JP2738620B2

JP2738620B2 - 加工性の優れた高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板及びその製造方法

Info

Publication number: JP2738620B2
Application number: JP4107002A
Authority: JP
Inventors: 穂高本間; 収田中; 克郎黒木; 浩昭増井; 勤原谷; 希瑞石橋; 正雄小野; 洋一美嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-24
Filing date: 1992-04-24
Publication date: 1998-04-08
Anticipated expiration: 2013-04-08
Also published as: JPH05299228A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はグラス被膜（フォルステ
ライト被膜）を有しない方向性電磁鋼板、特に切断性、
打ち抜き性等の加工性に著しく優れた高磁束密度超低鉄
損方向性電磁鋼板とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は一般に軟磁性材料とし
て、主としてトランスその他の電気機器の鉄心として使
用されるもので、磁気特性として、励磁特性と鉄心特性
が良好なものが要求される。

【０００３】良好な磁気特性を得るためには、磁化容易
軸である〈００１〉軸を圧延方向に高度に揃えることが
重要である。また、板厚、結晶粒度、固有抵抗、被膜等
も磁気特性に大きい影響を与えるため重要である。

【０００４】結晶の方向性については、ＡｌＮ，ＭｎＳ
をインヒビターとして利用した高圧下最終冷延を特徴と
する方法により大幅に向上し、現在では磁束密度が理論
値に近いものまで製造されるようになってきた。一方、
方向性電磁鋼板の需要家における使用時に、磁気特性と
共に重要なのは被膜特性と共に加工性である。通常、方
向性電磁鋼板は最終仕上焼鈍時に形成するグラス被膜と
絶縁被膜の二層被膜によって表面が処理されている。

【０００５】グラス被膜は焼鈍分離剤のＭｇＯと脱炭焼
鈍時に形成するＳｉＯ₂の反応物であるフォルステライ
ト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）が主成分の被膜である。このセラ
ミック被膜は硬質で磨耗性が強く、電磁鋼板加工時のス
リット、切断、打ち抜き等の際の工具類の耐久性に著し
い悪影響を及ぼす。

【０００６】例えば、グラス被膜を有する方向性電磁鋼
板の打ち抜き加工を行う場合には、金型の磨耗が生じ、
数千回程度の打ち抜きによって、打ち抜いた時にシート
の返りが大きくなり、使用時に問題が生じる程の返りが
生じる。このため、金型の再研磨、新品との取換えが必
要になる。

【０００７】これは需要家における鉄心加工時の作業能
率を低下させ、またコスト上昇を招く結果になる。ま
た、電磁鋼板自体の磁気特性に対しては、たしかに被膜
張力による鉄損の改善効果があるが、形成状態によって
は被膜厚みの増加等によって、非磁性体による磁束密度
の低下の問題がある。

【０００８】このため、鋼板板厚の厚い材料のように被
膜張力による鉄損改善効果が期待できないような材料
や、他の手段で磁区細分化を行い、鉄損が改善できるケ
ース等では、むしろ前記問題からグラス被膜を有しない
方向性電磁鋼板が望まれる。

【０００９】とりわけ、近年では磁区細分化技術とし
て、光学的、機械的、化学的な手段による技術が発達
し、グラス被膜の張力なしでも鉄損の改善が得られるよ
うになり、むしろグラス被膜を有しない方向性電磁鋼板
の方が磁化の際の磁壁移動のピンニング現象を起こすグ
ラス被膜の内部酸化層等の悪影響がないため有利である
ことも分かってきた。このためグラス被膜を有しない高
磁束密度方向性電磁鋼板の開発は需要家での種々の使用
条件を考える際に重要で、ニーズが高まっている。とり
わけ、現在、方向性電磁鋼板にかわる軟磁性材料とし
て、非晶質合金がクローズアップされているが、磁束密
度が低い占積率が低い、加工性が劣悪等実用化に際して
様々な困難に直面している。従って、鉄損特性におい
て、非晶質合金と対抗し得る方向性電磁鋼板を開発する
ために、グラス被膜を有さない材料を開発することが重
要となって来ている。

【００１０】グラス被膜を有さない方向性電磁鋼板の製
造方法としては、例えば特開昭５３−２２１１３号公報
に開示のものがある。これは、脱炭焼鈍において酸化膜
の厚みを３μｍ以下とし、焼鈍分離剤として含水珪酸塩
鉱物粉末を５〜４０％含有する微粒子のアルミナを用
い、これを鋼板に塗布し、仕上焼鈍することからなる。
これによると、酸化膜を薄くし、さらに含水珪酸塩鉱物
の配合によって、剥離しやすいグラス被膜が形成され、
金属光沢を有するものが得られるとされている。焼鈍分
離剤によりグラス被膜の形成を抑制する方法としては、
特開昭５６−６５９８３号公報に示されるように、水酸
化アルミニウムに不純物除去用添加物２０重量部、抑制
物質１０重量部を配合した焼鈍分離剤を鋼板に塗布し、
０．５μｍ以下の薄いグラス被膜を形成する方法があ
る。また、特開昭５９−９６２７８号公報には、脱炭焼
鈍で形成した酸化層のＳｉＯ₂との反応が弱いＡｌ₂Ｏ
₃と、１３００℃以上の高温で焼鈍し、活性を低下させ
たＭｇＯとからなる焼鈍分離剤が提案されている。これ
によると、フォルステライトの形成が抑制されるという
ものである。

