JPH0711334A

JPH0711334A - 珪素鋼表面の平滑化方法

Info

Publication number: JPH0711334A
Application number: JP20439393A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nakamura; 吉男中村; Takeo Nagashima; 武雄長島; Shuichi Yamazaki; 修一山崎; Osamu Tanaka; 収田中; Maremizu Ishibashi; 希瑞石橋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-06-25
Filing date: 1993-06-25
Publication date: 1995-01-13
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2679939B2

Abstract

(57)【要約】【目的】珪素鋼表面にフォルステライト被膜を形成さ
せずに二次再結晶工程を完了させ、表面を平滑化するこ
とで鉄損特性の改善を図る。【構成】重量％で２〜７％のＳｉを含有する珪素鋼ス
ラブを熱延し、必要に応じて焼鈍を施し、１回の冷延ま
たは中間焼鈍を挟む２回以上の冷延を行い、脱炭焼鈍後
焼鈍分離剤を塗布、乾燥し仕上焼鈍を行う方向性電磁鋼
板の製造方法において、焼鈍分離剤１００重量部に対し
て、９００℃における平衡解離塩素分圧の常用対数（Ｋ
ｅ値）が−２２以上の塩化物を塩素重量部で０．２部以
上１５部以下添加し、かつ塩化物のＫｅ値に応じて仕上
焼鈍時の水素分圧を変更することによって標記目的は達
成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、珪素鋼表面を平滑化す
る方法に関するものである。特にその表面にフォルステ
ライト（以下、グラスと云う）被膜を形成させずに二次
再結晶工程（仕上げ焼鈍工程）を完了させ、表面を平滑
化することで鉄損特性の改善を図ろうとするものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、電気機器の磁気鉄芯
として多用され、エネルギーロスを少なくすべく、改善
が繰り返されてきた。方向性電磁鋼板の鉄損を低減する
手段として、仕上焼鈍後の材料表面にレーザービームを
照射し局部歪を与え、それによって磁区を細分化して鉄
損を低下させる方法が例えば特開昭５８−２６４０５号
公報に開示されている。また、応力除去焼鈍しても磁区
細分化効果が消失しない手段が、例えば特開昭６２−８
６１７号公報に開示されている。

【０００３】これらの技術により鉄損レベルは極めて良
好なものとなってきたが、更に鉄損値の低減を図るため
には鋼板表面近傍の磁区の動きを阻害する地鉄表面の凹
凸を取り除くこと（平滑化）が重要であるとの認識が生
まれてきた。しかしながら、珪素鋼板を通常の製造工程
で処理した場合、仕上焼鈍後の鋼板表面にはグラス被膜
が生成されており、表面平滑化のためにはグラス被膜を
除去する必要がある。

【０００４】グラス被膜を除去する方法としては酸洗等
の技術が古くからあり、その後表面平滑化する方法とし
て特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている化学
研磨、電解研磨等がある。平滑な表面を得るために、一
度生成されたグラス被膜を除去し更に化学研磨・機械研
磨等を行うことは種々の困難を伴う。グラス被膜は地鉄
中にその根を深くおろしているため、酸洗によって除去
しなければならない量は鋼板板厚１μｍ以上もあり生産
性が極めて悪い。更に酸洗設備設置に伴い、例えば薬剤
濃度管理、排水処理等の環境問題等もある。

【０００５】一方、一度生成されたグラス被膜を除去す
るのでなく仕上焼鈍時にグラス被膜を生成させない方法
として米国特許第３７８５８８２号に開示されるＡｌ_２
Ｏ_３、特公昭５６−３４１４号公報に開示される含水珪
酸塩鉱物粉末等、ＳｉＯ_２と反応しない焼鈍分離剤を用
いる方法がある。この方法は、生成したグラス被膜を酸
洗除去する方法よりも優れている。しかしながら、この
方法においても脱炭焼鈍時に形成されたＳｉＯ_２等の酸
化物が表面に残存するため、表面を平滑化するために化
学研磨・機械研磨等の処理が必要である。化学的方法に
おいては、前述の酸洗と同じく薬剤濃度管理、排水処理
等の環境問題があり、また機械研磨等物理的方法におい
ては工業的に大きな面積を持つ表面を同一基準で平滑化
することに困難がある。

