JP6424875B2 - Directional electromagnetic steel sheet and method of manufacturing the same - Google Patents

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Description

本発明は、主として変圧器に使用される方向性電磁鋼板であって、地鉄上に形成したセラミクス被膜よって地鉄に対して高い引張張力を付与することにより極めて低い鉄損を得ることができ、かつ歪取り焼鈍などの高温焼鈍をした後においても極めて良好な被膜密着性を有し、さらには加工性にも優れた方向性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。   The present invention is directed to a oriented electrical steel sheet used mainly for a transformer, and a very low iron loss can be obtained by applying a high tensile tension to the base iron by means of a ceramic coating formed on the base iron. The invention also relates to a grain-oriented electrical steel sheet having very good film adhesion even after high-temperature annealing such as strain relief annealing, and further having excellent workability.

磁気特性に優れる方向性電磁鋼板は、主に変圧器内部の鉄心材料として用いられ、変圧器のエネルギ使用効率向上のために、その低鉄損化が要求されている。方向性電磁鋼板の低鉄損化には、結晶粒のGoss方位への先鋭化、被膜張力の増大および薄手化などの手法の他に、鋼板の表面加工による方法が知られている。
この手法で得られる方向性電磁鋼板は、大別して、数百度以上で熱処理しても低鉄損が保たれる耐熱型と、熱処理後に鉄損が劣化する非耐熱型の2種類に分けられるが、変圧器鉄心が巻型の場合には、耐熱型特性が要求されることが多い。というのは、巻型鉄心作製の際に鋼板内部に生じる、鉄損の劣化原因となる歪みを、高温の歪取り焼鈍によって除去する場合が多いためである。
A directional magnetic steel sheet excellent in magnetic properties is mainly used as an iron core material inside a transformer, and its reduction in iron loss is required to improve the energy usage efficiency of the transformer. In addition to methods such as sharpening of crystal grains to the Goss orientation, increase in film tension, and thinning, methods for surface processing of steel plates are known for reducing iron loss in grain-oriented electrical steel sheets.
The grain-oriented electrical steel sheet obtained by this method can be roughly divided into two types: heat-resistant type in which low iron loss is maintained even if heat treated at several hundred degrees or more and non-heat-resistant type in which iron loss is deteriorated after heat treatment. When the transformer core is wound, heat-resistant characteristics are often required. The reason is that, in many cases, the strain that causes deterioration of the iron loss, which is generated inside the steel sheet in producing the wound core, is often removed by high-temperature strain relief annealing.

鋼板の表面加工による低鉄損化の方法に関しては、耐熱型低鉄損材の要求に対し、被膜形成前の冷延板に線状の溝を導入する方法が示されている。例えば、特許文献1には、脱炭焼鈍前の冷延板にレジストインクを塗布した後、エッチングによって鋼板表面に溝を形成し、歪取り焼鈍後にも低鉄損である方向性電磁鋼板の製造方法が示されている。この方法は、刻印により溝を形成する際に生じる、装置の機械的な磨耗がほとんど無いため、メンテナンス性が高い利点がある。   With respect to a method of reducing iron loss by surface processing of a steel plate, a method of introducing a linear groove in a cold rolled sheet before forming a film is shown in response to the requirement of a heat-resistant low iron loss material. For example, in Patent Document 1, after a resist ink is applied to a cold-rolled sheet before decarburizing annealing, a groove is formed on the surface of the steel sheet by etching, and a directional iron sheet having low core loss even after strain relief annealing The method is shown. This method has the advantage of high maintainability because there is little mechanical wear of the device that occurs when forming grooves by stamping.

一方、非耐熱型低鉄損材の要求に対しては、例えば特許文献2に、2次再結晶後の鋼板に電子ビームやレーザによって、歪みを局所的に導入する方法が示されており、極めて低い鉄損が達成されている。しかしながら、これらの方法による低鉄損化は近年技術が飽和傾向にあり、飛躍的な磁気特性の向上が難しくなってきている。   On the other hand, in response to the demand for non-heat resistant low iron loss materials, for example, Patent Document 2 shows a method of locally introducing distortion into a steel plate after secondary recrystallization by an electron beam or a laser, Very low core losses have been achieved. However, in recent years, the technology for reducing iron loss by these methods tends to be saturated, and it is becoming difficult to dramatically improve the magnetic characteristics.

これに対し、表面改質の観点から、さらに低鉄損化する技術が知られている。例えば、特許文献3には、地鉄表面を平滑化することによって、極めて優れた磁気特性が得られることが示されている。詳細なメカニズムに関しては、なお不明な点が多いが、地鉄の粗度を低減することによって、磁壁の移動に伴うエネルギロスが抑制されるため、ヒステリシス損が減少し、透磁率が増大する。例えば、磁束密度B8は1.96T程度までの値が達成可能である。ただし、この方法による場合、全鉄損の一部であるヒステリシス損は低減されるものの、渦電流損は十分に低減されない。しかし、この点に関しては、地鉄に引張張力を印加することにより、同一の引張張力であっても、粗度が低い素材の方が、粗度が高い素材で確認される以上に、渦電流損を低減できることが分かっている。 On the other hand, from the viewpoint of surface modification, techniques to further reduce iron loss are known. For example, Patent Document 3 shows that by smoothing the surface of the base iron, extremely excellent magnetic properties can be obtained. As to the detailed mechanism, there are still many unclear points, but reducing the roughness of the base iron suppresses energy loss accompanying the movement of the domain wall, thereby reducing hysteresis loss and increasing permeability. For example, the magnetic flux density B 8 can achieve a value of up to about 1.96 T. However, according to this method, although the hysteresis loss which is a part of the total iron loss is reduced, the eddy current loss is not sufficiently reduced. However, in this respect, by applying tensile tension to the base iron, even if the tensile strength is the same, even if the material has a low roughness, the eddy current is more than in the material having a high roughness. It has been found that losses can be reduced.

また、さらに高い引張張力を印加すれば、従来に無い極めて低い鉄損が実現可能である。このため、地鉄に高張力を付与しようと、高張力被膜の開発が行われてきた。例えば、特許文献4には、PVDやCVDによって、地鉄にTiN被膜を形成することにより、極めて高い引張張力が形成されることが示されている。   In addition, if a higher tension is applied, it is possible to realize an extremely low iron loss which has not been achieved conventionally. For this reason, high tension coatings have been developed in order to provide high tension to the ground iron. For example, Patent Document 4 discloses that a very high tensile tension is formed by forming a TiN film on base steel by PVD or CVD.

特許第2942074号公報Patent No. 2942074 gazette 国際公開第2013/099258号International Publication No. 2013/099258 特公昭52-24499号公報Japanese Patent Publication No. 52-24499 特許第4192818号公報Patent No. 4192818 特開2002-356751号公報JP 2002-356751 A 特開2003-301246号公報JP 2003-301246 A

「気相コーティングによる鉄鋼の表面高機能化」(日本鉄鋼協会編、1995、P.141〜148)"Functionalization of steel surface by vapor phase coating" (Japan Iron and Steel Institute, Ed., 1995, pp. 141-148)

上記のようなセラミクス被膜の形成に際して、3つの問題がある。
一つ目の問題は、成膜にかかる製造コストが高いことである。PVDやCVDでの被膜形成の場合、蒸発源となる金属元素(例えばTi)のコストが高く、また成膜歩留りも低いため、成膜するほど製造コストが増大する。従って、セラミクス被膜は可能な限り薄く成膜したいけれども、この場合には低鉄損が得られ難い。
There are three problems in the formation of the above-mentioned ceramic coating.
The first problem is that the manufacturing cost for film formation is high. In the case of film formation by PVD or CVD, the cost of the metal element (for example, Ti) serving as the evaporation source is high, and the film formation yield is also low. Therefore, although it is desirable to form the ceramic coating as thin as possible, low iron loss is difficult to obtain in this case.

二つ目の問題は、焼鈍後の被膜密着性である。セラミクス被膜付きの鋼板を歪取り焼鈍すると、被膜の密着性が損なわれ、被膜が剥奪したり、黒色に変色したりしてしまうという問題がある。この傾向は、特にセラミクス被膜が薄膜の場合に顕著であった。
従来知見においては、被膜中に存在するPに起因して地鉄との界面に形成されるFePが被膜密着性の劣化する原因ともされているが、Pを含まない被膜を形成した場合であっても同様に被膜密着性が損なわれることがあった。従って、別の原因もあると考えられるが詳細について不明な点が多い。
The second problem is the adhesion of the film after annealing. When the steel sheet with the ceramic film is subjected to strain relief annealing, the adhesion of the film is impaired, and the film may be stripped or discolored black. This tendency was remarkable especially when the ceramic coating was a thin film.
In the conventional findings, FeP formed at the interface with the base iron due to P present in the film is also considered to be a cause of deterioration in film adhesion, but it is a case where a film not containing P is formed. Even in the same case, the film adhesion may be impaired. Therefore, there may be other causes, but there are many unclear points in detail.

三つ目の問題は、加工性である。上記のようなセラミクス被膜は概して硬度が高く、鋼板から変圧器鉄心用にせん断加工を行うとき、せん断機の磨耗が激しく、生産性を損なう要因となってしまう。また、磨耗したせん断機にて加工した場合には、鉄心材にかえりなどが生じ、変圧器の特性を妨げる要因となる。   The third problem is processability. The above-mentioned ceramic coatings are generally high in hardness, and when a steel sheet is subjected to a shearing process for a transformer core, the shearing machine wears rapidly, which causes a loss in productivity. In addition, when processed with a worn shear, burrs etc. occur in the iron core material, which causes the characteristic of the transformer to be disturbed.

