JPH0222423A - 一方向性けい素鋼板の鉄損低減連続処理設備 - 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、一方向性けい素鋼板の鉄損低減連続処理設
備に関し、とくに真空を利用し、鋼板表面に連続的に局
所熱処理を施すことによって、効果的な磁区の細分化ひ
いては鉄損特性の有利な改善を図ろうとするものである
。

一方向性けい素鋼板は、一般に熱間圧延と冷間圧延を経
た冷延薄板の２次再結晶粒を、（１１０）（００１）方
位、すなわちゴス方位に高度に集積させて所望の磁気的
性質を具備させ、主に変圧器その他の電気機器類の鉄心
に使用され、ここに磁束密度（Ｂ、。値で代表される）
が高くしかも鉄損（ＷＩ７１５６値で代表される）の低
いことが要求されるが、これまでの研究努力により当今
は、板厚　０．３　ｍｍでＢ、。：　１．９０Ｔ以上、
ＷＩ？／！ｌ。：　１．０５　Ｗ／ｋｇ以下また、板厚
０．２３ｍｍではＢｏｏ　：　１．８９Ｔ以上、ｌＬｔ
／ｓｏ　：　０．９０Ｗ／ｋｇ以下のような超低鉄損一
方向性けい素鋼板も製造できるようになった。

しかるに省エネルギーの見地で電力損失のより厳しい低
減要求は、とくに欧米にて鉄損の減少分を換価して変圧
器価格に上積みする、ロスエバリユエーション（鉄損評
価）制度にまで発展し、それも定着するに至っている。

このようにか酷な要請に応えるため発明者らは、一方向
性けい素鋼板の特性改善それも極限的な鉄損低域を目脂
して研究活動を続けて来たが、方向性けい素鋼板の最終
焼鈍、つまり仕上げ焼鈍後の操作、とくに被膜処理につ
いての革新的な手法を試み、顕著な鉄損低域の成果を得
、引続く検討と研漏を加えて、以下に述べる一方向性け
い素鋼板の鉄損低減連続処理設備の適合を解明した。

（従来の技術） 特開昭５７−２２５２号、同５７−５３４１９号、同５
８−２６４０５号及び同５８−２６４０５号各公報には
、仕上げ焼鈍後の一方向性けい素鋼板の表面に、圧延方
向とほぼ直角な向きにレーザ照射を施すことによって局
部的微小ひずみの導入による磁区細分化をもって、鉄損
の低減を図ることが開示されているが、この場合、いわ
ゆるひずみ取り焼鈍を加えない使途では有効であっても
、該焼鈍が施されたときはせっかく導入された局部微小
ひずみが加熱保持中に解放され、磁区幅が拡大してレー
ザ照射による鉄損低減効果が喪失してしまう不利がある
。

これに対して発明者らはさきに、上記のような高温処理
にも拘らず特性劣化を伴うことのない低鉄損一方向性け
い素鋼板の製造に成功した。

すなわち方向性けい素鋼板の常法に従う最終仕上げ焼鈍
工程を経た後、りん酸塩とコロイダルシリカを主成分と
する絶縁被膜を形成させたのち、あるいは前記最終仕上
げ焼鈍工程を経て鋼板の外面に生成した酸化物を除去し
た後、表裏両面に研摩処理を施して鏡面状態に仕上げ、
ついでＣＶＤ、イオンブレーティングおよびイオンイン
プランテーションなどによりＴｉ、　Ｚｒ、　Ｖ、　Ｎ
ｂ、　Ｔａ、　Ｃｒ＋　Ｍｏ。

Ｗ、　Ｍｎ、　Ｃｏ、　Ｎｉ、　Ａ１．　Ｂ及びＳｉの
窒化物及び／又は炭化物ならびにＡＩ、　Ｎｉ、　Ｃｕ
、　Ｗ、　Ｓｉ及びＺｎの酸化物のうちから選んだ少な
くとも１種からなる極薄張力被膜を形成させた後、りん
酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜を形成
させたのち、鋼板の圧延方向を横切る向きにエレクトロ
ンビーム、レーザー、マイクロプラズマ等を照射するこ
とによって低鉄損を達成するものである。

