JPH03260020A - 電子ビーム照射による一方向性けい素鋼板の鉄損低減方法 - 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の製造方法に
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、鉄損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
被膜を形威し、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（Ｂ、、値で代表される）が高く、鉄
損（Ｗ＋７／Ｓｏ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次再結晶粒戒長抑
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（ホー　
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５６−１３０４．５
４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６
０−２５８４７９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紐威領域を形成
する方法（特開昭６０−１０３１２４号及び同６０−１
０３１８２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Ｂ） この発明は、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調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、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、
その鋼板の圧延方向を横切る向きに走査する、高電圧、
小電流にて発生させた電子ビームを、間欠的に停止させ
、鋼板表面に電子ビームを点状に照射し、鋼板表面上の
被膜を局所的に地鉄に圧入して微小圧入領域を形成する
に当たり、電子ビームの停止間隔を２０μｓ以下にする
ことを特徴とする低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法で
ある。

ここで微小圧入領域は、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。

またこの発明で対象とする一方向性珪素鋼板は、その表
面上にフォルステライト被膜をそなえているが、さらに
フォルステライト被膜上に絶縁被膜を形成したものも適
合する。

なおフォルステライト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、高電圧および小電流の電子ビーム（以下ＥＢと
示す）を使用してはしめて可能になる。すなわち、特に
高電圧および小電流のＥＢを使用した場合には、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。

さらにこの発明の素材である含珪素鋼としては、従来公
知の成分組成のものいずれもが適合するが、代表組成を
掲げると次のとおりである。

Ｃ：　０．０１〜０．１０％ Ｃは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみら
なす、ゴス方位の発達に有用な元素であり、少なくとも
０．０１％以上の添加が好ましい。しかしながらｏ、　
ｉｏ％を超えて含有されるとかえってゴス方位に乱れが
生しるので上限は０．１０％程度が好ましい。

Ｓｉ　：　２．０〜４．５％ Ｓｉは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与す
るが、４．５％を上回ると冷延性が損なわれ、一方２．
０％に満たないと比抵抗が低下するだけでなく、２次再
結晶・純化のために行われる最終高温焼鈍中にα−Ｔ変
態によって結晶方位のランダム化を生し、十分な鉄損改
善効果が得られないので、Ｓｉ量は２．０〜４．５％程
度とするのが好ましい。

Ｍｎ　：　０．０２〜０．１２％ Ｍｎは、熱間脆化を防止するため少なくとも０．０２％
程度を必要とするが、あまりに多すぎると磁気特性を劣
化させるので上限は０．１２％程度に定めるのが好まし
い。

インヒビターとしては、いわゆるＭｎＳ、　ＭｎＳｅ系
とｎＩＮ系とがある。　ＭｎＳ、　ＭｎＳｅ系の場合は
、Ｓｅ、Ｓのうちから選ばれる少なくとも１種：　０．
００５〜０．０６％ Ｓｅ、　　Ｓはいずれも、方向性けい素鋼板の２次再結
晶を制御するインヒビターとして有力な元素である。抑
制力確保の観点からは、少なくとも０．００５％程度を
必要とするが、０．０６％を超えるとその効果が損なわ
れるので、その下限、」１限はそれぞれ０．０１％、　
０．０６％程度とするのが好ましい。

ＡＩＮ系の場合は、 Ａｌ　：　０．００５〜０．１０％、　Ｎ　：　０．０
０４〜０．０１５％ＡｌおよびＮの範囲についても、上
述したＭｎＳ、　ＭｎＳｅ系の場合と同様な理由により
、上記の範囲に定めた。ここに上記したＭｎＳ、　Ｍｎ
Ｓｅ系およびＡＩＮ系はそれぞれ併用が可能である。

インヒビター成分としては上記したＳ、　Ｓｅ、　ＡＩ
の他、Ｃｕ、　Ｓｎ、　Ｃｒ、　Ｇｅ、　Ｓｂ、　Ｍｏ
、　Ｔｅ、　ＢｉおよびＰなども有利に適合するので、
それぞれ少量併せて含有させることもできる。ここに上
記成分の好適添加範囲はそれぞれ、Ｃｕ、　Ｓｎ、　Ｃ
ｒ　：　０．０１〜０．１５％、Ｇｅ　　Ｓｂ、　Ｍｏ
、　Ｔｅ、　Ｂｉ　：　０．００５〜０．１％、Ｐ：０
．０１〜０．２％であり、これらの各インヒビター成分
についても、単独使用および複合使用いずれもが可能で
ある。

（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：　０．０６８賀ｔ％（以下単に％と示す）、　Ｓｉ
　：　３．４８％、　　Ｍｎ　：　０．０７９　％、　
Ｓｅ　：　０．０２０％、　Ｓｂ　：　０．０２６　％
Ｍｏ　：　０．０１３％を含み残部実質的にＦｅよりな
る珪素鋼スラブを、１３６０°Ｃで加熱後、熱間圧延し
て２．４ｍｍ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０．２０
ｍｍ厚の最終冷延板とした。ついで８２５°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Ｍｇ
Ｏ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の乾
水素中で５時間の純化焼鈍を施した。次いで鋼板表面上
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
を被成した後、１５０ｋＶ、　１．２ｍＡで発生させた
０、　１２ｍｍφのＥＢを、下記の■〜■の条件に従っ
て圧延方向と直角方向に照射し、かつこの照射を圧延方
向へ８１１Ｉ１１の間隔で施し、その後８００″Ｃで３
時間の歪取り焼鈍を行った。また比較としてＥＢ照射を
施さない場合についても、同様の実験を行った。

