JPS58747B2 - 低鉄損一方向性珪素鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は高磁束密度、低鉄損の一方向性珪素鋼板およ
びその製造方法に関するものである。 従来、一方向性珪素鋼板は、各々の結晶粒が（１１０）
（００１）方位にあるものがよいとされてきた。 従って、一方向性珪素鋼板を製造する場合に、すべての
結晶粒を（１１０）〔０ＯＬ）方位に近づけるためにい
ろいろな方法が採用されその結果、今日では鉄損が１１
０ｗａｔｔｓ／ｋｇ（１７ＫＧ、５０Ｈｚ、板厚０−３
０−３Ｏ前後の低い水準を示すものが工業的に生産され
ている。 しかしながら、さらに低い鉄損の一方向性珪素鋼板を得
るには、結晶組織を（１１０）（００１）方位に近づげ
ろだげでは限界のあることが本発明者等の研究によって
分かつてきた。 本発明者等は理想的（１１０）〔００１〕方位よりむし
ろ〔００１〕軸が圧延面に対して成る角度をもっている
とき、従来のものより一層すぐれた低鉄損材を得ること
をすでに見い出した。 即ち、この発明は、〔００１〕軸を圧延面に対して略々
４°以下の範囲で傾斜させた組織としたことを本質的な
特徴とするものである。 その具体的な製造手段として、鋼板表面に焼鈍分離剤塗
布前の最終板厚段階の工程において、圧延方向に交差す
る方向に延びる微小湾曲を与えて、−次および二次再結
晶焼鈍し、後の工程でこの微小湾曲を矯正することによ
るものである。 又本発明者等は、前述の方法によって得られた二次再結
晶終了後のガラス質表面被膜を有する鋼板表面に線状の
ガラス質表面被膜を有する鋼板表面に線状の微小歪を付
与することによって、前述の方法によって得られた鉄損
よりもさらに低い鉄損の得られることを発明した。 その具体的な製造手段は次のものである。 前述した微小湾曲の矯正工程中又は矯正後に、鋼板表面
に形成されたガラス質表面被膜を介して線状の微小歪を
付与する。 付与の方法は、例えば硬い物質でつ（られた小さな球な
どからなる回転子に荷重をかけて、鋼板表向に押しつげ
ながら、球を回転させて線引きする方法である。 以下この発明の詳細な説明する。 この発明を完成するに至った基礎的根拠は、本発明者等
の発見である次の実験事実に基づくものである。 −３即ち、二次再結晶粒内におけろ１８０°磁区幅の細
分化が鉄損改良に重要であるとの知見に基づき３％５ｉ
−Ｆｅ単結晶のＣ００ＩＩ軸の理想的（１，１０）（０
０１１ｔ方位からのずれ角度βを形成し、このずれ角度
βと鉄損との関係を検討した結果、第１図に示す事実を
確認した。 ここでずれ角度βとは、（１１，０）ＣＯＯ１１方位に
近いｍ結晶の〔００１−〕軸の圧延面（結晶表面）から
の傾斜角である。 第１図は、ずれ角度βと５０Ｈｚ、１７ＫＧにおける鉄
損の関係を示したものである。 第１図から明らかなように、一方向性珪素鋼板の鉄損値
はずれ角度βに強く依存し、〔００１〕軸が圧延面に対
して約２°傾斜しているとぎに鉄損値は最低となってい
る。 ずれ角度βが２°以下で０°に近づくに従って鉄損値は
大きくなり、理想的（１１０）（００１１方位のときに
最大となる。 また、ずれ角度βが２゜より太き（なるに従って鉄損値
は太き（なっている。 従って、定性的にはすぐれた低鉄損の鋼板を得るために
は結晶粒がβ−０，５〜４．０°、好ましくは１〜３に
なる（００１）軸傾斜角を有する組織を形成することで
あることが分かる。 この発明の根本思想は、次の通りである。 １８０°磁区幅を狭くすること、かつこの１８０°磁区
内に、１８０°磁区以外の環流磁区ができるだけ存在し
ないようにすることによって低鉄損が得られる。 １８０°磁区の細分化は、Ｃ００１，）軸が圧延面に対
して傾斜していることに起因して生ずる、表面磁極によ
る静磁エネルギーを下げろためになされろ。 また環流磁区も表面磁極による静磁エネルギーを下げる
ために生ずるが、これは［００１）軸に沿った張力によ
って消滅する傾向を示す。 従って、（００１，）軸が圧延面に対して傾斜１〜、さ
