JPH06220541A

JPH06220541A - 磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板およびその製造法

Info

Publication number: JPH06220541A
Application number: JP1205293A
Authority: JP
Inventors: Katsuro Kuroki; 克郎黒木; Hiroaki Masui; 浩昭増井; Osamu Tanaka; 収田中; Isao Iwanaga; 功岩永
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 1994-08-09

Abstract

(57)【要約】【目的】一次被膜の良好な高磁束密度低鉄損の方向性
珪素鋼板およびその製造法を提供する。【構成】Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０３〜０．１５％
を含み、鋼板表面に最大部の深さの平均が２〜５０μｍ
の溝を、鋼板の圧延の長手方向から、４５〜９０度の方
向に有し、平均二次再結晶断面粒径Ｄ（ｍｍ）の２０％
以下の断面粒径を有する微細結晶粒を総面積比率で１５
％以下を有し、かつ溝ピッチＰ₀（ｍｍ）に対してＰ₀
／Ｄが０．０２〜２であり、かつフォルステライトを主
成分とする一次被膜の平均の厚みが０．３μｍ以下であ
ることを特徴とする磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性
珪素鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気特性に優れた高磁束
密度方向性珪素鋼板およびその製造法に関するものであ
る。トランス用等の磁気特性に優れた１〜７％のＳｉを
含んだ方向性珪素鋼板を製造するに際して、絶縁特性の
確保と鋼板表面に張力を与えトランスの性能向上に必要
な磁気特性を向上させ、かつ鋼板との密着性が良好な一
次被膜を形成させることは従来技術においては方向性珪
素鋼板の一つの重要な課題であった。すなわち、通常の
技術では脱炭を伴う一次焼鈍後に鋼板にマグネシアと呼
ばれる酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の微粉末を水溶させ
たスラリー状のものを塗り、必要に応じて乾燥した後、
二次再結晶焼鈍工程で焼成し、鋼板中のＳｉＯ₂やＳｉ
との反応でフォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）と呼ば
れるセラミックス質状の絶縁性の一次被膜を形成させ
る。これが鋼板に張力を与え、磁気特性、とりわけ鉄損
と呼ばれるトランスの効率を支配する特性値を向上させ
るのに有効である。しかも、このフォルステライト形成
の状態が、二次再結晶で鋼板の結晶方位を通称ＧＯＳＳ
方位と呼ばれ、透磁率や磁束密度の向上に不可欠な鋼板
長手方向（圧延方向）に対して｛１１０｝＜００１＞の
結晶方位を有するやや粗大な二次再結晶粒を成長させる
のにも重要な役割を果たしていることもよく知られてい
る。逆に、二次再結晶焼鈍昇温過程中に十分緻密な被膜
が形成されないまま二次再結晶させようとしても鋼板内
のインヒビターと呼ばれる微細な窒化物や硫化物等がそ
のままの状態で、あるいは分解して早く鋼板外に抜けで
てしまう。このため、昇温中にＧＯＳＳ方位粒を優先的
に成長させ、他の方位粒の成長を抑制させる役目のイン
ヒビター効果が発揮できず、通称、細粒と呼ばれ、ＧＯ
ＳＳ方位粒の二次再結晶粒の成長が部分的あるいは全面
的に行われない、極めて磁気特性の劣る鋼板を生み出す
ことになる。なお、このＭｇＯの中に酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ₂等）やその他の化合物を添加させ、さらに緻密な一
次被膜を形成させることも行われる。

【０００２】しかるに、近年アモルファスの登場に見ら
れるように、エネルギー節減のためトランスのエネルギ
ー変換効率に影響の大きい方向性珪素鋼板の鉄損低減へ
の要求は大きく、上記の従来技術の延長ではこの要望に
応えることは困難となってきた。従来技術においては上
記の方法以外にも二次再結晶後のいわゆる製品鋼板表面
に機械的あるいはレーザー等のエネルギー照射的な方法
で溝あるいはなんらかの損傷を意図的に与え、磁区細分
化を行い、鉄損を向上せしめる方法が行われている。し
かしながら、この方法をもってしてもまだアモルファス
に対抗できるような低鉄損は実現困難であった。一方、
フォルステライトを主成分とする一次被膜は硬質な固形
物質なるがゆえに製品のせん断等の加工性に難点があ
り、工具寿命の低下をもたらしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点に鑑み、以下のような骨子に示される技術的知見か
ら一次被膜とよばれるフォルステライトを主成分とする
固形物質の形成を極力抑え、かつ極めて低鉄損の方向性
珪素鋼板を得るべく新たな製品開発技術を提供すること
を目的とする。

【０００４】以下にその内容を説明する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。（１）Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０４５％超〜０．２
０％を含む鋼を溶製し、熱間圧延、冷間圧延、一次再結
晶焼鈍および二次再結晶焼鈍を基本工程とする方向性珪
素鋼板の製造において、一次再結晶焼鈍後の鋼板表面に
最大部の深さの平均が２〜５０μｍの溝を鋼板の長手方
向から４５度〜９０度の方向に間隔を開けて付与し、次
いで鋼板表面に塩化物および硫化物の少なくとも１種類
以上を含むＭｇＯ主体の物質を塗布した後、二次再結晶
焼鈍を行うことを特徴とする磁気鉄損の優れた高磁束密
度方向性珪素鋼板の製造法。

【０００６】（２）Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０４５
％超〜０．２０％、Ｓｎ：０．０２〜０．２０％を含む
鋼を溶製し、熱間圧延、冷間圧延、一次再結晶焼鈍およ
び二次再結晶焼鈍を基本工程とする方向性珪素鋼板の製
造において、一次再結晶焼鈍後の鋼板表面に最大部の深
さの平均が２〜５０μｍの溝を機械的、化学的、光学
的、熱的、電気的その他のエネルギー照射的な方法で規
則的な配列で付与し、次いで鋼板表面に塩化物および硫
化物の少なくとも１種類以上を含むＭｇＯ主体の物質を
塗布した後、二次再結晶焼鈍を行うことを特徴とする磁
気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。

