JPH0572457B2

JPH0572457B2 -

Info

Publication number: JPH0572457B2
Application number: JP17016386A
Authority: JP
Inventors: Yoshiichi Takada; Junichi Inagaki; Yasushi Tanaka; Masahiro Abe
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1993-10-12
Also published as: JPS6326329A

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］本発明は化学気相蒸着（以下、CVDと称す）
処理法、詳細には、CVD処理を利用して低鉄損
の方向性珪素鉄板を製造する方法に関する。［従来の技術及びその問題点］大型トランスの磁芯等に使われる軟磁性材には
高い磁束密度、低い鉄損が要求され、このような
軟磁性材として珪素鉄板が用いられている。従
来、所謂方向性珪素鉄板を製造する場合、方向性
付与の観点からSi量の最適値を3.2wt％に設定し、
所謂ゴス法を発展させた極めて精巧な処理方法に
より、集積度の高い｛110｝＜001＞集合組織を形
成し、高磁束度、低鉄損を実現した技術が確立さ
れている。しかしながら近年、エネルギ損失をより一層低
下させる等の要請から、磁気特性、特に鉄損がさ
らに低い材料が要求されている。鉄損は板厚を小
さくして渦電流を抑えることにより低下させるこ
とができ、このため0.3mm厚以下の方向性珪素鉄
板の製造が試みられたが、板厚を小さくすると
｛110｝＜001＞集合組織を形成する上で必要不可欠
な２次再結晶現象が不安定となり、この方法にも
限度がある。このようなことから、｛110｝＜001＞
方位を持つ単結晶に近い鋼板を作る試みもなされ
ているが、製造コストが高く、また磁圧幅が拡が
るため思うように鉄損が下がならいなど、実用化
する上で未解決の多くの問題がある。このようなことから、本発明者等は方向性珪素
鉄板のSi含有量について検討を行い、この結果、
この種の珪素鉄板でもSi含有量の増大が鉄損を下
げることに有効であることが判つた。従来、Si含
有量が増すと鉄損が下がることはよく知られてい
るが、方向性珪素鉄板の場合、方向性付与の観点
からSi量に最適値（約3.2wt％）があるとされ、
このため従来では、この種の珪素鉄板においてSi
量を増すことは全く考えられていなかつたもので
ある。高いSi含有量を有する珪素鉄板を得る方法とし
て、２通りの方法が考えられる。そのうちの一つ
は、溶製時に必要量のSiを添加する方法である
が、Siが3.2wt％以上となると２次再結晶が不安
定となり、この方法は採用できない。もう一方の
方法は、CVD処理によりSiを添加する方法であ
り、この方法は集合組織形成後にSi添加がなされ
るため、上述したような２次再結晶の不安定化等
の問題を生じるおそれはない。しかし、この方法
で方向性珪素鉄板を製造する場合、カーケンダ
ルボイドが生成し鉄損が増大する、処理時間が
長い、方向性珪素鉄板の集合組織が乱れる、等
の問題がある。本発明はこのような従来の問題に鑑み、CVD
処理法を利用し磁気特性の優れた方向性珪素鉄板
を効率的に製造することができる方法を提供せん
とするものである。［問題を解決するための手段］このため本発明は、Siを1.0wt％以上、4.0wt％
未満含み、総ての結晶粒の圧延方向に平行な結晶
軸と、その結晶の＜100＞軸とのなす角度が30°以
下である｛110｝＜001＞集合組織を有する方向性
珪素鉄板について、その表面酸化膜を除去する処
理を施し、次いで直ちに1000〜1250℃に加熱し
SiCl₄を５〜40vol％含む雰囲気ガスと接触させて
滲珪し、次いで1000〜1400℃の保護雰囲気ガス中
で拡散均一化焼鈍した後冷却し、しかる後、絶縁
皮膜コーテンイングを施し、Si含有量が4.0〜
7.0wt％の方向性珪素鉄板を製造するようにした
ことをその基本的特徴とする。以下、本発明を具体的に説明する。本発明は、Siを1.0wt％以上、4.0wt％未満含
み、総ての結晶粒の圧延方向に平行な結晶軸と、
