JPH05202450A - 超低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は各種鉄心材料としてその用途が広く
中でも歪取焼鈍を必要とする巻鉄心トランス用素材とし
ての利用価値が高い極めて鉄損の低い一方向性電磁鋼板
およびその製造方法を提供するものである。 【構成】 鋼板の地鉄表面の平均粗さが０．４μm 以下
であり、かつ板面に深さ５μm 超、幅３００μm 以下の
線状の溝を圧延方向に対して４５〜９０°の方向に２〜
１５ｍｍ間隔に形成した仕上げ焼鈍済みの一方向性電磁
鋼板に、７５０℃超〜９５０℃の温度範囲で張力コーテ
ィング処理をしたＳｉ：４．５％以下を含む鉄損Ｗ₁₃／
₅₀：０．３４ｗ／ｋｇ以下の超低鉄損一方向性電磁鋼板
およびその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄損の極めて低い一方向
性電磁鋼板およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一方向性電磁鋼板の製造においてはエネ
ルギー節約の観点から鉄損を低減することが重要であ
る。鉄損を低減する方法としては高磁束密度化、固有抵
抗増大、薄手化等従来から知られている冶金的方法に加
えて、特開昭５５−１８５６６号公報、特開昭６１−１
１７２１８号公報に開示されている磁区細分化技術、或
いは特開昭４９−９６９２０号公報、特開昭５３−１４
４４１９号公報等に示されている鏡面化処理等がある。
この他、さらに超低鉄損を得る方法として特開昭５４−
４３１１５号公報に示されるような鏡面を有する鋼板に
微小歪を付与し、磁区を細分化する方法がある。しかし
この方法は歪取焼鈍を必要とする巻き鉄心トランス用素
材としては焼鈍によって磁区細分化効果が消失するため
利用価値がないという難点がある。

【０００３】

【発明が解決しようする課題】本発明は、上記方法に比
べて鉄損低減効果が大きく、従来にない超低鉄損材が得
られるため、各種鉄心材料としてその用途は広く、中で
も歪取焼鈍を必要とする巻き鉄心トランス用素材として
の利用価値が高い、極めて鉄損の低い一方向性電磁鋼板
およびその製造方法を提供することを目的とするもので
ある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は一定の深さと幅
を持った線状または点状の溝を形成した仕上焼鈍済みの
一方向性電磁鋼板の表面被膜を除去し、表面粗度を平均
粗さ０．４μｍ以下の鏡面に仕上げたもの、或いは平均
粗さ０．４μｍ以下の鏡面を有する仕上焼鈍済みの一方
向性電磁鋼板の表面に上記の溝を形成させた後、張力絶
縁被膜を施すことによって鉄損の極めて低い一方向性電
磁鋼板を得ようとするものである。従って用途は巻き鉄
心トランスに限らず、積み鉄心トランスでも十分効果が
期待される。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。本発明に
使用する素材は二次再結晶法によりＧｏｓｓ方位を発達
させたもので、その製造方法には特にこだわるものでは
ない。一般的なプロセスは転炉、電気炉、真空溶解炉等
で溶解精錬し、成分調整し、これにインヒビター形成元
素等を若干添加した後、連続鋳造するか或いは通常の鋳
型に鋳造後、分塊圧延する方法でスラブとする。スラブ
は公知の条件の熱延により、通常３．０ｍｍ以下の厚み
のコイルにする。或いは溶鋼を直接急冷凝固させて、薄
板にすることも本発明の本質を変えるものではない。そ
の後熱延板を焼鈍し、或いは焼鈍することなしに酸洗す
る。一回冷延工程の場合は、そのまま最終厚みまで圧延
する。二回冷延工程の場合は公知の中間焼鈍を挟んだ二
回の圧延で最終厚みとする。その後脱炭焼鈍し、必要に
応じて窒化処理し、焼鈍分離剤を塗布し、仕上焼鈍す
る。焼鈍分離剤には通常ＭｇＯが用いられ、これにフォ
ルステライト被膜の生成を助けるためＴｉＯ₂ 等の添加
をすることがある。さらにＢ系化合物、Ｓｂ系化合物、
Ｎａ、Ｋ系化合物等を適宜添加することは本発明の本質
に影響を与えない。また、Ａｌ ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ 等の焼
鈍分離剤を使用してもよい。