【０００７】（３）一次再結晶焼鈍後に付与する溝の
間隔（ピッチ）を２〜２０ｍｍの間とすることを特徴と
する前項１または２記載の磁気鉄損の優れた高磁束密度
方向性珪素鋼板の製造法。（４）一次再結晶焼鈍時または後に窒化を行うことを
特徴とする前項１〜３のいずれか１項に記載の磁気鉄損
の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。

【０００８】（５）塩化物として塩化カルシウム、硫
化物として硫化カリウムを添加することを特徴とする前
項１〜４のいずれか１項に記載の磁気鉄損の優れた高磁
束密度方向性珪素鋼板の製造法。（６）二次再結晶焼鈍時の昇温速度を毎時３０℃以
下、また雰囲気ガス中の窒素分圧を３０％以上とするこ
とを特徴とする前項１〜５のいずれか１項に記載の磁気
鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。

【０００９】（７）Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０３〜
０．１５％を含み、鋼板表面に最大部の深さの平均が２
〜５０μｍの溝を、鋼板の圧延の長手方向から、４５〜
９０度の方向に有し、平均二次再結晶断面粒径Ｄ（ｍ
ｍ）の２０％以下の断面粒径を有する微細結晶粒を総面
積比率で１５％以下を有し、かつ溝ピッチＰ₀（ｍｍ）
に対してＰ₀／Ｄが０．０２〜２であり、かつフォルス
テライトを主成分とする一次被膜の平均の厚みが０．３
μｍ以下であることを特徴とする磁気鉄損の優れた高磁
束密度方向性珪素鋼板。

【００１０】（８）Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０３〜
０．１５％、Ｓｎ：０．０２〜０．２％を含み、鋼板表
面に最大部の深さの平均が２〜５０μｍの溝を、鋼板の
圧延の長手方向から、４５〜９０度の方向に有し、平均
二次再結晶断面粒径Ｄ（ｍｍ）の２０％以下の断面粒径
を有する微細結晶粒を総面積比率で１５％以下を有し、
かつ溝ピッチＰ₀（ｍｍ）に対してＰ₀／Ｄが０．０２
〜２であり、かつフォルステライトを主成分とする一次
被膜の平均の厚みが０．３μｍ以下であることを特徴と
する磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板。

【００１１】（９）溝底部の一部にフォルステライト
を主成分とする固形物質を有することを特徴とする前項
７または８記載の磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪
素鋼板。以下に本発明を詳細に説明する。方向性珪素鋼
板の二次再結晶はＧＯＳＳ方位と呼ばれる｛１１０｝＜
００１＞方位の粒を二次再結晶焼鈍（仕上焼鈍とも呼ば
れる）時に十分成長させることが肝要である。これは一
次再結晶焼鈍（以下、一次焼鈍と呼ぶ）の中のある特定
粒のみを粗大再結晶させるもので、この時にインヒビタ
ー（Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ）と呼ばれるＡｌＮ等の微細析
出物を仕上焼鈍前に十分作っておくことが技術上必要で
あることがよく知られている。そして、このために必要
な窒素を鋼溶製時または一次焼鈍後または他の工程中に
添加することが行われる。本発明の目的からはむしろ一
次焼鈍後に窒素を添加する方法が最適な窒素の添加法で
あることもわかった。もし、一次焼鈍中または直後に窒
素添加する場合は、通常、窒化反応を行う設備を脱炭反
応も行われる一次焼鈍設備の一部に内設するかあるいは
同一次焼鈍設備に近接して設置し、一次焼鈍後またはそ
れと平行させて窒化反応させる方法も有効である。鋼溶
製時に十分低炭化した鋼では脱炭機能よりも一次焼鈍後
の表面層の酸化物層を変えて、被膜反応に有利な形にす
ることがむしろ重要な役割となる。

【００１２】本発明はＳｉ：１〜７％を含む鋼を溶製
し、熱間圧延、冷間圧延、一次再結晶焼鈍および二次再
結晶焼鈍を基本工程とする方向性珪素鋼板の製造におい
て、一次再結晶焼鈍後の鋼板表面に最大部の深さの平均
が２〜５０μｍの溝を、機械的、化学的、光学的、熱
的、電気的その他のエネルギー照射的な方法で規則的な
配列で付与し、その後に鋼板表面に塩化物および硫化物
の少なくとも１種類以上を含む物質を鋼板表面に塗布
し、その後に二次再結晶焼鈍を行うことからなる、二次
再結晶焼鈍時に生成されるフォルステライトを主成分と
する一次被膜の平均の厚みが０．３μｍ以下の極めて鉄
損の優れた方向性珪素鋼板の製造法であり、かくして著
しく鉄損の優れた製品を得ることができる。これはこの
溝によって製品の磁区細分化をより細かくすることが可
能で、これが鉄損低減に寄与するからである。

【００１３】この溝の付与の仕方は溝付きロール、溝付
きまたは刃型プレス等の機械的方法、レーザー、プラズ
マ等のエネルギー照射的な方法、水、油等を高圧で吹き
付ける方法、酸等による化学的腐食、電気的腐食による
方法、あるいはそれらを組み合わせた方法等、基本的に
手段はどれでもよく、要は上記の溝の要件を満たしてい
れば効果が認められる。しかし、これだけでは本発明の
狙いとする低鉄損は得られない。

