶方位強調処理と組み合わせることがで
きる。すなわち、第３発明は、鋼板表面に結晶方位強調
処理を施し、かつ深さ５μm 以上の複数のピットの生成
領域を幅50〜500 μm で圧延直角方向30度以内の方向に
延び、圧延方向に繰り返し出現するように配置したこと
を特徴とするものである。

【００３５】ここに、ピットの深さが５μm に満たない
ものではピットの壁面に生成する磁極量が十分でなく磁
区細分化効果が得られない。また、複数のピット生成領
域中はピットが必ずしも隣接している必要はないがピッ
トの占める面積率が30％を超えることが望ましい。この
ようなピットの生成領域が局所的に存在することが磁区
細分化効果を得るためには必須の条件で、その幅として
50〜500 μm の範囲に規制することが必要である。ピッ
ト生成領域の幅が50μm 未満の場合には磁区細分化を得
るに十分な静磁エネルギーの増加分が望めず、逆に500
μm を超えると結晶方位強調処理領域の面積が低減し鉄
損低減作用が現象する。また、このような領域は圧延方
向に対して直角方向に延びたものであることが必要でそ
の許容範囲としては圧延直角方向30度以内である。すな
わち、30度を超える場合にはピット生成領域形成による
磁区細分化効果が消失し鉄損が増大する。また、圧延方
向に同一の磁気特性を得るためには、このような領域を
圧延方向に繰り返し配置することが必要である。

【００３６】以上、溝形成技術と結晶方位強調処理技術
を併用する場合には、結晶方位強調処理において５μm
以上の深さのピットの数密度を低減することが必要であ
るが、結晶方位強調処理とピット領域形成技術との併用
の場合には、結晶方位強調処理において５μm 以上の深
さのピットの数密度を低減することが必ずしも必須の条
件とはならないので製造上有利となるが、このような深
いピットの生成を抑制することにより更に優れた鉄損低
減効果が得られるので好ましい方法であることはいうま
でもない。

【００３７】このように調整された表面形状を有する方
向性電磁鋼板の表面に更に絶縁被膜を設けて製品とされ
るが、この絶縁被膜については公知のいずれもが有効
で、例えば打抜き性を重視した有機コートやリン酸塩系
やクロム酸塩系の半有機コート等がある。しかしなが
ら、鋼板に張力を付与するタイプの絶縁被膜が最も効果
的な鉄損低減作用を有する。このタイプの被膜として従
来より知られているものは、１）Cu, Niなど金属めっ
き、２）金属めっきの上に張力コーティングを塗布、
３）Al₂O₃, TiN, SiO₂など酸化物、窒化物、炭化物のド
ライプレーティング、４）リン酸塩−コロイダルシリカ
−クロム酸系のコーティング、５）ゾルゲル法で形成さ
れるホウ酸−アルミナ等の無機被膜、６）これらの被膜
の多層被膜などが挙げられ、いずれもこの発明の目的に
合致する。がその効果及びコスト、均一処理性などの点
から２）の被膜が好適で張力コーティングとして0.1 〜
５g/m²（片面あたり）の範囲が好ましい。

【００３８】更に、このようにして得られた鋼板に、更
なる鉄損低減を目的としてレーザーあるいはプラズマ炎
等を照射して、さらなる鉄損低減効果を狙ってもよい。

【００３９】次にこの発明の電磁鋼板の製造方法につい
て、その必須条件とその理由について述べる。所定の成
分に調整された鋼は通常スラブ加熱に供されたのち熱間
圧延により熱延コイルとされるが、このスラブ加熱温度
について1300℃以上の高温度とする場合や1250℃以下の
低温度とする場合などいずれの場合でもよい。また、近
年、スラブ加熱を行わず連続鋳造後、直接熱間圧延を行
う方法が開発されているが、この方法で熱間圧延される
場合でもこの発明は適用できる。

