JP7163976B2 - 方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器の鉄心材料として好適な優れた磁気特性を有する方向性電磁鋼板の製造方法に関する。
本願は、２０１９年１月１６日に、日本に出願された特願２０１９－５０８３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

方向性電磁鋼板は、主として変圧器に使用される。変圧器は据え付けられてから廃棄されるまでの長期間にわたり、連続的に励磁され、エネルギー損失を発生し続けることから、交流で磁化された際のエネルギー損失、即ち、鉄損が、変圧器の性能を決定する主要な指標となる。一般的に、方向性電磁鋼板は、７質量％以下のＳｉを含有し且つゴス方位と呼ばれる｛１１０｝＜００１＞方位に各結晶粒の結晶方位が一致するように制御された集合組織を有する母材鋼板と、この母材鋼板に絶縁性を付与するための絶縁被膜とを有する。

方向性電磁鋼板の鉄損を低減するため、今まで、多くの手法が提案されてきた。例えば、母材鋼板の集合組織において、ゴス方位への集積を高める手法、母材鋼板において、電気抵抗を高めるＳｉ等の固溶元素の含有量を高める手法、母材鋼板の板厚を薄くする手法等が知られている。

また、母材鋼板に張力を付与することが、鉄損の低減に有効な手法であることが知られている。母材鋼板に張力を付与するためには、母材鋼板より熱膨張係数の小さい材質からなる被膜を、母材鋼板の表面に、高温で形成することが有効である。

母材鋼板の仕上げ焼鈍工程において、母材鋼板の表面に存在する酸化物が焼鈍分離剤と反応することで生成されるフォルステライト系被膜は、母材鋼板に張力を与えることができる。このフォルステライト系被膜と母材鋼板との界面には凹凸が存在するため、この凹凸によるアンカー効果により、フォルステライト系被膜は、絶縁被膜と母材鋼板との密着性を高める中間被膜としても機能する。

特許文献１で開示された、コロイド状シリカとリン酸塩とを主体とするコーティング液を焼き付けることによって絶縁被膜を形成する方法は、母材鋼板に対する張力付与の効果が大きく、鉄損低減に有効である。したがって、仕上げ焼鈍工程で生じたフォルステライト系被膜を残した状態で、リン酸塩を主体とする絶縁コーティングを施すことが、一般的な方向性電磁鋼板の製造方法となっている。なお、本願明細書では、母材鋼板に絶縁性のみならず、張力を与えることが可能な絶縁被膜を張力絶縁被膜と呼称する。

一方、近年、フォルステライト系被膜により磁壁の移動が阻害され、鉄損に悪影響を及ぼすことが明らかになってきた。方向性電磁鋼板において、磁区は、交流磁場の下では磁壁の移動を伴って変化する。この磁壁の移動がスムーズに行われることが、鉄損改善に効果的であるが、フォルステライト系被膜と母材鋼板との界面に凹凸が存在することに起因して磁壁の移動が妨げられ、その結果、張力付与による鉄損改善効果がキャンセルされて十分な鉄損改善効果が得られないことが判明した。

それ故、フォルステライト系被膜の生成を抑制し、母材鋼板の表面を平滑化する技術が開発されている。例えば、特許文献２～５には、脱炭焼鈍の雰囲気の露点を制御し、焼鈍分離剤としてアルミナを用いることにより、仕上げ焼鈍において、フォルステライト系被膜を生成させずに、母材鋼板の表面を平滑化する技術が開示されている。

また、特許文献６には、焼鈍分離剤として、アルミナとマグネシアの合計重量に対し、マグネシアを５重量％以上３０重量％以下配合した焼鈍分離剤を用いることにより、母材鋼板の表面にフォルステライト等で構成される無機鉱物質被膜が存在しない方向性珪素鋼板を製造する技術が開示されている。

日本国特開昭４８－０３９３３８号公報 日本国特開平０７－２７８６７０号公報 日本国特開平１１－１０６８２７号公報 日本国特開平０７－１１８７５０号公報 日本国特開２００３－２６８４５０号公報 国際公開第２００２／０８８４０３号

上記従来技術のように、母材鋼板の表面にフォルステライト系被膜を形成させなければ、磁壁の移動を妨げる凹凸が母材鋼板の表面から消失するため、方向性電磁鋼板の鉄損を改善させることができると考えられていた。しかしながら、これらの技術によっても、鉄損改善効果を十分に得ることができていなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板の鉄損を従来よりも低減することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決するために、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板を製造した場合に、十分な鉄損改善効果を得られなかった原因について鋭意研究を行った。その結果、十分な鉄損改善効果を得られなかった方向性電磁鋼板では、母材鋼板の表層領域に多数の針状介在物が存在することが判明した。
本発明者らは、この針状介在物が磁壁の移動を妨げる原因、つまり鉄損に悪影響を及ぼす原因だと推測した。本発明者らがさらなる研究を行った結果、焼鈍分離剤の成分と塗布量を特定の条件下で制御することにより、母材鋼板の表層領域において針状介在物の生成を抑制でき、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板の鉄損を従来よりも低減できることを見出した。