【００１４】本発明で最も重要な技術的な要件は鋼板表
面のフォルステライトを主成分とする一次被膜の平均厚
みと溝との組み合わせである。この厚みが０．３μｍ以
下の時、溝との組み合わせで著しく磁気特性が向上する
ことがわかった。この理由は必ずしもわかっていない
が、この一次被膜は厚いと鋼板の磁束の流れを妨げ、と
りわけ被膜に凹凸が多い場合や、フォルステライト直下
にスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃）等の酸化物が多い場
合はその傾向が大きいことは容易に想像できる。したが
って表面の一次被膜を極力減らし薄くするか、あるいは
完全になくしてしまい、そのかわりに、規則的な溝を形
成させれば磁束は規則的に円滑に流れる。この結果、鉄
損も十分に低減できることになる。当然ながら溝の深さ
とピッチには制約がつくことになる。

【００１５】本発明での重要な点はさらに次の点にあ
る。従来技術において、いわゆる一次被膜を形成した後
のいわば製品に近いものに溝をつけて磁区細分化する方
法が行われている。これは同じく従来技術にある、中間
工程で溝をつけた方法よりも磁区制御効果が大きく出易
いためである。しかしながら、本発明で明らかになった
ことは、一次被膜厚みが極端に少ないか、あるいは一次
被膜がない場合はコスト的にも安価な一次再結晶焼鈍中
またはその前後に溝をつける方法でも十分な磁区細分化
効果が発揮されるという事実を見出した点である。

【００１６】表１の化学成分（但しＲ１は一次再結晶焼
鈍後に窒化し、Ｎは０．００７７％となった）を有する
方向性珪素鋼板を熱延、熱延焼鈍後０．２３ｍｍに冷間
圧延し、一次再結晶焼鈍直後の鋼板にロールで深さ１５
μｍ、ピッチ５ｍｍの溝をつけて、冷却後、この鋼板に
ＭｇＯパウダーに添加物を種々変えて仕上焼鈍を行い、
一次被膜の平均厚みを変えて、さらに張力を有する絶縁
コーティングを塗布したサンプルの鉄損を調べたのが図
１である。これをみても明らかなように一次被膜の厚み
が小さくなるほど鉄損の低減（向上）が見られ、とりわ
け０．３μｍ以下でそれが顕著であることがわかる。こ
れは、溝を一次再結晶焼鈍直後という中間工程でつける
ため、溝の中に後工程でフォルステライト等が詰まって
磁区制御効果が劣化しても鋼板表面の一次被膜の平均厚
みが少ないか、一次被膜がない場合は十分磁区細分化さ
れることを示している。

【００１７】

【表１】

【００１８】さらに本発明で重要な点は一次再結晶焼鈍
後に鋼板に溝をつけるという点である。表２の化学成分
（Ｎは一次再結晶焼鈍後に窒化した値）の鋼の一次再結
晶焼鈍後の鋼板（板厚０．２３ｍｍ）を常温（２５℃）
でロール法で（イ）溝深さ２０μｍ、溝ピッチＰ₀が３
ｍｍの溝、（ロ）溝深さ４０μｍ、溝ピッチＰ₀が３０
ｍｍの溝をつけたが、二次再結晶の焼鈍条件が（１）昇
温速度が毎時５０℃、雰囲気ガスの窒素分圧が１０％の
場合、（２）昇温速度が毎時２０℃、雰囲気ガスの窒素
分圧が４０％の場合、のそれぞれについてパウダーを本
発明の塩化物を使用し、二次再結晶させた結果は以下の
ようであった。

【００１９】まずフォルステライトの厚みは０．１μｍ
以下であった。はっきり云えることは、（１）、（２）
の場合とも溝の周辺に微細結晶粒が発生するが、平均二
次再結晶粒径の２０％以下の粒径を有する微細結晶粒の
総面積比率およびＰ₀／Ｄの値は（１）（イ）で１６％
および０．６、（１）（ロ）で２０％および６．０、
（２）（イ）で３％および０．０８、（２）（ロ）で１
２％および０．８であった。そして、このときの製品の
鉄損Ｗ_17/50（ワット／ｋｇ）はそれぞれ、（１）
（イ）では０．９５、（１）（ロ）では１．０６、
（２）（イ）では０．７５、（２）（ロ）では０．７４
であった。

【００２０】

【表２】

【００２１】すなわち本発明の骨子をなす平均二次再結
晶粒径の２０％以下の粒径を有する微細結晶粒の総面積
比率が１５％超のとき、あるいはＰ₀／Ｄの値が０．０
２未満であるか、あるいは２を超えるとき、のいずれか
一方または両方を満たす場合は鉄損は著しく劣化すると
いえる。これに対し、平均二次再結晶粒径の２０％以下
の粒径を有する微細結晶粒の総面積比率が１５％以下の
とき、およびＰ₀／Ｄの値が０．０２〜２の両方を満た
すときは鉄損は著しく良好である。

【００２２】この理由は以下のように考えられる。上記
の定義の微細結晶粒は二次再結晶粒の中においては方位
もいわゆるＧＯＳＳ方位とずれていることが多く、鉄損
に寄与しないばかりか、むしろこれを劣化させ、いわゆ
る磁区制御のための溝の周辺に出現することが多く、従
って歪の不均一性によりＧＯＳＳ方位の二次再結晶粒の
生成に好ましい一次再結晶集合組織になっていないため
と考えられ、平均二次再結晶粒径の２０％以下の粒径を
有する微細結晶粒の総面積比率が１５％以下が好ましい
ことは理解される。図２に二次再結晶焼鈍後の代表的な
溝周辺に発生した微細結晶粒の例を示す。

