JP3148093B2 - 鉄損の低い鏡面方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

鉄損の低い鏡面方向性電磁鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、主として変圧器その他
の電気機器等の鉄心として利用される方向性電磁鋼板の
製造方法に関するものである。特に、その表面の鏡面化
手段及び磁区細分化手段を効果的に導入することによ
り、鉄損特性の向上を低コストで達成する製造方法を開
示するものである。
【0002】
【従来の技術】方向性電磁鋼板は、磁気鉄心として多く
の電気機器に用いられている。方向性電磁鋼板は、Si
を0.8〜4.8%含有し製品の結晶粒の方位を{11
0}<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(B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。
【0003】この要求にこたえ、方向性電磁鋼板の鉄損
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。仕上げ焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射す
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。しかしながら、該方法による鉄損の低減はレーザ
ー照射によって導入された歪に起因するので、トランス
に成形したのちに歪取り焼鈍を必要とする巻鉄心トラン
ス用としては使用することができない。
【0004】この改良技術として、例えば特開昭61−
139680号公報において、仕上焼鈍後に方向性電磁
鋼板の表面のグラス層を除去し、間隔をおいて部分的に
メッキ処理を施し鋼成分と異なる侵入帯を形成すること
により、磁区細分化する方法が開示されている。しかし
ながら該方法においては、鋼板の表面に存在するグラス
被膜を酸洗等により除去する必要があるため製造コスト
が高くなり、且つ表面が荒れてしまう。。
【0005】一方、このような方法で磁区細分化処理を
施した鋼板の磁区の動きを詳細に観察すると、静的には
細分化した磁区の中には動かない磁区も存在しているこ
とが分かった。方向性電磁鋼板の鉄損値を更に低減させ
るためには、上記方法による磁区細分化技術と合わせて
磁区の動きを阻害する要因を排除する技術(磁区の活性
化技術)を導入する必要がある。
【0006】そのためには、磁区の動きを阻害する大き
な要因である鋼板表面のグラス被膜等を除去し表面を鏡
面化する方法が有効である。その手段として、仕上げ焼
鈍後にグラス被膜を酸洗等により除去した後に、化学研
磨或いは電解研磨を行い表面を鏡面化させる方法が、例
えば特開昭64−83620号公報に開示されている。
【0007】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、公害防止設備の付与等の点で大きな問題があ
り、更にこのような工程を付加することにより製造コス
トが高くなってしまうために、未だ実用化されるに至っ
ていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、仕上焼鈍後
の鋼板の表面グラス被膜を除去し、部分的にメッキ処理
することにより鋼板成分と異なる侵入帯を形成する方法
は、ある程度の低鉄損値は得られるが、コストが高くな
ってしまうという問題点、更に、この磁区細分化処理の
効果を最大限に発揮して大幅な低鉄損値を得るためには
更に化学研磨等の表面処理を施す必要があるためコスト
が高くなるという問題点を同時に解決するものである。
すなわち、歪取り焼鈍を施しても磁気特性が劣化せず、
しかも従来製品よりも鉄損特性の良好な方向性電磁鋼板
を低コストで製造する方法を開示するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、脱炭焼鈍をFe系酸化物の形成しない酸
化度の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍し、焼鈍分離剤としてア
ルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の鋼板表面
を鏡面状態にし、該鋼板表面にAl,Sb,Cu,S
n,Zn,Ni,Crの1種または2種以上を、間隔を
おいて線状または点状にメッキして鋼成分と異なる侵入
帯を形成した後に張力被膜を形成して、活動磁壁数を増
加させることにより、歪取り焼鈍を施しても特性劣化す
ることがなく、且つ従来製品よりも低い鉄損の方向性電
磁鋼板を提供するものである。また、従来製造工程と比
較して付加工程がないので、製造コストも実質的に高く
ならない。
【0010】
【作用】以下、本発明を詳細に説明する。基本的な製造
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)、又は田口・坂倉等によるAlNとMnS
を主インヒビターとして用いる製造法(例えば特公昭4
0−15644号公報)を適用すればよい。
【0011】Siは、電気抵抗を高め鉄損を下げる上で
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、仕上げ焼鈍において結晶
の方向性に影響を及ぼさない0.8%を下限とする。
【0012】酸可溶性Alは、Nと結合してAlN又は
(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。
【0013】MnとSはMnSとして析出して、インヒ
ビターとしての役割を果たす。Mnが0.02%より少