本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、次のとおりである。

（１）本発明の一態様に係る方向性電磁鋼板の製造方法は、スラブに熱間圧延を施すことにより熱延板を得る工程と、前記熱延板に熱延板焼鈍を施すことにより焼鈍熱延板を得る工程と、前記焼鈍熱延板に冷間圧延を施すことにより冷延板を得る工程と、前記冷延板に脱炭焼鈍を施すことにより脱炭焼鈍板を得る工程と、前記脱炭焼鈍板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布する工程と、前記焼鈍分離剤が塗布された前記脱炭焼鈍板に仕上げ焼鈍を施す工程とを有し、前記焼鈍分離剤は、固形分全体を１００質量％とした場合に３２～５０質量％のＭｇＯを含有し、前記焼鈍分離剤の塗布量は、前記脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２である。

（２）上記（１）に記載の方向性電磁鋼板の製造方法において、前記アルミナのＢＥＴ比表面積が３．０～１０．０ｍ^２／ｇであってもよい。

（３）上記（１）または（２）に記載の方向性電磁鋼板の製造方法において、前記スラブは、化学組成として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、Ｓｉ：０．８０～７．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、Ｓ：０．０１％以下、Ｎ：０．００４％～０．０１２％、Ｂ：０．０００５～０．００８０％、Ｐ：０～０．５０％、Ｎｉ：０～１．００％、Ｓｎ：０～０．３０％、Ｓｂ：０～０．３０％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｃｒ：０～０．３０％、Ｂｉ：０～０．０１％、を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなっていてもよい。

本発明の上記態様によれば、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板の鉄損を従来よりも低減することが可能である。

Ａｌ_２Ｏ_３－ＭｇＯ－ＳｉＯ_２の３元系状態図である。 焼鈍分離剤のＭｇＯ量とムライトの数との関係を示す図である。 焼鈍分離剤のＭｇＯ量と鉄損（Ｗ_{１７／５０}）との関係を示す図である。 片面当たりの焼鈍分離剤塗布量とムライトの数との関係を示す図である。

本発明の一実施形態に係る方向性電磁鋼板の製造方法（以下、本製造方法と呼称する）は、熱間圧延工程と、熱延板焼鈍工程と、冷間圧延工程と、脱炭焼鈍工程と、焼鈍分離剤塗布工程と、仕上げ焼鈍工程とを有する。
熱間圧延工程は、所定の化学組成を有するスラブに熱間圧延を施すことにより熱延板を得る工程である。熱延板焼鈍工程は、熱延板に熱延板焼鈍を施すことにより焼鈍熱延板を得る工程である。冷間圧延工程は、焼鈍熱延板に冷間圧延を施すことにより冷延板を得る工程である。脱炭焼鈍工程は、冷延板に脱炭焼鈍を施すことにより脱炭焼鈍板を得る工程である。焼鈍分離剤塗布工程は、脱炭焼鈍板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布する工程である。仕上げ焼鈍工程は、焼鈍分離剤が塗布された脱炭焼鈍板に仕上げ焼鈍を施す工程である。
各工程の詳細については後述するが、本製造方法において、最終製品である方向性電磁鋼板の母材鋼板の表層領域に針状介在物が生成されるのを抑制するために、以下の２つの製造条件を満たしていることが特徴である。
（条件１）アルミナを主成分とする焼鈍分離剤は、２８～５０質量％のＭｇＯを含有する。
（条件２）焼鈍分離剤の塗布量は、脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２である。

以下、本製造方法について説明する。

本発明者らは、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板において、鉄損を十分に低減できない原因の一つは、仕上げ焼鈍中、磁性に悪影響を及ぼす介在物が生成することにあるのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、鉄損が大きい（劣位な）方向性電磁鋼板から、母材鋼板の圧延方向に直交する断面（Ｃ断面）が露出するようにサンプルを採取し、そのサンプル断面を光学顕微鏡で観察した。

その結果、鉄損が大きい方向性電磁鋼板の場合、Ｃ断面に現れる母材鋼板の表層領域、より具体的には、母材鋼板の板厚方向において母材鋼板表面から母材鋼板の内側に向かって１０μｍの長さを有する領域に、多数の針状介在物が存在することが判明した。さらに、これらの針状介在物は、ムライト（３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２）であることが判明した。これらの観察結果が、本発明の基礎をなす知見である。

方向性電磁鋼板の製造においては、仕上げ焼鈍の前に、冷延板に含まれるＣ（炭素）を除去する目的で脱炭焼鈍を行う。脱炭焼鈍では、冷延板に含まれるＣが除去されると同時に、冷延板の表面にＳｉＯ_２の酸化膜が形成される。このような脱炭焼鈍により得られる鋼板、すなわち、Ｃが除去され且つ表面にＳｉＯ_２の酸化膜が形成された冷延板を脱炭焼鈍板と呼ぶ。脱炭焼鈍後は、コイル状に巻いた脱炭焼鈍板が仕上げ焼鈍中に焼き付くのを防止する目的で、ＳｉＯ_２の酸化膜を有する脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布する。その後、焼鈍分離剤を塗布した脱炭焼鈍版に仕上げ焼鈍を行う。