【００２３】ところで、従来技術では仮に上記の定義の
微細結晶粒を１５％以下にしても磁性の劣化は大きいも
のがあり、工程的に簡素化されるという利点はあるもの
の実用に耐えられない方法と考えられていた。本発明に
おける新たな知見は、このような微細結晶粒がある場合
でも二次再結晶の平均粒径（断面粒径）Ｄと溝のピッチ
Ｐ₀との関係がある範囲内であり、かつ一次被膜の厚み
に制約を加えることで実用に耐える十分な磁性が得られ
るということである。すなわち、溝の間隔（ピッチ）を
２〜２０ｍｍの間の任意の値とし、溝ピッチ（Ｐ₀（ｍ
ｍ））の間に平均二次再結晶粒径（断面粒径、Ｄ（ｍ
ｍ））の２０％以下の粒径（断面粒径）を有する微細結
晶粒が総面積比率で１５％以下を有し、かつＰ₀／Ｄが
０．０２〜２となり、かつフォルステライトを主成分と
する一次被膜の平均の厚みが０．３μｍ以下を満たすと
きは十分な鉄損を示していることを確かめた。

【００２４】この理由は必ずしも明らかではないが以下
のように考えている。磁区制御材の１８０°磁区の細分
化機構を考えると溝ピッチ間で１８０°磁区はそれぞれ
仕切られていて一つの磁区群としてヒステリシスの変化
を磁区移動で行うことが知られている。もちろんこのた
めには溝の周囲には９０°磁区が発生し、これが結果的
にこの１８０°磁区の細分化をもたらすことになるが、
二次再結晶粒径が溝ピッチに対して十分大きいときは、
その一個または数個の粒内での方位性は十分高く保たれ
るので、仮に溝の周囲に微細結晶粒が発生してもそれが
総面積比率で１５％以下であれば全体として十分な磁化
特性は得られ、ひいては鉄損を十分低く保持することが
できる。すなわち、本発明に従い、Ｐ₀／Ｄ≦２のとき
に十分良好な鉄損値が得られることがわかった。ここで
Ｐ₀／Ｄが１以下でなく２以下という点が本発明の重要
な知見である。本発明ではフォルステライト被膜を０．
３μｍ以下にしており、磁区の移動が容易であり、この
点がＰ₀／Ｄの上限を広げていると考えられる。

【００２５】ところで、Ｐ₀／Ｄは小さければよいとい
っても限度がある。それは溝ピッチ内の１８０°磁区
は、もとより溝近傍にできる９０°磁区が起点となって
発生するので、この９０°磁区を十分確保するのに必要
な最低の溝ピッチ間隔というものがあり、とりわけ本発
明における如く、溝の周辺に１５％以下の微細結晶粒を
有することを要件とする場合には、さらにＰ₀の下限に
制約がつくことになる。さらに、優れた鉄損を得るため
にはＰ₀の下限はＤが大きいほど高くなる傾向があり、
結果的にＰ₀／Ｄに下限をもつことになる。

【００２６】この理由は次のように考えられる。すなわ
ち、一次再結晶焼鈍後の鋼板に溝をつけてから二次再結
晶焼鈍をするため、この溝の抵抗に打ち勝って、つまり
いくつかの溝を乗り超えてさらに十分な方位の二次再結
晶粒が成長するには限度があり、Ｐ₀に対してあまりに
Ｄが大き過ぎるときは方位性のやや劣る二次再結晶粒と
なり、本発明の狙いとする鉄損の優れた製品が得られに
くいことがわかった。つまりＰ₀／Ｄに下限があること
が明らかとなった。とりわけ溝の周囲に微細結晶粒が１
５％以下存在するように規定される本発明ではこの傾向
があるが、本発明に従いＰ₀／Ｄ≧０．０２を満たすと
きに十分鉄損の優れた製品が得られることが明らかとな
った。

【００２７】次に、二次再結晶を行う際に、出発材にＡ
ｌを添加している場合はインヒビターとしてＡｌＮやＳ
ｉ₃Ｎ₄を主体に使うが、ここで本発明の方法の一つと
して一次焼鈍中か後に鋼板を窒化する方法の方がより本
発明の目的達成に好ましいことがわかった。これは以下
の理由による。鋼溶製時に窒素を多く添加する場合と異
なり、後で鋼板を窒化する方がＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ₄の最
適量を制御しやすく、二次再結晶焼鈍時に、本発明のよ
うにフォルステライト等の一次被膜が薄くなるかあるい
は消失しても雰囲気中の窒素分圧（Ｐ_N2）を調節するこ
とで最適窒素量を確保しやすいからである。

【００２８】次に、仕上焼鈍時の一次被膜を極力少なく
するか、あるいは一次被膜をなくするために、本発明で
は一次焼鈍後の鋼板表面に塩化物、硫化物を通常のマグ
ネシア（ＭｇＯ）パウダーに混ぜて添加することが有効
であることがわかった。この中でもとりわけ塩化カルシ
ウム（ＣａＣｌ₂）、硫化カリウム（Ｋ₂Ｓ）は有効で
ある。なお、通常法でもＭｇＯ以外にＴｉＯ₂やアンチ
モン系の化合物（Ｓｂ ₂（ＳＯ₄）₃）やボロン系の化
合物（Ｎａ₂（ＢＯ₄）₃）、ストロンチウム・バリウ
ム系化合物、炭・窒化物系化合物等を添加して反応を容
易にすることが行われるが、本発明でもこれらの添加物
の効果は発揮されるので、これらを添加しても本発明の
本質を変えるものではない。

【００２９】表３にＰの量のみを変えた鋼の一次再結晶
後のＸ線による結晶方位の｛１１１｝の面指数強度を示
す。これを一次再結晶後窒化し、二次再結晶させた鋼板
の磁束密度を同表に示す。明らかに、Ｐの量と共にこれ
らの値は変化していることがわかる。一方、Ｐと共存し
てＳｎが添加されると０．０６％Ｐ−３％Ｓｉ鋼の例の
図３のように鉄損までも低減され好ましい。これはＳｎ
による製品の細粒化効果と考えられる。

