JPH0587597B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は、低鉄損方向性けい素鋼板の製造方
法に関し、特にその表面を工業的に低コストの手
法によつて効果的に平滑な状態に仕上げることに
よつて鉄損特性の有利な改善を図ろうとするもの
である。 一方向性けい素鋼板は、製品の２次再結晶を粒
を（110）〔001〕すらわちゴス方位に集積させた
もので、主として変圧器その他の電気機器の鉄心
として使用される。このため一方向性けい素鋼板
の特性としては、磁束密度（B₁₀値で代表され
る）が高いこと、ならびに鉄損（w_17/50値で代表
される）が低いことが要求される。特に最近では
省エネルギーの見地から、変圧器等の電力損失を
少なくするためよりいつそうの鉄損の低減が望ま
れている。 従来の一方向性けい素鋼板の製造方法は、例え
ばSiを2.0〜4.0重量％（以下単に％で示す）含有
した素材を、熱間圧延したのち、１回又は中間焼
鈍を含む２回の冷間圧延により最終板厚とし、脱
炭焼鈍後、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗
布してからコイルに巻き取り、ついで２次再結晶
焼鈍及び純化焼鈍を行ない、しかるのち必要に応
じてりん酸塩系絶縁コーテイングを施す方法が通
常行なわれている。 なお上記の純化焼鈍の際には、脱炭焼鈍後の鋼
板表面に生成成したSiO₂を主成分とする酸化槽
と焼鈍分離剤中のMgOとが反応してフオルステ
ライト（Mg₂iO₄）被膜が形成される。 （従来の技術） ところで一方向性けい素鋼板の鉄損特性改善に
ついては、純化焼鈍時に鋼板表面に形成成される
ガラス質被膜を除去し、次いで地鉄とガラス質被
膜の界面付近にある窒化物や硫化物等の不純物を
含む層を除去し、表面を平滑に仕上げることによ
つて著しい鉄損の低減を図り得ることが報告され
ている（例えば特公昭52−24499号、同56−4150
号各公報）。 鋼板表面を鏡面化する一般的な方法としては、
バフ、ブラシ等による機械研磨、化学的に表面を
溶解させる化学研磨および電気化学的に溶解させ
る電解研磨がある。このうち、機械研磨による場
合、鋼板に歪を与えずに研磨することは難しく、
またこの加工歪は歪取に焼鈍によつても完全には
除去できないため、鉄損は上昇する。したがつ
て、鉄損の低減を安定して実現するには、化学研
磨又は電解研磨による鏡面化が必要となるわけで
あるが、化学研磨の場合、研磨浴の劣化により、
研磨量と研磨面の所定条件からのずれが大きくな
り易いのに対し、電解研磨の場合は、電気化学的
処理であるため、研磨量や研磨面の制制御が化学
研磨に比べると極めて容易である。従つて、工業
的観点からみると鏡面化処理としては電解研磨の
方が有利であると言える。 （発明が解決しようとする課題） しかしながらこれらの技術はいずれも鉄損低減
効果は非常に明確であるにもかかわらず、今日工
業的に実施されるまでには至つていない。 その理由は、化学研磨液として用いられるHF
＋H₂O₂やH₃PO₄＋H₂O₂などは高価なためコスト
高になるからである。同じく電解研磨液として通
常用いられるりん酸系浴、硫酸系浴、りん酸−硫
酸系浴および過塩素酸系浴などもいずれも高濃度
の酸を主成分とし、しかも添加物としてクロム酸
塩、沸酸、有機化合物等を使用するためコスト高
となり、しかも大量に鋼板を処理するには、均質
性、生産性および液の早期劣化など未解決の問題
も多く、工業的規模で実施されるには至つていな
い。 この発明は、上記の問題を有利に解決するもの
で、方向性けい素鋼板の鉄損を効果的に低下し得
る工業化の容易な表面処理手段について提案する
ことを目的とする。 （課題を解決するための手段） さて発明者らは、表面状態が鉄損に及ぼす影響
