JPH05311238A - 超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法 - Google Patents

超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法

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JPH05311238A
JPH05311238A JP11932892A JP11932892A JPH05311238A JP H05311238 A JPH05311238 A JP H05311238A JP 11932892 A JP11932892 A JP 11932892A JP 11932892 A JP11932892 A JP 11932892A JP H05311238 A JPH05311238 A JP H05311238A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、従来製造することが困難であっ
た、板厚の薄い材料(例えば0.13mm)において
も、二次再結晶による結晶方位制御と鋼板表面の平滑化
を達成することにより、超低鉄損の一方向性電磁鋼板を
低コストで製造する方法を提供する。 【構成】 仕上焼鈍前に脱炭焼鈍板を積層する際に、焼
鈍分離剤を静電塗布法等により水分を持ち込まないよう
にし、かつ仕上焼鈍時に、1000〜1100℃の温度
域まで50℃/hr以上の昇温速度で昇温して二次再結
晶させ、その後、1100℃以上の温度で含H2 雰囲気
中で焼鈍することにより、鋼板表面の平滑化を達成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主として変圧器その他の
電気機器等の鉄心として利用される一方向性珪素鋼板の
製造方法に関するものである。特に、その表面を効果的
に仕上げることにより、鉄損特性の向上を図ろうとする
ものである。
【0002】
【従来の技術】一方向性珪素鋼板は、磁気鉄心として多
くの電気機器に用いられている。一方向性珪素鋼板は、
製品の結晶粒の方位を{110}<001>方位に高度
に集積させたものであり、磁気特性として磁束密度が高
く(B8 値で代表される)、鉄損が低い(W17/50 値で
代表される)ことが要求される。特に、最近では省エネ
ルギーの見地から電力損失の低減に対する要求が高まっ
ている。
【0003】この要求にこたえ、一方向性珪素鋼板の鉄
損を低減させる手段として、磁区を細分化する技術が開
発された。仕上焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射し
て局部的な微少歪を与えることにより磁区を細分化して
鉄損を低減させる方法が、例えば特開昭58−2640
5号公報に開示されている。また、巻き鉄心の場合、鉄
心に加工した後、歪取焼鈍(応力除去焼鈍)を施しても
磁区細分化効果の消失しない方法も、例えば特開昭62
−8617号公報に開示されている。これらの技術的手
段を用いて磁区を細分化することにより鉄損は大きく低
減されるようになってきている。
【0004】しかしながら、これらの磁区の動きを観察
すると動かない磁区も存在していることが分かり、一方
向性珪素鋼板の鉄損値をさらに低減させるためには、磁
区細分化と合わせて磁区の動きを阻害する鋼板表面のグ
ラス被膜からのピン止め効果をなくすことが重要である
ことが分かった。そのための手段として、仕上焼鈍後の
材料の表面を化学研磨あるいは電解研磨により平滑化す
る方法が、例えば特開昭64−83620号公報に開示
されている。
【0005】ところが、これら化学研磨・電解研磨等の
方法は、研究室レベルでの少試料の材料を加工すること
は可能であるが、工業的規模で行うには薬液の濃度管
理、温度管理、公害設備の付与等の点で大きな問題があ
る。本発明者等の一部は、この問題を解決すべく特願平
2−409378号において、製品のグラス被膜を除去
し、地鉄を露出させた鋼板を水素を含有するガスを含む
雰囲気ガス中で1000℃以上の温度で焼鈍することに
より、表面を平滑化させる方法を提案している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の方法によると、
一旦仕上焼鈍で生成させたグラス被膜を仕上焼鈍後に除
去する工程と、平滑化処理する工程を新たに設ける必要