ムライトは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とＳｉＯ_２との複合酸化物であることから、仕上げ焼鈍中、脱炭焼鈍で形成されたＳｉＯ_２が十分に除去されなかったことに起因して生成して残存したと考えられる。

そもそも、脱炭焼鈍で形成されたＳｉＯ_２は、仕上げ焼鈍中に、高いＢＥＴ比表面積を持つアルミナで吸着除去され、焼鈍分離剤を水洗除去することにより、除去される。それ故、脱炭焼鈍で形成されたＳｉＯ_２が十分に除去されない要因として、焼鈍分離剤の塗布量の不足が考えられる。

即ち、アルミナ単位重量当たりに吸着可能なＳｉＯ_２量には限度があり、焼鈍分離剤の塗布量が不足して、全てのＳｉＯ_２が吸着除去されず、鋼板表面にＳｉＯ_２が残存したと考えられる。その結果、仕上げ焼鈍中に脱炭焼鈍板の内部から鋼板表面に向かって上昇してきたＡｌ（インヒビターとして機能するＡｌＮの分解に伴い発生したＡｌ）が、脱炭焼鈍板の表面に残存するＳｉＯ_２と反応することにより、ムライトが生成し、脱炭焼鈍板の内部（とくに脱炭焼鈍板の表面に近い表層領域）に残存すると考えられる。

本発明者らは、焼鈍分離剤の成分組成及び塗布量を調整することによりムライトの生成を抑制するとの技術思想のもとで、ムライトの生成を抑制し得る、焼鈍分離剤の成分組成及び塗布量を鋭意検討した。その結果、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤に特定の割合でＭｇＯを添加し、かつ、焼鈍分離剤の塗布量を特定の範囲に制御することにより、ムライトの生成を抑制できることを見出した。

図１に、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）－ＭｇＯ－ＳｉＯ_２の３元系状態図を示す。図１に示すように、理論的には、ＭｇＯが、アルミナに対して５０ｍｏｌ％（２８質量％）以上の割合で存在すれば、ムライトは生成しない。そこで、本発明者らは、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤に対するＭｇＯ添加量と、母材鋼板（脱炭焼鈍板を仕上げ焼鈍した後に得られる鋼板）の表層領域に生成されるムライトの数との関係を調査した。

試験用素材として、板厚０．２３ｍｍの脱炭焼鈍板を用い、この脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤を、ＭｇＯ添加量を０～８０質量％の範囲で変化させながら、片面当たり８．０ｇ／ｍ^２の塗布量で塗布した。その焼鈍分離剤を乾燥させた後、脱炭焼鈍板に仕上げ焼鈍を施し、母材鋼板（脱炭焼鈍板を仕上げ焼鈍した後に得られる鋼板）の表面にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板を得た。なお、仕上げ焼鈍は、焼鈍分離剤を塗布した脱炭焼鈍板を積み重ねて実施した。

このようにして得た方向性電磁鋼板から、水洗により、余剰の焼鈍分離剤を除去した後、２０ｍｍ角の試験片を採取し、試験片の圧延方向に直交する断面（Ｃ断面）を、ダイヤモンドバフで研磨した。その後、光学顕微鏡を用いて、試験片を倍率１０００倍で観察し、母材鋼板の板厚方向において鋼板表面から母材鋼板の内側に向かって１０μｍの長さを有し、且つ母材鋼板の板幅方向に２０ｍｍの長さを有する領域（観察領域）に存在する長さ１μｍ以上の針状介在物の個数を測定した。針状介在物は、介在物の最大長径／最大短径が１０倍以上の介在物と定義した。

次に、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が異なる各水準の試験片の鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定した。１０点の測定値の平均を、試験片の鉄損Ｗ_{１７／５０}とした。

これらの測定結果を、図２と図３に示す。図２は、焼鈍分離剤のＭｇＯ量とムライトの数との関係を示す図である。図３は、焼鈍分離剤のＭｇＯ量と鉄損（Ｗ_{１７／５０}）との関係を示す図である。

図２に示すように、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が２８質量％以上であると、ムライトが生成しない。一方、図３に示すように、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が２８質量％以上の範囲では、鉄損が１．００Ｗ／ｋｇ未満となり、鉄損改善効果を得られているが、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が５０質量％を超えると、鉄損が１．００Ｗ／ｋｇ以上となり劣位であることが解る。

この原因を解明するため、得られた鋼板の表面をＸＲＤにより分析した。その結果、ＭｇＯ量が５４質量％以上の水準においては、フォルステライトが検出され、また、ＭｇＯ量の増加に伴い、フォルステライトのＸＲＤピーク高さが高くなることが確認された。このことから、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が５０質量％を超えると、ムライトは生成しない（図２参照）が、一方で、フォルステライトが生成して、鉄損特性が劣位になったと考えられる。

次に、板厚０．２３ｍｍの脱炭焼鈍板に、アルミナを主成分とし、ＭｇＯを４５質量％含む焼鈍分離剤を塗布した。焼鈍分離剤塗布量は、片面当たり５．０～１５．０ｇ／ｍ^２の範囲で変化させた。焼鈍分離剤を塗布・乾燥した脱炭焼鈍板を、複数枚積み重ねて仕上げ焼鈍を施して方向性電磁鋼板を作製した。