なく、またSが0.005%より少ないと所定量の有効
なMnSインヒビターが確保できない。また、Mnが
0.3%、Sが0.04%より多いとスラブ加熱時の溶
体化が不十分となり、二次再結晶が安定して行われなく
なる。故にMn:0.02〜0.3%、S:0.005
〜0.04%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。
【0014】上記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延
板とされる。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)では、熱間圧延時の温度確保の観点から1
100℃以上、またAlNの完全溶体化しない1280
℃以下の温度で加熱を行った後に熱間圧延を行う。ま
た、田口・坂倉等によるAlNとMnSを主インヒビタ
ーとして用いる製造法(例えば特公昭40−15644
号公報)では、完全溶体化する1300℃以上の温度で
加熱した後に熱延を行えば良い。
【0015】前記熱延板は直ちに、もしくは短時間焼鈍
を経て冷間圧延される。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。
【0016】冷間圧延は、基本的には上記特公昭40−
15644号公報に開示されているように、最終冷延圧
下率80%以上とすれば良い。冷間圧延後の材料は、鋼
中に含まれる炭素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。
【0017】この脱炭焼鈍において、Fe系の酸化物
(Fe2 SiO4 、FeO等)を形成させない酸化度で
焼鈍を行い、焼鈍分離剤としてアルミナを塗布すること
が本発明の一つのポイントである。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 )<0.15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。
【0018】但し、あまりに酸化度を下げると脱炭速度
が遅くなってしまい、工業的観点から好ましくない。こ
の両者を勘案すると、雰囲気ガスの酸化度(P H2 O /
P H2 ):0.01〜0.15の範囲で焼鈍することが
好ましい。
【0019】この脱炭焼鈍板に(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62−4
5285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良い。
【0020】これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、焼鈍
分離剤としてアルミナを水スラリーもしくは静電塗布法
等によりドライ・コートする。水スラリーで塗布する場
合には、例えば特願平5−211602号明細書で開示
する方法を採用することが好ましい。
【0021】この積層した板を仕上げ焼鈍して、二次再
結晶と窒化物の純化を行う。二次再結晶を特開平2−2
58929号公報で開示されるように、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
物等の不純物の純化と表面の平滑化を行うために、10
0%水素で1100℃以上の温度で焼鈍する。
【0022】仕上げ焼鈍後、該鋼板表面にAl,Sb,
Cu,Sn,Zn,Ni,Crの1種または2種以上
を、間隔をおいて線状または点状にメッキして鋼成分と
異なる侵入帯を形成した後に張力被膜を形成することに
より、活動磁壁数を増加させることが、本発明の重要な
ポイントである。
【0023】即ち、板厚0.23mmの(A)上記本発明
法、及び(B)従来法により製造した仕上焼鈍後の鋼板
に、圧延方向と直角方向に線状に5mm間隔でAlをメッ
キした後、コロイド状シリカとリン酸塩を主成分とする
コーティング液を塗布して、850℃で焼き付け張力被
膜を形成した。その後、800℃で4時間の歪取り焼鈍
を行った。表1に、従来製品、及び本発明法で製造した
製品の鉄損特性を示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1より、活動磁壁数の差により鉄損値と
して約20%もの差が生じることが分かる。このような
効果は、Alのメッキだけでなく、Sb,Cu,Sn,
Zn,Ni,Cr等の元素の1種または2種以上を、間
隔をおいて線状または点状にメッキした場合にも認めら
れる。
【0026】メッキの方法は電気メッキ、溶融メッキ等
いずれの方法でも良い。また、メッキの方向は圧延方向
に直角もしくは直角から45度の範囲内で、その間隔は
2〜10mmが鉄損低下の観点から好ましい。部分メッキ
の形状は連続的、不連続的な線状又は点状のいずれでも
良い。
【0027】その後、張力被膜を形成させる。張力被膜
としては、例えば特開昭48−39338号公報による
コロイド状シリカとリン酸アルミニウムを主体とするコ
ーティング液、特開昭50−79442号公報によるコ
ロイド状シリカとリン酸マグネシウムを主体とするコー
ティング液、又は特開平6−65754号公報によるア
ルミナ・ゾルとホウ酸を主成分とするコーティング液を
焼き付ける方法等を採用すればよい。
【0028】
【実施例】
(実施例1)重量比で、Si: 3.3%、Mn: 0.1%、
C:0.05%、S: 0.007%、酸可溶性Al:0.03%、
N: 0.008%、Sn:0.05%、残部実質的にFe及び不
可避的不純物からなる珪素鋼スラブを1150℃で加熱した
後、熱間圧延し板厚 2.3mmとした。この熱延板を 1.8mm
に冷延し、1100℃で2分間焼鈍した後、最終板厚0.23mm
に冷延した。
