JP2653638B2 - 鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法Info
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Description
電気機器等の鉄心として利用される一方向性珪素鋼板の
製造方法に関するものである。特に、その表面を効果的
に仕上げることにより、鉄損特性の向上を図ろうとする
ものである。
くの電気機器に用いられている。一方向性珪素鋼板は、
Siを0.8〜4.8%含有し製品の結晶粒の方位を
{110}〈001〉方位に高度に集積させた鋼板であ
る。その磁気特性として磁束密度が高く(B8 値で代表
される)、鉄損が低い(W17/50 値で代表される)こと
が要求される。特に、最近では省エネルギーの見地から
電力損失の低減に対する要求が高まっている。この要求
に応え、一方向性珪素鋼板の鉄損を低減させる手段とし
て、磁区を細分化する技術が開発された。
ーザービームを照射して局部的な微少歪を与えることに
より磁区を細分化して鉄損を低減させる方法が、例えば
特開昭58−26405号公報に開示されている。ま
た、巻き鉄心の場合には、鉄心に加工した後、歪取り焼
鈍を施しても磁区細分化効果の消失しない方法も、例え
ば特開昭62−8617号公報に開示されている。これ
らの技術的手段により磁区を細分化することにより鉄損
は大きく低減されるようになってきている。
すると動かない磁区も存在していることが分かり、方向
性電磁鋼板の鉄損値を更に低減させるためには、磁区細
分化と合わせて磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス
皮膜の凹凸に起因するピン止め効果をなくすことが重要
であることが分かった。そのためには、磁区の動きを阻
害する鋼板表面とグラス皮膜界面の凹凸を低減すること
が有効である。その手段として、焼鈍分離剤として粗大
高純アルミナを用いることによりグラス皮膜を形成させ
ない方法が、例えばU.S.Patent378588
2に開示されている。しかしながらこの方法では表面直
下の介在物をなくすことができず、鉄損の向上代はW
15/60 で高々2%に過ぎない。
の鏡面化を達成する方法として、仕上げ焼鈍後に化学研
磨或いは電解研磨を行う方法が、例えば特開昭64−8
3620号公報に開示されている。しかしながら、化学
研磨・電解研磨等の方法は、研究室レベルでの少試料の
材料を加工することは可能であるが、工業的規模で行う
には薬液の濃度管理、温度管理、公害設備の付与等の点
で大きな問題があり、いまだ実用化されるに至っていな
い。この問題点を解消する方策として、本発明者等は脱
炭焼鈍板の酸化層を酸洗等により除去することが特に低
磁束密度域の鉄損低減に有効であることを提案している
(特願平3−204433号)。
鈍後に酸洗等により酸化層の除去を行うことは、従来工
程に対しては新工程を付加するので、コストアップして
しまう。そこで、本発明の目的はコストダウンできる製
造法−具体的には酸洗工程を解消し、鉄損の低い方向性
電磁鋼板の製造方法を提案することである。
を解決するために種々の実験を行い脱炭焼鈍の露点を制
御し、脱炭焼鈍時に形成される酸化層においてFe系酸
化物(Fe2 SiO4,FeO等)を形成させないこ
と、及び仕上げ焼鈍中の雰囲気ガスに水素を5%以上添
加することによりグラス皮膜の凹凸を小さくして鉄損を
低減できることを見出した。
3.3%、Mn:0.14%、C:0.05%、S:
0.007%、酸可溶性Al:0.028%、N:0.