【００１１】これらの先行技術は、いずれも磁束密度が
Ｂ₈値で１．８８Ｔ以下と低く、従って鉄損値も高い低
級な方向性電磁鋼板をベースとする技術であり、本発明
のように、超低鉄損を実現するための条件を満たす方向
性電磁鋼板を安定して得る技術を開発するには至ってい
ない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、打ち抜き
性、スリット性、切断性等が極めて優れた、ほぼ均一に
グラス被膜のない高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板及
び該鋼板を工業的に安価に製造する方法を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、重量比で、Ｓｉ：１．０〜７．０％を含み、ヒー
トフラットニングの前又は後に、鋼板表面に線状又は点
状キズを付与して磁区細分化した方向性電磁鋼板におい
て、鋼板の金属表面から１５μｍ内に分布する内部酸化
層の量が、当該厚み領域内の酸素含有量で１％以下であ
り、鉄損値Ｗ_13/50≦０．３w/kgである加工性の優れた
高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板であり、また、板厚
が０．２５mm以下であり、鋼板の金属表面上に張力被膜
を有し、磁化方向の張力が付与されることを特徴とす
る。

【００１４】更に本発明は、重量比で、Ｃ：０．０２１
〜０．０７５％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、酸可溶Ａ
ｌ：０．０１０〜０．０４０％、Ｎ：０．００３０〜
０．０１３０％、Ｓ≦０．０１４％、Ｍｎ：０．０５〜
０．４５％を含有し、残部がＦｅ及び不可避の不純物か
らなるスラブを、１２８０℃未満の温度で加熱した後、
熱延し、引続き熱延板焼鈍し又はすることなく、１回又
は焼鈍を挟む２回以上の冷延により最終板厚とし、次い
で脱炭焼鈍した後又は脱炭焼鈍の後半で若しくはこれら
の両段階で窒化処理した後に、焼鈍分離剤を塗布し、高
温仕上焼鈍し、ヒートフラットニングの前又は後に鋼板
表面に線状又は点状キズを付与し、磁区細分化すること
からなる方向性電磁鋼板の製造方法において、焼鈍分離
剤として、ＭｇＯ１００重量部に対し、Ｌｉ，Ｋ，Ｎ
ａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｓ
ｒ，Ａｌ等の塩化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、硫化物
の中から選ばれる１種又は２種以上を２〜３０重量部添
加した分離剤を塗布し、次いで最終仕上焼鈍条件とし
て、昇温時、均熱までの雰囲気を少なくともＮ₂：３０
％以上のＮ₂＋Ｈ₂で焼鈍し、ヒートフラットニングの
前又は後に、線状又は点状キズを圧延方向に対して４５
〜９０度の方向に付与した後、絶縁被膜処理を行うこと
を特徴とする加工性の優れた高磁束密度超低鉄損方向性
電磁鋼板の製造方法である。

【００１５】更に本発明は、脱炭焼鈍における鋼板酸素
目付量が９００ppm 以下で、且つ酸化膜中のＦｅＯ／Ｓ
ｉＯ₂が０．２０以下であること、窒化処理における窒
化量が１５０ppm 以上であること、焼鈍分離剤に使用す
るＭｇＯが、粒子径が１０μｍ以下のものを３０％以上
含み、クエン酸活性度ＣＡＡ値が５０〜３００秒（３０
℃測定値）、水和水分が５％以下であること、線状又は
点状キズの付与条件が、製品を鉄心加工する際に、歪取
焼鈍を行わない場合には深さ５μｍ未満、歪取焼鈍を行
う場合には深さ５〜５０μｍ、間隔２〜１５mmとし、且
つ圧延方向に対して４５〜９０度の方向に線状又は点状
に処理すること、絶縁被膜剤の塗布に際し、無機、有
機、半有機のうち、いずれかを用いて１回又は２回以上
の焼付処理を行うこと、最終仕上焼鈍条件として、９０
０℃〜１０５０℃の雰囲気を、Ｎ₂５０〜９０％のＮ₂
＋Ｈ₂で焼鈍することができる。

【００１６】以下、本発明を詳細に説明する。本発明の
高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造工程では、ス
ラブ加熱段階ではインヒビター元素、例えばＡｌ，Ｎ，
Ｍｎ，Ｓ等の鋼中への溶解を完全に行わず、脱炭焼鈍
後、材料を強還元雰囲気中で窒化処理することによって
（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを主成分とするインヒビターを形成さ
せ、仕上焼鈍過程で良好な二次再結晶を発達させた後、
磁区細分化することを基本工程とする。

【００１７】前記した成分組成の出発材と工程による本
発明のグラス被膜を有しない高磁束密度方向性電磁鋼板
を得る方法においては、脱炭焼鈍〜仕上焼鈍過程での処
理方法に特徴がある。

【００１８】最終板厚に冷延された素材は、連続ライン
において脱炭焼鈍される。この脱炭焼鈍により鋼中のＣ
の除去と一次再結晶が行われ、同時に鋼板表面にＳｉＯ
₂を主成分とする酸化膜の形成が行われる。この際の鋼
板の酸化量は、本発明の第一の要素技術であり、酸素目
付量として９００ppm 以下、且つＦｅＯ／ＳｉＯ₂≦
０．２０が特に望ましい。