これまで、成膜コスト低減のために、可能な限りの成膜厚の減少が試みられてきた。例えば、特許文献5には、複合被膜化、すなわちSiNx被膜をTiNOの上部に形成することにより、トータル膜厚は薄くても、被膜密着性を向上させて、低鉄損を得ることが示されている。しかしながら、セラミクス被膜を多層化すると、異なる成膜種の間で適正な成膜条件が異なるために、装置が過度に大型化し、かえって設備コストが増大してしまう問題があった。   Until now, attempts have been made to reduce the film thickness as much as possible in order to reduce the film formation cost. For example, Patent Document 5 shows that even if the total film thickness is thin, the film adhesion is improved and low iron loss is obtained by forming a composite film, that is, forming a SiNx film on top of TiNO. ing. However, when the ceramic film is multilayered, there is a problem that the apparatus becomes excessively large and equipment cost increases because the appropriate film forming conditions differ between different film forming species.

また、加工性の向上のために、セラミクス被膜の硬度を小さくする技術が特許文献6に示されている。この技術によれば、セラミック被膜の膜質や密着性を損なうことなしに、カッティング特性に優れた低鉄損方向性珪素鋼板が得られている。   Further, Patent Document 6 discloses a technique for reducing the hardness of a ceramic coating to improve processability. According to this technique, a low core loss oriented silicon steel sheet excellent in cutting characteristics is obtained without impairing the film quality and adhesion of the ceramic film.

しかしながら、本発明者らの実験によれば、硬度を低くした場合、同時にヤング率が低下する傾向が認められた。セラミクス被膜の硬度は、被膜に内在する欠損などの存在頻度に影響されている可能性があり、欠損が多い材料は硬度が低く、またヤング率も低くなると考えられる。被膜のヤング率は、地鉄に付与する張力の大きさに比例すると考えられるため、低ヤング率化は原理的に鉄損上好ましくない。   However, according to the experiments of the present inventors, when the hardness is lowered, a tendency of the Young's modulus to be lowered simultaneously is recognized. The hardness of the ceramic coating may be affected by the frequency of presence of defects and the like inherent in the coating, and it is considered that the material having many defects has a low hardness and a low Young's modulus. Since the Young's modulus of the film is considered to be proportional to the magnitude of the tension applied to the base iron, lowering the Young's modulus is in principle not preferable in terms of iron loss.

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、比較的薄いセラミクス被膜で低鉄損化を図る場合に、歪取り焼鈍後の被膜密着性の劣化が少なく、しかも加工性にも優れた方向性電磁鋼板を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。   The present invention advantageously solves the above-mentioned problems, and in the case of achieving low iron loss with a relatively thin ceramic coating, there is little deterioration in the adhesion of the coating after stress relief annealing, and also excellent processability. The purpose is to propose a grain-oriented electrical steel sheet with its advantageous manufacturing method.

さて、本発明者らは、上記の問題を解決すべく、多くの実験と検討を重ねた結果、セラミクス被膜による鉄損低減と密着性の向上には、地鉄の結晶粒径や表面状態が強く影響することを見出した。
すなわち、地鉄については、
・平均結晶粒径が16mm以上であって、粒界におけるエッチング深さが10μm未満、
・表面粗度Raが0.3μm以下、
・エッチピット部を含む結晶粒の面積率が30%以下
とすることが、重要であることを実験的に明らかとした。
Now, as a result of repeating experiments and studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have found that the grain size and the surface condition of the base iron are necessary for reducing iron loss and improving adhesion by the ceramic coating. I found it to have a strong influence.
That is, for the ground iron
・ The average grain size is 16 mm or more, and the etching depth at grain boundaries is less than 10 μm,
・ Surface roughness Ra is 0.3 μm or less,
It was experimentally proved that it is important that the area ratio of the crystal grain including the etch pit portion be 30% or less.

図1に、平均の結晶方位がほぼ同等である、平均結晶粒径が13mm、16mm、33mmの素材を用いて、被膜密着性と鉄損について調査した結果を示す。ここで、調査は、電解研磨と硝酸研磨の方法で平滑化された地鉄上に、PVD法によって0.3μm厚のTiN被膜を成膜し、無機物の処理液を焼き付けたリン酸塩系コーティングをした後、850℃、3hで歪取り焼鈍を行った鋼板に対して行った。これらはすべて電解研磨と硝酸研磨のときに粒界が優先的に研磨されて、粒内に比較して粒界は2μm程度深く研磨されていた。
なお、被膜密着性は、鋼板を直径:50,40,30,25,20,15,10,5mmの丸棒に巻き付けたとき被膜剥離が生じない最小の曲げ径で評価した。また、平均結晶粒径Dは、1結晶粒の面積率AiとRD粒径Diを用いて、ΣDi×Ai(i:1〜50)で評価した。ここに、RD粒径とは、圧延方向(RD)における結晶粒の粒径である。
FIG. 1 shows the results of investigations on film adhesion and iron loss using materials having average crystal grain sizes of 13 mm, 16 mm, and 33 mm, in which the average crystal orientations are substantially the same. Here, the investigation is a phosphate-based coating obtained by depositing a 0.3 μm thick TiN film by PVD on a ground iron smoothed by the method of electropolishing and nitric acid polishing and baking the treatment liquid of the inorganic substance. Then, it was carried out on a steel sheet subjected to strain relief annealing at 850 ° C. for 3 h. In all of these, grain boundaries were preferentially polished during electrolytic polishing and nitric acid polishing, and the grain boundaries were polished about 2 μm deeper than in the grains.
In addition, coating film adhesiveness evaluated the minimum bending diameter which coating peeling does not produce, when a steel plate is wound around the round bar of diameter: 50, 40, 30, 25, 20, 15, 10, 5 mm. The average crystal grain size D was evaluated by Di Di x Ai (i: 1 to 50) using the area ratio Ai of one crystal grain and the RD grain size Di. Here, the RD grain size is the grain size of crystal grains in the rolling direction (RD).

図1より、平均結晶粒径は大きいほど、鉄損も被膜密着性も良好になることが分かる。一方、平均結晶粒径が16mmよりも小さくなると、特に被膜密着性が急激に劣化することが認められた。   It can be seen from FIG. 1 that the larger the average grain size, the better the core loss and the film adhesion. On the other hand, when the average grain size was smaller than 16 mm, it was observed that the film adhesion, in particular, was rapidly deteriorated.

次に、平均結晶粒径が16mmの素材を用いて、硝酸濃度と浸漬時間を変更して、粒界の研磨深さを変更し、この粒界研磨深さが被膜密着性と鉄損に及ぼす影響について調査した。得られた結果を図2に示す。
同図に示したとおり、粒内に対する粒界の研磨深さがNDに10μmになると、鉄損はほぼ同等であるものの、被膜密着性が悪化した。ここに、NDとは、圧延面法線方向を意味する。より好ましい研磨深さは5μm以下である。
結晶粒界の数や深く穿たれた粒界が、被膜性状に及ぼす影響に関しての詳細は明らかでないが、セラミクス被膜は地鉄に対しエピタキシャルに成長するとの考えもあることから、空隙や格子欠陥を含んだ粒界部分の表層で成長するセラミクス被膜に、何かしらの欠陥・欠損が存在するためではないかと考えられる。
Next, using a material with an average crystal grain size of 16 mm, the polishing depth of grain boundaries is changed by changing the nitric acid concentration and immersion time, and the grain boundary polishing depth affects film adhesion and core loss. We investigated the impact. The obtained result is shown in FIG.
As shown in the figure, when the polishing depth of the grain boundary with respect to the grain is 10 μm in ND, although the iron loss is almost equal, the film adhesion is deteriorated. Here, ND means the rolling surface normal direction. A more preferable polishing depth is 5 μm or less.
Although the details regarding the influence of the number of grain boundaries and the deeply-pierced grain boundaries on the film properties are not clear, it is thought that the ceramic film grows epitaxially with respect to the base iron, so voids and lattice defects It is considered that some defects or defects exist in the ceramic coating grown on the surface of the contained grain boundary portion.

また、従来知見に示されるように、表面粗度が低い方が低鉄損化には有利であることは、本発明においても同様であった。
図3は、平均結晶粒径:16mmの素材の表面を、電解研磨と硝酸研磨の濃度、浸漬時間を変更することによって、表面粗度Raを変えた材料に対し、800℃の歪取り焼鈍を施した後の鉄損について調べたものである。ここで、粒界部分の研磨深さは、0.4〜0.9μmであった。
同図に示したとおり、Raが0.3μm以下で特に低い鉄損が得られている。
In addition, as shown in the conventional findings, it is the same in the present invention that lower surface roughness is advantageous for reducing iron loss.
FIG. 3 shows that the surface of a material having an average crystal grain size of 16 mm is subjected to strain relief annealing at 800 ° C. for a material whose surface roughness Ra is changed by changing the concentration of electrolytic polishing and nitric acid polishing, and immersion time. It investigated about the iron loss after applying. Here, the polishing depth of the grain boundary portion was 0.4 to 0.9 μm.
As shown in the figure, particularly low iron loss is obtained when Ra is 0.3 μm or less.

表面粗度が低い鋼板面を作るために有効な手段の一つとして、塩酸や硝酸などを使用した化学的手法による研磨が知られている。
そこで、本発明者らは、この塩酸や硝酸などを使用した化学的手法による研磨を試みたところ、この方法によった場合には、地鉄表面に形成されるエッチピットの出方によって被膜密着性および鉄損が悪化することが判明した。
Polishing by a chemical method using hydrochloric acid, nitric acid or the like is known as an effective means for producing a steel sheet surface having a low surface roughness.
Therefore, when the present inventors tried polishing by a chemical method using hydrochloric acid, nitric acid, etc., in the case of this method, adhesion of the film was observed depending on the appearance of the etch pit formed on the surface of the base iron. Sex and iron loss were found to be worse.