について再検討した結果、以下に述べる知見を得
た。 すなわちその第１は、ヒステリシス損に対して
大きく影響を与えているのは、主として表面酸化
物であり、表面の凹凸に関しては必ずしも鏡面状
態とする必要はないことである。ここに鏡面状態
とは光学的な概念であり、定量的に定義づけられ
ていないが表面粗さが中心線平均粗さで0.4μm以
下望むらくは0.1μm以下のことを指す。 第１図に、酸化物が表面に存在する方向性けい
素鋼板、鏡面化処理を施した方向性けい素鋼板お
よびその後さらに酸洗を施して表面が荒れた方向
性けい素鋼板の各鉄損を比較して示したが、同図
から明らかなように酸洗によつて鏡面が失われて
も鉄損はさほど劣化していない。 このように低ヒステリシス損のけい素鋼板を得
るためには、必ずしも鏡面にする必要はなく、鋼
板の表面を磁気的に平滑な面、すなわちヒステリ
シス損の原因となる磁壁の移動を妨害することが
なくかつ、被膜密着性にも優れた表面にすればよ
い。したがつて電解研磨や化学研磨は必要不可欠
の条件ではなく、もつと自由に表面処理手段を選
択できることになる。 とはいえけい素鋼板の磁気的平滑化のプロセス
中に鋼板表面に歪が入ることは鉄損を劣化させる
ために極力回避すべきことはいうまでもなく、こ
の点化学研磨や電解研磨などの無歪の研磨方法が
適している。 ここで電解研磨法を特徴づけている鏡面化現象
に触れておく。電解研磨においては、被研磨面を
陽極として強酸、強アルカリの電解液中で電流を
通すと、電解反応によつて金属は表面からイオン
となつて流出するが、金属表面と電解液の間に粘
性膜が生じる。この粘性膜が表面の凸部では薄い
ので、より多くの電流が流れ、凸部が凹部より多
く溶け出し金属表面は凹凸のない鏡面に仕上げら
れるとされている。したがつて化学研磨や電解研
磨は結晶粒度や方位に全く依存せずに金属表面を
平滑にする方法であるともいえる。 また第２の知見は、塩化物水溶液でけい素鋼板
を陽極電解処理した場合に鋼板表面の結晶粒方位
の違いによつて表面状が大きく異なることであ
る。 とくに、仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板の
表面に強く集積している｛110｝面はマクロ的外
観では結晶粒界の出現した面を呈するにもかかわ
らず微視的に特異な網目状組織となり、しかもこ
の面は、磁性的に平滑な面であることを新たに知
見した。そしてここで用いられるNaCl，KClお
よびNH₄Cl等の塩化物は従来の化学研磨や電解
研磨に用いられる薬剤にくらべコスト的にきわめ
て低価格であること、さらに液の電流効率や液電
導度が高く、液の腐食性が小さくかつ浴組成の維
持や制制御が非常に簡単であるため、設備的な負
荷や操業コストもきわめて小さいこと、等の点で
有利である。したがつて、まず塩化物水溶液中の
電解処理で鋼板表面をほぼ磁気的に平滑な表面に
しておき、しかるのちに軽微な化学研磨または電
解研磨を施して仕上げることは、工業的に有利な
鉄損改善手段となり得る。 この発明は上記の知見に由来するものである。 すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍済みの方向性
けい素鋼板に、水溶性の塩化物を１種以上含む水
溶液中で電解による磁気的平滑化処理をし、つい
で電解研磨または化学研磨を施すことを特徴とす
る低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法である。 以下この発明を具体的に説明する。 この発明では、常法に従つてけい素鋼板用スラ
ブに熱間圧延を施し、次に中間焼鈍をはさむ冷間
圧延を施して最終板厚としたのち、脱炭焼鈍を施
し次いで最終仕上げ焼鈍を施す。 この最終仕上げ焼鈍の際の焼鈍分離剤として
は、従来からフオルステライト被膜も同時に形成