【００４０】熱間圧延後の鋼板は必要に応じて熱延板焼
鈍を施し、１回の圧延、もしくは中間焼鈍を挟む複数回
の圧延によって最終冷間圧延板とされる。これらの圧延
については動的時効を狙ったいわゆる温間圧延や静的時
効を狙ったパス間時効を施したものであってもよい。最
終圧延後の鋼板は必要により脱炭焼鈍を兼ねる１次再結
晶焼鈍を施され最終仕上げ焼鈍により２次再結晶処理を
され、方向性電磁鋼板を得る。

【００４１】このとき、１次再結晶焼鈍と２次再結晶焼
鈍とを兼ねた連続短時間焼鈍を施してもよいし、２次再
結晶焼鈍を連続短時間焼鈍で行ってもよい。また、２次
再結晶処理を長時間焼鈍（最終仕上げ焼鈍）で行っても
よい。この後に結晶方位強調処理を行うが、このとき鋼
板表面に酸化物が生成している場合には、結晶方位強調
処理の前に必要に応じて酸洗処理を施すことができる。
例えば最終仕上げ焼鈍を行う場合には１次再結晶焼鈍後
に通常、焼鈍分離剤を塗布し、これにより最終仕上げ焼
鈍後に酸化被膜を生成するが、この焼鈍分離剤の組成を
調整して、最終仕上げ焼鈍後に鋼板表面に形成される酸
化被膜の生成を抑制することができる。このような場合
には酸洗処理を省略することも可能である。

【００４２】結晶方位強調処理は電解質の液中で行われ
るが、HCl, H₂SO₄などの腐食性の液を使用する他、NaC
l, KCl などの塩化物水溶液中で電解処理をする方法が
ある。このとき、液温度、濃度、などの管理と鋼板表面
への歪の付与を抑制することなどが第１発明の実現には
有効である。結晶方位強調処理後には鋼板表面への被膜
形成処理を施し必要に応じて平坦化焼鈍を行い製品とさ
れる。

【００４３】第２発明の実現のための鋼板表面への溝の
形成は最終冷間圧延後から被膜形成処理までのいずれの
時期に行ってもよい。溝形成の方法としては従来より公
知の突起ロール法やエッチング法などいずれの方法も適
合する。

【００４４】第３発明におけるピット生成領域の設置は
鋼板表面に局所的に歪を導入する方法がもっとも簡便で
あるが、その他の例えば、表面に不純物を点在させると
いった方法でもよい。このうち、工業的に最も簡便で能
率のよい方法は、周期的に歪を付与する表面処理を行う
方法で、例えば図４に示されるような粗度を周期的に設
けたロールやブラシを圧着させる方法があり、これによ
り高能率でかつ簡便に領域範囲を制御して周期的歪領域
を鋼板に付与で大きな鉄損低減効果を得ることができ
る。

【００４５】

【実施例】

（実施例１）0.08％のＣ，3.4 ％Siと0.07％のMn，0.02
％のAl，0.02％のSe，0.2 ％のCu，0.04％のSbを含有す
る方向性電磁鋼スラブ（記号Ａ）４本を1420℃に加熱
し、熱間圧延後、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延によっ
て最終板厚0.23mmの冷間圧延板とした。また、0.09％の
Ｃ，3.5 ％のSi，0.06％のMn，0.03％のAl，0.2 ％のN
i，0.04％のSbを含有する方向性電磁鋼スラブ（記号
Ｂ）４本を1400℃に加熱し、熱間圧延後、熱延板焼鈍を
施し、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延によって0.20mmの
冷間圧延板とした。このとき、第２回目の冷間圧延は20
0 ℃の温間圧延とした。更に、0.05％のＣ，3.2 ％のSi
と0.08％のMn，0.01％のAl， 0.009％のSbを含有する方
向性電磁鋼スラブ（記号Ｃ）４本を1180℃に加熱し、熱
間圧延後、熱延板焼鈍と１回の圧延により0.35mmの冷間
圧延板とした。

