JPS5867825A - 高けい素鋼薄帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高けい素鋼薄帯の製造方法に関し、と〈ｋ
主要成分としてけい素′ｆダ〜１重ｉ１％の範囲で含有
する高けい素鋼薄帯４、溶融体から直接作製すると共に
その後の熱処理により磁気特性の改善も併せて達成しよ
うとするものである。

最近、溶融金属を冷却面が高速で更新移動する冷却体上
に連続的に供給して急冷凝固させることじより、溶融体
から直接に金＃ｌＩ薄″ｆｊｆＩを作る技術が一発され
、これによって８１をダ＊ｉｍ％（以下単に外で表わす
）程度以上含有Ｔるいわゆる高けい素鋼の麺帯化が容易
に行えるようになった。すなわち鉄損が小ざ〈磁歪もほ
とんどないというすぐれた磁気特性【そなえているにも
かかわらず、極めて脆いために従来の圧延方法では工業
的に薄帯にＴることか事実上できなかった高けい素ｍ薄
帯の工業的な製造が現実に可能になったのである。

ところでこのようにして得られた高けい素鋼の薄帯は、
そのままの状態では内部歪が大きく、また結晶粒が小さ
い上に集合組織的にも良好な状態ではないので磁気特性
は一般に劣っている。

この改善には、薄帯化後、必要に応じてｌ〜数回の圧延
と中間焼鈍を挾み、最終的には非酸化性雰囲気または真
空中で１０００〜１３００″Ｃの温度範囲にて施Ｔ焼鈍
処理が有効であることが知られていて、かくして内部歪
の除去および結晶粒の粗大化と共に（１００）（ｏｋｌ
）方位の集積度が高い集合組織か得られる。そしてこの
ような集合組織なそなえた高けい素鋼薄帯は、回転機器
の鉄心のように磁束が種々の方向から作用する用途に適
用してすぐれた性能を発揮する。

この発明は、上に述べたごとき無方向性の電磁鉄板とし
ての性能をざらに向上させることを第１の目的とするも
のである。

またこの発明は、トランス鉄心のように磁束か一定方向
のみに作用よる電気機器の鉄心に用いて有用な方向性を
もつ高けい素鋼薄帯の開発を、第２の目的とするもので
ある。

というのは現在トランスなどの鉄心としては、（１００
）　（００１）集合組織をもつ方向性はい票鋼板か主に
使用されているが、この橡鋼板を製造するには極めて複
雑で長い工程１必要とするため、そのＩｌｉ造コストは
鉄鋼材料の中で最も価格の高いものの一つになっていて
、この点、溶融体から直接薄帯化（以下単に直接製板法
という）し、その後焼鈍を施すという簡単な工程で製造
された薄帯がトランスなどの鉄心材料として有利に使用
できるようになれは、その経済的メリットは図り知れな
いからである。

発明者らは、上述したような観点から、面接製板法によ
って作製した高けい素ｍ薄帯につき、その磁気特性の一
層の改善を１指して鋭意研究を重ねた結果、薄帯化後１
ｏｏｏ℃以上の高温で焼鈍したのち、その冷却途中の所
定の温度域から急冷すること、およびこの急冷７Ｅ薄帯
の長手方向に対する磁場印加の下に行うことにより所期
した目的が有利に達成できることを試行＃＃誤の末に究
明し、この発明を完成するに至った。

以下この発明な具体的に説明する。

まずこの発明の高けい素鋼薄帯の成分組成について述べ
ると、主要成分であるＳｉにつし）７Ｇ−ｊ、＋の含有
量が参％より少いと磁歪σ）低減効果に乏しく、一方１
］超えると飽和磁束密度力Ｓ　／、Ｉ　Ｔ以下に低下し
てトランスなどの鉄心として＆ま不適になるだけでなく
脆くもなるので、Ｓｉ含；４’　ｉｌｌ　Ｇコダ〜ｊ％
の範囲に限定した。

