JPH0615696B2 - 鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は変圧器その他の電気機器の鉄心として用いら
れる鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法に関するも
のである。

＜従来技術とその問題点＞ 従来から鉄損を減少させるためには、結晶方位を（１１
０）〔００１〕方位により高度にそろえること、Si含有
量を高めることにより鋼板の電気抵抗を増加させるこ
と、不純物を低減させること、２次再結晶粒を微細化す
ることなどが種々に試みられた。しかしながら、これら
の冶金学的な方法による鉄損の低減は近年の技術の向上
によりほぼ限界近くに達しており、鉄損の飛躍的な低減
を達成するためには冶金学的手段以外の手法を講ずる必
要がある。

このような方法として特公昭58-5968 号、特公昭57-225
2 号および特開昭57-188810 号各公報などには仕上焼鈍
済の方向性電磁鋼板の表面に微小歪を生じさせることに
よる鉄損特性改善方法が提案され、これらはそれぞれボ
ールペン状の小球によるスクラッチ、レーザーによるス
クラッチ、放電加工と手段は異なるが、いずれも仕上焼
鈍のあと、上記微小塑性歪を導入することにより磁区の
細分化をはかり、鉄損を減少させようとする基本構想を
同じくしている。

しかしながら、これらの方法には、その後高温での焼鈍
が行われたときに、その効果が消失して鉄損が劣化する
という欠点があり、高温での歪焼鈍を必要とする巻鉄心
用材料としては実用上の効果が得られないという問題が
ある。

ところで、上記問題を解決する方法として特開昭60-924
81号公報にはフォルステライト被膜の欠損領域を有する
方向性けい素鋼板の製造方法が開示されているが、張力
付与型コーティングを施した場合、フォルステライト被
膜の欠損領域のコーティングが剥離しやすく、本来の特
性が得られないという問題点があった。

＜発明の目的＞ したがって、本発明の目的はフォルステライト被膜の欠
損領域を有する方向性けい素鋼板において、鉄損の劣化
を防止するとともに、この被膜上に構成される張力付加
型コーティングが上記フォルステライト被膜の欠損領域
においても剥離しないようにする鉄損の低い一方向性電
磁鋼板の製造方法を提供しようとすることにある。

＜発明の構成＞ 本発明者らはこのような問題点を解決するため種々検討
を重ねた結果、一方向性電磁鋼板の表面被膜を構成する
フォルステライト被膜にこの被膜の欠損部すなわち地鉄
裸出部を形成し、さらにこの地鉄裸出部分表面を酸化す
ることにより、地鉄に微小歪を導入することが、磁区幅
細分化に一層有効に作用し、さらに張力付与型コーティ
ングが地鉄裸出部で剥離しないという新規知見にもとづ
き本発明を完成したものである。

すなわち、本発明は、Si 4.5以下を含むけい素鋼熱延板
を１回または中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延によ
り最終製品板厚となし、次いで脱炭焼鈍を施し、MgOを
主成分とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、コイル状
に巻取って最終仕上焼鈍を行い、張力付加型コーティン
グを施す一方向性電磁鋼板の製造方法において、最終仕
上焼鈍後の鋼板表面にフォルステライト被覆欠損領域を
存在せしめ、張力付与型コーティングを施す前に該フォ
ルステライト被膜欠損領域の地鉄表面を酸化せしめるこ
とを特徴とする鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法
を提供するものである。

次にこの発明に係る方向性けい素鋼板の製造方法につい
て詳細に説明する。

この発明の素材は、公知の製鋼方法、例えば転炉、電気
炉などによって製鋼し、さらに造塊−分塊法または連続
鋳造法などによってスラブ（鋼片）としたのち、熱間圧
延によって得られる熱延コイルを用いる。

この熱延板は、Siを 4.5重量％以下含有する組成である
必要がある。というのは、Siが 4.5％を超えると、製造
段階ならびに作用段階で加工性に問題を生じるからであ
る。その他の成分については方向性けい素鋼板の素材成
分であれば、いずれも適用可能である。