【０００６】本発明ではフォルステライト被膜を作らな
いほうが都合がよいが、本発明においてフォルステライ
ト被膜の有無は問わない。方向性電磁鋼板においては、
二次再結晶粒の配向性が高いことが重要である。二次再
結晶のための仕上焼鈍は公知の条件で行うが、例えば１
２００℃の温度で２０時間程度行う。通常の一方向性電
磁鋼板の製造では仕上焼鈍後、焼鈍分離剤を洗い落とし
て製品とするもの、およびこのフォルステライト被膜の
上にコーティングを施して形状矯正焼鈍を行うもの等が
ある。

【０００７】このような工程で処理した鋼板に公知の方
法で歪取焼鈍に耐える磁区制御を行う。磁区制御の方法
としては、例えば特開昭６１−１１７２１８号公報に示
される機械的方法による溝形成法があり、また特開昭６
０−２５５９２６号公報に示されるレーザー照射によっ
て局部的に絶縁被膜を除去した後、酸によって地鉄を溶
解し溝を形成する方法がある。この他、レーザー照射に
より一定の深さの凹部を形成する方法を用いてもよい
し、歪取焼鈍に耐える磁区制御方法ならば公知の方法を
利用できる。

【０００８】本発明の特徴とするところは、上記の方法
で溝を形成した鋼板の表面がある臨界値以下の粗さの鏡
面を有しており、しかもこれに特定範囲の張力を付与す
るコーティングを施す点にある。ここで鏡面とは粗度平
均粗さ０．４μｍ以下のものをいう。鏡面を得る方法と
して知られているものの一つに電解研磨がある。これは
鋼板表面の絶縁被膜或いは酸化物を酸等で除去した後、
例えば燐酸と無水クロム酸の電解液中で電気的に研磨す
ることで得られる。また化学的に鏡面を得る方法も知ら
れている。例えば、過酸化水素水中に少量の弗酸を添加
した液を使用する方法がある。この他、希硫酸、希硝
酸、希塩酸を用いる場合も粗度の低い面が得られる。こ
の他、仕上焼鈍前に塗布される焼鈍分離剤或いは仕上焼
鈍雰囲気条件によっても得られる。

【０００９】本発明においては上記の方法により鏡面を
得た後、前述した溝を形成しても類似の効果が得られ
る。次に鋼板に張力を付与する方法について述べる。一
方向性電磁鋼板の圧延方向に張力を付与すると鉄損が低
減することはよく知られている。現在商品化されている
製品は鋼板と表面被膜の膨脹係数の差によって生じる張
力によって与えられている。本発明においては張力コー
ティング液として、例えば特公昭５３−２８３７５号公
報に示される無水クロム酸−燐酸アルミニウムを主成分
とする液、或いは特公昭５６−５２１１７号公報に示さ
れる無水クロム酸−燐酸マグネシウムを主成分とする液
を鋼板に塗布焼付けすることによって張力を付与するこ
とができる。この張力は塗布焼付け回数を繰り返すこと
によってさらに増大し、鉄損特性が大幅に改善されると
いう新たな知見を得た。以下実験結果をもとにさらに説
明する。

【００１０】図１はＳｉ：３．２％を含む板厚０．１６
ｍｍ、磁束密度Ｂ₈：１．９４Ｔの一方向性電磁鋼板を
特開昭６１−１１７２１８号公報に示される９０〜２２
０ｋｇ／ｍ² の荷重で鋼板に溝を形成し、７５０℃以上
の温度で熱処理する方法によって磁区を制御し（本実験
では溝深さ１３μｍ、幅５０μｍ、圧延方向に対し７５
°方向の溝間隔５ｍｍ、歪取焼鈍８５０℃×２時間）、
表面被膜を除去し、化学研磨により鋼板表面の平滑度を
調整した後、無水クロム酸−燐酸アルミニウムを主成分
とするコーティング液を８２０℃で焼付けた後の鉄損特
性を示したものである。図から、平均粗さが０．４μｍ
以下において非常に低い鉄損が得られることが判る。

