JP4331886B2 - 方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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一方向性珪素鋼板の製造方法に関するものである。特に、その表面を効果的に仕上げることにより、鉄損特性の向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
一方向性珪素鋼板は、磁気鉄心として多くの電気機器に用いられている。一方向性珪素鋼板は、Ｓｉを０．８〜４．８％含有し、製品の結晶粒の方位を｛１１０｝＜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（Ｂ８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。
この要求にこたえ、一方向性珪素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。
【０００３】
積み鉄心の場合、仕上げ焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射して局部的な微少歪を与え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。
しかしながらこれらの磁区の動きを観察すると、鋼板表面のグラス皮膜の凹凸によりピン止めされ、動かない磁区も存在していることが分かった。従って、方向性電磁鋼板の鉄損値を更に低減させるためには、磁区細分化と合わせて磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜の凹凸によるピン止め効果をなくすことが重要であると考えられる。
【０００４】
そのためには、磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜を形成させない事が有効であると考えられ、その手段として、焼鈍分離剤として粗大高純アルミナを用いることによりグラス皮膜を形成させない方法が、例えば米国特許第３７８５８８２号に提示されている。しかしながら、この方法では表面直下の介在物をなくすことができず、その介在物によるピニング効果のため、鉄損の向上代はＷ15/60 で高々２％に過ぎない。
【０００５】
この表面直下の介在物を制御し、かつ表面の鏡面化を達成する方法として、仕上げ焼鈍後に表面酸化層を除去した後に化学研磨或いは電解研磨を行う方法が、例えば特開昭４９−９６９２０号公報、特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている。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、公害設備の付与等の点で大きな問題があり、いまだ実用化されるに至っていない。
【０００６】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々の実験を行い、脱炭焼鈍の露点を制御し、脱炭焼鈍時に形成される酸化層においてＦｅ系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）を形成させないことが、表面の介在物を消去することに有効であること（特開平７−１１８７５０号公報）、またこのような酸化層の制御と脱炭を両立させるためには、脱炭焼鈍工程において加熱速度を９℃／秒以上で７７０〜８６０℃の温度域まで加熱し、Ｆｅ系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）を形成させない雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を０．０１〜０．１５で焼鈍を行えば良いこと（特開平７−２７８６６８号公報）を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
脱炭焼鈍のヒートサイクルは、例えば特開平１−２９０７１６号公報、特開平６−２１２２６２号公報、特公平８−３２９２９号公報、特開平９−２５６０５１号公報等に開示されるように、製品の磁気特性に影響を及ぼす一次再結晶組織を調整するうえで重要な制御因子である。
本発明は、脱炭焼鈍の雰囲気ガスを加熱帯と均熱帯で分離制御することにより、特開平７−２７８６６８号公報に開示されたヒートサイクルの適正範囲を更に広げる方法を提供するものである。この方法により、脱炭焼鈍の操業安定化または一次再結晶組織の適正化により製品の磁気特性を一層改善することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々の実験を行い、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物が形成されない酸化度に制御して焼鈍することにより、加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域が広い範囲で鋼板表面の酸化層制御と脱炭が両立できることを見いだした。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１） 質量％で、
Ｓｉ：０．８〜４．８％、
Ｃ ：０．００３〜０．１％、
酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５０％、
Ｎ ：０．０１％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを熱延し、冷延・脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布し仕上げ焼鈍を施す工程を含む方向性珪素鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールしてこれらの雰囲気を分離し、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０００５以下に、また均熱帯の雰囲気ガスを鉄系酸化物が形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０１以上０．１５以下に制御して焼鈍することを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法。
（２）脱炭焼鈍後の鋼中炭素量を、質量％で０．００３％以下とすることを特徴とする前記（１）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
（３） 焼鈍分離剤として、アルミナを主成分として使用する前記（１）または（２）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
