JPH0680173B2

JPH0680173B2 - 鉄損の極めて低い方向性けい素鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0680173B2
Application number: JP61135014A
Authority: JP
Inventors: 氏裕西池; 憲男高橋; 康宏小林; 久直中原; 征夫井口
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1986-06-12
Publication date: 1994-10-12
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPS62294131A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）鋼板表面の鏡面化によって鉄損の極めて低い方向性けい
素鋼板を製造する方法に関してこの明細書では、該鏡面
化を機械研磨にて行うことについての開発研究の成果を
述べる。

方向性けい素鋼板は主として変圧器その他の電気機器の
鉄心として利用され、その磁化特性が優れていること、
とくに鉄損（W_17/50で代表される）が低いことが要求さ
れている。

このためには、鋼板中の２次再結晶粒の＜001＞粒方位
を圧延方向に高度に揃えること、最終製品中の不純物を
減少させる等の努力により最近では、0.23mmの板厚でW
_17/50の値が0.9W/kgの低鉄損のものが得られている。

しかし、数年前のエネルギー危機を境にして、電力損失
のより少ない電気機器を求める傾向が一段と強まり、そ
れらの鉄芯材料として、さらに鉄損の低い方向性けい素
鋼板が要請されるようになっている。

（従来の技術）ところで、方向性けい素鋼板の鉄損を下げる手法として
は、Si含有量を高める、製品板厚を薄くする、２次再結
晶粒を細かくする、不純物含有量を低減する、そして
（110）〔001〕方位の２次再結晶粒をより高度に揃える
など、主に治金学的方法が一般に知られているが、これ
らの手法は、現行の生産手段の上からはもはや限界に達
していて、これ以上の改善は極めて難しく、たとえ多少
の改善が認められたとしても、その努力の割には鉄損改
善の実効は僅かとなるに至っていた。

また、特公昭54-23647号公報に開示されているように、
鋼板表面に２次再結晶阻止領域を形成させることによ
り、２次再結晶粒を細粒化させる方法が提案されてい
る。しかしながらこの方法は、２次再結晶粒径の制御が
安定していないため、実用的とは言いがたい。

その他特公昭58-5968号公報には、２次再結晶後の鋼板
の表面にボールペン状小球にて、微小歪を鋼板表層に導
入することにより、磁区の幅を微細化し、鉄損を低減す
る技術が、また、特公昭57-2252号公報には、最終製品
板表面に、圧延方向にほぼ直角にレーザービームを数mm
間隔に照射し、鋼板表層に高転位密度領域を導入するこ
とにより、磁区の幅を微細化し、鉄損を低減する技術が
提案されている。さらに、特開昭57-188810号公報に
は、放電加工により鋼板表層に微小歪を導入し、磁区幅
を微細化し、鉄損を低減する同様の技術が提案されてい
る。これら３種類の方法は、いずれも２次再結晶後の鋼
板の地鉄表層に微小な塑性歪を導入することにより磁区
幅を微細化し鉄損の低減を図るものであって、均しく実
用的であり、かつ鉄損低減効果も優れているが、鋼板の
打抜き加工、せん断加工、巻き加工などの後の歪取り焼
鈍や、コーティングの焼付け処理の如き熱処理によっ
て、塑性歪導入による効果が滅殺される欠点を伴う。な
おコーティング処理後に微小な塑性歪の導入を行う場合
は、絶縁性を維持するために絶縁コーティングの再塗布
を行わねばならず歪付与工程、再塗布工程と、工程の大
幅増加になり、コストアップをもたらす。

またこれらの技術とは別に特公昭52-24499号公報には、
仕上焼鈍後のけい素鋼板表面を鏡面仕上げすることによ
り、磁気特性、特に鉄損が軽減することが開示されてい
る。

しかし、これらの方法は、鏡面仕上げには化学研磨ある
いは電解研磨を用い非常にコスト高になっていたため、
実際に工業的なプロセスに適用するには著しい困難があ
り、大量生産工程に採用されるに至っていない。かかる
コスト高な工程を例えば砥石等による機械研磨に代える
ことはけい素鋼板中に残留ひずみを与えて鉄損を著しく
劣化させるため不可能であった。

