JP2786577B2 - 方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

方向性けい素鋼板の製造方法

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JP2786577B2 JP5127041A JP12704193A JP2786577B2 JP 2786577 B2 JP2786577 B2 JP 2786577B2 JP 5127041 A JP5127041 A JP 5127041A JP 12704193 A JP12704193 A JP 12704193A JP 2786577 B2 JP2786577 B2 JP 2786577B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、方向性けい素鋼板の
製造方法に関し、特に脱炭焼鈍工程を工夫することによ
って、磁気特性を改善しようとするものである。
【0002】
【従来の技術】方向性けい素鋼板は軟磁性材料として、
主に変圧器あるいは回転機等の鉄心材料として使用され
るもので、磁気特性として磁束密度が高く、鉄損および
磁気歪が小さいことが要求される。
【0003】かかる方向性けい素鋼板は、2次再結晶に
必要なインヒビター、例えばMnS,MnSe,AlN等を含む、方
向性けい素鋼スラブを加熱して熱間圧延を行った後、必
要に応じて焼鈍を行い、1回あるいは中間焼鈍をはさむ
2回以上の冷間圧延によって最終製品板厚とし、次いで
脱炭焼鈍を行った後、鋼板にMgO などの焼鈍分離剤を塗
布し、仕上げ焼鈍を行って製造される。なお、この方向
性けい素鋼板の表面には、特殊な場合を除いて、フォル
ステライト(Mg2SiO4 ) 質絶縁被膜が形成されているの
が普通である。この被膜は表面の電気的絶縁だけでな
く、その低熱膨張性を利用して引張応力を鋼板に付与す
ることにより、鉄損さらには磁気歪をも、効果的に改善
している。
【0004】この被膜は仕上げ焼鈍において形成される
が、その形成挙動は鋼中のMnS,MnSe,AlN等のインヒビタ
ーの挙動に影響するため、優れた磁性を得るための必須
の過程である2次再結晶そのものにも影響を及ぼす。さ
らに形成した被膜は、2次再結晶が完了して不要となっ
たインヒビター成分を被膜中に吸い上げ、鋼を純化する
ことによっても、鋼板の磁気特性の十分な発揮を助けて
いる。従って、この被膜形成過程を制御して被膜を均一
に形成することは、方向性けい素鋼板の製品品質を左右
する重要なポイントのひとつである。
【0005】すなわち、形成した被膜は、当然のことな
がら、均一で欠陥がなく、かつ剪断、打抜きおよび曲げ
加工等に耐え得る密着性の優れたものでなければならな
い。また、平滑で鉄心として積層したときに、高い占積
率を示すものでなければならない。
【0006】方向性けい素鋼板にフォルステライト質絶
縁被膜を形成させるには、所望の最終厚みに冷間圧延し
た後、湿水素中で700 〜900 ℃の温度で連続焼鈍を行っ
て、冷間圧延後の組織を、適正な2次再結晶が起こるよ
うに、1次再結晶させると同時に、2次再結晶を完全に
行わせて磁気特性を向上させるため、鋼板に0.01〜0.10
%程度含まれる炭素を、 0.003%程度以下まで脱炭す
る。
【0007】さらに、これと同時に酸化によって、SiO2
を主成分とするサブスケールを鋼板表層に生成させる。
その後、MgO を主成分とする焼鈍分離剤を鋼板上に塗布
し、コイル状に巻取って還元または非酸化性雰囲気中に
て1000℃から1200℃程度の温度で、高温仕上げ焼鈍を施
すことにより、以下の式で示される固相反応によってフ
