JPH0374486B2

JPH0374486B2 -

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Publication number: JPH0374486B2
Application number: JP60180164A
Authority: JP
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1991-11-27
Also published as: JPS6240704A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）一方向性けい素鋼板の電気・磁気的特性の改
善、なかでも、鉄損の低減に係わる極限的な要請
を満たそうとする近年来の目覚ましい開発努力
は、逐次その実を挙げつつあるが、その実施に伴
う重大な弊害として、一方向性けい素鋼板の使用
に当たつての加工、組立てを経たのち、いわゆる
ひずみ取り焼鈍が施された場合に、特性劣化の随
伴を不可避に生じて、使途についての制限を受け
る不利が指摘される。この明細書では、ひずみ取り焼鈍のような高温
の熱履歴を経ると否とに拘わらず、上記要請を有
利に充足し得る新たな方途を拓くことについての
開発研究の成果に関連して以下に述べる。さて一方向性けい素鋼板は、よく知られている
とおり製品の２次結晶粒を（110）〔001〕すなわ
ちゴス方位に、高度に集積させたもので、主とし
て変圧器その他の電気機器の鉄心として使用され
電気・磁気的特性として製品の磁束密度（B₁₀値
で代表される）が高く、鉄損（W_17/50値で代表さ
れる）の低いことが要求される。この一方向性けい素鋼板は複雑多岐にわたる工
程を経て製造されるが、今までにおびただしい発
明・改善が加えられ、今日では板厚0.30mmの製品
の磁気特性がB₁₀：1.090T以上、W_17/50：
1.05W／Kg以下、また板厚0.23mmの製品の磁気特
性がB₁₀：1.89T以上、W_17/50：0.90W／Kg以下の
超低鉄損一方向性けい素鋼板が製造されるように
なつて来ている。特に最近では省エネの見地から電力損失の低減
を至上とする要請が著しく強まり、欧米では損失
の少ない変圧器を作る場合に鉄損の減少分を金額
に換算して変圧器価格に上積みする「ロス・エバ
リユーシヨン」（鉄損評価）制度が普及している。（従来の技術）このような状況下において最近、一方向性けい
素鋼板の仕上げ焼鈍後の鋼板表面に圧延方向にほ
ぼ直角方向ではレーザ照射により局部微小ひずみ
を導入して磁区を細分化し、もつて鉄損を低下さ
せることが提案された（特公昭57−2252号、特公
昭57−53419号、特公昭58−26405号及び特公昭58
−26406号各公報参照）。この磁区細分化技術はひずみ取り焼鈍を施さな
い、積鉄心向けトランス材料としては効果的であ
るが、ひずみ取り焼鈍を施す、主として巻鉄心ト
ランス材料にあつては、レーザー照射によつて折
角に導入された局部微小ひずみが焼鈍処理により
解放されて磁区幅が広くなるため、レーザー照射
効果が失われるという欠点がある。一方これより先に特公昭52−24499号公報にお
いては、一方向性けい素鋼板の仕上げ焼鈍後の鋼
板表面を鏡面仕上げするか又は鏡面仕上げ面上に
金属薄めつきやさらにその上に絶縁被膜を塗布焼
付けすることによる、超低鉄損一方向性けい素鋼
板の製造方法が提案されている。しかしながらこの鏡面仕上げによる鉄損向上手
法は、工程的に採用するには、著しいコストアツ
プになる割に鉄損低減への寄与が充分でない上、
とくに鏡仕上げ後に不可欠な絶縁被膜を塗布焼付
した後の密着性に問題があるため、現在の製造工
程において採用されるに至つてはいない。また特
公昭56−4150号公報においても鋼板表面を鏡面仕
