JP2001247944A

JP2001247944A - 低磁歪二方向性電磁鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2001247944A
Application number: JP2000238719A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Tomita; 俊郎富田; Mitsuyo Maeda; 光代前田; Naoyuki Sano; 直幸佐野; Shigeo Kaminotani; 繁雄上野谷; Katsu Takahashi; 克高橋
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-08-07
Publication date: 2001-09-14
Anticipated expiration: 2020-08-07
Also published as: JP4277432B2

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気特性に優れた低磁歪二方向性電磁鋼板と
その製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｉ≦６．５％、平均結晶粒径が板厚の
１０倍以下、かつ無応力状態の鋼板の磁化容易方向に交
番磁界を印加して１．７Ｔまで磁化した時の磁歪が１０
×１０^-6以下、である二方向性電磁鋼板。鋼板面内の磁
化容易方向に１ＭＰａ以上、弾性限度以下の張力付加状
態での磁歪が３．０×１０^-6以下である二方向性電磁鋼
板。｛１００｝集積度が７０％以上で、＜００１＞集積
度が７０％以上である上記鋼板。熱消磁かつ無応力下で
の１８０゜磁壁の平均間隔≦０．５０ｍｍ、および／ま
たはジグザク状磁壁を有する磁区の面積率≦３０％であ
る上記鋼板。表面に燐酸塩シリカ系またはアルミナ酸化
硼素系の張力皮膜を備えたものがよい。Ｃ：０．０２〜
０．２０％、Ｓｉ≦６．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％
を含有し、一次再結晶後の｛１００｝＜００１＞方位へ
の集積度が３以上である鋼板を、脱炭もしくは脱炭と脱
Ｍｎを促進物質を含有する焼鈍分離材を介在させて最終
焼鈍する製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気特性に優れた
二方向性電磁鋼板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電動機、発電機、変圧器などの
磁心材料には電磁鋼板が用いられている。磁心材料には
交流磁界中で磁気的なエネルギー損失が小さいこと、実
用的な磁界中での磁束密度が高いことが必要とされてい
る。このような特性を実現するには、鋼の電気抵抗を高
め、磁化容易方向であるｂｃｃ格子の＜００１＞軸を使
用磁界方向に集積させることが有効とされている。特
に、磁化容易方向である＜００１＞軸を使用磁界方向に
集積させることが磁気特性の飛躍的向上に最も有効な方
法であり、このような集合組織を備えた鋼板が望まれて
いる。

【０００３】図１は電磁鋼板の集合組織を説明する模式
図であり、図１（ａ）は｛１１０｝面が鋼板面に平行
で、＜００１＞軸が圧延方向に集積した集合組織（｛１
１０｝＜００１＞集合組織）を示し、図１（ｂ）は｛１
００｝面が鋼板面に平行で、鋼板面に平行な２つの＜０
０１＞軸がそれぞれ圧延方向と圧延直角方向に集積した
集合組織（｛１００｝＜００１＞集合組織）を示す。

【０００４】｛１１０｝＜００１＞集合組織を有する鋼
板は巻き鉄心のように、圧延方向のみに磁束が流れる用
途に適し、一方向性電磁鋼板（珪素鋼板）と称される。
｛１００｝＜００１＞集合組織を有する電磁鋼板は圧延
方向と圧延直角方向の二方向に優れた磁気特性を示し、
巻き鉄心に加え、圧延方向と圧延直角方向の二方向に磁
束が流れる積み鉄心や回転機の鉄心にも好適である。こ
のように鋼板面内の直交する２つの方向に優れた磁気特
性を示す電磁鋼板は二方向性電磁鋼板と称される。

【０００５】二方向性電磁鋼板の製造方法として、脱
炭、もしくは脱炭と脱Ｍｎを生じさせる高温焼鈍を利用
した製造方法が開示されている。特開平７−１７３４５
２号公報には、質量％で（以下に示す化学組成の％表示
は質量％を意味する）Ｃ：１％以下、Ｓｉ：０．２〜
６．５％、Ｍｎ：０．０５〜５％を含む冷間圧延鋼板
に、焼鈍分離材として脱炭を促進する物質、もしくは脱
炭を促進する物質と脱Ｍｎを促進する物質を用いて、タ
イトコイル焼鈍もしくは積層焼鈍することを特徴とする
｛１００｝面を鋼板面に平行な集合組織を持つ電磁鋼板
の製造方法が開示されている。

【０００６】特開平９−２０９６６号公報には、Ｓｉ：
０．２〜６．５％、Ｍｎ：０．０３〜２．５％を含有す
る鋼板であって、鋼板面に平行な｛１００｝面密度が方
位配向性のないものの面密度の１０倍以上の集合組織を
有し、Ｍｎ濃度が板厚の表面に向かって減少する脱Ｍｎ
層を有し、表面部のＭｎ濃度が板厚中心部のＭｎ濃度の
９０％以下、かつＭｎ濃度減少割合の最大値が０．０５
％／μｍ以下、さらに平均結晶粒径が板厚の１／４から
１０倍である電磁鋼板が開示されている。

【０００７】ＷＯ９８／２０１７９号公報には、Ｓｉと
Ｍｎを、Ｓｉ（％）＋０．５Ｍｎ（％）≦４およびＳｉ
（％）−０．５Ｍｎ（％）≧１．５なる関係を満たす範
囲で含有し、鋼板面に平行な断面における平均結晶粒径
が板厚の１〜８倍であり、かつ平均結晶粒径をＸとする
とき全結晶粒の７０％以上がＸ／３から３Ｘの間にある
磁気特性に優れる二方向性電磁鋼板が開示されている。

【０００８】また、同号公報には、Ｃを０．０２〜０．
２％含有し、ＳｉとＭｎの含有量が上記関係式を満足す
る鋼を熱間圧延した後、７５０℃以上に急速加熱する中
間焼鈍をおこなう２回以上の圧延による冷間圧延を施
し、得られた鋼板を焼鈍分離材を用いて減圧下で焼鈍を
おこなうことによる二方向性電磁鋼板の製造方法が開示
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一方向性電磁鋼板は現
在実用化され電力用変圧器の主材料となっている。他
方、二方向性電磁鋼板は鋼板面内の二方向に優れた磁気
特性を示すという特長を持ちながら未だ実用化されてい
ない。その原因は、従来の二方向性電磁鋼板は、磁化に
よる外形寸法の変化（磁歪）が一方向性電磁鋼板に比較
して一桁近く大きく、変圧器などの鉄心に使用した際の
振動や騒音が大きいことである。

【００１０】従来の二方向性電磁鋼板においても、鋼板
に張力を付加することで磁歪が減少することが知られて
いる。すなわち、従来の二方向性電磁鋼板では、鋼板に
張力が作用していない状態（無張力状態）では、２×１
０^-5前後の磁歪を示すが、例えば５ＭＰａ程度の張力を
付加すると、磁歪は付加前のそれの数分の１程度にまで
減少する。しかしながら従来の二方向性電磁鋼板では、
張力を付加することによる磁歪低減効果が十分ではな
く、また、張力の大きさが変化するとその磁歪抑制効果
も大きく変動する（損なわれる）という問題がある。

【００１１】ＭａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄＭａｇｎｅ
ｔｉｃＭａｔｅｒｉａｌｓ、Ｖｏｌ．２、１９７１、
ｐ９７１には、厚さが０．３ｍｍで、結晶粒径が２０ｍ
ｍ以上の粗大粒からなる結晶組織を有する二方向性電磁
鋼板に張力皮膜を備えさせると、その鉄損や磁歪が減少
することが報告されている。

【００１２】しかしながらその磁歪は、１．５Ｔという
低磁束密度での測定であるにもかかわらず、張力皮膜が
無い場合で１４×１０^-6以上、張力皮膜を形成した状態
で２．２×１０^-6以上である。またその鉄損Ｗ_15/60
は、張力皮膜形成後でも１．４Ｗ／ｋｇ以上と非常に悪
い、と報告されている。さらに上記文献には、鋼板に作
用する張力が変化すると磁歪特性が大きく変動する（損
なわれる）ことも記載されている。

【００１３】鉄心として使用中の電磁鋼板には、鉄心質
量や鉄心を固定するための締め付け力などに起因する外
力が作用するため、電磁鋼板に付加される張力が変動す
る。従って従来の二方向性電磁鋼板では張力付加により
磁歪特性を制御するのが実用上困難であった。

【００１４】本発明の目的は上記問題点を解決し、磁気
特性に優れ、かつ、磁歪が小さい二方向性電磁鋼板およ
びその製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】珪素鋼の磁化容易方向
（＜００１＞軸方向）の磁歪定数は正で、４×１０^-5程
度の比較的大きなものである。つまりこの方向に磁化す
る結晶格子はこの方向に上記磁歪定数の比率で伸びる。
これが電磁鋼板を磁化した際に磁歪が生じる原因であ
る。交番磁界下で磁化すると上記寸法変動が繰り返し発
生し、騒音問題やエネルギー変換効率の低下などの問題
が生じる。