ォルステライト質絶縁被膜を形成させる。2MgO +SiO2
→MgSiO4
【0008】このフォルステライト質絶縁被膜は1μm
前後の微細結晶が緻密に集積したセラミックス被膜であ
り、上述の如く、脱炭焼鈍において、鋼板表層に生成し
た酸化物を一方の原料物質として、その鋼板上に生成す
るものであるから、この酸化物の種類,量,分布等は、
フォルステライトの核生成や粒成長挙動に関与するとと
もに被膜結晶粒の粒界や粒そのものの強度にも影響を及
ぼし、従って仕上げ焼鈍後の被膜品質にも多大な影響を
及ぼす。
【0009】また、他方の原料物質であるMgO を主体と
する焼鈍分離剤は、水に懸濁したスラリーとして鋼板に
塗布されるため、乾燥された後も物理的に吸着したH2O
を保有する他、一部が水和してMg(OH)2 に変化している
ため、仕上焼鈍中に 800℃あたりまで、少量ながらH2O
を放出し続ける。このため鋼板表面はこのH2O により、
いわゆる追加酸化を受ける。この酸化もフォルステライ
トの生成挙動に影響を及ぼすとともにインヒビターの酸
化や分解につながることから、これが多いと磁気特性を
劣化する要因となる。この追加酸化の受け易さも、脱炭
焼鈍で生じた鋼板表層の酸化物層の物性に大きく左右さ
れる。
【0010】さらに、AlN をインヒビターとする方向性
けい素鋼板においては、この酸化物層の物性が、仕上げ
焼鈍中の脱N挙動あるいは焼鈍雰囲気からのNの侵入挙
動に影響を及ぼして、磁気特性にも影響を与える。以
上、述べたように、脱炭焼鈍における鋼板表層の状態を
制御することは、方向性けい素鋼板の製造における重要
なポイントのひとつとなる。
【0011】方向性けい素鋼板の脱炭焼鈍に関しては、
例えば、特開昭59−185725号公報に開示されているよう
に、焼鈍雰囲気の露点を50〜75℃に制御する方法、特開
昭54−160514号公報に示されているように、雰囲気の酸
化度を、脱炭の前半では0.15以上とし、後半では0.75以
下でかつ前半より低くする方法などが知られている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
雰囲気制御によっても、必ずしも十分な品質を有するフ
ォルステライト被膜が生成するとは限らず、ストリップ
幅方向、あるいは長手方向で密着不良の部分を生じた
り、外観,被膜厚み,あるいはフォルステライト粒径等
が不均一な被膜となる場合が応々にして生じる。さら
に、局所的に点状−筋状に被膜が剥離したり、ポーラス
な被膜となる場合もあった。
【0013】この発明は、上記の問題点を有利に解決し
ようとするものであり、コイルの全幅および全長にわた
って、欠陥のない均一で密着性の優れた被膜を有する方
向性けい素鋼板を得るための、新規な製造方法について
提案することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】この発明は、方向性けい
素鋼素材を熱間圧延したのち、1回または中間焼鈍を挟
む2回の冷間圧延を施し、ついで脱炭焼鈍後、焼鈍分離
剤を塗布してから、最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程よ
りなる方向性けい素鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍
は、鋼板ストリップと雰囲気ガスとの相対流速が80m/mi
n 以上の炉内雰囲気で行うことを特徴とする方向性けい
素鋼板の製造方法である。また、この発明は、上記の方
法において、さらに鋼板温度が 750℃以上での水素分圧
に対する水蒸気分圧の比をFeO 生成域よりも低く設定し