008%の珪素鋼スラブを1150℃で加熱した後、板
厚1.6mmに熱延した。この熱延板を1100℃で2分
間焼鈍した後最終板厚0.15mmに冷延した。この冷延
板を湿潤ガス中で脱炭を兼ね830℃で70秒焼鈍し一
次再結晶させた。脱炭焼鈍の雰囲気ガス露点は酸化度
(P H2 O /P H2 )として(1)0.016、(2)
0.06、(3)0.105、(4)0.185、
(5)0.327の条件で焼鈍を行った。形成される酸
化物は後で実証されるように、条件(1)〜(3)で
は、SiO2 、条件(4),(5)ではSiO2 とFe
2 SiO4 である。
0.02%まで高めインヒビターを強化した。この脱炭
焼鈍板にマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を水スラ
リー状で塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍
は1200℃までは(A)N2:50%+H2 :50%
の雰囲気ガス中、及び(B)N2 :100%の雰囲気ガ
ス中で15℃/hrの昇温速度で行い、1200℃で
H2 :100%に切り替え20時間純化焼鈍を行った。
これらの試料について、張力コーティング処理とレーザ
ー照射による磁区細分化処理を行った後の磁気特性を図
1に示す。
炭焼鈍条件(1)〜(3)で且つ仕上げ焼鈍時の雰囲気
ガスに水素を添加した条件(A)で鉄損が低くなること
が分かる。これらの製品の仕上げ焼鈍の雰囲気ガスを
(A)N2 :50%+H2 :50%で行った脱炭焼鈍条
件(3),(5)の製品の界面の断面の模式図を図2に
示す。また脱炭焼鈍後の表面酸化物の組成を赤外反射ス
ペクトルにより同定した。その結果を図3に示す。これ
らの結果により、Fe系酸化物(Fe2 SiO4 )が生
成しない酸化度域(実験条件(1)〜(3))では図2よ
り地鉄とグラス皮膜界面の凹凸が小さく、良好な鉄損値
を得ることができることが分かる。
法としては、小松等による(Al,Si)Nを主インヒ
ビターとして用いる製造法(例えば特公昭62−452
85号公報)を適用すればよい。Siは電気抵抗を高
め、鉄損を下げるうえで重要な元素である。含有量が
4.8%を超えると、冷間圧延時に材料が割れ易くな
り、圧延不可能となる。一方、Si量を下げると仕上げ
焼鈍時にα→γ変態を生じ、結晶の方向性が損なわれる
ので、実質的に結晶の方向性に影響を及ぼさない0.8
%を下限とする。
(Al,Si)Nとしてインヒビターとして機能するた
めに必須の元素である。磁束密度が高くなる0.012
〜0.050%を限定範囲とする。Nは製鋼時に0.0
1%以上添加するとブリスターと呼ばれる鋼板中の空孔
を生じるので0.01%を上限とする。他のインヒビタ
ー構成元素として、B,Bi,Se,Pb,Sn,Ti
等を添加することもできる。
板とされるか、もしくは溶鋼を連続鋳造して薄帯とす
る。前記熱延板または連続鋳造薄帯はただちに、もしく
は短時間焼鈍を経て冷間圧延される。上記焼鈍は750
〜1200℃の温度域で30秒〜30分間行われ、この
焼鈍は製品の磁気特性を高めるために有効である。望む
製品の特性レベルとコストを勘案して採否を決めるとよ
い。冷間圧延は、基本的には特公昭40−15644号
公報に開示されているように最終冷延圧下率80%以上
とすればよい。
を除去するために湿水素雰囲気中で、750〜900℃
の温度域で脱炭焼鈍を行う。この脱炭焼鈍において、F
e系の酸化物(Fe2 SiO4 ,FeO等)を形成させ
ない酸化度で焼鈍を行うことが本発明のポイントであ
る。例えば、通常脱炭焼鈍が行われる800〜850℃
の温度域においては、雰囲気ガスの酸化度(P H2 O /
P H2 )を0.15以下に調整することにより、Fe系
酸化物の生成を抑制することができる。但し、あまりに
酸化度を下げると脱炭速度が遅くなってしまう。
ては雰囲気ガスの酸化度(P H2 O/P H2 ):0.0
1〜0.15の範囲が好ましい。この脱炭焼鈍板に(A
l,Si)Nを主インヒビターとして用いる製造法(例
えば特公昭62−45285号公報)においては、窒化
処理を施す。この窒化処理の方法は特に限定するもので
はなく、アンモニア等の窒化能のある雰囲気ガス中で行
う方法等がある。量的には0.005%以上、望ましく
は全窒素量として鋼中のAl当量以上窒化すればよい。
これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、マグネシアを主成
分とする焼鈍分離剤を塗布する。
結晶と窒化物の純化を行う。この焼鈍の際の雰囲気ガス
として水素を10%以上添加する必要がある。これは還
元性である水素がないと焼鈍分離剤の塗布により持ち込
んだ水分による鋼板表面下で追加酸化が生じるためであ
る。また、板厚が0.15mm等の薄い試料では二次再結
晶が不安定になる場合もある。二次再結晶を特開平2−
258929号公報に開示されるように一定の温度で保
持する等の手段により所定の温度域で行うことは磁束密
度を上げるうえで有効である。二次再結晶完了後、窒化
物の純化と表面の平滑化を行うために100%水素で1
100℃以上の温度で焼鈍する。仕上げ焼鈍後、表面は
既に平滑化されているので、張力コーティング処理を行
い、必要に応じてレーザー照射等の磁区細分化処理を施
せばよい。
05%、S:0.007%、酸可溶性Al:0.027
%、N:0.008%、残部Fe及び不可避的不純物か
らなる珪素鋼熱延板を、1100℃で2分間焼鈍した
後、最終板厚0.23mmに冷延した。この冷延板を脱炭
を兼ね酸化度(1)0.005、(2)0.06、
(3)0.44で830℃の温度で120秒焼鈍し一次
再結晶させた。次いでアンモニア雰囲気中で焼鈍するこ
とにより、窒素量を0.025%に増加して、インヒビ
ターの強化を行った。
O)を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。
仕上げ焼鈍は1200℃まではN2 :25%+H2 :7
5%の雰囲気ガス中で20℃/hrの昇温速度で行い、1
200℃でH2 :100%に切り替え20時間焼鈍を行
った。これらの試料を燐酸−クロム酸系の張力コーティ
ング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分化し
た。得られた製品の磁気特性を表1に示す。酸化度0.
005の脱炭焼鈍条件の場合、脱炭焼鈍において脱炭が
良好に行われず、二次再結晶組織が発達しなかった。ま
た、酸化度0.44のものは、鉄損レベルが本発明例に
比較して高かった。
囲気ガス中において830℃の温度で120秒焼鈍し一
次再結晶させた。次いでアンモニア雰囲気中で焼鈍する
ことにより、窒素量を0.025%に増加してインヒビ
ターの強化を行った。これらの鋼板をその後、マグネシ
ア(MgO)を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を
施した。
(1)N2 :25%+H2 :75%、(2)N2 :50
%+H2 :50%、(3)N2 :90%+H2 :10
%、(4)N2 :95%+H2 :5%及び(5)N2 :
100%の雰囲気ガス中で20℃/hrの昇温速度で行
い、1200℃でH2 :100%に切り替え20時間焼
鈍を行った。
ーティング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分
化した。得られた製品の磁気特性を表2に示す。
とグラス皮膜界面の凹凸の小さい方向性電磁鋼板をコス
トアップすることなく容易に製造することができる。
P H2 )と製品の磁気特性(鉄損:W13/50 )の関係を
示す図表である。
面を示す模式図である。
合に形成される酸化物を赤外反射スペクトルである。
Claims (1)
- 【請求項1】 重量で、 Si:0.8〜4.8%、 酸可溶性Al:0.012〜0.05%、 N ≦0.01%、 残部実質的にFe及び不可避的不純物からなる珪素鋼帯
を、一回もしくは中間焼鈍をはさむ二回以上の冷間圧延
により最終板厚とし、次いで、脱炭焼鈍・増窒素処理を
行った後、マグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を塗布
した後仕上げ焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法にお
いて、脱炭焼鈍の雰囲気ガスの酸化度(P H2 O /P H
2 )を0.01以上0.15以下とし、更に仕上げ焼鈍
の雰囲気ガスに水素を5%以上添加することを特徴とす
る鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法。
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