【００１９】脱炭焼鈍は８００〜８７５℃、雰囲気はＮ
₂＋Ｈ₂中で露点をコントロールして行われる。次いで
脱炭焼鈍の後半あるいは終了後若しくはこれらの両段階
において、同一ライン又は別に設けたラインで窒化処理
が行われる。この際の最適の窒化量は一次再結晶粒径に
もよるが、１５０ppm 以上、好ましくは１５０〜３００
ppm として処理されるのが特に望ましい。

【００２０】この後焼鈍分離剤を塗布し、乾燥して巻き
取り、最終仕上焼鈍される。この際の焼鈍分離剤の組成
は本発明の第二の要素技術であり、グラス被膜の形成制
御や分解反応に重要な役割を持つ。本発明に用いる焼鈍
分離剤としては、まず、ＭｇＯは、粒径１０μｍ以下の
ものが３０％以上であり、ＣＡＡ値が５０〜３００秒、
水和水分が５％以下のものが望ましい。このＭｇＯへの
添加剤としては、Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，
Ｚｎ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｓｒ，Ａｌ等の塩化物、炭酸
塩、硝酸塩、硫酸塩、硫化物の１種又は２種以上を２〜
３０重量部用いる。

【００２１】本発明において焼鈍分離剤と共に重要なの
は第三の要素技術である最終仕上焼鈍の条件である。本
発明者等は、本発明のように脱炭焼鈍後に窒化処理を行
い、インヒビターとして（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを主成分とす
るインヒビターを形成し、焼鈍分離剤と最終仕上焼鈍条
件によってグラス被膜の形成制御、分解反応を起こさせ
る工程を採る場合においては、焼鈍雰囲気条件が二次再
結晶の安定化と高磁束密度化に重要な要素となることを
膨大な実験と研究の結果つきとめた。

【００２２】即ち、本発明のようにインヒビターとして
ＭｎＳを殆ど使用せず、（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎ系のインヒビ
ターを利用する工程においては、二次再結晶開始温度が
１１００℃前後で、従来の高磁束密度方向性電磁鋼板の
製造法によるものより高い。このため、二次再結晶開始
温度領域までグラス被膜形成の抑制、分解反応を行いな
がらインヒビターの強度を一定レベルに保つ必要があ
る。

【００２３】これは焼鈍分離剤によって、一旦グラス被
膜の形成が始まり、次いで分解反応を誘起する工程で
は、グラス被膜の分解反応が開始する時期から鋼中のイ
ンヒビターの分解が急速に進行するからである。このた
め、本発明のように特定条件下で仕上焼鈍を行わないと
良好な二次再結晶と高磁束密度が得られない。

【００２４】仕上焼鈍条件としては、グラス被膜の分解
反応が開始する昇温時、均熱温度に到達するまでの雰囲
気をＮ₂３０％以上として行われるのが良い。これによ
り、二次再結晶開始時期まで（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎの安定化
が保たれる。

【００２５】また、インヒビターの分解速度は、鋼板の
比表面積が大きくなるほど大きくなるので、低鉄損化を
図るために板厚の薄い材料を作るときは、（Ａｌ，Ｓ
ｉ）Ｎの更なる安定化を行わなければならない。例え
ば、板厚が０．１７mm以下の時は、Ｎ₂５０％以上の雰
囲気が望ましい。

【００２６】仕上焼鈍された鋼板は形状矯正、歪取焼鈍
をかねて連続焼鈍ラインで８００〜９００℃で絶縁被膜
剤の焼付けとヒートフラットニングされる。このヒート
フラットニングの前又は後にレーザー、歯型ロール、プ
レス、ケガキ、局部エッチング等の局部加工により、深
さ５〜５０μｍ、間隔２〜１５mmで圧延方向に対して４
５〜９０度の方向に線状キズ又は点状キズが導入され
る。この後、需要家における使用目的に応じて種々の絶
縁被膜剤が塗布され、焼付処理される。

【００２７】超低鉄損を実現するための張力被膜を形成
しようとするときは、絶縁被膜剤として、例えば特公昭
５３−２８３７５号公報に示されるような、燐酸塩〜コ
ロイダルシリカ系の被膜剤が塗布され、焼付処理され
る。又、後の需要家での使用工程で良加工性を必要とす
る場合には、ヒートフラットニング後の鋼板上に有機被
膜剤又は半有機被膜剤を塗布・焼付処理して使用しても
よいし、無機被膜剤を塗布・焼付処理した後、有機系被
膜剤を塗布・焼付処理して二層被膜を形成して使用して
もよい。

【００２８】有機系被膜剤としては、（１）アクリル、
ポリビニル、酢酸ビニル、エポキシ、スチレン等の樹脂
及び／又はこれらの重合体、架橋体の１種又は２種以上
の全有機被膜剤か、（２）前記（１）における樹脂クロ
ム酸塩、燐酸、燐酸塩、ホウ酸、ホウ酸塩等の１種又は
２種以上の混合物からなる半有機系被膜剤を１５０〜４
５０℃の温度で塗布・焼付処理して使用する。

【００２９】これらの有機系被膜剤の塗布・焼付処理に
より、打ち抜き性、スリット性、切断性等が著しく改善
される。本発明によれば、従来のグラス被膜を有する製
品の打ち抜き性が、スチールダイスを使用する場合には
５千回程度であるのに対し、グラス被膜を有さない製品
では、無機絶縁被膜剤を塗布・焼付した場合、約１０万
回、さらにこの上に半有機系被膜剤を塗布・焼付した場
合には、２００万回程度まで打ち抜き性が向上する。

