JPH04231415A - 低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法 - 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】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、特に低鉄損で、歪取
焼鈍によっても特性の劣化が少ない一方向性けい素鋼板
の製造方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一方向性けい素鋼板は、製品の２次再結
晶粒をゴス方位に高度に集積させると共に、その表面に
フォルステライト質被膜、さらには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得て製造される。この
ような一方向性けい素鋼板は、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ていて、磁気特性とし
て製品の磁束密度（Ｂ８　値で代表される）が高く、鉄
損（Ｗ１７／５０　値で代表される）が低いこと、さら
には表面性状が良好な絶縁被膜をそなえることが要求さ
れている。とくにエネルギー危機を境にして電力損失の
低減を至上とする要請が殊のほか強まり、変圧器用鉄心
材料として鉄損のより低い一方向性けい素鋼板の必要性
はますます重要なものとなってきている。 【０００３】さて一方向性けい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
いっても過言ではなく、このような２次再結晶粒を制御
する方法として、ＡｌＮ，　ＭｎＳおよびＭｎＳｅ等の
１次再結晶粒成長制御剤、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
れていた。また最近に至ってはこのような２次再結晶集
合組織を制御することの他、鋼板表面にレーザー照射｛
市山　　正：鉄と鋼，６９（１９８３），　Ｐ．８９５
　、特公昭５７−２２５２号、同５７−５３４１９号、
同５８−２４６０５号及び同５８−２４６０６号各公報
参照｝あるいはプラズマ照射｛特開昭６２−９６６１７
号、同６２−１５１５１１号、同６２−１５２５１６号
及び同６２−１５１５１７号各公報参照｝により局部微
小ひずみを導入して磁区を細分化し、もって鉄損を低下
させる画期的な方法が提案されている。しかしながら、
これらの方法に従って製造した鋼板は、高温域まで加熱
すると微小ひずみが消失するため、高温でのひずみ取り
焼鈍を施す必要がある巻鉄心トランス用の材料としては
使用できないという欠点があった。 【０００４】このような高温ひずみ取り焼鈍を施しても
鉄損が劣化しない方法としては、仕上げ焼鈍板の表面に
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）とか、仕上げ焼鈍板の表面
に微細結晶粒領域を形成する方法（特開昭５６−１３０
４５４号公報参照）、フォルステライト質被膜に異厚あ
るいは欠損領域を形成する方法（特開昭６０−９２４７
９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また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
６０−１０３１８２号各公報参照）等が知られている。 しかしながらこれらの方法は何れも工程が複雑になるわ
りには鉄損の低減効果が小さく、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までには至っていな
いのが現状である。 【０００５】ところで発明者らは先に、上記の公知発明
とは異なり、一方向性けい素鋼板の絶縁被膜上に圧延方
向に直角方向にエレクトロンビーム（ＥＢ）を照射する