【０００６】更に特開昭６４−６２４１７号公報、特開
平２−２２８４８１号公報に開示される、塩化物を焼鈍
分離剤中に添加し仕上焼鈍時にＭｇＯとＳｉＯ_２との反
応を抑制する方法がある。この方法は現在のところ最も
工業的に優れているが、薄い酸化膜が残存する点、得ら
れる表面粗度が化学研磨を用いた場合よりも粗い点が鉄
損低減の妨げとなっていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来法におけ
る上記問題を解消した、電磁鋼板の表面を平滑化し低鉄
損を得るための工業的手段を提供することを目的とし、
珪素鋼の脱炭焼鈍時に形成された酸化被膜を仕上焼鈍に
おいて除去し、かつ鋼板表面を平滑化する工業的な方法
を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、種々の塩
素を含む化合物を焼鈍分離剤中に添加し、仕上焼鈍時の
雰囲気を変更した場合の鋼板表面の酸化膜が除去される
過程を詳細に調査した。その結果、添加される塩化物の
熱物理的性質すなわち塩化物の平衡解離塩素分圧が鋼板
表面の平滑化と密接な関係を持つこと、また表面平滑化
に雰囲気中の水素分圧が影響することを見いだした。平
滑化が充分に行われた鋼板の鉄損特性は、酸洗してグラ
ス被膜を除去したもの、特開昭６４−６２４１７号公
報，特開平２−２２８４８１号公報に開示される塩化物
を用いて酸化膜を除去したものに比べて低くなることを
見いだし本発明を完成させた。

【０００９】本発明の要旨とするところは、重量％で２
〜７％のＳｉを含有する珪素鋼スラブを熱延し、必要に
応じて焼鈍を施し、１回の冷延または中間焼鈍を挟む２
回以上の冷延を行い、脱炭焼鈍後焼鈍分離剤を塗布、乾
燥し仕上焼鈍を行う方向性電磁鋼板の製造方法におい
て、焼鈍分離剤１００重量部に対して、９００℃におけ
る平衡解離塩素分圧の常用対数（以下Ｋｅと略す）が−
２２以上の塩化物を塩素重量部で０．２部以上１５部以
下添加し、かつ塩化物のＫｅ値に応じて仕上焼鈍時の水
素分圧を変えることを特徴とする珪素鋼表面の平滑化方
法にある。この技術による仕上焼鈍後の鋼板表面は、グ
ラス被膜を酸洗除去し更に化学研磨を行った鋼板表面と
同等の平滑度を示す。磁壁の移動に対して障害となるよ
うな表面の凹凸がない、磁気的に理想的な表面になる。

【００１０】以下、本発明について詳細に説明する。珪
素鋼中の珪素は極めて酸化されやすく、通常の仕上焼鈍
では鋼板表面にグラス被膜が形成される。グラス被膜と
地鉄の界面には凹凸が存在し磁壁の移動の妨げとなって
いる。発明者等は、仕上焼鈍中にグラス被膜を形成させ
ない方法の中でまず特開昭６４−６２４１７号公報、特
開平２−２２８４８１号公報に開示される、塩化物を焼
鈍分離剤中に添加し仕上焼鈍時にＭｇＯとＳｉＯ_２との
反応を抑制する方法を検討した。しかしながらこの技術
は、鋼板表面のグラス被膜除去による打抜性改善を目的
としていたため、グラス被膜を酸洗した場合と同等の表
面平滑度しか得られず、化学研磨を施した場合に比べて
鉄損は大きくなるものであった。

【００１１】本発明者等は、種々の金属塩化物を焼鈍分
離剤中に添加し、仕上焼鈍中の鋼板表面を詳細に調査し
た。その結果、塩化物のＫｅが−２２以上である場合
で、添加量が塩素重量部で０．２部以上１５部以下であ
り、かつ仕上焼鈍時の雰囲気中の水素分圧を、塩化物の
Ｋｅ値に応じて設定した場合に限って、酸化膜はその根
ごと除去されること、引き続く高温焼鈍中に表面が平滑
化されることを見いだした。

【００１２】図１，２は、ＭｇＯに各種塩化物を塩素重
量部で０．８部添加した場合の仕上焼鈍後の鋼板表面を
示している。仕上焼鈍時の水素分圧は０％（窒素１００
％）である。黒い部分は、鋼板表面が鏡のように平滑化
され光の反射率が高くなっている部分であり、白い部分
は、薄い酸化膜が形成されている部分である。

【００１３】図６は、図２に示した鋼板の中で、ＡｌＣ
ｌ_３を添加して得られた鋼板表面の黒く見える領域、Ｃ
ａＣｌ_２を添加して得られた白く見える領域、及び通常
の珪素鋼仕上焼鈍板のグラス被膜を酸洗・除去した鋼板
表面の表面粗度を示している。ＣａＣｌ_２を添加して得
られる鋼板表面の粗度は、酸洗した仕上焼鈍板表面の粗
度とほぼ同じであり、ＡｌＣｌ_３を添加して得られる鋼
板表面は、これらの鋼板表面よりも平滑であることがわ
かる。