【００３０】次に、本発明における構成要件の限定理由
について述べる。まず、出発材として使用する電磁鋼ス
ラブの成分組成の限定理由は次の通りである。Ｃはその
含有量が０．０２１％未満では、二次再結晶が不安定に
なり、二次再結晶した場合にも製品の磁束密度がＢ₈で
１．８０Tesla 程度と低いものになる。一方、０．０７
５％超になると、脱炭焼鈍工程で長時間を要するため、
生産性を阻害する。

【００３１】Ｓｉは、その含有量によって固有抵抗が変
化する。１．０％未満では、脱炭焼鈍時にＳｉＯ₂の酸
化層が鋼板表面に形成されにくく、本発明による、二次
再結晶時の表面シール効果が得られにくい。Ｓｉ含有量
が８％を超えると、最終製品の靭性が極端に劣化し、実
用に耐えない。なお、超低鉄損の実現し易さという点で
は、Ｓｉ含有量を２．５％以上として製品の固有抵抗を
確保することが望ましく、生産性の面からは、Ｓｉ４．
５％以下として、冷間圧延時の割れ、破断防止の困難を
低減することが望ましい。

【００３２】本発明の出発材の成分系における特徴の一
つは、Ｓを０．０１４％以下とすることにある。従来の
公知技術は、例えば特公昭４７−２５２２０号公報に開
示されている技術においては、ＳはＭｎＳとして二次再
結晶を生起させるに必要な析出物を形成する元素で、前
記公知技術においてＳが最も効果を発現する含有範囲が
あり、それは熱延に先立って行われるスラブ加熱段階で
ＭｎＳを固溶できる量として規定されていた。

【００３３】しかし、近年の研究において、二次再結晶
に必要な析出物として（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを用いる一方向
性電磁鋼板の製造プロセスにおいて、素材中のＳｉ量の
多いスラブを低温でスラブ加熱して熱延する場合、Ｓは
二次再結晶不良を助長することが見出された。素材中の
Ｓｉ量が４．５％以下の場合、Ｓ含有量は０．０１４％
以下、好ましくは０．００７０％以下であれば二次再結
晶不良の発生は全く生じない。

【００３４】本発明では二次再結晶に必要な析出物とし
て（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを用いる。従って、必要最低限のＡ
ｌＮを確保するためには、酸可溶Ａｌは０．０１０％以
上、Ｎは０．００３０％以上必要である。しかしなが
ら、酸可溶Ａｌが０．０４０％を超えると熱延中のＡｌ
Ｎ量が不適切となり、二次再結晶が不安定となるため、
０．０１０〜０．０４０％に制限される。一方、Ｎの含
有量は、０．０１３０％を超えるとブリスターと呼ばれ
る鋼板表面の割れが発生し、また一次再結晶の粒径が調
整できないため、０．００３０〜０．０１３０％に限定
する。

【００３５】Ｍｎは０．０５％未満では二次再結晶が不
安定となる。しかし、多くなるとＢ₈は高くなるが、一
定量以上添加してもコスト面で不利となる。このため、
０．０５〜０．４５％に制限される。

【００３６】本発明における脱炭焼鈍は、酸素目付量で
９００ppm 以下、且つＦｅＯ／ＳｉＯ₂が０．２０以下
が望ましい。酸素目付量が９００ppm 超では、必然的に
酸化膜中のＳｉＯ₂量、ＦｅＯ量が多くなり、酸化膜の
厚みも増すため、最終仕上焼鈍中でのグラス被膜分解反
応を行うに際して不利となる傾向がある。即ち、表面直
下にＳｉＯ₂が残留し、加工性向上効果を弱めたり、完
全に鏡面的なグラスレスの表面状態が得られないばかり
でなく、磁性劣化の原因になる。

【００３７】さらに、過剰のＳｉＯ₂の形成は、二次再
結晶開始以前に鋼中のインヒビターのＡｌＮ等のＳｉＯ
₂による分解反応を促進するため、良好な方位を有する
方向性が得られなくなるという問題がある。しかし、極
端に酸化量を抑制しようとすると、脱炭時間が長くなる
という問題があり、生産性を阻害する。特に好ましい範
囲は酸素目付量で４００〜７００ppm である。

【００３８】また、酸化膜中のＦｅＯ／ＳｉＯ₂は０．
２０以下が望ましい。０．２０超になると仕上焼鈍前半
でのグラス被膜形成反応性が極端に増加し、フォルステ
ライト形成量が増大するため、後のフォルステライトの
分解工程で十分に反応が進行しにくい。ＦｅＯ／ＳｉＯ
₂≦０．２０であればＭｇＯへの添加物等の効果によっ
て最終仕上焼鈍後では、ほぼ完全にグラス被膜を有しな
い鋼板が得られる。

【００３９】脱炭焼鈍後の鋼板の窒化量は１５０ppm 以
上とする。これは、本発明の工程で安定して良好な二次
再結晶を得るためにインヒビター（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを形
成するために必要な条件である。１５０ppm 未満では二
次再結晶が不安定になり、細粒の発生が生じやすい。し
かし、３００ppm 超では後の脱Ｎ等の反応の際に表面に
肌あれ状のムラを生じたり、後の純化工程で不利になる
場合があるので、３００ppm 以下とするのが望ましい。

