JPH01100223A - 磁束密度が極めて高く鉄損の低い一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 一方向性珪素鋼板の高磁束密度、低鉄損化を有利にもた
らすように、２次再結晶焼鈍つまり最終仕上焼鈍前の脱
炭・１次再結晶焼鈍の際、鋼板表面近傍に微小歪を附し
、さらに鋼板表面に不均一処理を施すことによりゴス方
位の不均一２次再結晶粒を発達させる手法の有用性に着
目して、高磁束密度・低鉄損一方向性珪素鋼板の有利な
製造方法を提案するものである。

一方向性珪素鋼板は変圧機その他電気機器の鉄心材料と
して用いられるもので磁束密度（Ｂｏｏ値で代表される
）が高く、鉄損（Ｗ＋）／ｓ。値で代表される）が低い
ことが要求される。このような一方向性珪素鋼板はＮ、
Ｐ、Ｇｏｓｓによって２段冷延法が提案されて以来、そ
の後のおびただしい発明・改善がなされ、今日では磁束
密度Ｂ、。値が１．８９Ｔ以上で、鉄損Ｌｔｙｓ。値が
１．０５Ｗ／ｋｇ以下の低い鉄損を有する一方向性珪素
鋼板が製造されるようになった。

しかしながらエネルギー危機を境にしてより鉄損の低い
一方向性珪素鋼板の製造がきわめて急勢の問題となって
来た。

特に最近では欧米を中心にして超低鉄損一方向性珪素鋼
板についてはボーナスを附する制度（ＬｏｓｓＥｖｏｌ
ｕａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ）が普及して来ている。

このような鉄損を低下させる方法として■珪素鋼中のＳ
ｉ含有量を高める。■製品板厚を薄くする。

■鋼板の純度を高める。■製品の２次再結晶粒のＧｏｓ
ｓ方位集積度を低下させないで細粒の２次再結晶粒を発
達させる。等が考えられている。

まず■の場合、通常Ｓｉ含有量３．０％より増加したり
、■の場合通常製品板厚０．３５　、０．３０　ｍｍよ
り薄い０．２３　、０．２０　ｒｒｍにしたりすると、
２次再結晶組織が不均一となり、Ｇｏｓｓ方位集積度が
低下する問題が生じる。また通常よりＳｉ含有量を増加
させた場合、熱間ぜい化が顕著となり、スラブ加熱ある
いは熱間圧延途中で熱間割れを生じ、製品の表面性状が
著しく劣化してしまう。

一方■の鋼板の純度あるいは■の方向性の改善に関して
は現在極限と考えられる所まで来ている。

例えば現行製品の２次再結晶粒のＧｏｓｓ方位は圧延方
向、に平均３°〜４°以内に集積しており、このように
高度に集積した結晶粒径をさらに小さくすることは冶金
学上きわめて困難とされている。

（従来の技術） このような状況下で、低鉄損一方向性珪素鋼板の製造開
発を行なうために、素材成分から被膜処理工程に至る各
諸工程の根本的な再検討が望まれていた。このためイン
ヒビター成分の異なる数多くの小型鋼塊を溶製し、試験
実験から開始した。

その結果、従来一方向性珪素鋼に全く用いられなかった
Ｍｏを微量添加（特公昭５７−１４７３７号および特公
昭５６−４６１号各公報参照）することにより、永年の
懸案であったＳｉｆを増加させた状況下において製品の
表面性状の改善（特公昭５８−３２２１５号および特公
昭５Ｂ−３３２９８号各公報参照）が可能となり、しか
も低鉄損に有利な細粒の２′次再結晶粒を発達させるこ
とができること（井ロ征夫、伊芸庸二日本金属学会会報
、　２３（１９８４）　、　２７６）　、さらに微量Ｍ
ｏを添加した珪素鋼では薄型で密着性の優れた下地被膜
（特願昭５８−１００３１８号明細書）を形成させるこ
とができることなどが見出された。

このような知見により製品の磁気特性および表面性状は
大幅に改善されたがまだ充分な状態とは−いえない。

これとは別に特公昭５７−２２５２号公報にはＡＩ添加
一方向性珪素鋼板の仕上焼鈍後の鋼板表面に圧延方向と
ほぼ直角にレーザービームを数鵬間隔に照射し鋼板表面
に局部高転位密度領域を導入することにより磁区の幅を
微細化し鉄損を低減する方法が提案されている。この製
造方法は磁区幅を微細化して鉄損の低減を図るものであ
って、均しく実用的でありかつ鉄損低減効果も優れてい
るが、鋼板の打抜き加工、剪断加工や巻き加工後の歪取
り焼鈍やその他のコーティングの焼付は処理の如き熱処
理によって塑性ひずみ導入による効果が減殺される欠点
がある。