図4に、TiNを0.3μmの厚さで成膜した後に観察した鋼板表面の写真の一例を示す。中央に3つある四角形状の部分がエッチピットである。成膜厚が薄い場合には、写真のように確認可能であるが、比較的厚くなると、表面がならされて確認しづらいので、セラミクス被膜を選択的に除去して確認することが好ましい。   FIG. 4 shows an example of a photograph of the surface of a steel plate observed after depositing TiN to a thickness of 0.3 μm. The three square parts in the center are the etch pits. If the thickness of the formed film is thin, it can be confirmed as shown in the photograph, but if it is relatively thick, the surface is roughened and it is difficult to check. Therefore, it is preferable to selectively remove the ceramic coating to check.

図5は、850℃、3時間の歪取り焼鈍を施した後の鉄損W17/50を、エッチピットを含む結晶粒の面積率との関係で示したものである。実験は、平均結晶粒径が20mm、表面粗度Raが0.15μmである地鉄表面に、PVD法で膜厚が0.4μmのTiN被膜を成膜し、ついでリン酸塩系コーティングを施した後に歪取り焼鈍を行った鋼板に対して行ったものである。ここで、表面粗度はエッチピットが含まれない部分にて測定した。なお、エッチピットは、セラミクス被膜の成膜前に、光学顕微鏡によって観察した。また、結晶粒内にエッチピットが含まれるとは、結晶粒内でのエッチピットの存在面積率が2%以上であることとした。エッチピットの存在面積率は、結晶粒の内部にて、合計1mm×1mmの視野内における面積率を導出し、その平均値として評価した。観察した結晶粒は、任意に選んだ200個程度とした。
同図に示したとおり、エッチピットを含む結晶粒の面積率が30%を超えると、歪取り焼鈍後の鉄損が急激に劣化することが分かる。
FIG. 5 shows the core loss W 17/50 after strain relief annealing at 850 ° C. for 3 hours in relation to the area ratio of crystal grains including etch pits. In the experiment, a TiN film having a thickness of 0.4 μm was formed by PVD on a base iron surface having an average crystal grain size of 20 mm and a surface roughness Ra of 0.15 μm, and then a phosphate-based coating was applied. It is performed to the steel plate which performed strain relief annealing. Here, the surface roughness was measured at a portion not including the etch pit. The etch pits were observed by an optical microscope before the formation of the ceramic film. Further, the fact that the etch pits are contained in the crystal grains means that the existing area ratio of the etch pits in the crystal grains is 2% or more. The area ratio of the etch pits was evaluated as the average value of the area ratio within the field of view of 1 mm × 1 mm in the interior of the crystal grain. The number of crystal grains observed was about 200 arbitrarily selected.
As shown in the figure, it can be seen that when the area ratio of crystal grains including etch pits exceeds 30%, the iron loss after stress relief annealing rapidly deteriorates.

本発明において、セラミクス被膜は、低コスト化のために膜厚を1.0μm以下とし、またその種類は低鉄損化の効果が高いTiN、TiCN、TiCのいずれかであることとするが、部分的にTi酸化物(TiOx,x:1〜2)が混在していても良い。ただし、TiOxが含有される場合は、被膜−地鉄界面にTiOxが存在していると、被膜密着性が損なわれることから、被膜の表層側により多く存在していることが好ましい。   In the present invention, the ceramic coating has a film thickness of 1.0 μm or less for cost reduction, and the type thereof is TiN, TiCN, or TiC, which is highly effective in reducing iron loss. In addition, Ti oxides (TiOx, x: 1 to 2) may be mixed. However, when TiOx is contained, if TiOx is present at the film-base iron interface, the film adhesion is impaired. Therefore, it is preferable that the film be present more on the surface side of the film.

図6は、最小曲げ径に及ぼす酸素分布の影響を示したものである。図の横軸は、セラミクス被膜の膜厚(ここでは0.3μm)に対する、GDSによって測定した酸素検出強度が絶縁酸化物被膜に対して1/2となる、セラミクス被膜の表層からの深さの割合を示したものである。
同図に示したとおり、この値が0.5以上になると、被膜密着性が悪くなることが定量的に把握された。
FIG. 6 shows the effect of oxygen distribution on the minimum bending diameter. The horizontal axis of the figure is the ratio of the depth from the surface of the ceramic coating, at which the oxygen detection strength measured by GDS is 1/2 of that of the insulating oxide coating, with respect to the thickness of the ceramic coating (here 0.3 μm) Is shown.
As shown in the figure, when this value is 0.5 or more, it is quantitatively understood that the film adhesion deteriorates.

セラミクス被膜の平均膜厚の最小値は0.3μmとする。というのは、0.3μm未満で成膜した場合、十分な低鉄損化を達成することができないからである。
また、セラミクス被膜は、表面粗度Rzの平均膜厚に対する比が0.3以下であること望ましい。TiNなどは島状に成長することが知られているが、特に膜厚が薄い場合には、成膜条件によっては、図7(TiNを0.3μm厚で成膜直後の表面写真)に示すように、TiNの厚みが部分的に変化してしまう。この場合、膜厚が薄い部分(表面粗度Rzの平均膜厚に対する比が大きい部分)で被膜密着性が悪くなる。なお、RzはSEMの断面観察像から導出した。
The minimum value of the average film thickness of the ceramic coating is 0.3 μm. The reason is that when the film is formed at less than 0.3 μm, sufficient iron loss can not be achieved.
The ceramic coating desirably has a ratio of surface roughness Rz to average film thickness of 0.3 or less. It is known that TiN and the like grow like islands, but depending on the film forming conditions, as shown in Fig. 7 (a surface photograph of TiN with a thickness of 0.3 μm immediately after film forming), especially when the film thickness is thin. In addition, the thickness of TiN is partially changed. In this case, the film adhesion deteriorates at portions where the film thickness is thin (portions where the ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness is large). Rz was derived from the cross-sectional observation image of the SEM.

表1に、表面粗度Rzの平均膜厚tに対する比(Rz/t)を種々に変化させたセラミクス被膜の密着性について調べた結果を示す。   The result of having investigated about the adhesiveness of the ceramic film which changed the ratio (Rz / t) with respect to the average film thickness t of surface roughness Rz in Table 1 is changed is shown.

同表に示したとおり、表面粗度Rzの平均膜厚tに対する比が小さくなるほど密着性は向上に、特に上記比が0.3以下で良好な結果を得ることができた。   As shown in the table, as the ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness t decreases, the adhesion is improved, and in particular, good results can be obtained when the ratio is 0.3 or less.

さらに、本発明者らは、セラミクス被膜による低鉄損化と被膜密着性の向上には、セラミクス被膜の硬度およびセラミクス被膜の粗度が重要であることを見出した。そして、セラミクス被膜の硬度増大のためには、セラミクス被膜の結晶サイズを小さくすることが有効であることを明らかとした。なお、セラミクス被膜の硬度については、特許文献6の従来例にて示されているように、従来高々2000HVであった。しかも、同特許文献6では、加工性向上の観点からは、むしろ1500HV以下とすることが重要であると示されている。   Furthermore, the present inventors have found that the hardness of the ceramic coating and the roughness of the ceramic coating are important for the reduction of iron loss and the improvement of the coating adhesion by the ceramic coating. And it became clear that it was effective to make the crystal size of a ceramic film smaller in order to increase the hardness of a ceramic film. The hardness of the ceramic coating was at most 2000 HV as shown in the conventional example of Patent Document 6. Moreover, in Patent Document 6, it is shown that it is rather important to set the value to 1500 HV or less from the viewpoint of improvement in processability.

別途述べるとおり、セラミクス被膜の硬度は被成膜材の影響も受けるため、厳密な比較はできないが、非特許文献1にも示されているように、同じ鉄鋼材料であるSUSに成膜したTiNの硬度はおよそ1500HV程度であった。
本発明者らは、以下に述べるとおり、従来以上にセラミクス被膜を高硬度化することによって、焼鈍後の被膜密着性と鉄損を共に格段に向上できることを見出した。
As described separately, since the hardness of the ceramic coating is also affected by the material to be deposited, exact comparison can not be made, but as shown in Non-Patent Document 1, TiN deposited on the same steel material, SUS, is used. Hardness of about 1500 HV.
The inventors of the present invention have found that, as described below, by increasing the hardness of the ceramic coating more than before, both the coating adhesion after annealing and the iron loss can be remarkably improved.

図8と図9にそれぞれ、被膜密着性と鉄損に及ぼすセラミクス被膜(TiN被膜)の硬度の影響について調べた結果を示す。ここで、被膜硬度は、PVD法にてTiNを成膜した直後に測定した値とした。被膜厚みは0.4μm、地鉄の結晶方位角βは2°であった。硬度はISO14577規格に基づき、ベルコビッチ圧子によって測定したインデンテーションハードネス値に92.6の値を掛けてビッカース硬度(HV)に換算した。
また、被膜密着性および鉄損は、TiN成膜後、無機物の処理液を焼き付けたリン酸塩系コーティングをした後、800℃,3hで歪取り焼鈍(SRAともいう)を行った後に測定した。なお、被膜密着性は、鋼板を直径50,40,30,25,20,15,10,5mmの丸棒に巻きつけたとき被膜剥離が生じない最小の曲げ径にて評価した。また、図9中のプロット点に付記した数字は、硬度測定と同じタイミングで測定したヤング率(単位はGPa)である。ここで、被膜のヤング率は、被膜のポアソン比を0.3として、次式によって求めた。
1/Er =(1−ν2)/EIT+(1−νi 2)/Ei
ここで、EIT=被膜の弾性率(ヤング率)
r =複合弾性率
i =圧子(ダイヤモンド)の弾性率
ν =被膜のポアソン比
νi =圧子(ダイヤモンド)のポアソン比
FIGS. 8 and 9 show the results of investigation of the influence of the hardness of the ceramic coating (TiN coating) on the coating adhesion and the core loss, respectively. Here, the film hardness was a value measured immediately after depositing TiN by the PVD method. The film thickness was 0.4 μm, and the crystal orientation angle β of the ground iron was 2 °. The hardness was converted to Vickers hardness (HV) by multiplying the value of 92.6 by the indentation hardness value measured by a Berkovich indenter based on the ISO 14577 standard.
In addition, film adhesion and iron loss were measured after forming a TiN film, applying a phosphate-based coating to which a treatment liquid of an inorganic substance was baked and then performing stress relief annealing (also referred to as SRA) at 800 ° C. for 3 hours. . In addition, coating film adhesiveness was evaluated by the minimum bending diameter which coating peeling does not produce, when a steel plate is wound around the round bar of diameter 50, 40, 30, 25, 20, 15, 10, 5 mm. Moreover, the numbers attached to the plot points in FIG. 9 are Young's modulus (unit: GPa) measured at the same timing as the hardness measurement. Here, the Young's modulus of the film was determined by the following equation with the Poisson's ratio of the film being 0.3.
1 / E r = (1-ν 2 ) / E IT + (1-ν i 2 ) / E i
Where E IT = elastic modulus of the film (Young's modulus)
E r = complex modulus
E i = elastic modulus of indenter (diamond)
= = Poisson's ratio of film
i i = Poisson's ratio of indenter (diamond)