させるためにMgOを主成分とする焼鈍分離剤が
主に用いられてきたが、かかるフオルステライト
被膜を生成させない様に配合された、たとえば
Al₂O₃等を主成分とし、これに不活性MgOやCa，
Sr化合物を添加した分離剤を用いてもよい。 次に最終仕上げ焼鈍板の表面酸化層を除去す
る。 除去方法としては、酸洗等の化学的方法とエメ
リー研磨等の機械的手法があり、特に限定はしな
いが、機械的手法で表面酸化層を除去した場合に
は、板内部に歪みが入り易く、かかる歪は続く電
解処理によつても解放できないので、表面酸化物
の除去は酸洗処理で行う方が好ましい。 ついでこのように表面酸化層を除去した表面を
塩化物水溶液中で陽極電解処理によつて磁気的平
滑面化する。 電解浴は水溶性の塩化物を１種または２種以上
含む水溶液であり、ここで水溶性塩化物というの
はHCl，NH₄Clおよび各種金属の塩化物を意味
する。これらはいずれも仕上げ焼鈍後の方向性け
い素鋼板に対し磁気的平滑化効果を持つものであ
るが、実操業においては陰極への金属析出を防す
るために、アルカリ金属やアリカリ土類金属の塩
化物あるいはNH₄ClやHCl，AlCl₃等の中から選
択することが望ましい。また、その濃度は、浴の
電気伝導度を確保するうえから20ｇ／以上であ
ることが望ましい。なお、その組成および濃度か
らしてこの発明では海水の利用も可能である。浴
温は常温以上で任意に選ぶことができるが、あま
り高温では水の蒸発が著しく、常温ないし90℃程
度が適当である。電流密度は5A／ｄm²程度から
数百Ａ／ｄm²の範囲で設定できる。しかし、浴温
が低いときに100A／ｄm²をこえるようにな高電
流密度とすると表面の処理むらを生じやすいの
で、電流密度の範囲をより広くしようとすれば、
浴温を40℃以上にした方がよい。 以上のようにこの発明においては従来の方法に
比べてきわめて広範囲な条件下で磁気的平滑化効
果を得ることができ、この点もこの発明が工業的
に実施されるうえで有利であることの重要な根拠
となるものである。 なお鉄損を低下させる見地から、この発明にお
ける塩化物水溶液を用いた電解の電気量および鋼
板の電解溶解量はそれぞれ300C／ｄm²以上、片
面当り1μm以上にすることが好ましい。 ついで上記した鋼板表面の磁気的平滑化処理に
続いて、軽微な化学研磨または電解研磨を行う。
ここで用いられる浴は従来から鉄鋼用として使わ
れている公知のものが適用できる。例えば化学研
磨の浴としては、弗酸−過酸化水素、縮合りん酸
−硫酸、蓚酸−過酸化水素−酢酸、りん酸−硫酸
−硝酸−塩酸、クロム酸−硫酸、弗酸−硝酸およ
び蓚酸−過酸化水素等の組成から成る浴が適用で
きる。 また、電解研磨の浴としては、りん酸−クロム
酸、過塩素酸−無水酢酸、硫酸−グリセリン、硫
酸−弗酸、くえん酸−硫酸、弗酸−硫酸−りん酸
−クロム酸およびりん酸−硫酸等の組成から成る
浴が適用できる。処理条件についてはそれぞれの
浴について好適範囲が異なるので特に限定はしな
い。また鋼板の研磨厚みは、片面当り0.05〜1μm
程度が好適で、これ以上の厚みになると化学研磨
あるいは電解研磨の負負が大きくなつて浴の劣化
が早く処理コストの増大を招いて好ましくない。 （作 用） この発明の方法によつて、鉄損を効果的に低減
し得る理由は未だ明確にはなつていないが、塩化
物水溶液中での陽極電解は、外観的にいわゆる鏡
面でないにもかかわらず、磁性的に平滑な面をも
たらすという事実があり、さらに、この表面に対
して化学研磨または電解研磨を加えることによつ
て磁壁移動の抵抗がより少ない表面になつている
ものと考えられる。 なお、方向性けい素鋼板においては、その表面
には絶縁コートを具備していることが一般的であ
り、また、鉄損、磁歪などの磁気特性をさらに良
好にするために、絶縁コートに張力性を付与した
り、あるいは張力コートと絶縁コートの２重コー