らに張力が作用して環流磁区を殆んど消滅させている状
態が、１８０°磁区の細分化が、最も大きく低鉄損を得
ることができるわけである。 方向性珪素鋼板の製造工程で表面に最終的に形成されろ
表面皮膜によって鋼板に張力がもたらされ、外部張力と
同じ効果をもつから〔００１〕軸が圧延面に対して傾斜
していることが】８００磁区の細分化のための必要条件
である。 このよりな（００１）軸が圧延面に対して傾斜している
鋼板に微小歪を付与することによって、さらに鉄損の得
られることが分かった（第２図）。 第２図は３％５ｉ−Ｆｅ単結晶の鉄損におよぼす張力お
よび微小歪の影響を示したものである。 横軸は（００１１軸の結晶表面に対する傾斜角を示し２
ている。 張力は試料の長手方向に印加し、微小歪は０．６ｍｍ径
のボールペンで長手方向と垂直の方向に間隔５酊で入れ
た。 図では、張力も歪もない場合（−〇−）、張力のみを印
加した場合（−・−）、歪のみを入れた場合（−−○’
−−）、歪を入れた後、張力を印力旧−た場合（−＊−
）に・ついて示しである。 図から、張力のある、な１〜にかかわらず歪による鉄損
の減少は（ｏｏｌ、）軸の圧延面に対する角度が小さい
程大きくなることが分かる。 また歪あり、なしにかかわらず、張力による鉄損の減少
は傾斜角が約２°のときに最大となり、この角度より大
きくても、小さくても小さくなる。 歪導入後、張力を印加すると、他のどの条件よりも鉄損
力を低いが、傾斜角が約１°のときに最低鉄損が得られ
る。 第３図は第２図と同じ方法で張力印加および微小歪を付
与１〜だ試料の磁区図形の電子顕微鏡写真を示す。 第３図ａは張力も微小歪も付与しない比較例、第３図す
は試料長手方向（図面左右方向）に１．５ｋｇ／ｍｍ２
の張力を印加した例、第３図Ｃは微小のみを導入した例
、第３図ｄは微小歪付俟（図中上下方向）後に張力を印
加した例である。 微小歪によろ鉄損の減少効果は第３図ａ、ｃの磁区図形
の比較観察から、歪によって１８０°磁区幅が減少する
ことと主として１８０°磁区からなる補助磁区の発生す
ることが特徴的で、これが鉄損の減少に寄与していると
考えられる。 すなわち歪線近傍の磁極による反磁場および局所的な内
部歪によって補助磁区が発生し易（なり、これが消磁状
態の１８０°磁区の細分化に寄与しさらに歪線近傍の補
助磁区が磁化に関与して磁化状態の１８０°磁区を実質
的にせまくしている結果によるものと考えられ、第３図
すに示す張力の場合と全く異なる。 従って第３図ｄに示すように歪を付与した試料に張力を
印加した場合、あたかも歪効果と張力効果が別々に作用
したよ５な鉄損の傾斜角依存性を示す。 次に、この発明になる一方向性珪素鋼板の製造方法につ
いて述べる。 まず〔００１〕軸の圧延面に対する傾斜を周期的に形成
させる方法についてのべる。 この発明は、従来方法による一方向性珪素鋼板の製造工
程途上の二次再結晶焼鈍を、平板状或は従来の方法にお
けるストリップコイル状とは全く異なり、最終板厚とな
った鋼板に、圧延方向に交叉する方向に延びる波形状を
付与した後に行ない、前述の二次再結晶焼鈍を行なった
後に、波形状を有する鋼板を平坦に矯正することにある
。 これにより、既に述べたように、（００１，ｌ軸が圧延
面に対して±４．０°以下、好ましくは±０．３〜３゜
の範囲で傾斜させた部分からなる結晶粒の前述の理想的
な組織に近い組織を得ることができ、一方向性珪素鋼板
の鉄損を極めて低い水準にすることができる。 従来、工業的に製造される一方向性珪素鋼板は電気炉法
、平炉法或は転炉法により適正な組成を有する鋼塊を得
、この鋼塊を均熱炉で均熱し、分塊圧延によりスラブに
するか、或は前述した製鋼法により得られた溶鋼を連続
鋳造して直接に、若しくは連続鋳造後予備圧下加工を加
えてスラブにするかして、これらのスラブを中間板厚ま
で熱間圧延して熱延板を得る。 熱延板を酸洗し、成る場合にはこの段階で熱処理し、次
いで中間焼鈍をはさむ通常二回の冷間圧延を行なうか（
