JPH0413426B2

JPH0413426B2 -

Info

Publication number: JPH0413426B2
Application number: JP61031764A
Authority: JP
Inventors: Masao Iguchi
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-02-18
Filing date: 1986-02-18
Publication date: 1992-03-09
Also published as: JPS62192581A

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
ずみ取り焼鈍がほどこされた場合に、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招くことについての
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次再結晶粒を（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B₁₀1.90T以上、W_17/501.05W／Kg以
下、また板厚0.23mmの製品の磁気特性がB₁₀1.89T
以上、W_17/500.90W／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
リユエーシヨン」（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
素鋼板の仕上焼鈍後の鋼板表面に圧延方向にほぼ
直角方向での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
果がなくな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その鏡面仕上げ面
上に金属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
プになる割りに鉄損低減への寄与が充分でない
上、とくに鏡面仕上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による鉄損向上の
実効をより有利に引き出すことにより、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、とくに高温処理で
も特性劣化を伴うことなくして絶縁層の密着性、
耐久性の問題の克服こそが肝要と考え、この基本
認識に立脚し、とくにCVD反応における張力被
膜形成条件に根本的改善を加え、もつて有利な超
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）上述した目的は次の事項を骨子とする構成によ
つて有利に充足される。仕上焼鈍後の一方向性けい素鋼板表面上の酸化
物を除去した後、あるいはさらに研磨により中心
線平均粗さ0.4μｍ以下の鏡面状態に仕上げた後、
CVD処理するに際し、該鋼板を500〜1000℃の温
度範囲に加熱し、その加熱下該鋼板に0.1Kgｆ／
mm²以上、1.5Kgｆ／mm²以下の張力を付与してTi、
Zr、Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo、Co、Ni、
Mn、Al、Ｂ及びSiの窒化物のうちから選ばれる
少なくとも１種から主としてなり、それらの地鉄
との混合相を介し仕上げ表面と強固に被着した張
力被膜を被成させることを特徴とする超低鉄損一
方向性けい素鋼板の製造方法に関する。上記の手順でこの発明の成功が導かれた具体的
な実験に従つて説明を進める。Ｃ≒0.044％、Si：3.32％、Mn：0.066％、Se：
0.022％、Sb：0.025％、Mo：0.022％を含有する
けい素鋼スラブを1380℃で６時間加熱後熱間圧延
して2.3mm厚の熱延板とした。その後950℃の中間焼鈍を挟み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℃の湿水素中で脱炭を兼ねる１次再
結晶焼鈍を施した後の鋼板表面にAl₂O₃（65％）、
MgO（30％）、ZrO₂（３％）、TiO₂（２％）の組成
になる焼鈍分離剤を塗布し、鋼板表面上にスラリ
ー塗布した。その後850℃で50時間の焼鈍により
２次再結晶させた後1200℃で５時間乾水素中で純
化焼鈍を施した。その後鋼板表面上の酸化物を除去後、電界研磨
により鋼板表面を中心線平均粗さ0.1μｍの鏡面状
態に仕上げた。その後試料に３Kgｆ／mm²までの荷重をかけると
同時に０〜1300℃まで試料加熱ができるようにし
た実験装置を使用して、鋼板を加熱すると同時に
張力をかけた状態でCVD装置を使用してTiCl₄と
H₂とN₂あるいはNH₃の混合ガス中で鋼板表面上
にTiNの極薄被膜（0.9μｍ厚）を形成させた。この場合700℃以上ではTiCl₄とH₂とN₂の混合
ガス中で、また700℃以下ではTiCl₄とH₂とNH₃
の混合ガス中でTiNの薄膜を形成させた。このCVD処理後の鋼板表面上にりん酸塩とコ
ロイダルシリカとを主成分とするコーテイング液
でコーテイング処理を施した。このときの製品の磁気特性の測定結果をCVD
処理時の試料温度と試料の引張り荷重との関係で
第１図に示す。第１図から明らかなようにCVDのとくに、500
〜1000℃の温度範囲で0.1Kgｆ／mm²から1.5Kgｆ／
mm²の引張り荷重範囲できわめて良好な磁気特性が
安定して得られることがわかる。（作用）このようにCVD処理時の温度と引張り荷重に
よる磁気特性向上の理由は、試料温度が500℃か
ら1000℃の高温下において鋼板を熱的に膨脹した
状況下で熱膨脹が鋼板と異なり、而も膨脹係数の
小さいTiN極薄膜を形成させることによつて、
鋼板に弾性引張り張力を効果的に附与することが
できるためと考えられる。さらに鋼板への引張り
張力は試料に0.1〜1.5Kgｆ／mm²の範囲で引張り張
力を加えた状態ではさらに鋼板とTiN極薄膜と
の間における張力が増進され磁気特性を効果的に
向上させ得ると考えられる。この発明による磁気特性の向上は酸化物を除去
した鋼板あるいは鏡面仕上げした鋼板と、CVD
反応によつて付着させた極薄膜との間に強い密着
性を保つた状態で強い張力がけい素鋼板の面上に
働いて従来比類のない超低鉄損が実現されるので
ある。またこの発明では塑性的な微小歪みの働きを利
用するわけではないので、熱安定性に何等の問題
なくひずみ取り焼鈍の如き高温の熱履歴の下でも
電気・磁気的特性に影響されるところがない。ここに、仕上焼鈍後の一方向性けい素鋼板は表
面上の酸化物を除去し、あるいはさらに研磨によ
り鏡面状態とした後で、CVD反応させることが
必要である。鏡面状態における仕上表面の中心線平均粗さは
Ra≦0.4μｍの鏡面状態とすることが必要で、Ra
＞0.4μｍのときは表面が粗いため十分な鉄損低減