上げした後、酸化物系セラミツクス薄膜を蒸着す
る方法が提案されている。しかしながらこの方法
も600℃以上の高温焼鈍を施すと鋼板とセラミツ
クス層とが剥離するため、実際の製造工程では採
用できない。（発明が解決しようとする問題点）発明者らは、上記した鏡面仕上げにより目指し
た鉄損向上の実効をより有利に引き出すに当たつ
て、特に今日の省エネ材料開発の観点では上記の
ごときコストアツプの不利を凌駕する特性、なか
でも、高温処理での特性劣化を伴うことなくして
絶縁層の密着性、耐久性の問題を克服することが
肝要と考え、この基本認識に立脚し、仕上げ焼鈍
済みの方向性けい素鋼板表面上の酸化物を除去し
た後に研磨を施して鏡面状態にする場合も含め、
該酸化物除去後における鋼板処理方法の抜本的な
改善によつてとくに有利な超低鉄損化を達成する
ことが、この発明の目的である。（問題点を解決するための手段）さて発明者らは、上記の目的を達成すべく種々
検討した結果、方向性けい素鋼板の仕上げ焼鈍板
表面上の酸化物を除去したのち、表面を化学研磨
または電解研磨によつて中心線平均粗さで0.4μｍ
以下の表面状態とし、ついでかかる鏡面仕上げ表
面上に、たとえば蒸着によつてZr、Hf、Ｖ、
Nb、Ta、Nn、Cr、No、Ｗ、Co、Ni、Al、Ｂ
およびSiのうちから選んだいずれか一種の表面層
を、好ましくは0.1〜2.0μｍ厚に被成したのち、
該表面層を炭化および窒化させることにより、鋼
板表面上に炭化物および窒化物よりなる混合薄膜
を形成させることが、初期した目的と達成に極め
て有効であることの知見を得た。ここに上記の表面層を炭化および窒化させる手
段としては、仕上げ焼鈍後の一方向性けい素鋼板中にＣ：
0.001〜0.01wt％（以下単に％で示す）および
Ｎ：0.0005〜0.01％を含有させておき、かかる鋼
板の鏡面仕上げ表面上に表面層を被成してから、
非酸化成雰囲気中で焼鈍を施すことにより、鋼板
中のＣおよびＮの鈍化促進を図ること（第１発
明）、また同じくＣとＮを所定量含有させた仕上げ焼
鈍のみの一方向性けい素鋼板の表面に、表面処理
後、表面層を被成してから、炭化成ガスおよび／
または窒化成ガス雰囲気中で焼鈍を施すことによ
り、鋼板中のＣおよびＮの鈍化促進と共に該雰囲
気からの浸炭および／または浸窒を図ること（第
２発明）、さらに同じくＣおよびＮを所定量含有させた仕
上げ焼鈍済みの一方向性けい素鋼板の表面に、鏡
面処理後、表面層を被成してから、非酸化成雰囲
気中で焼鈍を施して鋼板中のＣおよびＮの鈍化促
進を図り、引続き炭化性および／または窒化性ガ
ス雰囲気中で焼鈍を施して該雰囲気からの浸炭お
よび／または浸窒作用を加味すること（第３発
明）、がとりわけ有効であることも合わせて見出
し、この発明を完成させるに至つたのである。上記各発明の成功が導かれた具体的実験に従つ
て、以下説明を進める。Ｃ：0.042％、Si：3.36％、Nn：0.066％、Se：
0.021％、Mo：0.025％およびsb：0.025％を含み、
かつＮを0.002〜0.015％の範囲において含有する
種々のけい素鋼スラブに、熱間圧延を施して2.4
mm厚の熱延板としたのち、900℃で３分間の均一
化焼鈍を施し、ついで950℃、２分間の中間焼鈍
を挟んで２回の冷間圧延を施して最終板厚：0.23
mmの冷延板とした。その後露点を50〜10℃の範囲
で種々に変化させた820℃の湿水素中で脱炭を兼
ねる１次再結晶焼鈍を施したのち、鋼板表面上に
Al₂O₃：60％、MgO：25％、ZrO₂：10％および
TiO：５％の配合割合になる焼鈍分離剤を塗布し
てから、850℃、50時間の２次再結晶焼鈍、つい
で乾水素中で1200℃、８時間の鈍化焼鈍を施し
た。その後、各鋼板表面上の酸化物を酸洗により除
去したのち、化学研磨より中心線平均粗さ：
0.01μｍの鏡面状態に仕上げ、ついで蒸着装置を