ことにより、積鉄心、巻鉄心の両方に使用可能な低鉄損
一方向性けい素鋼板が製造できることを開示した（例え
ば特開昭６３−１８６８２６号公報参照）。しかし、巻
鉄心トランス用の材料としては、より一層の特性向上が
望まれていた。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の要
請に応えるもので、ＥＢ法を利用して磁気特性のより一
層の向上を図った、歪取り焼鈍によっても特性劣化の少
ない一方向低鉄損性けい素鋼板の製造方法を提案するこ
とを目的とする。 【０００７】 【課題を解決するための手段】この発明において、磁区
細分化を行なって低鉄損一方向性けい素鋼板を製造する
手段としてＥＢ法を使用する理由は、ＥＢ法は高真空を
利用しなければならないという大きなハンディをそなえ
ているものの、一方で、■ビームを細く絞ることが可能
、■ビームの走査が容易、■ビームの侵入深さが深い、
■ビームのエネルギー効果が良いなど数々の利点をそな
えているからである。また最近のＥＢ技術では、高電圧
・小電流のＥＢが開発され、絶縁被膜を有する一方向性
けい素鋼板についても高速度で連続的に極めて効率よい
照射が可能になってきたからである。 【０００８】さて通常の一方向性けい素鋼板は、図２に
その断面を模式で示したとおり、ゴス方位２次再結晶粒
からなる地鉄１の上にフォルステライト被膜２、さらに
その上に絶縁被膜３がコーティングされている。この絶
縁被膜３は、コーティング、焼付処理の状態では通常ア
モルファスである。 【０００９】次に図３に、ＥＢ照射による磁区細分化技
術を適用したときの鋼板断面を模式で示す。同図に示し
たとおり、絶縁被膜３上にＥＢ照射（圧延方向に直角方
向）を施し、局部的に微小歪を導入することによって磁
区を細分化し、もって低鉄損化を達成することができる
。 【００１０】ところで巻鉄心用材料では、歪取り焼鈍を
施しても磁区細分化効果が消失しないことが不可欠であ
る。そのためにはＥＢを強く照射して、鋼板の圧入領域
を深くすることが考えられるが、本来絶縁被膜上を照射
しても帯電させることは難しい。そこで表面上に帯電し
易いように、高電圧・小電流のＥＢのパワー密度を上げ
て（高温の歪取り焼鈍に耐えるために鋼板に圧入領域を
形成させることが不可欠であるため）強く照射すると、
図４に示すように、ＥＢ照射位置において鋼板４が曲が
ってしまい、たとえ磁区の細分化が行われたとしても鋼
板の凹凸のため占積率が悪く、巻鉄心用製品として使用
できなくなる。 【００１１】この点、上記のような状況をさけるべく絶
縁被膜のごく表層のみを変質させ、ＥＢが帯電し易くな
る処理を施した後に、高電圧・小電流の線状ＥＢ照射を
行うと、その照射効果が加速されて絶縁被膜に照射キズ
が導入されて（フォルステライト被膜から地鉄にまで至
る）、磁区細分化が可能となる。 【００１２】この発明は、上記のようなＥＢの帯電を容
易とする処理として、低電圧・大電流で発生させたＥＢ
による予熱が極めて有効であることを見出し、かかる知
見に基づいて完成されたものである。この場合、図４に
示したようなＥＢ照射による凹凸は全く見られず、この
手法の確立によって、占積率の低下を招くことなしに磁
区細分化を可能とした巻鉄心用の製品の製造を現実のも
のとなったのである。とくにこの発明では、高電圧・小
電流のＥＢ照射の前に、絶縁被膜上に広くＥＢ予熱を施
すのみで、絶縁被膜のごく表面層を帯電が容易なように
変質させて、引き続く高電圧・小電流の線状ＥＢ照射を
効果的に行なうことができ、もって磁区細分化を行なう
ことができるのである。 【００１３】さらにかかる高電圧・小電流の線状ＥＢ照
射後、ＥＢ照射位置を酸洗あるいは電解エッチングし、
その後さらにコーティング処理を施せば、その磁気特性
の改善効果は一層増強される。 【００１４】この発明は、上記の知見に立脚するもので
