JPS61177319A - 鉄損の優れた一方向性電磁鋼板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 一方向性電磁鋼板は、主として変圧器その他の電気機器
の鉄心として用いられ、その磁気特性が良好であること
が要求される。特に鉄心として使用した際のエネルギー
損失、即ち鉄損が低いことが重要であり、近年のエネル
ギー事情の悪化からとくに鉄損の低い電磁鋼板に対する
要求は一段と高まりつつある。

（従来の技術） ところで鉄損を減少させるためには、結晶方位を（１１
０）　（００１）方位により高度に揃えること、Ｓｉ含
有量を上げ、それにより鋼板き電気抵抗を増加させるこ
と、そして不純物を低減させること、などが種々に試み
られた。しかしながら、これらの方法による鉄損の低減
は近年の技術の向上によりほぼ限界近くに達している。

一方特開昭５０−１３７８１９号公報では、鋼板に二次
再結晶阻止領域を形成させることにより、二次粒径を小
さくし、鉄損を減少させる方法が提案されているが、こ
の方法は実用化が難しく、実際には用いられていない。

このように冶金学的な手法による鉄損の低減はほぼ限界
近くに達していて、たとえば、板厚０．３０１１の場合
Ｗｊ７ｈｏ、で０．９５Ｗ／ｋｇ以“下の鋼板を製造す
ることは不可能に近かった。ここでＷｌ”７／、ｒｃｙ
は磁束密度１．７Ｔ、周波数５０Ｈ２での鉄損である。

したがって鉄損の飛躍的な減少を達成するためには冶金
学的手段以外の手法を講する必要がある。

このような方法の一つとして特開昭４９−９６９２０号
公報に提案されているように鋼板表面を鏡面にする方法
も知られているが、鋼板の絶縁などの問題があり実用化
されていない。

また仕上げ焼なましずみ鋼板にナイフやかみそりの刃先
などで線状疵を導入することによって鉄損を減少させる
試みもあるけれども、この方法では疵による絶縁被膜の
劣化、疵の周辺に生ずるかえりによる占積率の劣化、磁
歪の劣化などの問題があり、とくに鋼板を積層した際に
単板での鉄損特性がそのまま生かされないという欠点を
もつ。

したがって積層して使用するトランスや巻鉄心に対して
は実用上のメリットがなく、実際には使用されていない
。

さらに別の方法として特開昭５８−１８７０１６号、特
開昭５５−１８５６６号および特開昭５７−１８８８１
０号各公報な８には、仕上げ焼なまし後鋼板に微小歪を
生じさせることによ゛る鉄損特性改善方法が提案され、
これらはそれぞれボールペン状の小球によるスクラッチ
、レーザーによるスクラッチ、放電加工と手段は異なる
が、いずれも、仕上げ焼なましのあと、上記微小歪を導
入することにより磁区の細分化をはかり、鉄損を減少さ
せようとする基本構想を同じくしている。

しかしながらこれらの方法には、その後高温での焼なま
しが行われたときに、鉄損は劣化するという欠点があり
、高温での歪取焼なましを必要とする巻鉄心用材料とし
ては実用上の効果が得られない。

そののち、類似の歪の導入ではあるが、上記のものに対
してより複雑な歪を導入し、さらに５５ｏ＠−９００℃
で加熱して歪部を再結晶させる、いわゆる複雑歪方法、
特開昭５６−１３０４５４号公報が提案され、巻鉄心材
にも用いられる様にはなった。

（発明が解決すべき問題点） 上記したような各種の磁性向上策が提案されて来たもの
の、近年ますます省エネルギー要請が強まり徹底化され
、さらにより以上低鉄損化された電磁鋼板の出現が望ま
れている。特に上記の微小歪さらには複雑歪法などは、
素材となる鋼板の磁束密度Ｂｅ　　（磁場の強さ８００
Ａ／ｍにおける磁束密度）が高い程低鉄損化効果が大き
いため、よりＢ、値の高い材料の製造方法の開発が望ま
れている。もちろん、微小歪、複雑歪法などを前提とせ
ずとも良好な鉄損値を示すものが望ましいことは云うま
でもない。

（問題を解決するための手段） この発明は二次再結晶粒のサイズと磁束密度を改善する
ことにより、上記問題点を解決すまもので、この結果鉄
損の極めて優れた一方向性電磁鋼板を得ることが出来る
ものである。本発明法が磁束密度をも改善するものであ
るから、公知の微小ひずみ法、さらには複雑ひずみ法な
どによる磁区制御法への適用素材鋼板としても適してい
ることは云うまでもない。