またこの発明は、上記したＳｉの他、磁気特性ならびに
加工性改善元素として、Ａｊ　、　Ｍｎ　、　ＱＯおよ
びＮｉなど１ｍ宜に添加できる。

ｌは、鋼中酸素量の低減に役立つだけでなく、電気抵抗
を高めて渦電流損を低めるのに有用であるが、あまり多
くなると磁歪が増するので一％以下稈度が望ましい。

Ｍｎは、鉄損の低下や圧延性にとって有用であると共に
、形状がよく欠陥の少い薄帯な得る上で効果がある。し
かしながら添加量が一％１超えると磁気特性の劣化を招
き、また硬化して加工性も息くなるので多くともλ％程
度とすることが望ましい。

Ｃｏは、飽和磁束密度を高めるのに有用な元素であるが
、これは極めて高価なものであり、また７０％を超えて
添加してもその効果は飽和に辿Ｔるので上限は１０％と
することか好ましい。

Ｎｉは、じん性の向上に有効な元素であり、５％以下よ
り好ましくはＯ５−〜１．ｊ％の範囲で添加することに
より良質の薄帯か得られる。

さらに、上に述べた添加元素の他、不可避的に混入して
くるＯｒ、　Ｎｏ　、　Ｗ　、　Ｖ　、　ＴｉおよびＳ
ｎなどの不純物については合計で０．／％以下程度であ
れは許容できる。

なおその他、酸素、いおう、炭素および窒素なども混入
してくるが、こｎらはいずれも成品の鉄損特性を劣化さ
せる上に、薄帯のぜい化をもたらして加工性を損うので
極力抑える必要があり、これらの不純物は総量で０．１
％以下に抑制することか望ましい。

芒で所定の成分組成に溶製した高けい素鋼の溶融体を薄
帯化Ｔるには、第１図ａ　−ｄにそれぞれ示した単ロー
ル法、双ロール法、ドラム内吹き法および連続ベルト法
など従来既知の測知なる方法を用いてもよく、いずれの
方法においても溶融体／をその噴射ノズル−から高速で
更新移動する冷却面３上に連続して供給することｋより
〃〜ｊ００、ＬＬｍ厚の薄帯とすることかできる。

次に得られた薄帯の組織′ｆ改善するために焼鈍′ｆＭ
！ＡＴか、この焼鈍に先立ち必要に応じて酸洗や表面研
摩、圧延などを行ってもよく、また中間焼鈍を含む２回
以上の圧延を行ってもよい。いずれにしても最後は最終
焼鈍を行って内部中の除去および結晶粒の粗大化と共に
、薄帯の組織を（１００）軸が板面の垂直方向に揃いか
つ面内異方性が小さないわゆる（　１００　）面内立方
組織とする必要があり、このためには焼鈍温度な１００
０〜／３００℃とすることが肝要である。というのは焼
鈍温度が１０００”Ｃ未満では２次再結晶粒の成長が不
十分なだけでな（（１００）面内立方組織を得ることが
難しく、一方／３００″Ｃを超えると酸化が激しくなる
からである。

なお焼鈍雰囲気は、非酸化性雰囲気や真空か有利に適合
するか、雰囲気中に微量の酸累またはいおりを存在させ
ることが（ｌＯＯ）面内立方組織の形成かくして得られ
た高けい１ｇ鋼帯は無方向性電磁鋼板として良好な軟磁
気特性をそなえているのであるか、このような焼鈍処理
Ｐ施したのち所定範囲の湿度から急冷Ｔること釘より、
軟磁気特性を一層改善できることが新たに究明されたの
である。

第２図に、上険′の急冷処理ぎらには後述する磁場印加
の下での急冷処理に用いて好適な実験装置を示し、番号
ダは供試薄帯、ｊは電気炉、６番ゴヘルムホルッコイル
、７はソレノイドコイル、ソシてｌは水冷または油冷を
行うための液槽である。

この実験装置ｌを用い、単ロール法によって作製した長
７Ｅ　１００　ｍｍ　、輻３簡、厚ｖ　ｔｏμｍでｔ、
ｓ　％　５ｉ−９３，１％胸の組成になる高けい素鋼薄
？！を試料として、焼鈍後の急冷処理が磁気特性（保持
力Ｈｃを目安とする）に与える影響（ついて調査を行い
、その結果を＃！３図に示す。