【００４６】これらのＡ，Ｂ，Ｃ３種類のそれぞれ４本
のコイルのうち２本（記号A-1 ，A-2 ，B-1 ，B-2 ，C-
1 ，C-2)は、鋼板表面をマスキングし、更にエッチング
する方法によって幅150 μm で深さ25μm 、圧延直角方
向から15度の方向に延び、圧延方向への繰り返し間隔５
mmで溝を設けた。この後、全てのコイルを脱炭、一次再
結晶焼鈍した後、SiO₂，Al₂O₃ ，CaO 及びMgO からなる
焼鈍分離剤を塗布し、２次再結晶過程と純化過程を含む
最終仕上げ焼鈍を施した。これら最終仕上焼鈍コイルを
HCl で軽酸洗し、表面に少量存在している酸化物を除去
し、次いでNaCl浴中で電解を行い、鋼板表面の結晶方位
強調処理を行った。このとき、溝を設けたコイルのうち
１本（記号A-2 ，B-2 ，C-2)と残余のうちの１本のコイ
ル（記号A-3 ，B-3 ，C-3)については従来どおりの方法
でライン通板したが、残るコイル (記号A-1 ，A-4 ，B-
1 ，B-4 ，C-1 ，C-4)については、酸洗及び結晶方位強
調処理ラインの通板に際し、ライン張力をできるだけ低
下し、洗浄に際しては洗浄水の噴射とリンス処理とし、
ハースロール、ブライドルロールの表面粗度を低減し
た。また、電解速度を調節すべく電解液のNaCl濃度と温
度及び電気量密度を調整した。

【００４７】この結果、A-2 ，A-3 ，B-2 ，B-3 ，C-2
，C-3 の各コイルの表面には５μm以上の深さのピット
が、0.1 〜0.7 個／μm²の数密度で生成したが、A-1 ，
A-4，B-1 ，B-4 ，C-1 ，C-4 のコイルの鋼板表面では
0.01〜0.03個／μm²の数密度に抑制できた。更に、これ
らのコイルは鋼板表面に下層コートとしてリン酸アルミ
ニウム、上層コートとしてリン酸マグネシウムとコロイ
ダルシリカとクロム酸からなる張力コートを塗布、850
℃で平坦化焼鈍と兼ね焼き付け製品とした。これらの製
品の磁気特性を表１に示す。

【００４８】

【表１】

【００４９】表１から明らかなようにこの発明の適合例
であるA-1 ，A-4 ，B-1 ，B-4 ，C-1 ，C-4 の方向性電
磁鋼板においては比較例に較べ鉄損が格段に優れてお
り、鉄損自体の値も極めて低く良好な値が得られてい
る。

【００５０】（実施例２）0.08％のＣ，3.2 ％Siと0.07
％のMn, 0.02％のAl, 0.02％のＳ，0.005 ％のBiを含有
する方向性電磁鋼スラブ（記号Ｄ）４本を1420℃に加熱
し、熱間圧延後、中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延によっ
て最終板厚0.23mmの冷間圧延板とした。このとき、第２
回目の冷間圧延は200 ℃の温間圧延とした。また、0.07
％のＣ，3.3 ％のSi, 0.06％のMn, 0.002 ％のＢ, 0.2
％のSnを含有する方向性電磁鋼スラブ（記号Ｅ）４本を
1400℃に加熱し、熱間圧延後、熱延板焼鈍を施し、中間
焼鈍を挟む２回の冷間圧延によって0.23mmの冷間圧延板
とした。更に、0.05％のＣ，3.2 ％のSiと0.06％のMn,
0.02％のSe, 0.02％のSbを含有する方向性電磁鋼スラブ
（記号Ｆ）４本を1300℃に加熱し、熱間圧延後、熱延板
焼鈍と中間焼鈍を挟む２回の圧延により0.20mmの冷間圧
延板とした。

