JPH02277780A - 低鉄損一方向性珪素鋼板及びその製造方法 - 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、鉄損の低い一方向性珪素鋼板に関し、とく
に鋼板表面上の被膜を地鉄に圧入することによって磁区
の細分化をはかり、鉄…を低減しようとするものである
。

（従来の技術） 一方向性珪素鋼板は製品の２次再結晶粒をゴス方位に高
度に集積させ、また鋼板表面上にはフォルステライト質
被膜を形成し、さらにその上に熱膨張係数の小さい絶縁
被膜を被成したもので、厳格な制御を必要とする複雑、
多岐にわたる工程を経て製造される。

このような一方向性珪素鋼板は、主として変圧器、その
他電気機器の鉄心として使用されており、磁気特性とし
て製品の磁束密度（Ｂｌ。値で代表される）が高く、鉄
損（Ｗｌｆｆ／Ｓ。値で代表される）が低いこと、さら
に表面性状が良好な絶縁被膜を有することが要求されて
いる。

とくにエネルギー危機を境にして電力損失の低減を特徴
とする請が著しく強まり、変圧器用鉄心材料としての鉄
損のより低い一方向性珪素鋼板の必要性は増々重要なも
のとなってきている。

さて一方向性珪素鋼板の鉄損改善の歴史は、ゴス方位２
次再結晶集合組織の改善の歴史であると言っても過言で
はない。このような２次再結晶粒を制御する方法として
、ＡＩＮ、ＭｎＳ及びＭｎＳｅ等の１次再結晶粒成長抑
制剤、いわゆるインヒビターを用いてゴス方位２次再結
晶粒を優先成長させる方法が実施されている。

一方これら２次再結晶集合組織を制御する方法とは全く
異なる方法、すなわち鋼板表面にレーザー照射（布巾　
正：鉄と鋼、　６９（１９８３）、Ｐ、８９５、特公昭
５７−２２５２号、同５７−５３４１９号、同５８−２
４６０５号、同５８−２４６０６号各公報参照）又はプ
ラズマ照射（特開昭６２−９６６１７号、同６２−１５
１５１１号、同６２１５１５１６号および同６２−１５
１５１７号各公報参照）により局部微小歪を導入して磁
区を細分化し、もって鉄損を低下する画期的な方法が提
案された。しかしながらこれらの方法により得られた鋼
板は、高温域まで加熱すると微小歪が消失するため、高
温の歪取り焼鈍を施す巻鉄心トランス用材料には使用で
きないという欠点がある。

このような高温の歪取り焼鈍を施しても鉄損が劣化しな
い方法が提案されている。例えば、仕上焼鈍板の表面に
溝もしくはセレーションを形成する方法（特公昭５０−
３５６７９号、特開昭５９−２８５２５号及び同５９−
１９７５２０号各公報参照）、仕上焼鈍板の表面に微再
結晶粒領域を形成する方法（特開昭５６−１３０４５４
号公報参照）、フォルステライト質被膜に異厚或いは欠
損領域を形成する方法（特開昭６０−９２４７９号、同
６０−９２４８０号、同６０−９２４８１号及び同６０
−２５８４７９号各公報参照）、地鉄中、フォルステラ
イト質被膜中又は張力絶縁被膜中に異組成領域を形成す
る方法（特開昭６０−１０３１２４号及び同６０−１０
３１８２号各公報参照）、等である。

しかしながらこれらの方法はいずれも工程が複雑となる
わりには鉄損の低減効果は少なく、また製造コストが高
いこともあって、工業的に採用されるには至っていない
。

（発明が解決しようとする課題） この発盟は、磁区細分化によって低減された鉄損が歪取
り焼鈍を施しても劣化することのない、そして安定した
製造が可能な低鉄損一方向性珪素鋼板、さらにこの鋼板
を有利に製造する方法について提案することを目的とす
る。

（課題を解決するための手段） この発明は、仕上焼鈍を施したフォルステライト質被膜
付、又はフォルステライト質被膜上にさらに絶縁被膜を
形成した一方向性珪素鋼板にして、鋼板表面のフォルス
テライト質被膜、又はフォルステライト質被膜及び絶縁
被膜ゐ（地鉄に圧入された微小圧入領域を、鋼板の圧延
方向と直交する向きへ局所的に導入してなる低鉄損一方
向性珪素鋼板である。