なお実験は次のようにして行った。まず試料を赤外線加
熱炉に装入し、 Ａ　ｉ　４　Ｘ１０　　Ｔｏｒｒの真空中で／／ＩＯ”
Ｃ，１時間、Ｂ　：　６０ｐｐｍ　１７１　Ｈ２Ｓ　％
’囲気中テア２００″Ｃ，ｌＯ分間、の−通りの焼鈍処
理を行い、一旦室温まで炉冷したのち、これらの試料を
６　Ｘ　１０　　ＴＯｒｒの真空下に内径ダ鴎の石英管
中に封じ、ついで第２図に示した電気炉ｊ中に銀縁で吊
して１ｏｏｏ″Ｃまで昇渇し、この温度からｌＯＯ’Ｃ
／ｍｉｎの冷却速度で冷却Ｔる途中、梱々の温度から水
中または油中急冷を行った。

第３図から明らかなように、Ａの焼鈍処理′ｆｒ施した
薄帯を、９００−２１０″Ｃの範囲の温度から急冷■る
ことによって保磁力は低下シ、とくに急冷開始温度をＳ
ＯＯ″Ｃ１ｔＴ後とした場合には、最初７４ｍ０ｅ！も
あった保磁力を約ｍ　ｍｏｅまでに低減できた。こ）傾
向はＢの焼鈍処理か施した麺帯においてもほぼ同じで、
最初ｒ、ｚｍｏｅであった保磁力が急冷開始：ｍ度が９
００″Ｃ付近から次第に低下していき、５００℃ではａ
ｓ　ｍｏｅまで低減できた。

上記の実験結果は、焼鈍処理後一旦室温まで冷却したの
ち改めて昇温してから急冷処理を施した場合についてで
あるが、焼鈍処理に引続く冷却途中で急冷処理を施して
も全く同じ効果か侍すれることか確められている。ただ
しこの場合は焼鈍処理後所定の急冷開始温度まで冷却す
るときの冷却速度に十分注意な払う必要がある。＃Ｉｑ
図に、ダ・３％　Ｓｉ含有高けい素鋼管薄帯化し、つい
で１２１０℃で６０分の焼鈍な施したのち、種々の冷却
速度で３００℃まで冷却し、ついで急冷したときの、冷
却速度と保磁力との関係な示したが、冷却速度か／！０
０　’Ｃ／ｋｌｌｉｎ以上の場合は急冷処理による保磁
力低減効果はほとんど見られず冷却速度が遅い方がより
効果があるので焼鈍温度から急冷開始温度までの冷却速
度は／１００　’Ｃ／ｗｉｎ以下より好ましくは、コＯ
Ｏ″Ｖ′ｒｎｉｎ以下とすることが望ましい。

このように１０００−１３００℃の温度範囲で焼鈍を施
したのち、デＯＯＮコｊＯ℃より好ましくは７００〜Ｊ
ＯＯ℃の範囲の温度から急冷することにより、高けい素
鋼薄帯の磁気特性１大幅に向上させることかでき、磁束
が種々の方向から作用する回転機の鉄心などに適用して
すぐれた性能を発揮する。

この理由はまだ明確には解明されてないが、次のように
考えられる。

一般に高けい素鋼においては、その組成によって幾分具
なるもののたとえば６．５％Ｓｉ含有けい素鋼では、ｑ
ｏｏ　−ｔｏｏ℃付近にＡλ構造からＢコ構造への規則
・不規則変態点が、また７００−４００″Ｃ付近にはＢ
コ構造からＤ０３構造への規則・不規則変動点があるが
、これら規則・不規則変態か磁気特性の向上に有利に作
用するのであろう。