用いて該鏡面仕上げ表面上に0.7μｍ層のSiの蒸着
層を被成し、しかるのち非酸化性ガス雰囲気なら
びに炭化性および／または窒化性ガス雰囲気で、
800℃、５時間の焼鈍を施して、鋼板表面にSiC
およびSi₃N₄からなる混合薄膜を形成した。かくして得られた製品板の鋼中Ｃ、Ｎ量および
磁気特性について調べた結果を、仕上げ焼鈍段階
における鋼中Ｃ、Ｎ量および磁気特性と比較して
表１に示す。また表１には、非酸化性ガス雰囲気中での焼鈍
後、さらに炭化性および／または窒化性ガス雰囲
気中で800℃、４時間の焼鈍を施した後の、鋼中
Ｃ、Ｎ量および磁気特性について調べた結果も併
せて示す。さらに各製品板の密着性についての調査結果も
併記する。

【表】

【表】表１に示した結果から明らかなように、仕上げ
焼鈍時におけるＣおよびＮ量がそれぞれ100ppm
以下の試料を、鏡面研磨後、Siを蒸着してから、
非酸化性ガス雰囲気中、炭化性ガスおよび／また
は窒化性ガス雰囲気中、さらには非酸化性ガスつ
いで炭化性および／または窒化性ガス雰囲気中で
焼鈍した場合に、磁束密度B₁₀が1.89T以上で、
かつ鉄損W_17/50が0.83W／Kg以下の優れた特性が
得られた。ここに最終製品中のＣ、Ｎ量はいずれも、仕上
げ焼鈍後に比べて大幅に低減していることが注目
される。なお磁気特性が良好な製品はいずれも、密着性
にも優れていた。（作用）上に述べた磁気特性の向上は、鏡面仕上げ表面
にSiの蒸着層を被成したのち、非酸化性ガス雰囲
気や炭化性および／または窒化性ガス雰囲気中で
焼鈍を施すことによつて、Si蒸着層中に、鋼中
Ｃ、Ｎが拡散してくると共に、雰囲気ガスからの
浸炭や浸窒も生じることから、鋼板表面にはSiC
やSi₃N₄などの炭化物や窒化物からなる混合薄膜
が形成され、この混合薄膜が鋼板に対して効果的
に張力を付与することによる。また鋼板中から拡散してきたＣやＮと蒸着元素
とが化合物を形成することによつて、鋼板と被膜
との接合度が高まり、それ故被膜密着性のより一
層の向上も図り得る。次に、一方向性けい素鋼板の製造工程について
一般的な説明を含めてより詳しく説明する。まず出発素材は、従来公知の一方向性けい素鋼
素材、例えばＣ：0.03〜0.050％、Si：2.50〜4.5％、 Mn：0.01〜0.2％、Mo：0.003〜0.1％、 Sb：0.005〜0.2％、Ｎ：0.001〜0.005％、ＳおよびSeの１種あるいは２種合計で、
0.005〜0.05％を含有する組成、Ｃ：0.03〜0.08％、Si：2.0〜4.0％、 Al：0.01〜0.06％、Ｓ：0.005〜0.05％、Ｎ：0.001〜0.01％、Ｎ：0.01〜0.5％、 Cu：0.01〜0.3％、Mn：0.01〜0.2％を含有する
組成、Ｃ：0.03〜0.06％、Si：2.0〜4.0％、Ｓ：0.005〜0.05％、Ｂ：0.0003〜0.0040％、Ｎ：0.001〜0.01％、Mn：0.01〜0.2％を含有す
る組成、Ｃ：0.03〜0.05％、Si：2.0〜4.0％、 Sb：0.005〜0.2％、Ｎ：0.001〜0.005％、ＳおよびSeのうちいずれか１種または２
種：0.005〜0.05％を含有する組成、Ｃ：0.03〜0.05％、Si：2.0〜4.0％、 Mn：0.01〜0.2％、Ｎ：0.001〜0.005％、ＳおよびSeのうちいずれか１種あるいは２
種：0.005〜0.05％を含有する組成、の如きにおいて適用可能である。次に熱延板は800〜1100℃の均一化焼鈍を経て
１回の冷間圧延で最終板厚とする１回冷延法か又
は通常850℃から1050℃の中間焼鈍をはさんでさ
らに冷延する２回冷延法にて、後者の場合最初の
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厚の最終冷延板
厚とする。最終冷延を終わり製品板厚に仕上げた鋼板は表