図8,9から明らかなように、硬度を増大させることによって、鉄損と被膜密着性をともに向上させることが可能であり、従来にない高硬度化によって、極めて良好な鉄損を達成できることが判明した。   As apparent from FIGS. 8 and 9, it is possible to improve both the core loss and the film adhesion by increasing the hardness, and it is possible to achieve extremely good iron loss by making the hardness higher than ever before. found.

一方、上述のような、高硬度なセラミクス被膜を成膜した場合、加工性が悪くなるという問題があった。この点に関し、本発明者らは、高硬度と加工性を両立させるための実験を繰り返した結果、高硬度と加工性を両立させるためにはセラミクス被膜の組織制御が重要であることを見出した。
すなわち、加工性を劣化させることなく硬度を増大させるためには、セラミクス被膜のRD平均結晶粒径を0.1μm以下とし、かつ単一の粒がNDに伸びた柱状組織とすることが有用であることを見出した。この平均結晶粒径は、従来になく小さいものであって、これが上述のような高硬度に影響していると推定される。ここで、柱状であることは、EBSD法によって測定することができる。冷凍割断面によって組織を観察する例もあるが、必ずしも正確な結晶サイズが測定できないため好ましくない。地鉄界面には歪が多く導入されているためか、EBSD測定が良くできないため、表層から1/2までの範囲で結晶方位解析を行い、明瞭に測定できた部分のうち50%以上の組織がNDに長軸を有する柱状であれば、柱状であると判断した。
On the other hand, when the above-described high hardness ceramic film is formed, there is a problem that the processability is deteriorated. In this regard, as a result of repeating the experiment for achieving both high hardness and processability, the present inventors have found that it is important to control the structure of the ceramic coating in order to achieve both high hardness and processability. .
That is, in order to increase the hardness without deteriorating the processability, it is useful to set the RD average crystal grain size of the ceramic coating to 0.1 μm or less and to form a columnar structure in which single grains are elongated to ND. I found out. The average grain size is smaller than ever before, and it is estimated that this affects the high hardness as described above. Here, the columnar shape can be measured by the EBSD method. Although there is also an example in which the structure is observed by a frozen fractured surface, it is not preferable because accurate crystal size can not always be measured. The EBSD measurement can not be performed well, probably because a large amount of strain is introduced at the ground iron interface, so crystal orientation analysis is performed in the range of 1/2 from the surface layer, and 50% or more of the tissue clearly measured. If it is a pillar having a major axis at the ND, it is judged to be a pillar.

柱状組織としたことの効果を確認するため、TiNを成膜したままの板をせん断機にて同一条件でせん断し、せん断部のかえりが3μm以上となったものの発生割合を調べた。
得られた結果を表2に示す。
In order to confirm the effect of forming a columnar structure, a plate with TiN formed as a film was sheared under the same conditions with a shearing machine, and the generation ratio of the burrs of the sheared part of 3 μm or more was examined.
The obtained results are shown in Table 2.

表2に示したように、組織を柱状組織にすることによって、せん断部のかえりの発生割合を著しく低減することができた。   As shown in Table 2, by forming the structure into a columnar structure, it was possible to significantly reduce the incidence of burrs in the sheared portion.

本発明は、上記の知見に立脚するもので、その要旨構成は次のとおりである。
1.OまたはPを含む絶縁酸化物被膜を最表層に有し、その下層かつ地鉄上にセラミクス被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
地鉄は、
・平均結晶粒径が16mm以上であって、粒界におけるエッチング深さが10μm未満、
・表面粗度Raが0.3μm以下、
・エッチピット部を含む結晶粒の面積率が30%以下
であり、セラミクス被膜は、
・平均膜厚が0.3μm以上1.0μm以下の、TiN、TiCNまたはTiCのいずれか、
・酸素の検出強度が上層の絶縁酸化物被膜のそれに対し1/2となる表層からの位置が該被膜の板厚方向の中心よりも表層側、
・表層から測定したセラミクス被膜の硬度が2100HV以上
であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
The present invention is based on the above findings, and the gist configuration is as follows.
1. A directional electromagnetic steel sheet having an insulating oxide film containing O or P in the outermost layer, and a ceramic coating on the lower layer thereof and on the base iron,
The local iron is
・ The average grain size is 16 mm or more, and the etching depth at grain boundaries is less than 10 μm,
・ Surface roughness Ra is 0.3 μm or less,
The area ratio of crystal grains including the etch pit portion is 30% or less, and the ceramic coating is
Any of TiN, TiCN or TiC having an average film thickness of 0.3 μm or more and 1.0 μm or less
The position from the surface where the detection strength of oxygen is 1/2 of that of the upper insulating oxide film is on the surface side of the center of the film in the thickness direction,
-A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that the hardness of the ceramic film measured from the surface layer is 2100 HV or more.

2.前記1に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記セラミクス被膜は、
・表面粗度Rzの平均膜厚に対する比が0.3以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
2. It is the directionality electromagnetic steel sheet according to the above 1, and
The ceramic coating is
A directional electrical steel sheet characterized in that the ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness is 0.3 or less.

3.前記1または2に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記セラミクス被膜は、
・表層におけるRDの平均結晶粒径が0.1μm未満で、NDに伸びた柱状組織である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板
3. The directional electromagnetic steel sheet according to 1 or 2 above,
The ceramic coating is
-A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that it has a columnar structure with an average crystal grain size of RD in the surface layer of less than 0.1 μm and extended to ND.

4.前記1〜3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板であって、
・地鉄の平均結晶方位において、鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の<100>軸と圧延面とのなす角βが3°未満である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
4. It is the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 3 above,
-A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that in the average crystal orientation of the ground iron, the angle β between the <100> axis of the secondary recrystallized grains facing the rolling direction of the steel sheet and the rolling surface is less than 3 °.

5.前記1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記1〜4のいずれかに記載の絶縁酸化物被膜を、塗布ロールによって成膜するものとし、その際、絶縁酸化物被膜焼付け時のライン張力を7MPa以上とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
5. It is a method of manufacturing the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 4 above,
The insulating oxide film according to any one of the above 1 to 4 is formed into a film by a coating roll, and in that case, the line tension at the time of baking the insulating oxide film is 7 MPa or more. Method of manufacturing steel plate.

6.前記1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成する地鉄表面を平滑化するに当たり、塩酸、硝酸あるいはそれらを含む酸にて地鉄を研磨した後、さらに電解研磨や化学研磨によって地鉄を8μm以上研磨して平滑化することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
6. It is a method of manufacturing the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 4 above,
In smoothing the surface of the base iron which forms the ceramic film according to any one of the above 1 to 4, after the base iron is polished with hydrochloric acid, nitric acid or an acid containing them, the base iron is further subjected to electrolytic polishing or chemical polishing. A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet, comprising: polishing by 8 μm or more and smoothing.

7.前記1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成するに当たり、地鉄表面に、500V以上の電圧で加速されたTiイオンを10s以上衝突させて表面の酸化物被膜を除去した後、イオン加速電圧を100V以上として成膜することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
7. It is a method of manufacturing the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 4 above,
In forming the ceramic film according to any one of 1 to 4 above, Ti ions accelerated at a voltage of 500 V or more collide with the surface of the base iron for 10 seconds or more to remove the oxide film on the surface, and then ion accelerated. A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet characterized by forming a film at a voltage of 100 V or more.

8.前記1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記7に加え、さらに、歪み導入型の磁区細分化処理をしない場合にはセラミクス被膜成膜工程の後工程において、また歪み導入型の磁区細分化処理をする場合にはセラミクス被膜成膜工程と歪み導入型の磁区細分化工程の間のいずれかの工程において、750℃以上かつ15s以上の焼鈍を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
8. It is a method of manufacturing the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 4 above,
In addition to the above-described 7, when a strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is not performed, in a step after the ceramic film deposition step, and when a strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is performed, a ceramic coating film deposition step and A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet characterized in that annealing is performed at 750 ° C. or more and 15 s or more in any of the steps during the strain introduction type magnetic domain refining step.