なお急冷処理後の薄帯の組織についても調査１行ったが
、結晶粒径ならびに（１００）集合組織とも急冷前と全
く変りがなかった。

ところで前述した如くトランスの鉄心など磁束が特定の
方向にのみ作用するものについては、その方向でとくに
Ｔぐれた磁気特性【発揮よることが望しい。薄帯にこの
ような特性を付与するためには磁場中冷却処理な施すこ
とが考えられる。この磁場中冷却処理は、磁性体の特性
か磁区構造によって左右されることを利用したもので、
一般に強磁性体をキュリ一温度以上から冷却Ｔると結晶
粒の形状、大きさおよび集合組織などに応じた磁区が形
成されるが、この冷却時にキュリ一温度具か向上する〇 しかしながらこのような磁場中冷却処理を工業的に実施
するのは極めて難しく、たとえばＢＯＸタイプ炉でコイ
ルに巻いた薄帯を焼鈍し、その冷却過程で薄帯の長手方
向に磁場な印加Ｔるには、予めコイル状薄奇に磁場１発
生させるための電導コイル１巻いておく必！があるが、
このような処置を施工ごとは高温での焼鈍が困難となる
だけでなく作業性も劣化させるので事実上不可能といわ
ざる【得ない。一方連続焼鈍においては、冷却ゾーン管
通過する薄帯に対しこれを巻くように電導コイルを設置
しておけば、連続的な焼鈍、磁場中冷却か実施できない
ことはないが、この場合は長大な電導コイルが必要とな
り、従って膨大な電力Ｐ必要とするのでやはり実際的で
ない。

そこで発明者らは上記の問題についてもその解決のため
に数多くの実験と検討を重ねた結果、所期した目的を達
成するには、焼鈍後の薄帯の急冷時における磁場印加が
有効であり、しかもかくして得られた薄帯の磁気特性は
磁場中冷却処理を施したものよりも一層すぐれているこ
とを新たに突き止めたのである。

第Ｓ図に、６．６％５ｉ−ｑ３．４１ｓ　ｙｅの組成に
なり、双ロー、ル決により薄帯化したｔｏｐｍ厚の高け
い素鋼−１・′ 薄帯′門、２　Ｘ　／ｆ３ＴＯｒｒの真空下／２００″
Ｃ１３時間の焼鈍に引続き１００　＠Ｃ／ｍｉｎの冷却
速度で徐冷する途中、種々の温度から急冷Ｔる際に、徐
冷時のみに磁場を印加した場合（曲ＭＡ）と、急冷時の
みに磁場を印加した場合（曲線Ｂ）における保磁力Ｈｅ
をそれぞれ比較して示す。徐冷時における磁場印加屹は
、ａｔｏｍコ□□□に示したヘルムホルツコイル乙によ
り、また急冷時における磁場印加はソレノイドコイル７
ｆ用いて行い、それぞれ薄帯の長手方向に２０６の磁場
を印加した。なお供試薄帯は、焼鈍後の炉冷では３５ｍ
０６の保磁力な呈したものである。

第３図から明らかなように、徐冷時のみに磁場を印加し
た場合（曲線ム）に番ゴ、磁場印加による保磁力の低減
効果が現われるのはこの薄帯のキュリ一温度（約７００
℃）以下からであり、ｓｏｏ”ｃ以下まで磁場中徐冷を
行って６ｔｍｏｅから１ｍｏｅまで低下したに丁ぎない
。これに対し急冷時のみに磁場な印加した場合は、測定
な行った全温度領域にわたって保持力は低下し、その効
果は９００−コｊＯ℃の温度範囲でとくに著しく、とり
わけ急冷開始温度が７００℃前後ではＸ　Ｗｏｅまでに
も低減できた。

次に急冷時に印加する磁場の強さが保磁力の低減効果に
及ぼす影響について調べた結果ｆ−第６図に示す◎なお
実験は単ロール法で作成した幅ｊｗｘ＋。

厚さ１００／Ｌ！＋１の１．０％Ｓ１含有高けい票ｍｓ
帯を、Ｈ２ＳをａＯｐｐｍ含む水素ガス雰囲気中で／　
１００℃、３時間の焼鈍処理後、第２図に示した実験装
置を用いてＩＩＡ−の大きさの磁場な印加しつつ乙ＯＯ
℃から急冷することにより行った。

同図から明らかなように、印加すべき磁場の強さは（Ｊ
、５０６程度の低い値で十分であった。

このようにけい素鋼薄帯につき、その焼鈍処理後におけ
る急冷時にのみ磁場を印加するだけで１、。

薄帯の特定方向での磁気特性を、通常の磁場中冷却ｆｔ
ｈした場合よりも一層向上させ得るという事実は、従来
全く知られてなく、この発明ではじめて究明されたもの
である。

