JP2846202B2

JP2846202B2 - 方向性珪素鋼板の脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理方法

Info

Publication number: JP2846202B2
Application number: JP34871792A
Authority: JP
Inventors: 宏威石飛
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH06192847A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は方向性珪素鋼板の脱炭・
１次再結晶焼鈍板の管理方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性珪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、磁気歪
が小さいことが要求される。この方向性珪素鋼板の表面
には、特殊な場合を除いて、フォルステライト（Mg₂SiO
₄)質絶縁皮膜が形成されているのが普通である。この皮
膜は表面の電気的絶縁だけでなく、その低熱膨張性に起
因する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。

【０００３】また、この皮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。さらに形成した皮膜は、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皮膜中に吸い上げ、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。したがってこの皮膜の均一な形成とそ
の過程の制御は、方向性珪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。

【０００４】なお、形成した皮膜は、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
工等に耐えうる密着性の優れたものでなければならな
い。また、平滑で鉄心に積層したときに、高い占積率を
示すものでなければならない。方向性珪素鋼板にフォル
ステライト質絶縁皮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、冷延後の組織を１次再結晶させとと
もに、磁気特性にとって、有害な炭素をできる限り、減
少せしめる。また、この時、同時に酸化により、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で
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皮膜を形成させる。

【０００５】２MgO ＋SiO₂→ Mg₂SiO₄ なお、この皮膜は１μｍ前後の微細結晶が緻密に集積し
たセラミックス皮膜である。フォルステライト質絶縁皮
膜は、上述の如く、脱炭・１次再結晶焼鈍において、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皮膜結晶粒の粒界や粒そのものの強
度にも影響を及ぼすことで仕上げ焼鈍後の皮膜品質に多
大な影響を及ぼす。

【０００６】また、もういっぽうの原料物質である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、仕上げ焼鈍中に 800℃あたりまで、少量
ながらH₂O を放出しつづける。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重要な要因となる。この追加酸化
の受け易さも、脱炭・１次再結晶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。

【０００７】さらにAlN をインヒビターとする方向性珪
素鋼においては、仕上げ焼鈍中の脱Ｎ挙動あるいは焼鈍
雰囲気からのＮの侵入挙動にこの酸化物層の物性が影響
することによっても磁気特性に影響を与える。以上、延
べたことから脱炭・１次再結晶焼鈍後の鋼板表層の状態
は、方向性珪素鋼板の製造における重要な管理ポイント
のひとつであることが理解されるであろう。

【０００８】従来、この脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理
のために、いくつかの方法が提案されている。例えば、
特公昭58−43691 号公報には鋼板を水溶液系腐食液に浸
漬して、比較対極との間に生ずる電極電位あるいは電流
を測定する方法が示されている。また、特開昭59−4148
0 号公報には、鋼板の酸素目付量および酸化膜中に存在
するファイヤライト（Fe₂SiO₄)とシリカ（SiO₂）の比率
を管理する方法が示されている。さらに特開平２−2748
17号公報には、鋼板の酸素量を管理する方法が示されて
いる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法は、確かに管理手段としてある程度の有効性を発
揮するものではあるが、十分なものとは言えなかった。
すなわち電極電位、酸素量あるいはファイヤライト／シ
リカ比等を、一定の管理範囲に制御しても、なおかつ原
因不明の皮膜特性や磁気特性の劣化が生じることがあっ
た。

【００１０】また、データのばらつきが大きいこと、あ
るいは結果が出るまでにかなりの時間を要する等の欠点
もあった。本発明は、これら従来の問題点を解決し、製
品の皮膜特性および磁気特性を安定ならしめるための、
より的確かつ迅速な脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理方法
を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、脱炭・１次
再結晶焼鈍板の表面の化学的活性度に注目し、種々の検
討を行ったところ、一定条件で酸洗した場合の溶解減量
が、製品品質と強い相関をもっていることを見出し、本
発明を達成した。すなわち、この発明は、方向性珪素鋼
板の製造に際し、所望の最終板厚に冷間圧延した鋼板を
湿水素雰囲気中で連続焼鈍し、脱炭と１次再結晶を行わ
しめた後、試料を採取し、金属Fe、鉄酸化物および鉄珪
酸塩は溶解するが、SiO ₂ は溶解しない条件で酸洗して、
その溶解減量を測定することを特徴とする方向性珪素鋼
板の脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理方法である。