【００５１】Ｄ，Ｅ，Ｆ３種類のそれぞれ４本コイルを
脱炭、一次再結晶焼鈍した後、MgOを主成分とする焼鈍
分離剤を塗布し、２次再結晶過程と純化過程を含む最終
仕上げ焼鈍を施した。これら最終仕上焼鈍の各種類の４
本のコイルのうち３本について（D-1 , D-2 , D-3 , E-
1 , E-2 , E-3 , F-1 , F-2 , F-3)、HCl 酸洗で表面に
形成されたフォルステライト被膜を除去し、次いでNaCl
浴中で電解を行い、鋼板表面の結晶方位強調処理を行っ
た。このとき、各３本うち２本のコイル（記号D-1 , D-
2 , E-1 , E-2 , F-1 , F-2)については、図４で示され
るロールを電解処理の直前に設置しこれにより表面歪の
存在領域を圧延方向に３mm間隔繰り返し導入した。この
結果、結晶方位強調処理後に鋼板表面には５μm 以上の
深さのピッチが多数存在する領域が幅200 μm で圧延直
角方向に延び、圧延方向への繰り返し間隔３mmで形成さ
れた。また、酸洗と結晶方位強調処理ラインの通板にあ
たっては、通板各３本のコイルのうち２本（記号D-1 ,
D-3 , E-1 , E-3 , F-1 ,とF-3)について、ライン張力
をできるだけ低下し、洗浄に際しては洗浄水の噴射とリ
ンス処理としハースロール、ブライドルロールの表面粗
度を低減した。また、電解速度を調節すべく電解液のNa
Cl濃度と温度及び電気量密度を調整した。その結果、ロ
ールにより歪を導入しピットを積極的に生成させた領域
を除き、結晶方位強調処理を施した鋼板表面については
５μm 以上の深さのピットの発生は数密度として0.01〜
0.03個／μm²に抑制された。また、残る１本のコイル
（記号D-2 , E-2 , F-2)については、従来どおりの通板
条件とした。この結果、ロールにより歪を導入しピット
を積極的に生成させた領域を除いた位置の結晶方位強調
処理を施した鋼板表面について、５μm 以上の深さのピ
ットの発生は数密度として0.2 〜0.3 個／μm²となっ
た。その後全てのコイルについて、張力コーティングと
して、ホウ酸、アルミナゾルを主成分とする水性処理液
を塗布し、950 ℃で焼き付け張力被膜を形成させた。得
られた方向性珪素鋼板について、磁気特性を測定したそ
の結果を表２に示す。

【００５２】

【表２】

【００５３】表２から明らかなようにこの発明の適合例
であるD-1 , D-2 , D-3 , E-1 , E-2 , E-3 , F-1 , F-
2 , F-3 の方向性電磁鋼板においては比較例に較べ鉄損
が格段に優れており、鉄損自体の値も極めて低く良好な
値が得られている。

【００５４】（実施例３）0.04％のＣ，2.9 ％Siと0.07
％のMn, 0.01％のAl, 0.005 ％のSb，と0.01％のＢを含
有する方向性電磁鋼スラブ（記号Ｇ）３本を1180℃に加
熱し、熱間圧延後、熱延板焼鈍を施し１回の冷間圧延に
よって最終板厚0.35mmの冷間圧延板とした。このとき、
全てのコイルを脱炭、一次再結晶焼鈍した後、1000℃で
５分からなる連続焼鈍で２次再結晶処理を行った。これ
ら２次再結晶後のコイルをHCl で軽酸洗し、表面に少量
存在している酸化物を除去し、次いでKCl 浴中で電解を
行い、鋼板表面の結晶方位強調処理を行った。このと
き、２本のコイル（記号G-1 ,G-2 ）の通板にあたって
は、ライン張力をできるだけ低下し、洗浄に際しては洗
浄水の噴射とリンス処理としハースロール、ブライドル
ロールの表面粗度を低減した。また、電解速度を調節す
べく電解液のNaCl濃度と温度及び電気量密度を調整し
た。しかし、残る１本のコイル（記号G-3)については、
従来どおりの通板条件で結晶方位強調処理を行った。そ
の後、G-1 のコイルについてはイオンプレーティングに
よりTiN の張力被膜を鋼板表面に形成し、G-2 とG-3 の
コイルについては重クロム酸マグネシウムと有機樹脂と
の混合からなる半有機コートを塗布し、焼き付けた。こ
れらの磁気特性を表３に鋼板表面の５μm 以上の深さの
ピットの数密度とともに記す。