次に冷間圧延により、最終目標板圧とされるが冷間圧延
は、１回もしくは中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延により
行われる。このとき必要に応じて熱延板の均一化焼鈍
や、冷間圧延に替わる温間圧延を施すこともできる。

最終板厚とされた冷延板は、脱炭可能な程度の酸化性雰
囲気もしくはサブスケール形成可能な程度の弱酸性雰囲
気中で１次再結晶焼鈍が施される。

ついで、鋼板表面にMgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗
布したのち、２次再結晶焼鈍ついで高温鈍化焼鈍と続く
最終仕上焼鈍を行うことにより、フォルステライト被膜
を形成する。

この発明ではフォルステライト被膜の欠損領域を形成す
るのであるが、その手法としては特開昭60-92481号に開
示されているような以下にのべるような方法がある。

i)１次再結晶焼鈍後の鋼板表面への焼鈍ぶ利剤の塗布構
成において、該塗布に先立ち、鋼板表面に焼鈍分離剤と
の反応を阻害する物質を局所的に付着させる方法。この
方法において反応阻害物質としてはSiO₂、Al₂O₃、ZrO₂
などの酸化物や、Zn、Al、Sn、Ni、Feなどの金属が適合
する。なお、これらの反応阻害物質の鋼板への付着手段
としては、塗布、吹付け、めっき、印刷および静電塗装
などがいずれも利用できる。

なお焼鈍分離剤を鋼板へ付着させる手段としては、ロー
ルやハケによる塗布、吹付け、静電塗装が公知である
が、いずれを採用してもよい。

ii)１次再結晶焼鈍後の鋼板表面への焼鈍分離剤の塗布
工程において、該塗布に先立ち鋼板表面に焼鈍分離剤ス
ラリー（水と焼鈍分離剤との懸濁液）に対する撥水性物
質を局所的に付着させる方法。

かかる撥水性物質としては、油性ペイントやワニスなど
のが有利に適合し、鋼板表面と焼鈍分離剤との接触を妨
げて、フォルステライト生成反応を遅滞させて欠損領域
を形成させるわけである。なおこれらの撥水物質の鋼板
への付着手段としては、前記した反応阻害物質と同様、
塗布、吹付け印刷および性電塗装などが利用できる。

iii）１次再結晶焼鈍後の鋼板表面への焼鈍分離剤の塗
布工程において、その塗布に先立ち、鋼板表面に鋼中の
Siの酸化剤となるような物質を局所的に付着させる方
法。

これらの物質はその後の最終仕上焼鈍において高温で鋼
中のＳｉを酸化させ、鋼板表装サブスケール中のSiO₂粒
子の量を増加させることによって、最終仕上焼鈍後のフ
ォルステライト被膜の厚みを増加させるので、鋼板表面
に局所的に過厚被膜を形成させることができる。かかる
酸化剤としては、FeO、Fe₂O₃、TiO₂などの酸化物、Fe₂S
iO₄などの還元され易い珪酸塩、Mg(OH)₂などの水酸化物
などが有利に適合する。

被膜の厚みが大きくなると鋼板への接着力を失い、その
結果被膜がはく落し易くなって被膜欠損領域が容易に形
成される。

iv)２次再結晶後の鋼板表面に被成したフォルステライ
ト被膜を、地鉄鋼板表層に組成歪を加えないようにして
除去することにより欠損領域を形成する方法。

かような方法としては、前述したように化学研磨や電解
研磨の他、回転する円盤状の砥石による除去、軽圧力に
よる鉄針での除去さらには出力を適切に調整したレーザ
ービームなどの光学的除去などの方法がある。とくに光
学的除去法としてレーザービームを利用する場合は、１
つの光源から複数本のビームを取出したり、また適当な
マスキングの存在の下に全面照射を行なうことによっ
て、１回の操作で効率よく複数本の欠損領域を形成させ
ることができる利点がある。