9.前記1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
前記1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成するに当たり、セラミクス被膜の成膜速度を1nm/s以上とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
9. It is a method of manufacturing the directionality electromagnetic steel sheet according to any one of 1 to 4 above,
In forming the ceramic film in any one of said 1-4, the film-forming speed | rate of a ceramic film is 1 nm / s or more, The manufacturing method of the directionality electromagnetic steel sheet characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、単層のセラミクス被膜を成膜することによって方向性電磁鋼板の低鉄損化を図る場合であっても、歪取り焼鈍後の被膜密着性を従来よりも格段に向上することができる。また、従来懸念された、セラミクス被膜の高硬度化によって生じる加工性の劣化を抑制することができる。
従って、本発明に従って作製した方向性電磁鋼板を変圧器に使用すれば、エネルギ使用効率を低減することができるため、産業上有用である。
According to the present invention, even in the case of achieving low iron loss of a grain-oriented electrical steel sheet by forming a single-layer ceramic film, the film adhesion after strain relief annealing is significantly improved compared to the prior art. be able to. In addition, it is possible to suppress the deterioration in processability caused by the increase in hardness of the ceramic coating, which has hitherto been concerned.
Therefore, the use of the grain-oriented electrical steel sheet manufactured according to the present invention for a transformer can reduce energy use efficiency, which is industrially useful.

地鉄の結晶粒径と被膜密着性および鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the crystal grain size of base iron, film | membrane adhesiveness, and an iron loss. 地鉄表面の粒界研磨深さと被膜密着性および鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the grain boundary grinding | polishing depth of a base iron surface, film | membrane adhesiveness, and an iron loss. 地鉄の表面粗度Raと鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between surface roughness Ra of a base iron, and an iron loss. TiNを0.3μmの厚さで成膜した後の鋼板表面の顕微鏡写真(倍率:200倍)である。It is a microscope picture (magnification: 200 times) of the steel plate surface after forming a film into a TiN of 0.3 micrometer in thickness. 地鉄表面のエッチピットを含む結晶粒の面積率と歪取り焼鈍後の鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the area ratio of the crystal grain containing the etch pit of the base iron surface, and the iron loss after strain relief annealing. セラミクス被膜の被膜厚に対する、酸素検出強度が絶縁酸化物被膜の1/2となるセラミクス被膜の表層からの深さの比と、最小曲げ径との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relation between the ratio of the depth from the surface of the ceramic film whose oxygen detection intensity is 1/2 of the thickness of the insulating oxide film to the film thickness of the ceramic film, and the minimum bending diameter. TiNを0.3μmの厚さで成膜した直後の鋼板表面の顕微鏡写真(倍率:20,000倍)である。It is a microscope picture (magnification: 20,000 times) of the steel plate surface immediately after forming TiN into a film with a thickness of 0.3 micrometer. セラミクス被膜の硬度と被膜密着性との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the hardness of ceramic coating film, and film adhesion. セラミクス被膜の硬度と鉄損との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the hardness of a ceramic coating, and an iron loss.

以下、本発明を具体的に説明する。
まず、セラミクス被膜の成膜前の方向性電磁鋼板について説明する。
方向性電磁鋼板としては、鋼組成として、C:300massppm以下、Si:1〜7mass%、P:0.1mass%以下、Mn:0.1mass%以下およびS:10massppm未満を含有するものであることが好ましい。その他の成分については、従来知見に基づき、二次再結晶後の結晶方位がGoss方位に先鋭化されるような成分が添加されていても問題ないが、フォルステライト被膜を形成する場合には、アンカーを発達させるCrは極力少ない方がよく、0.1mass%以下とすることが好ましい。また、二次再結晶焼鈍が施され、Goss方位近傍に集積した組織であることが好ましい。
この二次再結晶組織として、平均結晶粒径は16mm以上とする。というのは、平均結晶粒径が16mm未満では、前掲図1に示したように、鉄損や被膜密着性、特に被膜密着性の急激な劣化を招くからである。
また、後述する実施例に示すように、鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の<100>軸と圧延面とのなす角βが低いほど、鉄損改善効果が大きくなるため、β角は3°未満とすることが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be specifically described.
First, the grain-oriented electrical steel sheet prior to the formation of the ceramic film will be described.
The grain-oriented electrical steel sheet preferably contains C: 300 mass ppm or less, Si: 1 to 7 mass%, P: 0.1 mass% or less, Mn: 0.1 mass% or less and S: less than 10 mass ppm as a steel composition . With respect to the other components, there is no problem even if a component is added such that the crystal orientation after secondary recrystallization is sharpened to the Goss orientation based on the conventional findings, but in the case of forming a forsterite film, It is preferable that the amount of Cr for developing the anchor be as small as possible, and 0.1 mass% or less. Moreover, it is preferable that secondary recrystallization annealing is performed and it is the structure | tissue which accumulated in the vicinity of Goss orientation.
The average grain size is set to 16 mm or more as the secondary recrystallized structure. The reason is that if the average crystal grain size is less than 16 mm, as shown in FIG. 1 above, the core loss and the film adhesion, particularly the film adhesion, are rapidly deteriorated.
In addition, as shown in the examples described later, the iron loss improvement effect increases as the angle β formed between the <100> axis of the secondary recrystallized grains facing the rolling direction of the steel sheet and the rolling surface decreases, so the β angle Is preferably less than 3 °.

地鉄表面にフォルステライト被膜が形成されている場合には、事前に酸などを用いて除去する必要がある。塩酸とフッ化水素の混合液によって被膜を除去すればよいが、エッチピットが出現する。そのため、その後さらに電解研磨、あるいは過酸化水素水とフッ化水素水の混合液によって化学研磨して、8μm以上減厚し、エッチピットの存在率が2%より大きい結晶粒の面積率を30%以下にまで減少させる必要がある。というのは、エッチピットの存在率が2%より大きい結晶粒の面積率が30%を超えると、前掲図5に示したように、鉄損の急激な劣化を招くからである。また、上記の電解研磨または化学研磨により、地鉄表面を平滑化して表面粗度Raを0.3μm以下とする必要がある。というのは、地鉄の表面粗度Raが0.3μmを超えると、前掲図3に示したように、鉄損が劣化するからである。しかしながら、あまり過度に研磨すると、地鉄の歩留まりが低減するため、被膜除去後の研磨量は板厚の10%以内とすることが好ましい。   If a forsterite film is formed on the surface of the base iron, it must be removed in advance using an acid or the like. Although the film may be removed by a mixture of hydrochloric acid and hydrogen fluoride, an etch pit appears. Therefore, it is further chemically polished by electrolytic polishing or a mixed solution of hydrogen peroxide water and hydrogen fluoride water to reduce the thickness by 8 μm or more, and the area ratio of crystal pits having an etch pit ratio of more than 2% is 30%. It needs to be reduced to The reason is that if the area ratio of crystal grains whose etch pit presence ratio is larger than 2% exceeds 30%, as shown in FIG. Further, it is necessary to smooth the surface of the base iron by the above-mentioned electrolytic polishing or chemical polishing to make the surface roughness Ra 0.3 μm or less. The reason is that when the surface roughness Ra of the base iron exceeds 0.3 μm, as shown in FIG. 3, the iron loss is deteriorated. However, since too much polishing reduces the yield of base iron, the removal amount after film removal is preferably within 10% of the plate thickness.

一方、フォステライト被膜を形成していない場合であっても、二次再結晶焼鈍中、表層に不可避的な酸化物が形成されることがあるので、電解研磨や化学研磨によって数μm程度減厚するのが良い。硝酸研磨や電解研磨の場合、粒界が優先的にエッチングされる傾向があるが、硝酸濃度や浸漬時間、電流密度の調整によって、粒界におけるエッチング深さは10μm未満に制限する必要がある。というのは、粒界におけるエッチング深さが10μm以上になると、前掲図2に示したように、鉄損および被膜密着性の劣化が生じるからである。   On the other hand, even when the forsterite film is not formed, an unavoidable oxide may be formed on the surface layer during secondary recrystallization annealing, so the thickness is reduced by several μm by electrolytic polishing or chemical polishing. It is good to do. In the case of nitric acid polishing or electrolytic polishing, grain boundaries tend to be preferentially etched, but the etching depth at the grain boundaries needs to be limited to less than 10 μm by adjusting the nitric acid concentration, immersion time, and current density. The reason is that when the etching depth at grain boundaries is 10 μm or more, as shown in FIG.

次に、地鉄の表面に形成するセラミクス被膜について説明する。
セラミクス被膜の成膜前には、地鉄の表面に視認できる程度の錆が発生していないことが必要であるが、錆の発生が認められた場合には、塩酸酸洗等の化学的な手法によって除去しておく必要がある。しかしながら、極微細な酸化物は不可避的に表層に形成されるため、事前に10Pa以下の真空中にて、イオンクリーニングによって除去することは有利である。クリーニングとしては、500V以上の電圧で加速されたイオンを10秒以上地鉄表面に衝突させることが有利である。ここで用いるイオンは成膜元素であるTiイオンとするのが良い。望ましくは、加速電圧:800V以上である。これにより、セラミクス被膜の密着性が向上する。地鉄の表面に酸化物などの粗大な不純物が残存していると、そこからセラミクス被膜が剥離する不利が生じる。ただし、加速電圧を過度に増大させた場合に、地鉄に歪を与え、鉄損を増大させるため、上限は2000Vとすることが好ましい。
Next, the ceramic coating formed on the surface of the base iron will be described.
Before the formation of the ceramic coating, it is necessary that no visible rust has been generated on the surface of the base iron, but if the occurrence of rust is recognized, chemical reaction such as hydrochloric acid pickling It needs to be removed by the method. However, since extremely fine oxides are inevitably formed in the surface layer, it is advantageous to remove them by ion cleaning in a vacuum of 10 Pa or less in advance. As cleaning, it is advantageous to cause ions accelerated at a voltage of 500 V or more to collide with the surface of the ground iron for 10 seconds or more. The ions used here are preferably Ti ions which are film forming elements. Desirably, acceleration voltage: 800 V or more. This improves the adhesion of the ceramic coating. If coarse impurities such as oxides remain on the surface of the base iron, there is a disadvantage that the ceramic coating is peeled off therefrom. However, when the acceleration voltage is excessively increased, the upper limit is preferably 2000 V in order to give distortion to the base iron and to increase iron loss.