（発明が解決しようとする問題点）そこで仕上焼鈍を経た方向性けい素鋼板の表面の鏡面化
による鉄損の低減を、低コストの機械研磨にて達成する
ことが、この発明の目的である。

（問題点を解決するための手段）発明者等は、仕上焼鈍後の方向性けい素鋼板表面の鏡面
化に適用する機械研磨はその研磨手段によって、磁気特
性の劣化の度合が異なることに注目し、種々の研磨用砥
石をテストした結果、磁気特性を良好ならしめる砥石に
特別の条件があることを見い出した。

すなわち砥粒のバインダーとなる生地が圧力に対し弾性
変形をする物質で作られた、いわゆる弾性研磨材を用い
ると、良好な磁気特性の研磨面が得られることがわかっ
た。

この発明は上記知見に由来するものである。

すなわちこの発明は、仕上焼鈍を経た方向性けい素鋼板
の地鉄表面に、弾性研磨材による機械研磨を施し、平均
粗さRaで0.3μｍ以下の平滑面とすることを特徴とする
鉄損の極めて低い方向性けい素鋼板の製造方法、および
仕上焼鈍を経た方向性けい素鋼板の地鉄表面に、弾性研
磨材により機械研磨を施し、平均粗さRaで0.3μｍ以下
の平滑面とし、該平滑面に張力付与膜を被成することを
特徴とする鉄損の極めて低い方向性けい素鋼板の製造方
法である。

この発明において用いる素材は、仕上焼鈍を経た方向性
けい素鋼板（以下単に鋼板という）である。

ここで仕上焼鈍までの工程は、初めに公知の製鋼方法、
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2.0〜4.0wt％程度含有する組成であ
ることが好ましい。というのは、Siが2.0wt％未満では
鉄損の劣化が大きく、また4.0wt％を超えると、冷間加
工性が劣化するからである。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、最終目標板厚とされるが、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
り行なわれる。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化性雰
囲気中で１次再結晶焼鈍が施される。

ついで、鋼板表面に例えば、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純化焼
鈍と続く最終仕上焼鈍を行なうことにより、フォルステ
ライト被膜などの酸化物層が形成される。

さてこの発明は、まず鋼板表面に形成された、例えばフ
ォルステライト被膜のような１〜３μｍ厚の酸化物層を
除去し、さらに地鉄を表面から0.5μｍ以上除去する研
磨を行うのが好ましい。これは表面から0.5μｍ程度の
表面近傍層には不純物が多く、酸化物などの第２相が地
鉄内部へ島状に形成されていることが多いために、地鉄
表面に不規則な歪が付与されて磁性が劣化するのを防ぐ
ことにある。

そして鋼板の地鉄表面が平均粗さRaで0.3μｍ以下の平
滑面になるように研磨を行う。鋼板表面の研磨には、ポ
リウレタンなどの弾性素材のマトリックスに砥粒を付着
させた弾性研磨材を用いる。なお研磨の際の鋼板面と弾
性研磨材との相対速度は、6000m/min以下であることが
好ましい。

また、弾性研磨材のショア硬さは30〜70の範囲が好適で
ある。ショア硬さが30に満たない場合は、軟らかすぎ、
鋼板の研磨に著しい時間がかかり、また、70を越える場
合は、鋼板に大きな塑性歪が導入されるため鉄損が著し
く劣化するからである。

また上記のように鏡面仕上げした鋼板表面に張力付与膜
を被成することによって、さらに磁気特性を改善するこ
とができる。張力付与膜は、地鉄表面の平滑度を低下す
ること、化学反応、とくに酸化によって地鉄表面に磁性
を劣化する酸化物を形成することなどの不都合が生じな
いならば、その種類は限定されないが、例えば窒化チタ
ンおよび窒化クロムなどが好適で、施工法は蒸着又はめ
っきなどが適合する。

（作用）この発明において鋼板の地鉄表面の平均粗さをRaで0.3
μｍ以下としたのは、Raが0.3μｍをこえると磁性の劣
化を招くためで、これは表面粗度の増加により、鉄損を
構成しているヒステリシス損失が増大することによる。