テイングを行つたりするが、この発明に従つて処
理された方向性けい素鋼板には、これらのいずれ
もが適用できる。 （実施例） 実施例 １ Ｃ：0.043％，Si：3.35％，Se：0.18％，Mo：
0.013およびSb：0.025％を含む組成になる熱延板
を、中間焼鈍を含む２回の冷間圧延により0.23mm
厚さの冷延板とした。ついでこの鋼板に、830℃
の湿水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施した後、
MgOとAl₂O₃を主成分とする焼鈍分離剤を塗布し
てから、コイル状に巻取り、850℃で50時間の２
次再結晶焼鈍及び1200℃で５時間の純化焼鈍を施
した。 その後、未反応の焼鈍分離剤を除去し、平坦化
焼鈍をしてコイルの巻きぐせを矯正し、供試材と
した。 かかる供試材の表面の酸化物被膜を酸洗により
除去し、ついで第１表に示す条件の塩化物水溶液
中での陽極電解と、それに引き続いて化学研磨ま
たは電解研磨とを行つた後、鉄損（W_17/50）を測
定した。本発明法に比較するために、電解研磨ま
たは化学研磨のみを行つた場合（条件No.９，10）
の鉄損も同時に測定した。測定結果を、第１表に
併記する。

【表】 (注) ＊ 片面溶解厚：処理前後の重量差から算出
＊＊ 電解前の鉄損：0.99W／Kg
同表から、本発明の方法はいずれも、良好な鉄
損低減効果を示していることがわかる。これに対
して電解研磨あるいは化学研磨のみを行つた比較
例は、鋼板の溶解厚が相対的に大きいにもかかわ
らず、鉄損の改善はわずかなものでしかなかつ
た。 実施例 ２ Ｃ：0.059％，Si：3.35％，Mn：0.077％，Al：
0.024S：0.023％，Cu：0.1％およびSn：0.015％
を含有する熱延板を、中間焼鈍を含む２回の冷間
圧延により、0.23mm厚の冷延板とした。ついでこ
の鋼板に840℃の湿水素中で脱炭・１次再結晶焼
鈍を施した後、Al₂O₃とMgOを主成分とした焼鈍
分離剤を塗布してから、コイル状に巻取り、850
℃から1050まで10℃／ｈで昇温して２次再結晶さ
せた後、1200℃の乾水素中で５時間の純化焼鈍を
施した。その後、未反応の焼鈍分離剤を除去し、
平坦化焼鈍を施して、コイルの巻きぐせを矯正
し、供試材とした。かかる供試材の表面の酸化物
被膜を酸洗により除去したのち、第２表に示す条
件の塩化物水溶液で陽極電解処理と、それに引き
続いて化学研磨または電解研磨とを行つた後、鉄
損（W_17/50）を測定した。本発明法に比較するた
めに、電解研磨または化学研磨のみを行つた場合
（条件No.21，22）の鉄損も同時に測定した。測定
結果を、第２表に併記する。

【表】 (注) ＊ 片面溶解厚：処理前後の重量差から算出
＊＊ 電解前の鉄損：0.98W／Kg
同表から明らかなように、本発明方法はいずれ
も良好な鉄損の低減効果を示し、これに対して電
解研磨または化学研磨のみを行つた比較例は鋼板
の溶解厚が相対的に大きいにもかかわらず、鉄損
の改善はわずかであつた。 （発明の効果） この発明の方法は仕上げ焼鈍後の方向性けい素
鋼板の鉄損低下を目的とした低コストの電解処理
方法としてきわめて有利であり、少ない溶解量で
も鉄損の改善幅が大きく従来は困難であつた工業
化の実現を容易にし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は表面状態と鉄損との関係を示すグラフ
である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板に、水溶
   性の塩化物を１種以上含む水溶性中で電解による
   磁気的平滑化処理を施し、ついで電解研磨または
   化学研磨を施すことを特徴とする低鉄損方向性け
   い素鋼板の製造方法。