【００１１】図２はコーティング液の塗布焼付け回数と
鉄損の関係を示している。用いた素材は図１と同じ条件
で磁区制御したものである。被膜除去後の鋼板表面の平
均粗さは化学研磨により０．１μｍ以下とした。この鋼
板を１０％の希硫酸水に短時間浸漬し、水洗乾燥した
後、無水クロム酸−燐酸アルミニウムを主成分とする液
を片面当たり３ｇ／ｍ² 塗布した後乾燥し、８２０℃×
３０秒の焼鈍を行い、その後磁気測定した。次いでさら
にこのコーティングと熱処理を繰り返し行い、磁気測定
を行った。図から、コーティング焼付処理を重ねると、
より鉄損が改善されることが判る。

【００１２】図３はこのコーティング焼付処理回数と鋼
板に付与される張力の関係をみたものである。張力は鋼
板の片面の絶縁被膜を酸により除去した後、鋼板の撓み
量を測定して計算によって求めたものである。焼付処理
回数が増える程、張力が大きくなることが判る。この張
力がさらに鉄損の大幅改善をもたらし、超低鉄損化を果
たしているものといえる。このコーティング液は無水ク
ロム酸−燐酸アルミニウムを主成分とする液、或いは無
水クロム酸−燐酸マグネシウムを主成分とする液等公知
のものを使用できる。鋼板との密着性を高める上で鋼板
に薄い金属メッキを施してもよい。

【００１３】次に本発明の限定理由について述べる。Ｓ
ｉは鉄損低減に有効な元素であるが、その上限は４．５
％とする。４．５％を超えると通常の二次再結晶法では
脆性等の問題があり、製造が困難になる。鋼板の表面粗
度は図１に示すように０．４μｍ以下でないと超低鉄損
が得られない。鋼板に形成する溝の深さ、幅、間隔につ
いては、特公昭６２−５３５７９号公報に示されてい
る。これによると鋼板に形成する溝の深さは５μｍ超に
おいて磁区制御の効果があり、溝の幅は３００μｍを超
えると鉄損の改善代が小さくなる。また溝の間隔は２〜
１５ｍｍ、好ましくは３〜８ｍｍで圧延方向に対して４
５〜９０°、好ましくは７０〜９０°方向がよい。

【００１４】張力絶縁被膜の焼付温度探索結果（板厚
０．１５ｍｍ、付着量３ｇ／ｍ² 、焼付処理回数２回）
を図５に示す。これによると７５０℃超〜９５０℃、好
ましくは８００〜９００℃がよいことが判る。７５０℃
以下または９５０℃超では充分な張力が得られない。こ
のコーティング焼付回数は２回以上繰り返すと張力が増
大し、鉄損低減効果が大きい。しかし張力が１．０ｋｇ
／ｍｍ² 超得られれば１回でも相当の効果は望める。

【００１５】

【実施例】以下実施例について述べる。 実施例１ 鋼板の地鉄表面に深さ１２μｍ、直径５０μｍ、点と点
の距離０．２ｍｍの点状の溝を圧延方向に対して９０°
方向に５ｍｍ間隔に形成したＳｉ：３．２％を含む板厚
０．１５ｍｍの高磁束密度一方向性電磁鋼板（Ａ）、
（Ｂ）を準備した。

【００１６】試料（Ａ）は弗酸により表面被膜を除去
し、電解研磨によりＲａを０．１μｍ以下に調整した。
次いで５％の希硫酸に浸漬した後、無水クロム酸＋燐酸
アルミニウム＋コロイダルシリカを主成分とするコーテ
ィング液を塗布し、８００℃×３０秒の焼鈍を行った。
次いで同じ条件のコーティングと８２０℃×３０秒の焼
鈍を２回繰り返した。試料Ｂはコーティングと８２０℃
×３０秒の焼鈍を１回実施した。試料（Ａ）、（Ｂ）の
被膜の断面写真を図４に示す。試料（Ａ）の地鉄と被膜
の境界が試料（Ｂ）に比べてスムーズになっている。