（４） 焼鈍分離剤として、マグネシアを主成分として使用する前記（１）または（２）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者等は、珪素鋼板の脱炭挙動に対し、脱炭焼鈍初期（加熱過程）で形成される酸化層が以降の脱炭挙動に大きな影響を及ぼすものと考え、これに関連した種々の実験を行った。
【００１１】
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１４％、Ｃ：０．０５％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％の珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚１．６ｍｍに熱延した。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．１５ｍｍに冷延した。この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００１２】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：（１）０．０６及び（２）０．０００５の湿潤ガス中で８３０℃まで加熱し、８３０℃で９０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．０６の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
ここで、脱炭焼鈍の加熱時間として、（１）３０秒（２８℃／秒）、（２）６０秒（１４℃／秒）、（３）９０秒（９℃／秒）、（４）１２０秒（７℃／秒）、（５）１８０秒（５℃／秒）の条件で焼鈍を行った。
【００１３】
焼鈍後の炭素量を図１に示す。図１より、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合は、加熱速度９℃／秒以上で鋼中炭素量が０．００３％以下になるが、雰囲気ガスの酸化度が０．０００５の場合には、全ての加熱速度で鋼中炭素量が０．００３％以下になることが分かる。
【００１４】
この原因は、加熱過程で鋼板表面に形成されるシリカに依存するものと考えられる。即ち、脱炭焼鈍の表面においては、一般に脱炭（鋼中炭素の酸化）反応とシリカ形成（鋼中シリコンの酸化）反応が雰囲気の水分に対して競合して行われている。鉄系酸化物が形成しないような低酸化度雰囲気ガス中で焼鈍すると、一般にシリカは稠密な膜状で生成し脱炭を阻害するが、加熱速度を高めこのシリカ膜が全面を覆わないうちに脱炭反応を開始させることにより、脱炭反応のサイトでのシリカ形成が抑制され、引き続いて脱炭反応が起こるものと考えられる。
【００１５】
本発明は、加熱過程におけるシリカの形成反応を雰囲気ガスの酸化度を下げることにより抑制し、均熱過程に移行し脱炭反応を開始するものである。本実験試料を加熱直後に引き出して、ＧＤＳ（glow discharge spectroscopy ）等で表面分析を行った結果、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合には表面にシリカ層が形成しているが、雰囲気の酸化度が０．０００５と低い場合には表面のシリカ層が認められないことを確認した。
【００１６】
この結果を基に、脱炭焼鈍温度の影響を調べた。即ち、先述の冷延板を雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：（１）０．０６及び（２）０．０００５の湿潤ガス中で、加熱速度２８℃／秒で７４０〜９２０℃の温度範囲で焼鈍を行った。
焼鈍後の炭素量を図２に示す。図２より、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合は焼鈍温度７７０〜８６０℃の範囲で鋼中炭素量が０．００３％以下になるが、雰囲気ガスの酸化度が０．０００５の場合には、全ての焼鈍温度で鋼中炭素量が０．００３％以下になることが分かる。
【００１７】
以上の結果より、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの各炉帯の雰囲気ガスを分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物が形成されない酸化度に制御して焼鈍することにより、鋼板表面の酸化層制御と脱炭を両立可能な加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域を広げることが可能となった。
【００１８】
この様に、脱炭焼鈍の加熱帯で形成されるシリカの形成を雰囲気ガスの酸化度を制御して抑制することにより、加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域が広い範囲で鋼板表面の酸化層と脱炭が両立できる。加熱帯の雰囲気ガスの酸化度は、通常連続焼鈍で行う脱炭焼鈍の加熱速度範囲（１℃／秒以上）においてシリカが実質的に形成されない０．０００５以下とすれば良い。
また均熱帯の雰囲気ガスは酸化度は、特開平７−２７８６６８号号公報に記載があるような、０．０１以上０．１５以下として焼鈍すれば良い。酸化度が０．１５を超えた場合、製品の表面下に介在物が生成し、鉄損低下の障害となる。また、酸化度が０．０１より低いと脱炭速度が遅くなり、工業的に問題となる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
基本的な製造法としては、磁束密度Ｂ8 が高い製品を製造できる田口・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）、または小松等による（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６２−４５２８５号公報）を適用すれば良い。
【００２０】
次に、成分の限定理由について説明する。
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、実質的に結晶の方向性に影響を及ぼさない０．８％を下限とする。
【００２１】
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮまたは（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。
【００２２】
Ｎは、製鋼時に０．０１％を超えて添加すると、ブリスターとよばれる鋼板中の空孔を生じるので、０．０１％を上限とする。
【００２３】
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。
【００２４】
