JPS585968B2 - 超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は微小な線状の変形領域（以下微小歪と称する）
を有する、きわめて鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造
方法に関するものである。

すべての結晶粒を（１１０）（００１）理想方位に近づ
けることにより、一方向性電磁鋼板の励磁特性が向上し
、一般にはそれにともない鉄損も減少するから、従来、
上記組織の集積度を高める努力が数々なされてきた。

この結果今日では板厚０．３０ｍ／ｍのとき、Ｗ１７１
５０が１．０３ｗａｔｔ／ｋｇ前後の低い鉄損値を示す
電磁鋼板が工業的に生産されるようになった。

ここでＷ１７１５０は、磁束密度１，７Ｔにおける鉄損
である。

又Ｔは磁束密度の単位でＴｅ５ｌａの略、Ｔｅｓｌａ＝
ｗｂ／ｍである。

しかしながらこれ以上鉄損を飛躍的に下げるためには、
理想方位に近づけるだけでは困難であることが次第に明
らかになってきた。

一般に鉄損は励磁特性以外の結晶粒度にも依存する。

励磁特性を高める努力は一般には結晶粒を大きくするこ
とになり、励磁特性向上による鉄損減少分を相殺してし
まうからである。

したがって現状の最高特性よりさらに鉄損を下げるため
には、他の手段を講じる必要がある。

この目的のために、鋼板に張力を与える方法が知られて
いる。

工業的には絶縁被膜によって張力を付与する方法が提案
されている。

しかしながら被膜の与える張力には限界があり、それに
よって改善される鉄損にも限界があるため、被膜の張力
を効果を加味して得られる最高特性が前述の１．０３Ｗ
／に９程度であった。

また鉄損を下げる他の方法が知られている。

それは鋼板の表面にキズを入れる方法である。

キズの導入はナイフやカミソリの刃先や、金剛砂、金タ
ワシなどきわめて硬い物質で鋼板の表面をひつかいたり
、強くこすることによって行なわれている。

この方法は鉄損の低下は期待できるが、キズの周辺の表
面のはげしい凹凸によって、鋼板を積層したとき占積率
が大巾に劣化するだけでなく、磁歪が大巾に増加する。

またキズを付与された鋼板は積層したとき、所定の鉄損
値が得られないという致命的欠陥がある。

即ちキズを入れたものではエプスタイン測定値がＳＳＴ
測定値より高くでる（ここでＳＳＴとは単板測定器をい
う。

以下ＳＳＴと略す）。

この理由は次のように推定される。

キズの入った凹部は板厚が局部的に薄くなっているため
、磁束の一部が鋼板の外に逃げる。

この結果、ＳＳＴ測定では鉄損の低下がみとめられるが
、積層すると、この磁束が上下の隣り合った鋼板にうつ
る結果、鋼板に垂直の磁化成分が生じ鉄損を劣化させる
ことになる。

以上の理由でキズの導入は、積層して使用されるトラン
スや巻きコアなどの鉄心にとって致命的な欠陥を有する
ため実機に使用されたことはなかった。

本発明の目的は上記の欠点が全くなく、実機に使用でき
る、きわめて低い鉄損の一方向性電磁鋼板の製造方法を
提供することにある。

以下本発明の詳細な説明する。

本発明は４．０％以下のＳｉを含有する一方向性電磁鋼
板に適用される。

Ｓｉ含有量が４．０係を越えると鋼板の冷間加工性が極
端に劣化するため、現在の技術では工業的に方向性電磁
鋼板の製造が困難であるからである。

本発明によって製造された一方向性電磁鋼板の有する第
一の特徴は２次再結晶を目的とする仕上焼鈍中、鋼板表
面に形成されたＭｇｏ、ＳｉＯ，Ａ−主成分とする無機
質被膜あるいはガラス質被膜を介して押圧によりへこみ
を形成して線状の微小な歪（以下線状歪、あるいは微小
歪と略す）を付与してなることである。