【００１７】磁気特性は次の如くである。 試料（Ａ） 試料（Ｂ） Ｂ₈ １．９１Ｔ Ｂ₈ １．９１Ｔ Ｗ_13/50 ０．２３ｗ／ｋｇ Ｗ_13/50 ０．３５ｗ／ｋｇ 試料（Ａ）は極めて低い鉄損値を示した。

【００１８】実施例２ Ｃ：０．０５４％、Ｓｉ：３．３％、Ｍｎ：０．１４
％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０３０％、
Ｎ：０．００７５％、Ｃｒ：０．１０％、Ｓｎ：０．０
５％、残部Ｆｅと不可避的不純物からなる鋼塊を１１５
０℃に加熱した後、板厚１．６ｍｍに熱延した。この熱
延板を１１００℃で焼鈍した後酸洗し、０．１６ｍｍ厚
に冷延した。次いで脱炭焼鈍を８３０℃で湿水素窒素雰
囲気中で行った後、窒化処理を７５０℃で水素、窒素、
アンモニア混合ガス中で行った。次いで焼鈍分離剤Ｍｇ
Ｏを塗布し、１２００℃の仕上焼鈍を行い、二次再結晶
を完了させた。

【００１９】得られた試料から磁気特性のほぼ揃った試
料Ａ、Ｂを選び、これに歯形ロールを用いて深さ１４μ
ｍ、幅５０μｍの溝を圧延方向に対して７５°方向に５
ｍｍの間隔で形成した。次いで８５０℃×２時間の焼鈍
を行った。次いで試料Ａを酸により表面被膜を除去した
後、過酸化水素水と弗酸の混合液でＲａを０．１μｍ
（板厚減１０μｍ）以下の鏡面にした。次いで試料Ａ、
Ｂ共無水クロム酸、燐酸アルミニウム、コロイダルシリ
カを主成分とするコーティング液を片面当り３ｇ／ｍ²
塗布し、８２０℃×３０秒の張力コーティングを行い、
磁気測定した。さらに同じ張力コーティングを繰り返し
行い、磁気測定した。この結果を表１に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】試料Ａは試料Ｂに比べ極めて低い鉄損が得
られた。 実施例３ Ｃ：０．０５６％、Ｓｉ：３．６％、Ｍｎ：０．０９
％、Ｓ：０．００７％、酸可溶性Ａｌ：０．０２９％、
Ｎ：０．００７８％、Ｃｒ：０．０８％、Ｓｎ：０．０
４％、残部Ｆｅと不可避的不純物からなる鋼塊を１１５
０℃に加熱した後、板厚１．４ｍｍ厚に熱延した。この
熱延板を１１００℃で焼鈍した後、酸洗し０．１４ｍｍ
厚に冷延した。次いで脱炭焼鈍を８３０℃で湿水素窒素
雰囲気中で行った後、窒化処理を７５０℃で水素、窒
素、アンモニア混合ガス中で行い、鋼板の〔Ｎ〕量を２
００ｐｐｍとした。

【００２２】次いで焼鈍分離剤としてＡｌ₂ Ｏ₃ をアル
コールで溶いて塗布し、１２００℃×２０時間の仕上焼
鈍を行った。次いで水洗して乾燥した状態で鋼板の表面
にはフォルステライトは形成されておらず、その表面粗
度はＲａ＝０．３μｍであった。次に歯形ロールを用い
て深さ１２μｍ、幅５０μｍの溝を実施例２と同じ状態
で形成させた。次いで１０％の希硫酸に短時間浸漬した
後水洗乾燥し、無水クロム酸、燐酸アルミニウム、コロ
イダルシリカを主成分とするコーティング液を片面当り
３ｇ／ｍ² 塗布し、８８０℃×３０秒の焼鈍を行い、磁
気測定した。さらに同じコーティング焼付処理を繰り返
し行い、磁気測定した。この結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】実施例４ Ｃ：０．０８０％、Ｓｉ：３．５％、Ｍｎ：０．０７５
％、Ｓ：０．０２５％、酸可溶性Ａｌ：０．０３５％、
Ｎ：０．００８０％、Ｓｎ：０．１３％、Ｃｕ：０．０
７％、残部Ｆｅと不可避的不純物からなる鋼塊を１３５
０℃に加熱した後、２．３ｍｍ厚に熱延した。次いで熱
延板焼鈍を１０００℃で行った後酸洗し、１．３５ｍｍ
まで冷延した。次いで焼鈍を前段１１２０℃、後段９０
０℃の温度で行った後、１００℃の湯中に投入冷却し、
次いで酸洗し、０．１７ｍｍまで冷延した。次いで冷延
板を脱脂し、２％の水酸化ナトリウム水溶液を塗布し、
８５０℃で脱炭焼鈍した。