【００１６】一方向性電磁鋼板を圧延方向に磁化した時
のように磁化が１８０゜磁壁の移動のみにより生じる場
合には磁化に伴う結晶格子の伸びは鋼板の外形変化とし
ては現れない。これは１８０°磁壁が移動しても磁化の
符号が反転するだけで伸びの方向は変化しないためであ
る。これが、一方向性電磁鋼板の磁歪が小さい理由であ
る。

【００１７】他方、従来の二方向性電磁鋼板の磁歪が非
常に大きい原因は、従来の二方向性電磁鋼板には９０゜
磁壁が多量に存在し、磁化の際にこの９０゜磁壁が移動
するため、磁化方向が９０゜回転し、これに伴って結晶
格子の伸びの方向が９０°回転し、これが外形変化とし
て表れることにある。

【００１８】本発明者らは、二方向性電磁鋼板の磁歪を
小さくするために二方向性電磁鋼板の磁区構造について
詳細な研究を重ねた結果、以下のような新たな知見を得
た。図２は、キュリー温度（Ｔｃ）以上に加熱して消磁
した後に無磁場中で冷却する熱消磁を施した二方向性電
磁鋼板で観察される磁区構造を説明するための模式図で
あり、図２（ａ）は、磁化方向（図中の矢印で示す）が
１８０°異なる磁区が隣接している領域（１８０°磁
区）を表す。符号２は１８０°磁壁である。

【００１９】１８０°磁壁２の形状は磁化容易方向に平
行な直線状であり、その間隔（ｄ）は、結晶組織に依存
して数十μｍから１０ｍｍ前後の範囲内で大きく変化す
る。結晶の｛１００｝面が鋼板面と完全に平行でないと
きは、この磁区に符号３で示すような磁化方向が異なる
補助磁区（樹枝状磁区）が多数発生する。

【００２０】図２（ｂ）は、磁化方向が９０°異なる磁
区が隣接している領域（９０°磁区）を表す。符号５は
９０°磁壁である。結晶の｛１００｝面が鋼板面と完全
に平行でないときは、この９０°磁区にも樹枝状磁区が
多数観察される。

【００２１】図２（ｃ）は、符号４で示すジグザグ状に
折れ曲がった磁壁（以下、単に「ジグザグ状磁壁」と記
す）を有する磁区構造（以下、単に「ジグザグ状磁区」
と記す）を表す。ジグザグ状磁壁４の折れ曲がりの間隔
は１０μｍ前後である場合が多い。

【００２２】図３は、ジグザグ状磁区が観察される理由
を説明するための模式図である。図中の矢印は磁化方向
を表す。図３に示すように、ジグザグ状磁区は、鋼板内
部に鋼板面垂直方向に磁化を持つ磁区があり、鋼板面に
おいてこの磁区と環流磁区を形成していると推定され
る。ジグザグ状磁壁４の折れ曲がりの角度（θ）は１１
０゜前後（理論計算値は１０６゜）である。ジグザグ状
磁区は比較的結晶粒が微細で、鋼板に熱歪みなどによる
微小な歪みが分布している場合に生じる傾向がある。

【００２３】二方向性電磁鋼板であっても、結晶粒径が
板厚の１０倍以下であること、｛１００｝面集積度と鋼
板面内の＜００１＞軸集積度が高いこと、熱消磁状態か
つ無応力下の鋼板表面で観察される磁区模様における１
８０゜磁壁間の平均間隔が０．５０ｍｍ以下であるこ
と、上記磁区模様におけるジグザク状磁壁を有する磁区
が面積率で３０％以下であることなどのいずれかの条件
を満足する場合には、鋼板面内の磁化容易方向に交番磁
界を作用させて磁化した際の磁歪が極めて小さい。

【００２４】この理由は以下のように推定される。熱消
磁状態では、一般に二方向性電磁鋼板の磁区構造は９０
゜磁壁を多量に含むもので、この状態から磁化すると９
０°磁壁が移動して大きな磁歪を発生する。従来の二方
向性電磁鋼板では交番磁界中で磁化した際にも磁化途中
でこのような９０°磁壁を多量に含む磁区構造となり、
引き続く磁化過程でこれらの９０゜磁壁が移動して大き
な磁歪を発生する。

【００２５】これに対し上記のような結晶組織と磁区構
造を有する本発明の二方向性電磁鋼板では、交番磁界中
で磁化を繰り返している最中には、従来のものと異な
り、磁化途中で消磁状態となっても９０°磁壁を生成し
ないか、生成してもその量が非常に小さいと考えられ
る。

【００２６】図４は交番磁界を作用させた場合の磁区構
造の変化を説明するための模式図であり、図４（ａ）は
従来の二方向性電磁鋼板に関する場合、図４（ｂ）は本
発明鋼に関する場合である。

【００２７】図４（ａ）に示すように、従来の二方向性
電磁鋼板では、消磁状態で磁化方向に垂直な方向に向い
た磁区が表れて９０°磁壁が生成する。他方図４（ｂ）
に示すように本発明の二方向性電磁鋼板では、消磁状態
で１８０°磁壁しか生成せず、そのために磁歪が発生し
ないと考えられる。

【００２８】本発明の二方向性電磁鋼板では熱消磁状態
における１８０゜磁壁間隔（ｄ）が０．５０ｍｍ以下で
あり、１８０゜磁壁が密に発生し易い状態であるので、
交番磁界による磁化途中の消磁状態でも１８０゜磁壁が
非常に発生しやすく、９０゜磁壁の生成を必要としない
のであろう。本発明の二方向性電磁鋼板も熱消磁状態で
は９０°磁壁を多数含んでいるが、交番磁界中では９０
°磁壁は消失するため、熱消磁状態での９０゜磁壁の量
は問題とならない。

【００２９】熱消磁状態でジグザグ状磁壁が発生してい
る場合は、交番磁界による磁化のときにもジグザグ状磁
区が発生しやすい。ジグザグ状磁区を有する鋼板の磁化
には９０°磁壁の移動を伴うため、ジグザグ状磁区の発
生消滅が繰り返されると磁歪が大きくなる。従って磁歪
を減少させるためにはジグザグ磁区を少なくする必要が
ある。

【００３０】本発明者らはさらに、上記結晶組織と磁区
構造を有する鋼板に適度な張力を付加することで一層磁
歪を低減し得ることも知見した。従来の二方向性電磁鋼
板においても、鋼板に張力を付加することで磁歪を軽減
し得ることが知られている。例えば従来の二方向性電磁
鋼板の磁歪は鋼板に張力が作用していない状態（無張力
状態）では２×１０^-5前後であるが、鋼板に例えば５Ｍ
Ｐａ程度の張力を付加すると磁歪は数分の１程度にまで
低減する。

【００３１】しかしながら従来の二方向性電磁鋼板で
は、付加する張力の大きさが変化するとその磁歪抑制効
果が大きく変動する（損なわれる）という問題点があっ
た。鉄心として使用中の状態では鉄心質量や鉄心を固定
するための締め付け力等に起因する外力が電磁鋼板に作
用するため電磁鋼板に付加すべき張力が変動する。従っ
て従来の二方向性電磁鋼板では張力付加による磁歪特性
の制御が実用上困難であった。

【００３２】これに対し本発明の二方向性電磁鋼板で
は、張力を付加すると磁歪は１０^-6程度にまで低減でき
るうえ、一定値以上の張力を付加したとき張力に対する
磁歪の変化率が零に近くなる、すなわち実使用状態でも
安定して低磁歪特性を発揮することができるという特長
を有する。このような効果が得られる理由は定かではな
いが、交番磁界による磁化に際して９０゜磁壁が生成し
にくいことによるものと推測される。

【００３３】さらに、上記張力を、鋼板面内の特定方向
のみに付加するのではなくて、圧延方向、圧延直角方
向、その他面内各方向にほぼ等しい大きさの張力（「等
方的な張力」とも記す）を付加することにより、鋼板面
内の直交する２つの磁化容易方向共に優れた磁歪抑制効
果が得られる。この方法により一方向性電磁鋼板の圧延
方向と同等、もしくはそれ以上の低磁歪低鉄損特性を鋼
板面内の直交する二方向で実現することができる。

【００３４】このような張力の付加は、低磁歪特性を発
現させるはかりではなく、磁歪を通した応力の磁化への
影響を軽減し、電磁鋼板の鉄損を低減したり、鋼板に応
力が加わったときの鉄損の劣化をも防止する役割を果た
す。

【００３５】本発明はこれらの知見を基にして完成され
たものであり、その要旨は下記（１）〜（６）に記載の
低磁歪二方向性電磁鋼板および（７）〜（９）に記載の
その製造方法にある。