このようにして得た方向性電磁鋼板から、水洗により、余剰の焼鈍分離剤を除去した後、２０ｍｍ角の試験片を採取し、試験片の圧延方向に直交する断面（Ｃ断面）を、ダイヤモンドバフで研磨した。その後、光学顕微鏡を用いて、試験片を倍率１０００倍で観察し、母材鋼板の板厚方向において鋼板表面から母材鋼板の内側に向かって１０μｍの長さを有し、且つ母材鋼板の板幅方向に２０ｍｍの長さを有する領域（観察領域）に存在する長さ１μｍ以上の針状介在物の個数を測定した。

結果を図４に示す。図４は、片面当たりの焼鈍分離剤塗布量とムライトの数との関係を示す図である。図４から、片面当たりの焼鈍分離剤塗布量が６．０ｇ／ｍ^２未満であると、“長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）”が生成することが解る。

図１に示すＡｌ_２Ｏ_３－ＭｇＯ－ＳｉＯ_２の３元系状態図によれば、ＭｇＯが、アルミナに対し５０ｍｏｌ％（２８質量％）以上の割合で存在すれば、ムライトは生成しないから、ＭｇＯ添加量が４５質量％の場合にはムライトは生成しないはずである。しかしながら、図４に示すように、ＭｇＯを４５質量％含む焼鈍分離剤の片面当たりの塗布量が６．０ｇ／ｍ^２未満であると、“長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）”が生成する。この理由は、次のように考えられる。

（ｘ）焼鈍分離剤塗布量が少ないと、仕上げ焼鈍中、焼鈍分離剤のＡｌ_２Ｏ_３によるＳｉＯ_２の吸着除去が不十分となる。
（ｙ）仕上げ焼鈍中、ＡｌＮ（インヒビター）の分解で生成したＡｌが、焼鈍分離剤のＡｌ成分に加わり、焼鈍分離剤におけるＭｇＯの比率が相対的に低下し、焼鈍分離剤の成分組成が、ムライト生成域に移行する（図１参照）。

それ故、仕上げ焼鈍中、焼鈍分離剤のＡｌ_２Ｏ_３によりＳｉＯ_２を十分に吸着除去することが、ムライトの生成を抑制するうえで重要であり、そのためには、焼鈍分離剤のＭｇＯ添加量を２８質量％以上に制御するだけでなく、焼鈍分離剤塗布量を６．０ｇ／ｍ^２以上に制御する必要がある。焼鈍分離剤の塗布量が１４．０ｇ／ｍ^２を超えると、塗布効果が飽和するとともに、製造コストが上昇するので、焼鈍分離剤の塗布量は１４．０ｇ／ｍ^２以下とする。

以上のように、本発明者らは、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤のＭｇＯ添加量及び焼鈍分離剤の塗布量を特定範囲に制御することにより、方向性電磁鋼板の母材鋼板の表層領域において針状介在物（ムライト）の生成を抑制でき、これにより、方向性電磁鋼板の鉄損低減を実現できることを見出した。
上記のような本発明者らによる研究結果に基づき、本製造方法では、以下の２つの製造条件を満たしていることを特徴としている。
（条件１）アルミナを主成分とする焼鈍分離剤は、２８～５０質量％のＭｇＯを含有する。
（条件２）焼鈍分離剤の塗布量は、脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２である。

以下、本製造方法の上記特徴（製造条件）について説明する。

＜焼鈍分離剤のＭｇＯ含有量：２８～５０質量％＞
図２に示すように、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が２８質量％以上であると、ムライトが生成せず、かつ、図３に示すように、鉄損Ｗ_{１７／５０}が１．００Ｗ／ｋｇ未満と優位である。そのため、焼鈍分離剤のＭｇＯ量は２８質量％以上とする。好ましくは３２質量％以上、より好ましくは３５％質量以上である。

一方、図３に示すように、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が５０質量％を超えると、鉄損Ｗ_{１７／５０}が１．００Ｗ／ｋｇ以上となり劣位となる。そのため、焼鈍分離剤のＭｇＯ量は５０質量％以下とする。好ましくは４８質量％以下、より好ましくは４５質量％以下である。

＜焼鈍分離剤の塗布・乾燥後の片面単位面積当たりの付着量（脱炭焼鈍板の片面当たりの焼鈍分離剤の塗布量）：６．０～１４．０ｇ／ｍ^２＞
図４に示すように、ＭｇＯを４５質量％含む焼鈍分離剤の片面当たりの塗布量が６．０ｇ／ｍ^２未満であると、“長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）”が生成するので、焼鈍分離剤の塗布・乾燥後の片面単位面積当たりの付着量（脱炭焼鈍板の片面当たりの焼鈍分離剤の塗布量）は６．０ｇ／ｍ^２以上とする。好ましくは７．０ｇ／ｍ^２以上、より好ましくは８．０ｇ／ｍ^２以上である。

一方、焼鈍分離剤の塗布量が１４．０ｇ／ｍ^２を超えると、塗布効果が飽和するとともに、製造コストが上昇するので、焼鈍分離剤の塗布量は１４．０ｇ／ｍ^２以下とする。好ましくは１３．０ｇ／ｍ^２以下、より好ましくは１２．０ｇ／ｍ^２以下である。

