JPH02133585A - 低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法 - 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） この発明は、変圧器その（ｌｈの電気機器の鉄心として
用いて好適な低鉄損方向性電磁鋼板の有利な製造方法に
関するものである。

（従来の技術） 方向性電磁鋼板は主として変圧器の鉄心材料として用い
られ、その磁気特性が良好であることが要求される。特
に鉄心として使用した場合のエネルギー損失即ち鉄損が
低いことが重要である。

そこで従来から鉄損を低減させるために、結晶方位を（
１１０）　　［：００１３方位により高度に揃えること
、Ｓｉ含有■を」二げそれによって鋼板の電気抵抗を増
加させること、不純物を低減させるこお、そして板厚を
薄くすることなどが種々試みられてきた。その結果、板
厚が０．２３胴以下の鋼板では、鉄ｔｉＷ＋ｔｚｓｏ（
磁束密度１．７７、５０Ｈｚ　）が０．９　Ｗ／ｋｇ以
下のものが製造されるようになった。

しかしながら、冶金学的な方決ではこれ以上の大幅な鉄
損の改善は期待できない。

近年、鉄損の大幅な低減を達成する手段として人為的に
磁区を細分化する方法が種々試みられるようになった。

その中で現在工業化されている方法としては、特公昭５
７−２２５２号公報に提案されているような仕上げ焼鈍
済みの鋼板表面にレーザーを照射する方法がある。

しかしながらこの方法は、鉄損低減に効果があるとはい
うものの、歪取り焼鈍によって鉄損の劣化をきたすとい
う欠点があり、歪取り焼鈍を必須とする巻鉄心用として
は用いられない。

一方、歪取り焼鈍が可能な技術として特公昭６２５４８
７３号公報には、仕上げ焼鈍済みの鋼板にレーザーや機
械的手段によって局所的に絶縁被膜を除去したのち、被
膜除去部を酸洗する方法やナイフなどにより機械的に直
接地鉄までけがくなどの方法により、線状の溝を局部的
に形成したのち、溝を充填するようにりん酸系の張力付
与被膜処理を施す方法が、また特公昭６２−５３５７９
号公報には、仕上げ焼鈍済みの鋼板に９０〜２２０　ｋ
ｇ／ｍｍ”の荷重で地鉄部分に深さ５μｍ超の溝を形成
したのち、７５０゛Ｃ以上の温度で加熱処理する方法が
提案されている。

これらの方法はいずれも、仕上焼鈍済みの鋼板表面に線
状の溝を導入するものであるが、前者の方法では、被膜
の厚みや光吸収率の違いから常に安定して被膜を除去す
ることが困難なため、安定した溝が形成できず、とくに
機械的に直接けがく場合には溝周辺にかえりを生じるた
め占積率の低下を招くという問題があり、一方後者の方
法には、一定の深さの溝を得るための荷重の調整が難し
いという問題があった。また、これらの方法のように仕
上げ焼鈍済みの鋼板に溝を導入する場合には、溝導入に
より被膜が損傷するため、絶縁被膜の再塗布を必要とす
る場合が多く、占積率の低下及びコストの無用の増加を
招く。

仕上げ焼鈍工程以前に処理する方法としては、例えば特
開昭５９−１９７５２０号公報に、最終仕上げ焼鈍工程
の前に鋼板に線状疵を導入する方法が提案されていて、
疵導入の具体的手段としてはナイフの刃先、レーザビー
ム、放電加工および電子ビームなどがあげられているが
、ナイフの刃先を利用した場合は溝周辺に生じるかえり
のため製品にした際に占積率の低下を招き、レーザーの
場合は鋼板表面状態の差によって光吸収率に差が生じ、
放電加工の場合は電極の消耗が著しく、電子ビームの場
合は細く絞るのが困難といったように、いずれの手段に
おいても問題があり、所望の溝を安定して導入すること
はできず、従って安定した低鉄損の実現は困難であった
。