【００１４】したがって図１，２から、ＣｏからＭｇま
での塩化物を添加した場合は、従来技術である酸洗によ
ってグラス被膜を除去した場合よりも、極めて平滑な表
面を有する鋼板を得ることができると言える。図７（各
種塩化物の平衡解離塩素分圧の温度依存性）の９００℃
におけるｌｏｇ（ＰＣｌ_２）の値から、これらの塩化物
のＫｅ値を読み取れば、−２２以上となっている。

【００１５】図３，４は、ＭｇＯに図１，２と同じ塩化
物を塩素重量部で０．８部添加し、水素分圧を２５％
（窒素分圧７５％）で仕上焼鈍した場合の鋼板表面を示
す。図７におけるＫｅが−１５以上である塩化物（Ｆ
ｅ，Ｃｏ塩化物）を添加した場合には、平滑化された鏡
面状態の領域（黒く見える領域）が存在するが、Ｋｅが
−１５未満である（Ａｌ，Ｍｇ，Ｃａ塩化物）塩化物を
添加した場合には鏡面状態である領域が存在しない。

【００１６】図１〜４から次の結論を得た。塩化物のＫ
ｅが−１５以上である場合には、仕上焼鈍雰囲気中の水
素分圧を２５％以下とすれば鏡面状態の傾域が部分的に
でも得られ、−１５未満である場合には、仕上焼鈍雰囲
気中の水素分圧を０％としなければ鏡面状態の領域を得
ることができない。図５は、ＭｇＯにＢｉＣｌ_３（Ｋｅ
≧−７．５）を塩素重量部で０．８部添加し、仕上焼鈍
時の雰囲気水素分圧を２５％（ａ）、７５％（ｂ）、１
００％（ｃ）に変えた場合の鋼板表面を示している。塩
化物のＫｅが−７．５以上であれば、仕上焼鈍雰囲気中
の水素分圧に関わらず鏡面状態が得られることがわか
る。

【００１７】いくつかの塩化物について図７に示した
が、図７に示さなかった塩化物も含めて言えば、Ｋｅが
−２２以上、−１５未満である塩化物とは、例えばＡｌ
Ｃｌ_３，ＭｎＣｌ_２，ＭｇＣｌ_２等である。Ｋｅが−１
５以上，−７．５未満である塩化物には、例えばＣｏＣ
ｌ_２，ＣｒＣｌ_２，ＦｅＣｌ_２，ＫＣｌ，ＰｂＣｌ_２等
がある。Ｋｅが−７．５以上である塩化物には、例えば
ＢｉＣｌ_３，ＢｉＯＣｌ，ＢｉＣｌ等が含まれる。

【００１８】酸化膜が除去され、表面が鏡面状態になる
機構についてはまだ明らかではないが、我々は次のよう
に考えている。分離剤中に添加された塩化物は、沸点が
低ければ仕上焼鈍中に気体となって蒸発し、沸点が高い
ものは液体となって鋼板表面に付着する。ＭｇＣｌ_２の
例をとれば、下記数式，の反応が平衡にありＣｌ_２
ガスがコイル板間に充満する。仕上焼鈍中に容易に気化
するＢｉＣｌ_３では、下記数式の反応が平衡にあり、
やはりＣｌ_２ガスがコイル板間に充満する。

【００１９】

【数１】

【００２０】これらの塩化物から発生するＣｌ_２ガスの
分圧は、塩化物の平衡解離塩素分圧によって支配され
る。図７は、各種塩化物の平衡解離塩素分圧を温度の関
数として示したものである。解離塩素分圧が高いＢｉＣ
ｌ_３，ＣｏＣｌ_２，ＦｅＣｌ_２等を添加すれば、仕上焼
鈍雰囲気中のＣｌ_２分圧が高くなることが予想される。

【００２１】雰囲気中のＣｌ_２分圧が高いとＣｌ原子は
鋼板表面の酸化層を充分拡散し、酸化層／地鉄界面に到
達する。地鉄にＣｌが到達するとＦｅ＋２Ｃｌ→ＦｅＣｌ_２↑ ……………………………… の反応によってＦｅＣｌ_２が形成される。ＦｅＣｌ_２の
沸点は低いので酸化層／地鉄界面で気化し、酸化層を地
鉄から剥離させる。この反応の支配因子は、Ｃｌ濃度及
び温度である。