Ｃは、残留すると製品特性（鉄損）の低下を引き起こすので、０．００３％以下に抑えることが必要とされている。しかしながら、製鋼段階でＣ量を低くすると熱延板の結晶組織に粗大な｛１００｝伸長粒が存在し、二次再結晶に悪影響を及ぼす。また、析出物や一次再結晶集合組織制御の観点からも、Ｃはある程度製鋼段階で添加することが必要である。従って、製鋼段階では０．００３％以上、好ましくはα／γ変態が生じる０．０２％以上添加することが望ましい。一方、０．１％より多く添加しても、上述の結晶組織、析出物等への影響はほぼ飽和し、脱炭に必要な時間が長くなるので、０．１％を上限とする。
【００２５】
上記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延板とされるか、もしくは溶鋼を連続鋳造して薄帯とする。前記熱延板または連続鋳造薄帯は、直ちにもしくは短時間焼鈍を経て冷間圧延される。
上記焼鈍は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。
冷間圧延は、基本的には特公昭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。
【００２６】
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脱炭焼鈍を行う。
脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの雰囲気を分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカの形成しない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）の形成しない酸化度に制御して焼鈍すること、が本発明のポイントである。
【００２７】
この温度域での脱炭終了後に、粒径調整のために更に高温で焼鈍する場合もある。
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６２−４５２８５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当量以上に窒化すれば良い。
【００２８】
これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、シリカと反応し難いアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーもしくは静電塗布法等により塗布することにより、仕上げ焼鈍後の表面を鏡面状に仕上げ、鉄損を大きく低下させることができる。また、従来のようにマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布するか、もしくは静電塗布法等によりドライ・コートすることも有効である。この場合は、焼鈍分離剤としてアルミナを用いた場合のように表面は鏡面にならないが、表面グラス被膜の凸凹を低減し、鉄損を従来製品よりも低下させることができる。
【００２９】
この積層した脱炭焼鈍板を仕上げ焼鈍して、二次再結晶と窒化物等の純化を行う。二次再結晶は特開平２−２５８９２９号公報に開示される様に、一定の温度で保持する等の手段により所定の温度域で行うことは、磁束密度を上げるうえで有効である。
二次再結晶完了後、窒化物等の純化を行うために、１００％水素で１１００℃以上の温度で焼鈍する。
仕上げ焼鈍後、表面に張力コーテイング処理を行い、必要に応じてレーザー照射等の磁区細分化処理を施せば良い。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１４％、Ｃ：０．０５％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚２．０ｍｍに熱延した。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．１４ｍｍに冷延した。この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００３１】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を、（１）０．０００２、（２）０．０００５、（３）０．００１４、（４）０．００８、（５）０．０６と変化させた湿潤ガス中で、５℃／秒の加熱速度で８３０℃まで加熱し、均熱帯では８３０℃で１１０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１２の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
焼鈍後の炭素量を表１に示す。表１から、加熱帯の酸化度が０．０００５以下で３０ppm 以下の炭素量になっていることが分かる。
【００３２】
【表１】
【００３３】
（実施例２）
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１％、Ｃ：０．０６％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．０５％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚２．０ｍｍの熱延板とした。この熱延板を１１００℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．２２ｍｍに冷延した。
この冷延板を（１）加熱帯酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．０００５で８２０℃まで加熱速度２８℃／秒で加熱し、均熱帯では８３０℃で酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１２で１１０秒間焼鈍した。
また比較例として、（２）加熱帯及び均熱帯の酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．３３（従来法）で加熱速度２８℃／秒で加熱し、８３０℃で１１０秒間焼鈍した。
【００３４】
これらの鋼板をその後、一部はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を、一部は従来のようにマグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。
これらの試料を張力コーテイング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分化した。得られた製品の磁気特性を表２に示す。
表２から、本発明例は優れた磁気特性を有していることが分かる。
【００３５】
【表２】
【００３６】
（実施例３）