（発明が解決しようとする問題点） 上記の成功を導いた実験的成果を基盤として、工業的規
模における、その有利な適合を成就すべき、一方向性け
い素鋼板の鉄損低減連続処理設備を与えることが、この
発明の目的であり、とくにこの発明は、鋼板表面上への
照射によって生じる鋼板面の凹凸や局所的な曲がりによ
る不都合を効果的に解消するものである。

（問題点を解決するための手段） すなわちこの発明は、方向性けい素鋼板の常法に従う仕
上げ焼鈍工程を経た鋼板に対し、その圧延方向を横切る
向きに局所的な熱処理を施す局所熱処理装置およびかか
る熱処理時の鋼板を密着させで巻きがけ搬送するロール
であってその両端部がグラファイトで構成された巻きが
けロールを有する真空処理槽と、この真空処理槽の入側
と出側にて、該処理槽に向けて漸次に高真空度に調圧し
たそれぞれ複数の予備排気槽列とをそなえてなる、一方
向性けい素鋼板の鉄損低減連続処理設備モあり、とくに
この発明では、真空処理槽内に、局所熱処理領域の真空
度を高める高真空室を配設することが好ましい。

またこの発明において局所熱処理装置としては、エレク
トロンビーム照射装置やレーザー照射装置、プラズマ炎
放射装置などがとりわけ有利に適合する。

第１図に、この発明に従う連続処理設備の好適例を模式
で示す。この例は熱処理装置としてエレクトロンビーム
照射装置を利用したものである。

図中番号１はアンコイラ−１２は真空処理槽、そして３
．４はそれぞれ真空処理槽２の入側および出側に配置し
た予備排気槽列であり、これらの予備排気槽列３，４は
いずれも、真空処理槽２に向けて漸次に高真空度に調圧
区分した予備排気槽３ａ、　３ｂ、　３ｃ、　３ｄ、　
３ｅおよび４ａｔ　４ｂ＋　４ｃ、　４ｄ、　４ｅから
なる。

５は巻取り機、６はシャー、７ａ〜７ｃはそれぞれ回転
真空ポンプ、また８はメカニカルブースタポンプと回転
真空ポンプ、９は油拡散ポンプと回転真空ポンプである
。

そして１０が局所熱処理装置この例でエレクトロンビー
ム照射装置であり、１１でエレクトロンビームを表わす
。

なおこの発明では、エレクトロンビーム照射領域の真空
度を一層高めるために、第２図に示したように真空処理
槽２内に高真空室を設けることもできる。すなわち同図
に示したところにおいて、１２がエレクトロンビームの
照射径路１１をさらに高真空とするための高真空室であ
り、１３は高真空にするだめの油拡散ポンプと真空回転
ポンプへの排気孔である。

第３図は、この発明の特徴である鋼板表面上への照射に
よる鋼板の凹凸あるいは局部的な曲がりを解消するため
に、巻きがけロールを用い銅板を巻きがけ搬送状況下に
照射する装置を模式的に示したもので、第３図（ａ）は
全体の模式図、また第３図（ｂ）は巻きがけロールの側
面模式図である。図中２２が鋼板巻きがけ用のロールで
、このロール２２の詳細は同図（ｂ）に示したようにロ
ールの両端部２３゜２４がグラファイトで構成され、こ
の部分でＥＢ、プラズマジェット等の照射もれを吸収す
る。従ってかかるグラファイト部は、鋼板縁部から１０
〜５０ｍｍ程度ロール軸方向に延在する大きさとするこ
とが望ましい。

上述したような巻きがけロール２２によって照射時の鋼
板を巻きがけ搬送することによって照射による鋼板の凹
凸や局部的がりは大幅に軽減されるけれども、より一層
の軽減効果を得るためには、巻きがけロールの前後に、
鋼板をロール面に一層密着させるための補助ロール２０
．２１を配置することが好ましい。

次に第４図に、別の好適例を示す。この例は、熱処理装
置としてレーザー照射装置やプラズマ炎放射装置を用い
た場合にとくに好適なものである。

この例では、差圧真空室は、１本の差圧ロールとこのロ
ールに対し小さな隙間を隔てて設置されたシーリングア
タッチメントとで構成される多数の独立した室からなり
、真空処理槽に向けて徐々に真空度を高めることによっ
て高真空（５Ｘ１０−’ｔｏｒｒ）を達成するしくみに
なっている。そして１４がレーザーあるいはプラズマ放
電により鋼板表面上に局所的な熱処理を施す局所熱処理
装置である。