【００３０】

【表３】

【００３１】次に、本発明が適用される珪素鋼板の製造
法についで述べる。前述のように本発明の適用が可能な
珪素鋼板はＳｉ以外に必要に応じてＡｌを含有し、Ｓｉ
₃Ｎ₄あるいはＡｌＮ、および鋼中のＳが多いばあいは
ＭｎＳを主要インヒビターとする鋼に限定される。もち
ろんＳｉ、Ａｌ、Ｐ、Ｓｎ以外に、Ｓｅ、Ｓｂ、Ｃｕ、
Ｂ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ等の他の添加元素を付
加的に添加させ、磁気特性の向上を図ることは本発明の
基本を変えるものではない。

【００３２】ＡｌＮあるいはＳｉ₃Ｎ₄、ＭｎＳをイン
ヒビターとする珪素鋼板は公知であり、そのいずれの場
合においても本発明を適用することが可能である。しか
しながら、本発明の特徴をより一層発揮させるにはとり
わけ以下に示す製造法が最適である。すなわち、Ｓｉを
１〜７％含み、必要に応じＡｌを鋼溶製時に０．１％以
下添加してなる鋼を出発材とし、方向性珪素鋼板製造工
程における冷延後の一次焼鈍中の脱炭焼鈍中または後、
あるいは仕上焼鈍（二次再結晶焼鈍）の二次再結晶開始
の１０００℃前後までの任意の工程において鋼板に直接
窒化反応を介してＮを強制的に添加せしめて、二次再結
晶焼鈍前にＮを３０〜６００ｐｐｍに含ませることから
なる製造法を用いる。

【００３３】Ｓｉは本発明においては上記のようにフォ
ルステライト形成のために最低１％は必要である。一
方、７％を超えると加工性が極端に劣化し、工業生産に
適さない。ＡｌはＡｌＮインヒビター形成に有効であ
る。しかし０．１％を超えるとＡｌ ₂Ｏ₃生成量が多く
なり健全な鋼の清浄度を損ない、ひいては磁気特性に悪
影響をもたらす。

【００３４】ＮはＳｉ₃Ｎ₄インヒビターを形成するの
に不可欠であり、本発明においては一次焼鈍後、つまり
仕上焼鈍前、厳密には仕上焼鈍の二次再結晶開始前の１
０００℃前後で最低３０ｐｐｍは必要である。一方、Ａ
ｌを意図的に使う場合にはＡｌＮの量確保の点で６０ｐ
ｐｍ以上は必要である。ただし、６００ｐｐｍを超える
とＡｌやＳｉを食いすぎて好ましくない。

【００３５】Ｓはこれを積極的に利用する場合は鋼溶製
時に最低０．０１％はＭｎＳをインヒビターとして有効
に使うのに必要である。一方、０．０５％超では凝集し
て好ましくはない。Ｐは本発明では重要である。鋼溶製
時に０．０４５％以下では磁束密度を高くする効果は薄
く、一方０．２０％超では脆性が大きくなり、冷間圧延
が困難である。

【００３６】なお、製品中のＰの量は本発明では重要で
ある。Ｐは鉄に固溶し、また、一部析出して存在する
が、製品中の鉄損低減に極めて有効であり、最低０．０
３％存在しないとその効果は発揮できない。一方、０．
１５％超も存在すると製品の脆化をもたらし、例えば製
品の加工性、打抜き性を損ない、使用に耐えない。この
他の元素は本発明では従来の鋼に較べて特に特徴的では
ないが以下に制約することが好ましい。

【００３７】Ｃは鋼溶製中に十分低くするかまたは一次
焼鈍の脱炭焼鈍時に十分低くする必要があり、二次再結
晶焼鈍開始時には０．０３％以下とすることが好まし
い。Ｍｎは０．５％以下ならばＳと反応してＭｎＳイン
ヒビターを形成する。０．１５％以下だとさらに磁束密
度の向上に好ましい。Ｏは鋼溶製後に０．０５％以下で
あればＡｌ₂Ｏ₃を多量に作りすぎず清浄度的に好まし
い。

【００３８】Ｓｎは本発明ではＰと共存する場合に特に
鉄損を下げて有効である。その場合、０．０２％未満で
は鉄損低減の効果はなく、一方０．２０％超では窒化が
十分できず、インヒビターが弱くなり、一また一次被膜
も十分できず特性は劣化する。次に化学成分以外の本発
明の製造法について述べる。

【００３９】鋼を転炉または電気炉等で出鋼し、必要に
応じて精錬工程を加えて成分調整を行った溶鋼を連続鋳
造法、造塊分塊圧延法、あるいは熱延工程省略のための
薄スラブ連続鋳造法等により、厚さ３０〜４００ｍｍ
（薄スラブ連続鋳造法では５０ｍｍ以下）のスラブとす
る。ここで厚さ３０ｍｍは生産性の下限であり、４００
ｍｍは中心偏析でＡｌ₂Ｏ₃等の分布が異常になること
を防ぐための上限である。また薄スラブ連続鋳造法での
厚さ５０ｍｍは冷速が小さくなって粗大粒が出てくるこ
とを抑制するための上限である。

【００４０】該スラブをガス加熱、電気利用加熱等によ
り１０００〜１４００℃に再加熱を行い、引き続き熱間
圧延を行って厚さ１０ｍｍ以下のホットコイルとする。
ここで１０００℃はＡｌＮ溶解の下限であり、１４００
℃は表面肌あれと材質劣化防止のための上限である。ま
た１０ｍｍは適正な析出物を生成する冷速を得るための
上限である。なお、薄スラブ連続鋳造法では直接コイル
状にすることも可能であり、そのためには１０ｍｍ以下
が好ましい。

