JPH046264A - 超低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は趙低鉄を貝を有する方向性珪素鋼板に係わり、
特に歪取焼鈍時に磁気特性の劣化のない超低鉄ＩＮ方向
性珪素ＷＲ＃Ｉｉの製造方法に関するものである。

〈従来の技術〉 変圧器の鉄心として使用される方向性珪素鋼板に要求さ
れる基本的特性は一定の磁化力での磁束密度が高いこと
（Ｂ、値で代表される）、一定の磁束密度での鉄損が低
いこと（Ｗ＋？／＄１１値で代表される）である。

最近の不安定なエネルギー供給事情から方向性珪素鋼板
の低鉄…化への要望は依然とし′Ｃ高い。

そこで従来の製造方法を各工程毎に改善し、また得られ
た製品板にレーザなどを照射することによって２次再結
晶粒内の磁区を細分化し、鉄１貝を低減することが実現
されており、これによって製品板厚０．２３Ｍの材料で
Ｗ　＋　、ｚｓｅ　Ｏ，８０ｗ　／　ｋｇ程度の（１へ
が達成されるに至った。

一方、このような通常工程を経た製品板を用いた磁気特
性の向上方法とは全く思想的に異なり、仕上焼鈍後の方
向性珪素鋼板の表面酸化物（フォルステライト被膜又は
薄いシリカ被膜）を機械研磨又は酸洗により除去し、表
面を化学研磨又は電解研磨により平滑化し、さらにドラ
イプレーティングによりＴｉＮ、　　ＴｉＣ，Ｔｉ　（
ＣＮ）の薄膜を成膜し、さらに絶縁コーティングを施す
ことにより、従来の方法と比べはるかに優れた超低鉄ｔ
ｉ方向性珪素鋼板が製造できることが特開昭６１−２０
１７３２号公報に開示されている。

この方法により達成されるＷＭ？／Ｓ。は０．２３ｍｍ
厚素材では０．７５〜Ｑ、７０ｗ／ｋｇであり、従来の
素材に磁区細分化処理を施したものより、さらに良好な
値である。

このような低鉄…値は珪素鋼板表面の平滑化によるヒス
テリシス損の低減とＴｉＮ薄膜等による張力効果での渦
電流損の低減の効果である。

薄膜を形成する物質としては密着性の点からＴｉＮが広
く利用されている。

しかしながら、上記のような方法によって製造された超
低鉄…方同性珪素鋼板は歪取焼鈍時に磁気特性、特に鉄
損が劣化し、同時に黒変する場合がある。積トランス用
の鉄心材料として使用する場合は問題がないが、巻トラ
ンス用に使用する場合は歪取焼鈍が不可避であるため大
きな問題である。すなわち、素材の鉄…から鉄心の鉄１
１をＩＩＩ（１ｌｌｔ１できず、また鉄を員値が劣化す
ることになり解決を要する課題であった。

〈発明が解決しようとする課題〉 本発明は、上記問題点を有利に解決し、歪取焼鈍を受け
ても鉄ｉ貝の劣化がない超低鉄１１Ｎ方向Ｖ１珪素８仮
の製造方法を提供しようとするものである。

く課題を解決するための手段〉 本発明は、Ｓｉを２〜４％含有する仕上焼鈍を経た方向
性珪素鋼板の表面酸化物を機械ｒｌＩＴ磨、酸洗などに
より除去し、化学研磨または電解研磨に、Ｆ′。

って該鋼板表面を平滑化し、引続き該表面に１′ライブ
レーテイングによりＴｉＮを成膜させ、さらにリン酸塩
を主成分とする絶縁コーティングを塗布、焼付する超低
鉄損方向性珪素鋼板の製造方法において、ＴｉＮを２回
に分けて成膜し、かつその中間層にｌ’ｅ、　Ｃｏおよ
びＮｉのうちから選ばれた１種以トの金属被ｎりを０．
Ｏ１〜１　／７１１１の厚みで成膜さ・Ｕることを特徴
とする趙低鉄ｔｎ方向性珪素ｆｆ１Ｉ板の製造方法であ
る。

〈作　用〉 まず本発明をその基礎となった実験結果に基づき詳細に
説明する。

表面酸化物を除去し、表面を平滑化した板厚０．２３＋
ｎｎの方向性珪素鋼板にＰＶＤによって成ｎｇ、条件を
変化させ、ＴｉＮｉ膜を形成し、その後リン酸マグネシ
ウムとコロイド杖シリカを主成分とする絶縁コーティン
グを施し、磁気特性を測定し、ざらにＮ２中で８００℃
３時間の歪取焼鈍後再度磁気測定を行った。