該微小歪の付与はたとえば１０ｍ／ｍ以下の小さな径の
球状の回転子を鋼板表面に接して、荷重をかけながら、
回転させて線引きする方法によって達成できる。

しかしキズを残さずに、巾３００μｍ以下の線状歪を付
与することができるならば上記の方法に限定しない。

本発明の第一の要件である微小歪の顕微鏡写真を第１図
ａに示す。

比較に従来の方法の１つ、ナイフの刃先で導入したキズ
を同図すに示す。

いずれも線の方向に対して直角な断面である。

ナイフで導入したキズは地鉄に溝をつけ、その両側にか
えりを生じている。

一方、本発明による微小歪は地鉄の変形を全く生じてい
ないように見えるほど微小である。

また変形を生じたとしてもゆるやかなへこみが顕微鏡的
に観察される程度である。

このように微小な歪であるが、歪導入後ガラス質被膜を
剥いだ後、転位ピット法（後述）で観察すると、転位の
存在を示す点が連なり間隔が５０μ位の、２列の平行線
をなしている。

（第２図ａ）。一方ナイフで導入した線状キズでは変形
量が太きいため斜線状のすべり線が密に表われている。

すべり線の発生は強い剪断力が加わったことを意味する
。

このように本発明の微小歪は、従来の方法によって付与
されたキズに比べて、塑性変形量は桁違いに小さく、そ
の性状は全く異なるものである。

本発明の微小歪を付与する具体的な方法の例を挙げる。

例えば、硬い物質でつくられた小さな球からなる回転子
に荷重をかけて、鋼板表面に押しつけながら、球を回転
させて線引きする方法である。

小球を回転させるためガラス質被膜を含め鋼板の表面に
キズをつけずに地鉄に歪を付与することができる。

球の直径は０．２〜１０ｍ／ｍ位が適当である。

これによって導入される歪の巾は１０〜３００μｍであ
る。

これより太きすぎると歪の領域（第２図ａの平行線の内
部の面積）が広くなりすぎて好ましくない。

小さすぎると表面にキズを付けやすくなる。

本発明に従った歪の導入によって生ずる表面のへこみは
高々５μ、通常は１μ程度である。

以上は微小歪を付与する手段の一例であって、たとえば
厚みの小さな円盤を荷重をかけて回転させながら線引き
することによっても目的を達することができる。

また、上記の球や円盤あるいは丸い物体を鋼板にキズを
付けずにすべらせて線引きしてもよい。

鉄損を下げるために有効な歪量は、転位ピットとして観
察できる程度であって、それ以上の歪は局部的なはげし
い凹凸を生ずるため、積層した鉄心では所定の磁性が得
られなかったり、占積率の劣化をもたらすものである。

また歪の付与は鋼板の片面両面いずれでもよい。

要するに本発明においては鋼板の地鉄表面に微小歪を付
与する点に特徴があり、歪を付与する鋼板には、以下に
説明するようなガラス質被膜、或は２次被膜が存在して
いても支障なく、又はこれらの被膜の存在しない鋼板上
に直接型を与えてもよいことは勿論である。

本発明の第二の要件であるガラス質被膜を介して歪を付
与する必要性は次の通りである。

ガラス質被膜は主として仕上焼鈍前に塗布されたＭｇＯ
と鋼板が含有するＳｉなどから形成されており、仕上焼
鈍中の焼付防止のほか、鋼板表面に張力を与え鉄損を下
げる役割をする。

ガラス質被膜の除去はフッ酸や塩酸など強い酸を用い長
時間の酸洗によって行なわれるが工業的に一工程増える
欠点のほか、張力効果消失と酸洗による鋼板表面の肌荒
れによって磁気特性が劣化するため、微小歪付与による
効果を減殺するためである。

従来の方法、即ちキズの導入は鋼板の地肌に直接性なわ
れたため、被膜除去前の特性を基準にとるとき、その効
果は本発明のそれに比べて小さい（第３図）。

しかしながらＭｇＯなど焼鈍分離剤を必要としない仕上
焼鈍法、たとえば連続焼鈍炉などで仕上焼鈍した鋼板で
は酸洗することなく直接表面に微小歪を付与することが
できる。

次に線状の微小歪の線の方向について述べる。

第４図ａはガラス質被膜の上から鋼板の片面に微小歪を
付与したとき、線の方向と圧延方向のなす角αに対する
圧延方向（Ｌ方向）に磁化したときの鉄損（Ｗ１７１５
０）の変化を示す。