【００４０】次に焼鈍分離剤に使用するＭｇＯは粒子
径、ＣＡＡ値、水和水分量に特に望ましい条件がある。
本発明の技術では、グラスレス化は仕上焼鈍の昇温時前
段で形成した適度のグラス被膜を昇温時後段で化学反応
により分解除去することにより行われる。即ち、仕上焼
鈍前段の二次再結晶開始までのインヒビターの安定化の
ためには、この時期における適度な量のグラス被膜によ
る追加酸化、窒化等の抑制効果を利用する必要があり、
磁気特性の優れたグラスレスの製品を得るために重要だ
からである。

【００４１】このためには、焼鈍分離剤のベースとなる
ＭｇＯ自体が適度の反応性を持っていることが重要であ
る。即ち、ＭｇＯの反応性が極端に悪いと、仕上焼鈍の
昇温過程前半のフォルステライトの形成反応が進行せ
ず、被膜によるシール効果が生じない。

【００４２】このような場合、二次再結晶が生じても極
端に結晶方位が悪くなったり、追加酸化により、鋼板表
面直下に残留ＳｉＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃或いはこれらのスピ
ネルが生じて鉄損の劣化をもたらす。このため、ＭｇＯ
の粒子径は１０μｍ以下のものが３０％以上であるよう
にするのが望ましい。これが３０％未満では、極端に反
応性が悪くなって前記効果を発揮できない。

【００４３】またＭｇＯのＣＡＡ値は５０〜３００秒が
望ましい。この値が５０秒未満では工業的に使用する際
に極端に水和の進行が早くなって、水和水分のコントロ
ールが困難になり、他方３００秒超では、ＭｇＯ粒子の
反応性が極度に低下して、仕上焼鈍前段での適度なフォ
ルステライトの形成が生じにくくなる。

【００４４】また、ＭｇＯの水和水分は５％以下が望ま
しい。これが５％超になると、鋼板間の露点が高くなっ
て昇温時前段で追加酸化を生じ、均一なグラスレス化状
態を作ることが困難になり、極端な場合にはインヒビタ
ーにまで影響を与えて二次再結晶不良が生じる。

【００４５】ＭｇＯへの添加物としては、Ｌｉ，Ｋ，Ｎ
ａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，Ｚｎ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｓ
ｒ，Ａｌ等の塩化物、炭酸塩、硝酸塩、硫酸塩、硫化物
の中から選ばれる１種又は２種以上がＭｇＯ１００重量
部に対して２〜３０重量部配合される。

【００４６】これらの化合物の添加により、まず仕上焼
鈍昇温時前段で鋼板表面に適度の薄いフォルステライト
被膜が形成され、次いでフォルステライトの形成抑制
と、追加酸化が防止され、昇温時後段に被膜層中のＦｅ
のエッチング反応により、被膜層が分解され、グラスレ
ス化される。

【００４７】これらの化合物の添加量が２重量部未満で
は前段で形成したフォルステライトの分解反応が十分に
進行せず、グラス被膜が残留するため好ましくなく、一
方３０重量部超では添加剤中の成分元素が鋼板中に拡散
侵入して粒界エッチングを起こしたり、インヒビターに
影響を与えたり、後の純化処理に影響を与えるため好ま
しくない。最も好ましい範囲は５〜１５重量部である。

【００４８】最終仕上焼鈍の条件は、本発明のように最
終焼鈍過程でグラス被膜の適度な形成と分解を行う工程
においては非常に重要である。通常、方向性電磁鋼板の
最終仕上焼鈍においては、雰囲気ガスはＮ₂，Ｈ₂或い
はこれらの混合ガスが用いられるが、表面の酸化制御と
コストの問題からＮ₂＋Ｈ₂が有利である。

【００４９】本発明の場合、グラスレス化反応の過程の
中でインヒビターの強度を制御するため、昇温中の雰囲
気ガスとして少なくともＮ₂３０％以上のＮ₂，Ｈ₂及
び他の不活性ガスからなる雰囲気が用いられる。Ｎ₂分
圧力が３０％未満では、グラスレス化の反応過程で生じ
る（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎの弱体化の抑制効果がなく、高磁束
密度材が安定して得られない。特にＮ₂２０％以下のよ
うな雰囲気条件では著しい磁気特性の劣化をもたらす。

【００５０】しかし、Ｎ₂１００％のような場合には、
ＭｇＯの物性値によっては、鋼板間の酸化度の上昇によ
って、酸化が生じて、鋼板表面にむらが生じることがあ
る。好ましくはＮ₂３０〜９０％の範囲である。

【００５１】また、板厚が薄くなると、（Ａｌ，Ｓｉ）
Ｎの分解速度が大きくなり、最適二次再結晶条件を確保
することが困難になる。従って、雰囲気ガス制御による
（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎの分解抑制力を高める必要がある。板
厚が０．１７mm以下の時は、Ｎ₂５０〜９０％が、好ま
しい範囲である。これらの雰囲気条件は、実際に二次再
結晶が進行する９００℃〜１０５０℃の温度域で確保す
ることが必要な条件である。