その結果、第１表に示すように歪取焼鈍後に黒変し、同
時に磁気特性が劣化した製品が見られた。

これらの製品に関してＸ線回折で調査を行った結果、以
下に述べるようなことが明らかとなった。

黒変した製品にはｒｅとＰの化合物が検出された。

この物質は黒色を示すことが知られている。この現象か
ら、ＴｉＮ薄膜がポーラスであり、ＴｉＮ薄１１りを介
して珪素鋼中のＰｃと絶縁コーティング中のＰが拡１１
にシて上記のような化合物が生成したごとがｆｌｋ察さ
れる。

しかもこの化合物は、ＴｉＮと絶縁コーティングの界面
のみでなく、ＴｉＮと珪素鋼板の界面にも同様に存在す
ると考えられる。

また、歪取焼鈍後の（４１気特性、特に鉄１１１の劣化
は主にヒステリシス１■の増大によるものであるので、
この点からもＦｅとＰの化合物がＴ　ｉ　Ｎ　ｎＶ　膜
と珪素鋼板の界面に生成し、それにより平滑化された界
面がＩＲ傷し、ヒステリシスｔｎの増大を招いた１）の
と考えられる。

ＴｉＮを成膜した超低鉄１１方向性珪素鋼板で４；１．
　Ｔ　ｉ　Ｎ自身が電気伝導性を有するため、層間抵抗
の賄保のために絶縁コーティングを施すことが必須であ
る。

一最に方向性珪素鋼板の絶縁コーティングとしてはリン
酸塩とコロイド状シリカを主成分とするコーテイング液
を塗布・焼イ；］けている。」：記の検討結果から、リ
ン酸塩（本発明においてはリン酸マグネシウム）を除い
たコーテイング液の塗布焼付けを行ったが、密着性が硫
保できず焼（：Ｉり時に剥離するため使用できない。

従っ°Ｃリン酸塩を含んだコーテイング液を使用する限
りは歪取焼純による劣化は避けられないと考えられてい
た。

本発明者等はＴｉＮ薄膜の成膜時にＴｉＮを２回に分け
て成膜し、かつその中間層としてＩ’ｃ、　Ｃｏ、　Ｎ
ｉのうらの１　ｍ又は２種以上の金属膜をドライプレー
ティングにより０．０１〜ｌ　ｐｗＩの厚みに成膜する
ことにより、Ｐの化合物が珪素鋼板との界面には生成・
りす、ＴｉＮ薄ｎ９の中間層及びＴｉＮ薄膜と絶キ（コ
ーティングの界面に生成するにとどまり、平滑化した珪
素鋼板表面には変化は生ぜず、そのため歪取焼鈍による
変色が表面に見られる場合においても磁気特性の劣化が
ないことを発見し、本発明を完成したものである。

すなわち、歪取焼鈍中にコーティング中のＰが珪素鋼板
表面に向かって拡散しても、中間の金属層でトラップさ
れることにより、Ｐは珪素鋼板表面に到達せず平滑化表
面は保護され、ヒステリシス損も変化がないので、鉄ｔ
ｉも極めて低い値を維持することができる。

なお、中間層の金属元素はどちらの方向に拡ｎｔしても
磁気特性に影響を与えないと考えられる。

ところで従来技術として、特公昭６３−３５６８５号公
報には、窒化物、炭化物、酸化物の′ｉＲ膜を異種２種
以上形成し、さらにその上にリン酸塩とコロイド状シリ
カを主成分とする絶縁コートを塗布、焼付けする方法が
示されている。この方法は、磁気特性、特に鉄損の向上
を目的としている点、本発明と類似しているが、本発明
のように異種の２ｒｖＪの薄ｎ９．の間にＦｅ、　Ｃｏ
、　Ｎｉ等の汗ｌ膜がないため、歪取焼鈍時に劣化が見
られる場合があった。本発明は同一種のセラミック被膜
の中間にＦｃ、　Ｃｏ、Ｎｉの薄膜を形成し、歪取Ｖｔ
錬時の鉄ＩＩ劣化を防止づ゛ることを目的としているた
め、上記技術とは思想、方法とも異なるものである。ま
た、特開昭０３−２．ｔ。

５５号公報にはＴＩＮ又はＣｒＮをバイアス電圧を変化
さセて２段階に成膜する方法が示されでいるが、装飾品
用の技術で、被１１りの密着性と均Ｔｔ性向−１を目的
としたものであって、本発明とはその技ｊネｉ分野を異
にする。

