JP3236684B2

JP3236684B2 - 曲げ特性及び鉄損特性の優れた方向性けい素鋼板

Info

Publication number: JP3236684B2
Application number: JP33422892A
Authority: JP
Inventors: 成吉田; 宏威石飛; 敏山根
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-12-15
Filing date: 1992-12-15
Publication date: 2001-12-10
Anticipated expiration: 2016-12-10
Also published as: JPH06179977A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、変圧器その他の電気
機器の鉄心などの用途に用いて好適な方向性けい素鋼板
に関し、特に曲げ特性が良好でしかも歪取り焼鈍に伴う
鉄損劣化が少ない方向性けい素鋼板を提案しようとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性けい素鋼板に求められる特性とし
ては、鋼板自体としての良好な磁気特性ばかりでなく、
鉄心加工で重ねられる鋼板相互の良好な絶縁性を確保す
るための鋼板表面被膜における絶縁性や加工時の耐はく
離性といった被膜特性、さらには曲げ特性がある。かか
る鋼板の曲げ特性を改善するためには、仕上焼鈍時に成
生するフォルステライト被膜を含む成分組成を改善する
ことが重要と考えられる。

【０００３】フォルステライト被膜の改善に関して、仕
上焼鈍に先立って鋼板表面に塗布する焼鈍分離剤に、主
成分であるMgO に加えてTiO₂等のTi化合物を含有させる
技術が数多く開示されている。例えば特公昭51-12451号
公報には、Mg化合物 100重量部に対しTi化合物が２〜40
重量部となるように配合することにより、また特公昭49
-29409号公報には、重質低活性微粒MgO 100 部に対し２
〜20重量部TiO₂を混合することにより、いずれもフォル
ステライト被膜の均一性と密着性が向上することが開示
されている。さらに特開昭50-145315 公報には、焼鈍分
離剤に用いるTiO₂を微細粒とすることによりTi化合物か
らなる黒点状付着物を消滅させる技術、特開昭54-12892
8 号公報においてはMgO にTiO₂及びSiO₂、さらには硼素
化合物を複合含有させてフォルステライト被膜の張力を
強化する方法、特開平１-168817号公報には、MgO にTiO
₂と硫酸アンチモンと窒化マンガン又は窒化フェロマン
ガンとを複合混入させて鉄損を改善する技術へと発展し
てきている。

【０００４】このように焼鈍分離剤中にTi化合物を含有
させる技術は、優れた被膜特性を得るための有力な方法
ではあるが、特開平２-93021号公報にも記述があるよう
に、歪取り焼鈍に伴って鉄損が劣化するという重大な問
題がある。

【０００５】ここに方向性けい素鋼板が用いられている
トランス鉄心のうち約半数は巻コアと呼ばれる小型の内
鉄型鉄心である。この巻コアは、製作途中の変形工程に
おいて機械的な外力を受けて歪を生じ、その結果磁気特
性が劣化するので、この加工による歪を回復させる目的
で、歪取り焼鈍を通常 800℃前後で行うことが不可避で
ある。しかるに前記した如く焼鈍分離剤中にTi化合物を
含有させると、歪取り焼鈍でTiの炭化物、あるいはTiの
セレン化物、硫化物が、地鉄表層の加工歪が導入された
部分に優先的に析出し、磁壁の移動が部分的に阻止され
るために鉄損が劣化することが知られている。そのため
巻コア用の素材鋼板としては歪取り焼鈍を施しても鉄損
の劣化が小さいことが望まれていた。

【０００６】かかる焼鈍分離剤にTi化合物を含有させる
と歪取り焼鈍後の鉄損が劣化するという問題に対して上
掲特開平2-93021 号公報においては、仕上焼鈍後の炭素
量を0.0015wt％以下に低減させることにより、析出する
Tiの炭化物を低減するという解決策を提案している。し
かしながらこの技術は、MgO 中ヘの二酸化炭素の吸収を
抑えることが実操業では困難なこと、Ti炭化物以外のTi
の硫化物、Tiのセレン化物等の析出物については低減す
ることが原理的に不可能なことから、歪取り焼鈍での鉄
損劣化を完全に抑えることはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたとおり、従
来既知の技術は、被膜特性と磁気特性とを両立させるこ
とのみに注意が払われていて、製品鋼板の曲げ特性改善
に関する従来技術は知られていなかった。