面脱脂後750℃から850℃の湿水素中で脱炭・１次
再結晶焼鈍処理を施す。ここに脱炭処理は、通常後続の２次再結晶焼鈍
においてゴス方位に強く集積した２次再結晶粒を
発達させると共に、焼化焼鈍における鋼中Ｃのよ
り一層の低減のために、Ｃ量をできる限り低く
し、もつて鉄損の低減を図るため行われるもので
あるが、この発明ではすでに述べたように、Si薄
層を被成した後の焼鈍においてＮと共にＣの鈍化
が促進されることから、この脱炭焼鈍階段におい
ては従来ほど厳しい脱炭を図る必要はなく、0.01
％以下程度（好ましくは0.001％以上）で充分で
ある。その後は通常、鋼板表面にMgOを主成分とす
る焼鈍分離剤を塗布する。この際、一般的には仕
上げ焼鈍後の形成を不可欠としていたフオルステ
ライトをとくに形成させない方がその後の鋼板の
鏡面処理を簡便にするのに有効であるので、焼鈍
分離剤としてはAl₂O₃、ZrO₂、TiO₂等を50％以
上MgOに混入したものを使用するのが好ましい。その後２次再結晶焼鈍を行うが、この工程は
｛110｝＜001＞方位の２次再結晶粒を充分発達させ
るために施されるもので、通像箱焼鈍によつて直
ちに1000℃以上に昇温し、その温度に保持するこ
とによつて行われる。この場合｛110｝＜001＞方位に、硬度に揃つた
２次再結晶粒組織を発達させるためには820℃か
ら900℃の低温で保定焼鈍する方が有利であり、
そのほか例えば0.5〜15℃／ｈの昇温速度の徐熱
焼鈍でもよい。ついで乾水素中で純化焼鈍を施すが、製品板に
おける被膜密着性の一層の改善のためには、鋼板
中にＣ：0.001〜0.01％およびＮ：0.0005〜0.01％
を残存させることが肝要である。このためには純
化焼鈍において、1100℃以上、１〜20時間という
条件の中から適切な焼鈍条件を選択すればよい。ここに、仕上げ焼鈍後におけるＣおよびＮの含
有量を上記の範囲に限定したのは、含有量がそれ
ぞれ下限に満たないと、表面層被成後の焼鈍によ
る炭化物および窒化物からなる混合被膜の形成が
困難となり、一方上限を超えると混合被膜形成後
においても磁気特性の改善効果が少ないからであ
る。その後、鋼板表面の酸化物被膜を、公知の酸洗
などの化学的除去や切削、研削などの機械的除去
法またはそれらの組合せにより除去する。この酸化物除去処理の後、化学研磨、電解研磨
などの化学的研磨や、バフ研磨などの機械的研磨
あるいはそれらの組合せなどの従来の手法により
鋼板表面を鏡面状態つまり中心線平均粗さ0.4μｍ
以下に仕上げる。その後、鋼面仕上げ表面上に、厚み：0.1〜
2.0μｍ程度の、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Nn、
Cr、No、Ｗ、Co、Ni、Al、ＢおよびSiのうち
から選んだ一種の表面層を被成する。なお上記表面層の被成方法は、これまで述べて
きた蒸着の他にCVD法、イオンプレーテイング
法あるいはイオンインプランテーシヨン法などで
あつても良い。ついで上記の如き表面層を被成した方向性けい
素鋼板に、非酸化性雰囲気、また炭化性および／
または窒化性雰囲気、さらには非酸化性雰囲気つ
いで炭化性および窒化性雰囲気中で焼鈍を施すわ
けであるが、これらの焼鈍処理は次の要領で行う () 非酸化性雰囲気中で焼鈍雰囲気ガスとしては、H₂ガスやArガスがと
りわけ有利に適合し、かかる雰囲気中において
500℃以上の温度で焼鈍し、鋼板中のＣ、Ｎの
拡散を促進させ、もつて炭化物および窒化物か
らなる混合薄膜を形成させる。 () 炭化性および／または窒化性ガス雰囲気中
での焼鈍炭化性ガスとしては、CH₄やC₂H₆などの炭
化水素系ガスおよびCOガス、さらにはこれら
のガスとH₂やArガスとの混合ガスがまた窒化
性ガスとしては、N₂やNH₃ガスならびにこれ
らのガスとH₂やArガスとの混合ガスが有利に