【００３６】（１）Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平
均結晶粒径が板厚の１０倍以下であり、無応力状態の鋼
板の磁化容易方向に交番磁界を印加して最大１．７Ｔの
磁束密度まで磁化したときに発生する磁歪が１０×１０
^-6以下であることを特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼
板。

【００３７】（２）Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平
均結晶粒径が板厚の１０倍以下であり、鋼板面内の磁化
容易方向に平行に１ＭＰａ以上、鋼の弾性限度以下の張
力を付加した状態で交番磁界を印加して最大１．７Ｔの
磁束密度まで磁化したときに発生する磁歪が、鋼板面内
の二つの磁化容易方向の内の少なくとも一つの方向にお
いて３．０×１０^-6以下であることを特徴とする低磁歪
二方向性電磁鋼板。

【００３８】（３）Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平
均結晶粒径が板厚の１０倍以下であり、鋼板面に平行、
かつ実質的に面内等方向の１ＭＰａ以上、鋼の弾性限度
以下の張力を付加した状態で交番磁界を印加して最大
１．７Ｔの磁束密度まで磁化したときに発生する磁歪
が、二つの磁化容易方向で共に３．０×１０^-6以下であ
ることを特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼板。

【００３９】（４）鋼の結晶集合組織が、鋼板面からの
傾斜角度が１５°以下である｛１００｝面を有する結晶
粒の面積率が７０％以上、かつ、鋼板面内の直交する２
つの方向から２０°以内に＜００１＞軸を有する結晶粒
の面積率が７０％以上であることを特徴とする上記
（１）〜（３）のいずれかに記載の低磁歪二方向性電磁
鋼板。

【００４０】（５）熱消磁状態かつ無応力下の板表面で
観察される磁区模様が、下記ａ項および／またはｂ項に
記載の条件を満足するものであることを特徴とする上記
（１）〜（４）のいずれかに記載の低磁歪二方向性電磁
鋼板；ａ：１８０゜磁壁間の平均間隔が０．５０ｍｍ以下であ
る、ｂ：ジグザク状磁壁を有する磁区の面積率が３０％以下
である。

【００４１】（６）表面に、燐酸塩と珪素酸化物とを含
有する張力皮膜、または、アルミナとホウ酸塩とを含有
する張力皮膜を備えたことを特徴とする上記（１）〜
（５）のいずれかに記載の低磁歪二方向性電磁鋼板。

【００４２】（７）質量％でＣ：０．０２〜０．２０
％、Ｓｉ：６．５％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％を含
有し、冷間圧延後一次再結晶させた後の表面における
｛１００｝＜００１＞方位への集積度が方位配向性のな
いものの集積度の３倍以上である鋼板を、脱炭促進物
質、もしくは脱炭促進物質と脱Ｍｎ促進物質とを含有す
る焼鈍分離材を該鋼板間に介在させて、減圧雰囲気下で
焼鈍する最終焼鈍を施すことを特徴とする低磁歪二方向
性電磁鋼板の製造方法。

【００４３】（８）質量％でＣ：０．０２〜０．２０
％、Ｓｉ：６．５％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％を含
有する冷間圧延鋼板を、脱炭促進物質、もしくは脱炭促
進物質と脱Ｍｎ促進物質とを含有する焼鈍分離材を該冷
間圧延鋼板間に介在させて減圧雰囲気下で最終焼鈍する
二方向性電磁鋼板の製造方法であって、該最終焼鈍の５
５０〜７００℃の間の加熱速度を２０℃／分以下とする
ことを特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼板の製造方法。

【００４４】（９）上記最終焼鈍を施した鋼板に、燐酸
塩とコロイダルシリカとを含有する溶液、または、アル
ミナゾルと硼酸化合物とを含有する溶液を塗布し、３０
０℃以上に加熱して鋼板表面に張力皮膜を形成すること
を特徴とする上記（７）または（８）に記載の低磁歪二
方向性電磁鋼板の製造方法。

【００４５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を詳細に述べ
る。（ａ）鋼の化学組成Ｃ：製品段階では、磁気時効を生じさせないために３０
ｐｐｍ以下とすることが好ましい。

【００４６】但し、本発明の二方向性電磁鋼板を製造す
る際には、最終焼鈍前の鋼板には０．０２％以上のＣを
含有させるのが好ましい。その理由は、最終焼鈍におい
て脱炭を利用した組織制御を可能とするためである。よ
り好ましくは０．０３％以上、さらに好ましくは０．０
４％以上である。

【００４７】最終焼鈍に供する鋼板のＣ含有量が過度に
多くなると（α＋γ）２相域の上限温度が低くなり、焼
鈍温度が低く制限されて脱炭終了までの最終焼鈍時間が
長くなり、生産性を損なう。また、鋼が脆化し素材の圧
延が困難になる。このような不都合を避けるためにＣ含
有量は０．２０％以下とするのがよい。より好ましくは
０．１０％以下、さらに好ましくは０．０８％以下であ
る。

【００４８】Ｓｉ：鋼の電気抵抗を高め渦電流損失を低
減する作用があるので、鉄損を低減するためにＳｉは
０．５％以上含有させるのが好ましい。より好ましくは
１．５％以上、さらに好ましくは２％以上である。Ｓｉ
を多量に含有させると鋼の飽和磁束密度が減少するう
え、鋼が脆くなり加工性を損なう。このような不都合を
避けるためにＳｉ含有量は６．５％以下とする。好まし
くは５％以下、より好ましくは４％以下である。

【００４９】Ｍｎ：必須元素ではないが、電気抵抗を高
め渦電流損失を低減する作用があり、鋼の鉄損を低減す
るために含有させても構わない。しかしながら多量に含
有させると飽和磁束密度が減少するうえ、鋼が脆くなり
加工性を損なう。従ってＭｎを含有させる場合でも２％
以下とするのがよい。

【００５０】Ａｌ：必須元素ではないが電気抵抗を高め
鉄損を低減する作用があるので含有させても構わない。
しかしながらＡｌを過度に含有させると磁歪が増加する
ため、含有させる場合でも２％以下とするのがよい。

【００５１】Ｃｒ、Ｃｏ：必須元素ではないが、これら
の元素はα−フェライト中に固溶して電気抵抗を高めて
鉄損を低減する作用があり、また、Ｃｏに関しては飽和
磁束密度を増加させる作用がある。従ってこれらの効果
を得るために含有させても構わない。しかしながらＣｏ
は高価であるうえ、過度に含有させると磁歪が増すので
含有させる場合でも１．０％以下とするのがよい。Ｃｒ
は飽和磁化を過度に減少させないため含有させる場合で
も２．０％以下とするのが好ましい。

【００５２】Ｐ：必須元素ではないが、切削性を改善す
るため０．０５％以下の範囲で含有させてもよい。上記
以外はＦｅおよび不可避的不純物である。（ｂ）結晶組織低磁歪低鉄損特性を有する二方向性電磁鋼板とするため
に、その結晶組織を鋼板面に平行な断面で観察したとき
の平均結晶粒径が板厚の１０倍以下であるものとする。
好ましくは５倍以下、より好ましくは３倍以下、さらに
好ましくは２倍以下である。

【００５３】｛１００｝面および＜００１＞軸の集積度
が高い鋼板では、結晶間の粒界のほとんどは小角粒界と
なっている。本発明では両側の結晶方位に１゜以上の角
度差がある境界を結晶粒界と定義し、この結晶粒界で囲
まれた粒を結晶粒と定義する。結晶粒径は結晶粒の面積
と等面積の円の直径と定義する。双晶境界は結晶粒界と
は見なさない。

【００５４】なお熱消磁状態の１８０゜磁壁間隔（ｄ）
を小さくして磁歪を減少させるためには、鋼板面に垂直
な断面で観察したときに鋼板の厚さ方向に貫通していな
い結晶粒の存在比率を面積率で３％以上とするのが好ま
しい。結晶粒径や未貫通結晶粒の比率がこの条件を満足
しない場合には、磁区構造が変化し磁歪・鉄損特性共に
劣化することがあるからである。

【００５５】上記鋼板の結晶組織と集合組織は、公知の
ＥＢＳＰ法（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢａｃｋＳｃａｔｔ
ｅｒｉｎｇＰａｔｔｅｒｎ）を用いて３次元結晶方位
分布を求めるなどの手段により確認できる。

【００５６】（ｃ）集合組織低磁歪特性を有する二方向性電磁鋼板とするために、鋼
板面からの傾斜角度が１５°以下である｛１００｝面を
有する結晶粒の面積率（Ｆfa）が７０％以上、かつ、鋼
板面内の直交する２つの方向から２０°以内に＜００１
＞軸を有する結晶粒の面積率（Ｆax）が７０％以上であ
る集積度の高い集合組織を有するものとするのが好まし
い。