上記の問題の解決策として、特開昭６２−１７９１０５
号公報には、最終冷延後または脱炭焼鈍後あるいは仕上
げ焼鈍後の鋼板表面にフォトエツチングを行う方法が開
示されている。この方法は、鋼板にフォトレジストを塗
布したのち、所望パターンのマスクを通して、アーク灯
や水銀灯、エキシマレーザ−のような紫外光を照射し、
ついで現像液中に鋼板を浸漬して露光部を除去し、さら
に酸液中に浸漬して露光部の地鉄に溝を形成するという
方法である。

しかし、この方法の場合、溝形成後におけるレジストの
除去手段として、通常、アルカリ液（例えば３０％Ｎａ
０Ｉｌ）やブラッシングが用いられることから、除去時
に地鉄表面の荒れが避けられず、そのため良好な特性が
得られなかった。また、上記のような複雑な工程を経る
ため大幅なコスト増を招く不利もあった。

さらに、特開昭６３−４２３３２号公報には、最終冷間
圧延後、最終仕上げ焼鈍を施すまでの間において鋼板表
面に局所的なエツチング処理を施す方法が開示されてい
て、具体的手段として、フォトエツチングによる方法及
び鋼板上にステンシルをおき、その上でローラ型カート
リッジを回転させて電解エツチングを施す方法が示され
ている。

しかしながらフォトエツチングの場合、上述したような
レジスト除去時における地鉄表面の荒れが問題となり、
一方ステンシルによる方法の場合には、ステンシルにあ
けたスリット状の穴において電解液が滲み出すためシャ
ープな溝を導入するのが難しいところに問題があった。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、上記の問題を有利に解決するもので歪取り
焼鈍による鉄損劣化がなく、しかも従来よりも磁気特性
に優れた低鉄損方向性電磁日板を工業的に安価に製造す
ることができる方法を提案することを目的とする。

（課題を解決するだめの手段） さて発明昔らは、最終冷間圧延板または脱炭焼鈍板に対
する局所的なエツチング処理による溝加工法について種
々検討を加えた結果、エツチングレジストマスクを磁気
的に鋼板に吸着させてエツチング処理を行うことが、所
期した目的の達成に関し、極めて有効であることの知見
を得た。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、方向外電Ｋｎ　Ｅ　＋Ｈ用スラブ
を熱間圧延したのち、１回または中間焼鈍を挟む２回以
上の冷間圧延によって最終製品板厚とし、その後脱炭焼
鈍ついで最終仕上げ焼鈍を施す一連の工程によって方向
性電磁鋼板を製造するに当り、最終冷間圧延後または脱
炭焼鈍後の鋼板表面に、エアチンダレシストマスクを磁
気的に吸着させ、局所的なエツチング処理を施すことか
らなる低鉄損方向性電磁鋼板の製造方法である。

以下、この発明を具体的に説明する。

まずこの発明の基礎となった実験結果について説明する
。

方向性電磁鋼＋ｙ（は一般Ｑご次に示すような工程で製
造される。すなわち方向性電磁鋼板用スラブを熱間圧延
し、その後必要に応じて熱延板焼鈍を行ったのち、１回
または中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧延により最後製品
板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上げ焼鈍を施し
たのち、通常上塗りコーディングを施して製品とする。

１ユ記の製造工程中、板１′７０．２０ｍｍに圧延した
最終冷延板に対し、その表面に厚み０．６ｍｍの市販の
ゴムマグ不ントシ一トにスリットを設けたエツチングレ
ジストマスクを吸着させて化学エツチングおよび電解エ
ツチングを施した。スリット形状は幅：０．２ｍｍの線
状スリットとし、圧延方向と直角な方向に４　ｍｍ間隔
で設けた。化学エツチングは、ＦｃＣ１３液を（ｉ０秒
間スプレーする方法を用い、方電解エツチングは＋１ａ
Ｃｆｆ水溶液中Ｔ２ＯＡ／ｄｉ”　（７）電流密度で３
０秒間処理した。

また、０．１　ｍｍｌ’７：のフエライ１−系ステンレ
ス箔に上記ゴムマグネットシー１−と同じスリ、トを設
け、ついで電気絶１．＋のためにコーティングを施した
役、最終冷延板表面に配直し、口板裏面より永久（１石
によりステンレス箔レジストを鋼板に吸着させてから、
電解エツチングを上記の条件で実施した。