ある。すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍を経て表面にフ
ォルステライト被膜をそなえる方向性けい素鋼板の該フ
ォルステライト被膜上に、りん酸塩とコロイダルシリカ
を主成分とする絶縁被膜を被成したのち、該表面上を低
電圧・大電流で発生させたエレクトロンビームで予熱し
、しかるのち高電圧・小電流で発生させたエレクトロン
ビームを圧延方向を横切る向きに連続または非連続の線
状に照射することからなる低鉄損一方向性けい素鋼板の
製造方法である。 【００１５】またこの発明は、高電圧・小電流で発生さ
せたエレクトロンビームを照射した後、エッチング又は
酸洗し、さらに絶縁被膜を被成することからなる低鉄損
一方向性けい素鋼板の製造方法である。 【００１６】以下、この発明の基礎となった実験結果に
ついて説明する。絶縁被膜表面を帯電し易くするＥＢに
よる予熱処理後の表面を、顕微鏡によって観察すると共
に、ＥＰＭＡ　（ＥｌｅｃｔｒｏｎＰｒｏｂｅ　Ｍｉｃ
ｒｏ　Ａｎａｌｙｓｅｒ）　により分析した。顕微鏡に
よる観察結果によれば、低電圧・大電流のＥＢによる予
熱処理後、高電圧・小電流の線状ＥＢを照射した場合に
は、かようなＥＢ予熱処理を施さなかった場合に比べて
アモルファス状のガラス被膜の凹凸が顕著であった。 【００１７】図５（ａ）　に、低電圧・大電流のＥＢに
よる予熱処理を行った被膜の表面分析結果を、また同図
（ｂ）　には上記のようなＥＢ予熱処理を施さない被膜
の分析結果を比較して示すが、ＥＢ予熱を施した場合は
、ＥＢ予熱を施さなかった場合に比較して、Ｓｉ，　Ｏ
が少ない。一方その他のＰ，Ｃｒ，　Ｍｇ，　Ｆｅ成分
は、図５（ａ）　および（ｂ）　で変化していないこと
から、ごく表層をＥＢ予熱すると帯電し易い状況が生ま
れ、次の高電圧・小電流の線状ＥＢ処理において効果的
な磁区細分化が達成される状況が作り出されることが判
る。 【００１８】すなわち図１（ａ），　（ｂ）に両者を比
較して断面模式図で示すが、（ａ）　のこの発明に従う
ＥＢ予熱処理を行なったときの表層にはＳｉやＯ等の帯
電に有害な元素がなくなるため、次の高電圧・小電流の
線状ＥＢ照射を細くかつ深く浸入させることが可能とな
り、これによって歪取り焼鈍後の磁区細分化を効果的に
行なうことができるわけである。これに対して従来のＥ
Ｂ予熱処理なしのまま高電圧・小電流の線状ＥＢ照射を
行なった場合には、図１（ｂ）　に示したとおり、絶縁
被膜表面上での帯電が不充分なことから、照射領域が大
きく、しかも鋼板への浸入領域もなだらかなものとなる
ため、歪取り焼鈍後の磁区細分化効果を有効に発揮する
ことが不可能となる。 【００１９】 【作用】以上述べたように、この発明の作用効果は従来
に比較して飛躍的であり、発想においても全くざん新な
ものといえる。このＥＢの予熱処理は、ＥＢのビームが
鋼板全面にわたりごく表層を走査するのが最適であるこ
とから、Ｘ線の発生が少ない加速電圧：５〜５０ｋＶ、
電流：１０〜１００００　ｍＡのＥＢを用いて、鋼板表
面を　１００〜１０００℃程度になるようにＥＢ走査す
るのがよい。このときのＥＢビーム径は、１０〜１５０
ｍｍ　φの大きいビーム径を用いて、１０〜５００Ｈｚ
程度で０．０１〜１００　秒程度の予熱処理で充分効果
を発揮する。 【００２０】さらにこのような予熱処理後、６５ＫＶ以
上の高電圧でかつ　１００〜５００　ｋＶの小電流のＥ
Ｂ装置を用いて、鋼板の圧延方向に直角方向に２〜１５
ｍｍ程度の間隔に連続または非連続の線状にＥＢを照射
する。その後鋼板表面上に絶縁被膜を被成するが、この
ＥＢ照射効果をより確実なものとするためにエッチング
あるいは酸洗処理を施してもよい。 【００２１】 【実施例】素材成分（ａ）　Ｃ：０．０７４　％，　Ｓ
ｉ：３．３８％、Ｍｎ：０．０８８　％、Ａｌ：０．０
２０　％，Ｓｅ：０．０２０　％およびＭｏ：０．０１