【００５７】より低磁歪低鉄損特性を実現するために
は、上述の｛１００｝面を有する結晶粒の面積率Ｆfa
は、好ましくは８０％以上、さらに好ましくは９０％以
上である。また上述の＜００１＞軸を有する結晶粒の面
積率Ｆaxの好ましい範囲は８０％以上、さらに好ましく
は９０％以上である。

【００５８】上記の鋼板面内で＜００１＞軸が集積する
方向（容易磁化方向）は圧延方向と圧延直角方向とする
のが好適であるが、容易磁化方向は必ずしも上記方向に
限定する必要はなく、圧延方向と圧延直角方向から任意
の方向にそれぞれ同一角度だけ回転した場合であって
も、その方向に磁化することにより本発明が目的とする
優れた磁気特性と低磁歪性能を十分に発揮することがで
きる。

【００５９】（ｄ）磁区構造交番磁界中で鋼板面内の磁化容易方向に磁化したときの
磁歪を低下させるために、熱消磁状態かつ無応力状態の
鋼板表面の磁区構造は、ジグザク状磁区の比率（Ａj ）
が面積率で３０％以下、かつ、１８０°磁壁の平均間隔
（ｄ）が０．５０ｍｍ以下のものとするのが好ましい。
鋼板面内の磁化容易方向とは、鋼板面に平行で互いに直
交する＜００１＞軸の平均の集積方向を意味する。

【００６０】板表面から観察したときにジグザク状磁区
が認められると磁歪が大きくなるので、その比率（Ａj
）は面積率で３０％以下とするのが好ましい。より好
ましくは１０％以下、さらに好ましくは５％以下であ
る。

【００６１】熱消磁状態かつ無応力状態の鋼板表面の１
８０°磁壁の平均間隔（ｄ）が０．５０ｍｍを超えると
交番磁界中で９０°磁壁が消滅しなくなり磁歪改善効果
が得られない可能性があるので、ｄは０．５０ｍｍ以下
とするのが好ましい。より好ましくは０．３ｍｍ以下、
さらに好ましくは０．２ｍｍ以下である。

【００６２】磁区構造は、製品鋼板表面を鏡面に研磨
し、応力除去と熱消磁した試料を用いてＳＥＭ（Ｓｃａ
ｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐ
ｅ）により観察する等の方法で確認できる。

【００６３】（ｅ）磁歪特性交番磁界中で磁化したときの磁歪は、差動トランスを用
いて鋼板の伸びを検出する方法やレーザーとドップラー
効果を用いて鋼表面の伸長速度を検出する方法（レーザ
ードップラー法）などで測定できる。何れも、磁化が零
の状態を基準（伸び零）として磁化方向の伸びを求める
のが通例である。磁化方向に収縮する場合の磁歪は負と
して表示される。本発明における磁歪は、磁化サイクル
における磁歪の変化量（最大磁歪と最小磁歪の差）を意
味し、λ_p-p として表示する。

【００６４】張力付加による磁歪減少効果は、無応力状
態の鋼板の磁歪が、商用周波数（５０〜６０Ｈｚ）の交
番磁界を磁化容易方向に作用させて最大１．７Ｔの磁束
密度まで磁化したときに発生する磁歪がλ_p-p で１０×
１０^-6以下である場合に、特に顕著な効果が得られる。
従って低磁歪二方向性電磁鋼板としては無応力状態の鋼
板の上記条件での磁歪がλ_p-p で１０×１０^-6以下のも
のとする。張力付加の効果をさらに大きくする観点か
ら、好ましくはλ_p-p が８×１０^-6以下、より好ましく
はλ_p-p が６×１０^-6以下のものである。

【００６５】また、鋼板面に平行に１ＭＰａ以上、鋼の
弾性限度以下の張力が付加された二方向性電磁鋼板であ
って、上記と同様の商用周波数の交番磁界を印加して最
大１．７Ｔの磁束密度まで磁化したときの磁歪がλ_p-p
で、鋼板面内の二つの磁化容易方向の内の少なくとも一
つの方向において３．０×１０^-6以下である場合には磁
歪の張力依存性が小さく、張力変動に伴う磁歪変化が小
さいので実使用環境において優れた磁歪特性が発揮され
る。従って低磁歪二方向性電磁鋼板としては上記張力を
付加した状態で発生する磁歪のλ_p-p が３．０×１０^-6
以下であるものがよい。

【００６６】鋼板面内の直交する２つの方向に磁束が流
れる積み鉄心や回転機の鉄心に使用する電磁鋼板では、
上記２つの方向の磁歪が小さいことが望まれる。鋼板面
内で直交する２つの方向での磁歪が共に３．０×１０^-6
以下であれば実使用環境において優れた性能を発揮する
ことができる。

【００６７】（ｆ）張力および張力皮膜磁歪をより小さくするには、鋼板面に平行に１ＭＰａ以
上の張力を付加するのが好ましい。付加する張力の大き
さはより好ましくは５ＭＰａ以上である。塑性変形が生
じると磁気特性が劣化するので張力の上限は鋼の弾性限
度以下とするのがよい。鋼板面内の一つの磁化容易方向
に平行な方向でもよい。この場合には張力方向の磁歪特
性が向上する。

【００６８】また、付加する張力は鋼板面内で実質的に
等方的な張力でもよい。実質的にとの意味は、少なくと
も鋼板面内で直交する２つの磁化容易方向にほぼ同じ大
きさの張力が付加されていればよいことを意味する。こ
の場合には鋼板面内で直交する２つの磁化容易方向の磁
歪特性が共に向上する。

【００６９】張力を付加する方法は任意であるが、鉄心
鋼板に対する引張り力を機械構造的に外部から付加する
方法や、鋼板表面に公知の張力皮膜を備えさせるなどの
方法が好適である。

【００７０】張力皮膜の種類は特に限定するものではな
いが、燐酸塩と珪素酸化物とを含有するのも（以下、単
に「燐酸塩シリカ系皮膜」とも記す）、または、アルミ
ナ（Ａｌ₂Ｏ₃）と酸化硼素（Ｂ₂Ｏ₃）を含有する張力皮
膜（以下、単に「アルミナ酸化硼素系皮膜」と記す）が
好適である。

【００７１】燐酸塩シリカ系皮膜における珪素酸化物の
含有量は、乾燥皮膜質量を１００％とした場合の質量％
（以下、単に「乾燥皮膜あたり」とも記す）で２０％以
上、８０％以下とするのがよい。珪素酸化物の含有量が
２０％に満たない場合には鋼板に十分な張力を付与する
ことができず、８０％を超える場合には、鋼板と皮膜と
の間の熱膨張係数差が過大になり、皮膜の密着性が低下
する。珪素酸化物としては、特にコロイダルシリカ（コ
ロイド珪酸）を塗布、乾燥して得られるものがよい。

【００７２】燐酸塩シリカ系皮膜における燐酸塩は、皮
膜の熱膨張係数を調整し、皮膜の強さや密着性を確保す
るために含有させるものであり、その含有量は、乾燥皮
膜あたりで２５％以上、７５％以下とするのがよい。２
５％に満たない場合には皮膜の強さや密着性が十分でな
いために鋼板に十分な張力を付与することができず、７
５％を超える場合には鋼板に付与される張力が低下す
る。

【００７３】上記燐酸塩としては、Ａｌの燐酸塩（燐酸
アルミニウム）もしくはＭｇの燐酸塩（燐酸マグネシウ
ム）を主成分とするものがよい。Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅなど
の燐酸塩を用いることもできる。

【００７４】上記皮膜には、必須ではないが、皮膜の密
着性を向上させるためにさらに、無水クロム酸、クロム
酸、重クロム酸からなる群の内の１種または２種以上を
乾燥皮膜あたり１％以上、２０％以下含有させても構わ
ない。

【００７５】アルミナ酸化硼素系皮膜は、結晶質または
無定型のアルミナ水和物、もしくは、結晶質または無定
型の水酸化アルミニウムの微粉末を溶液中に分散させて
得られるアルミナゾルと、硼酸とを主成分とする溶液
を、鋼板表面に塗布し、乾燥して得られるものである。

【００７６】アルミナ酸化硼素系皮膜において、アルミ
ナには皮膜強度を高めて鋼板に付与する張力を高める作
用がある。この効果を確保するために、アルミナ含有量
は乾燥皮膜あたり３０％以上とするのがよい。アルミナ
を過度に含有させると皮膜の密着性が低下するので、そ
の含有量は９０％以下とするのがよい。

【００７７】酸化硼素には皮膜の密着性を向上させ、熱
膨張係数を調整する作用がある。これらの効果を確保す
るために、酸化硼素含有量は乾燥皮膜あたり１０％以上
とするのがよい。酸化硼素含有量が過大になると皮膜強
度が低下し、鋼板に付与される張力が低下する。従って
その含有量は７０％以下とするのがよい。なお、上記張
力皮膜には、上記組成物以外に、耐熱性向上のために、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂなどの酸化物や窒化物を適量含有
させても構わない。