質量で、Ｓｉ：３．２％、Ｍｎ：０．０７％、Ｃ：０．０８％、Ｓ：０．０２５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２６％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．１２％、Ｃｕ：０．１％含有する珪素鋼スラブを１３５０℃で加熱した後、板厚２．３ｍｍの熱延板とした。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．２２ｍｍに冷延した。
この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００３７】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を、（１）０．０００２、（２）０．０００５、（３）０．００１４、（４）０．００８、（５）０．０６と変化させた湿潤ガス中で、５℃／秒の加熱速度で８３０℃まで加熱し、均熱帯では８３０℃で１５０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１４の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
焼鈍後の炭素量を表３に示す。表３から、加熱帯の酸化度が０．０００５以下で３０ppm 以下の炭素量になっていることが分かる。
【００３８】
【表３】
【００３９】
（実施例４）
実施例３の脱炭板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を、水スラリー状で塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。これらの試料を張力コーテイング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分化した。得られた製品の磁気特性を表４に示す。本発明の条件範囲において低鉄損化が達成されることが分かる。
【００４０】
【表４】
【００４１】
【発明の効果】
本発明により、製品の表面を効果的に仕上げることで、従来製品よりも低い鉄損の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。即ち脱炭焼鈍工程において、鋼板表面の酸化層制御と脱炭が広い範囲のヒートサイクルで両立でき、脱炭焼鈍の操業安定化または一次再結晶組織の適正化により、製品の磁気特性を顕著に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱炭焼鈍時の加熱速度と脱炭焼鈍後の炭素残留量の関係を示す図である。
【図２】脱炭焼鈍時の焼鈍温度と脱炭焼鈍後の炭素残留量の関係を示す図である。
【発明の属する技術分野】
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一方向性珪素鋼板の製造方法に関するものである。特に、その表面を効果的に仕上げることにより、鉄損特性の向上を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
一方向性珪素鋼板は、磁気鉄心として多くの電気機器に用いられている。一方向性珪素鋼板は、Ｓｉを０．８〜４．８％含有し、製品の結晶粒の方位を｛１１０｝＜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（Ｂ８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。
この要求にこたえ、一方向性珪素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。
【０００３】
積み鉄心の場合、仕上げ焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射して局部的な微少歪を与え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。
しかしながらこれらの磁区の動きを観察すると、鋼板表面のグラス皮膜の凹凸によりピン止めされ、動かない磁区も存在していることが分かった。従って、方向性電磁鋼板の鉄損値を更に低減させるためには、磁区細分化と合わせて磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜の凹凸によるピン止め効果をなくすことが重要であると考えられる。
【０００４】
そのためには、磁区の動きを阻害する鋼板表面のグラス皮膜を形成させない事が有効であると考えられ、その手段として、焼鈍分離剤として粗大高純アルミナを用いることによりグラス皮膜を形成させない方法が、例えば米国特許第３７８５８８２号に提示されている。しかしながら、この方法では表面直下の介在物をなくすことができず、その介在物によるピニング効果のため、鉄損の向上代はＷ15/60 で高々２％に過ぎない。
【０００５】
この表面直下の介在物を制御し、かつ表面の鏡面化を達成する方法として、仕上げ焼鈍後に表面酸化層を除去した後に化学研磨或いは電解研磨を行う方法が、例えば特開昭４９−９６９２０号公報、特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている。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、公害設備の付与等の点で大きな問題があり、いまだ実用化されるに至っていない。
【０００６】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々の実験を行い、脱炭焼鈍の露点を制御し、脱炭焼鈍時に形成される酸化層においてＦｅ系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）を形成させないことが、表面の介在物を消去することに有効であること（特開平７−１１８７５０号公報）、またこのような酸化層の制御と脱炭を両立させるためには、脱炭焼鈍工程において加熱速度を９℃／秒以上で７７０〜８６０℃の温度域まで加熱し、Ｆｅ系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）を形成させない雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を０．０１〜０．１５で焼鈍を行えば良いこと（特開平７−２７８６６８号公報）を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
脱炭焼鈍のヒートサイクルは、例えば特開平１−２９０７１６号公報、特開平６−２１２２６２号公報、特公平８−３２９２９号公報、特開平９−２５６０５１号公報等に開示されるように、製品の磁気特性に影響を及ぼす一次再結晶組織を調整するうえで重要な制御因子である。