【００５２】Ｎ₂３０％以上のガスの使用に当たって昇
温時全体をこの雰囲気中で焼鈍してもよいが、ＭｇＯの
条件等によっては追加酸化が生じることがあり、（Ａ
ｌ，Ｓｉ）Ｎの安定化に最も効果的な温度である７００
℃以後に切り替えるのが好ましい。

【００５３】最終仕上焼鈍における均熱温度は本発明に
おいては１１８０〜１２５０℃とするのが有利である。
本発明においては、最終仕上焼鈍の均熱に到達した時点
でグラスレス化が実現しており、この時期の温度によっ
てはさらに熱的なエッチングにより、鋼板表面の鏡面化
が得られる。均熱温度が１１８０℃未満ではこの効果が
弱く、また、純化に対して不利となる。一方、１２５０
℃超では、鏡面化効果に限界があることと、コイル形状
が悪くなったり、エッジ部の焼付きが発生することがあ
る。

【００５４】この後、得られた鋼板に絶縁被膜剤を塗布
し、ヒートフラットニングするに際し、ヒートフラット
ニングの前又は後にレーザー、歯型ロール、プレス、ケ
ガキ、局部エッチング等により、鋼板表面に線状キズを
付与する。

【００５５】線状キズの条件は、電磁鋼板の用途によっ
て異なる。需要家で鉄心を加工する際に歪取焼鈍を行わ
ずに使用する場合は、適度な歪みによる効果を利用する
ため、深さは５μｍ未満のような浅い条件でよい。一
方、歪取焼鈍工程を必要とする巻き鉄心の場合には、線
状キズの状態が重要で深さ５〜５０μｍ、間隔２〜１５
mmで圧延方向に対して４５〜９０度である。

【００５６】線状キズの幅は特に特定するものではない
が、できるだけ狭い方がよい。深さ５μｍ未満では焼鈍
後の鉄損値の改善効果が小さく、５０μｍ超では磁束密
度の低下が大きくなり、高磁場での特性を考えると不利
になる。線状キズの方向はこの領域を外れると鉄損の改
善効果が得られなかったり、劣化が生じる。

【００５７】次いで、塗布・焼付処理される絶縁被膜剤
としては使用目的によって、無機、有機、半有機被膜等
が用いられる。鉄損低減を目的として張力効果を得るに
は、コロイド状シリカと燐酸塩を主成分とする処理剤や
燐酸塩単独の処理剤を塗布・焼付処理する。これによっ
て得られる被膜は、耐熱性も良好である。加工性を要求
されるケースでは、無機、有機、半有機被膜剤を１回又
は２回以上塗布・焼付処理される。本発明によりグラス
被膜を有しない超低鉄損材が得られるメカニズムは、以
下のようであると考えられる。本発明においては、脱炭
焼鈍で形成した反応性を制御した適正量の酸化膜と反応
性を制御したＭｇＯ及び添加材により、まず仕上焼鈍の
昇温過程前段で適正量のグラス被膜を形成する。これに
より鋼板表面に適度のシール効果が生じ、ＡｌＮ，Ｍｎ
Ｓ等のインヒビターの安定化が図れる。

【００５８】次いで仕上焼鈍昇温時後段で、ＭｇＯに配
合された塩化物、炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩、硫化物等の
添加物の作用によってグラス被膜のエッチング、分解反
応が進行する。この後、さらに仕上焼鈍の高温均熱段階
で、サーマルエッチング効果が生じる。

【００５９】この段階においては、冷延時の表面荒れ、
脱炭焼鈍での酸化膜の不均一化等によって生じた鋼板地
鉄面の凹凸が平滑化されて鏡面的な表面となる。これ
は、グラスレス化することにより、高温熱処理時の表面
の原子の移動が容易になり、表面張力を下げる結果、表
面の平滑化がもたらされるからである。

【００６０】このような反応過程では、二次再結晶開始
前までは、インヒビターの安定化、強化が重要であり、
この対策として、本発明においてはＮ₂分圧をコントロ
ールする。これにより、インヒビターの安定化が保た
れ、高磁束密度の方向性電磁鋼板が得られる。

【００６１】このようにして得られたグラスレスで、且
つ高磁束密度方向性電磁鋼板は、磁区細分化処理により
通常のグラス被膜付きの高磁束密度の方向性電磁鋼板に
比べて大きな鉄損改善効果が得られる。

【００６２】これは、１つはグラス被膜を有する製品に
見られるグラス被膜及び内部酸化層がないことと、もう
１つは凹凸が少ないスムーズな表面であることの２つの
効果によって、磁区細分化の時の磁壁移動の際にピンニ
ング現象がないため、高磁束密度の効果と相まって大き
な効果を生み、超低鉄損材が得られるものと考えられ
る。

【００６３】

【実施例】実施例１重量比でＣ：０．０５６％、Ｓｉ：４．０１％、Ｍｎ：
０．１０％、酸可溶Ａｌ：０．０３０％、Ｎ：０．００
７０％、Ｓ：０．００６５％を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避不純物からなる素材を２．０mmに熱延し、１１２０
℃で２分間焼鈍し、酸洗し、冷延して最終板厚０．２２
０mmとした。

【００６４】次いで、Ｎ₂２５％＋Ｈ₂７５％、露点５
５℃の雰囲気中で８５０℃で３分間の脱炭焼鈍を行っ
た。この時の鋼板の酸素目付量は６００ppm であった。
次いで、Ｎ₂２５％＋Ｈ₂７５％＋ＮＨ₃の雰囲気中で
７７０℃で鋼板Ｎ量が２２０ppm になるように窒化処理
を行い、供試材とした。