が期待できない。酸化物の除去は酸洗等の化学的処理あるいは研
削等の機械的処理等を用いて良く、また前記鏡面
状態の形成に際しては化学研磨、電解研磨あるい
はバフ研磨を好適に用いることができる。次にこの張力被膜の膜厚は0.05〜2.0μｍの範囲
が好適であり、0.05μｍに達しないときは必要な
張力付与に十分寄与し得ない。一方2μｍをこえ
ると、占積率及び密着性に不利が生じると共に経
済的でなくなる傾向がある。以上の実験結果は、TiNよりなる張力被膜に
ついて専ら述べたが張力被膜はこのほかにもZr、
Hf、Ｖ、Nb、Ta、Cr、Mo、Co、Ni、Mn、
Al、Ｂ及びSiの窒化物のうちから挙げられる少
なくとも１種より主としてなる場合にあつても、
TiNについてのべたところとほぼ同様な作用効
果をあらわし、何れもこの発明の目的に適合す
る。次にこの発明による、一方向性けい素鋼板の製
造工程について説明する。出発素材は従来公知の一方向性けい素鋼板素材
成分、例えばＣ：0.01〜0.05％、Si：2.0〜4.0％、Mn：
0.01〜0.2％、Mo：0.003〜0.1％、Sb：0.005〜
0.2％、Ｓ又はSeの１種あるい２種合計で、
0.005〜0.05％を含有す組成Ｃ：0.01〜0.08％、Si：2.0〜4.0％、Ｓ：
0.005〜0.05％、Ｎ：0.001〜0.01％、SolAl：
0.01〜0.06％、 Sn：0.01〜0.5％、Cu：0.01〜0.3％、Mn：
0.01〜0.2％を含有する組成Ｃ：0.01〜0.06％、Si：2.0〜4.0％、Ｓ：
0.005〜0.05％、Ｂ：0.0003〜0.0004％、Ｎ：
0.001〜0.01％、Mn：0.01〜0.2％を含有する組
成Ｃ：0.01〜0.06％、Si：2.0〜4.0％、Mn：
0.01〜0.2％Ｓ又は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：0.01〜0.05％、Si：2.0〜4.0％、Mn：
0.01〜0.2％、Sb；0.005〜0.2％Ｓ又はSeの１種あるいは２種合計で、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。その後鋼板表面にAl₂O₃、ZrOあるいはTiO₂、
MgO等を主成分とする焼鈍分離剤を塗布する。この発明は、フオルステライトが形成される場
合であつても形成されない場合であつても適用可
能であるが仕上げ焼鈍後のフオルステライト被膜
を形成させないためにはAl₂O₃等の不活性焼鈍分
離剤の含有率を高めることが望ましい。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、通常箱焼鈍によつて直
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、高度に揃つた
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。２次再結晶焼鈍後の純化焼鈍は、乾水素中で
1100℃以上で１〜20時間焼鈍を行つて、鋼板の純
化を達成することが必要である。次にこの発明では、純化焼鈍後に鋼板表面の酸
化物被膜を硫酸、硝酸又は弗酸などの強酸により
除去する。またこの酸化物除去は機械研削により
行つてもよい。この除去処理の後、化学研磨あるいは電解研
磨、あるいはバフ研磨による機械的研磨等従来の
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、前記温度範囲でCVD処理を行うが、
その場合鋼板には0.1〜1.5Kgｆ／mm²の範囲で張力
を付加することが必要である。この張力付加は鋼
板に直接引張り応力を加えるか、あるいは連続で
行う場合にはコイルに引張を加える等従来公知の
いずれの方法を用いても良い。またCVD処理の際にTiCl₄などと同時に用いる
反応ガスは処理温度が700℃以上の場合は、H₂と
N₂の混合ガスを用いて表面に窒化物被膜を形成
させるのが好適であり、また700℃以下ではH₂と
NH₃の混合ガスを用いて鋼板表面に窒化物の被
膜を形成させるのが好適である。この際の鋼板表面には0.005〜2μｍ程度の厚み
の窒化物の張力被膜を形成させるのが好適であ
る。このようなCVD法によりTi、Zr、Hf、Ｖ、
Nb、Ta、Cr、Mo、Co、Ni、Mn、Al、Ｂ、Si
等の窒化物の張力被膜を形成したあと、これに重
ねて、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と
くに必要であり、この絶縁性塗布焼付層の形成の
如きは、従来公知の手法を用いて良い。上記のように処理されたけい素鋼板は平たん化
熱処理を行うことができる。実施例実施例１Ｃ：0.048％、Si：3.32％、Mn：0.076.％、
Al：0.024％、Ｓ：0.025％、Ｎ：0.0064％、 Cu：0.1％、Sn：0.05％を含有する熱延板を、
1150℃で３分間の均一化焼鈍後急冷処理を行い、
その後300℃の温間圧延を施して0.20mm厚の最終
冷延板とした。その後850℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、表面に
Al₂O₃（80％）、MgO（20％）を主成分とする焼鈍
分離剤を塗布した後850℃から1150℃まで８℃／
hrで昇温して２次再結晶させた後、1200℃で８時
間乾水素中で純化焼鈍を行つた。その後酸洗により酸化物被膜を除去し、ついで
３％HFとH₂O₂液中で化学研磨して鏡面仕上げし
た。その後CVD装置を用いて、800℃で0.5Kgｆ／
mm²の引張り張力下で、TiCl₄とH₂とN₂の混合ガ
ス中で0.8μｍ厚のTiN被膜を形成させた後、実施
例１と同様にして絶縁被膜を形成し、その後800
℃で２時間のひずみ取り焼鈍を行つた。そのとき
の製品の磁気特性は次のとおりであつた。 B₁₀＝1.92T、W_17/50＝0.65W／Kg 実施例２Ｃ：0.042％、Si：3.41％、Mn：0.064％、
Mo：0.026％、Se：0.021％、Sb：0.025％を含有
する熱延板を、900℃で３分間の均一化焼鈍後、
950℃の中間焼鈍をはさんで２回の冷間圧延を行
つて0.20mm厚の最終冷延板とした。その後800℃の湿水素中で脱炭焼鈍後、鋼板表
面にAl₂O₃（60％）、MgO（25％）、ZnO（15％）を
主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後850℃で50
時間の２次再結晶焼鈍をし、1180℃で10時間乾水
素中で純化焼鈍を行つた。その後酸洗により鋼板表面の酸化物被膜を除去
後、３％HFとH₂O₂液中で化学研磨して鏡面に仕
上げた。その後CVD装置を用いて、試料表面温度約900
℃、試料引張り荷重0.5Kgｆ／mm²でBN、Si₃N₄、
ZrN、AlN、HfN、NbN、VN、Cr₂N、Mo₂N、
Co₂Nの張力薄膜（0.5〜0.9μｍ厚）を形成させた
後、絶縁被膜を施した。そのときの製品の磁気特
性を表１に示す。