本発明は、脱炭焼鈍の雰囲気ガスを加熱帯と均熱帯で分離制御することにより、特開平７−２７８６６８号公報に開示されたヒートサイクルの適正範囲を更に広げる方法を提供するものである。この方法により、脱炭焼鈍の操業安定化または一次再結晶組織の適正化により製品の磁気特性を一層改善することができる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために種々の実験を行い、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物が形成されない酸化度に制御して焼鈍することにより、加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域が広い範囲で鋼板表面の酸化層制御と脱炭が両立できることを見いだした。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
（１） 質量％で、
Ｓｉ：０．８〜４．８％、
Ｃ ：０．００３〜０．１％、
酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５０％、
Ｎ ：０．０１％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを熱延し、冷延・脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布し仕上げ焼鈍を施す工程を含む方向性珪素鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールしてこれらの雰囲気を分離し、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０００５以下に、また均熱帯の雰囲気ガスを鉄系酸化物が形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０１以上０．１５以下に制御して焼鈍することを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法。
（２）脱炭焼鈍後の鋼中炭素量を、質量％で０．００３％以下とすることを特徴とする前記（１）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
（３） 焼鈍分離剤として、アルミナを主成分として使用する前記（１）または（２）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
（４） 焼鈍分離剤として、マグネシアを主成分として使用する前記（１）または（２）記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者等は、珪素鋼板の脱炭挙動に対し、脱炭焼鈍初期（加熱過程）で形成される酸化層が以降の脱炭挙動に大きな影響を及ぼすものと考え、これに関連した種々の実験を行った。
【００１１】
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１４％、Ｃ：０．０５％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％の珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚１．６ｍｍに熱延した。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．１５ｍｍに冷延した。この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００１２】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：（１）０．０６及び（２）０．０００５の湿潤ガス中で８３０℃まで加熱し、８３０℃で９０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．０６の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
ここで、脱炭焼鈍の加熱時間として、（１）３０秒（２８℃／秒）、（２）６０秒（１４℃／秒）、（３）９０秒（９℃／秒）、（４）１２０秒（７℃／秒）、（５）１８０秒（５℃／秒）の条件で焼鈍を行った。
【００１３】
焼鈍後の炭素量を図１に示す。図１より、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合は、加熱速度９℃／秒以上で鋼中炭素量が０．００３％以下になるが、雰囲気ガスの酸化度が０．０００５の場合には、全ての加熱速度で鋼中炭素量が０．００３％以下になることが分かる。
【００１４】
この原因は、加熱過程で鋼板表面に形成されるシリカに依存するものと考えられる。即ち、脱炭焼鈍の表面においては、一般に脱炭（鋼中炭素の酸化）反応とシリカ形成（鋼中シリコンの酸化）反応が雰囲気の水分に対して競合して行われている。鉄系酸化物が形成しないような低酸化度雰囲気ガス中で焼鈍すると、一般にシリカは稠密な膜状で生成し脱炭を阻害するが、加熱速度を高めこのシリカ膜が全面を覆わないうちに脱炭反応を開始させることにより、脱炭反応のサイトでのシリカ形成が抑制され、引き続いて脱炭反応が起こるものと考えられる。
【００１５】
本発明は、加熱過程におけるシリカの形成反応を雰囲気ガスの酸化度を下げることにより抑制し、均熱過程に移行し脱炭反応を開始するものである。本実験試料を加熱直後に引き出して、ＧＤＳ（glow discharge spectroscopy ）等で表面分析を行った結果、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合には表面にシリカ層が形成しているが、雰囲気の酸化度が０．０００５と低い場合には表面のシリカ層が認められないことを確認した。
【００１６】
この結果を基に、脱炭焼鈍温度の影響を調べた。即ち、先述の冷延板を雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：（１）０．０６及び（２）０．０００５の湿潤ガス中で、加熱速度２８℃／秒で７４０〜９２０℃の温度範囲で焼鈍を行った。
焼鈍後の炭素量を図２に示す。図２より、雰囲気ガスの酸化度が０．０６の場合は焼鈍温度７７０〜８６０℃の範囲で鋼中炭素量が０．００３％以下になるが、雰囲気ガスの酸化度が０．０００５の場合には、全ての焼鈍温度で鋼中炭素量が０．００３％以下になることが分かる。
【００１７】
以上の結果より、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの各炉帯の雰囲気ガスを分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物が形成されない酸化度に制御して焼鈍することにより、鋼板表面の酸化層制御と脱炭を両立可能な加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域を広げることが可能となった。