上述したような欠損領域の形成方法において、とくに注
意するべきことは、かかる処理の再に地鉄鋼板中に組成
歪域を形成させないようにすることである。というのは
組成歪を導入した場合には、後述するように歪取り焼鈍
のあとの鋼板の特性が著しく劣化するからである。

さらにこの発明では上記のような欠損領域を局所的にそ
なえるフォルステライト被膜を有する方向性けい素鋼板
に、被膜形成後に例えば 9.8×１０^−６１／℃以下の熱
膨張係数を呈する張力付与型絶縁コーティングを被性す
ることによってフォルステライト被膜の欠損領域形成効
果とコーティング膜による張力付与効果とが相乗した極
めて低い鉄損値の方向性けい素鋼板を製造することがで
きる。張力付与型絶縁コーティング剤は特開昭60-92481
号に開示されているものを用いることができる。

また別の方法としては、均一なフォルステライト被膜を
有する方向性けい素鋼板に、 9.8×１０^−１／℃以下の
熱膨張係数を有する張力付加型コーティング膜を被性し
たのち、鋼板の地鉄表層部に塑性歪を与えないようにし
て、局所的に上塗りコーティングとフォルステライト被
膜とを除去することにより、フォルステライト被膜の欠
損領域を形成し、ついでコーティング欠損部の修復を導
く６００〜９００℃の温度範囲での焼鈍を施す方法があ
る。

コーティングの種類としては、鋼板とコーティング膜と
の熱膨張係数の差によって表面張力を付与するのである
から、ある程度該係数に差があるものでなければならな
いが、この点9.8×１０^−６１／℃以下の膨張係数を有
するものであれば、フォルステライト被膜の異厚効果と
コーティング表面張力付与効果との相乗効果により満足
のいく低鉄損地が得られることが確かめられている。

ところでフォルステライト被膜における鉄損領域の形状
は、連続的な凹部線状をなすものがとりわけ有効である
が、その他被連続すなわち点の列で置き変えることもで
きる。しかしながらかかる被連続の凹部線状の場合は、
点と点との間隔が 0.5mm以上離れてい効果が小さくな
る。またかような線状欠損領域幅としては、0.05〜0.2m
m程度が時に効果が大きい。

線状凹凸領域の向きは圧延方向に対して６０〜９０゜の
角度範囲が特に好ましい。圧延方向に平行な方向の効果
がなく、圧延方向と直角方向で最大の効果が得られる。
こうした鋼板圧延方向に対する角度は特に重要で、欠損
領域の幅が広すぎる場合や、孤立した点の場合に鉄損低
減効果が弱まるのは、その方向性が不明瞭になるためと
思われる。

こうした連続または非連続の線状凹部領域は圧延方向に
対して異なる形状、幅、角度のものも含めて繰返し存在
することが好ましく、この時の領域と領域との間隔は
1.0〜３０mmの範囲がとりわけ有効である。

またフォルステライト被膜の欠損領域は鋼板の両面に存
在しても片面のみに存在していてもその効果にほとんど
変りはない。

ところで、上述したようにして欠損領域のあるフォルス
テライト被膜上に張力付与型コーティングを形成する
と、フォルステライト被膜の欠損領域すなわち地鉄裸出
部において張力付与型コーティングが剥離するという問
題があるのは前述の通りである。

そこで、本発明においては、張力付加型コーティングを
施す前に鋼板を酸化性雰囲気中で焼鈍し、フォルステラ
イト被膜、欠損領域の地鉄裸出部分を酸化させる。

このようにしてフォルステライト被膜の存在部と、酸化
膜の存在部とで地鉄に作用する張力分布が異なり、磁区
の細分化効果を発揮するのである。

このような磁区細分効果は、鋼板の地鉄表層部に塑性歪
領域やレーザー照射痕とのような高転位密度領域を存在
させる従来の場合と異なり、人為的な塑性歪領域がみら
れないので、通常８００℃前後で１分間から数時間にわ
たって施される歪取焼鈍を施しても、鉄損の劣化ほとん
どないという特筆すべき利点がある。