この発明はＳｉ４．５重量％（以下単に％と略す）以下
を含むけい素鋼熱延板を必要に応じて９００　’〜１２
００℃での焼なましを行なったのち１回または中間焼な
ましをはさむ２回以上の冷間圧延により最終製品板厚と
なし、脱炭焼なましののち最終仕上げ焼なましを行なう
一方向性電磁鋼板の製造方法において、脱炭焼なまし工
程と最終仕上げ焼なまし工程との間で、鋼板表面に形成
されている酸化層の厚みの一部を、鋼板の片面あるいは
必要に応じて両面の全表面積の３〜９７％の範囲内で、
好ましくは機械的、熱的、化学的又は電気化学的手法に
より部分的に除去し、しかもか−る除去部が、鋼板の各
５０ｆｌＸ５．Ｏｎの面積範囲内に少なくとも１つ以上
存在することを要する。

以下上記構成については詳細に解説を加える。

一方向性電磁鋼板はＳｉ４．５％以下を含むけい素鋼熱
延板を必要に応じて９００　’〜１２００℃での焼なま
しを行なったのち、１回または中間焼なましをはさむ２
回以上の冷間圧延により最終製品板厚となし、脱炭焼な
ましを施したのち、最終仕上げ焼なましを行なうことに
より製造されるのが通例である。

なお、熱延板の焼なまし工程は、たとえば最終製品の板
厚が薄い場合には二次再結晶粒の確保の観点から必要な
工程であるが、製品板厚が厚い場合には必ずしも必要で
なく、省略して良い。

最終仕上げ焼なましは、鋼板に主としてＭｇＯよりなる
焼鈍分離剤を塗布し、コイル状にして約１２００℃の水
素雰囲気中で行なわれ、この焼なましでは二次再結晶と
鋼中の不純物の純化が行なわれる。

仕上げ焼なまし後鋼板は未反応のＭｇＯを除去し、その
上にりん酸塩などの絶縁被膜処理が行なわれる。この被
膜処理では、鋼板は８００℃程度に加熱され、仕上げ焼
なまし時のコイルセットを除去することが同時に行なわ
れる。

発明者らは、脱炭焼なまし工程終了材に関して種々検討
した結果、特に鋼板表面に形成されている酸化層に関し
、鋼板全表面にある密度を持たせて、ある領域の酸化層
の厚みを一部除去すると、最終的な鉄損が大巾に減少す
ることを以下に示す実験により見出したものである。

実験にはＣ０，０７２％、　　Ｓｉ　３．１５％、　Ｍ
ｎ　０．０７％。

Ｓ　Ｏ，０２５％、　Ｓｏ　ｌ　、Ａ　Ｉ　０．０３０
％、　ＮＯ，００７８％を含む連続鋳造スラブから熱間
圧延して２．５ｆｉの一方向性電磁鋼板素材とし、１１
００℃の焼なましののち、０．３０ｗｍまで冷間圧延し
た。これら冷延材は８４０℃の湿潤Ｈ２気流中で１５０
秒間均熱することにより脱炭され、Ｃは０．００１７％
に減少した。またかかる弱酸化性雰囲気中での加熱ゆえ
に、鋼板表面にはシリカ、ファイアライトならびに酸化
鉄から成る厚み約３ミクロンの酸化層が形成された。。

これら多数の脱炭焼なまし材を（＾）〜（Ｆ）の６つの
グループにわけ、（＾）は無処理、（８）〜（Ｆ）は以
下に説明する処理により綱板表面の酸化層の一部を除去
した。つまり、（８１，（Ｃ）は直径０．５鶴の丸型ノ
ズルから１００ｋｇ／−の高圧水流を噴出させ、鋼板の
表面を、圧延方向に平行な方向に、（Ｉｌｌは間隔１５
ｍ、（Ｃ）は間隔５龍で掃引したものであって、掃引個
所は巾約１、　Ｏｎにわたって酸化層の表面部約１〜】
、５ミクロン程が除去されていた。（Ｄ）、　（ε）は
、１０％硝酸水溶液を鋼板片面に噴霧させ、のちに水洗
する方法によったもので、直径が約１ｆｉの点状の部分
が、深さ約０．５〜１ミクロンだけ除かれた。（ＤＪで
はかかる点状密度は約１個／ｃ１１、（Ｅ）では約５個
／ｃｄであった。

（Ｆ）は比較例で（ＤＪ　（Ｆ）と同じ１０％硝酸水溶
液ではあるが、そめ中に鋼板全体を浸漬させて鋼板の全
領域にわたって酸化層の厚みを約１ミクロン除去した。

こののち全てのサンプルはＭｇＯ塗布し積層したうえで
乾燥Ｈ２ガス気流中１２００℃で１０時間の仕上焼なま
しを行なって二次再結晶粒を成長ならびにフォルステラ
イト被膜を形成させると共に純化を行なった。表面の余
剰ＭｇＯを水洗ののち、公知の張力コーティングを塗布
・焼付をして磁気的性質を比較した。