とぐに微小圧入領域は、鋼板表面の圧入部が地鉄を通っ
て鋼板裏面の被膜にまで及ぶものであることが有利で、
このような微小圧入領域を導入した鋼板の裏面には鋼板
表面の圧入部に対応した微小な凸部が形成されることに
なる。

またこの発明に従う鋼板は、仕上焼鈍を経た一方向性珪
素鋼板につき、その表面上に、高電圧、低電流にて発生
させた電子ビームを、圧延方向と直交する向きへ局所的
に照射し、鋼板表面上の被膜を地鉄に圧入するか、さら
に地鉄を鋼板裏面の被膜に圧入することによって有利に
製造することができる。

さらに電子ビームの照射径および照射間隔を変化させ、
微小圧入領域同士の間隔を狭めることによって、磁区細
分化を促進することができる。

（作　用） 次にこの発明について実験例に基いて詳細に述べる。

Ｃ：　０．０４３　ｗｔ％（以下単に％と示す）＋　Ｓ
ｔ　：　３．４５％、　Ｍｎ　：　０．０６８％、　Ｓ
ｅ　：　０．０２２％、　Ｓｂ　：　０．０２５％Ｍｏ
　：　０．０１３％を含有する珪素鋼スラブを１３８０
°Ｃで４時間加熱後、熱間圧延して２．２ｍｍ厚の熱延
板とした後、９８０°Ｃで１２０分の中間焼鈍をはさむ
２回の冷間圧延を施して０　、２０ｍｍ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
した後、鋼板表面上にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤
をスラリー塗布し、その後８５０°Ｃで５０時間の２次
再結晶焼鈍を行ってゴス方位２次再結晶粒を優先成長さ
せた後、１２００’Ｃの軟水素中で５時間の純化焼鈍を
施し試料（八）とした。また試料（Ａ）の一部は、鋼板
表面上にリン酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶
縁被膜を被成し試料（Ｂ）とした。その後試料（Ａ）お
よび（Ｂ）に次の（１）〜（３）の手段にて圧延方向と
直角方向にのびる微小歪を８ｍｍ間隔で導入した。

（１）ナイフ （２）　Ｙ　Ａ　Ｇレーザー照射 （照射条件ニスポット当りのエネルギー４　Ｘｌ０−：
ＩＪ。

スポット直径０．１５ｍｍ、スポットの中心間隔０．３
ｍｍ。

走査間隔８　ｍｍ） （３）電子ビーム（以下ＥＢと示す）照射（照射条件：
加速電圧１００ｋＶ、電流０．７ｍＡ、スポット直径１
　、０ｍｍ　、スポットの中心間隔０　、３ｍｍ　、　
　走査間隔８　ｍｍ） （４）ＥＢ照射 （照射条件：加速電圧１００ｋＶ、電流３．０ｍＡ、ス
ポット直径０．１５ｍｍ、　スポットの中心間隔０．３
ｍｍ、　　走査間隔８　ｍｍ） 上記の処理を行った後各試料に８００″Ｃで２時間の歪
取り焼鈍を施した。歪取り焼鈍後の試料の磁気特性を、
第１表に示す。

また比較のため無処理材（歪導入なし、歪取り焼鈍あり
）の特性も同表に併記した。

第１表 同表から明らかなように、試料（Ａ）　、　（Ｂ）共に
（３）および（４）の条件での処理において鉄損が０．
０５〜０．０８　Ｗ／ｋｇと大幅に向上していることが
わかる。

なお条件（４）で処理した鋼板はその裏面に微小な凸部
がみとめられたところから、微小圧入領域が鋼板の裏面
にまで導入されていた。

さて処理条件（３）で処理した試料の鉄損が他のものに
比して向上する理由は、第１図（ａ）に示すように、鋼
板表面のフォルステライト質被膜１および絶縁被膜２が
地鉄３（ゴス方位を有する２次再結晶粒）へ微小領域に
おいて深さ方向に圧入されたことによって、歪取り焼鈍
を施しても有効な磁区細分化核として作用し、磁区細分
化が可能となったことによる。