その結晶の＜110＞軸とのなす角度が30°以下であ
る｛110｝＜001＞集合組織を有する方向性珪素鉄
板を素材とする。本発明の目的は方向性珪素鉄板の鉄損改善にあ
り、通常方向性珪素鉄板には1.0wt％以上、4.0wt
％未満のSi（最適値3.2％Si）が含有される。ま
た、方向性珪素鉄板は｛110｝＜001＞集合組織が
形成されており、このような組織において、総て
の結晶粒の圧延方向に平行な結晶軸と、その結晶
粒の＜100＞軸とのなす最大角度を集積度と定義
した場合、この集積度が30°を越えると磁気特性
が劣化してしまい、このため集積度が30°以下の
方向性珪素鉄板に限定される。本発明はこのような方向性珪素鉄板を素材と
し、まずその表面酸化膜を除去する処理を施し、
次いで直ちに1000〜1250℃に加熱し、SiCl₄を５
〜40vol％含む雰囲気ガスと接触させて滲珪処理
を行う。本発明者等は上記のような方向性珪素鉄板を素
材とし、この集合組織を乱すことなくCVD滲珪
することにより鉄損を低下させる方法について検
討を行つた。この結果、次のような条件で滲珪処
理を行うことによい低鉄損が実現されることを見
い出した。 (1) CVDで滲珪処理する。 (2) 滲珪前に鉄板表面の軽酸化層を除去する。 (3) 滲珪速度を適正値とする。 (4) ｛110｝＜001＞方位が安定な1000℃以上で滲
珪する。以下これらの条件について詳述すると、まず、
上記(1)の条件は滲珪処理後の鉄損を下げるために
必要である。すなわち、滲珪方法としては、固体
滲珪、液体滲珪及び気相滲珪の３通りの方法があ
るが、前二者の場合、反応時に表面が荒れ、この
ため鉄損が増大するとともに占積率が下がつてし
まう。この点気相滲珪法はこのような問題を回避
できる。このCVD処理は所定温度に加熱された
方向性珪素鉄板をCiCl₄を含む雰囲気ガス（SiCl₄
蒸気を含む中性ガス）を接触させることにより行
う。接触させる時間はSi添加量に応じて決められ
るが、板面内の均一性を考えると、10秒以上とす
ることが好ましい。上記(2)の条件も滲珪後の鉄損を下げるために必
要である。すなわち、滲珪により鉄板内にカーケ
ンダルボイドと呼ばれる穴が生成する。この穴は
滲珪後焼鈍すると粒内または粒界を空孔として拡
散し消失する傾向にあるが、表面に酸化皮膜があ
ると消失しにくくなる。特に、方向性珪素鉄板の
ように粒径が大きいと残留し易く、鉄損を増大さ
せてしまう。このような問題は、滲珪処理前に鉄
板表面の酸化膜を除去する処理を施すことにより
回避することができる。この処理は軽研磨、或い
は酸洗等によりなされる。しかし、軽研磨あるい
は酸洗された鋼板の表面は活性であり処理直後か
ら酸化膜が生成し始め、この厚さは徐々に厚くな
る。このような軽微な酸化膜であつても、カーケ
ンダルボイドの消失に悪影響を与えるため、軽研
磨或いは酸洗後直ちに（好ましくは５分以内に）
次の工程（滲珪）で処理することが重要である。上記(3)の条件は、カーケンダルボイドの生成を
抑制するためのものである。滲珪後のボイドの量
は、滲珪速度にほぼ比例する。したがつてボイド
生成の抑制という観点からは滲珪速度は低いほう
が好ましいが、遅過ぎると滲珪時間が長くなり不
経済である。滲珪速度はガス中のSiCl₄濃度によ
り決まる。第１図は、このSiCl₄濃度と鉄損との
関係（0.3mmｔ、1150℃で滲珪し、4.5％Siとした）
を示すものであり、これによれば滲珪速度との関
係からSiCl₄濃度を40vol％以下とすべきことが判
る。なお、SiCl₄濃度を過度に低くすると滲珪時
間が長くなり、このため5vol％を下限とする。上記条件(4)は、CVD滲珪処理する再｛110｝＜
001＞集合組織が破壊されるのを防ぐためのもの
である。｛110｝＜001＞方位を持つ結晶粒の安定性
は高温ほど増し、1000℃以上では、他の方位を持
つ粒より安定となる。本発明者等は、このような
条件下でCVD滲珪することにより初めて低鉄損
が実現できることを見い出した。第２図は滲珪処
理温度と鉄損との関係（0.3mmｔ、SiCl₄濃度
10vol％、最終Si量4.5％）を示すもので、同図か
ら1000℃以上の板温で滲珪を行うことにより良好
な鉄損値が得られることが判る。なお、滲珪直後