そして図中２２が鋼板の巻きがけ用のロール、また２１
が補助ロールである。

ここにレーザー照射装置は、第５図に示したとおり、レ
ーザー発振器Ａとビーム操作装置Ｂとからなり、このレ
ーザー発振器Ａは特公昭５８−１４１９号公報に開示の
ようにパルス発振のマルチモードを用いて最適なレーザ
ー発振特性を確保するのが特徴であって、かようにして
得たレーザービームをＢに図解したビーム操作装置によ
って鋼板表面上に照射するわけである。かかるレーザー
照射法は、特公昭５８−２６４０６号公報に開示されて
いるように、固定ミラーとガルバノミラ−およびＦ・　
θミラーを用いることによって、鋼板の圧延方向とほぼ
直角方向への効率よい照射が可能である。

なお、このレーザー照射法では、−台当り鋼板の板幅方
向に３〜１０ｃｍ程度しか操作できないため、第４図に
示すように複数台のレーザー照射装置を用いて鋼板全面
を均一に照射できるようにすることが好ましい。

次に第６図に、プラズマ炎放射ノズルを断面で示す。

さて鋼板表面上へのプラズマ放電照射において、効率的
に鉄損を低下させるためにはビーム径を細くすることが
不可欠であるが、同図に示したノズルには、とくに陰極
外套１５が新たに設けられているので、通常よりも細＜
　（０，１〜０．５　ｍｍφ）しかもエネルギー密度の
高いプラズマビームを得ることができる。

そしてかかるプラズマ法を真空中で使用すると、第７図
に示すようにエネルギー密度を大幅に増加でき、従って
より効果的に鋼板表面上にプラズマ炎を照射できるので
ある。

（作　用） さて常法に従う仕上げ焼鈍工程を経たけい素鋼板に対す
る真空中での局所熱処理は次の要領で行なわれる。

最終処理を経て巻取られた一方向性けい素鋼板のコイル
は、アンコイラ−１で巻戻され、連続エアーツーエアー
による予備排気槽列３を通って真空処理槽２内に導入さ
れる。次いで熱処理装置１０や１４を用いて鋼板の圧延
方向を横切る向きに局所的な熱処理を施す。すなわち鋼
板の圧延方向を横切る向きに０．０１〜１．０　ｍｍの
ビーム径で連続または断続した線状にエレクトロンビー
ムやレーザービーム、プラズマビームを照射するのであ
る。ここにかようなビームの照射間隙は１〜２０ｍｍ程
度とするのが望ましい。

なおこのとき真空度が低いと、たとえばエレクトロンビ
ームの場合は真空放電が多発し、エレトクロンビームに
よる有効な処理が減殺されるため鋼板の低鉄損化に支障
をきたす。従ってかかる不利を回避するためには第２図
に示したように、エレトクロンビームが鋼板に照射する
領域（図中斜線で示す１４の領域）を真空槽２より一層
高真空にすることが好ましい。このときの真空度差は、
真空処理槽２内が１０−３〜１０−’ｍｍＨｇであると
きは、１５の斜線領域はｌＸｌ０−’〜１０−’ｎｕＨ
ｇ程度とすれば充分である。またレーザー照射およびプ
ラズマ放射時における真空度は、１０−２〜１０−”ｔ
ｏｒｒ程度が好適である。

上記のようにして鋼板表面上に局所的な熱処理が施され
た鋼板は、真空処理槽２の出側でやはりこの処理槽２に
近い程高真空度に調圧区分した予備排気槽列４を経由さ
せて、大気中に導出し、その後コイル５に巻取る。

上記したような真空中における局所的な熱処理によって
磁区が効果的に細分化され、ひいては鉄損特性が向上す
るのであり、しかもかかる鉄損特性改善効果はひずみ取
り焼鈍の後でも劣化することはない。