【００１２】

【作用】工場のラインにおいて 830℃×３分間、湿水素
雰囲気中で脱炭・１次再結晶焼鈍した板厚0.23mmの約
3.3％、Siを含有する方向性珪素鋼板素材を多数のコイ
ルから採取した。これらの鋼板はインヒビター成分とし
てMnSeおよびSbを含むすべて同一の鋼種である。これら
の試料を60℃、５％ HCl中で60秒間酸洗し、この時の溶
解減量を測定した。この結果とラインで観察された仕上
げ焼鈍後の製品の皮膜均一性および磁気特性との関係を
調べた。また、実験室でこの試料に焼鈍分離剤としてMg
O のスラリーを塗布し、乾燥した後、Ｎ₂ 中で 850℃、
５時間の焼鈍を行ったときの酸素目付量の増加分、すな
わち追加酸化量を調べた。これらの結果を図１と図２に
示す。

【００１３】図１から酸洗減量の多いものは、 MgOを塗
布して焼鈍した場合の追加酸化量が多いことがわかる。
また、図１および図２から酸洗減量が多いと、皮膜均一
性および磁気特性が劣化することがわかる。以上のこと
は次のように理解される。酸洗減量は、表面の化学的活
性度の指標であるからこれが多い鋼板の表面はより反応
性に富んでいる。したがって仕上げ焼鈍中の追加酸化が
多くなる。追加酸化は、表面に主に鉄酸化物あるいは鉄
珪酸塩を生成する。これが多いとフォルステライトの核
生成を妨げるため、粗雑で密着性の悪い皮膜を形成す
る。また、追加酸化は、インヒビターであるMnSeやSbの
酸化をも引起こすため、抑制力の低下をきたし、磁気特
性を劣化させる。また、フォルステライト皮膜が粗雑化
することによる張力の低下によっても鉄損が劣化する。

【００１４】以上のことから、酸洗による溶解減量が、
脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理方法としてきわめて有効
な手段であることがわかる。脱炭・１次再結晶焼鈍板の
酸洗による溶解減量を規定する要因は、大きく言って３
つにわけられる。そのひとつは鋼種である。方向性珪素
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MnSe−Sb系、 AlN−MnS 系、 AlN−MnSe系、
MnS系等の種類があり、さらにCu、Snの有無等でいくつ
かの鋼種にわけられる。鋼板の酸溶解量は、これらの化
学成分が、影響し、例えば鋼中のAlやCuの含有量が多い
と溶解減量は低下し、逆にＰが多い場合、溶解減量は増
加する。したがって溶解減量を管理する場合の基準は、
各鋼種によって、その水準が決められなければならな
い。なお、同一鋼種においても、化学成分は一定のばら
つきをもつが、このばらつきが酸洗による溶解量に及ぼ
す影響は小さく、実際上、問題とはならない。

【００１５】ふたつめの規定要因は脱炭・１次再結晶の
焼鈍条件であり、これがもっとも重要なポイントであ
る。脱炭・１次再結晶焼鈍において鋼板表層に生成する
化合物は、SiO₂および Fe₂SiO₄、 Fe₂SiO₃等の珪酸塩の
他、 FeOあるいはMnやAlの酸化物等が含まれる。本発明
における酸洗は酸化物を含む表層の化学的活性度を評価
するものであるから軽度の酸洗であり、具体的には、金
属Fe、鉄酸化物および鉄珪酸塩は溶解するけれども、Si
O₂は溶解しないような条件とする。このような条件で鋼
板を酸洗した場合、溶解減量は表層の鉄酸化物や鉄珪酸
塩の量によって決まるかといえば、決してそうではな
い。表層の化学的活性度は、酸化層中の酸化物の種類の
みならず、酸化層の状態、すなわち、酸化物粒子のサイ
ズや形状、その分布状態ないしは階層構造等によっても
大きく影響される。この酸化層の状態は焼鈍条件、すな
わち焼鈍温度、焼鈍時間、雰囲気酸化性の平均値だけで
なく、炉内の温度分布や雰囲気酸化性分布およびその変
動が強く反映する。従来、脱炭・１次再結晶焼鈍後の酸
素目付量やファイヤライト／シリカ量比を一定に規定し
ても、必ずしも十分な管理とはならなかった理由は、こ
れらの指標が、鋼板表層の酸化物層の平均的な情報でし
かなかったためと思われる。この点、酸洗による溶解減
量は、たとえ酸素目付量やファイヤライト／シリカ量比
が同じ鋼板であっても、鋼板表層の化学的活性度のちが
いを判別できるため、より的確な管理が可能となるもの
である。