記 ■走査速度：　１５ｍ／ｍｉｎで鋼板の両面に照射■走
査速度：　５　ｍ／ｍｉｎで鋼板の両面に照射■走査速
度：　１０ｍ／ｍｉｎで、３０ｇ５走査するごとに１０
０μｓ停止し、点状の微小圧入領域を鋼板の両面に３０
０μｍ間隔で直線状に形成 ■走査速度：　７　ｍ／ｍｉｎで、１０μｓ走査するご
とに１００μｓ停止し、点状の微小圧入領域を鋼板の両
面に３００μｍ間隔で直線状に形成 ■走査速度：　１２ｍ／ｍｉｎで、３０ｕｓ走査するご
とに１００μｓ停止し、点状の微小圧入領域を鋼板の片
面に２５０μｍ間隔でジグザグ状に形成 ■走査速度：　８ｍ／ｍｉｎで、１５μｓ走査するごと
に１００μｓ停止し、点状の微小圧入領域を銅板の片面
に２５０μｍ間隔でジグザグ状に形成 かくして得られた歪取り焼鈍後の銅板の磁気特性を、第
１表に示す。

第１表 同表から明らかなように、ＥＢを照射しない鋼板に比べ
ＥＢを照射した鋼板は、鉄損Ｗｌｆｆ／Ｓ。が０．０７
〜０．１５　Ｗ／ｋｇと大幅に向上する。これは鋼板表
面のフォルステライト質被膜および絶縁被膜が地鉄（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。

また鉄損の向上は、ＥＢの照射条件によって異なること
もわかる。すなわち照射条件■および■に従う鍛板にお
ける鉄損の向上は、Ｗ＋？／Ｓ。が０．１４〜０．１５
　Ｗ／Ｉｔｇと極めて大きい。

照射条件■および■は、照射条件■〜■および■と比較
して、ＥＢ定走査停止間隔が短時間であるところに特徴
があり、ＥＢ定走査停止間隔を短時間とすることによっ
て、ＥＢ定走査停止位置以外の地鉄マトリックスの損傷
を少なくできるため、効果的な鉄損の向上が可能になる
ものと考えられる。

次に上記したＥＢ照射条件■においてＥＢ定走査停止間
隔を変化させたときの停止間隔と鉄損との関係について
調べた結果を、第１図に示す。なおその他の条件は、上
記した実験と同様である。

同図から、ＥＢ定走査停止間隔を２０μｓ以下の短時間
とすると、鉄損向上度をＷＩｆｆ１５゜で０．１５Ｗ／
ｋｇと極めて大きくすることができる。

ここでＥＢ定走査所定間隔で停止させてＥＢを点状に照
射するには、容量の大きなアンプを採用することによっ
てＥＢの偏向電圧を変化させればよいが、停止間隔を５
μｓ以下の短時間にすることは難しい。そこで偏向コイ
ル回路中にスピードア、ツブコンデンサーを付加すれば
停止間隔を１５μｓ以下の短時間にすることが可能であ
るが、その際ＥＢの偏向電圧の立上がり形状はオーバー
シュートさせないで徐々に立上がるように、スピードア
ップコンデンサー容量を選択することが重要である。

なお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ため、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　ｎ＋Ａ）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、小径の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
熱照射痕跡上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、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（、走査問隔を広くすることが好ましい
。−万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、走査問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） 太旌班士 （Ａ）　Ｃ：　０．０６９％、Ｓｉ　：　３．３９％、
Ａｌ　：　０．０２９％、Ｓ　：　０．０３０％、Ｃｕ
　：　０．１％、Ｓｎ　：　０．０５％又は（Ｂ）　Ｃ
：　０．０４２％、Ｓｉ　：　３．２９％、Ｍｎ　：　
０．０６８％、Ｓｅ　：　０．０２０％、Ｓｂ　：　０
．０２６％、Ｍｏ　：　０．０１６％をそれぞれ含有し
残部実質的にＦｅよりなる珪素鋼のフォルステライト質
被膜付仕上焼鈍板（０，２０ｔｎｍ厚）に、ＥＢ詰装置
用いて圧延方向と直角方向へＥＢを走査する際所定の間
隔で停止し、ＥＢ照射を行った。なおＥＢ照射条件は、
加速電圧：　１５０ｋＶ、加速電流：　１．ＯｍＡ、ビ
ーム径：　　０．１１ｍｍ、ビームスポットの中心間隔
：　３００μｍおよび走査間隔：９１で行い、１５μｓ
走査するごとに１１０μｓ停止させた。

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、その磁気特性は次に示すとおりであった。

（Ａ）　Ｂ　＋ａ＝１．９５Ｔ、　ＷＩＴ／ＳＧ　−０
，１３１’Ｊ／ｋｇ（Ｂ）Ｂ、。＝１．９２Ｔ、Ｗ、、
、、。＝０．５７Ｗ／ｋｇ（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
造する方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＥＢ定走査停止間隔と鉄損向上度との関係を示
すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その鋼板
   の圧延方向を横切る向きに走査する、高電圧、小電流に
   て発生させた電子ビームを、間欠的に停止させ、鋼板表
   面に電子ビームを点状に照射し、鋼板表面上の被膜を局
   所的に地鉄に圧入して微小圧入領域を形成するに当たり
   、 電子ビームの停止間隔を２０μｓ以下にすることを特徴
   とする低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。