【００１８】
この様に、脱炭焼鈍の加熱帯で形成されるシリカの形成を雰囲気ガスの酸化度を制御して抑制することにより、加熱帯、均熱帯のヒートサイクルの適正領域が広い範囲で鋼板表面の酸化層と脱炭が両立できる。加熱帯の雰囲気ガスの酸化度は、通常連続焼鈍で行う脱炭焼鈍の加熱速度範囲（１℃／秒以上）においてシリカが実質的に形成されない０．０００５以下とすれば良い。
また均熱帯の雰囲気ガスは酸化度は、特開平７−２７８６６８号号公報に記載があるような、０．０１以上０．１５以下として焼鈍すれば良い。酸化度が０．１５を超えた場合、製品の表面下に介在物が生成し、鉄損低下の障害となる。また、酸化度が０．０１より低いと脱炭速度が遅くなり、工業的に問題となる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
基本的な製造法としては、磁束密度Ｂ8 が高い製品を製造できる田口・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）、または小松等による（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６２−４５２８５号公報）を適用すれば良い。
【００２０】
次に、成分の限定理由について説明する。
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、実質的に結晶の方向性に影響を及ぼさない０．８％を下限とする。
【００２１】
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮまたは（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。
【００２２】
Ｎは、製鋼時に０．０１％を超えて添加すると、ブリスターとよばれる鋼板中の空孔を生じるので、０．０１％を上限とする。
【００２３】
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。
【００２４】
Ｃは、残留すると製品特性（鉄損）の低下を引き起こすので、０．００３％以下に抑えることが必要とされている。しかしながら、製鋼段階でＣ量を低くすると熱延板の結晶組織に粗大な｛１００｝伸長粒が存在し、二次再結晶に悪影響を及ぼす。また、析出物や一次再結晶集合組織制御の観点からも、Ｃはある程度製鋼段階で添加することが必要である。従って、製鋼段階では０．００３％以上、好ましくはα／γ変態が生じる０．０２％以上添加することが望ましい。一方、０．１％より多く添加しても、上述の結晶組織、析出物等への影響はほぼ飽和し、脱炭に必要な時間が長くなるので、０．１％を上限とする。
【００２５】
上記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延板とされるか、もしくは溶鋼を連続鋳造して薄帯とする。前記熱延板または連続鋳造薄帯は、直ちにもしくは短時間焼鈍を経て冷間圧延される。
上記焼鈍は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。
冷間圧延は、基本的には特公昭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。
【００２６】
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脱炭焼鈍を行う。
脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの雰囲気を分離すること、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカの形成しない酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）、また均熱帯の雰囲気ガスを、鉄系酸化物（Ｆｅ2 ＳｉＯ4 、ＦｅＯ等）の形成しない酸化度に制御して焼鈍すること、が本発明のポイントである。
【００２７】
この温度域での脱炭終了後に、粒径調整のために更に高温で焼鈍する場合もある。
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６２−４５２８５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当量以上に窒化すれば良い。
【００２８】
これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、シリカと反応し難いアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーもしくは静電塗布法等により塗布することにより、仕上げ焼鈍後の表面を鏡面状に仕上げ、鉄損を大きく低下させることができる。また、従来のようにマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布するか、もしくは静電塗布法等によりドライ・コートすることも有効である。この場合は、焼鈍分離剤としてアルミナを用いた場合のように表面は鏡面にならないが、表面グラス被膜の凸凹を低減し、鉄損を従来製品よりも低下させることができる。
【００２９】
この積層した脱炭焼鈍板を仕上げ焼鈍して、二次再結晶と窒化物等の純化を行う。二次再結晶は特開平２−２５８９２９号公報に開示される様に、一定の温度で保持する等の手段により所定の温度域で行うことは、磁束密度を上げるうえで有効である。
二次再結晶完了後、窒化物等の純化を行うために、１００％水素で１１００℃以上の温度で焼鈍する。
仕上げ焼鈍後、表面に張力コーテイング処理を行い、必要に応じてレーザー照射等の磁区細分化処理を施せば良い。
【００３０】
【実施例】
（実施例１）
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１４％、Ｃ：０．０５％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０２８％、Ｎ：０．００８％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚２．０ｍｍに熱延した。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．１４ｍｍに冷延した。この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００３１】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を、（１）０．０００２、（２）０．０００５、（３）０．００１４、（４）０．００８、（５）０．０６と変化させた湿潤ガス中で、５℃／秒の加熱速度で８３０℃まで加熱し、均熱帯では８３０℃で１１０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１２の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