４　％、素材成分（ｂ）　Ｃ：０．０４５　％，　Ｓｉ
：３．３２％，　Ｍｎ：０．０７０　％，　Ｓｅ：０．
０１９　％，　Ｓｂ：０．０２０　％およびＭｏ：０．
０１２　％を含有する熱延板を、約１０００℃の中間焼
鈍を挟んで２回の冷間圧延を施して０．２３ｍｍ厚の最
終製品板厚とした。 【００２２】その後　８４０℃の湿水素中で脱炭・１次
再結晶焼鈍を施して、鋼板表面上にＭｇＯ　を主成分と
する焼鈍分離剤を塗布し、鋼種（ａ）については、　８
５０℃から１０℃／ｈで１１００℃まで昇温、鋼種（ｂ
）　は　８５０℃で５０ｈ　の２次再結晶焼鈍を施して
ゴス方位２次再結晶粒を発達させ後、１２００℃の乾Ｈ
２中で純化処理を行なった。ついで、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被成
した。 【００２３】その後のＥＢ照射は図６に示す連続処理設
備を用い、以下の条件で実施した後、８００　℃，　２
時間の歪取り焼鈍を行った。同図中、番号５はリール、
６は入側差圧室、７はＥＢ予熱室、８はＥＢ照射室、９
は出側差圧室、１０はエッチング室、１１はコーティン
グ室、１２は焼付け室、１３はコイル巻取り機である。 （１）　加速電圧：２５０　ｋＶ、電流：１．０　ｍＡ
、ドット間隔：１５０　μｍ　、間隔：７ｍｍのＥＢ照
射（片面照射）。 （２）　ＥＢ予熱（１５ｋＶ，　３０ｍＡ，　５０Ｈｚ
，　５秒間）処理を行なった後、加速電圧：２５０　ｋ
Ｖ、電流：１．０　ｍＡ、ドット間隔：１５０　μｍ　
、間隔：７ｍｍのＥＢ照射（片面照射）。 【００２４】得られた製品の磁気特性について調べた結
果を表１にまとめて示す。 【００２５】 　　　　　　【００２６】 【発明の効果】かくしてこの発明によれば、鉄損特性に
優れ、しかもこの特性がひずみ取り焼鈍によっても劣化
することのない一方向性けい素鋼板を安定して製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＢ予熱処理の有無による、磁区細分化ＥＢ照
射後の一方向性けい素鋼板の断面構造の違いをを示す模
式図である。

【図２】通常の一方向性けい素鋼板の断面図である。

【図３】ＥＢ照射による磁区細分化技術を適用したとき
の一方向性けい素鋼板の断面図である。

【図４】高電圧・小電流のＥＢのパワー密度を上げて強
く照射したときの一方向性けい素鋼板の断面図である。

【図５】絶縁被膜表面をＥＢ予熱した場合としない場合
で比較して示した表面分析結果を示したグラフである。

【図６】ＥＢ照射に用いて好適な連続処理設備の模式図
である。 １　　地鉄 ２　　フォルステライト被膜 ３　　絶縁被膜 ４　　鋼板 ５　　リール ６　　入側差圧室 ７　　ＥＢ予熱室 ８　　ＥＢ照射室 ９　　出側差圧室 １０　　エッチング室 １１　　コーティング室 １２　　焼付け室 １３　　コイル巻取り機

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　仕上げ焼鈍を経て表面にフォルステラ
   イト被膜をそなえる方向性けい素鋼板の該フォルステラ
   イト被膜上に、りん酸塩とコロイダルシリカを主成分と
   する絶縁被膜を被成したのち、該表面上を低電圧・大電
   流で発生させたエレクトロンビームで予熱し、しかるの
   ち高電圧・小電流で発生させたエレクトロンビームを圧
   延方向を横切る向きに連続または非連続の線状に照射す
   ることを特徴とする低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】　　請求項１において、高電圧・小電流で
   発生させたエレクトロンビームを照射した後、エッチン
   グ又は酸洗し、さらに絶縁被膜を被成することを特徴と
   する低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法。