た、炉内雰囲気で行うことを特徴とする方向性けい素鋼
板の製造方法である。
【0015】
【作用】発明者らは、ストリップにおけるフォルステラ
イト被膜の品質ばらつきの原因を詳細に調査した結果、
脱炭焼鈍において鋼板表層に生成するサブスケールの量
と質のばらつきが大きく影響していることを見出した。
このことは、ストリップの幅方向あるいは長手方向にお
いて、サブスケール形成反応が、必ずしも均一には起こ
っていないことを意味する。この原因としては、雰囲気
の酸化性を規定する水素分圧に対する水蒸気分圧の比
(以下、P(H2O) /P(H2)と示す)の不可避的変動の
他、鋼板と雰囲気ガスとの接触が均一に生じていないこ
とが考えられる。そこで、ストリップと雰囲気ガスの相
対流速を速くすることにより、サブスケール形成反応を
促進し、かつ均一化する実験を行った。以下にこの実験
結果について述べる。
【0016】インヒビターとしてMnSeおよびSbを含む
3.3wt%けい素鋼板(板厚0.23mm)を、 840℃×2分
間、P(H2O) /P(H2):0.58の湿水素雰囲気中で脱炭焼
鈍した。このとき雰囲気ガスと鋼板の相対速度を、40〜
160m/minの間で変化させた。得られた脱炭焼鈍板の酸素
目付量を調査するとともに、この鋼板にMgO を主成分と
する焼鈍分離剤を塗布し、 850℃×50時間の2次再結晶
焼鈍と、引続くH2雰囲気中での1200℃×5時間の純化焼
鈍を行った。その後、フォルステライト被膜の均一性を
評価した。これらの結果を図1(a) および(b) にそれぞ
れ示す。まず、同図(a) に示すように、脱炭焼鈍後の酸
素目付量は、鋼板と雰囲気ガスとの相対流速の増加につ
れて増大し、かつばらつきも小さくなっており、相対流
速80m/min 以上でほぼ安定する。また、同図(b) に示す
ように、フォルステライト被膜は、相対流速が80m/min
以上でコイル全幅,全長にわたって均一になったが、40
〜60m/min では、それよりも明らかに均一性が劣った。
【0017】このように、鋼板と雰囲気ガスとの相対流
速を80m/min 以上とすることで、フォルステライト被膜
の均一性が向上したのは、脱炭焼鈍におけるサブスケー
ルの形成が、均一化、かつ促進されたためと考えられ
る。
【0018】さらに、脱炭雰囲気の酸化性を規定する分
圧比P(H2O) /P(H2)の影響について検討を行ったとこ
ろ、鋼板温度が 750℃以上では、P(H2O) /P(H2)をFe
O 生成域に入らないように低く設定することで、より良
好な被膜が安定して得られることが新たに判明した。Fe
O を生成するP(H2O) /P(H2)は、図2に示すように、
750 ℃では約0.54,800 ℃では約0.60,850 ℃では約0.
64である。ここで、図2に示すFeO 生成域の下限は、次
式で表すことができる。
【数1】 ただし T=ケルビン温度 従って、鋼板温度が750 ℃以上のP(H2O) /P(H2)は、
【数2】 の範囲に設定すればよい。
【0019】また、鋼板温度が750 ℃以上で、FeO 生成
域に入ると被膜特性が相対的に劣化するのは、形成した
サブスケールの保護性が劣化し、仕上焼鈍中の追加酸化
を受けやすくなるためと考えられる。
【0020】なお、方向性けい素鋼板は、2次再結晶の
ために利用するインヒビターのちがいによって、Mn−Sb
系,AlN −MnS 系,AlN −MnSe系,Mn−S系等の種類が
あるが、この発明はいずれの鋼種に対しても適用でき
る。
【0021】
【実施例】
実施例1 C;0.065 wt%(以下、単に%と示す),Si;3.28%,
Mn;0.08%,Se;0.022 %,sol.Al;0.024 %,N;0.