【０００８】曲げ特性の評価は、例えばJIS C2550 に記
載されているような繰り返し曲げ試験によるが、曲げ特
性の悪い方向性けい素鋼板ではせん断時や製品曲げ加工
時に割れが発生するために、曲げ特性の良好な方向性け
い素鋼板が望まれている。そこでこの発明は、歪取り焼
鈍に伴う鉄損劣化がなく、曲げ特性の良好なけい素鋼板
を提案することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、被膜特性の
良好な、Ti化合物を含有させた焼鈍分離剤を用いても歪
取り焼鈍により鉄損の劣化を来すことがなく、しかも曲
げ特性に優れる鋼板を得べく種々実験、検討を重ねた結
果、フォルステライト被膜を含めた鋼板のTi濃度（wt
％）が、Ｎ濃度（wt％）に対して所定範囲内にある方向
性けい素鋼板は、鉄損劣化がなく、曲げ特性も良好であ
ることを見出した。この発明は、上記の知見に立脚する
ものである。

【００１０】すなわちこの発明は、けい素鋼表面上に、
Tiを含むフォルステライト被膜を形成してなる方向性け
い素鋼板において、このフォルステライト被膜を含めた
鋼板のTi濃度（wt％）が、Ｎ濃度（wt％）に対して1.2
〜2.0 倍の範囲であることを特徴とする曲げ特性及び鉄
損特性の優れた方向性けい素鋼板である。

【００１１】以下この発明を導いた実験について述べ
る。Ｃ:0.04 wt％（以下単に％で示す）、Si:3.3％、M
n:0.075％、Se:0.020％、Ｎ：0.0040％、Sb:0.025％を
含み、残部実質的にFeの組成になるけい素鋼素材を、14
20℃で20分加熱した後、熱間圧延を施して板厚2.0 mmに
仕上げた。次いで950℃で30秒の熱延板焼鈍を行い、冷
間圧延にて板厚0.6 mmにし、続いて1000℃で２分の中間
焼鈍後30℃／秒で急冷し、さらに冷間圧延にて板厚0.22
mmの最終板厚に仕上げた。

【００１２】その後脱炭焼鈍を 840℃で２分間、湿潤水
素雰囲気中にて行い、続いてMgO 100 重量部に対してTi
O₂を２〜10重量部添加した焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布
形成した後、二次再結晶焼鈍を、最初は窒素中で、900
℃からは水素雰囲気に切り替えて20℃／時の昇温速度で
1050℃に昇温し、さらにN₂：10〜100vol％、水素：90〜
０ vol％の雰囲気で1180℃まで昇温して行い、続いて12
00℃で純化焼鈍を、水素雰囲気中で５時間行った。この
純化焼鈍後、りん酸マグネシウムを主体とする絶縁コー
ティングを施した。

【００１３】かくして得られた製品板に 800℃、３時間
の歪取り焼鈍を施して、歪取り焼鈍前後の鉄損(W_17/50)
を比較した。さらに製品板の地鉄内部のTi量、フォルス
テライト被膜を含めた鋼板のTi量及びＮ量を湿式分析に
て求めた。

【００１４】かかる実験データを整理して、図１に、フ
ォルステライト被膜を含めた鋼板のTi濃度とＮ濃度との
比Ti／Ｎが、鋼板の曲げ特性に及ぼす影響について、ま
た図２には、上記Ti／Ｎが地鉄中のTi量に及ぼす影響に
ついて、さらに図３には、製品板地鉄中のTi量と歪取り
焼鈍前後の鉄損変化量との関係についてそれぞれ示す。

【００１５】これらの実験結果（図１〜３）から、フォ
ルステライト被膜を含めた製品鋼板のTi濃度とＮ濃度と
の比Ti／Ｎが1.2 以上であれば、曲げ特性が良く、2.0
以下であれば地鉄中のTi量が10 ppm以下となり、歪取り
焼鈍での鉄損変化を0.02 W/kg 以下にできることが明ら
かになった。