なお焼鈍後の急冷処理としては、ｊ　Ｘ　１０３□Ｃ／
ｋｎｉｎ程度以上の冷却速度で行うことが望ましく水や
油の中への装入か有利に適合Ｔるか、この他冷却媒体と
して不活性ガスや窒素ガスまたはミストなどか用い、こ
れらを薄帯に吹付けることによっても同等の効果か得ら
れることが確められている。

ざらにこの発明に従う急冷処理または磁場印加の下での
急冷処理は、前述した要件管みたす限りは如何なる焼鈍
工程で行ってもよく、加工歪取り温度であるｑｏｏ℃以
上で焼鈍する工程が連続焼鈍ラインで実施される場合に
は、このような焼鈍の最終工程で行うことが有利である
。

以下この発明の実施例について説明する。

単ｐ−ル法および双ロール法によって下表１に示した成
分組成釘なるコ種の高けい素＃Ｉ′Ｉ４Ｉ帯（厚さＩＯ
ｐｍ　）　ｆ作製し、それぞｉｔ　４　Ｘ　１０　　Ｔ
ｏｒｒ　（７）硫酸ガス雰囲気中で１１１０℃、３０分
間の焼純′ｆｒ−施したのち、急冷開始温度までの徐冷
速度および急冷速度を種々に変化させ、ｊＯｅの磁場印
加あるいは無磁場状態の下で油中急冷を行った。得られ
た各薄帯の保磁力【表１に併せて示す。

表１より明らかなように、焼鈍処理後単に炉冷した場合
（Ａｉ　ｓ　Ａ≦）に較べ、この発明に従い急冷処理を
施した場合には保磁力の低減が著しく、とくに磁場印加
の下で急冷した場合は一層良好な結果が得られた。

以上述べたようにこの発明によれば、５ｉ）ｆ−４４〜
１％含有する高けい素鋼につき、薄帯化後焼鈍処理【施
したのち所定の温度域から急冷する、または磁場印加の
下に急冷Ｔるという簡単な操作によって無方向性または
方向性電磁鉄板としての磁気特性１大幅に向上でき、そ
れぞれ回転機器用鉄心または磁束が一定方向から作用す
る電気機器の鉄心に用いて偉効を春する。

【図面の簡単な説明】

第１　＠ｌ　ａ　−ｒｌはそれぞれ薄帯化要領の説明図
、第２図は急冷処理装置の説明図、第３図は焼鈍処理後
の急冷開始温度と保磁力との関係を示したグラフ、第参
図は徐冷速度と急冷後の薄帯の保磁力との関係【示した
グラフ、第５図は急冷時における磁場印加の効果を急冷
開始温度と保磁力との関、係で示したグラフ、第６図は
急冷時における印加磁場の大きさが急冷後の薄帯の保磁
力に及ぼす影響について示したグラフである。 特許出願人　　津　　屋　　　　　昇 第１図 ｔ、ａ＞　　　　（ｂ奄　　　　ＥＣ）（ｄ　）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　主要成分としてけい素をｑ〜１１ｊｌｆｌｋ％含
   有するけい素鋼につきその溶融体？、冷却面か高速で更
   新移動する冷却体上に連続的に供給して急冷凝固させて
   薄帯化し、ついでこの薄帯に１０００　Ｎ／３００℃の
   温度範囲で結晶粒の粗大化をもたらす焼鈍を施したのち
   、９００〜コｊＯ℃の範囲の温度から急冷することケ特
   徴とする高けい素鋼薄帯の製造方法。 ２　主要成分としてけい素？ｒ−ダ〜１重に％含有する
   けい素鋼につきその溶融体Ｐ１冷却面か高速で更新移動
   する冷却体上に連続的に供給して急冷凝固させて薄帯化
   し、ついでこの薄帯に１０００−１３００℃の温度範囲
   で結晶粒の粗大化をもたらす焼鈍を施したのち、９００
   〜コＳＯ″Ｃの範囲の温度から該薄帯の長手方向に対す
   る磁場印加の下に急冷することを特徴とする高けい素鋼
   薄帯の製造方法。