セラミクス被膜の成膜はPVD法によって行う。例えば、熱CVD法では、成膜温度が高いために、成膜組織が成長し、軟質化してしまう傾向があるため好ましくない。
PVD法には、代表的な成膜方式としてHCD法とAIP法があるが、どちらでも適用が可能である。ただし、AIP法の場合はドロップレットが発生しないよう、カソードを調整することが好ましい。ドロップレットなどの欠損は、絶縁酸化物被膜からのOの拡散を促し、被膜を変質させる。
Deposition of the ceramic coating is performed by PVD. For example, in the thermal CVD method, since the film formation temperature is high, the film formation structure tends to grow and soften, which is not preferable.
The PVD method includes the HCD method and the AIP method as representative film forming methods, but either of them can be applied. However, in the case of the AIP method, it is preferable to adjust the cathode so that droplets do not occur. Droplets and other defects promote the diffusion of O from the insulating oxide film and degrade the film.

地鉄との密着性を増大させるためには、HCD法かAIP法を適用し、成膜元素のイオン化率は50%以上とすることが好ましい。成膜種は、優れた鉄損低減効果があるTiN、TiCN、TiCのいずれかとする。蒸発源であるTiは高純度材を使用する。また、セラミクス被膜の膜厚は0.3〜1.0μmとする。というのは、セラミクス被膜の膜厚が0.3μmに満たないとセラミクス被膜の張力が低くなり、一方1.0μmを超えると成膜コストが高いばかりか、加工性も劣化するからである。ここに、好ましい平均膜厚は0.4μm以上である。
なお、成膜温度は300℃以上500℃以下とする。過度に低いと成膜レートが減少し、増大すると被膜組織が粗大化してしまうからである。
In order to increase the adhesion to the ground iron, it is preferable to apply the HCD method or the AIP method, and set the ionization rate of the film forming element to 50% or more. The film forming species is either TiN, TiCN or TiC, which has an excellent iron loss reduction effect. The evaporation source Ti uses a high purity material. In addition, the film thickness of the ceramic coating is 0.3 to 1.0 μm. This is because if the thickness of the ceramic coating is less than 0.3 μm, the tension of the ceramic coating is low, while if it exceeds 1.0 μm, not only the cost for forming the film is high but also the processability is deteriorated. Here, a preferable average film thickness is 0.4 μm or more.
Note that the film formation temperature is set to 300 ° C. or more and 500 ° C. or less. If it is excessively low, the deposition rate will decrease, and if it increases, the coating structure will become coarse.

また、セラミクス被膜の酸素の検出強度が上層の絶縁酸化物被膜のそれに対し1/2となる表層からの位置が該被膜の板厚方向の中心よりも表層側、すなわち酸素検出強度が絶縁酸化物被膜に対して1/2となる、セラミクス被膜の表層からの深さのセラミクス被膜の膜厚に対する比を0.5以内とする必要がある。というのは、この比が0.5以上になると、前掲図6に示したように、被膜密着性が劣化するからである。   In addition, the position from the surface where the detection strength of oxygen in the ceramic coating is 1/2 of that of the insulating oxide coating in the upper layer is on the surface side of the center in the thickness direction of the coating, that is, the oxygen detection strength is the insulating oxide The ratio of the depth from the surface of the ceramic coating to the film thickness of the ceramic coating needs to be within 0.5, which is 1/2 of the coating. This is because when this ratio is 0.5 or more, the film adhesion is degraded as shown in FIG.

さらに、セラミクス被膜を微細な組織とするためには、成膜レートは1nm/s以上とすることが好ましい。成膜レートは、蒸発源を増大することによって、簡単に増大することが可能である。また、より好ましくは5nm/s以上である。なお、成膜レートが高いと、前掲図8に示したような、島状の組織が形成されやすい傾向があるが、この場合には、膜厚を増大するか、成膜時の加速電圧を増大するかして、表面粗度Rzの平均膜厚に対する比を0.3以下にすれば良い。   Furthermore, in order to make the ceramic coating a fine structure, the deposition rate is preferably 1 nm / s or more. The deposition rate can be easily increased by increasing the evaporation source. More preferably, it is 5 nm / s or more. Note that if the deposition rate is high, island-like structures tend to be formed as shown in FIG. 8 above, but in this case, the film thickness may be increased or the accelerating voltage during deposition may be increased. The ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness may be 0.3 or less.

成膜時の蒸発源イオンの加速電圧は、100V以上とする。加速電圧の増大によって、セラミクス被膜中の欠損が減少し、高硬度化する傾向が認められたためである。なお、加速電圧の増加に伴って成膜速度が減少する傾向があることから上限は1000Vとすることが好ましい。窒素ガス、メタンガスの流量、真空度については、従来公知の値にて、上記の被膜が形成されるように適宜決めればよいが、特にセラミクス被膜は圧延面に平行に{111}の結晶面に優先配向した組織となるよう条件を調整することが好ましい。{111}の結晶方位は、柱状組織を形成しやすいためである。ただし、真空通板装置については、2段以上の差圧式構造とする。蒸着前の鋼板には、水分が吸着しているため、1段目の真空室でこれを除去する必要があるからである。より望ましくは、3段の差圧構造とするのが良い。水分があると、セラミクス被膜内に欠損を生じ、硬度が低下し、被膜密着性も低減しまう。   The acceleration voltage of the evaporation source ions at the time of film formation is set to 100 V or more. This is because defects in the ceramic coating tend to be reduced and hardness increased by increasing the accelerating voltage. The upper limit is preferably set to 1000 V because the film forming rate tends to decrease as the acceleration voltage increases. The flow rate of nitrogen gas and methane gas, and the degree of vacuum may be suitably determined so as to form the above-mentioned film with conventionally known values, but in particular, the ceramic film is parallel to the rolling surface and the {111} crystal plane It is preferable to adjust the conditions so as to obtain a preferentially oriented tissue. The crystal orientation of {111} is likely to form a columnar structure. However, the vacuum sheet passing device has a differential pressure type structure of two or more stages. Since water is adsorbed to the steel plate before vapor deposition, it is necessary to remove it in the first stage vacuum chamber. More preferably, a three-stage differential pressure structure is used. The presence of moisture causes defects in the ceramic coating, resulting in reduced hardness and reduced coating adhesion.

上記の方法によって形成したセラミクス被膜の硬度を、2100HV以上とすることができる。成膜種としてTiCNとした場合には、2600HV以上とすることが可能である。セラミクス被膜の硬度を2100HV以上とすることにより、前掲図8,9に示したように、被膜密着性および鉄損が効果的に改善される。
また、上記の方法によってセラミクス被膜を形成することにより、TiCを除いて、地鉄側と逆の界面におけるRDの平均結晶粒径が0.1μm以下で、NDに伸びた柱状組織とすることができる。なお、地鉄側の界面においては、RDの平均結晶粒径はより微細になっているようだが、上述したEBSD法では明瞭に確認できなかった。
The hardness of the ceramic coating formed by the above method can be 2100 HV or more. In the case of using TiCN as a film forming species, it is possible to set it to 2600 HV or more. By setting the hardness of the ceramic coating to 2100 HV or more, the coating adhesion and the core loss are effectively improved as shown in FIGS.
In addition, by forming the ceramic film by the above-described method, it is possible to form a columnar structure elongated to ND with an average crystal grain size of RD of 0.1 μm or less at the interface opposite to the base iron side except TiC. . Although the average grain size of RD seems to be finer at the interface on the base iron side, it could not be clearly confirmed by the above-mentioned EBSD method.

次に、セラミクス被膜の上に形成する絶縁酸化物被膜について説明する。
上記のTiNなどのセラミクス被膜は導電性を有するため、変圧器鉄心用途として使用するためには、その表層に絶縁被膜を形成する必要がある。本発明において、かかる絶縁被膜としては、OまたはPを含む絶縁酸化物被膜を用いるものとする。というのは、OまたはPを含む絶縁酸化物被膜は、安価であって、高温耐熱性や高張力発生の点で有利だからである。ここに、OやPの含有量としては10〜70mass%程度が好適である。
かような絶縁酸化物としては、リン酸マグネシウムやリン酸アルミニウムなどが挙げられる。
Next, the insulating oxide film formed on the ceramic film will be described.
Since the above-mentioned ceramic coatings such as TiN have conductivity, it is necessary to form an insulating coating on the surface in order to be used as a transformer core application. In the present invention, an insulating oxide film containing O or P is used as the insulating film. This is because insulating oxide films containing O or P are inexpensive and advantageous in high temperature heat resistance and high tension generation. Here, as content of O and P, about 10-70 mass% is suitable.
Examples of such an insulating oxide include magnesium phosphate and aluminum phosphate.

かかる絶縁被膜は、PVDの方法によって成膜しても良いが、コスト上好ましいのは、ロールによって塗布後、焼付けすることで酸化物被膜を成膜する方法である。焼付けは300℃以上の高温で行われることが通常であるが、このとき地鉄の降伏点が低下し、成膜している被膜の張力によって変形し、不要な歪みを地鉄に導入する可能性がある。この変形を防止するためには、焼付け時のライン張力は7MPa以上とすることが好ましい。なお、鋼板のクリープ変形を抑制する観点から上限は12MPaとすることが好ましい。また、セラミクス被膜成膜前に高電圧でイオン照射した場合には、鋼板に微量の歪みが存在していることがあるため、750℃以上かつ15s以上で焼鈍できるとさらに好ましい。   Such an insulating film may be formed by a PVD method, but the cost is preferably a method of forming an oxide film by baking after application by a roll. Baking is usually performed at a high temperature of 300 ° C. or higher, but at this time, the yield point of the base iron is lowered, and the film is deformed by the tension of the film being formed to introduce unnecessary distortion into the base iron There is sex. In order to prevent this deformation, the line tension at the time of baking is preferably 7 MPa or more. The upper limit is preferably set to 12 MPa from the viewpoint of suppressing creep deformation of the steel plate. When ion irradiation is performed at a high voltage before the formation of the ceramic film, a small amount of distortion may be present in the steel sheet, so it is more preferable that annealing can be performed at 750 ° C. or more and 15 s or more.