【００２２】図７によれば、ＦｅＣｌ_２を形成するため
には、温度が高くなるとより大きいＣｌ_２分圧を必要と
する。ＢｉＣｌ_３を添加した場合の実験では、９００℃
で酸化膜と地鉄界面の剥離が生じ、その後引き続く高温
焼鈍で表面が平滑化されていた。ＢｉＣｌ_３のＫｅ値は
約−６．５である。このＫｅ値よりも更に小さいＫｅ値
を持つ塩化物を添加した場合は、９００℃で酸化膜を拡
散し地鉄と反応するＣｌ濃度がＢｉＣｌ_３を添加した場
合より少なくなるため、この温度では酸化膜の剥離は生
じない。酸化膜の剥離が生じる温度はより高温側にシフ
トする。

【００２３】Ｋｅの値が−２５以下であるようなＣａＣ
ｌ_２を添加した場合、酸化膜の剥離が更に高温側にずれ
るため、１２００℃までの仕上焼鈍温度域では、もはや
表面が平滑化されないものと考えている。鏡面化に及ぼ
す仕上焼鈍時の水素分圧の効果について次のように考え
ている。板間にＨ_２ガスが流入すると、Ｈ_２＋Ｃｌ_２→２ＨＣｌの反応が生じ、板間のＣｌ_２ガス量は減りＨＣｌガス量
は増加する。ＨＣｌはＣｌ_２と比べて原子の結合エネル
ギーが大きく分解しにくいため、酸化層を拡散するＣｌ
原子数が減ると考えている。

【００２４】すなわちＨＣｌを形成させた場合は、酸化
層剥離の効率が下がると考えている。もともとＣｌ_２ガ
スを多く発生するＢｉＣｌ_３は、仕上焼鈍雰囲気をＨ_２
ガス１００％としても鏡面状態が得られるが、Ｃｌ_２ガ
ス発生量が少ないＭｇＣｌ_２等はＨ_２ガスを２５％含め
ただけでも鏡面状態が得られなかった実験結果はこの考
えを支持している。

【００２５】添加量が塩素重量部で０．２部よりも少な
い場合には、コイル幅方向全域に渡って酸化膜を除去す
ることができない。添加量を多くしても板間に存在しう
るＣｌガスの体積は一定であるので、余分に添加された
塩化物より発生するＣｌ_２ガスはコイル板間より流出
し、効果を持たない。また、仕上焼鈍中に鋼板焼き付き
が発生しないためには、塩化物が蒸発した後に分離剤が
ある程度残存していることも必要である。従って、塩化
物の添加量の上限は塩素重量部で１５部とした。

【００２６】本技術により得られる鋼板表面は鏡のよう
な光沢を保ち、従来のグラス被膜を酸洗した鋼板に比べ
て、表面の平滑度が良くなり鉄損が低減される。本技術
は低鉄損を得ることを目的とするものであるが、それ以
外の目的で、例えば二次再結晶を安定化する等の目的で
塩化物以外の化合物すなわち窒化物、硫化物等を鏡面化
を妨げない範囲で焼鈍分離剤中に添加することは許され
る。分離剤の塗布方法は公知の方法で良く、特に限定し
ない。水へ添加・攪拌して塗っても、静電塗布しても良
い。

【００２７】本技術に供される方向性電磁鋼板は、公知
の方法によって鋳造、熱延、冷延、焼鈍を施される電磁
鋼板である。低鉄損を得る目的でＳｉを２％以上７％以
下添加したスラブを用いる。上限は工業的に圧延が可能
なＳｉ量であり、下限は鏡面化を生じさせ得る高温仕上
焼鈍で変態を生じさせないＳｉ量である。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）Ｃ：０．０４％、Ｓｉ：３．２５％、Ｍ
ｎ：０．１５％、Ｓ：０．００７％、Ａｌ：０．０２７
％、Ｎ：０．００７％を含むスラブを、１１５０℃で加
熱後熱延し１．８ｍｍの熱延板とした。１１２０℃で熱
延板を焼鈍後０．１６ｍｍまで冷延し、８３０℃で脱炭
焼鈍を行った。表１に示す組成の焼鈍分離剤をスラリー
状で塗布し、１２００℃で２０時間の仕上焼鈍を行っ
た。塩化物の添加量は塩素重量部で０．８重量部、仕上
焼鈍の雰囲気は窒素１００％である。焼鈍後鋼板表面を
水洗し、グラス被膜が形成されたものはこれを酸洗除去
し歪取焼鈍後、５ｍｍ間隔でレーザー照射し、１．５ｋ
ｇ／ｍｍ^２の張力をかけて磁気測定を行った。