さて、Ｆｅ、　Ｇｏ、　Ｎｉの１種又は２種以上の中間
金ｉ層の厚みを０．０１〜ｌｐｍとしたのは下Ｒ己ζこ
述べる実験結果による。

すなわち、Ｓｉ　３．３０％、ＣＯ，Ｏ４３％、Ｓａ　
Ｏ，１’）１８％、ｓｂ　０．０２４％、Ｍｏ　０．０
１２％を含有する鋼塊を溶製し、熱間圧延、中間焼鈍を
含む２回の冷間圧延により０．２３間の板厚とし、−次
再結晶を兼ねたｎ５≧炭焼鈍を施し、？ＩｇＯを主成分
とした焼鈍分犀１剤を塗布しコイルに巻取った。その後
、仕上焼鈍、平担化焼鈍により超低鉄ｔＭ方向性珪素鋼
板用素材とした。

表面に生成したフォルステライト被膜を酸洗によって除
去し、リン酸−クロム酸混合溶液中で電解研磨し、引続
きイオンブレーティングによりＴｉＮを成膜し、超低鉄
損方向性珪素鋼板を製造した。

その際、ＴＡＮの成膜を２回に分けて行い、中間にＦｅ
を真空蒸着によりＪｌみを変えて成膜した。その後リン
酸マグネシウムとコロイド仕シリカを主成分とする絶縁
コーティングを施し、磁気測定を行い、さらに８００”
Ｃ１３ｈｒの歪取焼鈍をＮ２中で行≦た後、再度磁気測
定と外観検査を行った。その結果を第２表に示す。

第２表に示したように、す】間層の厚みが０．０１μｍ
より少ないと、磁気特性の劣化を防止する効果がなく、
１　ｐｔａを超えると鉄損が若干劣化するため、０．０
１〜１．０ｐｍに限定した。

Ｇｏ、　Ｎｉに関しても同様の結果を得た。

中間層金属としては、方向性珪素鋼板の一１投的な歪取
ｍ鈍の条件において、Ｐと化合物を形成し、また用途上
強磁性体が望ましく、その結果Ｐａ、　Ｃｏ、Ｎｉに限
定した。

なお中間金属層は上記金属の単層、あるいは複数層であ
ってもよい。

ＴｉＮの成膜方法としては減圧ＣＶＤ、常圧Ｃ■ＤＳＰ
ＶＤなどが使用可能である。

また、ＴｉＮの総膜厚は２ｐｙａ以下が望ましい。Ｔｉ
Ｎによる張力はＶ厚の増大により増加するが、２ｐＩ１
１を超えてもその張力による鉄損の減少最はわずかであ
り、逆に占積率などを劣化さセる欠点があるためである
。

次に本発明を実施例によって説明する。

〈実施例〉 実施例１ Ｓｉ　３．３５％、ＣＯ，０４６％、Ｓｅ　Ｏ，０１８
％、ｓｂｏ、０２５％、Ｍｏ　０．０１４％を含有する
鋼塊を熔製し、熱間圧延し、１回の中間焼鈍を含む２回
の冷間圧延により０．２３鴫の板厚とし、−次回結晶焼
鈍を兼ねた脱炭焼鈍を施し、焼鈍分離剤を塗布しコイル
に巻取り仕上焼鈍の後平坦化焼鈍を行った。

この素材を酸洗によりフォルステライト被膜を除去し、
リン酸−クロム酸の混合溶液中で電解研磨を行い超低鉄
損方向性珪素鋼板用の素材とし、イオンブレーティング
によってＴｉＮを片面あたり０．５ｐｍ成膜した。その
際、中間にＦｅを真空蒸着により第３表に示すような厚
みで成膜し、リン酸マグネシウムとコロイド状シリカを
主成分とする絶縁コーティングを塗布・焼付けた。その
後Ｎ２中で８００°Ｃ１３時間の歪取焼鈍を施した。そ
の際の磁気特性及び外観を同しく第３表に示す。ＴｉＮ
は下層は０．３戸ｍ、上層は０．２戸とした。

第３表に示すように、本発明例においては、歪取焼純に
よる変色が見られてもＫｌ磁気特性劣化がなく、超低鉄
ｉｎ値が糾持されているのがわかる。

実施例２ Ｓｉ　３．３０％、ＣＯ，０４３％、Ｓｅ　Ｏ，０１７
％、ｓｈｏ、０２３％を含有する鋼塊を溶製し、熱間圧
延し、１回の中間焼鈍を含む２回の冷間圧延により０．
２３ｗｎの板厚とし、−次回結晶焼鈍を兼ねた脱炭υＬ
ｆ１１！を施し、焼鈍分離剤を塗布しコイルに巻取り（
，１：　、、Ｌ焼鈍の後平坦化焼鈍を行った。