α〈１０゜では鉄損はかえって劣化するが、αの増加と
ともに減少しα〉３０°では５％以上、α〉４５°では
１０チ以上の向上率を示した。

したがって鉄損の大巾な向上を図るためには、αは３０
°以上好ましくはαは４５°以上が適当である。

巻鉄心の場合はＬ方向の鉄損を考慮すれば充分であるが
用途によっては圧延方向に直角な方向（Ｃ方向）に磁化
したときの鉄損も重要となる。

Ｃ方向の鉄損はＬ方向とは逆にαを小さくすることによ
って向上させることが出来る。

第４図すよりり、Ｃ両方向の特性向上を考慮したときは
例えば３０°〜８０°の方向に引くのが適当であること
が分る。

また線の形状は直線である必要は必ずしもなく、曲線状
、ジグザグ状、波線状あるいは線が交差しても本発明の
目的を達成できる。

次に微小歪の適正間隔について述べる。

第５図は約１μ厚のガラス質被膜の上から直径が０．７
ｒｎ／ｒｎの球を、荷重２００ｇをかけなからＣ方向に
転がして線状歪を付与したとき、線の間隔と鉄損の関係
を示す。

最適間隔は２００ｇのとき２．５〜５龍であることが分
る。

また最適間隔は荷重によって変わり、球の径が０．７ｔ
ａｎの場合、第６図に示すように、荷重が大きくなると
最適間隔はひろまる。

このように最適間隔は歪の大きさによって変動するから
、導入方法あるいはガラス質被膜の厚みなどによってそ
の都度法めるべきで、上記の例に限定されない。

しかしながらキズを残さない本発明の方法による微小歪
の場合いずれも最適間隔は１龍以上である。

この点、キズを残す従来の歪の適正間隔０．１〜Ｉ１１
！と比較して、少ない密度で済むから、導入の手間が省
けることはもとより、従来法では０．０２Ｔ位あった歪
付与にともなう励磁特性（Ｂ８）の劣化を最小限（０，
００３Ｔ程度）に抑えることができる。

ここでＢ８は８００Ａ／ｍにおける磁束密度を表わす。

微小歪の付与を連続ラインで行なうために、鋼板（帯）
には張力を加えておく方がよい。

これは鋼板に歪を与えるために必要な荷重を支えるため
だけでなく、歪付与の効果を助長するためである。

仕上焼鈍で形成されたガラス質被膜は通常、片面の厚み
が１〜３μであって、この程度の厚みが微小歪の導入に
最も適している。

しかし５μ以下であれば被膜に損傷を与えずに地鉄に歪
を与えることができる。

ガラス質被膜の形成を目的として、仕上焼鈍前に塗布さ
れる塗布液の組成はＶを主成分とするもので密着性や磁
性向上のために添加される物質たとえばＴｌＯ２、ホウ
素化合物、硫化物、アンチモン化合物などが含まれてい
てもよい。

本発明の方法をＢ８が１．９０Ｔ以上の高磁束密度を有
する電磁鋼板に適用すると、その効果は一段と顕著に表
われる。

第７図はＢ、と微小歪導入前後の鉄損値Ｗ１７１５０を
示している。

微小歪導入前Ｂ８の増加は鉄損を下げるが、その勾配は
次第にゆるやかになり、Ｂ８＞１．９３Ｔでは飽和に近
づくようにみえる。

一方、微小歪導入後の鉄損のＢ８による変化は、導入前
のそれに比べて勾配（の絶対値）が大きく、しかも、高
いＢ８（〜１．９５Ｔ）まで直線的に低下し、飽和の傾
向を示さない。

即ちＢ８が高くなるほど歪導本の効果が顕著に表われる
ことが分る。

従来は、Ｂ８の増加が鉄損の改良に充分に反映されてい
なかったが、本発明の方法を採用することにより、Ｂ８
の向上を、そのまま鉄損の低下につなげることが可能と
なった。

このようにしてＢ８〉１．９０ＴではＷ１７１５０≦１
．０３ｗ／に！９、Ｂ８〉１．９２ＴではＷ１７１５０
≦０．９６ｗ／ｋｇ、Ｂ８＞１．９４Ｔの場合ではＷ１
７１５０≦０．９０ｗ／ｋｇという驚異的な低鉄損値が
得られる。