次に、本製造方法の基本工程について説明する。

所定の化学組成を有する溶鋼を、通常の方法で鋳造して珪素鋼スラブとする。珪素鋼スラブの化学組成は、方向性電磁鋼板に要求される磁気特性及び機械的特性を得ることができれば特定の組成に限定されないが、珪素鋼スラブの化学組成の一例を挙げると以下の通りである。例えば、珪素鋼スラブは、化学組成として、質量％で、Ｃ：０．０８５％以下、Ｓｉ：０．８０～７．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、Ｎ：０．００４～０．０１２％、Ｓ：０．０１％以下、Ｂ：０．０００５～０．００８０％を含有する。

Ｃ：０．０８５％以下
Ｃは、一次再結晶組織の制御に有効な元素であるが、磁気特性に悪影響を及ぼすので、仕上げ焼鈍前に脱炭焼鈍で除去する元素である。Ｃ量が０．０８５％を超えると、脱炭焼鈍時間が長くなり、生産性が低下するので、Ｃ量は０．０８５％以下とする。Ｃ量は好ましくは０．０７０％以下、より好ましくは０．０５０％以下である。

Ｃ量の下限は０％を含むが、Ｃ量を０．０００１％未満に低減すると、製造コストが大幅に上昇するので、実用鋼板上、０．０００１％が実質的なＣ量の下限である。なお、方向性電磁鋼板において、Ｃ量は、脱炭焼鈍で、通常、０．００１％程度以下に低減する。

Ｓｉ：０．８０～７．００％
Ｓｉは、鋼板の電気抵抗を高めて、鉄損特性を改善する元素である。Ｓｉ量が０．８０％未満では、仕上げ焼鈍時にγ変態が生じ、鋼板の結晶方位が損なわれるので、Ｓｉ量は０．８０％以上とする。Ｓｉ量は好ましくは１．５０％以上、より好ましくは２．５０％以上である。

一方、Ｓｉ量が７．００％を超えると、加工性が低下し、圧延時に割れが発生するので、Ｓｉ量は７．００％以下とする。Ｓｉ量は好ましくは５．５０％以下、より好ましくは４．５０％以下である。

Ｍｎ：０．０５～１．００％
Ｍｎは、熱間圧延時の割れを防止するとともに、Ｓ及び／又はＳｅと結合して、インヒビターとして機能するＭｎＳを形成する元素である。Ｍｎ量が０．０５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｍｎ量は０．０５％以上とする。Ｍｎ量は好ましくは０．０７％以上、より好ましくは０．０９％以上である。

一方、Ｍｎ量が１．００％を超えると、ＭｎＳの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｍｎ量は１．００％以下とする。Ｍｎ量は好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．０６％以下である。

酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％
酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合して、インヒビターとして機能する（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎを生成する元素である。酸可溶性Ａｌ量が０．０１０％未満では、添加効果が十分に発現せず、二次再結晶が十分に進行しないので、酸可溶性Ａｌ量は０．０１０％以上とする。酸可溶性Ａｌ量は好ましくは０．０１５％以上、より好ましくは０．０２０％以上である。

一方、酸可溶性Ａｌ量が０．０６５％を超えると、（Ａｌ、Ｓｉ）Ｎの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、酸可溶性Ａｌ量は０．０６５％以下とする。酸可溶性Ａｌ量は好ましくは０．０５０％以下、より好ましくは０．０４０％以下である。

Ｎ：０．００４～０．０１２％
Ｎは、Ａｌと結合して、インヒビターとして機能するＡｌＮを形成する元素であるが、一方で、冷間圧延時、鋼板中にブリスター（空孔）を形成する元素でもある。Ｎ量が０．００４％未満では、ＡｌＮの形成が不十分となるので、Ｎ量は０．００４％以上とする。Ｎ量は好ましくは０．００６％以上、より好ましくは０．００７％以上である。

一方、Ｎ量が０．０１２％を超えると、冷間圧延時、鋼板中にブリスター（空孔）が生成する懸念があるので、Ｎ量は０．０１２％以下とする。Ｎ量は好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００９％以下である。

Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、Ｍｎと結合して、インヒビターとして機能するＭｎＳを形成する元素である。

Ｓ量が０．０１％を超えると、純化後にＭｎＳの析出分散が不均一となり、所望の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下し、ヒシテリシス損が劣化したり、純化後にＭｎＳが残存し、ヒステリシス損が劣化する。下限は特に設けないが、Ｓ量は好ましくは０．００３％以上とする。Ｓ量はより好ましくは０．００７％以上である。

Ｂ：０．０００５～０．００８０％
Ｂは、Ｎと結合し、ＭｎＳと複合析出して、インヒビターとして機能するＢＮを形成する元素である。

Ｂ量が０．０００５％未満では、添加効果が十分に発現しないので、Ｂ量は０．０００５％以上とする。Ｂ量は好ましくは０．００１０％以上、より好ましくは０．００１５％以上である。一方、Ｂ量が０．００８０％を超えると、ＢＮの析出分散が不均一になり、所要の二次再結晶組織が得られず、磁束密度が低下するので、Ｂ量は０．００８０％以下とする。Ｂ量は好ましくは０．００６０％以下、より好ましくは０．００４０％以下である。