さらに、短にフォルステライト被膜の欠損処理のみでは
引続き行われる張力付加コーティングを施した時にフォ
ルステライト被膜の欠損部分のコーティング剥落しやす
いという欠点があるが、この発明に従って、地鉄裸出部
分の酸化処理を施すとフォルステライト被膜欠損部分の
密着性が向上するという利点も得られる。

＜実施例＞ 次に、本発明を実施例につき具体的に説明する。

（実施例１） Ｃ：0.040％、Si：3.25％、Mn：0.07％、インヒビター
としてSe：0.018％、Sb：0.023％を含む一方向性電磁鋼
熱延板を中間焼鈍をはさむ２回の冷間圧延にて0.23mmの
冷延鋼板とした。次いで脱炭１次再結晶焼鈍を施し、Mg
Oを主成分とする焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、圧延
方向と直角に幅0.5mm、圧延方向との間隔５mmの線状にM
gOを除去した。

ついでコイル状に巻取って最終仕上焼鈍を施した。得ら
れたコイルには線状のフォルステライト被膜欠損領域が
生成した。

１部の素材はH₂６０％、残部N₂、Ｄｐ（露点）５０℃の
雰囲気中で８００℃×２分間の焼鈍を行い、フォルステ
ライト被膜欠損部の地鉄裸出部分を酸化した。

酸化量は酸素量に換算して0.3g/m²であった。

次いで張力付与型コーティングを施した。その組成は、
コロイダルシリカ−りん酸マグネシウム−無水クロム酸
であった。

他の１部の素材は酸化焼鈍せずに張力付与型コーティン
グを施して比較材とした。

得られた製品の磁気特性を表１に示した。

（実施例２） 実施例１と同様の0.23mm冷延鋼板を脱炭１次再結晶焼鈍
を施し、MgOを主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、
コイル状に巻取って最終仕上焼鈍を施した。

得られたフォルステライト被膜上にレーザービームを照
射して、圧延方向の直角に幅0.3mm、圧延方向の間隔４m
mの線状フォルステライト被膜欠損部を得た。

１部の素材はH₂５５％（残部N₂）、Ｄｐ４５℃の酸化性
雰囲気で８００℃×２分間の焼鈍を行い、フォルステラ
イト被膜欠損部の地鉄裸出部を酸化した。酸化量は酸素
量に換算して0.4g/m²あった。

次いで張力付与型コーティングを施して製品を得た。

他の１部の素材は酸化焼鈍せずに張力付与型コーティン
グを施した。その組成は、コロイダルシリカ−りん酸マ
グネシウム−無水クロム酸であった。

得られた製品の磁気特性を表２に示した。

＜発明の効果＞ 以上のように、この発明に従えば、張力付与型コーティ
ングがフォルステライト被膜欠損部においても剥離がな
く、一方向性電磁鋼板の鉄損特性の改善をはかることが
でき、しかも高温で歪焼鈍を行っても鉄損特性の劣化も
なく、したがって巻鉄心用材材料として使用できるとい
う大きなメリットがある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西池 氏裕 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Si 4.5以下を含むけい素鋼熱延板を１回ま
   たは中間焼鈍をはさむ２回以上の冷間圧延により最終製
   品板厚となし、次いで脱炭焼鈍を施し、MgOを主成分と
   する焼鈍分離剤を塗布・乾燥した後、コイル状に巻取っ
   て最終仕上焼鈍を行い、張力付加型コーティングを施す
   一方向性電磁鋼板の製造方法において、最終仕上焼鈍後
   の鋼板表面にフォルステライト被覆欠損領域を存在せし
   め、張力付与型コーティングを施す前に該フォルステラ
   イト被膜欠損領域の地鉄表面を酸化せしめることを特徴
   とする鉄損の低い一方向性電磁鋼板の製造方法。