ごく最近特開昭５９−１００２２１号公報および開開５
９−１００２２２号公報には、一方向性珪素鋼板の最終
仕上焼鈍前の時点において鋼板ストリップに対して局部
焼なまし処理を施して大きい１次再結晶領域を作ること
により不均質の２次再結晶粒を発達させる方法が提案さ
れている。この製造方法はレーザービーム、による人工
粒界導入法と異なり、歪取り焼鈍によって磁気特性が劣
化しないため画期的な製造方法であるが、鋼板中で大き
い１次再結晶の局部領域を安定して作り出すにはまだか
なり問題が残されている。

（発明が解決しようとする問題点） 発明者らは以前から冶金学的な手法を有効利用すること
により、鉄損を向上させる模索実験のより詳細な研究を
継続している。すなわち発明者らはより高い磁束密度で
しかもより低い鉄損値を示す一方向性珪素鋼板を得るに
は、従来からのＸ線回折による調査検討だけでは現象論
的な考察しかできず不充分であるため、発明者らが特開
昭５５−３３６６０号、実開昭５５−３８３３４９号各
公報にて提案したような走査電子像を用いた透過ニラセ
ル装置の開発を進め、この装置の使用により一方向性珪
素鋼板の途中工程から採取した熱延板、中間焼鈍板、脱
炭・１次再結晶板さらには初期２次再結晶等を詳細に調
査した結果、次に列記するような新規な知見を得た。

（１）（１１０）　（００１）方位の２次再結晶粒の２
次再結晶核の発生源は熱延板表面からその厚みの約１／
１０の深さ位置に存在する（１１０）　（００１）方位
伸長粒中の歪の存在しない小領域から起こる。また珪素
鋼中に少量のＭｏを添加すると熱延板表面近傍の（１１
０）　（００１）方位の２次再結晶核発生頻度は従来材
に比べて約３倍高くなる。

（２）（１１０）　（００１）方位の２次再結晶核発生
は熱間圧延からのストラフチャ・メモリー（２回の繰り
返しく１１０）　＜００１＞　＝　（１１１）　ｄ１２
＞方位の表面近傍での集合組繊変化）により１次冷延→
中間焼鈍→２次冷延→脱炭・１次再結晶焼鈍工程へと受
は継がれ、鋼板表面から３０〜５０μｍ深さにおいて優
先的に起こる。

（３）脱炭・１次再結晶焼鈍後の２次再結晶核は数個の
（１１０）〔００１〕方位の１次再結晶粒が合体してで
きた大きな集合体の結晶粒で、マトリックス粒の２〜６
倍である。またこの（１１０）　（００１）方位の大き
な１次再結晶粒の集合体は圧延方向に長く延びた特定領
域内で群落として優先生成するのが特徴である。

（４）２次再結晶焼鈍初期において（１１０）　（００
１）方位の大きな結晶粒の集合体が一つの大きな結晶粒
として優先成長する。

以上のような知見に基づいて発明者らは良好な（１１０
）　（００１）方位の２次再結晶核発生およびその途中
工程の２次再結晶核の継承がどうあるべきかについて素
材成分から製鋼、加熱、熱延、冷延および焼鈍に至る根
本的な検討を加えた。

（問題点を解決するための手段） その結果、２次再結晶焼鈍前の脱炭・１次再結晶焼鈍時
に鋼板表面に微小歪を附し、さらに鋼板表面に不均一処
理を施してゴス方位の不均一２次再結晶粒を発達させる
ことにより高磁束密度で低鉄損の一方向性珪素鋼板の製
造が可能であることを発見し、この発明を完成するに至
ったものである。