焼鈍後の炭素量を表１に示す。表１から、加熱帯の酸化度が０．０００５以下で３０ppm 以下の炭素量になっていることが分かる。
【００３２】
【表１】
（実施例２）
質量で、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１％、Ｃ：０．０６％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．０５％含有する珪素鋼スラブを１１５０℃で加熱した後、板厚２．０ｍｍの熱延板とした。この熱延板を１１００℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．２２ｍｍに冷延した。
この冷延板を（１）加熱帯酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．０００５で８２０℃まで加熱速度２８℃／秒で加熱し、均熱帯では８３０℃で酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１２で１１０秒間焼鈍した。
また比較例として、（２）加熱帯及び均熱帯の酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．３３（従来法）で加熱速度２８℃／秒で加熱し、８３０℃で１１０秒間焼鈍した。
【００３４】
これらの鋼板をその後、一部はアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を、一部は従来のようにマグネシア（ＭｇＯ）を主成分とする焼鈍分離剤を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。
これらの試料を張力コーテイング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分化した。得られた製品の磁気特性を表２に示す。
表２から、本発明例は優れた磁気特性を有していることが分かる。
【００３５】
【表２】
（実施例３）
質量で、Ｓｉ：３．２％、Ｍｎ：０．０７％、Ｃ：０．０８％、Ｓ：０．０２５％、酸可溶性Ａｌ：０．０２６％、Ｎ：０．００８％、Ｓｎ：０．１２％、Ｃｕ：０．１％含有する珪素鋼スラブを１３５０℃で加熱した後、板厚２．３ｍｍの熱延板とした。この熱延板を１１２０℃で２分間焼鈍した後、最終板厚０．２２ｍｍに冷延した。
この冷延板に脱炭焼鈍を施した。その際、脱炭設備の加熱帯と均熱帯の間をシールし、これらの炉帯の雰囲気を分離した。
【００３７】
加熱帯の雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）を、（１）０．０００２、（２）０．０００５、（３）０．００１４、（４）０．００８、（５）０．０６と変化させた湿潤ガス中で、５℃／秒の加熱速度で８３０℃まで加熱し、均熱帯では８３０℃で１５０秒間、酸化度（Ｐ H2 O ／Ｐ H2 ）：０．１４の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を施した。
焼鈍後の炭素量を表３に示す。表３から、加熱帯の酸化度が０．０００５以下で３０ppm 以下の炭素量になっていることが分かる。
【００３８】
【表３】
（実施例４）
実施例３の脱炭板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を、水スラリー状で塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。これらの試料を張力コーテイング処理を施した後、レーザー照射して磁区細分化した。得られた製品の磁気特性を表４に示す。本発明の条件範囲において低鉄損化が達成されることが分かる。
【００４０】
【表４】
【発明の効果】
本発明により、製品の表面を効果的に仕上げることで、従来製品よりも低い鉄損の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。即ち脱炭焼鈍工程において、鋼板表面の酸化層制御と脱炭が広い範囲のヒートサイクルで両立でき、脱炭焼鈍の操業安定化または一次再結晶組織の適正化により、製品の磁気特性を顕著に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱炭焼鈍時の加熱速度と脱炭焼鈍後の炭素残留量の関係を示す図である。
【図２】脱炭焼鈍時の焼鈍温度と脱炭焼鈍後の炭素残留量の関係を示す図である。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｓｉ：０．８〜４．８％、
Ｃ ：０．００３〜０．１％、
酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５０％、
Ｎ ：０．０１％以下
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを熱延し、冷延・脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布し仕上げ焼鈍を施す工程を含む方向性珪素鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍炉の加熱帯と均熱帯の間をシールしてこれらの雰囲気を分離し、更に加熱帯の雰囲気ガスをシリカが形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０００５以下に、また均熱帯の雰囲気ガスを鉄系酸化物が形成されない酸化度（ＰH２ O ／ＰH２ ）：０．０１以上０．１５以下に制御して焼鈍することを特徴とする方向性珪素鋼板の製造方法。 - 脱炭焼鈍後の鋼中炭素量を、質量％で０．００３％以下とすることを特徴とする請求項１記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
- 焼鈍分離剤として、アルミナを主成分として使用する請求項１または２記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
- 焼鈍分離剤として、マグネシアを主成分として使用する請求項１または２記載の方向性珪素鋼板の製造方法。
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