【００７８】張力皮膜の厚さは鋼板片面あたりで１ｇ／
ｍ² 以上、４０ｇ／ｍ² 以下とするのがよい。張力皮膜
の厚さが上記下限に満たない場合には鋼板に十分な張力
を付与できない。好ましくは２ｇ／ｍ² 以上である。張
力皮膜の厚さが４０ｇ／ｍ²を超えると、鋼板を積層し
た際の占積率が低下するのでよくない。これを避けるた
めに、張力皮膜の厚さは２０ｇ／ｍ² 以下とするのが好
ましい。

【００７９】また、無機質系の表面皮膜やＣＶＤ法（化
学蒸着法）によるＴｉＮ皮膜、あるいはほうろう系のガ
ラス質皮膜などを施して鋼板に張力を付加することもで
きる。

【００８０】張力皮膜により付加される張力の大きさ
は、例えば、酸洗などの方法で鋼板片面の張力皮膜を除
去し、発生する鋼板のそり量を鋼板の弾性変形として、
鋼板に作用する張力を計算する、などの方法で求めるこ
とができる。

【００８１】本発明の鋼板表面には、電磁鋼板を積層し
使用する際の鋼板の間の電気絶縁性を確保するため、鋼
板表面に絶縁皮膜を塗布することが好ましい。絶縁皮膜
の材質には、リン酸塩系やＣｒ酸塩系の溶液を鋼板に塗
布し焼き付ける無機質系の絶縁皮膜や、上記無機質系溶
液にポリアクリルタイプエマルジョン等の有機樹脂を混
合したものを鋼板に塗布し焼き付ける有機−無機混合皮
膜が好適である。

【００８２】（ｇ）鋼板の厚さ本発明の電磁鋼板の厚さ（ｔ）は特に限定するものでは
ないが、渦電流損失を低下させ、鉄損を低減するために
０．５ｍｍ以下とするのが好ましい。厚さの下限は特に
限定するものではなく、公知の冷間圧延方法で製造可能
な厚さであればよい。

【００８３】（ｈ）製造方法本発明の低磁歪二方向性電磁鋼板の好適な製造方法を、
｛１００｝＜００１＞集合組織を有し鋼板の圧延方向と
圧延直角方向に容易磁化方向を有する低磁歪二方向性電
磁鋼板の場合を例として以下に説明する。

【００８４】鋼の化学組成は、最終焼鈍において脱炭を
利用した組織制御を可能とするために０．０２％以上の
Ｃを含有し、Ｃ以外は上記ａ項に記載の条件を満たすも
のとする。

【００８５】上記化学組成を備えた溶鋼を鋳造して分塊
圧延する方法や連続鋳造する方法等公知の方法で鋼片と
した後、熱間圧延して熱延板とする。溶鋼をストリップ
キャスティングして直接熱延板としても構わない。熱間
圧延条件は特に限定する必要はないが、熱延板の厚さは
５ｍｍ以下１ｍｍ以上とするのが好ましい。得られた熱
延板は酸洗など任意の方法で表面の酸化物を除去した後
冷間圧延して冷延板とする。冷間圧延に供する前に、熱
延板に焼鈍を施しても構わない。

【００８６】冷間圧延は中間焼鈍を挟んだ２回以上の冷
間圧延としておこなう。その場合の中間焼鈍温度は再結
晶温度以上とし、それぞれの冷間圧延の圧下率は３５〜
８０％の範囲でおこなうのがよい。

【００８７】得られた冷延板は一次再結晶させた後と最
終焼鈍を施すが、一次再結晶が終了した段階での鋼板
は、その表面における｛１００｝＜００１＞方位の集積
度が、集合組織のない試料の強度に対する比（ランダム
比、Ｉf ）で３倍以上、好ましくは６倍以上、より好ま
しくは１０倍以上であるものとするのがよい。

【００８８】最終焼鈍に供する鋼板表面の集合組織が上
記集積度を満足していない場合には、最終焼鈍過程で
｛１１１｝面などの好ましくない方位の増加や、結晶粒
の異常な粗大化、あるいは好ましくない磁区構造の生成
などのために低磁歪特性を得ることが困難となる。

【００８９】一次再結晶時に｛１００｝＜００１＞方位
の集積度（Ｉf ）を高めるには、一次再結晶が生じる温
度範囲の昇温速度を遅くするのがよい。すなわち、一次
再結晶が生じる温度領域である５５０℃以上、７００℃
以下の範囲での加熱速度を２０℃／分以下とするのがよ
い。上記一次再結晶は、最終焼鈍工程とは別の一次再結
晶焼鈍工程によりおこなってもよいが、最終焼鈍時の加
熱速度を上記の条件を満足するように徐加熱とすること
で一次再結晶焼鈍工程を省略しても構わない。

【００９０】最終焼鈍をおこなう冷延板間には、脱炭を
促進する物質、もしくは脱炭と脱マンガンの両方を促進
する物質を含有する焼鈍分離材を介在させ、冷延板が鋼
帯である場合にはこれらをコイル状に巻き、鋼板である
場合にはこれらを積層して焼鈍すればよい。冷延板間に
焼鈍分離材を介在させることにより、最終焼鈍中に脱
炭、もしくは脱炭と脱マンガンの両方を生じさせ、それ
に伴うγ→α変態によって鋼板表面と平行に（１００）
面を高密度に持つ集合組織を発達させると共に、磁気特
性に有害なＣの含有量を十分に低くすることができる。

【００９１】上記焼鈍方法においてγ→α変態は鋼板の
表面から内部へと順次進行するが、本発明の規定する焼
鈍条件下では、（１００）面を鋼板面と平行する結晶粒
の表面エネルギーが他の方位の結晶粒の表面エネルギー
よりも格段に低くなる為、（１００）面を鋼板面と平行
する結晶粒が優先的に表面から内部へと成長し、鋼板面
と平行に（１００）面を高密度に持つ集合組織が発達す
ると考えられる。

【００９２】脱炭を促進させる物質として、例えばＳｉ
Ｏ₂などのＳｉ酸化物を用いることができる。Ｓｉ酸化
物は室温では安定であるが１０００℃程度の高温領域で
は不安定になり、鋼中の炭素によって還元され、生じた
Ｓｉは鋼に溶解する。鋼中の炭素は次式のような反応が
生じてＣＯガスとなり鋼板の間隙から排出され脱炭が進
行する。ＳｉＯ₂＋２Ｃ［鋼中］→Ｓｉ［鋼中］＋２ＣＯ［ガ
ス］上記脱炭作用を有する物質としては、Ｓｉ酸化物の他に
Ｃｒ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、ＦｅＯ、ＭｎＯ、Ｖ₂Ｏ₃、Ｖ
₂Ｏ₅、ＶＯなど、高温の適切な雰囲気下で比較的不安
定になる、すなわち、焼鈍温度で分解して酸素を発生
し、脱炭を促進する酸化物を用いることもできる。

【００９３】酸化物を脱炭促進材として使用する際に、
アルカリ金属の炭酸塩、ＣａＣＯ₃、ＮａＣＯ₃等の非
常に不安定な酸化物の使用を避けるのが望ましい。この
ような炭酸塩は、低酸素雰囲気下で高温にすると多量の
酸素を発生し、鋼板中のＳｉやＭｎを酸化して鋼板表面
のエネルギー状態を変化させ、ひいては（１００）面密
度を低下させるので好ましくない。

【００９４】これらの酸化物は、一種もしくは二種以上
混合して使用してもよい。また、脱炭反応速度の調整
や、焼鈍後に鋼板から焼鈍分離材を剥離しやすくするた
めに、高温で安定な無機物、例えばＡｌ₂ Ｏ₃ などの酸
化物、ＢＮやＳｉＣなどの安定な窒化物や炭化物を上記
酸化物に混合しても構わない。

【００９５】脱炭促進材として最も好適な物質はＳｉＯ
₂を含む酸化物である。この酸化物を脱炭促進材に使用
すると上記の反応式からわかるように、酸化物が還元さ
れ生成する物質が元々鋼板中に添加されているＳｉであ
り、容易に鋼中に溶解すると共に、溶解しても鋼板の磁
気特性を阻害しないばかりか電気抵抗を高め鉄損を低下
させる役割を果たす。またＳｉＯ₂の還元を利用して脱
炭させる場合には含有される合金元素の中で最も酸化さ
れやすいＳｉ酸化物が還元される条件下にあり、したが
って鋼板表面では酸化が生じないので、上述の（１０
０）面を鋼板面と平行する結晶粒の表面エネルギーを低
下させる意味からも好適である。

【００９６】脱Ｍｎを促進させる物質として、例えば、
Ｔｉ酸化物（ＴｉＯ₂）がある。鋼板中のＭｎは適切な
雰囲気において鋼板表面から昇華し、鋼板表面近傍には
Ｍｎ欠乏層（脱Ｍｎ層）が形成される。ＴｉＯ₂は鋼板
から昇華するＭｎと複合酸化物（ＴｉＭｎＯ₂）を形成
し、Ｍｎを吸収することによって、脱Ｍｎを促進すると
考えられる。