【００４１】このようにして作ったホットコイルを再び
８００〜１２５０℃で焼鈍し、磁性向上をはかることも
しばしば行われる。ここで８００℃はＡｌＮ再溶解の下
限であり、１２５０℃はＡｌＮ粗粒化防止のための上限
である。かかる処理工程の後、ホットコイルを直接また
はバッチ的に酸洗後冷間圧延を行う。冷間圧延は圧下率
６０〜９５％で行うが、６０％は本発明で再結晶可能な
限界であり、好ましくは７０％以上が一次焼鈍で｛１１
１｝＜１１２＞方位粒を多くして、二次再結晶焼鈍時の
ＧＯＳＳ方位粒の生成を促進させるための下限であり、
一方９５％超では二次再結晶焼鈍で首振りＧＯＳＳ粒と
称するＧＯＳＳ方位粒が板面内回転した磁気特性に好ま
しくない粒が生成される。

【００４２】以上はいわゆる一回冷延法で製造する場合
だが、二回冷延法と称して冷延−焼鈍−冷延を行う場合
は、一回目の圧下率は１０〜８０％、二回目の圧下率は
５０〜９５％となる。ここで１０％は再結晶に必要な最
低圧下率、８０％と９５％はそれぞれ二次再結晶時に適
正なＧＯＳＳ方位粒を生成させるための上限圧下率、ま
た５０％は二回冷延法においては一次焼鈍時の｛１１
１｝＜１１２＞方位粒を適正に残すための下限圧下率で
ある。

【００４３】なお、通称パス間エージングと称し、冷間
圧延の途中で鋼板を適当な方法で１００〜４００℃の範
囲で加熱することも磁気特性の向上に有効である。１０
０℃未満ではエージングの効果がなく、一方４００℃超
では転位が回復してしまう。次に一次再結晶焼鈍を行
い、次に溝形成を行い、さらにパウダーを塗布し、二次
再結晶焼鈍を行う。

【００４４】このようにして作られた溝が仕上焼鈍後に
残り、フォルステライトを主成分とする一次被膜を平均
０．３μｍ以下と極めて少なくする方法との組み合わせ
で従来にみられない低鉄損が得られるわけである。被膜
厚０．３μｍの上限限定理由は前述の通りであり、これ
よりも厚いと、本発明の中間工程で溝をつける方法では
十分な低鉄損が得られない。

【００４５】溝の形成方法は前述の通りであるが、溝の
最大部の平均の深さが２μｍ未満では磁区細分化効果が
ない。一方、５０μｍ超では深すぎて磁束の円滑な流れ
を妨げてかえって鉄損も悪くなる。好ましくは５〜３０
μｍが良い。溝は規則的に配列されている方が良い。こ
れは、磁区細分化が規則的に行われるからである。通常
鋼板長手方向に対し４５度から直角までの角度を有する
ほぼ一定のピッチで刻まれることが好ましい。４５度未
満では磁区細分化の方向が磁性に好ましい結晶学的方位
と合わないからである。

【００４６】また、溝のピッチは２〜２０ｍｍが好まし
い。２ｍｍ未満では磁区細分化が進みすぎて９０°磁区
が増え、鉄損も磁歪も悪い。一方、２０ｍｍ超では磁区
細分化の効果がでない。なお、二回冷間圧延法において
は一回目、二回目のいずれの焼鈍後ででも溝を形成する
ことは可能であり、さらにその両者で分割して行うこと
も可能である。もちろん二回目の焼鈍後の方が溝の効果
は出やすい。一次再結晶焼鈍中または引き続いて直後に
必要に応じて窒化を行う。窒化は溝形成前でも後でもよ
い。

【００４７】なお、一回冷延法でも二回冷延法でも一次
焼鈍を行うわけであるが、この焼鈍で脱炭を行うことは
有効である。前述のようにＣは二次再結晶粒の成長に好
ましくないばかりか、不純物として残ると鉄損の劣化を
招く。なお、鋼の溶製時にＣを下げておくと一次再結晶
焼鈍の脱炭工程が短縮化されるばかりか｛１１１｝＜１
１２＞方位粒も増やすので好ましい。なお、この脱炭焼
鈍工程で適正な露点を設定することで、後の一次被膜生
成に必要な酸化層の確保が行われる。

【００４８】一次焼鈍温度は７００〜９５０℃が好まし
い。ここで７００℃は再結晶可能な下限温度であり、９
５０℃は一次再結晶の粗大粒の発生を抑制する上限温度
である。さらに、ＡｌＮやＳｉ₃Ｎ₄インヒビターのＮ
をこの一次焼鈍時またはその後に窒化法等で強制添加す
る本発明においては、上記の一次焼鈍中またはその直後
に引き続きアンモニア（ＮＨ₃）等で窒化法により窒化
することがしばしば行われる。この場合の窒化法の温度
は６００〜９５０℃が好ましい。ここで６００℃は窒化
反応を起こす下限であり、一方９５０℃は粗大粒発生を
抑えるための上限である。

【００４９】本発明においては窒化は一次再結晶焼鈍後
に行うのが好ましいが、工業的には同じ炉内の後面に仕
切りを設けて雰囲気を必要に応じて多少変えて、ＮＨ₃
ガスを流すか、近接した設備で行うため一次再結晶と平
行して窒化されることもしばしばある。その際前述のよ
うにＮ₂分圧が低い方が窒化量は大きく、窒素と水素の
分圧比Ｐ_N2／Ｐ_H2は０．５以下が好ましい。

【００５０】一次焼鈍の昇温開始から冷却終了までの
間、また、上記窒化法を行う場合は一次再結晶後に鋼板
表面に最大部の深さの平均が２〜５０μｍの溝を機械
的、化学的、光学的、熱的、電気的その他のエネルギー
照射的な方法で規則的な配列で付与せしめる。溝の形成
方法は前述の通りであるが、溝の最大部の平均の深さが
２μｍ未満では磁区細分化効果がない。一方、５０μｍ
超では深すぎて磁束の円滑な流れを妨げてかえって鉄損
も悪くなる。好ましくは５〜３０μｍがよい。