二回冷延法）、′或は−回のみの冷間圧延を行なうか（
−回冷延法）して最終標準板厚にする。 これを脱炭焼鈍し、さらに二次再結晶が起るに十分な高
温で焼鈍すること姉よって製造されている。 従来の二次再結晶が起るに十分な高温でなされる焼鈍は
、通常鋼板間の焼付防止或は強固な絶縁皮膜の形成、さ
らには鋼板中に含有する不純物の純化を目的として、Ｍ
ｇＯなどの所謂、焼鈍分離剤を、上記脱炭焼鈍後に鋼板
表面に塗布した後、コイル状に巻取ったものか、或は所
定長さに初析してシート状にして積層したものを対象と
してなされていた。 他方、前述の焼鈍分離剤を塗布した鋼板を帯状のまま連
続的に高温に所定時間加熱して二次再結晶させる方法も
ある。 しかし、何れの場合にしても、二次再結晶焼鈍は、鋼板
は平板状態でなされていた。 この発明は、二次再結晶焼鈍における鋼板形状を、圧延
方向に交叉する方向に延びる微小湾曲を有するものにし
、二次再結晶完了後に湾曲を平坦に矯正することにより
、従来の方法による一方向性珪素鋼板に比較して、鉄損
を著しく低くせしめ得るものであって、珪素０〜４．０
％を含有する鋼を最終成品板厚に減厚後、脱炭焼鈍およ
び二次再結晶焼鈍する通常の一方向性珪素鋼板の製造方
法において、まず前記二次再結晶焼鈍を、鋼板が圧延方
向と交差する方向に延びる微小湾曲を有する状態で行な
い、二次再結晶焼鈍後に前述の微小湾曲を有する鋼板を
平板に矯正することにある。 二次再結晶焼鈍における鋼板の形状については、第４図
ａ、ｂにその典型例を示す。 これらの図に示すように、鋼板の圧延方向と交差する方
向に延びる波状である必要がある。 一般的には、成形の上から、又矯正の容易さの点から第
４図ａに示す正弦波状湾曲を鋼板に付すことが実際的で
ある。 この場合、θは０．５〜４，０°、好ましくは１〜３゜
であり、Ｐは二次再結晶粒より小さいことを必要とする
。 θを０．５°より小さく、また４°より大きくしても、
或はＰを二次再結晶粒径より大きくしても、鉄損を著し
く改善するには至らないからである。 その原因に関しては、この発明の原理を示す第１図から
明らかである。 ・鋼板に、圧延方向に交差する方向に延びる湾曲を付与
するには、圧延、プレス等によればよい。 例えば、その周方向に交差する方向に延びる微小湾曲を
刻設したロール対によって鋼板に微小湾曲を付与する方
法、或は微小湾曲を刻設したダイスを有するプレスによ
って付与する方法がある。 また、成形の時期に関しては、冷間圧延又は温間圧延段
階で実施するのが実際的であるが、場合によっては脱炭
焼鈍中又は脱炭焼鈍後でもよい。 而して必要に応じて焼鈍分離剤を塗布後、微小湾曲を付
された鋼板を帯状態でコイルに巻取り、箱型の焼鈍炉で
二次再結晶焼鈍する。 −二次再結晶焼鈍は、鋼板を帯状の形態で巻解き、そし
て巻取る間において、連続焼鈍炉によって行なってもよ
い。 この発明においては、二次再結晶焼鈍の後に、微小湾曲
を付された鋼板を平坦に矯正する工程を付すこと力；必
要である。 微小湾曲矯正の方法は、圧延、ローラレベラ、引張り、
プレス等通常の方法（常温）でよい。 か（して平板化された鋼板は、そのまま使用してもよい
が、一般的には形状矯正加面りによる内部歪が鋼板内に
存在し磁気特性を劣化させているから、通常は６００〜
１２００℃の温度に加熱する、所謂歪取り焼鈍を行なう
ことが好ましい。 なお、前述した鋼板の形状矯正は、歪取り焼鈍炉中にお
いて歪取焼鈍と併せて行なってもよく、連続歪取焼鈍炉
中にホットレベラ・−を用いるのが実際的である。 このように、最終板厚の鋼板の微小湾曲を与え、二次再
結晶焼鈍を施１〜、鋼板の微小湾曲を矯正して平板化す
ることによって、一方向性珪素鋼板の鉄損値を低くする
ことカーできろ。 前述した、鋼板に対する微小湾曲の付与は、工業的には
、その円面に微小湾曲を刻設したロールによって行なわ
れる。 このようにして微小湾曲を付す−された鋼板を二次再結
晶焼鈍し、然る後これを平坦化すると〔００１〕軸は、
周期的に±４゜以下の範囲で傾斜したものカー存在する