その平均的な値を下表に一覧する。

この表から判る様に、無処理（＾）、あるいは鋼板表面
全領域の酸化層の厚みを一部減少させた（Ｆ）に比して
、鋼板の一部の領域の酸化層の厚みを減厚した（８）〜
（Ｅ）の場合には、磁束密度、鉄損共に改善されている
ことがわかる。

明確でないが、磁気的性質が厚みの減少により改善され
る理由は脱炭焼なましで鋼板表面に形成される酸化層は
一般にその厚み方向において均質では無く、最下層では
シリカが中間厚の所ではファイアライトに冨み、最表層
部で鉄の酸化物に冨んでいることに関連するものと推定
される。か＼る鋼板に焼鈍分離剤ＭｇＯが塗布され、仕
上げ焼なましされる時、積層間の雰囲気ガスと鋼板が酸
化あるいは還元反応を起こすが、かかる反応が鋼板の最
表面部に露呈している鉄の酸化物、ファイアライト、シ
リャの場合で異なるものと推定される。

か＼る現象が鋼中に微細析出分散しているＡＩＮとかＭ
ｎＳなどのインヒビターの析出、溶解挙動に影響を与え
、結果として二次再結晶挙動に影響を与えるものと考え
られる。ただし、上記実験の（Ｆｌの場合に見る様な鋼
板全面が同一の露呈状態であることは好ましい結果を見
ない。その理由は、恐らく、上記の様な酸化層の露呈部
の異るところが散在した場合には、二次再結晶粒の核発
生とその成長を好ましい状態にしているものと推定され
る。従って、末法は酸化層の露呈表面部が場所場所で異
なることが本質的なものであるから、実施態様としては
、部分的な除去の前あるいはのちに鋼板全体が軽酸洗さ
れることがあっても良い。

次に、上記実験にて用いたサンプルを中心として噴流水
法ならびに１０％硝酸水溶液法により、鋼板の片面のみ
を各種の点状、線状に除去した場合の、鋼板全表面積（
この場合、片面のみ）に対する除去部の面積割合（α）
磁性向上率（β）との関係、ならびに除去部の密度（５
０ｍｘ５０ｍｍ中の対の個数）と磁性向上率との関係に
ついて調べたところ、第１図に示す結果となった。なお
、ここでβは、 である。つまり、本発明による酸化層除去は鉄損値に関
してのみならず磁束密度についても有効なので、便宜上
か−る指標（β）を用いた。この結果から、αは３〜９
７％において、しかも５０ｍ×５０ｆｌ中の除去部が１
個以上の場合に磁性が向上することが判る。なお、第１
図の結果は、鋼板の片面のみの除去の例であるが、両面
を処理した場合には一般にその効果はさらに増大する傾
向にある。

ところで、本発明の特徴とする、脱炭焼なまし工程で生
成した酸化層の、部分的な除去の方法に関しては、先述
の各種の実験結果ならびに効果メカニズムの推定結果か
ら必然的に帰結される如く、酸化層の表面露呈部の内質
を鋼板面内で部分的に変化させる方法であれば何でもよ
い。従って、脱炭焼なまし中に、湿潤雰囲気ガスの良く
当る場所と当らない場所が出来る様にするのも良い方法
であるが、脱炭性が阻害される恐れがあるので好ましく
ない。一般には脱炭焼なましののち前記した実験例の様
な噴流水とかショット、グリッドのプラスチングなどの
機械的手法によって局部的に酸化層の上層部を削ぎ取る
とか、高エネルギーの光線、あるいはレーザー光線、さ
らには電子ビーム、放電などによる酸化層の上層部の瞬
間的な蒸発などの熱的手段によるとか、酸洗液あるいは
電解などによる化学的又は電気化学的手法によってもよ
い。場合によっては、これらの方法の組合せ例えばレー
ザー照射、あるいは放電と酸洗法の組合せであってもよ
い。

これらの方法は、原理的に云って脱炭焼なまし工程と最
終仕上げ焼なまし工程との間であればどこでもよく、例
えば、脱炭焼なまし工程の冷却途上でもよいし、手段は
限定されるがＭｇＯ塗布後であってもよい。

なお、本発明は単に鉄損のみならず磁束密度の向上にも
有効である。また、本発明方法は二次再結晶粒に公知の
単純ひずみあるいは複雑ひずみ方法などによる磁区細分
化を行なえばさらに鉄損の優れた鋼板になることは云う
までもない。