【００５５】

【表３】

【００５６】表３から明らかなようにこの発明の適合例
であるG-1, G-2の方向性電磁鋼板においては比較例に較
べ鉄損が格段に優れており、鉄損自体の値も極めて低く
良好な値が得られている。

【００５７】

【発明の効果】この発明は、仕上焼鈍被膜のない平滑な
方向性けい素鋼板表面に、表面を電解エッチング処理を
施したメッキ層を被成した後、張力付加型の絶縁コーテ
ィングを密着性よく形成させることにより、鉄損の極め
て低い方向性けい素鋼板を製造することが可能となり、
その産業に与えるメリットは非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】結晶方位強調処理後の鋼板表面に発生するピッ
トの１例を示す走査電子顕微鏡による金属組織写真であ
る。

【図２】結晶方位強調処理後の鋼板表面に発生するピッ
トの深さと発生数密度が鉄損に及ぼす影響を示す図であ
る。

【図３】結晶方位強調処理後の鋼板表面の性状による磁
区細分化作用の説明図である。

【図４】鋼板表面の圧延方向に繰り返して歪み付与領域
を設けるためのロールの形状についての模式図である。

【図５】結晶方位強調処理を施した鋼板表面に、更にピ
ット生成領域や溝を設けた際の鋼板の鉄損に及ぼすピッ
ト生成領域の幅もしくは溝の幅の影響を示す図。

【図６】鋼板表面に圧延方向に繰り返して溝を設けるた
めの突起つきロールの形状についての模式図である。

【符号の説明】

ａひとつの結晶粒ｂａに隣接する結晶粒ｃファセット面とその急斜面ｄ隣接結晶粒の境界に形成される段差ｅ結晶粒界から離れた位置に生成した深いピットｆ結晶粒界近傍に生成した深いピットｇ粗面領域ｈ平滑面領域ｉ突起部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】結晶方位強調処理を施してなる方向性電
磁鋼板であって、この結晶方位強調処理に伴う鋼板表面
のピットのうち、深さ５μm 以上のピットが数密度0.05
個／μm²以下であることを特徴とする極めて鉄損の低い
方向性電磁鋼板。
【請求項２】鋼板表面に幅50〜700 μm 、深さ10μm
以上で圧延方向と直交する方向から30度以内の方向に延
びる溝を、圧延方向に繰り返し配置してなることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の極めて鉄損の低い方
向性電磁鋼板。
【請求項３】結晶方位強調処理を施してなる方向性電
磁鋼板であって、鋼板表面に深さ５μm 以上の複数のピ
ットが生成した領域を、幅50〜500 μm で圧延方向と直
交する方向から30度以内の方向に延在させるとともに圧
延方向に繰り返し配置してなることを特徴とする極めて
鉄損の低い方向性電磁鋼板。
【請求項４】鋼板表面に張力被膜を被成させてなるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項又は第３
項に記載の極めて鉄損の低い方向性電磁鋼板。
【請求項５】２次再結晶処理後の鋼板表面に、歪の付
与を幅50〜500 μmで圧延方向と直交する方向から30度
以内の方向に行うとともに圧延方向に繰り返して行う表
面処理を行った後、結晶方位強調処理を行い、その後被
膜形成処理を施すことを特徴とする極めて鉄損の低い方
向性電磁鋼板の製造方法。