【００１６】以上の結果から、曲げ特性が良く、歪取り
焼鈍による鉄損劣化が僅少なのは、製品鋼板のTi濃度と
Ｎ濃度との比Ti／Ｎが1.2 〜2.0 の範囲である。

【００１７】

【作用】この発明の範囲を外れる鋼板、すなわちフォル
ステライト被膜を含めた製品鋼板のTi濃度とＮ濃度との
比Ti／Ｎが1.2 に満たない鋼板の曲げ特性が劣る理由
を、図４及び図５を用いて説明する。図４は鋼板断面の
模式図であり、図５はフォルステライト被膜を含めた製
品鋼板のTi濃度とＮ濃度との比Ti／Ｎが、フォルステラ
イト被膜中のTi濃度とＮ濃度との比に及ぼす影響につい
て調べた結果を示すグラフである。

【００１８】図５に示すとおり、フォルステライト被膜
を含めた製品鋼板のTi濃度とＮ濃度との比Ti／Ｎが1.2
未満であるときは、フォルステライト被膜中のTi／Ｎも
およそ1.2 未満である。この鋼板のフォルステライト被
膜直下の地鉄を調べると、Si ₃N₄の析出物が見られる。
そして曲げ試験での破面を調査するとSi₃N₄が析出して
いる。一般にSi₃N₄はぜい化析出物として知られてい
る。このことより、フォルステライト被膜を含めた製品
鋼板のTi濃度とＮ濃度との比Ti／Ｎが1.2 未満であると
きは、図４に示したとおり、フォルステライト被膜中に
TiN として固定されないＮが存在し、焼鈍工程中に地鉄
へSi₃N₄として析出するから、曲げ特性が劣るものと考
えられる。これに対してTi／Ｎが1.2 以上であれば、Ｎ
はフォルストライト被膜中にTiN として固定され、地鉄
にSi₃N₄として析出しないため、曲げ特性が良くなると
考えられる。

【００１９】次にフォルステライト被膜を含めた製品鋼
板のTi濃度とＮ濃度との比Ti／Ｎが2.0 を超える鋼板
が、歪取り焼鈍時に鉄損が劣化する理由を図５及び図６
の鋼板断面図を用いて説明する。図５に示すとおり、フ
ォルステライト被膜を含めた製品鋼板のTi濃度とＮ濃度
との比Ti／Ｎが2.0 を超える場合は、フォルステライト
被膜中のTi／Ｎもおよそ2.0 超となる。この鋼板の地鉄
中Tiは10 ppm超となる。そのため、歪取り焼鈍により鉄
損が劣化するのである。すなわち、Ti／Ｎが2.0 を超え
るとフォルストライト中のTi／Ｎが大きくなりすぎ、図
６に示したようにフォルステライト被膜中にＮで固定さ
れないTiが存在し、焼鈍工程でこのTiが地鉄へ侵入し
て、地鉄Ti量が10 ppm超となるから、歪取り焼鈍時に鉄
損が劣化すると考えられる。

【００２０】この発明のけい素鋼の成分組成について
は、方向性けい素鋼板として通常用いられている範囲の
ものを用いることができ、例えばＣ：0.02〜0.10％、S
i：2.0〜4.0 ％、Mn：0.02〜0.20％を含み、かつＳ及び
Seのうち少なくとも一方を単独または合計量で0.010 〜
0.040 ％を含む組成が好ましい。その他必要に応じてA
l：0.010 〜0.065 ％、Ｎ：0.0010〜0.0150％、Sb：0.0
1〜0.20％、Cu：0.02〜0.20％、Mo：0.01〜0.05％、S
n：0.02〜0.20％、Ni：0.02〜0.20％を含むことができ
る。

【００２１】Ｃは、0.02％に満たないと良好な一次再結
晶組織を得られず、0.10％を超えると脱炭不良となり磁
気特性が悪化するので0.03〜0.10％程度が好ましい。Si
は、製品の電気抵抗を高め、渦電流損を低減させる上で
必要な成分であり、2.0 ％に満たないと最終仕上焼鈍中
にα−γ変態によって結晶方位が損なわれ、4.0 ％を超
えると冷延性に問題があるために、 2.0〜4.0 ％程度が
好ましい。Mn とSeおよびＳはインヒビターとして機能
するもので、Mn量が0.02％未満又はＳ、Seの単独もしく
は合計量が0.010 ％未満であるとインヒビター機能が不
十分であり、Mn量が0.20％を超え又はＳ、Seの単独もし
くは合計が0.040 ％を超えるとスラブ加熱温度に要する
温度が高すぎて実用的でないので、Mnは0.02〜0.20％、
Ｓ又はSeは単独あるいは合計として0.010 〜0.040 ％と
するのが好ましい。