【００９７】脱Ｍｎ促進物質としては、上記のように焼
鈍中に鋼板から昇華するＭｎを吸収する物質であり、脱
炭反応や、鋼板の表面エネルギー状態に悪影響を及ぼさ
ないものであればよい。ＴｉＯ₂以外にＺｒＯ₂やＴｉ
₂Ｏ₃を用いても構わない。特にＴｉＯ₂は脱炭促進作
用も有するのでＴｉＯ₂単独でも脱炭と脱Ｍｎの双方が
促進されるので好適である。

【００９８】焼鈍分離材としては、脱炭や脱Ｍｎを効率
的に生じさせ、さらに（１００）面の表面エネルギーを
低めて｛１００｝＜００１＞集合組織の発達を促進する
ために、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂を共に含むものがよい。よ
り好ましくは、最終焼鈍した鋼板からの焼鈍分離材の剥
離性を改善するために、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂に加えてＡ
ｌ₂Ｏ₃を含有させる。

【００９９】上記焼鈍分離材の形態は任意であり、焼鈍
分離材構成物質を、例えば板状、粉末状、繊維状、繊維
をシート状にしたもの、これらの繊維やシートにさらに
粉末を混入させたものなどがある。最も望ましい形態は
繊維状または繊維をさらにシート状に加工したものであ
る。このような形態にすれば取り扱いが容易であるう
え、繊維間に多量の空隙があるので脱炭反応によって生
じた一酸化炭素の系外への排出やＭｎの昇華が容易にな
るという利点がある。

【０１００】｛１００｝面集積度を高めるために、焼鈍
雰囲気は水素ガス、不活性ガス、または両者の混合ガス
を主体とする雰囲気、さらには真空あるいは減圧雰囲気
がよい。好ましい減圧雰囲気の真空度は１３ＫＰａ以
下、なお好ましくは１３０Ｐａ以下である。真空度が１
３ＫＰａを超えると｛１００｝面密度が低下する。

【０１０１】最終焼鈍工程初期には（α＋γ）２相混合
域で焼鈍して脱炭または脱炭と脱Ｍｎをおこなわせ、脱
炭後はα単相となる温度域で焼鈍するのがよい。好まし
いのは、｛１００｝面集積度を高めるために８５０℃以
上のα＋γ二相共存温度域である。保持温度は１３００
℃以下が望ましい。１３００℃を超える焼鈍温度は工業
的に実現するのが困難である。

【０１０２】鋼板の炭素量が３０ｐｐｍ以下になれば焼
鈍を終了するのがよい。過度に焼鈍を行うと結晶組織が
粗大化するのでよくない。例えば１１００℃の温度では
炭素量が３０ｐｐｍを下回った後５時間以上均熱しない
方がよい。｛１００｝＜００１＞集合組織の集積度の高
い材料ほど脱炭が完了した後の結晶粒粒の粗大化が生じ
難く、均熱時間の制御が容易となる。これは、｛１０
０｝＜００１＞集合組織の集積度の高い材料ほど粒界移
動速度の小さな小角粒界の存在頻度が高いためであると
考えられる。

【０１０３】容易磁化方向が圧延方向と圧延直角方向本
発明以外の方向である鋼板を得るには、上記一次再結晶
終了時の鋼板表面の集合組織が、所望の方位の集積度が
ランダム比で３以上のものを最終焼鈍に供すればよい。

【０１０４】最終焼鈍済みの鋼板に張力皮膜を施すに
は、鋼板間の焼鈍分離材を除去した後、燐酸塩と珪素酸
化物とを主成分とする燐酸塩シリカ系皮膜用溶液、また
は、アルミナゾルと硼酸とを主成分とするアルミナ酸化
硼素系皮膜用溶液（以下、「皮膜組成物溶液」と総称す
る）を、所望の厚さの乾燥皮膜が得られるように鋼板表
面に塗布し、乾燥および焼付け処理を施すのがよい。

【０１０５】燐酸塩シリカ系皮膜用溶液は、希釈水を除
いた全容液に対する質量比で（以下、皮膜組成物溶液の
組成は、希釈水を除いた全容液に対する質量％を意味す
る）燐酸塩を３％以上、６０％以下、珪素酸化物を３％
以上、６０％以下含有させたものがよい。燐酸塩が３％
に満たない場合には、得られる皮膜の機械的強度や鋼板
との密着性が十分ではなく、６０％を超えると鋼板との
熱膨張係数差が大きくなりすぎて過大な応力が皮膜に作
用し、鋼板と皮膜の密着性が損なわれる。珪素酸化物が
３％に満たない場合には、皮膜とした後の張力が十分で
はなく、６０％を超えると、鋼板との熱膨張係数差が大
きくなりすぎて過大な応力が皮膜に作用し、密着性が損
なわれる。

【０１０６】燐酸塩としては、皮膜の密着性を高めるた
めに、Ａｌの燐酸塩（燐酸アルミニウム）やＭｇの燐酸
塩（燐酸マグネシウム）などが好適であるが、Ｓｒ、Ｂ
ａ、Ｆｅなどの燐酸塩を使用しても構わない。

【０１０７】上記溶液には、皮膜の密着性を向上させる
ために、珪素酸化物と燐酸塩に加えて、無水クロム酸、
クロム酸、重クロム酸からなる群の内の１種または２種
以上を１５％以下含有させても構わない。また、耐熱性
を向上させる目的で、Ｓｉ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｂなどの酸化
物や窒化物を含有させても構わない。

【０１０８】アルミナ酸化硼素系皮膜用溶液は、結晶質
または無定型のアルミナ水和物、あるいは、結晶質また
は無定型の水酸化アルミニウムの微粉末を溶液中に分散
させたアルミナゾルを５％以上、５０％以下、および、
硼酸を２％以上、３０％以下含有させたものがよい。

【０１０９】アルミナゾルまたは硼酸の含有量が上記下
限に満たない場合には、鋼板に十分な張力を与えること
ができない。また、上記上限を超える場合には皮膜が容
易に剥離するので十分な張力が得られない。アルミナ酸
化硼素系皮膜用溶液の残部は水でよい。塗布量は、乾燥
膜厚が所望の値になるように、溶液の希釈度に応じて定
めればよい。

【０１１０】皮膜組成物溶液を塗布した鋼板は、３００
℃以上で焼付けるのがよい。良好な密着性と張力を得る
ために、より好ましくは６００℃以上で焼付ける。焼付
け時の雰囲気は大気でもよいが、不活性ガス、水素ガ
ス、ＣＯガス、あるいはこれらの混合ガスを用いるのが
好ましい。

【０１１１】上記張力皮膜を形成するタイミングは、最
終焼鈍して脱炭、または脱炭と脱Ｍｎをおこなった鋼板
に、必要に応じて平坦化を目的としたスキンパス圧延、
あるいは連続焼鈍などを施した後がよい。

【０１１２】皮膜の密着性をさらに向上させるために、
上記皮膜処理の前に、脱脂、酸洗、あるいは、Ｎｉフラ
ッシュめっきなどの前処理を施しても構わない。また、
燐酸塩、無水珪酸塩、水ガラスなどを含む皮膜を下地と
して鋼板表面に設けた後に上記皮膜処理をおこなっても
よい。

【０１１３】本発明の鋼板には、電磁鋼板を積層し使用
する際の鋼板の間の電気絶縁性を確保するため、リン酸
塩系やクロム酸塩系の公知の無機質系溶液、あるいは、
上記無機質系溶液にポリアクリルタイプエマルジョン等
の公知の有機樹脂を混合した有機−無機混合溶液を公知
の方法により塗布し、焼付けても構わない。

【０１１４】

【実施例】（実施例１）真空溶解鋳造して作製した表１
の鋼Ａに記載の化学組成を有する鋼塊を熱間鍛造して厚
さが７０ｍｍの鋼片を得た。

【０１１５】

【表１】これを熱間圧延して厚さ：３．０ｍｍの熱延板とし、こ
れを酸洗して表面の酸化物を除去した後、冷間圧延して
厚さ：０．９０ｍｍの冷延板とし、次いで１０５０℃に
加熱する中間焼鈍を施した後、再度冷間圧延して厚さ：
０．３５ｍｍの冷延板を作製した。得られた冷延板に、
昇温速度（Ｖu ）を種々変更して７５０℃に加熱する一
次再結晶焼鈍を施した。

【０１１６】焼鈍分離材として、ＳｉＯ₂とＡｌ₂Ｏ₃
を質量比で５５：４５の割合で含有する非晶質酸化物か
らなる繊維を布状に織り、これにＴｉＯ₂粉末を混合し
た焼鈍分離材シートを作製した。混合比は非晶質酸化物
繊維からなる布：５０質量％、ＴｉＯ₂：４２質量％、
残部は結合材としてのアクリル系樹脂である。