【0029】この冷延板を酸化度0.06の窒素と水素の混
合ガス中において 830℃の温度で 100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。この鋼板をアルミナ(Al2 3 )を水ス
ラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。
【0030】これらの試料にSb,Cu,Sn,Zn,
Ni,Cr,Sb+Snを、5mmの間隔をおいて圧延方
向と直角方向にメッキした。その後、コロイド状シリカ
とリン酸塩を主成分とするコーティング液を塗布して 8
50℃で2分間焼き付けた。これらの試料の磁気特性を測
定した後、更に 800℃で4時間の歪取り焼鈍を行った。
得られた製品の磁気特性を表2に示す。
【0031】
【表2】
【0032】(実施例2)重量比で、Si: 3.1%、M
n:0.07%、C:0.07%、S: 0.025%、酸可溶性A
l: 0.026%、N: 0.008%、Sn: 0.1%、残部実質
的にFe及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを13
50℃で加熱した後、熱間圧延し板厚 2.3mmとした。この
熱延板を酸洗後 1.8mmに冷延し、1100℃で2分間焼鈍し
た後、最終板厚0.23mmに冷延した。
【0033】この冷延板を窒素と水素の混合ガス中にお
いて酸化度(A:本発明法) 0.1、及び(B:従来法)
0.44で 850℃の温度で 100秒焼鈍し一次再結晶させた。
これらの鋼板をその後、(A:本発明法)アルミナ(A
2 3 )、及び(B:従来法)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。
【0034】これらの試料にSbを圧延方向と直角方向
に4mm間隔でメッキした。その後、コロイド状シリカと
リン酸塩を主成分とするコーティング液を塗布して 850
℃で2分間焼き付けた。これらの試料の磁気特性を測定
した後、更に 800℃で4時間の歪取り焼鈍を行った。得
られた製品の磁気特性を表3に示す。
【0035】
【表3】
【0036】
【発明の効果】本発明により、歪取り焼鈍によって磁気
特性が劣化せず、且つ従来よりも格段に鉄損特性の良好
な方向性電磁鋼板をコストアップすることなく製造する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菅 洋三 富津市新富20−1 新日本製鐵株式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平7−118750(JP,A) 特開 平8−269554(JP,A) 特開 平8−269557(JP,A) 特開 平8−269558(JP,A) 特開 平8−269559(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/12 H01F 1/16

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、 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
    物からなる珪素鋼スラブを1100℃以上1280℃以
    下で加熱した後に熱間圧延し、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、脱炭焼
    鈍・窒化処理を行った後、仕上げ焼鈍を施す方向性電磁
    鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍をFe系酸化物の形
    成しない酸化度の雰囲気ガス中で行った後、焼鈍分離剤
    としてアルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の
    鋼板表面を鏡面状態にし、該鋼板表面に間隔をおいて線
    状または点状に部分メッキ処理を施し鋼成分と異なる侵
    入帯を形成した後に張力被膜を形成することにより活動
    磁壁数を増加させることを特徴とする鉄損の低い鏡面方
    向性電磁鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量比で、 Si:0.8〜4.8%、 酸可溶性Al:0.012〜0.05%、 N ≦0.01%、 Mn:0.02〜0.3%、 S :0.005〜0.040%、残部実質的にFe及
    び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを1300℃以
    上に加熱した後に熱間圧延し、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・仕上げ焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法
    において、脱炭焼鈍をFe系酸化物の形成しない酸化度
    の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を行い、焼鈍分離剤としてア
    ルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の鋼板表面
    を鏡面状態にし、該鋼板表面に間隔をおいて線状または
    点状に部分メッキ処理を施し鋼成分と異なる侵入帯を形
    成した後に張力被膜を形成することにより活動磁壁数を
    増加させることを特徴とする鉄損の低い鏡面方向性電磁
    鋼板の製造方法。
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