珪素鋼スラブにおいて、上記元素を除く残部は、Ｆｅ及び不純物である。不純物は、鋼原料から及び／又は製鋼過程で不可避的に混入する元素で、方向性電磁鋼板の特性を阻害しない範囲で許容される元素である。

また、珪素鋼スラブは、方向性電磁鋼板の磁気特性を阻害せず、他の特性を高め得る範囲で、Ｃｒ：０．３０％以下、Ｃｕ：０．４０％以下、Ｐ：０．５０％以下、Ｎｉ：１．００％以下、Ｓｎ：０．３０％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、及び、Ｂｉ：０．０１％以下の１種又は２種以上を含有してもよい。なお、これらの元素は含有しなくてもよいので、下限値は０である。

熱間圧延工程では、上記の化学組成を有するスラブに熱間圧延を施すことにより熱延板を得る。熱間圧延条件はとくに限定されず、通常の条件を使用することができる。熱間圧延工程により得られた熱延板は、コイル状に巻き取られる。

スラブを熱間圧延に供する前に、ＭｎＳやＡｌＮのインヒビター成分を十分に容体化するため、１３００℃超の温度にスラブを加熱してもよい。また、生産性や製造コストの観点から、後工程の窒化処理でインヒビターを増強することを前提に、スラブを１２５０℃程度に加熱してもよい。

熱延板焼鈍工程では、コイル状の熱延板を帯状の熱延板に巻き戻した後、その帯状の熱延板に熱延板焼鈍を施すことにより焼鈍熱延板を得る。熱延板焼鈍条件は特に限定されず、通常の条件を使用することができる。冷間圧延工程では、焼鈍熱延板に１回又は２回以上の冷間圧延を施すことにより、最終板厚を有する冷延板を得る。この冷間圧延工程において、焼鈍熱延板に中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延を施すことにより冷延板を得てもよい。仕上げ（最終）冷間圧延前に行う焼鈍では、結晶組織の均質化を行う。冷間圧延条件は特に限定されず、通常の条件を使用することができる。

脱炭焼鈍工程では、冷延板に脱炭焼鈍を施すことにより脱炭焼鈍板を得る。この脱炭焼鈍工程では、冷延板を湿水素中で熱処理することにより、冷延板中のＣ量を、製品鋼板において磁気時効による劣化がない量まで低減するとともに、冷延板に一次再結晶を生じさせ、次の二次再結晶の準備を行う。脱炭焼鈍条件は特に限定されず、通常の条件を使用することができる。このような脱炭焼鈍工程により得られた脱炭焼鈍板の表面にはＳｉＯ_２の酸化膜が形成されている。なお、１２５０℃程度に加熱したスラブから冷延板を製造した場合、脱炭焼鈍後、脱炭焼鈍板をアンモニア雰囲気中で焼鈍することにより、脱炭焼鈍板中に、インヒビターとして機能するＡｌＮを生成させる。

焼鈍分離剤塗布工程では、脱炭焼鈍板の表面に存在するＳｉＯ_２の除去と、仕上げ焼鈍工程での焼き付き防止を目的として、脱炭焼鈍板にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布する。アルミナを主成分とする焼鈍分離剤は、２８～５０質量％のＭｇＯを含有しており、焼鈍分離剤の塗布量は、脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２である。焼鈍分離剤が塗布された脱炭焼鈍板は、焼鈍分離剤の乾燥後にコイル状に巻き取られる。

前述したように、アルミナを主成分とする焼鈍分離剤のＭｇＯ含有量（添加量）を２８～５０質量％に制御し、且つ焼鈍分離剤の塗布量を脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２に制御することにより、後の仕上げ焼鈍工程における脱炭焼鈍板の仕上げ焼鈍中に、脱炭焼鈍板の表層領域に針状介在物（ムライト）が生成されるのを抑制できる。また、その結果、最終製品の鉄損Ｗ_{１７／５０}を１．００Ｗ／ｋｇ未満の低い値に低減することができる。

また、針状介在物（ムライト）の生成をより効果的に抑制するために、焼鈍分離剤の主成分であるアルミナのＢＥＴ比表面積を３．０～１０．０ｍ^２／ｇに制御することが好ましい。アルミナのＢＥＴ比表面積が３．０ｍ^２／ｇ未満であると、ＳｉＯ_２を十分に吸着除去することが困難となるので、アルミナのＢＥＴ比表面積は３．０ｍ^２／ｇ以上が好ましい。より好ましくは５．０ｍ^２／ｇ以上である。

一方、アルミナのＢＥＴ比表面積が１０．０ｍ^２／ｇを超えると、焼鈍分離剤の水スラリーの粘度が上昇して、塗布斑が発生し、ＳｉＯ_２を十分に吸着除去できない部分が生じるので、アルミナのＢＥＴ比表面積は１０．０ｍ^２／ｇ以下が好ましい。より好ましくは８．０ｍ^２／ｇ以下である。