本発明では、さらに磁区細分化処理を施すことができる。
地鉄の表面に溝を形成して磁区細分化を行う場合、溝形成プロセスはセラミクス被膜の成膜前に行うことが好ましい。セラミクス被膜の成膜後に溝を形成する場合には、その被膜除去に追加コストが発生するため好ましくない。また、非耐熱型の磁区細分化処理は、絶縁酸化物被膜を形成した後が良い。絶縁酸化物被膜によっては、700℃以上の高温で成膜する被膜があるため、絶縁酸化物被膜の形成前に電子ビームなどによって歪みを導入しても、この焼付け時に歪みが消失してしまい、磁区細分化の効果が減少してしまうためである。
また、非耐熱型の磁区細分化手法としては、レーザ法よりも電子ビーム法の方が好ましい。レーザの場合、平滑化された表面で反射されて、エネルギ照射効率が低くなるためである。
In the present invention, magnetic domain refinement processing can be further performed.
In the case of forming a groove on the surface of the base iron to carry out magnetic domain fragmentation, the groove forming process is preferably performed before the formation of the ceramic film. In the case of forming the groove after the formation of the ceramic film, it is not preferable because an additional cost is required to remove the film. Further, the non-heat resistant magnetic domain fragmentation treatment may be performed after the formation of the insulating oxide film. Depending on the insulating oxide film, since there is a film formed at a high temperature of 700 ° C. or more, even if distortion is introduced by an electron beam or the like before the formation of the insulating oxide film, the distortion disappears at the time of baking. This is because the effect of magnetic domain fragmentation is reduced.
Further, as a non-heat-resistant magnetic domain refining method, the electron beam method is preferable to the laser method. In the case of a laser, it is reflected by the smoothed surface, resulting in low energy irradiation efficiency.

なお、歪み導入型の磁区細分化処理をしない場合にはセラミクス被膜成膜工程の後工程において、また歪み導入型の磁区細分化処理をする場合にはセラミクス被膜成膜工程と歪み導入型の磁区細分化工程の間のいずれかの工程において、750℃以上かつ15s以上の焼鈍を施すことが有利である。これは、セラミクス被膜成膜前に高電圧でイオン照射した場合に鋼板に導入される微量な歪を除去するためである。なお、この焼鈍を上述した絶縁酸化物被膜の焼き付けと兼ねさせても問題はない。   When the strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is not performed, in the step after the ceramic film deposition step, and when the strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is performed, the ceramic coating film deposition step and the strain introduction magnetic domain It is advantageous to apply annealing at 750 ° C. or more and 15 s or more in any step during the subdivision step. This is to remove a slight amount of strain introduced into the steel plate when the ions are irradiated at a high voltage before the formation of the ceramic film. There is no problem if this annealing is combined with the baking of the insulating oxide film described above.

(実施例1)
鋼板としては、地鉄中に、Cを20massppm、Siを3.4mass%含有したフォルステライト被膜付きの、製造条件の異なる2種類の2次再結晶板(板厚:0.22mm、平均結晶粒径:28〜35mm)を用いた。この鋼板を、塩酸とフッ化水素、硝酸の混合液にてフォルステライト被膜を除去した後、フッ化水素水(47%)と過酸化水素水(34.5%)を1:20の割合で混合した水溶液で化学研磨することにより、板厚を0.20mmまで減厚すると共に、表面粗度Raが0.1μm以下の平滑化表面とした。この時の粒界のエッチング深さは0.5μm以下であった。
ついで、1000Vの電圧で加速したイオンにて表面酸化物を除去し、成膜電圧:200V、成膜速度:1.5nm/sにて、平均膜厚:0.6μmのTiNを成膜した。TiNの硬度は、2550HVであった。また、表面粗度Rzの平均膜厚に対する比は0.14、RD平均結晶粒径は0.05μmでNDに平行に伸びた柱状組織であった。
ついで、800℃、60sでリン酸塩系の絶縁張力被膜をロール塗布後に焼き付けた。このときのライン張力は10MPaとした。その後、電子ビーム法によって、磁区細分化処理を施した。
Example 1
As a steel plate, two types of secondary recrystallized plates (plate thickness: 0.22 mm, average grain size: different in manufacturing conditions) with a forsterite film containing 20 mass ppm of C and 3.4 mass% of Si in ground iron 28-35 mm) was used. After removing the forsterite film with a mixture of hydrochloric acid, hydrogen fluoride and nitric acid, this steel plate was mixed with hydrogen fluoride water (47%) and hydrogen peroxide water (34.5%) at a ratio of 1:20. By chemical polishing with an aqueous solution, the thickness of the plate was reduced to 0.20 mm, and a smooth surface having a surface roughness Ra of 0.1 μm or less was obtained. The etching depth of the grain boundary at this time was 0.5 μm or less.
Next, the surface oxide was removed by ions accelerated at a voltage of 1000 V, and a TiN film having an average film thickness of 0.6 μm was formed at a deposition voltage of 200 V and a deposition rate of 1.5 nm / s. The hardness of TiN was 2550 HV. In addition, the ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness was 0.14, and the RD average crystal grain size was 0.05 μm, which was a columnar structure extending in parallel to ND.
Next, a phosphate-based insulating tension film was baked after roll application at 800 ° C. for 60 seconds. The line tension at this time was 10 MPa. Thereafter, magnetic domain refinement processing was performed by the electron beam method.

かくして得られた方向性電磁鋼板の、結晶方位角β、エッチピット部を含む結晶粒の面積率、鉄損W17/50および850℃、3時間、N雰囲気中でのSRA後の被膜密着性(最小曲げ径)とSRAによる鉄損増加量ΔW17/50について調べた結果を、表3に示す。
なお、表中に示した地鉄平滑化方法Aとは、塩酸、フッ化水素、硝酸の混合液で、0.205mmまで減厚した後、化学研磨の方法で0.197mmまで減厚した場合、また地鉄平滑化方法Bとは、塩酸、フッ化水素、硝酸の混合液で、0.202mmまで減厚した後、化学研磨の方法で0.197mmまで減厚した場合である。
Crystal orientation angle β, area ratio of crystal grains including etch pits, iron loss W 17/50 and adhesion of film after SRA in N 2 atmosphere for 3 hours, in thus obtained grain-oriented electrical steel sheet Table 3 shows the results of examining the properties (minimum bending diameter) and the iron loss increase amount ΔW 17/50 by SRA.
In addition, the ground iron smoothing method A shown in the table is a mixed solution of hydrochloric acid, hydrogen fluoride and nitric acid, and when the thickness is reduced to 0.205 mm and then reduced to 0.197 mm by the chemical polishing method, The ground iron smoothing method B is a case of reducing the thickness to 0.202 mm with a mixed solution of hydrochloric acid, hydrogen fluoride and nitric acid, and then reducing the thickness to 0.197 mm by a chemical polishing method.

結晶方位角βを3°以下にすることで、鉄損を大幅に減少させることが可能であることが分かる。また、地鉄平滑化方法として、方法Aを用い、化学研磨で8μm以上研磨することによって、850℃,3時間の焼鈍後(SRA後)の被膜密着性や鉄損を向上させることが可能であることが分かる。   It is understood that it is possible to significantly reduce the iron loss by setting the crystal orientation angle β to 3 ° or less. In addition, it is possible to improve film adhesion and iron loss after annealing (after SRA) at 850 ° C. for 3 hours by polishing at least 8 μm by chemical polishing using method A as a method of smoothing the base iron I know that there is.

(実施例2)
鋼板としては、30μmの深さで幅方向に延びた溝が、圧延方向に3mm間隔で周期的に形成され、地鉄中にCを20massppm、Siを3.4mass%含有したフォルステライト被膜付きの2次再結晶板(板厚:0.22mm、平均結晶粒径:30mm、角β:2°)を用いた。この鋼板を、塩酸とフッ化水素、硝酸の混合液にてフォルステライト被膜を除去し0.210mmまで減厚した後、NaCl水溶液を電解液とした電解研磨によって、板厚を0.200mmまで減厚すると共に、表面粗度Raが0.1μm以下の平滑表面とした。この時の粒界のエッチング深さは0.5μm以下、エッチピットを含む結晶粒の面積率は3%であった。
ついで、1000Vの電圧で加速したイオンにて表面酸化物を除去し、表4に示す各条件の下で、平均膜厚:0.6μmのTiNまたはTiCNを成膜した。表面粗度Rzの平均膜厚に対する比は0.15で、組織はNo.4を除き、NDに平行に伸びた柱状組織であった。
その後、800℃、60sでリン酸塩系の絶縁張力被膜をロール塗布後に焼き付けた。このときのライン張力は10MPaとした。
(Example 2)
As a steel plate, grooves extending in the width direction with a depth of 30 μm are periodically formed at intervals of 3 mm in the rolling direction, and 2 with a forsterite film containing 20 mass ppm of C and 3.4 mass% of Si 2 The following recrystallization plate (plate thickness: 0.22 mm, average grain size: 30 mm, angle β: 2 °) was used. The forsterite film is removed with a mixed solution of hydrochloric acid, hydrogen fluoride and nitric acid and the thickness is reduced to 0.210 mm, and then the thickness is reduced to 0.200 mm by electropolishing using an aqueous solution of NaCl as an electrolyte. In addition, the surface roughness Ra was a smooth surface of 0.1 μm or less. At this time, the etching depth of grain boundaries was 0.5 μm or less, and the area ratio of crystal grains including etch pits was 3%.
Then, the surface oxide was removed by ions accelerated at a voltage of 1000 V, and TiN or TiCN having an average film thickness of 0.6 μm was formed under the conditions shown in Table 4. The ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness was 0.15, and the structure was a columnar structure extending parallel to ND except No. 4.
Thereafter, a phosphate-based insulation tension film was baked after roll application at 800 ° C. for 60 seconds. The line tension at this time was 10 MPa.