このようにしてエンチング処理を施した鋼）反＆面には
いずれも、幅：０．２ｍｍ、深さ７２０μｍの線状の溝
が形成されていた。

ついでかかるエツチングを施した鋼板に脱炭焼鈍を施し
た後、最終仕上げ焼鈍を施し、これらの仕上げ焼鈍板に
上塗りコーティングを施して製品とした。

かくして得られた各製品板からエプスタイン試片を切出
し２、歪取り焼鈍を施したのち磁気特性及び占積率を測
定した。その結果を表１に示す。

なお表１には、発明例（表中Ｎｏ、１．２．３）の他、
比較のためナイフの刃先（Ｎｏ、４）、レーザー（Ｎｏ
、５）、フォトエツチング（Ｎｏ、６）及びポリウレタ
ン製のステンシルを用いた電解エンチング（Ｎｏ、７）
により溝を形成した場合、及び溝を形成しない鋼板（Ｎ
ｏ、８）についての調査結果も併せて示す。

ナイフの刃先及びレーザーはいずれも、溝のイ１１：０
．２ｎ＋ｍ、深さ７２０μｍとなるように条件を設定し
、圧延方向と直角な方向に４ｍ１Ｔ１間隔で導入した。

フォトエツチングは、フォトレジストを形成し７たのち
ＦｓＣｆｆ３液を６０秒間スプレーすることにより行な
い、その後ブラッシングによりフォｉ・レジストを除去
した。エツチングにより形成された溝１よ幅：０．２Ｉ
Ｉ１ｍ、深さ：　２０　ｐ　ｍであり、圧延方向と直角
な方向に４　ｍｍ間隔で導入した。ポリウレタン製のス
テンシルを用いる方法は、ステンシルを口板上にかぶせ
電解液と陰極を含むローラ型カートリッジをステンシル
上で回転さゼることにより行なった。ステンシルのスリ
ット形状はゴムマグネットシートの場合と同様とし、電
解液ばＮａＣ１，水溶液を用い２０Ａ／ｄｍ”の電流密
度で３０秒間処理した。

この時、形成された溝はゴムマグネットシートの場合と
同一条件であったにもかわらず、幅は０．４ｍｌ１１と
広がり、深さも３〜１０μｍと不均一な形状であった。

同表より明らかなように、この発明に従って得られた製
品板は従来材に比べ鉄損および占積率共に良好であった
。

以上、最終冷延板にエツチング処理を施した場合につい
て示したが、脱炭焼鈍後の鋼板に処理した場合も同様の
結果が得られた。

この発明により、鉄損及び占積率の優れた鋼板が得られ
る理由は以下のとおりと考えられる。

すなわち磁気的にエツチングレジストマスクを吸着させ
てエツチングを行なうと、 （１）　　レーザーや機械加工に見られるようなかえり
が生じない、 （２）　　またフォトエツチングに見られるレジスト除
去時の鋼板表面の荒れがない、 （３）　　さらに強い磁気的吸着力があるためにステン
シル等よりレジスト効果が強い、 ことからかえりを生じることなく均一な溝が形成され、
ひいては溝による反磁界効果及び仕上げ焼鈍時の純化促
進効果が十分発揮されるものと推察される。

（作　用） この発明においてエツチングレジストマスクを鋼板表面
に磁気的に吸着させる方法としては、該マスク中に磁石
を含有させたり、また該マスク中に強磁性体を含有させ
外部磁場により吸着させる方法が好適である。ここに磁
石を含むエツチングレジスト材は、特に限定されるもの
ではなくレジスト自体が鋼板に吸着するものであれば良
く、例としてゴムマグネット、プラスチックマグネット
等があげられる。さらにこれらのマグネットは吸着力ア
ップのために鉄箔やフェライト系ステンレス箔等を表面
に貼りつけて使用してもかまわない。またフェライト磁
石粉末をレジスト剤として直接鋼板表面に吸着させても
よい。

また強磁性体を含むエツチングレジストとしては、強磁
性金属Ｆｅ、　Ｃｏ、　Ｎｉを含む金属やこれらの合金
、さらには強磁性酸化物等、磁石に吸着するものであれ
ばその材質は限定しない。