また処理条件（４）で処理した試料の鉄損が他のものに
比して大幅に向上する理由は、第１図（ｂ）に示すよう
に微小圧入領域がさらに地鉄の奥深くにまで侵入し鋼板
裏面上の被膜にまで及んでいるため、より強固な磁区細
分化核として作用するわけである。

なお下地被膜および絶縁被膜を微小領域において鋼板の
幅方向へ地鉄内部の奥深くまで圧入するためには、高電
圧および低電流のＥＢを使用してはじめて可能になる。

すなわち、特に高電圧および低電流のＥＢを使用した場
合には、第２図に示すように、他の方法（レーザー、プ
ラズマ、メカニカルな手法等）にくらべ、深さ方向への
透過力が強く、しかも最も狭い幅で浸透するため、下地
被膜および絶縁被膜を消失することなく、地鉄へ押込め
ることが可能となる。

さらにＥＢの照射条件に関して行った実験について説明
する。

Ｃ：　０．０４２％、Ｓｔ’：３．４２％、　Ｍｎ　：
　０．０７２％、Ｓｅ：０．０２１％、　Ｓｂ　：　０
．０２３％、　Ｍｏ　：　０．０１３％を含有する珪素
鋼スラブを１３７０°Ｃで４時間加熱後、熱間圧延して
２．２ｍｍ厚の熱延板とした後、９８０°Ｃで１２０分
の中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧延を施して０．２０ｍ
ｍ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後、鋼板表面上にＭｇＯ
を主成分とする焼鈍分離剤をスラリー塗布し、その後８
５０°Ｃで５０時間の２次再結晶焼鈍を行ってゴス方位
２次再結晶粒を優先成長させた後、１２００°Ｃの飽水
素中で５時間の純化焼鈍を施し試料（Δ）とした。また
試料（Ａ）の一部は、鋼板表面上にリン酸塩とコロイダ
ルシリカを主成分とする絶縁被膜を被成し試料（Ｂ）と
した。その後試料（Ａ）および（Ｂ）に次の（１）〜（
３）の手段にて圧延方向と直角方向にのびる微小歪を８
ｍｍ間隔で導入した。

（１）ＥＢ照射 （照射条件：加速電圧１５０ｋＶ、電流１．５ｍＡ、ス
ポット直径０．１２ｍｍ、スポットの中心間隔０．３ｍ
ｍ、走査問隔８　ｍｍ） 鋼板表面上へのＥＢ照射は第３図（ａ）に示すように、
各スポットでの照射径およびスポット間の照射間隔とも
に均一とした。なお同図（ｂ）は各スポットでのＥＢの
強さを三角形の高さとして、また同図（Ｃ）は横軸にＥ
Ｂ走査時間を縦軸にＥＢ走査位置の変位をそれぞれ示す
。

（２）　Ｅ　Ｂ照射 （照射条件：加速電圧１５０にシ、電流１．５ｍＡまた
は０．７５ｍＡ、スポット直径０．１２ｍｍまたは０．
８０ｍｍ、　スポットの中心間隔０．３ｍｍ、走査問隔
８　ｍｍ）鋼板表面上へのＥＢ照射は、電流を１．５　
ｍＡと０、７５ｍＡとに交互に変化させながら行って照
射径および照射間隔を変化させ、第４図（ａ）に示すよ
うな照射痕を付与した。なお同図（ｂ）および（Ｃ）は
第３図と同様にそれぞれＥＢ強さおよびＥＢの走査時間
の変化に対するＥＢの照射位置の変化を示す。

（３）　Ｅ　Ｂ照射 （照射条件：加速電圧１５０ｋＶ、電流１．５　ｍＡま
たは０．７５ｍＡ、スポット直径０．１２ｍｍまたは０
．８０ｍｍ、スポットの中心間隔０．３ｍｍ、走査問隔
８　ｍｍ）鋼板表面上へのＥＢ照射は、電流を１．５　
ｍＡと０．７５ｍＡとに交互に変化させながら行って照
射径および照射間隔を変化させ、第５図（ａ）に示すよ
うな照射痕を付与した。なお同図（ハ）および（Ｃ）は
第３図と同様にそれぞれＥＢ強さおよびＥＢの時間変化
に対するＥＢの照射位置の変化を示す。