【０１１７】一次再結晶焼鈍後の鋼板と上記焼鈍分離材
シートとを交互に積層して加熱炉に装入し、真空度：
０．１３Ｐａの減圧雰囲気で１℃／分の昇温速度で加熱
して１１００℃で１２時間保持する最終焼鈍を施した。
最終焼鈍終了後の鋼板の化学組成はＣ：０．００１５
％、Ｓｉ：２．９７％、Ｍｎ：０．７５％であった。

【０１１８】一次再結晶後および最終焼鈍後の鋼板の結
晶組織と集合組織をＥＢＳＰ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＢａ
ｃｋＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＰａｔｔｅｒｎ）法を用
いて解析した。一次再結晶集合組織は、鋼板表面から得
た結晶方位のデータから３次元結晶方位分布を求め、そ
の｛１００｝＜００１＞方位の強度を方位配向性のない
ものの集積度に対する比（Ｉt ）として算出した。最終
焼鈍後の試料については、鋼板表面に平行な面のＥＢＳ
Ｐのデータから１゜以上の角度差を持つ結晶粒界を求
め、これらの結晶粒界で囲まれた結晶粒の結晶方位と結
晶粒直径を算出し、板面垂直方向から１５°以内に＜０
０１＞軸を有する結晶粒の面積率（Ｆfa）、および圧延
方向と圧延直角方向から２０°以内に＜００１＞軸を有
する結晶粒の面積率（Ｆax）を求めた。また、結晶粒の
平均直径（Ｄ）を調査し、鋼板厚さ（ｔ）に対する比
（Ｄ／ｔ）を計算した。

【０１１９】磁区構造は、最終焼鈍後の鋼板表面を鏡面
に研磨し、歪み除去と熱消磁のため９００℃で１０分間
焼鈍した後、ＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒ
ｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）により観察し、ジグザグ状
磁区面積率（Ａj ）および１８０°磁壁間隔（ｄ）を求
めた。

【０１２０】磁気特性は、最終焼鈍後の鋼板から圧延方
向または圧延直角方向を長手方向とする長さ：１００ｍ
ｍ、幅：３０ｍｍの短冊板を切りだし、歪み取り焼鈍を
施した後、各短冊の長手方向に０〜１０ＭＰａの範囲の
張力（一軸方向の張力）を機械的に付加し、単板磁化測
定装置を用いて測定した。磁歪はレーザドップラー法を
用いて上記短冊の長手方向に５０Ｈｚの交番磁界を印加
して最大磁束密度が１．７Ｔになるように磁化し、λ
_p-p を測定した。磁気特性および磁歪は鋼板の磁化方向
に張力を付加した場合についても測定した。

【０１２１】一次再結晶焼鈍時の昇温速度と種々の測定
結果を表２に記す。

【０１２２】

【表２】表２に示すように試番１〜５はいずれも優れた磁束密度
を有し、λ_p-p は、無応力下（張力０）で１０×１０^-6
以下の小さな磁歪しか発生しなかった。張力を付加する
と磁歪が大幅に減少し、特に試番１〜３では２．９ＭＰ
ａ以上の張力を付加すると２×１０^-6以下の低磁歪特性
を有していた。また張力が変動しても磁歪の変化が非常
に小さく、安定して低磁歪特性を発揮した。

【０１２３】これに対し、一次再結晶焼鈍後の｛１０
０｝＜００１＞集合組織の集積度（Ｉt ）が３に満たな
かった鋼板を最終焼鈍した試番６〜８では結晶組織、集
合組織あるいは磁区構造などが本発明が既定する条件外
であり、磁束密度がよくないうえ磁歪が大きく、磁歪の
張力による変動も大きかった。

【０１２４】図５は試番１における圧延方向の試験片に
ついて測定した磁歪曲線の例を示すグラフであり、図５
（ａ）は張力を付加しない場合であり、図５（ｂ）は圧
延方向に２．９ＭＰａの張力を作用させた場合である。
図中には参考のためにλ_p-pの測定範囲を示した。本発
明例においては１．７Ｔまで磁化したときの磁歪の値が
小さいだけでなく、磁化途中の磁歪の変化も単調で高調
波騒音を発生し難い磁束密度−磁歪特性となっているこ
ともわかる。

【０１２５】（実施例２）表１に示す化学組成を有する
鋼Ａ〜Ｅを真空溶解鋳造し、熱間鍛造して厚さが４０ｍ
ｍの鋼片を得た。これらを熱間圧延して厚さが２．７ｍ
ｍの熱延板とし、酸洗して表面の酸化物を除去した後、
中間焼鈍を挟む二回の冷間圧延により厚さが０．３０ｍ
ｍの冷延板を得た。これらの冷延板と実施例１に記載し
たのと同様の焼鈍分離材シートとを交互に積層し、真空
度が０．１３Ｐａの減圧雰囲気で０．５℃／分の昇温速
度で１０８０℃に加熱し、１４時間保持する最終焼鈍を
施した。なお、最終焼鈍時には各鋼板から小試験片を採
取して上記と同一条件で７００℃まで加熱した後冷却
し、これを調査して各鋼板の一次再結晶後のＩｔを求め
た。

【０１２６】別途比較例として、表１の鋼Ｆの化学組成
を有する厚さが２．７ｍｍの熱延板を上記と同様の条件
で作製し、これを１０００℃で２時間焼鈍し、酸洗して
表面の酸化物を除去した後、中間焼鈍を挟む二回の冷間
圧延により厚さが０．３０ｍｍの冷延板とした。その
後、真空中で１２００℃に加熱し２４時間保持する焼鈍
を施し、結晶粒径が２０ｍｍ以上の粗大な結晶粒を有す
る二方向性電磁鋼板を得た。上記鋼Ｆに適用した製造方
法は表面エネルギーによる二次再結晶を利用する従来の
製造方法によるものであり、鋼Ｂ〜Ｅに適用した焼鈍分
離材を介在させて最終焼鈍する製造方法とは根本的に異
なるものである。これらの材料について実施例１に記載
したのと同様の方法で鋼板の化学組成、結晶組織、集合
組織、磁区構造、磁気特性および磁歪を測定した。

【０１２７】表３に最終焼鈍した鋼板の主要元素の分析
結果を示す。表３からわかるように鋼Ａ〜Ｅ、Ｇ、Ｈお
よびＩはいずれも十分に脱炭されていた。これらの鋼で
は脱Ｍｎ反応によりＭｎ含有量も減少していた。鋼Ｆの
化学組成は変らなかった。

【０１２８】表４に種々の測定結果を示す。

【０１２９】

【表３】

【０１３０】

【表４】表４に示すように、試番２１〜２８で得られた鋼板はい
ずれも優れた磁束密度を有しており、無張力下での磁歪
や張力変動に対する磁歪の変化率も小さく、安定した低
磁歪特性を備えていた。鋼Ｆを用いて表面エネルギーに
よる二次再結晶法で製造した試番２９で得られた鋼板は
最終焼鈍後の結晶粒が粗大であるうえ、１８０゜磁壁間
隔（ｄ）も大きく非常に大きな磁歪を発生した。

【０１３１】なお、図６は試番２１に記載した鋼Ａの最
終焼鈍した鋼板の結晶粒の方位を１００極点図上に表し
たものである。図６には５３個の結晶粒の方位が表示さ
れているが、｛１００｝＜００１＞方位に強く集積して
いることがわかる。

【０１３２】図７はＥＢＳＰによる集合組織解析の例を
示すグラフであり、図７（ａ）、（ｂ）はそれぞれ試番
２１の鋼Ａの一次再結晶後の鋼板表面の｛１００｝極点
図および｛１００｝＜００１＞方位への集積を示す３次
元方位分布解析例である。これはＲｏｅの表示形式でΦ
＝４５゜断面を示しており、等高線で配向性が無い材料
に対する倍率を示す。図上端中央の反射強度の高い部分
が｛１００｝＜００１＞方位に対応し、本発明の鋼板は
｛１００｝＜００１＞方位に強く集積した集合組織を有
していることがわかる。

【０１３３】図８は、鋼Ｃの表面に観察された１８０°
磁壁と樹枝状磁区の例を示す写真であり、図９は鋼Ｄで
観察されたジグザグ状磁壁に囲まれた磁区の例を示す写
真である。

【０１３４】（実施例３）実施例２の試番２２および２
９で作製した種々の磁歪を有する二方向性電磁鋼板を用
いて、鉄心の外形寸法が高さ：５００ｍｍ、幅：５００
ｍｍ、厚さ：２５ｍｍである３相３脚型のモデル変圧器
を作製し、周波数が５０Ｈｚの励磁電流を印加して、発
生する騒音を測定した。その結果λ_p-p が１０×１０^-6
以下である場合に騒音が極めて低かった。λ_p-p が３×
１０^-6以下である場合には騒音がさらに低かった。