【００２２】その他インヒビター構成成分として公知で
あるAlN を利用することができ、良好な鉄損を得るため
にはAlは0.010 〜0.065 ％、Ｎは0.0010〜0.0150％の範
囲が好ましい。これを超える量では、AlN の粗大化を招
き抑制力を失い、これ未満ではAlN の量が不足である。

【００２３】さらに磁束密度を向上させるためにSb、Cu
を低下させることが可能である。Sbは0.20％を超えると
脱炭性が悪くなり、0.01％に満たないと効果がないので
0.01〜0.20％が好ましい。Cuは0.20％を超えると酸洗性
が悪化し0.01％に満たないと効果がないので0.01〜0.20
％が好ましい。

【００２４】表面性状を改善するためにMoを添加でき
る。0.05％を超えると脱炭性が悪くなり、0.01％に満た
ないと効果がないので0.01〜0.05％が好ましい。

【００２５】鉄損を向上させるためにSn、Niを添加する
ことができる。Snは0.30％を超えると良好な一次再結晶
組織が得られず、0.01％未満では効果がないので0.01〜
0.30％が好ましい。Niは0.20％を超えると熱間強度が低
下し、0.01％未満では効果がないので0.01〜0.20％が好
ましい。

【００２６】この発明の対象としている方向性けい素鋼
板の製造においては、従来用いられている製鋼法で得ら
れた溶鋼を連続鋳造法あるいは造塊法で鋳造し、必要に
応じて分塊圧延工程を挟んでスラブを得、続いて熱間圧
延をし、必要に応じて熱延板焼鈍を行った後、１回ない
しは中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延により最終板厚
の冷延板を得る。

【００２７】この最終冷延後に脱炭焼鈍を行った後、鋼
板表面に焼鈍分離剤を塗布する。この際、焼鈍分離剤と
してTi酸化物又は加熱によりTi酸化物になるTi化合物を
MgO：100 重量部に対するTiO₂換算で1.0 〜40重量部の
範囲で含有させることが好ましい。Ti酸化物又は加熱に
よりTi酸化物になるTi化合物としては、例えばTiO₂、Ti
O₃・H₂O 、 TiO・(OH)₂、Ti(OH)₄などが挙げられる。

【００２８】次いで二次再結晶焼鈍を行い、続いて純化
焼鈍を、1150〜1250℃の範囲で行う。この発明の、フォ
ルステライト被膜を含めた鋼板のTi濃度（wt％）が、Ｎ
濃度（wt％）に対して1.2 〜2.0 倍の範囲である鋼板を
得るためには、かかる二次再結晶焼鈍ないしは純化焼鈍
時の雰囲気を調整することが好適であり、その他の手法
としては、焼鈍分離剤中のTi化合物量を、上記の範囲内
で調整することや、溶鋼段階でＮ濃度を調整する方法が
ある。その後絶縁コーティング好ましくは張力をも付与
する絶縁コーティングを施して製品とする。

【００２９】

【実施例】

実施例１Ｃ：0.044 ％、Si：3.23％、Mn：0.075 ％、Se：0.021
％、Sb：0.026 ％を含み残部実質的にFeの組成からなる
けい素鋼スラブを、1420℃で30分間加熱後、熱間圧延を
施して板厚2.0 mmの熱延板とした。次いで1000℃で１分
間焼鈍した後、冷間圧延にて板厚0.60mmとし、975 ℃、
２分間の中間焼鈍を行った後、冷間圧延を施して最終板
厚0.22mmに仕上げた。次いで 820℃２分間の脱炭焼鈍を
行い、MgO 100 重量部に対して表１に示す重量部になる
TiO₂を含有させた焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布した後、
850 ℃、50時間窒素雰囲気中で二次再結晶焼鈍を行っ
た。続いて表１で示した雰囲気と時間で1200℃にて純化
焼鈍を行った。純化焼鈍後、コロイド状SiO₂、りん酸マ
グネシウム及び無水クロム酸からなる絶縁コーティング
を施した。その後鋼板をトロイド状に塑性加工し、さら
に直線状に伸ばした後、 800℃で３時間の歪取り焼鈍を
行った。コーティング後と歪取り焼鈍後の鉄損及び曲げ
特性について調べた結果を表１に併記する。なお、曲げ
特性は、JIS C2550 に記載されている繰り返し曲げ試験
により、割れが生じた回数が３回以上のものを良好、そ
れ未満のものを悪いと判定した。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１から明らかなように、純化焼鈍時のN₂
＋H₂雰囲気を調整して、製品のTi／Ｎ（フォルステライ
ト被膜を含めた鋼板のTi濃度とＮ濃度との比）が1.2 〜
2.0の範囲にある実施例は、曲げ特性が良好で、鉄損特
性も歪取り焼鈍により劣化しない。