かくして得られた方向性電磁鋼板における、SRA前に測定したセラミクス被膜のRD粒径、セラミクス被膜の硬度、800℃、3時間、Ar雰囲気中でのSRA後の鉄損W17/50および被膜密着性(最小曲げ径)、さらにはせん断部におけるかえりの発生個数について調べた結果を、表4に併記する。 RD grain size of the ceramic coating measured before SRA, hardness of the ceramic coating, iron loss W 17/50 after SRA in Ar atmosphere, and coating adhesion in Ar atmosphere in the thus-obtained grain-oriented electrical steel sheet Table 4 also shows the results of examining the properties (minimum bending diameter) and the number of burrs generated in the sheared part.

表4に示したとおり、本発明によれば、セラミクス被膜硬度が高くなる条件で、優れた鉄損と被膜密着性、さらには加工性が鼎立可能であることが分かる。   As shown in Table 4, according to the present invention, it can be seen that excellent iron loss, film adhesion, and processability can be established under the condition that the hardness of the ceramic film becomes high.

(実施例3)
鋼板としては、30μmの深さで幅方向に延びた溝が、圧延方向に3mm間隔で周期的に形成され、地鉄中にCを20massppm、Siを3.4mass%含有したフォルステライト被膜付きの2次再結晶板(板厚:0.22mm、平均結晶粒径:25mm、角β:2°)を用いた。この鋼板を、塩酸とフッ化水素、硝酸の混合液にてフォルステライト被膜を除去し0.210mmまで減厚した後、NaCl水溶液を電解液とした電解研磨によって、板厚を0.200mmまで減厚すると共に、表面粗度Raが0.1μm以下の平滑化表面とした。この時の粒界のエッチング深さは0.5μm以下、エッチピットを含む結晶粒の面積率は3%であった。
ついで、表5に示す各電圧で加速したTiイオンにて表面酸化物を除去し、各条件にて、平均膜厚:0.7μmのTiNを成膜した。表面粗度Rzの平均膜厚に対する比は0.1で、組織はNDに平行に伸びた柱状組織であった。
その後、表5に示す各温度にて15s保持することにより、ロールにより塗布した酸化物系絶縁張力被膜を焼き付けた。
(Example 3)
As a steel plate, grooves extending in the width direction with a depth of 30 μm are periodically formed at intervals of 3 mm in the rolling direction, and 2 with a forsterite film containing 20 mass ppm of C and 3.4 mass% of Si 2 The following recrystallization plate (plate thickness: 0.22 mm, average grain size: 25 mm, angle β: 2 °) was used. The forsterite film is removed with a mixed solution of hydrochloric acid, hydrogen fluoride and nitric acid and the thickness is reduced to 0.210 mm, and then the thickness is reduced to 0.200 mm by electropolishing using an aqueous solution of NaCl as an electrolyte. In addition, the surface roughness Ra was a smooth surface of 0.1 μm or less. At this time, the etching depth of grain boundaries was 0.5 μm or less, and the area ratio of crystal grains including etch pits was 3%.
Next, the surface oxide was removed by Ti ions accelerated at each voltage shown in Table 5, and TiN was formed to a film thickness of 0.7 μm under each condition. The ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness was 0.1, and the structure was a columnar structure extending in parallel to the ND.
Thereafter, by holding for 15 seconds at each temperature shown in Table 5, the oxide insulating tension film applied by the roll was baked.

かくして得られた方向性電磁鋼板の、800℃、3時間、Ar雰囲気中でのSRA後の鉄損W17/50および被膜密着性(最小曲げ径)について調べた結果を、表5に併記する。 Table 5 also shows the results of examining the iron loss W 17/50 and the film adhesion (minimum bending diameter) after SRA in Ar atmosphere at 800 ° C. for 3 hours in the directionality steel sheet thus obtained. .

表5に示したとおり、クリーニング電圧を高くすると共に、絶縁酸化物被膜焼き付け時における焼き付け温度およびライン張力を高くすることが、鉄損および被膜密着性の改善に有効であることが分かる。   As shown in Table 5, it can be seen that raising the baking temperature and line tension at the time of baking the insulating oxide film together with raising the cleaning voltage is effective in improving the core loss and the film adhesion.

Claims (9)

OまたはPを含む絶縁酸化物被膜を最表層に有し、その下層かつ地鉄上にセラミクス被膜を有する方向性電磁鋼板であって、
地鉄は、
・平均結晶粒径が16mm以上であって、前記地鉄の平滑化された面に対する粒界における圧延面法線方向のエッチング深さが10μm未満、
・表面粗度Raが0.3μm以下、
・エッチピット部を含む結晶粒の面積率が30%以下
であり、セラミクス被膜は、
・平均膜厚が0.3μm以上1.0μm以下の、TiN、TiCNまたはTiCのいずれか、
・酸素の検出強度が上層の絶縁酸化物被膜のそれに対し1/2となる表層からの位置が該被膜の板厚方向の中心よりも表層側、
・表層から測定したセラミクス被膜の硬度が2100HV以上
であることを特徴とする方向性電磁鋼板。
A directional electromagnetic steel sheet having an insulating oxide film containing O or P in the outermost layer, and a ceramic coating on the lower layer thereof and on the base iron,
The local iron is
The average crystal grain size is 16 mm or more, and the etching depth in the rolling surface normal direction at grain boundaries with respect to the smoothed surface of the base iron is less than 10 μm.
・ Surface roughness Ra is 0.3 μm or less,
The area ratio of crystal grains including the etch pit portion is 30% or less, and the ceramic coating is
Any of TiN, TiCN or TiC having an average film thickness of 0.3 μm or more and 1.0 μm or less
The position from the surface where the detection strength of oxygen is 1/2 of that of the upper insulating oxide film is on the surface side of the center of the film in the thickness direction,
-A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that the hardness of the ceramic film measured from the surface layer is 2100 HV or more.
請求項1に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記セラミクス被膜は、
・表面粗度Rzの平均膜厚に対する比が0.3以下である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
The directional electrical steel sheet according to claim 1, wherein
The ceramic coating is
A directional electrical steel sheet characterized in that the ratio of the surface roughness Rz to the average film thickness is 0.3 or less.
請求項1または2に記載の方向性電磁鋼板であって、
前記セラミクス被膜は、
・表層におけるRDの平均結晶粒径が0.1μm未満で、NDに伸びた柱状組織である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板
It is the directionality electromagnetic steel sheet according to claim 1 or 2,
The ceramic coating is
A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that it has a columnar structure elongated in ND with an average crystal grain size of RD in the surface layer of less than 0.1 μm .
請求項1〜3のいずれかに記載の方向性電磁鋼板であって、
・地鉄の平均結晶方位において、鋼板の圧延方向を向く二次再結晶粒の<100>軸と圧延面とのなす角βが3°未満である
ことを特徴とする方向性電磁鋼板。
It is a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 3,
-A grain-oriented electrical steel sheet characterized in that in the average crystal orientation of the ground iron, the angle β between the <100> axis of the secondary recrystallized grains facing the rolling direction of the steel sheet and the rolling surface is less than 3 °.
請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載の絶縁酸化物被膜を、塗布ロールによって成膜するものとし、その際、絶縁酸化物被膜焼付け時のライン張力を7MPa以上とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4,
The insulating oxide film according to any one of claims 1 to 4 is formed into a film by a coating roll, and in that case, the line tension at the time of baking the insulating oxide film is 7 MPa or more. Method of manufacturing electromagnetic steel sheet.
請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成する地鉄表面を平滑化するに当たり、塩酸、硝酸あるいはそれらを含む酸にて地鉄を研磨した後、さらに電解研磨や化学研磨によって地鉄を8μm以上研磨して平滑化することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4,
In smoothing the surface of the base iron which forms the ceramic film according to any one of claims 1 to 4, after the base iron is polished with hydrochloric acid, nitric acid or an acid containing them, the base is further electropolished or chemically polished. A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet characterized by polishing and smoothing iron by 8 μm or more.
請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成するに当たり、地鉄表面に、500V以上の電圧で加速されたTiイオンを10s以上衝突させて表面の酸化物被膜を除去した後、イオン加速電圧を100V以上として成膜することを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4,
In forming the ceramic film according to any one of claims 1 to 4, after Ti ions accelerated at a voltage of 500 V or more collide with the surface of the base iron for 10 seconds or more to remove the oxide film on the surface, ions are then formed. A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet characterized by forming a film with an accelerating voltage of 100 V or more.
請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
請求項7に加え、さらに、歪み導入型の磁区細分化処理をしない場合にはセラミクス被膜成膜工程の後工程において、また歪み導入型の磁区細分化処理をする場合にはセラミクス被膜成膜工程と歪み導入型の磁区細分化工程の間のいずれかの工程において、750℃以上かつ15s以上の焼鈍を施すことを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4,
In addition to the seventh aspect, in the case where the strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is not performed, in the subsequent step of the ceramic film deposition step, and when the strain introduction type magnetic domain fragmentation treatment is performed, the ceramic coating film deposition step A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet, characterized in that annealing is performed at 750 ° C. or more and 15 s or more in any of the steps between the first and second magnetic domain refining steps.
請求項1〜4のいずれかに記載の方向性電磁鋼板を製造する方法であって、
請求項1〜4のいずれかに記載のセラミクス被膜を形成するに当たり、セラミクス被膜の成膜速度を1nm/s以上とすることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。

A method of manufacturing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4,
The method for producing a grain-oriented electrical steel sheet according to any one of claims 1 to 4, wherein the deposition rate of the ceramic coating is 1 nm / s or more.

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