Ｗ１７１５０が０．９０ｗ／に９以下の超低鉄損材を変
圧器など電気機器に使用すると、従来の最高級品番と比
べて１０係以上電力の損失を軽減するこ′どになり、省
エネルギーが世界的に叫ばれている現在、本発明の効用
は計り知れない。

本発明の特徴とする微小歪を付与する工程は、２次再結
晶を完了した後であれば、後工程のいずれに挿入しても
よい。

例えば仕上焼鈍直後でもよいし、ヒートフラットニング
工程の後に行なってもよい。

また連続仕上焼鈍方式を採用する場合はその冷却過程で
行なってもよい。

ただし８００℃以下好ましくは７００℃以下で付与すべ
きである。

歪を付与された鋼板はこのまま製品となし得るが通常は
２次被膜としてリン酸系あるいは有機系化合物をコーテ
ィングして絶縁性を高めた上で最終製品とｊる。

コーティングのとき、鋼板の温度は８００℃以下、望ま
しくは７００℃以下で行なわれるのが好ましい。

この目的には紫外線硬化樹脂の使用が適している。

２次被膜形成後或いは打抜後に歪を付与する場合には、
次の事を配慮しなければならない。

２次被膜の上からの歪付与はガラス質被膜の上から付与
する場合に比べて大きな荷重を必要とする。

従って２次被膜を損傷しないように注意する必要がある
。

しかし、薄くて丈夫な良質の被膜が形成されている時は
２次被膜の上から付与しても、絶縁性を損わずに鉄損を
下げることが可能である。

以下実施例にもとづき説明する。

実施例Ｉ Ｃ０，０５１％、Ｓｉ２．９５％、Ｍｎ０．０８３％、
Ｐｏ、０１係、８０．０２５係、Ａｉ、０２７係、ＮＯ
，００７６％、残部は鉄と微量の混入不純物から成る鋼
塊を熱延、熱延板焼鈍、急冷、冷延、脱炭焼鈍、ＭｇＯ
塗布、仕上焼鈍の順に処理して２次再結晶を完了させた
０、３０ｍ／ｍ厚のガラス質被膜（厚み１．５μ）付一
方向性けい素鋼板の片面に、直径が０．７ｍ／ｍの球を
、荷重２００ｇで鋼板に接して転がしながら、間隔１０
ｍ／ｍで、Ｃ方向に直線的に掃過してへこみによる線状
の歪を付与した。

歪付与前後の鋼板の圧延方向の磁性は 歪付与前Ｂ８二１．９３０Ｔ、Ｗ１７１５０二１．１０
ｗ／ｋｇ歪付与後Ｂｓ−１．９２７Ｔ１Ｗ１７１５０−
０．９７ｗ／に９であった。

鉄損の大巾な改善が認められた。実施例２ Ｃ０，０４８％、Ｓｉ２．９３％、Ｍｎ０．０８５％。

Ｐｏ、００８係、３０．０２６係、Ａｉ、０２５％。

ＮＯ，００７２％、残部は鉄と微量の混入不純物から成
る鋼塊を熱延、熱延板焼鈍急冷、冷延、脱炭焼鈍、Ｍｇ
Ｏ塗布、仕上焼鈍の順に処理して、２次再結晶を完了さ
せた０、３０ｍ／ｍ厚のガラス質被膜付一方向性けい素
鋼板をヒートフラットニングした後鋼板の片面に直径０
．５ｍ／ｍの球を、荷重１５０ｇで鋼板に接して転がし
ながら間隔８ｍ／ｍでＣ方向に直線的に掃過して、へこ
みによる線状の歪を付与した。

歪付与前後の鋼板の圧延方向の磁性は、 歪付与前Ｂ８二１．９５０ＴＷ１７１５〇二１．０２ｗ
／ｋｇ歪付与後Ｂ８−１．９４８ＴＷ１７１５０＝０．
８９Ｗ／ｋｇであった。