【００５１】溝は規則的に配列されている方がよい。こ
れは、磁区細分化が規則的に行われるからである。通常
鋼板長手方向に対し４５度から直角までの角度を有する
ほぼ一定のピッチで刻まれることが好ましい。４５度未
満では磁区細分化の方向が磁性に好ましい結晶学的方位
と合わないからである。また、溝のピッチは２〜２０ｍ
ｍが好ましい。２ｍｍ未満では磁区細分化が進みすぎて
９０°磁区が増え、鉄損も磁歪も悪い。一方、２０ｍｍ
超では磁区細分化の効果がでない。

【００５２】一次焼鈍あるいは必要に応じて上記窒化法
を行い、その後、酸化マグネシウム（ＭｇＯを主成分と
する。以下ＭｇＯと呼ぶ）パウダーを水または水を主成
分とする水溶液に溶かし、スラリー状にして鋼板に塗布
する。その際、後の二次再結晶焼鈍時にＭｇＯパウダー
の溶融を容易にさせ、フォルステライト生成反応を促進
させる目的で、適当な化合物を微量添加することも行わ
れる。

【００５３】ＴｉＯ₂を添加する場合は１〜１５％が好
ましいが、ここで１％はフォルステライト反応促進効果
を発揮する下限であり、１５％超ではＭｇＯが少なくな
ってかえってフォルステライト反応が進まない。Ｓｂ₂
（ＳＯ₄）₃等のアンチモン系の化合物はＭｇＯを比較
的低温で溶融させるのに効果があり、添加を行う場合は
０．０５〜５％が好ましい。ここで、０．０５％は上記
低温溶融を起こす下限であり、一方５％を超える場合は
多すぎてＭｇＯのフォルステライトの本来の反応を不活
性化する。

【００５４】Ｎａ₂Ｂ₄Ｏ₇等のボロン系の化合物およ
びそれと同様の作用を持つストロンチウム・バリウム
系、炭・窒化物系、硫化物系、塩化物系の化合物はアン
チモン系化合物よりは比較的高温でＭｇＯを溶融させる
のに効果があり、添加する場合は０．０５〜５％が好ま
しい。ここで、０．０５％は上記の効果を発揮する下限
であり、一方５％超ではやはりＭｇＯのフォルステライ
トの本来の反応を不活性化するので好ましくない。なお
これらの化合物は互いに複合して添加することも可能で
ある。

【００５５】なお、ここで添加する化合物の％はＭｇＯ
の重量を１００％としたときの重量比を％で示してあ
る。本発明においては、さらにＭｇＯパウダーに前述の
塩化物あるいは硫化物の１種類以上を添加すると、仕上
焼鈍後の一次被膜厚みを平均０．３μｍ以下にでき、か
つ十分な二次再結晶方位が得られるが、これらの中でも
とりわけ塩化カルシウム（ＣａＣｌ₂）、硫化カリウム
（Ｋ₂Ｓ）は有効である。これらは最低０．５％（Ｍｇ
Ｏ重量を１００としたときの重量割合）以上あると効果
的である。２０％超ではかえって二被膜形成過程が不安
定となる。

【００５６】二次再結晶焼鈍は最高到達温度を１１００
〜１３００℃で行うのが好ましい。１１００℃は二次再
結晶が行われる下限の温度であり、一方１３００℃超で
は結晶粒が粗大化し過ぎて鉄損の劣化を招く。この二次
再結晶焼鈍で重要な点は以下の通りである。本発明では
ＭｇＯパウダーへ添加する特殊添加物の効果でフォルス
テライトを主成分とする一次被膜が極端に少なくなる
か、あるいは一次被膜がなくなるので、焼鈍中に二次再
結晶に必要な窒素系のインヒビター（ＡｌＮ、Ｓｉ₃Ｎ
₄等）も仕上焼鈍中に逃げ易い傾向があり、このため仕
上焼鈍の雰囲気ガス中の窒素分圧（Ｐ_N2）を３０％以上
とすることでこれを防ぐことができ、安定した二次再結
晶を得ることが可能である。さらに二次再結晶焼鈍の昇
温速度があまり大きすぎると、十分な二次再結晶を起こ
す前にインヒビターが逃げ易いので、むしろ昇温速度を
毎時３０℃以下に抑えた方が安定した磁気特性が得られ
る。なお、前述のように、この二次再結晶焼鈍中の比較
的前段階で雰囲気等より窒素を追加添加する窒化法が行
われることもある。

【００５７】以上が本発明の方向性珪素鋼板の製造法で
の重要な部分であるが、工業的にはさらに絶縁特性や磁
気特性を向上させる目的で二次再結晶後の鋼板に有機質
や無機質による絶縁被膜を有する高張力被膜（コーティ
ングやゾルゲール法）を熱処理等と組み合わせて塗布す
ることがとりわけ重要である。この理由は、本発明では
フォルステライト等の高張力特性を有する一次被膜が極
端に少ないか、あるいは一次被膜がないために、それを
補完すべく高張力特性を有する絶縁被膜を塗布すること
が効果的であるからである。

【００５８】

【実施例】表４に示す化学成分の鋼を転炉で溶製し、表
５（表４のつづき−１）〜表７（表４のつづき−３）に
示す条件で製造した。熱延板焼鈍を一部行ったが、その
条件は１１２０℃×３０秒間である。また冷間圧延時の
パス間エージングをＢ以外は行ったが、その条件は２５
０℃である。