008 %,Sb;0.025 %を含有する方向性けい素鋼素材
を、2.3mm 厚に熱間圧延後、1150℃で均一化焼鈍を行
い、その後、1回の冷間圧延で0.23mmの板厚とした。次
いで 835℃で 120秒間、湿水素中で脱炭焼鈍を行った。
このとき、鋼板の通板速度および雰囲気ガスの流通速度
を変更することによって、鋼板と雰囲気ガスの相対流速
を表1に示す3水準に調整した。また、雰囲気ガスのP
(H2O) /P(H2)は、0.55および0.65の2水準とした。次
いで、MgO にTiO2:3%を含む焼鈍分離剤を塗布し、H2
雰囲気中で、1200℃,10時間の2次再結晶,純化焼鈍に
供した。その後、りん酸マグネシウムとコロイダルシリ
カを主成分とするコーティングを施した。
【0022】かくして得られた製品の1.7 T, 50Hzにお
ける鉄損W17/50 値、磁界 800A/mにおける磁束密度B
8 値、被膜の曲げ密着性および被膜の外観について調査
した。被膜の曲げ密着性は、種々の径(5mm間隔)を有
する丸棒に試験片を巻きつけ、被膜の剥離しない最小径
で示した。これらの結果を表1に併記する。
【0023】
【表1】
【0024】表1から明らかなように、鋼板と雰囲気ガ
スの相対流速が69m/min と低いNo.4は、被膜にむらや
点状剥離欠陥がある上、密着性に劣り、また磁気特性も
やや劣るものであった。これに対し、この発明に従って
得られたNo.1〜3は、被膜特性および磁気特性ともに
明らかに向上した。中でも雰囲気のP(H2O) /P(H2)を
0.55と、FeO 生成域よりも低くした場合に、特に良好な
品質が得られた。
【0025】実施例2 C;0.041 %,Si;3.30%,Mn;0.07%,Se;0.022 %
およびSb;0.024 %を含有する方向性けい素鋼素材を、
2.0mm 厚に熱間圧延後、900 ℃で均一化焼鈍を施し、さ
らに 980℃で2分間の中間焼鈍をはさむ2回の冷間圧延
によって、0.23mmの板厚とした。次いで 840℃で 100秒
間、湿水素中で脱炭焼鈍を行った。このとき、鋼板の通
板速度および雰囲気ガスの流速を変更することによっ
て、鋼板と雰囲気ガスの相対流速を表2に示すように、
4水準に調整した。
【0026】また、雰囲気ガスのP(H2O) /P(H2)は0.
52と一定にした。次に、MgO にTiO2:1%およびSrS
O4 :2%を含む焼鈍分離剤を塗布し、 850℃,50時間
の2次再結晶焼鈍と、引続くH2雰囲気中での1180℃×7
時間の純化焼鈍に供した。その後、実施例1と同様に処
理し、製品品質を調査した。その結果を表2に併記す
る。
【0027】
【表2】
【0028】表2から明らかなように、鋼板と雰囲気ガ
スの相対流速が60m/min と低いNo.4は、被膜にむらが
あり、密着性も劣っていた。これに対し、この発明に従
って得られたNo.1〜3は、被膜特性および磁気特性と
もに優れたものであった。
【0029】
【発明の効果】この発明によれば、脱炭焼鈍における鋼
板と雰囲気ガスの相対流速を80m/min以上とすることに
より、被膜特性に優れかつ磁気特性も良好な方向性けい
素鋼板の安定生産が可能となる。また、さらに雰囲気ガ
スのP(H2O) /P(H2)をFeO 生成域より低くすることに
より、一層優れた被膜特性を与えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋼板に対する雰囲気ガスの相対流速と、脱炭焼
鈍後の酸素目付量および仕上げ焼鈍後のフォルステライ
ト被膜の外観と、の関係をそれぞれ示す図である。
【図2】3%けい素鋼の湿水素中における生成酸化物の
平衡状態図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 9/46 501 C21D 3/04 C21D 8/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】方向性けい素鋼素材を熱間圧延したのち、
    1回または中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施し、つい
    で脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ
    焼鈍を施す一連の工程よりなる方向性けい素鋼板の製造
    方法において、 脱炭焼鈍は、鋼板ストリップと雰囲気ガスとの相対流速
    が80m/min 以上の炉内雰囲気で行うことを特徴とする方
    向性けい素鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】方向性けい素鋼素材を熱間圧延したのち、
    1回または中間焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施し、つい
    で脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上げ
    焼鈍を施す一連の工程よりなる方向性けい素鋼板の製造
    方法において、 脱炭焼鈍は、鋼板ストリップと雰囲気ガスとの相対流速
    が80m/min 以上で、かつ鋼板温度が 750℃以上での水素
    分圧に対する水蒸気分圧の比をFeO 生成域よりも低く設
    定した、炉内雰囲気で行うことを特徴とする方向性けい
    素鋼板の製造方法。
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