ことになる。 このように

〔００〕軸を周期的に±４°以下の範囲に傾
斜させた焼鈍ずみの鋼板には更に本発明の特徴の−・つ
である微イト歪を付俟する。 この鋼板には、前述したように絶縁グラス皮膜が形成さ
れており、この皮膜上から歪を付り、すると、

〔００〕
軸の傾斜効果と相乗的に低鉄損側の鉄損値を向−卜する
ことができる。 次に微小歪を付与する具体的な方法の列を挙げる。 例えば、前述したように硬い物質でつ（られた小さな球
からなる回転子に荷重をかげて、鋼板表面に押１〜つけ
ながら、球を回転させて線引きする方法である。 小球を回転させろためガラス質被膜を含め鋼板の表面に
キズをつげずに地鉄に歪を付与することができる。 球の直径は０．２〜１０１１２７７１位が適当である。 これによって導入される歪の「１−Ｊは１０〜３００μ
ｍである。 これより大きすぎると歪の領域が広（なりすぎて鉄損は
かえって増大する。 本発明の歪の導入によって生ずる表面のへこみは高々５
μ、通常は１μ程度である。 以上は微小歪を付！デ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ケ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カーできろ。 、また、上記の球や円盤あて）いは丸い物体を鋼板にキ
ズな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
察でき番程度である。 また歪の付与は鋼板の片面、両面いずれもよ（、ガラス
質皮膜を介して行われる。 ガラス質被膜を介して歪を付俟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。 次に線状の微小歪の線の方向について述べろ。 第５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（Ｗ１７１
５０）の変化を示す。 αく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つ≧４５°で
は１０％以上の向上率を示した。 したがって鉄損の大福な向上を図るためには、αは：３
０゜以上好ま１．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７
Ｊ′−用途によっては圧延方向に直角な方向（Ｃ方向）
に磁化１〜だ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両方向の一特性向上を考慮しまたと
きは例えば３０°〜８０°の力向に引くのが適当であて
）ことカー分る。 また線の形状は直線である必要は必ずしもな（、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
目的を達成できて）３９次に微小歪の適正間隔について
述べろ。 第６図（板厚０．３０ｍｍ）は約１μ厚のガラス質被膜
の上から直径が０．７闘の球を、荷重２００グをかけな
からＣ方向に転がして線状歪を付惨したとき、線の間隔
と鉄損の関係を示す。 最適間隔は２００Ｐのとき２６５〜５朋であることが分
る。 また最適間隔は荷重によって変わり、球の予力″−０，
７ｍ７！の場合、荷重が大きくなると最適間隔は広まる
。 ど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つてそ
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１ｍ７ＩＬ以上である。 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（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ろ。 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、ヒートフフットニング