【００５９】なお、ここで本発明にとりわけ重要な一次
再結晶焼鈍に引き続く窒化は、同一炉内に仕切りを設け
た炉内部分で同一ガス組成で雰囲気をドライにし、ＮＨ
₃ガスを一定量流して行ったものである。かかる一次焼
鈍後の窒化量（窒素量）を同表に示す。さらにこの鋼板
にパウダーを塗布したが、パウダーを水に溶解し、スラ
リー状にして塗布後、３５０℃で乾燥した。ここで、％
はＭｇＯの重量を１００％としたときの重量比率であ
る。しかる後に、８００℃〜最高到達温度の平均昇温速
度を種々変えて二次再結晶焼鈍を行った。最高到達温度
は１２００℃である。さらにリン酸系の高張力の絶縁被
膜（二次被膜）を加熱塗布した後、板取りし、歪取焼鈍
を８５０℃×４時間（Ｎ₂９０−Ｈ₂１０、Ｄｒｙ）行
い、磁気測定試験を行った。表７にその結果を示す。な
お、溝の最大深さ、ピッチおよび圧延方向との角度はい
ずれも二次再結晶焼鈍後の製品での測定である。

【００６０】磁気測定は６０×３００ｍｍの単板のＳＳ
Ｔ試験法で測定し、Ｂ₈（８００Ａ／ｍの磁束密度、単
位はテスラ）およびＷ_17/50（５０Ｈｚで１．７テスラ
のときの鉄損、単位はワット／ｋｇ）、Ｗ_13/50（５０
Ｈｚで１．３テスラのときの鉄損）を測定した。表７に
示すように、本発明範囲のものは鉄損が十分低く、本発
明の目的範囲に入っていることがわかる。

【００６１】

【表４】

【００６２】

【表５】

【００６３】

【表６】

【００６４】

【表７】

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、超低鉄損の一方向性
珪素鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一次被膜の平均厚みと鉄損の関係を示す図であ
る。

【図２】磁区制御後、二次再結晶焼鈍を施した方向性珪
素鋼板の金属顕微鏡組織写真である。

【図３】０．０６％Ｐ−３％Ｓｉ鋼製品の諸特牲に及ぼ
すＳｎ％の影響を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岩永功福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号新日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０４５％超〜
０．２０％を含む鋼を溶製し、熱間圧延、冷間圧延、一
次再結晶焼鈍および二次再結晶焼鈍を基本工程とする方
向性珪素鋼板の製造において、一次再結晶焼鈍後の鋼板
表面に最大部の深さの平均が２〜５０μｍの溝を鋼板の
長手方向から４５度〜９０度の方向に間隔を開けて付与
し、次いで鋼板表面に塩化物および硫化物の少なくとも
１種類以上を含むＭｇＯ主体の物質を塗布した後、二次
再結晶焼鈍を行うことを特徴とする磁気鉄損の優れた高
磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。
【請求項２】Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０４５％超〜
０．２０％、Ｓｎ：０．０２〜０．２０％を含む鋼を溶
製し、熱間圧延、冷間圧延、一次再結晶焼鈍および二次
再結晶焼鈍を基本工程とする方向性珪素鋼板の製造にお
いて、一次再結晶焼鈍後の鋼板表面に最大部の深さの平
均が２〜５０μｍの溝を機械的、化学的、光学的、熱
的、電気的その他のエネルギー照射的な方法で規則的な
配列で付与し、次いで鋼板表面に塩化物および硫化物の
少なくとも１種類以上を含むＭｇＯ主体の物質を塗布し
た後、二次再結晶焼鈍を行うことを特徴とする磁気鉄損
の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。
【請求項３】一次再結晶焼鈍後に付与する溝の間隔
（ピッチ）を２〜２０ｍｍの間とすることを特徴とする
請求項１または２記載の磁気鉄損の優れた高磁束密度方
向性珪素鋼板の製造法。
【請求項４】一次再結晶焼鈍時または後に窒化を行う
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造法。
【請求項５】塩化物として塩化カルシウム、硫化物と
して硫化カリウムを添加することを特徴とする請求項１
〜４のいずれか１項に記載の磁気鉄損の優れた高磁束密
度方向性珪素鋼板の製造法。
【請求項６】二次再結晶焼鈍時の昇温速度を毎時３０
℃以下、また雰囲気ガス中の窒素分圧を３０％以上とす
ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
の磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板の製造
法。
【請求項７】Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０３〜０．１
５％を含み、鋼板表面に最大部の深さの平均が２〜５０
μｍの溝を、鋼板の圧延の長手方向から、４５〜９０度
の方向に有し、平均二次再結晶断面粒径Ｄ（ｍｍ）の２
０％以下の断面粒径を有する微細結晶粒を総面積比率で
１５％以下を有し、かつ溝ピッチＰ₀（ｍｍ）に対して
Ｐ₀／Ｄが０．０２〜２であり、かつフォルステライト
を主成分とする一次被膜の平均の厚みが０．３μｍ以下
であることを特徴とする磁気鉄損の優れた高磁束密度方
向性珪素鋼板。
【請求項８】Ｓｉ：１〜７％、Ｐ：０．０３〜０．１
５％、Ｓｎ：０．０２〜０．２％を含み、鋼板表面に最
大部の深さの平均が２〜５０μｍの溝を、鋼板の圧延の
長手方向から、４５〜９０度の方向に有し、平均二次再
結晶断面粒径Ｄ（ｍｍ）の２０％以下の断面粒径を有す
る微細結晶粒を総面積比率で１５％以下を有し、かつ溝
ピッチＰ₀（ｍｍ）に対してＰ₀／Ｄが０．０２〜２で
あり、かつフォルステライトを主成分とする一次被膜の
平均の厚みが０．３μｍ以下であることを特徴とする磁
気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼板。
【請求項９】溝底部の一部にフォルステライトを主成
分とする固形物質を有することを特徴とする請求項７ま
たは８記載の磁気鉄損の優れた高磁束密度方向性珪素鋼
板。