【００２９】結果を表１に示す。本発明技術によれば、
仕上焼鈍後酸洗で酸化膜を除去するよりも低い鉄損が得
られることがわかる。これは前述したように表面が平滑
になったことによって、磁壁移動が容易になったためと
考えている。

【００３０】

【表１】

【００３１】（実施例２）実施例１と同じ条件で脱炭焼
鈍までを行い、塩素重量部にして表２に示す量のＢｉＣ
ｌ_３を焼鈍分離剤中に添加し、脱炭板表面に塗布・乾燥
後仕上焼鈍を行った。仕上焼鈍の雰囲気は窒素７５％、
水素２５％である。仕上焼鈍後鋼板表面を水洗し、実施
例上と同様にして磁気測定を行った。

【００３２】結果を表２に示す。ＢｉＣｌ_３の添加量を
塩素重量部で０．２部以上とすれば、低い鉄損が得られ
ることがわかる。

【００３３】

【表２】

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、一度生成されたグラス
被膜を酸洗する必要がなくかつグラス被膜を酸洗したも
のよりも表面が平滑化され、低い鉄損値が得られるので
工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ）は、ＭｇＯにＣｏＣｌ_２、Ｆｅ
Ｃｌ_２を塩素重量部で０．８部添加した場合の水素分圧
０％で仕上焼鈍後の鋼板表面を示す写真である。

【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）はＭｇＯにＡｌＣ
ｌ_２、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２を塩素重量部で０．８部
添加した場合の水素分圧０％で仕上焼鈍後の鋼板表面を
示す写真である。

【図３】（ａ），（ｂ）はＭｇＯにＣｃＣｌ_２、ＦｅＣ
ｌ_２を塩素重量部で０．８部添加した場合の水素分圧２
５％で仕上焼鈍後の鋼板表面を示す写真である。

【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）はＭｇＯにＡｌＣ
ｌ_３、ＭｇＣｌ_２、ＣａＣｌ_２を塩素重量部で０．８部
添加した場合の水素分圧２５％で仕上焼鈍後の鋼板表面
を示す写真である。

【図５】（ａ），（ｂ），（ｃ）はＭｇＯにＢｉＣｌ_３
を塩素重量部で０．８部添加し、仕上焼鈍時の雰囲気水
素分圧を２５％から１００％まで変えた場合の鋼板表面
を示す写真である。

【図６】（ａ），（ｂ），（ｃ）は仕上焼鈍材の表面粗
度プロフィルを示すものである。

【図７】各種塩化物の平衡解離塩素分圧を温度の関数と
して示した図表である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中収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 (72)発明者石橋希瑞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】重量％で２％〜７％のＳｉを含有する珪
素鋼スラブを熱延し、必要に応じて焼鈍を施し、１回の
冷延または中間焼鈍を挟む２回以上の冷延を行い、脱炭
焼鈍後焼鈍分離剤を塗布、乾燥し仕上焼鈍を行う方向性
電磁鋼板の製造において、焼鈍分離剤１００重量部に対
して、塩化物を０．２部以上１５部以下含有せしめ、か
つ塩化物の平衡解離塩素分圧に応じて仕上焼鈍時の水素
分圧を変えることを特徴とする珪素鋼表面の平滑化方
法。
【請求項２】９００℃における平衡解離塩素分圧の対
数が−２２以上、−１５未満である塩化物を、焼鈍分離
剤１００重量部に対して、塩素重量部で０．２部以上１
５部以下含有せしめ、かつ仕上焼鈍雰囲気中の水素分圧
を０％とすることを特徴とする請求項１記載の珪素鋼表
面の平滑化方法。
【請求項３】９００℃における平衡解離塩素分圧の対
数が−１５以上、−７．５未満である塩化物を、焼鈍分
離剤１００重量部に対して、塩素重量部で０．２部以上
１５部以下含有せしめ、かつ仕上焼鈍雰囲気中の水素分
圧を２５％以下とすることを特徴とする請求項１記載の
珪素鋼表面の平滑化方法。
【請求項４】９００℃における平衡解離塩素分圧の常
用対数が−７．５以上である塩化物を、焼鈍分離剤１０
０重量部に対して、塩素重量部で０．２部以上１５部以
下含有せしめ、かつ仕上焼鈍雰囲気中の水素分圧を０〜
１００％の範囲で任意とすることを特徴とする請求項１
記載の珪素鋼表面の平滑化方法。