【００１６】さらに３つめの規定要因として、鋼板表面
の汚れや不純物の影響があげられる。この汚れや不純物
は、冷延以前の工程で生じた表層の残存スケール、ある
いはその後の工程で生じた錆、さらには残存圧延油やク
リーニング工程で付着した洗浄液成分等によるもので、
これらが鋼板表面にあると仕上げ焼鈍時に均一な皮膜形
成を阻害し、皮膜特性を劣化させる原因となる。このよ
うな汚れや不純物の多い鋼板の酸洗による溶解減量は、
表面における局部電池の形成が多くなるため、必然的に
増大する。

【００１７】酸洗による溶解減量が、脱炭・１次再結晶
焼鈍板の管理にとって有効であるのは、以上の理由によ
るものである。本発明における鋼板の酸洗条件として
は、その主旨からしても、当然表層の酸化物層全体を溶
解し去るような強い酸洗条件は好ましくない。前述した
ごとく、その条件は、鉄酸化物および鉄珪酸塩は溶解す
るけれども、SiO₂は溶解しないような条件とする。用い
る酸の種類としては、 HCl、 H₂SO₄、HNO₃、 H₃PO₄等が
適当である。

【００１８】また、酸洗条件としては 0.5〜20％、室温
〜80℃、数秒〜数分程度の範囲から任意に設定できる。
本発明の方法は、このように簡便で、かつ迅速性に富む
ことも、その特徴のひとつであり、ラインの条件変動や
鋼板の表面状態をすばやくチェックするうえで、きわめ
て有用である。なお、従来から知られている、これまで
の脱炭・１次再結晶焼鈍板の管理方法、すなわち酸素目
付量、ファイヤライト／シリカ量比、あるいは電極電位
等の管理を本発明の方法と併用することは、なんらさし
つかえない。

【００１９】以下実施例に基づいて本発明をより詳細に
説明する。

【００２０】

【実施例】

実施例１実験用素材として２つの鋼種を用意した。一方はMnSe−
Sb系の方向性珪素鋼であり、Ｃ： 0.039％、Si：3.31
％、Mn：0.06％。Mo： 0.011％、Ｓ： 0.002％、Se：
0.024％およびSb： 0.025％を含有する素材を 2.1mm厚
に熱延後、 900℃で均一化焼鈍を行い、さらに1000℃の
中間焼鈍を挟む２回の冷延によって0.22mmの板厚とし
た。もう一方は、 AlN−MnSe−Sb系の方向性珪素鋼であ
り、Ｃ： 0.060％、Si：3.32％、Mn：0.07％。Se： 0.0
23％、SolAl ： 0.023％、Ｎ：0.0083％Sb： 0.025％を
含有する素材を 2.3mm厚に熱延後、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。

【００２１】次いで湿水素雰囲気中で 840℃、４分間の
脱炭・１次再結晶焼鈍を行った。雰囲気は２つの条件を
設定した。すなわち、一方はＨ₂ 51％、露点63℃の均一
な露点分布で処理した。もう一方は、均熱帯中間部の露
点を69℃に局所的に高くして処理した。この焼鈍を行っ
たあと、一部の試料で酸素目付量の分析、赤外吸収スペ
クトルによる表層サブスケールのファイヤライト／シリ
カ比の測定、および酸洗による溶解減量の測定を行っ
た。酸洗条件は５％、HCl 、60℃×60秒とした。