またＪＩＳの方式にしたがって測定した占積率は９７％
であった。

同じガラス状被膜付鋼板はナイフの刃先で導入した同じ
感覚の線状キズでは占積率が９５％であった。

実施例 ３ Ｃ０，０４５％、Ｓｉ３．０５％、Ｍｎ０．０４０％Ｐ
０．００５％、ＳＯ，００６％、ＳｂＯ，０８９％。

ＳｅＯ，０３０％、残部は鉄と微量の混入不純物から成
る鋼塊を熱延、熱延板焼鈍、冷延、脱炭焼鈍ＭｇＯ塗布
、仕上焼鈍の順に処理して、２次再結晶を完了させた０
、３５ｍ／ｍ厚のガラス質被膜付一方向性けい素鋼板の
両面に、直径１ｍ／ｍの球を隔１０ｍ／ｍでＣ方向と３
５°をなす方向に直線的にへこみによる線状歪を付与し
た。

歪付与前後の鋼板の磁性は、 であった。

実施例４ Ｃ０，０４９％、Ｓｉ２．９５％、Ｍｎ０．０８０％
５Ｏ００２５％、Ａ１０．０２８％、Ｎ０．００７０％
残部は鉄と微量の混入不純物から成る鋼塊を熱延、熱延
板焼鈍、冷延、脱炭焼鈍、仕上げ焼鈍の順に処理して２
次再結晶を完了させた。

この後リン酸とクロム酸を主成分とす８液を塗布した後
８００℃で焼付け２次被膜を形成した鋼板の表面に径１
酩と１０ｍｍの２種類の球を圧延方向と直角方向に５ｍ
ｍの間隔で掃過し微小歪を導入した。

次にその特性を示す。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明に従い！小型を付与した電磁鋼板の断
面の顕微鏡写真である。 （倍率２００倍）。ｂは比較例としてナイフの刃先で導
入したキズである。 （倍率２００倍）。第２図ａは本発明に従い微小歪付与
後、ガラス質被膜を剥いだ後、転位ピット法で歪の様子
を観察したものである。 ｂは比較例でナイフの刃先で導入した歪の様子である。 （倍率１００倍）。 第３図〜第７図は本発明の効果を示す図面で、第３図は
微小歪付与前後の鉄損特性を示す図、第４図は微小歪付
与方向と鉄損の向上率の関係を示す図、ａ・・・・・・
Ｌ方向の向上率、ｂ・・・・・・Ｃ方向の向上率、第５
図は微小歪付与間隔と鉄損の関係を示す図、第６図は微
小歪付与圧力と付与間隔の関係を示す図、第７図は微小
歪付与前後のＢ８−Ｗ１７１５０の関係を示す図である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １仕上焼鈍済の一方向性電磁鋼板の地鉄表面に、押圧に
   よりへこみを形成して線状の微小歪を付与することを特
   徴とするｓｉ４．ｏ％以下を含む超低鉄損一方向性電磁
   鋼板の製造方法。 ２仕上焼鈍済の一方向性電磁鋼板の無機質被膜の上から
   地鉄表面に、押圧によりへこみを形成して線状の微小歪
   を付与することを特徴とするＳｉ４．０係以下を含む超
   低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。 ３押圧によって与える前記へこみ間の間隙が１〜１５１
   ｆｔｒＩＬ１へこみ深さが５μ以下、へこみ巾が１０〜
   １００μである特許請求の範囲第１項記載の超低鉄損一
   方向性電呻鋼板の製造方法。 ４押圧によって与える前記へこみ間の間隙が１〜１５ｍ
   ｍ、へこみ深さが５μ以下、へこみ巾が１０γ１００μ
   であう特許請求の範囲第２項記載の超低鉄損一方向性電
   磁鋼板の製造方法。 ５線状の微小歪の付与後にリン酸系化合物、有機系化合
   物あるいに紫外線硬化樹脂の被膜を施こす特許請求の範
   囲第１項記載の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。 ６球状の回転子を鋼板表面に接して荷重をかけ、押しつ
   けながら回転させて線引する特許請求の範囲第１項記載
   の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。 １球状の回転子を鋼板表面に接して荷重をかけ、押しつ
   けながら回転させて線引する特許請求の範囲第２項記載
   の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。 ８厚みの小さな円盤を鋼板表面に接して荷重をかけ、押
   しつけながら回転させて線引する特許請求の範囲第１項
   記載の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。 ９厚みの小さな円盤を鋼板表面に接して荷重をかけ、押
   しつけながら回転させて線引する特許請求の範囲第２項
   記載の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。