以上述べたレジストはいずれも次に電解エツチングを施
す場合には電気的絶縁性が、また化学工ンチングを施す
場合は耐酸性がそれぞれ要求され、これらの特性がない
ものは必要に応じてコーティング等により電気絶縁性や
耐酸性を向上させて使用する。

これらのレジストに設りるスリットの形状は第１図（ａ
）に示すように連続した線状が最も望ましいけれども、
同図（ｂ）　、　（ｅ）に示すような非連続な線状およ
び同図（ｄ）に示すような点線状であってもかまわない
。線状の場合は幅：　ｏ、ｏｉ〜０．３ｍｍの直線が、
また点状の場合は直径：　０．０１〜０．３ｍｍの点線
がそれぞれ、圧延方向と直角な方向に１胴以下の間隔を
おいて配列していることが望ましく、さらにこれらの直
線および点線状スリットの圧延方向の間隔は３〜３０ｍ
ｍの範囲とするのが好適である。

スリットの方向は圧延方向と直角な方向が望ましいけれ
ども、直角方向に対し３０°以内の範囲であればほぼ同
等の効果が得られる。

エツチングは、化学エツチングおよび電解エツチングの
いずれでも良い。化学エツチングの場合、処理液として
は）ＩＮＯ，、Ｈ２ＳＯ４，Ｈ３ＰＯ４混合液やＦｅＣ
，ｅ。

等が用いられる。一方電解エンチングの場合は、取扱い
が容易で安価なＮａＣ１＋　ＮａＣｉ！　０３＋　　Ｎ
ａＮ０：ｉ等の中性塩浴が適している。なおこれらのエ
ツチング液にペースト化剤を加えペースト状にしたもの
を電解液として用いでもよい。

エンチングにより形成する溝の深さは、１００μｍを超
えると鉄損はむしろ劣化する傾向にあるため、１００μ
ｍ以下好ましくは５〜３Ｑ７ｚｍとするのが適当である
。

以上の溝形成処理は通常、鋼板の片面だけで十分である
が、両面に施してもかまわないのはいうまでもない。

なおこの発明に従うエツチングレジストマスクは、銅板
表面に磁気的に吸着しているだけなので、エツチング処
理後の除去も極めて容易であり、この点でも有利である
。

この発明において、方向性電磁鋼板素材の成分組成につ
いては特に限定されるものではなく、例えばＣ：　０．
０１〜０．０８％、Ｓｉ　：　２．０〜４．０％を含み
かつ、インヒビターとしてＭｎＳｅ、　ＭｎＳ、　Ａ　
Ｉ　Ｎ、　ＢＮ等のうち１種または２種以上を少量含む
組成が有利に適合する。　なおインヒビター成分として
は」二記以外にＳｂ、　Ｓｎ、　Ｃｕ、　Ｂｉ等を含む
ものもこの発明に含まれる。上記の好適成分組成に調整
されたスラブを熱間圧延し、その後必要に応じて熱延板
焼鈍を行った後、１回または中間焼鈍をはさむ２回以上
の冷間圧延により最終製品板厚とし、ついで脱炭焼鈍を
施すわけであるが、かような最終冷延板またはそれに引
き続いて脱炭焼鈍を施した焼鈍板を素材として上に述べ
た方法によりエンチングを施すわけである。

なお、エツチング後レジストマスクを除去したのち、冷
延板の場合は脱炭焼鈍を施してから、また脱炭焼鈍板の
場合はそのまま仕上げ焼鈍を行なう。かかる仕上げ焼鈍
後、焼鈍分離剤を除去し、必要に応じて上塗りコーティ
ング塗布を行って製品とするが、この発明の効果は上塗
りコーティングの有無にかかわらず発揮される。

以上のようにして製造した鋼板は安定して極めて低い鉄
損値を示し、その値は歪取り焼鈍後も保持されるため巻
鉄心用材料としても安定して使用することができる。な
お一般に歪取り焼鈍を必要としない積鉄心用として使用
してもよいのは言うまでもない。