がある。従って、工程的にコストアップとなり、工業的
に採用するには問題がある。本発明の目的とするところ
は、仕上焼鈍中に、(1)二次再結晶による方位の制御
と、(2)表面の平滑化を同時に達成し、低コストで従
来にない鉄損の低い一方向性珪素鋼板を製造する方法を
提供するにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の問
題を解決するために種々の検討を行い、上記の問題を共
に解決する方法を見出した。本発明者等はまず界面に関
する種々の検討の結果、表面の平滑化を阻害するもの
は、一次再結晶板のシリカを主成分とする表面酸化層お
よび仕上焼鈍時の表面直上の水分であることを解明し
た。そこで表面平滑化の達成手段を検討した結果、一次
再結晶板を積層する際、焼鈍分離剤を従来のように水ス
ラリーで塗布せずにドライのまま塗布することや一次再
結晶板の表面酸化層を除去することが表面の平滑化に有
効であることを見出した。
【0008】ところが、この場合、鋼板表面にグラス被
膜(フォルステライト)が形成されないので界面を介し
て脱窒素を抑制することができず、インヒビターが早く
弱まってしまい、特に磁気特性を向上させるために板厚
を薄くした材料において、二次再結晶による方位制御が
充分に行われにくいことが分かった。この問題を解決す
る手段として仕上焼鈍時に温度勾配を付与して二次再結
晶させることが有効であり、高い磁束密度の製品が安定
して得られることを見出した。
【0009】温度勾配を確保する方法としては、いろい
ろな方法が考えられ、本発明者等も例えば特公昭62−
7252号公報において提案している。ところが、この
ような方法では、設備的にコストがかかってしまい、実
際に製造するだけのメリットがなくなってしまう。本発
明者等は種々の検討を行った結果、本発明のように焼鈍
分離剤としてMgO等を静電塗布することにより、コイ
ルに水分を持ち込まない場合、急速加熱しても二次再結
晶が不安定にならず、かつ温度勾配を確保できることを
見出した。
【0010】従来のようにMgOスラリーを焼鈍分離剤
として用いた場合、急速加熱するとスラリー中の水和水
分がコイルの外に抜けずに、コイルの一部においては酸
素ポテンシャルの非常に高い状態で二次再結晶温度域に
到達してしまう。このような場合、鋼板中のインヒビタ
ー構成元素であるアルミニウムが酸素と反応して急激に
減少してしまい、二次再結晶は不安定になり、磁束密度
を高めることができなくなってしまう。ところが、本発
明のように水分を持ち込まない場合にはこのような不安
定性が解消されるものと推測される。
【0011】このような急速加熱を行った場合、当然仕
上焼鈍時間は短くなり、変動費も安く、生産性も向上
し、コストが安くなるという利点もある。以下に本発明
を詳細に説明する。図1に板幅1mのコイルを焼鈍した
場合の二次再結晶温度域950〜1100℃での最低の
温度勾配と昇温速度の影響を示す。磁束密度を高めるた
めには、少なくとも2℃/cmの温度勾配を確保する必
要がある。従って、図1を参照すると昇温速度は、50
℃/hr以上で行う必要があることが分かる。
【0012】重量で、Si:3.3%、Mn:0.14
%、C:0.05%、S:0.007%、酸可溶性A
l:0.028%、N:0.008%を含み、残部はF
eおよび不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを115
0℃で加熱した後、板厚1.6mmに熱延した。この熱
延板を1100℃で2分間焼鈍した後、最終板厚0.1
5mmに冷延した。この冷延板を湿潤ガス中で、脱炭を
兼ねて850℃で70秒間焼鈍し、一次再結晶させた。
【0013】これらの試料について、一部は(1)通常
のようにマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を水スラ
リーで塗布し、一部は(2)静電塗布を行い、コイル状
試料とした。その内周部および外周部の側面に断熱材を
巻き、仕上焼鈍はN2 :100%の雰囲気ガス中で、5
0℃/hrの速度で1100℃まで昇温し、1100℃
で50時間保持して、コイル全域が1100℃になるこ
とを確認した後、1200℃まで昇温し、H2 :100
%に切りかえ、20時間純化焼鈍を行った。
【0014】これらの試料について、張力コーティング
処理とレーザー照射による磁区細分化処理を行った後の
磁気特性を表1に示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1より、温度勾配を付与しない場合、二