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などのコ
ーティングして絶縁性を高めた上で最終製品とする。 コーティングのとき、鋼板の温度は８００℃以下、望ま
しくは７００℃以上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。 以下実施例にもとすき説明する。 実施例Ｉ Ｃ；０．０５２％、Ｓｉ；２．９５％、Ｍｎ；０．０８
％、Ｓ；０．００９％、５ｏｌＡｌ：０．０２６％、Ｓ
ｅ；０．１２６％に含有する鋼塊を分塊圧延してスラブ
を得、このスラブを加熱して熱間圧延し２．３ｍｍ厚さ
の熱延板を得た。 １１５０℃×２分間の熱延板焼鈍後酸洗し、０．２９ｍ
ｍまで冷間圧延した。 この段階で冷延板を３分割しその１と２は第４図ａに示
す微小湾曲を、ロール表面に、周方向に交差する方向に
延びる微小湾曲を有したロールによって鋼板に付与した
。 このときの鋼板における微小湾曲は第４図に示す波高＝
５０Ｘ１０″ぼ、ピッチ−０，５ｃｍであった。 冷間圧延段階でコイルを分割したその３は、そのままの
形状を保持した。 これらの３つの冷延板を夫々脱炭焼鈍した。 次いで鋼板表面にＭｇＯを塗布した後、二次再結晶焼鈍
した。 二次再結晶焼鈍後の鋼板を水洗いした後、これらの鋼板
を積層して微小湾曲を矯正するために圧力を加えながら
、歪取焼鈍した。 その後、その２の試料（ガラス質被膜あり）の片面に、
直径が０．７ｍｍの球を、荷重２００１で鋼板に接して
転がしながら、間隔５朋で、圧延方向と直角の方向に直
線的に掃過して線状の歪を付与した。 これら３つの試料の圧延方向の磁性は であり、鉄損の改善が認められた。 実施例２ Ｃ；０．０５５％、Ｓｉ：２．９５％、胤；０．０８９
％、Ｓ；０．０２６％、５ｏｌＡｌ；０．０２８、Ｎ；
０．００６５％ を含有する板厚２．３ｍｍの熱延板について、１１５０
℃×２分間の熱延板焼鈍を行なった後酸洗し、次いで０
．２９ｍｍまで冷間圧延した。 この段階で冷延板を３、分割し、その１と２は前例と同
様に温間（５５０℃Ｘ３０秒）で微小湾曲を付与した。 この場合は、波高２５Ｘ１０−６ｍ、ピッチ５間であっ
た。 冷間圧延段階で分割したその３はその１と２と同様な熱
処理（５５０℃×３０秒）した後そのままの形状を保持
した。 これら３つの冷延板を実施例１と同様に脱炭焼鈍し、二
次再結晶焼鈍、形状矯正焼鈍を行なった。 その後その２の試料（ガラス質被膜あり）の片面に直径
が０．５ｍｍの球を、荷重３０ｏｚで鋼板に接して転が
しながら間隔５ｍｍで、圧延方向と直角の方向に直線的
に掃過して線状の歪を付与した。 これら３つの試料の圧延方向の磁性は、 であ穴実施例１と同様に鉄損の改善が認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図は（００１）軸の圧延面に対する傾斜角βと鉄損
の関係を示す図、第２図はβ角と鉄損におよぼす微小歪
付与の効果を示す図、第３図ａ。 ｂ、ｅ、ｄは微小歪および張力の磁区図形におよぼす影
響を示す電子顕微鏡写真、第４図ａ、ｂは微小湾曲のプ
ロフィール図、第５図ａ、ｂは微小歪付与方向と鉄損の
向上率を示す図、第６図ａ。 ｂは微小歪付与間隔と鉄損の関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １絶縁被膜を形成した珪素鋼板で圧延面に対して４°以
   下傾斜する〔００１〕軸を有し且つ前記被膜上から鋼板
   に与えられた微小歪を有するＳｉ４％以下を含む低鉄損
   一方向性珪素鋼板。 ２焼鈍分離剤塗布前の工程において、最終板厚鋼板に圧
   延方向と交差する方向に微小湾曲を付与した後、矯正焼
   鈍工程を含ませた通常の処理工程で一方向性珪素鋼板を
   製造し、製品表面に微イト歪を付与することを特徴とす
   る低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。