【００６５】この鋼板上に表１に示す組成の焼鈍分離剤
を塗布し、図２（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示す雰囲気条
件で最終仕上焼鈍を行った。次いで、この鋼板に歯幅３
０μｍの歯型ロールで深さ１５μｍになるように間隔５
mmで鋼板の圧延方向と直角方向に線状キズを付与した
後、絶縁被膜処理剤として、２０％コロイド状シリカ１
００ml＋５０％Ａｌ（Ｈ₂ＰＯ₄）₃５０ml＋ＣｒＯ₃
５ｇからなる溶液を乾燥後重量で１０ｇ／ｍ²となるよ
うに塗布し、８８０℃で４５秒間のヒートフラットニン
グと焼付処理を行った。この時の鋼板表面の被膜特性及
び磁気特性を表２に示す。

【００６６】この結果本発明によるものは、いずれもほ
ぼ全面的にグラス被膜が形成せず、金属光沢を呈してお
り、打ち抜き性が良好であった。また、磁気特性は昇温
雰囲気のＮ₂分圧の高い本発明の焼鈍条件（Ａ），
（Ｂ）によるものは非常に良好であった。しかし、焼鈍
分離剤を本発明のものを用いても焼鈍条件が（Ｃ）の条
件によるものは、いずれも磁束密度が低く、良好な磁性
は得られなかった。

【００６７】

【表１】

【００６８】

【表２】

【００６９】実施例２実施例１と同一の素材コイルを同様にして処理し、最終
板厚０．１７mmの冷延板を得た。次いで、Ｎ₂２５％＋
Ｈ₂７５％中で露点を変更して酸素目付量（１）５００
ppm ，（２）７５０ppm ，（３）１２００ppm となるよ
うに脱炭焼鈍し、次いでＮ₂２５％＋Ｈ₂７５％＋ＮＨ
₃雰囲気中で窒素量が２５０ppm となるように窒化処理
を行って出発材とした。

【００７０】この鋼板に表３に示す組成の焼鈍分離剤を
塗布し、最終仕上焼鈍を図２（Ａ）に示すサイクルで行
った。この後、この鋼板に歯幅２０μｍのプレスロール
間隔４mm、深さ１０μｍの条件で圧延方向に直角な方向
に線状キズを付与し、５％Ｈ₂ＳＯ₄で８０℃で１０秒
間の軽酸洗をし、絶縁被膜処理剤として、２０％コロイ
ダルシリカ１００ml＋５０％Ａｌ（Ｈ₂ＰＯ₄）₃５０
ml＋ＣｒＯ₃５ｇからなる処理剤を乾燥後の重量で８ｇ
／ｍ²になるように塗布した後、８９０℃で３０秒間の
ヒートフラットニングと焼付処理を行った。

【００７１】この製品板に別のラインでアクリル系樹脂
をベースとする半有機被膜剤を乾燥後の重量で０．３ｇ
／ｍ²になるように塗布し、３００℃で３０秒間焼付処
理を行った。この時の鋼板表面状況及び磁気特性を表４
に示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】

【表４】

【００７４】この結果、本発明によるものは脱炭後の酸
素目付量５００ppm ，７５０ppm の材料はいずれもグラ
スレス化が顕著で、グラス被膜量の定量の結果でもほと
んどフォルステライトが形成されていないことが確認さ
れた。また、打ち抜き性の試験結果においても非常に良
好な結果が得られた。また、磁気特性も酸素目付量５０
０ppm ，７５０ppm の条件では本発明の焼鈍分離剤のも
のは、いずれも高磁束密度で、良好な鉄損値が得られ
た。

【００７５】実施例３重量比でＣ：０．０６０％、Ｓｉ：３．８０％、Ｍｎ：
０．１００％、酸可溶Ａｌ：０．０２６％、Ｎ：０．０
０７５％、Ｓ：０．０７５％を含有し、残部Ｆｅ及び不
可避不純物からなる素材を熱延し、１１２０℃で２分間
焼鈍し、酸洗し、冷延して最終板厚０．１５０mmとし
た。次いで、脱炭焼鈍条件としてＮ₂２５％＋Ｈ₂７５
％、露点６５℃にて８３０℃×１．５分間の焼鈍を行っ
た。この時の鋼板の酸素目付量は５５０ppm であった。
次いで、実施例１，２と同様にして窒素量が２００ppm
になるように窒化処理を行って出発材とした。

【００７６】この鋼板に表５に示す組成の焼鈍分離剤を
塗布し、図２（Ｂ）に示す条件で最終仕上焼鈍を行っ
た。この後２％Ｈ₂ＳＯ₄，８０℃で１５秒間の条件で
軽酸洗を行い、絶縁被膜剤として２０％コロイダルシリ
カ１００ml＋５０％Ａｌ（Ｈ₂ＰＯ₄）₃５０ml＋Ｃｒ
Ｏ₃５ｇの組成の処理剤を乾燥後の重量で６ｇ／ｍ²の
割合で塗布し、８５０℃で３０秒間のヒートフラットニ
ングと焼付処理を行った。

【００７７】この製品板にレーザーを用いて鋼板の圧延
方向と直角方向に間隔５mm、照射幅０．１５mm、照射痕
の深さ２．０μｍの条件で歪み付与処理を行って最終製
品とした。この時の鋼板表面状況と磁気特性の結果を表
６に示す。