仕上げ焼鈍工程では、焼鈍分離剤が塗布されたコイル状の脱炭焼鈍板に仕上げ焼鈍を施すことにより、最終製品（方向性電磁鋼板）の母材鋼板を得る。この仕上げ焼鈍工程では、１１００℃以上の温度で仕上げ焼鈍を行うことにより、脱炭焼鈍板に二次再結晶を生じさせる。仕上げ焼鈍条件は特に限定されず、通常の条件を使用することができる。なお、最終製品のヒステリシス損を低減するために、インヒビターとして利用した析出物が無害化されるように、二次再結晶完了後の脱炭焼鈍板に純化焼鈍を施してもよい。

仕上げ焼鈍中に脱炭焼鈍板の内部から表面に向かってＡｌが移動するが、焼鈍分離剤のＭｇＯ含有量が２８～５０質量％に制御され、且つ焼鈍分離剤の塗布量が脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２に制御されているため、Ａｌが脱炭焼鈍板の表面に残存するＳｉＯ_２と反応することを抑制できる。また、その結果、仕上げ焼鈍中に脱炭焼鈍板の表層領域に針状介在物（ムライト）が生成されるのを抑制できる。また、焼鈍分離剤のＭｇＯ含有量が５０質量％以下に制限されているため、仕上げ焼鈍中に脱炭焼鈍板の表面にフォルステライト系被膜が形成されるのも抑制できる。

以上のような本製造方法により得られる母材鋼板（仕上げ焼鈍後の脱炭焼鈍板）の表層領域には針状介在物（ムライト）が生成されておらず、また、母材鋼板の表面にはフォルステライト系被膜が存在しない。すなわち、本製造方法によれば、磁壁の移動を妨げる２つの要因が排除された母材鋼板を得ることができる。従って、仕上げ焼鈍工程の後に張力絶縁被膜を母材鋼板の表面に形成することにより、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板を最終製品として得た場合に、従来よりも鉄損の低い方向性電磁鋼板を得ることができる。

次に、本発明の実施例について説明するが、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

（実施例１）
表１に示す成分組成のスラブを１１００℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚２．６０ｍｍの熱延板とし、該熱延板に１１００℃で熱延板焼鈍を施した後、中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延に供し、最終板厚０．２３ｍｍの冷延板として巻き取った。

上記冷延板を巻き戻し、水素７５％、窒素２５％、露点４０℃の湿潤雰囲気中、８２０℃で脱炭焼鈍を施し、次いで、脱炭焼鈍板中にインヒビターＡｌＮを形成する目的で窒化焼鈍を施した。その後、ＢＥＴ比表面積３．０～１０．０ｍ^２／ｇのアルミナを主成分とし、ＭｇＯを０～８０質量％含有する焼鈍分離剤の水スラリーを、脱炭焼鈍板の表面に、片面当たりの塗布量を５．０～１５．０ｇ／ｍ^２の範囲で変えて塗布し、コイル状に巻き取った。

上記焼鈍分離剤を塗布・乾燥したコイル状の脱炭焼鈍板に、１２００℃、２０時間の仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍後に得られる母材鋼板から、余剰の焼鈍分離剤を水洗除去して、フォルステライト系被膜がなく、鏡面光沢を有する、二次再結晶が完了した方向性電磁鋼板の母材鋼板を得た。

こうして得たコイル状の方向性電磁鋼板（母材鋼板）の最外周の幅方向中央部位から、２０ｍｍ角の試験片を採取した。試験片の圧延方向に直交する断面（Ｃ断面）をダイヤモンドバフで研磨した。試験片の一辺（２０ｍｍ）の断面を光学顕微鏡（１０００倍）で観察し、１０μｍの板厚方向長さ及び２０ｍｍの板幅方向長さを有する観察領域に存在する長さ１μｍ以上の針状介在物の個数を測定した。また、ＪＩＳ Ｃ ２５５０に準じて、試験片の鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定した。結果を表２に示す。

表２に示すように、発明例Ｂ１～Ｂ１０では、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が２８質量％～５０質量％の範囲に制御され、且つ焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２の範囲に制御された結果、母材鋼板の観察領域に長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）は存在せず、鉄損Ｗ_{１７／５０}は１．００Ｗ／ｋｇ未満に抑制された。

表２に示すように、比較例ｂ１～ｂ３では、焼鈍分離剤の塗布量は片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２の範囲に制御されているが、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が２８質量％未満であるので、母材鋼板の観察領域に長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）が複数存在し、鉄損Ｗ_{１７／５０}は１．００Ｗ／ｋｇ超に上昇した。
比較例ｂ４及びｂ５では、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２の範囲に制御されているが、焼鈍分離剤のＭｇＯ量が５０質量％超である。この場合、母材鋼板の観察領域に長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）は存在しないが、フォルステライトが生成され、その結果、鉄損Ｗ_{１７／５０}が１．００Ｗ／ｋｇ超に上昇した。
比較例ｂ６では、焼鈍分離剤のＭｇＯ量は２８質量％以上であるが、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり６．０ｇ／ｍ^２未満であるので、母材鋼板の観察領域に長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）が複数存在し、鉄損Ｗ_{１７／５０}は１．００Ｗ／ｋｇ超に上昇した。
比較例ｂ７～ｂ１５では、焼鈍分離剤のＭｇＯ量は２８質量％～５０質量％の範囲に制御されているが、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり６．０ｇ／ｍ^２未満であるので、母材鋼板の観察領域に長さ１μｍ以上の針状介在物（ムライト）が複数存在し、鉄損Ｗ_{１７／５０}は１．００Ｗ／ｋｇ超に上昇した。