【０１３５】（実施例４）実施例２に記載の鋼Ａの最終
焼鈍を終えた鋼板から５０ｍｍ角の試験片を切り出し、
歪み取り焼鈍を施した後、圧延方向と圧延直角方向との
二方向に同じ大きさの引張応力が付加されるように、機
械的に引っ張った。張力の大きさは３水準に変更した。
この二方向の張力を付加することによりにより鋼板には
板面内等方的な応力が付加される。これらの試験片の磁
束密度と実施例２に記載したのと同様の条件で測定し
た。磁歪は試験片表面に歪みゲージを張り付けて測定し
た。

【０１３６】表５に得られた結果を示す。

【０１３７】

【表５】表５に示すように板面内等方的な張力を付加することに
より磁歪特性が顕著に改善され、二方向同時に低磁歪特
性を示す鋼板が得られた。

【０１３８】（実施例５）実施例１、表２、試番１に記
載の張力が付与されていない鋼板の両面に、表６に示す
種々の組成の皮膜組成物溶液（質量％、残部は蒸留水）
を塗布し、水素と窒素の混合ガス中で８５０℃で２分間
の焼付け処理を施して鋼板表面に種々の張力皮膜を形成
した。

【０１３９】得られた鋼板の張力皮膜の密着性は、鋼板
を直径が２０ｍｍの丸棒に沿わせて曲げて皮膜の剥離状
況を目視観察し、剥離がないものを良好として評価し
た。また、その磁気特性を実施例１に記載したのと同様
の方法で測定した。

【０１４０】得られた結果を表６に示す。

【０１４１】

【表６】表６で、試番３１〜３５は燐酸塩シリカ系皮膜を備えた
鋼板、試番３６および３７は、アルミナ酸化硼素系皮膜
を備えた鋼板である。試番３１〜３４、３６および３７
はいずれも張力皮膜の密着性が良好であった。その磁歪
は、Ｌ方向、Ｔ方向共に１．４×１０^-6以下で、極めて
良好な磁歪特性を示した。皮膜組成物溶液としてコロイ
ダルシリカ１００％溶液を使用した試番３５は、張力皮
膜の密着性がよくなく、張力皮膜による磁歪改善効果は
認められなかった。

【０１４２】

【発明の効果】本発明の鋼板は、圧延方向と圧延直角方
向の二方向の磁気特性が優れ、しかもその磁歪が安定し
て小さい。従って本発明の低磁歪二方向性電磁鋼板を、
変圧器、電動機、発電機などの鉄心として使用すると、
装置のエネルギー変換効率が優れるうえ、使用時の振動
や騒音が少なく、例えば変圧器の騒音防止装置が簡素化
できるなどの利点が得られる。従って装置の効率性と経
済性を大きく改善できるので、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁鋼板の結晶集合組織の模式図であり、図１
（ａ）は｛１１０｝＜００１＞集合組織を示し、図
（ｂ）は｛１００｝＜００１＞集合組織を示す。

【図２】熱消磁した二方向性電磁鋼板で観察される磁区
構造の概念を示す模式図であり、図２（ａ）は１８０°
磁区、図２（ｂ）はジグザグ状磁区、図２（ｃ）は９０
°磁区を示す。

【図３】ジグザグ状磁区が観察される理由を説明する模
式図である。

【図４】二方向性電磁鋼板に交番磁界を作用させた場合
の磁区構造の変化を説明するための模式図である。

【図５】本発明例に関する磁歪曲線の例を示すグラフで
ある。

【図６】本発明例に関する最終焼鈍した鋼板の結晶粒方
位を１００極点図上に表した図である。

【図７】ＥＢＳＰによる集合組織解析の例をＲｏｅの表
示形式でΦ＝４５゜断面で示す図である。

【図８】鋼Ｃの表面に観察された１８０°磁壁と樹枝状
磁区の例を示す写真である。

【図９】鋼Ｄで観察されたジグザグ状磁壁に囲まれた磁
区の例を示す写真である。

【符号の説明】

１：結晶粒界、２：１８０°磁壁、３：樹枝状磁区、
４：ジグザグ状磁壁、５：９０°磁壁、ｄ：１８０°磁
壁の間隔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 22/20 Ｃ２３Ｃ 22/20 22/22 22/22 Ｈ０１Ｆ 1/16 Ｈ０１Ｆ 1/16 Ａ 1/18 1/18 // Ｃ２１Ｄ 8/12 Ｃ２１Ｄ 8/12 Ｂ (72)発明者佐野直幸大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者上野谷繁雄大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者高橋克大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 4K026 AA03 AA22 BA03 BA08 BB10 CA16 CA23 DA02 DA11 4K033 AA03 CA07 CA08 CA09 HA03 HA04 JA04 JA05 JA07 JA08 LA01 MA02 MA03 RA04 SA02 TA02 TA04 5E041 AA02 AA19 BC01 CA02 CA04 HB05 HB11 HB14 NN01 NN06 NN13 NN17 NN18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平均結
晶粒径が板厚の１０倍以下であり、無応力状態の鋼板の
磁化容易方向に交番磁界を印加して最大１．７Ｔの磁束
密度まで磁化したときに発生する磁歪が１０×１０^-6以
下であることを特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼板。
【請求項２】Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平均結
晶粒径が板厚の１０倍以下であり、鋼板面内の磁化容易
方向に平行に１ＭＰａ以上、鋼の弾性限度以下の張力を
付加した状態で交番磁界を印加して最大１．７Ｔの磁束
密度まで磁化したときに発生する磁歪が、鋼板面内の二
つの磁化容易方向の内の少なくとも一つの方向において
３．０×１０^-6以下であることを特徴とする低磁歪二方
向性電磁鋼板。
【請求項３】Ｓｉを６．５質量％以下含有し、平均結
晶粒径が板厚の１０倍以下であり、鋼板面に平行、かつ
実質的に面内等方向の１ＭＰａ以上、鋼の弾性限度以下
の張力を付加した状態で交番磁界を印加して最大１．７
Ｔの磁束密度まで磁化したときに発生する磁歪が、二つ
の磁化容易方向で共に３．０×１０^-6以下であることを
特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼板。
【請求項４】鋼の結晶集合組織が、鋼板面からの傾斜
角度が１５°以下である｛１００｝面を有する結晶粒の
面積率が７０％以上、かつ、鋼板面内の直交する２つの
方向から２０°以内に＜００１＞軸を有する結晶粒の面
積率が７０％以上であることを特徴とする請求項１〜３
のいずれかに記載の低磁歪二方向性電磁鋼板。
【請求項５】熱消磁状態かつ無応力下の板表面で観察
される磁区模様が、下記ａ項および／またはｂ項に記載
の条件を満足するものであることを特徴とする請求項１
〜４のいずれかに記載の低磁歪二方向性電磁鋼板；ａ：１８０゜磁壁間の平均間隔が０．５０ｍｍ以下であ
る、ｂ：ジグザク状磁壁を有する磁区の面積率が３０％以下
である。
【請求項６】表面に、燐酸塩と珪素酸化物とを含有す
る張力皮膜、または、アルミナとホウ酸塩とを含有する
張力皮膜を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいず
れかに記載の低磁歪二方向性電磁鋼板。
【請求項７】質量％でＣ：０．０２〜０．２０％、Ｓ
ｉ：６．５％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％を含有し、
冷間圧延後一次再結晶させた後の表面における｛１０
０｝＜００１＞方位への集積度が方位配向性のないもの
の集積度の３倍以上である鋼板を、脱炭促進物質、もし
くは脱炭促進物質と脱Ｍｎ促進物質とを含有する焼鈍分
離材を該鋼板間に介在させて、減圧雰囲気下で焼鈍する
最終焼鈍を施すことを特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼
板の製造方法。
【請求項８】質量％でＣ：０．０２〜０．２０％、Ｓ
ｉ：６．５％以下、Ｍｎ：０．２〜２．０％を含有する
冷間圧延鋼板を、脱炭促進物質、もしくは脱炭促進物質
と脱Ｍｎ促進物質とを含有する焼鈍分離材を該冷間圧延
鋼板間に介在させて減圧雰囲気下で最終焼鈍する二方向
性電磁鋼板の製造方法であって、該最終焼鈍の５５０〜
７００℃の間の加熱速度を２０℃／分以下とすることを
特徴とする低磁歪二方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】上記最終焼鈍を施した鋼板に、燐酸塩と
コロイダルシリカとを含有する溶液、または、アルミナ
ゾルと硼酸化合物とを含有する溶液を塗布し、３００℃
以上に加熱して鋼板表面に張力皮膜を形成することを特
徴とする請求項７または８に記載の低磁歪二方向性電磁
鋼板の製造方法。