【００３２】実施例２Ｃ：0.071 ％、Si：3.34％、Mn：0.069 ％、Ｓ：0.021
％、Al：0.025 ％、Ｎ：0.0083％、Cu：0.12％、Sb：0.
029 ％を含み残部実質的のFeの組成からなるけい素鋼ス
ラブを1430℃で30分間加熱後、熱間圧延を施して板厚2.
2 mmの熱延板とした。次いで1000℃、１分間の熱延板焼
鈍をした後、冷間圧延で板厚1.5 mmとし、1100℃、２分
間の中間焼鈍を行い、30℃／秒の速度にて冷却した後、
冷間圧延を施して最終板厚0.22mmに仕上げた。次いで 8
20℃、２分間の脱炭焼鈍を行い、MgO 100 重量部に対し
て表２に示す重量部になるTiO₂を含有させた焼鈍分離剤
を鋼板表面に塗布し、その後 850℃、20時間窒素雰囲気
中で保定し引続いて水素75vol％、窒素25 vol％の雰囲
気中で12℃／ｈの速度で1150℃まで昇温する二次再結晶
焼鈍を行った。続いて表２で示した雰囲気と時間で1200
℃にて純化焼鈍を行った。純化焼鈍後コロイド状SiO₂と
りん酸マグネシウム、無水クロム酸からなる絶縁コーテ
ィングを施した。その後鋼板をトロイド状に塑性加工
し、さらに直線状に伸ばした後、800 ℃で３時間の歪取
り焼鈍を行った。コーティング後と歪取り焼鈍後の鉄損
及び曲げ特性について調べた結果を表２に併記した。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２から明らかなように、純化焼鈍時のN₂
＋H₂雰囲気を調整して、製品のTi／Ｎ（フォルステライ
ト被膜を含めた鋼板のTi濃度とＮ濃度との比）が1.2 〜
2.0の範囲にある実施例は、曲げ特性が良好で、鉄損特
性も歪取り焼鈍により劣化しない。

【００３５】

【発明の効果】この発明の方向性けい素鋼は、フォルス
テライト被膜を含めた鋼板のTi濃度（wt％）が、Ｎ濃度
（wt％）に対して1.2 〜2.0 倍の範囲であることから、
歪取り焼鈍に伴う鉄損劣化がなく、しかも曲げ特性が良
好であり、せん断時や製品曲げ加工時に割れが発生する
ことがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】フォルステライト被膜を含めた鋼板のTi濃度と
Ｎ濃度との比Ti／Ｎが、鋼板の曲げ特性に及ぼす影響を
示すグラフである。

【図２】Ti／Ｎが地鉄中のTi量に及ぼす影響を示すグラ
フである。

【図３】製品板地鉄中のTi量と歪取り焼鈍前後の鉄損変
化量との関係を示すグラフである。

【図４】鋼板断面の模式図である。

【図５】フォルステライト被膜を含めた製品鋼板のTi濃
度とＮ濃度との比Ti／Ｎが、フォルステライト被膜中の
Ti濃度とＮ濃度との比に及ぼす影響を示すグラフであ
る。

【図６】鋼板断面の模式図である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−81628（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 22/00 - 22/86 C21D 1/70 C22C 38/00 - 38/60

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】けい素鋼表面上に、Tiを含むフォルステ
ライト被膜を形成してなる方向性けい素鋼板において、
このフォルステライト被膜を含めた鋼板のTi濃度（wt
％）が、Ｎ濃度（wt％）に対して1.2 〜2.0 倍の範囲で
あることを特徴とする曲げ特性及び鉄損特性の優れた方
向性けい素鋼板。