この素材を機械研磨によりフォルステライｌ被膜を除去
し、ＮａＣ１水？８液中で電解研磨を行い超１［（鉄損
方向性珪素鋼板用の素材とし、ＣＶＤによりＴｉＮを片
面あたり０．７７１１＋１成ｎりした。その隙、中間に
Ｆｅを真空蒸着により第４表に示すような厚みで成膜し
、リン酸マグネシウムとコロイド状シリカを主成分とす
る絶縁コーティングを塗布・カ冒・１番Ｊた。

その後Ｎ２中で８００°Ｃ２３時間の歪取焼鈍を施した
。その際の磁気特性及び外観を同じく第４表に示す。Ｔ
ｉＮは下層は０．５ｕ、上層は０．２７Ｉ１１とした。

第４表に示すように、本発明例においては、歪取焼純に
よる変色が見られても磁気特性の劣化がなく、趙低鉄ｔ
ｎ値が維持されているのがわかる。

実施例３ Ｓｉ　３．４０％、ＣＯ，０４６％、Ｓｅ　Ｏ，０１９
％、ｓｂｏ、０２５％、Ｎｏ　０．０１４％を含有する
鋼塊を溶製し、熱間圧延し、１回の中間焼鈍を含む２回
の冷間圧延により０．２３闘の板厚とし、−次再結晶焼
鈍を兼ねた脱炭焼鈍を施し、ＭｇＯとＡｈＯｘを主成分
とする焼鈍分離剤を塗布しコイルに巻取り仕上焼鈍の後
平坦化焼鈍を行った。

この素材を塩酸酸洗により薄いシリカ改を除去し、リン
酸−クロム酸の混合溶液中で電解研磨を行い超低鉄損方
向性硅素鋼板用の素材とし、スパッタリングによってＴ
ｉＮを片面あたり０　、６　ｐＩｍ成膜した。その際、
中間にＣｏを真空蒸着により第５表に示すような厚みで
成膜し、リン酸アルミニウムとコロイド状シリカを主成
分とする絶縁コーティングを塗布・焼付けた。

その後Ｎ、中で８００°Ｃ１３時間の歪取焼鈍を施した
。その際の磁気特性及び外観を同じく第５表に示す、　
　ＴｉＮは下層は０．３ｎ、上層は０．３ｐｍとした。

第５表に示すように、本発明例においては、歪取焼鈍に
よる変色が見られても磁気特１１１：の劣化がなく、超
低鉄ｍ値が維持されているのがわかる。

実施例４ Ｓｉ　３．２５％、ＣＯ，０４２％、Ｓｅ　Ｏ，０１８
％、ｓｂｏ、０２４％、Ｍｏ　Ｏ，０１３％を含有する
鋼塊を溶製し、熱間圧延し、１回の中間焼鈍を含む２回
の冷間圧延により０．２３ｍｍの板厚とした。その後、
湿水（；中で一次再結晶焼鈍を１１（ねた脱炭ｔＡ錬を
施し、１１［０を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し二！
イルＧご在取り仕上焼鈍の後平坦化焼鈍を行った。

この素材を機械研磨によってフォルステライト被膜を除
去し、フッ化水素酸と過酸化水素水の１７４合溶液中で
化学研磨をｊテい超低鉄＋１５方向性工」素鋼板用の素
材とし、イオンブレーティングによってＴｉＮを片面０
　、８　ｐｍ成膜した。その際、中間にＮｉを真空蒸着
により第６表に示ずような１￥ので成＋３！　Ｌ、リン
酸マグネシウムとご１０イド状シリカを主成分とする絶
縁コーティングを塗布・焼付りた。

その後Ｎ、中で８００°（：、３時間の歪取焼鈍を施し
た。その際の磁気特性及び外観を同じく第６表に示す、
　　ＴｉＮは下層０　、４７Ｉｌｌ、上層０．４声とし
た。

第６表に示すように、本発明例においては、歪取ｖＬ錬
による変色が見られても磁気特性の劣化がなく、超低鉄
…値が維持されているのがわかる。

〈発明の効果〉 以上のように、 本発明によって超低状１員方向性 珪素ｗ４板の歪取焼鈍時の劣化を完全に防止することが
できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｓｉを２〜４％含有する仕上焼鈍を経た方向性珪素鋼板
   の表面酸化物を機械研磨、酸洗などにより除去し、化学
   研磨または電解研磨によって該鋼板表面を平滑化し、引
   続き該表面にドライプレーティングによりＴｉＮを成膜
   させ、さらにリン酸塩を主成分とする絶縁コーティング
   を塗布、焼付する超低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法に
   おいて、ＴｉＮを２回に分けて成膜し、かつその中間層
   にＦｅ、ＣｏおよびＮｉのうちから選ばれた１種以上の
   金属被膜を０．０１〜１μｍの厚みで成膜させることを
   特徴とする超低鉄損方向性珪素鋼板の製造方法。