次に機械研磨に用いる研磨材について、下表に示す各種
の研磨材を用いてRaで0.2μｍに研磨した鋼板の鉄損
を、第１図に示す。

同図から、通常研磨材C,Dを用いた場合は素材より高い
鉄損値を示したのに対し、弾性研磨材を用いた場合は鉄
損の低減を達成でき、この効果も著しいことがわかる。

弾性研磨材を用いた研磨による鉄損低減の機構は未だ解
明されていないが、通常の研磨との間に加工機構におい
て何らかの差異があるものと推定される。

一方第２図は、素材の磁気特性について素材に対し♯10
00回転砥石で研磨、あるいはエメリー紙（♯1000）で機
械研磨した場合と、化学研磨（フッ酸と過酸化水素水を
用い、片面あたり４μｍ研磨）した場合とを比較したも
のである。

同図に示すように、研磨の際に不要な歪を地鉄表面に加
えてしまう回転砥石およびエメリ研磨では鉄損の劣化が
みられ、化学研磨では鉄損が低減している。しかだって
従来は機械研磨ではなく化学研磨又は電解研磨を用いざ
るを得なかったが、これらの研磨はコストが非常に高く
工業生産には不向きで、かかる技術が実現されることは
なかった。そこでこの発明は弾性研磨材を用いること
で、コストの安い機械研磨による鉄損の低減を実現させ
た。

また平滑面とした鋼板表面に張力付与膜を被成するの
は、張力付与により180°磁区の幅が減少し、鉄損を構
成する渦電流損失が減少することによって鉄損値が低下
するからである。

（実施例）実施例１ 3.3wt％Siを含有し、鉄損がW_17/50において0.90W/kgで
ある仕上焼鈍後の鋼板を、アルミナを砥粒としポリウレ
タンをマトリックスとするショア硬さ47の弾性研磨材
（♯1000）を使用し表面より１μｍ研磨して平均粗さR
a:0.10μｍとした。一方比較例としてアルミナを砥粒と
するショア硬さが94の通常の回転砥石（♯1000）を使用
し、表面より１μｍ研磨して平均粗さRa:0.13μｍとし
た。両者の鉄損を測定したところ、この発明に従う前者
は0.82W/kgで、比較例である後者は1.33W/kgであった。

実施例２ 3.3wt％Siを含有し、鉄損がW_17/50において0.90W/kgで
ある仕上焼鈍後の鋼板を、炭化けい素を砥粒としポリウ
レタンをマトリックスとするショア硬さ49の弾性研磨材
（♯1000）を使用し、表面より１μｍ研磨して平均粗さ
Ra:0.08μｍとした。

また比較例として炭化けい素を砥粒とするショア硬さが
90の通常の砥石（♯1000）を使用し同じく表面より１μ
ｍ研磨して平均粗さRa:0.12μｍとした。

両者の鉄損を測定したところ、前者は0.81W/kgで、後者
は1.37W/kgであった。

さらにこれらの鋼板の表面にイオンプレーティングによ
りTiNを１μｍ蒸着したところ、この発明に従う前者の
鉄損は0.72W/kgとなり、比較例である後者は1.29W/kgと
なった。

（発明の効果）この発明によれば、工業的にコストが安く大量生産が可
能である機械研磨による鋼板表面の鏡面仕上げに弾性研
磨材を用いることで、鉄損の著しい改善を低コストで達
成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種研磨材と鉄損との関係を示すグラフ、第２図は各種研磨方法と鉄損との関係を示すグラフであ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中原久直千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者井口征夫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

【特許請求の範囲】

【請求項１】仕上焼鈍を経た方向性けい素鋼板の地鉄表
面に、弾性研磨材による機械研磨を施し、平均粗さRaで
0.3μｍ以下の平滑面とすることを特徴とする鉄損の極
めて低い方向性けい素鋼板の製造方法。
【請求項２】仕上焼鈍を経た方向性けい素鋼板の地鉄表
面に、弾性研磨材による機械研磨を施し、平均粗さRaで
0.3μｍ以下の平滑面とし、該平滑面に張力付与膜を被
成することを特徴とする鉄損の極めて低い方向性けい素
鋼板の製造方法。