次再結晶が不完全になることが分かる。また、温度勾配
下で焼鈍することにより、磁束密度が高く、従来にない
低鉄損値が得られることが分かる。このように温度勾配
下で焼鈍することにより二次再結晶が安定するのは、本
発明のように焼鈍分離剤としてAl2 3 のパウダー等
を使用した場合、従来のように表面にフォルステライト
被膜が形成されないので、図1に示すように温度勾配下
で焼鈍すると二次再結晶が発現する温度が低下して、実
質的にインヒビターの強い状態で二次再結晶が行われる
からであると考えられる。
【0017】従って、温度勾配焼鈍を施すことは、二次
再結晶温度を低下させ、インヒビターの強い状態で二次
再結晶を行わせることができるため、従来にない板厚の
薄い材料の場合にも、二次再結晶が安定化するわけであ
る。このように、仕上焼鈍中の酸素ポテンシャルを下げ
るために用いる焼鈍分離剤として、Al2 3 、SiO
2 、ZrO2 、BaO、CaO、SrO等を用いること
もできる。またこれらの粉末を混合して用いることもで
きる。
【0018】また、これに焼鈍分離剤の代わりに焼付き
防止の板を用いることもできる。例えば、フォルステラ
イト被膜のついた鋼板や、Al2 3 、SiO2 、Zr
2、BaO、CaO、SrO等の酸化物もしくはその
混合物を付着させたシートをスペーサーとして用いる方
法も有効である。このように焼付き防止の板を用いた場
合は、板厚の薄い材料を焼鈍する際に座屈等による形状
の劣化を防止する上でも有効である。
【0019】次に実施形態を述べる。本発明における鋼
成分としては、重量でSi:0.8〜4.8%、酸可溶
性Al:0.012〜0.050%、N≦0.01%、
残部Feおよび不可避的不純物であり、これらを必須成
分として、それ以外は特に限定しない。Siは電気抵抗
を高め、鉄損を下げる上で重要な元素である。含有量が
4.8%を超えると、冷間圧延時に材料が割れ易くな
り、圧延不可能となる。一方、Si量を下げると仕上焼
鈍時にα→γ変態を生じ、結晶の方向性が損なわれるの
で、実質的に結晶の方向性に影響を及ぼさない0.8%
を下限とする。
【0020】酸可溶性AlはNと結合してAlNまたは
(Al、Si)Nとしてインヒビターとして機能するた
めに必須の元素である。磁束密度が高くなる0.012
〜0.050%を限定範囲とする。Nは製鋼時に0.0
1%を超えて添加するとブリスターとよばれる鋼板中の
空孔を生じるので0.01%を上限とする。
【0021】他のインヒビター構成元素として、Mn、
S、Se、B、Bi、Pb、Sn、Ti等を添加するこ
ともできる。上記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延
板とされるか、もしくは溶鋼を連続鋳造して薄帯とす
る。前記熱延板または連続鋳造薄帯は直ちに、もしくは
短時間焼鈍を経て冷間圧延される。
【0022】上記焼鈍は750〜1200℃の温度域で
30秒〜30分間行われ、この焼鈍は製品の磁気特性を
高めるために有効である。望む製品の特性レベルとコス
トを勘案して採否を決めるとよい。冷間圧延は、基本的
には特公昭40−15644号公報に開示されているよ
うに、最終冷延圧化率80%以上とすれば良い。
【0023】冷間圧延後の材料は、通常鋼中に含まれる
炭素を除去するために、必要に応じて湿水素雰囲気中
で、750〜900℃の温度域で一次再結晶焼鈍させ
る。この一次再結晶板を仕上焼鈍するために積層するた
めの焼鈍分離剤を静電塗布したり、焼付き防止の板を用
いることにより水分を持ち込まないようにして、仕上焼
鈍時の酸素ポテンシャルを下げ、鋼板の平滑化と二次再
結晶の安定化を同時に達成することが本発明の特徴の一
つである。
【0024】その際、一次再結晶板の表面酸化層を除去
すると、表面の平滑化を達成する上で有効である。ま
た、仕上焼鈍において昇温速度を50℃/hr以上で昇
温して二次再結晶の発現する900〜1100℃の温度
域でのコイル内の温度勾配を確保して二次再結晶による
方位制御を充分に達成することが本発明のもう一つの特
徴である。
【0025】この場合、コイルの側面に断熱材を巻いて
おくことは、熱流を上下面に限定するので、温度勾配を
確保する上で有効である。仕上焼鈍後、張力コーティン
グ処理、レーザー照射等の磁区細分化処理を施す。
【0026】
【実施例】
実施例1 重量で、Si:3.3%、Mn:0.14%、C:0.