すなわちこの発明は、一方向性珪素鋼熱延板を１回以上
の冷延過程、脱炭を兼ねる１次再結晶焼鈍ならびに最終
仕上げ焼鈍過程に供する一方向性珪素鋼板の製造方法に
おいて、脱炭・１次再結晶焼鈍時の鋼板表面近傍に微小
歪を附し、さらに鋼板表面に対する金属、半金属、合金
またはこれらの酸化物からなる微小粉末の噴射とこの噴
射領域の加熱とを同時に行う処理を、圧延方向を横切る
向きに施すことによりゴス方位の不均一２次再結晶粒を
発生させることを特徴とする磁束密度が極めて高く鉄損
の低い一方向性珪素鋼板の製造方法である。

この発明の構成は次のように展開される。たとえば、Ｇ
　Ｏ，０４３％、Ｓｉ　３．４０％、Ｓｓ　　０．０２
１％、Ｍｎ　Ｏ，０６６％、Ｓｂ　Ｏ，０２３％、Ｍｏ
　０．０２０％を含有する鋼塊を熱延して１．８　ｍｍ
厚とし、その後９００°Ｃで３分間均一化焼鈍後、９５
０°Ｃで３分間の中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を
行ない０．２６ｍ厚の最終冷延板とし、その後８２０°
Ｃ湿水素雰囲気中で脱炭・１次再結晶焼鈍するがこの際
に、第１図の模式図に示すように鋼板にレベラ一方式で
微小歪を附し、さらに第２図の模式図で示すように、鋼
板表面にレーザー照射するとともに、その照射域に向け
て径が０．１〜０．５μｍはどの＾１２０３の微細粉末
を噴射する処理を圧延方向にほぼ直角方向に好ましくは
０．０１〜０．５　ｍｍ幅、１〜２０ｍｍ間隔にて施す
。

その後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤
を塗布した後、８５０°Ｃで５０時間の２次再結晶焼鈍
および１１８０“Ｃで５時間水素中で純化焼鈍を施し製
品とする。

磁気特性比較のため、脱炭・１次再結晶焼鈍時にレベラ
ーによる微小歪のみを附与した場合、レーザー照射によ
る不均一熱処理のみを施した場合および微小歪を付与し
ないで微細粉末の噴射とレーザー照射とを行った場合の
実験も同時に行った。

これらの一連の実験結果を、その後８００°Ｃで２時間
の歪取り焼鈍を経た製品の磁気特性について表１に示す
。

表１ 表１から明らかなように、この発明に従う（ａ）の条件
のレベラ一方式で微小ひずみ附し、さらに微小粉末を噴
射し、その噴射領域にレーザー照射を施した場合の磁気
特性は、Ｂ、。値が１，９２７　、　Ｌｔｚｓ。

値が０，７５Ｗ／ｋｇと他のΦ）〜（ｅ）の条件に比較
して極端に良好であることがわかる。

（作　用） 鋼板表面上に微小歪を加えた状態で不均一化処理を施し
たときの顕著な鉄損向上の理由は、レーザー照射と同時
に微細粉末の組成成分を鋼板表面上の局所位置に注入し
て不均一化領域を形成することによって、次の２次再結
晶焼鈍においてゴス方位２次再結晶粒の不均一化が促進
されるために、鉄損の極めて低い製品が得られたと考え
られる。

以上、この発明をいくつかの先行技術と対比して説明し
六ところから明らかなように、この発明の構成は、先行
の諸公知技術と発想の基本を異にするものであって、そ
れによって得られる特性向上効果もはるかにすぐれてい
ることがわかる。