（実施例） 災旌拠工 仕上げ焼鈍を経た一方向性けい素鋼板（０，２３ｍｍ厚
）に、りん酸塩とコロイダルシリカとを主成分とする絶
縁被膜を形成させて巻取ったコイル（約８トン）を、ラ
インスピード２０ｍ／ｍｉｎにて前掲第３図に示した巻
きがけロールを配設した第１図の真空連続処理設備に通
し、エレクトロンビームを鋼板の幅方向にわたって、加
速電圧４５ｋＶ、電流１２０ｍＡ、走査間隔７胴、ビー
ム径０．１　Ｍ、第２図の１４の真空度１０−５ｍｍＨ
ｇの条件下に照射した。

かくして得られた製品の磁気特性は次のとおりであった
。

Ｂ＋ｏ＝１．９１７　、　Ｌ、ｚｓｏ＝０．８０Ｗ／ｋ
ｇ。

尖旌拠叉 ０．０５４％Ｃ，３，２９％Ｓｉ、　０．０７８％Ｍｎ
、　０．０２６％ＡＩ、　０．０２６％Ｓ、　０．１％
Ｓｎ、　０．０６％Ｃｕの組成になるけい素鋼熱延板を
、１０５０°Ｃで２分間の中間焼鈍をはさんで２回の冷
間圧延を施して板厚０．２０ｍｍの冷延板としたのち、
８５０°Ｃで脱炭処理後、８５０°Ｃから１２°Ｃ／ｈ
で１０５０°Ｃまで昇温しで２次再結晶させ、ついで１
２００°Ｃで８時間の純化処理を施して得た一方向性け
い素鋼板につき、その表面上の酸化物を酸洗により除去
した後、電解研磨により中心線平均粗さＲａ＝０．０６
μｍに鏡面研磨した後、イオンブ＼ レーティング装置を用いてＴｉＮ被膜（０，８μｍ）を
鋼板両面に形成させ、ついでりん酸とコロイダルシリカ
とを主成分とする絶縁被膜を形成させた。

その後前掲第３図の巻きがけロールを含む第１図の装置
を用いて、次の条件下に鋼板表面に圧延方向に対しほぼ
直角の向きにエレクトロンビームを連続して照射した。

ラインスピード：　２５ｍ／ｍ１ｎ ＥＢ照射条件：加速電圧５０ｋＶ ：電流８０ｍへ ：照射間隔７ｍｍ ：照射径０．１５胴 かくして得られた製品の磁気特性は Ｂ＋ｏ＝１．９４Ｔ　、　Ｌ、ｚｓｏ＝０．５９Ｗ／ｋ
ｇ、であった。

実箱形 ０．０５５　　％Ｃ，３，３６％Ｓｉ、　　０．０７８
　　％Ｍｎ、　　０．０２９　　％ｓｏｌ　Ａｌ、　０
．０１９％Ｓｅ、　０．１０％Ｓｎおよび０．０８％Ｃ
ｕを含有する組成になるけい素鋼スラブを、１３９０°
Ｃで５時間加熱後、熱間圧延を施して２．２胴厚の熱延
板とした。その後１１５０°Ｃで２分間の中間焼鈍をは
さんで２回の冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚の最終冷
延板とした。ついで８５０″Ｃの湿水素中で脱炭・１次
再結晶焼鈍を行ったのち、鋼板表面上にＭｇＯを主成分
とする焼鈍分離剤を塗布してから、８５０°Ｃから１１
００”Ｃまで１２°Ｃ／ｈの速度で昇温してＧｏｓｓ方
位の２次再結晶粒を発達させたのち、乾Ｈ２中で１２０
０°Ｃ５８時間の純化焼鈍を行なった。その後鋼板表面
上にりん酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁被
膜を形成させたのち、第４．５図に示す連続真空熱処理
装置を用いて、次の条件下にレーザービームを照射した
。

・ラインスピード：　２０ｍ／ｍｉｎ ・レーザービーム照射条件 照射間隔：８ｍｍ ビーム径：　０．１５ｍｍ エネルギー密度：　１．５ｍＪ／ｍｍ”真空度：　３　
Ｘｌ０−’ｔｏｒｒ ついでかようなレーザー照射を経たけい素鋼板に、Ｎ２
中で８００°Ｃ１５時間のひずみ取り焼鈍を施した。