（実施例） 以下具体例でもって本発明の効果を示す。

〔実施例１〕 Ｓｉ３．３０％、　　Ｃ０，０６０％、　　３０．０１
９％、ＭｎＯ，０７１％を含む連続鋳造片を再加熱後熱
間圧延して得られた板厚２．５ｆｌの一方向性電磁鋼板
用熱延板を１０００℃で焼なまししてのち、０．６５ｍ
まで冷間圧延し、再び１０００℃で焼なましを行なった
。その後、最終板厚の０．１７５　ｍまで冷間圧延し、
８３０℃の湿潤Ｈ２気流中で脱炭焼なましを行なった。

この段階でサンプルを２つのグループに分け、一方は処
理なし、一方は０．１鶴　　のノズルから５００ｋｇ／
ｃｄなる高圧噴流水を鋼板表面に縦横の格子状に吹きつ
け、鋼板の両表面に形成されている酸化層の厚み約３ミ
クロンのうち、約１ミクロン程を除去した。

除去された全体の面積割合は約４０％であり、鋼板の５
Ｏｎ＋Ｘ５０ｗｍの範囲内に約１００個程存在していた
。これらのサンプルにＭｇＯを塗布し、乾燥Ｈｚ気流中
１２００℃で１５時間最終仕上げ焼なましを行なったの
ち磁気特性は以下の如くであった。

無処理剤：　Ｂｅ　　１．８４（Ｔ）、　Ｗ’を怜わ゛
　１．０５（Ｗ／ｋｇ）処理剤　：　Ｂｓ　　１．８？
（Ｔ）、　Ｗノア／ｚ０　１　、９Ｂ　（Ｗ／　ｋｇ　
）本発明の方法で処理したものは、Ｂ、　、　Ｗ１７１
５０共に改善されているのが判る。

〔実施例２〕 Ｓｉ３．２５％、　　Ｃ０，０７０％、Ｍｎ０．０７５
％、Ｓｏ、０２５％、　Ｓｏ　ｌ　、Ａ　ｌ　Ｏ，０３
０％、　ＮＯ，００７５％を含む連続鋳造片を熱間圧延
して得られた板厚２．０鶴の一方向電磁鋼板用熱延板を
１１００℃で焼なまししてのち、Ｏ二２３ｍまで冷間圧
延し、８３５℃の湿潤Ｈオ気流中で脱炭焼なましを行っ
た。この段階でサンプルを（＾）〜（Ｄｌの４つのグル
ープに分け、（＾）は無処理、（８）は実施例１の場合
と同じ条件の噴流水で、（Ｃ）は直径が約０．５　ｔｍ
の、角の尖った鋼製の小粒を、エアーと共に鋼板の約４
５＠上方から吹きつける方法で、（０）は硝酸水溶液中
に短時間鋼板を浸漬して、鋼板全体の酸化膜の最表層部
を約０．５ミクロン程除去してのち、（Ｃ）と同一方法
によって部分的な個所の酸化層をさらに除去した。これ
らの処理ののち、全てのサンプルはＭｇＯを塗布され、
乾燥Ｈ２気流中１２００℃で１５時間の最終仕上げ焼な
ましを行ない、最終的に張力コーティングを塗布・焼付
けし、磁性を測定した。その結果を、各々の場合の全表
面積に対する除去面積割合ならびに５０ｆｉ×５０鶴当
りの除去部の個数と共に下表に一覧する。

本発明例（Ｂ）〜（０）は（＾）に比してＢ６　、　Ｗ
−’ｔｑ／（。）共に向上していることが判る。特に（
０１の如く、一部を軽酸洗したのちさらに部分的に酸化
層を除去した場合にはさらに磁性が改善されていること
が判る。

（発明の効果） 以上のとおり、この発明によって有利に、鉄損低減高の
著しい改善が一方向性電磁鋼板の製造過程のさしたる変
更を要せずに実現される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、脱炭焼なまし工程で形成された酸化層を除去
した面積の、鋼板全面積に対する割合α（％）ならびに
除去部の個数と磁性向上率との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ４．５重量％以下を含むけい素鋼熱延板を、必
   要に応じて行なう９００°〜１２００℃での焼なましの
   後、１回または中間焼なましをはさむ２回以上の冷間圧
   延により最終製品板厚となし、脱炭焼なましののち最終
   仕上げ焼なましを行なう一方向性電磁鋼板の製造方法に
   おいて、 前記脱炭焼なまし工程と前記最終仕上げ焼なまし工程と
   の間で、鋼板表面に形成されている酸化層の厚み方向の
   一部を鋼板表面上部分的に除去し、該除去部が、鋼板の
   片面あるいは両面の全表面積の３〜９７％の範囲内で、
   しかも５０ｍｍ×５０ｍｍの面積範囲内に少なくとも１
   つ以上存在することを特徴とする磁気特性の優れた一方
   向性電磁鋼板の製造方法。 ２、前記酸化層の一部を機械的、熱的、化学的又は電気
   化学的手段により除去する特許請求の範囲第１項記載の
   方法。