【００２２】また、残りの試料はMgO 、 100重量部に対
し、TiO₂を３重量部添加した焼鈍分離剤を塗布した。こ
の後、MnSe−Sb系素材は 850℃、50時間の２次再結晶焼
鈍と引続く、Ｈ₂ 雰囲気中での1180℃×５時間の純化焼
鈍に供した。また、 AlN−MnSe−Sb系素材はＨ₂ 雰囲気
中で1200℃、10時間の２次再結晶、純化焼鈍に供した。
得られた鋼板の皮膜の均一性、密着性を評価し、また、
磁気特性（Ｂ８およびＷ17／50）を測定した。

【００２３】皮膜密着性は、鋼板を種々の直径を持つ円
筒に巻きつけ、皮膜の剥離しない最小の円筒の直径で示
した。これらの結果を表１に示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】焼鈍時、中間部の露点を高めたNo１、３は
均一な露点分布で処理したNo２、４にくらべ、皮膜の均
一性、密着性ともに劣り、また、磁気特性も劣化してい
る。脱炭・１次再結晶焼鈍板の調査では、焼鈍条件のち
がいの影響は、酸素目付量やファイヤライト／シリカ比
ではほとんどあらわれていないにもかかわらず、酸洗に
よる溶解量には明瞭なちがいが認められ、製品特性の劣
るものは高い値を示している。

【００２６】実施例２実施例１と同じ２種類の鋼種の冷延板を用意した。脱炭
・１次再結晶焼鈍を行う前に、前処理として２つの条件
を設定した。すなわち、一方は、３％オルト珪酸ソーダ
を主剤とする脱脂浴中で脱脂した後、水洗を不十分と
し、脱脂剤をNaとして約1.5 mg／ｍ² 残存せしめた。ま
た、もう一方は、同じ浴中で脱脂した後、十分な水洗を
行い、Na付着量を 0.2mg／ｍ² 以下とした。

【００２７】次いで、これらの鋼板をＨ₂51 ％、露点63
℃の湿水素雰囲気中で 840℃×４分間の脱炭・１次再結
晶焼鈍を行った。この焼鈍を行ったあと、一部の試料で
酸素目付量の分析、ファイヤライト／シリカ比の測定、
および酸洗による溶解減量の測定を行った。酸洗条件は
３％ H₂SO₄、50℃、 100秒とした。また、残りの試料は
実施例１と同条件で焼鈍分離剤を塗布し、それぞれ実施
例１と同じ２次再結晶焼鈍、純化焼鈍に供した。得られ
た鋼板の皮膜の均一性、密着性、および磁気特性を評価
した。

【００２８】これらの結果を表２に示した。脱脂後、表
面にNa付着量の多いNo１、３はNa付着量の少ないNo３、
４にくらべ、皮膜に点状の剥離欠陥が多くまた、密着性
も劣っている。さらに磁気特性も劣っている。

【００２９】

【表２】

【００３０】脱炭・１次再結晶焼鈍板の調査では、この
Na付着量の影響は、酸素目付量やファイヤライト／シリ
カ比ではほとんどあらわれていないが、酸洗による溶解
量には明瞭なちがいが認められ、製品特性の劣るものは
高い値を示している。

【００３１】

【発明の効果】以上に示した結果から、酸洗による溶解
減量によって、従来の酸素目付量やファイヤライト／シ
リカ量比だけではチェックできなかったラインの不安定
要因を迅速かつ、的確に管理できることがわかる。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸洗減量と仕上げ焼鈍中の追加酸化量の関係な
らびに仕上げ焼鈍後の皮膜均一性の関係を示すグラフで
ある。

【図２】酸洗減量と仕上げ焼鈍後の磁気特性との関係を
示すグラフである。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】方向性珪素鋼板の製造に際し、所望の最
終板厚に冷間圧延した鋼板を湿水素雰囲気中で連続焼鈍
し、脱炭と１次再結晶を行わしめた後、試料を採取し、
金属Fe、鉄酸化物および鉄珪酸塩は溶解するが、SiO ₂ は
溶解しない条件で酸洗して、その溶解減量を測定するこ
とを特徴とする方向性珪素鋼板の脱炭・１次再結晶焼鈍
板の管理方法。