（実施例２）
表１に示す鋼Ｎｏ．Ａ５の成分組成のスラブを１１００℃に加熱して熱間圧延に供し、板厚２．６０ｍｍの熱延板とし、該熱延板に１１００℃で熱延板焼鈍を施した後、中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延に供し、最終板厚０．２３ｍｍの冷延板として巻き取った。

上記冷延板を巻き戻し、水素７５％、窒素２５％、露点４０℃の湿潤雰囲気中、８２０℃で脱炭焼鈍を施し、脱炭焼鈍板中にインヒビターＡｌＮを形成する目的で窒化焼鈍を施した。

その後、ＢＥＴ比表面積を３．０～１０．０ｍ^２／ｇの範囲で変えたアルミナを主成分とし、ＭｇＯを３５～４８質量％含有する焼鈍分離剤の水スラリーを、脱炭焼鈍板の表面に、片面当たりの塗布量を８．２～１１．２ｇ／ｍ^２の範囲で変えて塗布し、コイル状に巻き取った。

上記焼鈍分離剤を塗布・乾燥したコイル状の脱炭焼鈍板に、１２００℃、２０時間の仕上げ焼鈍を施した。仕上げ焼鈍後に得られる母材鋼板から、余剰の焼鈍分離剤を水洗除去して、フォルステライト系被膜がなく、鏡面光沢を有する、二次再結晶が完了した方向性電磁鋼板の母材鋼板を得た。

こうして得たコイル状の方向性電磁鋼板（母材鋼板）の最外周の幅方向中央部位から、２０ｍｍ角の試験片を採取した。試験片の圧延方向に直交する断面（Ｃ断面）をダイヤモンドバフで研磨した。試験片の一辺（２０ｍｍ）の断面を光学顕微鏡（１０００倍）で観察し、１０μｍの板厚方向長さ及び２０ｍｍの板幅方向長さを有する観察領域に存在する長さ１μｍ以上の針状介在物の個数を測定した。また、ＪＩＳ Ｃ ２５５０に準じて、試験片の鉄損Ｗ_{１７／５０}を測定した。結果を表３に示す。

表３に示すように、焼鈍分離剤のＭｇＯ量を２８質量％～５０質量％の範囲に制御すると共に、焼鈍分離剤の塗布量が片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２の範囲に制御し、さらに焼鈍分離剤の主成分であるアルミナのＢＥＴ比表面積を３．０～１０．０ｍ^２／ｇに制御することにより、鉄損Ｗ_{１７／５０}を大きく低減できることが解る。これは、針状介在物が生成されないのに加えて、アルミナによるＳｉＯ_２の吸着量が増大したことが理由だと考えられる。

本発明によれば、母材鋼板と張力絶縁被膜との間にフォルステライト系被膜が存在しない方向性電磁鋼板の鉄損を従来よりも低減できる。よって、本発明は、電磁鋼板製造産業及び電磁鋼板利用産業において利用可能性が高いものである。

Claims (3)

1. スラブに熱間圧延を施すことにより熱延板を得る工程と、
   前記熱延板に熱延板焼鈍を施すことにより焼鈍熱延板を得る工程と、
   前記焼鈍熱延板に冷間圧延を施すことにより冷延板を得る工程と、
   前記冷延板に脱炭焼鈍を施すことにより脱炭焼鈍板を得る工程と、
   前記脱炭焼鈍板にアルミナを主成分とする焼鈍分離剤を塗布する工程と、
   前記焼鈍分離剤が塗布された前記脱炭焼鈍板に仕上げ焼鈍を施す工程と
   を有し、
   前記焼鈍分離剤は、固形分全体を１００質量％とした場合に３２～５０質量％のＭｇＯを含有し、
   前記焼鈍分離剤の塗布量は、前記脱炭焼鈍板の片面当たり６．０～１４．０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする方向性電磁鋼板の製造方法。
2. 前記アルミナのＢＥＴ比表面積が３．０～１０．０ｍ^２／ｇであることを特徴とする請求項１に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 前記スラブは、化学組成として、質量％で、
   Ｃ：０．０８５％以下、
   Ｓｉ：０．８０～７．００％、
   Ｍｎ：０．０５～１．００％、
   酸可溶性Ａｌ：０．０１０～０．０６５％、
   Ｓ：０．０１％以下、
   Ｎ：０．００４％～０．０１２％、
   Ｂ：０．０００５～０．００８０％、
   Ｐ：０～０．５０％、
   Ｎｉ：０～１．００％、
   Ｓｎ：０～０．３０％、
   Ｓｂ：０～０．３０％、
   Ｃｕ：０～０．４０％、
   Ｃｒ：０～０．３０％、
   Ｂｉ：０～０．０１％、
   を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方向性電磁鋼板の製造方法。

Images