適合し、かかる雰囲気中において500℃以上の
温度で焼鈍を施すことによつて、鋼中Ｃ、Ｎの
純化促進ならびに雰囲気ガスからの浸炭およ
び／または浸窒を図ることにより、鋼板表面に
炭化物および／または窒化物からなる混合薄膜
を形成させる。さらにこのように生成した被膜上に、りん酸塩
とコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜の塗
布焼付を行うことが、100万KVAにも上る大容量
トランスの使途においては当然に必要であり、こ
の絶縁性塗布焼付層の形成の如きは、従来公知の
手法をそのまま用いても良い。（実施例）実施例１ (A) Ｃ：0.41％、Ｓ：3.48％、 Mn：0.062％、Mo：0.025％、 Se：0.022％およびSb：0.025％、 (B) Ｃ：0.053％、Si：3.32％、 Mn：0.072％、Ｓ：0.018％、 Al：0.025％およびＮ：0.0066％、 (C) Ｃ：0.039％、Si：3.31、 Mn：0.059％、Ｓ：0.030％、Ｂ：0.0019％、Ｎ：0.0068％およびCu：0.15％、 (D) Ｃ：0.046％、Si：3.09％、 Mn：0.063％、Se：0.019％およびSb：0.025％、 (E) Ｃ：0.038％、Si：3.08％、 Mn：0.071％、Ｓ：0.019％を含有する組成になるけい素鋼熱延板を用いた。まず熱延板(A)、(C)〜(E)については、900℃で均
一化焼鈍を行つた。また熱延板(B)については、
1050℃で３分間の均一化焼鈍後、900℃から急冷
した。その後(A)、(D)および(E)は、950℃の中間焼
鈍を挟む２回の冷間圧延を行つて0.23mmの最終板
厚とし、一方(B)、(C)は、１回の強冷延によつて
0.23mm厚の最終冷延板に仕上げたが、冷延途中に
300℃の温間圧延を挟んだ。ついでこれらの冷延板表面を脱脂したのち、
830℃の湿水素（露点25℃）中で脱炭焼鈍後、
Al₂O₃：70％、MgO：25％、ZrO₂：５％からな
る焼鈍分離剤を塗布した。その後(A)、(D)は、850℃で50時間の２次再結晶
焼鈍を行つたのち、乾水素中で1200℃、６時間の
純化焼鈍を施した。他方(B)、(C)および(E)は、850
℃から５℃／ｈで1050℃まで昇温して２次再結晶
させたのち、乾水素中で1200℃、８時間の純化焼
鈍を行つた。その後得られた各鋼板を酸洗処理し、表面の酸
化被膜を除去してから、化学研磨によつて中心線
平均粗さで0.03μｍ以下の鏡面に仕上げた。ついで鏡面仕上げ表面上に、0.7μｍ厚のＶの蒸
着層を被成した。その後N₂および／またはCH₄を含む雰囲気中
で800℃、５時間の焼鈍を施して、鋼板表面に
VNおよびVCからなる混合薄膜を形成した。その後さらにりん酸塩とコロイダルリシカを主
成分とするコーテイング被膜を被成した製品板の
鋼中Ｃ、Ｎ量、磁気特性および密着性について調
べた結果を、仕上げ焼鈍後の鋼中Ｃ、Ｎ量および
磁気特性と比較して、表２に整理して示す。

【表】表２に示した成績から明らかなように、この発
明に従い、仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板の
表面にVNおよびVCからなる混合被膜を被成す
ることによつて、仕上げ焼鈍時に比べ、磁気特性
は格段に向上し、また優れた密着性も併せて得ら
れた。実施例２Ｃ：0.043％、Si：3.36％、Nn：0.063％、
Mo：0.026％、Se：0.021％およびsb：0.025％を
含有する熱延板に950℃、３分間の中間焼鈍を挾
む２回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最終冷延板
とした。その後820℃の湿水素中で脱炭・１次再
結晶焼鈍を施したのち、表面にAl₂O₃：70％、