【００７８】

【表５】

【００７９】

【表６】

【００８０】この結果、本発明によるものは、いずれも
グラスレス化が顕著で、レーザー処理による磁区制御を
行った製品の特性が良好であった。特に、ＭｇＯのＣＡ
Ａ値２８０秒のＭｇＯを使用したものは良好な結果が得
られた。一方、比較材の条件では厚いグラス被膜を形成
したが、磁区制御後の特性がやや悪い結果となった。

【００８１】

【発明の効果】本発明によれば、グラス被膜を有しない
加工性の良好な高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】最終仕上焼鈍におけるインヒビター元素Ａｌの
変化（ａ）及びＮの変化（ｂ）を示す図表である。

【図２】最終仕上焼鈍条件を示す図で、（Ａ），（Ｂ）
は本発明の焼鈍条件の例を示す図、（Ｃ）は従来の焼鈍
条件を示す図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増井浩昭北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者原谷勤北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者石橋希瑞北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者小野正雄北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者美嶋洋一北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (56)参考文献特開平３−294427（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比で、Ｓｉ：１．０〜７．０％を含
み、ヒートフラットニングの前又は後に、鋼板表面に線
状又は点状キズを付与して磁区細分化した方向性電磁鋼
板において、鋼板の金属表面から１５μｍ内に分布する
内部酸化層の量が、当該厚み領域内の酸素含有量で１％
以下であり、鉄損値Ｗ_13/50≦０．３w/kgであることを
特徴とする加工性の優れた高磁束密度超低鉄損方向性電
磁鋼板。
【請求項２】板厚が０．２５mm以下であり、鋼板の金
属表面上に張力被膜を有し、磁化方向の張力が付与され
たことを特徴とする請求項１記載の加工性の優れた高磁
束密度超低鉄損方向性電磁鋼板。
【請求項３】重量比で、Ｃ：０．０２１〜０．０７５％、Ｓｉ：２．５〜４．５％、酸可溶Ａｌ：０．０１０〜０．０４０％、Ｎ：０．００３０〜０．０１３０％、Ｓ≦０．０１４％、Ｍｎ：０．０５〜０．４５％、残部がＦｅ及び不可避の不純物からなるスラブを、１２
８０℃未満の温度で加熱した後、熱延し、引続き熱延板
焼鈍し又はすることなく、１回又は焼鈍を挟む２回以上
の冷延により最終板厚とし、次いで脱炭焼鈍した後又は
脱炭焼鈍の後半で若しくはこれらの両段階で窒化処理し
た後に、焼鈍分離剤を塗布し、高温仕上焼鈍し、ヒート
フラットニングの前又は後に鋼板表面に線状又は点状キ
ズを付与し、磁区細分化することからなる方向性電磁鋼
板の製造方法において、焼鈍分離剤として、ＭｇＯ１０
０重量部に対し、Ｌｉ，Ｋ，Ｎａ，Ｂａ，Ｃａ，Ｍｇ，
Ｚｎ，Ｆｅ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｓｒ，Ａｌ等の塩化物、炭酸
塩、硝酸塩、硫酸塩、硫化物の中から選ばれる１種又は
２種以上を２〜３０重量部添加した分離剤を塗布し、次
いで最終仕上焼鈍条件として、昇温時、均熱までの雰囲
気を少なくともＮ₂：３０％以上のＮ₂＋Ｈ₂で焼鈍
し、ヒートフラットニングの前又は後に、線状又は点状
キズを圧延方向に対して４５〜９０度の方向に付与した
後、絶縁被膜処理を行うことを特徴とする加工性の優れ
た高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項４】脱炭焼鈍における鋼板酸素目付量が９０
０ppm 以下で、且つ酸化膜中のＦｅＯ／ＳｉＯ₂が０．
２０以下であることを特徴とする請求項３記載の加工性
の優れた高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造方
法。
【請求項５】窒化処理における窒化量が１５０ppm 以
上であることを特徴とする請求項３記載の加工性の優れ
た高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項６】焼鈍分離剤に使用するＭｇＯが、粒子径
が１０μｍ以下のものを３０％以上含み、クエン酸活性
度ＣＡＡ値が５０〜３００秒（３０℃測定値）、水和水
分が５％以下であることを特徴とする請求項３記載の加
工性の優れた高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造
方法。
【請求項７】線状又は点状キズの付与条件が、製品を
鉄心加工する際に、歪取焼鈍を行わない場合には深さ５
μｍ未満、歪取焼鈍を行う場合には深さ５〜５０μｍ、
間隔２〜１５mmとし、且つ圧延方向に対して４５〜９０
度の方向に線状又は点状に処理することを特徴とする請
求項３記載の加工性の優れた高磁束密度超低鉄損方向性
電磁鋼板の製造方法。
【請求項８】絶縁被膜剤の塗布に際し、無機、有機、
半有機のうち、いずれかを用いて１回又は２回以上の焼
付処理を行うことを特徴とする請求項３記載の加工性の
優れた高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。
【請求項９】最終仕上焼鈍条件として、９００℃〜１
０５０℃の雰囲気を、Ｎ₂５０〜９０％のＮ₂＋Ｈ₂で
焼鈍することを特徴とする請求項３記載の加工性の優れ
た高磁束密度超低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法。