次にこの発明の製造工程限定条件について述べる。この
発明では従来公知の一方向性珪素鋼素材成分、例えば、 （１）　ＣＯ，０１〜０．０６％、　Ｓｉ　２．０〜４
．０％、　Ｍｎ０．０１〜０．２％、　Ｍｏ　０．００
５〜０．０５％、　Ｓｂ　０．００５〜０．２５％、Ｓ
あるいはＳｅを０．００５〜０．０５％含存する組合作 以下同様に、 （２）　ＣＯ，０１〜０．０８％、　Ｓｉ　２．０〜４
．０％、　Ｍｎ０．０１〜０．２　％、　　ＡＩ　　０
．０１　〜０．０５％、　　Ｓ　Ｏ，００５〜０．０５
％、　Ｎ　Ｏ，００１〜０．０１％を含有する組成、（
３）　ＣＯ，０１〜０．０６　％、　　Ｓｉ　２．０〜
４．０　％、　　Ｍｎ　Ｏ，０１〜０．２％Ｓあるいは
Ｓｅを０．００５〜０．０５％、ＢＯ，０００３〜０．
００４０％、　　Ｃｕ　０．１〜１．０　％、　　Ｎ　
Ｏ，００１〜０．０１％を含有する組成、 （４）　ＣＯ，００１〜ｏ、ｏｉｓ％、　Ｓｔ　２．０
〜４．０％、　Ｍｎｏ、ｏｏｓ〜０．０５％、　Ｓ　０
．００１〜０．０１５％、＾１０．０１〜０．０５％、
　Ｎ　Ｏ，００１〜０．０１％を含有する組成、（５）
　ＣＯ，０１〜０．０６％、　Ｓｔ　２．０〜４．０％
、　Ｍｎ　Ｏ，０１〜０．２％Ｓｂ　Ｏ，００５〜０．
２５％、ＳあるいはＳｅを０．００５〜０．０５％含有
する組成あるいは、（６）　ＣＯ，０１ＮＯ，０６％、
　Ｓｔ　２．０〜４．０％、　Ｍｎ　Ｏ，０１〜０．２
％ＳあるいはＳｅを０．００５〜０．０５％含有する組
成などいずれもが適用可能である。

これらの珪素鋼素材成分を公知の方法で加熱、熱延して
通常２〜４ｍｍ厚程度の熱延板とする。

次に熱延板は通常８００〜１１００°Ｃで均一化焼鈍を
したあと、冷延される。冷延は１回の圧延で最終板厚と
する１回冷延法かまたは８５０〜１０５０°Ｃの中間焼
鈍をはさんで２回の圧延を施し、最初の圧下率は５０％
から８０％程度、最終の圧下率は５０％から８５％程度
で０．１５ｍｍから０．３５ｍｍ厚さの最終板厚とする
２回冷延法のいずれでもよい。なお、通常仕上り板厚は
、０．２３ｍｍとされることが多い。

最終冷延を終り、製品板厚に仕上げた鋼板は、表面脱脂
後７５０〜８５０°Ｃの温度範囲で湿水素中で脱炭・１
次再結晶焼鈍を施される。

この発明では綱板表面近傍に微小歪を導入すること、ま
たそれと同時に鋼板上に不均一熱処理を施すことを必須
とする。

まず微小歪導入に関しては数％の歪となるスキンパスの
ような圧延方法では磁気特性がむしろ劣化するので、微
小ひずみ導入一方法は例えば第１図の（＾）から（Ｈ）
までに示すようなロール径３０〜２００箇程度のレベラ
一方式による珪素鋼板表面近傍に導入される微小歪（圧
延歪で０．５％以下）であれば充分であり、その他公知
のいずれの微小歪導入法を用いてもよい。このような微
小歪を導入するとともにこの発明では第２図に示すよう
に鋼板表面上に圧延方向を横切る向きに不均一化処理す
なわち鋼板表面に金属、半金属、合金またはこれらの酸
化物からなる微細粉末を噴射しかつこの噴射領域を加熱
する処理を行うことが必須である。なお第２図中、１は
鋼板、２はレーザービーム、３は微細粉末および４は圧
延方向に直角の方向を示す。

この不均一化処理領域は好適には０．０１〜５聴幅、１
〜２０ｍａ＋間隔であれば２次再結晶核の不均一成長を
促進するのに有効である。

なお噴射領域の加熱は局所熱照射を行うことで果され、
具体的にはエレクトロンビーム、レーザービーム、プラ
ズマジェットおよびアークなどを適用できるが、レーザ
ービームが最適である。

レーザービームとして例えばＹＡＧ　レーザーを適用す
る場合、スポット当り１〜１０−’Ｊのエネルギーでス
ポット径０．０１〜０．５　ｍｍの条件が有利に適合す
る。

また局所熱照射と同時に噴射する微細粉末は径が０．０
１〜１００μｍ程度のものを用い、噴射圧力は０．５〜
１０気、圧の範囲とすることが好ましい。

このような処理を施した後、鋼板表面にＭｇＯを主成分
とする焼鈍分離剤を塗布したあと、２次再結晶焼鈍が施
される。この２次再結晶焼鈍は、（１１０）　（００１
）方位の２次再結晶粒を充分発達させるため施されるも
ので、通常箱焼鈍によって直ちに１０００℃以上に昇温
し、その温度に保持することによって行なわれる。この
２次再結晶焼鈍は（１１０）（００１）方位に高度に揃
った２次再結晶粒を発達させるために８２０°Ｃから９
００°Ｃの低温で保定焼鈍する方が有利であるが、その
ほか例えば０．５〜１５”Ｃ／ｈの昇温速度の除熱焼鈍
でも良い。