【００２５】次いでＭｇＯスラリーを塗布し、１２００
℃の温度で仕上焼鈍を行った。次いで水洗乾燥した後、
歯形ロールを用いて深さ１５μｍ、幅５０μｍの溝を圧
延方向に対して７５°方向に５ｍｍ間隔で形成した。次
いで８００℃で焼鈍した後、５％の硫酸水に浸漬した後
の表面の平均粗さはほぼ０．２μｍであった。次いで無
水クロム酸、燐酸アルミニウム、コロイダルシリカを主
成分とするコーティング液を付着量が片面当り３ｇ／ｍ
² 、焼鈍条件が８２０℃×３０秒の張力コーティングを
行った後、同一条件の塗布と焼鈍を繰り返した。磁気特
性は鉄損Ｗ_{13/5 0}＝０．２８ｗ／ｋｇで、非常に低い鉄
損値を示した。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、各種鉄心材料としての
用途が広く、中でも歪取焼鈍を必要とする巻き鉄心トラ
ンス用素材としての利用価値が高い、極めて鉄損の低い
一方向性電磁鋼板が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋼板表面の平均粗さと鉄損の関係を示す図であ
る。

【図２】コーティング液の塗布焼付け回数と鉄損の関係
を示す図である。

【図３】コーティング液の塗布焼付け回数と被膜張力の
関係を示す図である。

【図４】被膜除去前の被膜断面及び被膜除去後コーティ
ング後の被膜断面を示す写真図である。

【図５】コーティング焼付温度と被膜張力の関係を示す
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 修一 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内 (72)発明者 牛神 義行 千葉県富津市新富20−１ 新日本製鐵株式 会社技術開発本部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板の地鉄表面のＲａが０．４μｍ以下
   であり、かつ板面に深さ５μｍ超、幅３００μｍ以下の
   線状または点状の溝を圧延方向に対して４５〜９０°の
   方向に２〜１５ｍｍ間隔に形成しており、鋼板表面に張
   力絶縁被膜を施した鉄損がＷ１３／５０：０．３４ｗ／
   ｋｇ以下のＳｉ４．５％以下を含む超低鉄損一方向性電
   磁鋼板。
2. 【請求項２】 鋼板の地鉄表面のＲａが０．４μｍ以下
   であり、かつ板面に深さ５μｍ超、幅３００μｍ以下の
   線状または点状の溝を圧延方向に対して４５〜９０°の
   方向に２〜１５ｍｍ間隔に形成した仕上焼鈍済みの一方
   向性電磁鋼板に７５０℃超〜９５０℃の温度範囲で張力
   コーティング処理することを特徴とするＳｉ４．５％以
   下を含む超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 ７５０℃超〜９５０℃の温度範囲で張力
   コーティング処理を２回以上繰り返すことを特徴とする
   請求項２記載の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
4. 【請求項４】 ７５０℃超〜９５０℃の温度範囲の張力
   コーティング処理で１．０ｋｇ／ｍｍ² 超の張力を付与
   することを特徴とする請求項２記載の超低鉄損一方向性
   電磁鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】 張力コーティング液に無水クロム酸−燐
   酸アルミニウム−コロイダルシリカを主成分とする液を
   使用することを特徴とする請求項２、３、４のいずれか
   に記載の超低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。