【表】（発明の効果）この発明はCVD法に従う窒化物張力被膜によ
る一方向性けい素鋼板の超低鉄損化をとくに有利
に導くことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はCVD処理条件と磁気特性の関係図で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】１仕上焼鈍後の一方向性けい素鋼板表面上の酸
化物を除去した後、CVD処理によつて、Ti，Zr，
Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，Mo，Co，Ni，Mn，
Al，Ｂ及びSiの窒化物のうちから選ばれる少な
くとも１種から主としてなり、それらの地鉄との
混合相を介し仕上げ表面と強固に被着した張力被
膜を鋼板表面に形成させる際に該鋼板を500〜
1000℃の温度範囲に加熱し、その加熱下該鋼板に
0.1Kgｆ／mm²以上、1.5Kgｆ／mm²以下の張力を付加
することを特徴とする超低鉄損一方向性けい素鋼
板の製造方法。２仕上焼鈍後の一方向性けい素鋼板表面上の酸
化物を除去し、ついで研磨により中心線平均粗さ
0.4μｍ以下の鏡面状態に仕上げた後、CVD処理
によつて、Ti，Zr，Hf，Ｖ，Nb，Ta，Cr，
Mo，Co，Ni，Mn，Al，Ｂ及びSiの窒化物のう
ちから選ばれる少なくとも１種から主としてな
り、それらの地鉄との混合相を介し仕上げ表面と
強固に被着した張力被膜を鋼板表面に形成させる
際に該鋼板を500〜1000℃の温度範囲に加熱し、
その加熱下該鋼板に0.1Kgｆ／mm²以上、1.5Kgｆ／
mm²以下を張力と付加することを特徴とする超低鉄
損一方向性けい素鋼板の製造方法。