上記の処理を行った後各試料に８００″Ｃで２時間の歪
取り焼鈍を施した。歪取り焼鈍後の試料の磁気特性を、
第２表に示す。

また比較のため無処理材（歪導入なし、歪取り焼鈍あり
）の特性も同表に併記した。

第２表 同表から明らかなように、試料（Ａ）　、　（Ｂ）共に
ＥＢによる処理において、比較材に比べ鉄損が０．０５
〜０．１１　Ｗ／ｋｇ向上し、どくに（２）および（３
）の処理は鉄損が０．１０〜０．１１　Ｗ／ｋｇと大幅
に向上していることがわかる。さらに製品の占積率は９
６．６〜９６．８％と良好であった。

また珪素鋼板の板厚方向（深さ方向）におけるＥＢの透
過力は、通常Ｘ線が大量発生する６５ｋＶ以上の加速電
圧において増大することも見出した。

通常、溶接用に大量使用されているＥＢの加速電圧は６
０ｋＶ以下のため、その透過力はきわめて小さく、した
がって従来この効果を見出すこともできず、また利用も
できなかった。そこでこの発明の効果を最大限に生かす
には加速電圧を高＜（６５〜５００ｋＶ）、加速電流を
小さく　（０，０Ｏ１〜５　ｍＡ）設定して用いること
が重要であり、それにより珪素鋼板の板厚方向への透過
力が強くなる。さらに、磁区細分化を効率よく行うため
細いＥＢを用いることによって照射領域を０．５ｍｍφ
以下の大きさにすることが好ましい。さらにこのＥＢ照
射した後その上に絶縁被膜を施して、ＥＢ照射痕跡上の
絶縁性をより強くしてもよいが、コストアップとなるた
め、通常は施さなくても充分絶縁効果を発揮できる。

さらにこの発明に従う鋼板は上述のように、積鉄心や巻
鉄心に供することが可能であるが、積鉄心材に供する場
合は巻鉄心材に比較して細い微小歪の導入が必要なので
、ＥＢ照射条件は電流を小さく、走査間隔を広くするこ
とが好ましい。一方巻鉄心材に供する場合のＥＢ照射条
件は、歪取り焼鈍を施しても特性の劣化がないように、
電流を若干大きく、走査間隔を狭くして鋼板表面での微
小歪の導入を促進することが好ましい。

（実施例） 尖旌拠工 （Ａ）　Ｃ：　０．０４３％、Ｓｉ：　３．３６％、Ｓ
ｅ　：　０．０２％、Ｓｂ　：　０．０２５％、Ｍｏ　
：　Ｏ，０１３％又は（Ｂ）　Ｃ：　０．０６３％、Ｓ
ｔ　：　３．４２％、Ａｆ　：　０．０２５％、Ｓ　：
　０．０２３％、Ｃｕ　：　０．０５％、Ｓｎ　：　０
．１％をそれぞれ含有した珪素鋼のフォルステライト質
被膜付仕上焼鈍板（０，２０ｍｍ厚）およびさらにその
表面上に絶縁被膜を塗布した鋼板に、ＥＢ装置を用いて
圧延方向と直角方向へのびるＥＢ照射を行った。なおＥ
Ｂ照射条件は加速電圧：　１００ｋＶ、　　加速電流：
　０．５ｍＡ、スポット直径：　０．１ｎ＋ｍ、スポッ
トの中心間隔：　０．３ｍ＋ｍおよび走査間隔：８ＩＩ
Ｉｍで行い、微小圧入領域は鋼板裏面上の被膜にまでは
導入しなかった。

処理後の製品に８００°Ｃで２時間の歪取り焼鈍を施し
たところ、その磁気特性は第３表に示すように、比較材
（歪導入なし、歪取り焼鈍あり）に比べて鉄損がＷ＋？
１５１１値で０．０８〜０．１ｗ／ｋｇ程度低減されて
いた。