05%、S:0.007%、酸可溶性Al:0.028
%、N:0.008%を含み、残部はFeおよび不可避
的不純物からなる珪素鋼スラブを1150℃で加熱した
後、板厚1.6mmに熱延した。この熱延板を1100
℃で2分間焼鈍した後、最終板厚0.125mmに冷延
した。この冷延板を湿潤ガス中で、脱炭を兼ねて850
℃で70秒間焼鈍し、一次再結晶させた。次いで、一部
は(A)Al2 3 を静電塗布し、一部は(B)フォル
ステライトの付着した鋼板をスペーサーとして積層した
後、仕上焼鈍を施した。
【0027】仕上焼鈍は、N2 :50%+H2 :50%
の雰囲気ガス中で100℃/hrの昇温速度で行い、1
100℃から5℃/hrの昇温速度で1200℃まで昇
温し、H2 :100%に切りかえ、10時間純化焼鈍を
行った。これらの試料を張力コーティング処理を施した
後、レーザー照射して磁区細分化した。得られた製品の
磁気特性を表2に示す。
【0028】
【表2】
【0029】
【発明の効果】本発明により、安価な製造コストで、従
来製造することが困難であった板厚の薄い材料までも安
定して製造することが可能になり、磁束密度が高く、か
つ超低鉄損の磁気特性をもつ一方向性珪素鋼板を製造す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】仕上焼鈍の昇温速度と温度勾配の関係を示した
図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/06 H01F 1/16 B

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、Si:0.8〜4.8%、酸可
    溶性Al:0.012〜0.050%、N≦0.01
    %、残部Feおよび不可避的不純物からなる珪素鋼帯を
    必要に応じて焼鈍した後、一回もしくは中間焼鈍をはさ
    む二回以上の冷間圧延により所定の板厚とし、一次再結
    晶焼鈍・仕上焼鈍を行う一方向性珪素鋼板の製造方法に
    おいて、一次再結晶板を積層する際に焼鈍分離のスペー
    サーを水和水分を持ち込まない形態で導入し、仕上焼鈍
    において昇温速度を50℃/hr以上で1000〜11
    00℃の温度まで昇温することにより温度勾配下で二次
    再結晶を発現させ、その後1100〜1200℃の温度
    域で少なくともH2 を50%以上含有する雰囲気ガス中
    で焼鈍して表面の鏡面化と純化を行うことを特徴とする
    超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 コイルの側面に断熱材を巻き、側面から
    の熱の流入を抑制する請求項1記載の超低鉄損一方向性
    珪素鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 焼鈍分離剤として、MgO、Al
    2 3 、SiO2 、ZrO、BaO、CaO、SrO等
    の酸化物もしくはその混合物の粉末を静電塗布する請求
    項1または2記載の超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方
    法。
  4. 【請求項4】 焼鈍分離のスペーサーとして、MgO、
    Mg2 SiO4 、Al2 3 、SiO2 、ZrO、Ba
    O、CaO、SrO等の酸化物もしくはその混合物を表
    面に付着させた鋼板を用いる請求項1または2記載の超
    低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法。
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