（実施例） 実施例１ インヒビターとしてＭｎＳｅ、　Ｓｂを含む３．３％け
い素鋼の熱間圧延板を、中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧
延により０．２０ｍｍ厚まで圧延し、この圧延板を素材
（Ａ）とした。一方、この圧延板に湿水素雰囲気中で脱
炭焼鈍を施し、これを素材（Ｂ）とした。

これらの素材（Ａ）　、　（Ｂ）に下記に示す処理を施
して、局所的に線状の溝を導入した。

（＋）　　ゴムマグネットシートによるマスクを吸着さ
せて化学エツチング。

（２）　　ゴムマグネットシートによるマスクを吸着さ
せて電解エツチング。

（３）ナイフ刃先によろけかき。

（４）放電加工。

（５）処理なし。

ゴムマグネントシートは、厚さ：０．６ｍｍの市販のシ
ートを用い、圧延方向に直角な方向に幅；０．２ｍｍ、
圧延方向の間隔：５ｍｍで線状のスリットを設けた。化
学エツチングは、ＦｅＣ１ｚ液を４５秒間鋼板にスプレ
ーすることにより行い、一方電解エッチングは１５％Ｎ
ａＣｅ水溶液を電解液とし２５Ａ／ｄｍ”×２０秒間実
施した。これらの処理により鋼板表面には幅：０．２ｍ
ｍ、深さ：１５μｍのシャープな溝が形成された。一方
、ナイフ刃先によるけがき及び放電加工の場合にも、幅
：０．２ｍｍ、深さ：１５μｍの線状の溝が圧延方向と
直角な方向に５膿間隔で導入されるように処理したとこ
ろ、ナイフ刃先の場合は溝周辺に激しいかえりが観察さ
れ、また放電加工の場合には電極の局部的な消耗のため
溝形状は不均一となった。

以上のような処理を施した鋼板を、素材（Ａ）について
は脱炭焼鈍を施したのち、一方案材（Ｂ）についてはそ
のまま、仕上げ焼鈍に供し、さらに焼鈍分離剤を除去し
たのち上塗りコーティングを施して製品とした。

かくして得られた各製品の磁気特性及び占積率を表２に
示す。

同表より明らかなように、この発明に従い得られた鋼板
は従来法に従って処理した場合に比較し、鉄損、占積率
共に良好であった。

実施例２ インヒビターとしてＡ　Ｉ　Ｎ、　ＭｎＳｅを含む３．
２％けい素鋼の熱間圧延板を、中間焼鈍をはさむ２回の
冷間圧延により０．２０ｍｒｎ厚まで圧延し、この圧延
板を素材（Ｃ）とした。一方、この圧延板に湿水素雰囲
気中で脱炭焼鈍を施し、これを素材（Ｄ）とした。これ
らの素材（Ｃ）　、　（Ｄ）に下記に示す処理を施して
、局所的に綿状の溝を導入した。

（＋１　　ゴムマグネットシートによるマスクを吸着さ
せて化学エンチング。

（２）　　ゴムマグネットシートによるマスクを吸着さ
せて電解エツチング。

（３）　　フォトエツチング。

（４）ポリウレタン製ステンシルを用いた電解エツチン
グ。

（５）処理なし。

使用したゴムマグネットシートは実施例１と同様のもの
であり、化学エンチング、電解エツチングも実施例１と
同様の方法で処理した。フォトエンチングは、レジスト
（商品名ＦＳＲ）を鋼板表面に塗布したのち、圧延方向
と直角方向に幅：０．２ｍ＋ｎ、圧延方向の間隔：５ｍ
ｍの線状の溝を形成できるようフォトマスクをして超高
圧水銀灯で露光し、ＦＳＲ現像液中で露光部を除去した
のち、さらにＦｅ１２゜を４５秒間鋼板にスプレーする
ことにより行なった。

その後残存のレジストを除去するためブラッシング処理
を施した。このようにして得られた鋼板乙こは、幅：０
．２ｍｍ、深さ：１５１Ｉｍの溝が形成されていたが、
その表面はプランジングのため著しく荒れていた。特に
素材（Ｄ）は表面の荒れがひどく脱炭焼鈍時に形成され
た表面の被■りはほとんど欠落していた。