第３表 実ｊ１１１ （Ａ）　　Ｃ：　０．０４２　％、Ｓｉ　：　３．３８
％、Ｓｅ　　：　０．０２３　　％、Ｓｂ　：　０．０
２６％、Ｍｏ　：　０．０１２％又は（Ｂ）　　Ｃ：　
０．０６１％、Ｓｔ　：　３．４４％、Ａｔ　：　０．
０２６　　％、Ｓ　：　０．０２８　　％、Ｃｕ　：　
０．０８％、Ｓｎ　：　０．１５％をそれぞれ含有した
珪素鋼のフォルステライト質被膜付仕上焼鈍板（０，２
０ｍｏｎ厚）およびさらにその表面上に絶縁被膜を塗布
した鋼板に、ＥＢ装置を用いて圧延方向と直角方向への
びるＥＢ照射を行った。なおＥＢ照射条件は、第５図に
従う走査にて加速電圧：　１５０ｋＶ、　　加速電流：
　１．５ｍＡ、スポット直径：　　０．１ｍｍまたは０
．７鴎−、スポットの中心間隔：　０．３ｍｍおよび走
査間隔＝８１で行い、微小圧入領域を鋼板裏面上の被膜
にまで導入した。

次いで処理後の製品に８００″Ｃで２時間の歪取り焼鈍
を施したところ、その磁気特性は第４表に示すように、
比較材（歪導入なし、歪取り焼鈍あり）に比べて鉄損が
ｗｔｔｚｓ。値で　０．１０〜０．１４ｗ／ｋｇ程度低
減されていた。

第 表 （発明の効果） この発明によれば、歪取り焼鈍によっても鉄損の劣化し
ない一方向性珪素鋼板およびこの珪素鋼板を安定して製
造する方法を提Ｊ共できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）はこの発明の磁気特性向上の
メカニズムを示す模式図、 第２図は珪素鋼板に対する種々の方法による深さ方向の
透過力と幅方向の大きさを示す模式図である。 ＠１図 （ａ） 第３〜５図（ａ）はＥＢ照射痕を示す模式図、第３〜５
図（ｂ）はＥＢ強さを示す模式図、第３〜５図（ｃ）は
ＥＢ走査位置と時間の変化を示す模式図である。 ■−・・フォルステライト下地被膜 ２−絶縁被膜 ３・・・地鉄 特 許 出 願 人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上焼鈍を施したフォルステライト質被膜付の一方
   向性珪素鋼板にして、鋼板表面のフォルステライト質被
   膜が地鉄に圧入された微小圧入領域を、鋼板の圧延方向
   と直交する向きへ局所的に導入してなる低鉄損一方向性
   珪素鋼板。 ２、仕上焼鈍を施したフォルステライト質被膜上にさら
   に絶縁被膜を形成した一方向性珪素鋼板にして、鋼板表
   面のフォルステライト質被膜及び絶縁被膜が地鉄に圧入
   された微小圧入領域を、鋼板の圧延方向と直交する向き
   へ局所的に導入してなる低鉄損一方向性珪素鋼板。 ３、微小圧入領域は、鋼板表面の圧入部が地鉄を通って
   鋼板裏面上の被膜にまで及ぶものである請求項１または
   ２に記載の低鉄損一方向性珪素鋼板。 ４、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その表面
   上に、高電圧、低電流にて発生させた電子ビームを、圧
   延方向と直交する向きへ局所的に照射し、鋼板表面上の
   被膜を地鉄に圧入することを特徴とする低鉄損一方向性
   珪素鋼板の製造方法。 ５、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その表面
   上に、高電圧、低電流にて発生させた電子ビームを、圧
   延方向と直交する向きへ局所的に照射し、鋼板表面上の
   被膜を地鉄に圧入するとともに、地鉄を鋼板裏面上の被
   膜に圧入することを特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板
   の製造方法。 ６、電子ビームの照射径および照射間隔を変化させるこ
   とを特徴とする請求項４または５に記載の製造方法。