には鉄板表面にFe₃Siが形成されており、この
Fe₂Siの融点は約1250℃であるため、滲珪温度
（板温）の上限は1250℃とする。以上のような４つの基本条件を総て満足する滲
珪処理を行うことにより、方向性珪素鉄板（Si＜
4.0％）を素材とし、鉄損のより低い方向性高珪
素鉄板を製造できる。なお、本発明では、上記のような滲珪処理直後
は板厚方向のSi濃度が不均一であるため、滲珪後
保護雰囲気ガス（中性ガス）中で拡散均一化焼鈍
を行う必要があり、拡散均一焼鈍の後冷却し、絶
縁皮膜コーテイング処理を施し製品とする。上記拡散均一化焼鈍では、1000〜1400℃の雰囲
気ガス中で処理がなされる。雰囲気ガス温度が
1000℃未満では均一化に時間がかかり過ぎ、一
方、1400℃を越えると鉄板が溶融してしまう。本発明ではこのようにしてSi：4.0〜7.0wt％の
方向性高珪素鉄板が得られる。方向性高珪素鉄板
はSi含有量が4.0wt％以上になるとその低鉄損が
顕著になる。一方、Si含有量が7.0wt％を超える
と飽和磁化が低下することによつて鉄損が増大す
る。このため滲珪は拡散均一化後のSi量が7.0wt
％を超えないような限度で行われる。［実施例］ ○実施例１ 3.19％Siを含有し、｛110｝＜001＞集合組織の集
積度が15°である絶縁皮膜付きの方向性珪素鉄板
について、その絶縁皮膜を除去した後、第１表に
示す条件でCVD滲珪処理し、これを均一化焼鈍
した後、シリカ−リン酸マグネシウム系の絶縁皮
膜をコーテイングし、4.7％Siの方向性高珪素鉄
板を製造した。なお、第１表の本発明例では前処
理たる軽研磨を実施した後、直ちに滲珪処理を行
つた。これらの鉄板について鉄損、磁束密度を測
定した。その結果を製造条件とともに第１表に示
す。これによれば、比較例に対し本発明法により
得られた方向性高珪素鉄板が優れた磁気特性を得
ていることが判る。 ○実施例２ 3.21％Siを含む鉄合金スラブに、加熱−熱延−
熱延板焼鈍−冷延−中間焼鈍−冷延−脱炭焼鈍−
焼鈍の一連の処理を施して｛110｝＜001＞集合組
織の集積度が10°の方向性珪素鉄板を得た。この鉄板コイルを軽研磨した後、直ちに10％の
SiCl₄を含む雰囲気中で1150℃の温度で滲珪処理
し、しかる後1200℃で１時間均一化焼鈍し、4.5
％Si鉄板とした。そして、このようにして得られたコイルと、未
滲珪処理のコイルの双方に絶縁皮膜を施した後、
これらについて鉄損を求めたところ、滲珪により
鉄損（W_17/50）が0.28W／Kg低下したことが判つ
た。 ○実施例３実施例１の素材である3.19％方向性珪素鋼板の
絶縁皮膜をフツ酸酸洗で除去後２分割し、一方は
直ちに第１表のNo.１の条件（前処理を除く）で
CVD処理して4.7％方向性珪素鋼板を製造した。
他方は酸洗後、９時間経つてからCVD処理した。
前者の鉄損（W_17/50）は0.90W／Kgであつたのに
対し、後者のそれは1.53W／Kgであつた。これに
より酸化皮膜除去後、直ちにCVD処理すること
が必要なことが判る。

【表】［発明の効果］以上述べたように本発明法によればCVD滲珪
法を利用し、磁気特性の優れた方向性珪素鉄板を
効率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はCVD滲珪処理におけるSiCl₄濃度と鉄
損特性との関係を示すものである。第２図は同じ
く滲珪温度と鉄損特性との関係を示すものであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

１ Siを1.0wt％以上、4.0wt％未満含み、総ての
結晶粒の圧延方向に平行な結晶軸と、その結晶の
＜100＞軸とのなす角度が30°以下である｛110｝＜
001＞集合組織を有する方向性珪素鉄板について、
その表面酸化膜を除去する処理を施し、次いで直
ちに1000〜1250℃に加熱し、SiCl₄を５〜40vol％
含む雰囲気ガスと接触させて滲珪し、次いで1000
〜1400℃の保護雰囲気ガス中で拡散均一化焼鈍し
た後冷却し、しかる後、絶縁皮膜コーテンイング
を施し、Si含有量が4.0〜7.0wt％の方向性珪素鉄
板を製造することを特徴とする化学気相蒸着処理
方法。