ポリウレタン製ステンシルは、ゴムマグネットシートに
施したスリットと同じ形状のスリット加工を施したもの
を用い、１５％ＮａＣｅ液を含ませたローラ型電極をス
テンシル上で回転さ−せることにより電解エツチングを
行なった。電解エンチング条件は２５Ａ／ｄｍ２Ｘ　２
０秒間を満足するよう電極を回転させた。このように処
理した鋼板は、ゴムマグネットシートによるマスクの場
合と全く同一条件であったにもかかわらず、スリット部
からの電解液の滲み出しのため、形成された溝は幅：０
．５ｍｍ、深さ；５〜１０μｍの極めて不ｈ￥明な溝と
なっていた。

以上のような処理を施した目板を、素材（Ｃ）について
は脱炭焼鈍を施したのら、一方素＋４（Ｄ）については
そのまま、仕上げ焼鈍に供し、さらに焼鈍分離剤を除去
したのち上塗りコーティングを施して製品とした。

かくして得られた各製品の磁気特性及び占積率を表３に
示す。

実施例３ インヒビターとしてＡ　Ｉ２　Ｎ、　ＭｎＳを含む３．
１％けい素鋼の熱間圧延板を、１回冷延法により０．２
３ｍｍ厚に圧延し、この圧延板を素材（Ｅ）とした。一
方、この圧延板に湿水素雰囲気中で脱炭焼鈍を施し、こ
れを素材（Ｆ）とした。これらの素材（Ｅ）、　（Ｆ）
に下記に示す処理を施して、局所的に線状の溝を導入し
た。

（１）　　０．１　ｍｍＷ−フェライト系ステンレス箔
によるレジストマスクを鋼板裏面の磁石により鋼板表面
に吸着させてから化学エツチング。

（２）　０．１ｍｍｍｍエフエライト系ステンレス箔る
レジストマスクを鋼板裏面の磁石により鋼板表面に吸着
させてから電解エツチング。

（３）　　フォトエツチング。

（４）　　ポリウレタン製ステンシルを用いた電解エツ
チング。

（５）処理なし。

０．１　ｍｍ厚のフェライト系ステンレス箔には実施例
１と同様のスリントを設け、電気絶縁のためにコーティ
ングを施してから鋼板表面に配置し裏面より永久磁石に
より鋼板に吸着させた。化学エツチング、電解エツチン
グの条件及びフォトエツチング、ポリウレタンステンシ
ルを用いる方法については実施例１，２と同様とした。

このような処理を施した鋼板を、素材（Ｅ）は脱炭焼鈍
を施したのち、一方素材（Ｆ）はそのまま、仕上げ焼鈍
に供し、さらに焼鈍分離剤を除去したのち、上塗りコー
ティングを施して製品とした。

かくして得られた各製品の磁気特性及び占積率を表４に
示す。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、方向性電磁１ｌ１２Ｉ仮に
つき従来に比し、より一層工業的に安価にかつ安定した
低鉄損値を達成することができ、しかもかかる２岡板は
歪取り焼鈍による鉄…劣化がないので積鉄心・巻鉄心共
に使用可能であり、変圧器の効率向−ヒに大きく寄与す
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ−ｄはエツチングレジストマスクに設しＪるス
リットの好適形状を示した図である。 （ａ） 第１図 （ｂ） （ｄ＞ 特許出願人　　川崎製鉄株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、方向性電磁鋼板用スラブを熱間圧延したのち、１回
   または中間焼鈍を挟む２回以上の冷間圧延によって最終
   製品板厚とし、その後脱炭焼鈍ついで最終仕上げ焼鈍を
   施す一連の工程によって方向性電磁鋼板を製造するに当
   り、最終冷間圧延後または脱炭焼鈍後の鋼板表面に、エ
   ッチングレジストマスクを磁気的に吸着させ、局所的な
   エッチング処理を施すことを特徴とする低鉄損方向性電
   磁鋼板の製造方法。 ２、磁石を含むエッチングレジストマスクを鋼板表面に
   吸着させることからなる請求項１記載の製造方法。 ３、強磁性体を含むエッチングレジストマスクを外部磁
   場によって鋼板表面に吸着させることからなる請求項１
   記載の製造方法。