かくして得られた製品の磁気特性は、 Ｂ、。＝１．９４Ｔ　、　Ｗ１７ｙｓ。＝０゜７８Ｗ／
ｋｇ、であった。

１拒炎土 ０．０４３％Ｃ，３，３８％Ｓｉ、　０．０７６％Ｍｎ
、　０．０２０％Ｓｅ、　０．０２５％ｓｂおよび０．
０１３％Ｍｏを含有する組成になるけい素鋼スラブを、
１３５０°Ｃで５時間加熱後、熱間圧延を施して２．０
胴厚の熱延板とした。その後９５０°Ｃで３分間の中間
焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚
の最終冷延板とした。ついで８２０°Ｃの湿水素中で脱
炭・１次再結晶焼鈍を施したのち、鋼板表面上にＭｇＯ
を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、８５０″Ｃ
で５０時間の２次再結晶焼鈍を行ってＧｏｓｓ方位２次
再結晶粒を発達させたのち、乾Ｈ２中で１２００°Ｃ１
８時間の純化焼鈍を行なった。

その後鋼板表面上にりん酸塩とコロイダルシリカを主成
分とする絶縁被膜を形成させたのち、第４．６図に示す
連続真空熱処理装置を用いて、次の条件下にプラズマ炎
を放射した。

・ラインスピード７１２ｍ／ｍｉｎ ・プラズマ炎放射条件 照射間隔：８Ｍ ビーム径：０．２ｍｍ エネルギー密度：　５　Ｘ１０’Ｗ／ｃｍ２真空度：　
５　Ｘｌ０−’ｔｏｒｒ ついでかようなプラズマ炎放射を経たけい素鋼板に、Ｎ
２中で８００°Ｃ１２時間のひずみ取り焼鈍を施した。

かくして得られた製品の磁気特性は、 Ｂ＋ｏ＝１．９０Ｔ　、　’Ａｌ７７ｓ。＝０．８０Ｗ
／ｋｇ。

であった。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、一方向性けい素鋼板の表面
に有効にエレクトロンビームを照射することができるの
で、効果的な磁区の細分化ひいては鉄損の低減が達成さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に従う連続処理設備の好適例を模式
で示した図、 第２図は、高真空室をそなえる真空処理槽の詳細図、 第３図（ａ）は、巻きがけロールを用いた照射状態の模
式図、同図（ｂ）は巻きがけロールの側面図、第４図は
、別の好適例の模式図、 第５図は、レーザー照射装置の模式図、第６図は、プラ
ズマ炎放射ノズルの断面図、第７図は、大気中および真
空中でマイクロプラズマ放射を行ったときのエネルギー
密度を比較して示した図である。 ■・・・アンコイラ−２・・・真空処理槽３．４・・・
予備排気槽列　５・・・巻取り機６・・・シャー　　　
　　　７ａ〜７ｃ・・・回転真空ポンプ８・・・メカニ
カルブースタポンプと回転真空ポンプ９・・・油拡散ポ
ンプと回転真空ポンプ１０・・・エレク トロンビーム照射装置 １１・・・エレク トロンビーム １２・・・高真空室 １３・・・排気孔 １４・・・熱処理装置 １５・・・陰極外套 ２０゜ ２１・・・補助ロール ２２・・・巻きがけロール ２３゜ ２４・・・グラフアイ ト部 特 許 出 願 人 川崎製鉄株式会社

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. １．方向性けい素鋼板の常法に従う仕上げ焼鈍工程を経
   た鋼板に対し、その圧延方向を横切る向きに局所的な熱
   処理を施す局所熱処理装置およびかかる熱処理時の鋼板
   を密着させて巻きがけ搬送するロールであってその両端
   部がグラファイトで構成された巻きがけロールを有する
   真空処理槽と、この真空処理槽の入側と出側にて、該処
   理槽に向けて漸次に高真空度に調圧したそれぞれ複数の
   予備排気槽列とをそなえてなる、一方向性けい素鋼板の
   鉄損低減連続処理設備。
2. ２．真空処理槽内に、局所熱処理領域の真空度を高める
   高真空室をそなえる請求項１記載の設備。
3. ３．局所熱処理装置が、エレクトロンビーム照射装置で
   ある請求項１または２記載の設備。
4. ４．局所熱処理装置が、レーザー照射装置である請求項
   １または２記載の設備。
5. ５．局所熱処理装置が、プラズマ炎放射装置である請求
   項１または２記載の設備。