MgO：25％、ZrO₂：５％からなる焼鈍分離剤を
塗布してから、850℃、50時間の２次再結晶焼鈍、
ついで乾水素中で1200℃、７時間の純化焼鈍を施
した。鈍化焼鈍後における鋼中Ｃ、Ｎ量はそれぞれ、
Ｃ：0.0020％、Ｎ：0.0015％であつた。その後、酸洗により鋼板表面上の酸化被膜を除
去したのち、化学研磨を施して中心線平均粗さ：
0.04μｍ以下の鏡面に仕上げ、しかるのち表３に
示す種々の金属または半金属を0.7〜0.8μｍ厚に
蒸着した。ついで、N₂またはCH₄を含む雰囲気中で焼鈍
し、種々の炭化物および窒化物からなる混合薄膜
を形成した。その後さらにりん酸塩とコロイダルシリカを主
成分とするコーテイング被膜を被成した製品板の
磁気特性および密着性について調べた結果を、表
３に併記する。

【表】表３に示した結果から明らかなように、この発
明に従い得られた鋼板は、B₁₀≧1.91T、W_17/50≦
0.81W／Kgの優れた磁気特性を示すと共に、良好
な密着性を呈した。（発明の効果）かくしてこの発明によれば、巻鉄心向けトラン
ス材料としての使途におけるような高温でのひず
み取り焼鈍の如き高温処理の適用の有無にかかわ
らず、磁気特性とくに超低鉄損を、良好な絶縁層
の密着性と共に得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.001〜0.01wt％およびＮ：0.0005〜0.01wt％を含有する組成になる仕上げ焼鈍済みの一方向性
けい素鋼板につき、その表面の酸化物を除去して
から、研磨を施して中心線平均粗さ：0.4μｍ以下
の鏡面状態に仕上げ、ついで該鏡面仕上げ表面上
に、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Mn、Cr、Mo、Ｗ、
Co、Ni、Al、ＢおよびSiのうちから選んだ一種
の表面層を被成したのち、非酸化性雰囲気中で焼
鈍を施すことにより、鋼板表面上に炭化物および
窒化物よりなる混合薄膜を形成することを特徴と
する、密着性にすぐれた超低鉄損一方向性けい素
鋼板の製造方法。２Ｃ：0.001〜0.01wt％およびＮ：0.0005〜0.01wt％を含有する組成になる仕上げ焼鈍済みの一方向性
けい素鋼板につき、その表面の酸化物を除去して
から、研磨を施して中心線平均粗さ：0.4μｍ以下
の鏡面状態に仕上げ、ついで該鏡面仕上げ表面上
に、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Mn、Cr、Mo、Ｗ、
Co、Ni、Al、ＢおよびSiのうちから選んだ一種
の表面層を被成したのち、炭化性ガスおよび／ま
たは窒化性ガス雰囲気中で焼鈍を施すことによ
り、鋼板表面上に炭化物および窒化物よりなる混
合物薄膜を形成することを特徴とする、密着性に
優れた超低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法。３Ｃ：0.001〜0.01wt％およびＮ：0.0005〜0.01wt％を含有する組成になる仕上げ焼鈍済みの一方向性
けい素鋼板につき、その表面の酸化物を除去して
から、研磨を施して中心線平均粗さ：0.4μｍ以下
の鏡面状態に仕上げ、ついで該鏡面仕上げ表面上
に、Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Mn、Cr、Mo、Ｗ、
Co、Ni、Al、ＢおよびSiのうちから選んだ一種
の表面層を被成したのち、非酸化性雰囲気中で焼
鈍を施し、さらに炭化性ガスおよび／または窒化
性ガス雰囲気中で焼鈍を施すことにより、鋼板表
面上に炭化物および窒化物よりなる混合薄膜を形
成することを特徴とする、密着性にすぐれた超低
鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法。