（実施例） 次にこの発明の実施例について説明する。

叉施皿上 Ｇ　Ｏ，０４３％、　Ｓｉ　３．３６％、　Ｍｎ　Ｏ，
０６２％、　Ｓｅ　０．０２０％、　Ｍｏ　Ｏ，０１５
％、　Ｓｂ　０．０２２％を含み残部実質的にＦｅより
なる組成のスラブを熱間圧延して２．０閣厚の熱延板と
した。この熱延板に９００　’Ｃで３分間の均一化焼鈍
を施した後、９５０°Ｃで３分間の中間焼鈍をはさんで
２回の冷間圧延を行なって０．２３ｍｍおよび０．１７
ｍｍ厚の最終冷延板とした。その後、８２０°Ｃ湿水素
中で脱炭・１次再結晶焼鈍時に、第１図の方法により微
小歪を導入すると同時に、ＹＡＧ　レーザー（３０ｋＶ
　、　２０ｎ＋Ａ）を直径０．３　ｍｍ、走査間隔７胴
で圧延方向に直角方向にて照射しかつ照射領域に０．１
μｍφの合釡粉末（Ｆｅ＋Ｎｉ）を噴射する不均一化処
理を施した後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする焼鈍
分離剤を塗布した。その後、８５０°Ｃで５０時間の２
次再結晶焼鈍と、水素中で１１８０″Ｃで５時間の純化
焼鈍を施した。そのときの製品の磁気特性は次のようで
あった。

０．２３ｍｍ厚の製品　　　Ｂｏｏ　　：　１．９２　
Ｔ。

讐３，７．。：　０．８０　Ｗ／ｋｇ ０、１７ｍｍ厚の製品　　　Ｂ１６　　：　１．９１　
Ｔ。

Ｗ１７／ｌ。：　０．７２　Ｗ／ｋｇ 大旌炭ｌ ＣＯ，０５５％、　Ｓｔ　３．３５％、　Ｍｎ　Ｏ，０
８２％、　Ｓｅ　Ｏ，０２６％、　Ａｌ　Ｏ，０２７％
、　Ｃｕ　Ｏ，０８％、　Ｓｎ　Ｏ，１％を含み残部実
質的にＰｅよりなる組成のスラブを熱間圧延して２．０
ｍｍ厚の熱延板とした。その後、１０５０“Ｃで３分間
の均−化焼鈍後急冷処理を施した後、約２５０°Ｃで温
間圧延して０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした。

ついで８５０　”Ｃ湿水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍時
に、第１図および第２図の方法により微小歪を導入する
と同時に、ＹＡＧレーザ−（２５ｋＶ、　３０ｍＡ）を
直径０．１　ｍｍｍ走査隔隔８ｍｍ圧延方向に直角方向
に照射しかつ種々の微細粉末を噴射する不均一化処理を
施した後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離
剤を塗布した。その後、８５０°Ｃから１０５０℃まで
６℃／ｈｒで昇温しで２次再結晶焼鈍を施した後、１２
００°Ｃで１０時間乾水素中で純化焼鈍を施した。その
ときの製品の磁気特性を表２に示す。

（発明の効果） この発明によれば、ゴス方位の不均一２次再結晶粒の発
生を有利に実現する製造方法を提供でき、よって高磁束
密度化および低鉄損化を達成し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は微小歪を導入する方法を示す模式図、第２図は
不均一化処理を行う方法を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一方向性珪素鋼熱延板を１回以上の冷延過程、脱炭
   を兼ねる１次再結晶焼鈍ならびに最終仕上焼鈍過程に供
   する一方向性珪素鋼板の製造方法において、 脱炭・１次再結晶焼鈍時の鋼板表面近傍に 微小歪を附し、さらに鋼板表面に対する金属、半金属、
   合金またはこれらの酸化物からなる微細粉末の噴射とこ
   の噴射領域の加熱とを同時に行う処理を、圧延方向を横
   切る向きに施すことによりゴス方位の不均一２次再結晶
   粒を発生させることを特徴とする磁束密度が極めて高く
   鉄損の低い一方向性珪素鋼板の製造方法。