JPH08269555A - 鉄損の低い鏡面方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉄損特性の良好な方向性電磁鋼板を低コストで製造する
方法を開示する。 【構成】 重量比で、Ｓｉ:0.8〜4.8 ％、Ａｌ:0.012〜
0.05％、Ｎ:0.01 ％以下、及び残部がＦｅ及び不可避的
不純物からなるスラブを熱間圧延・１回もしくは中間焼
鈍を挟む、２回以上の冷間圧延・脱炭焼鈍・仕上げ焼鈍
を施す方向性電磁鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍を
Ｆｅ系酸化物の生じない酸化度の雰囲気ガス中で行った
後、焼鈍分離剤としてアルミナを塗布して仕上げ焼鈍を
行い、該鋼板にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｓｂ，Ｓ
ｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，
Ｃｏの粉末、またはその化合物を塗布した後に焼鈍し、
張力被膜を形成して方向性電磁鋼板の活動磁壁数を増加
させることにより、低鉄損化を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主として変圧器その他
の電気機器等の鉄心として利用される方向性電磁鋼板の
製造方法に関するものである。特に、その表面の鏡面化
手段及び磁区細分化手段を効果的に導入することによ
り、鉄損特性の向上を低コストで達成する製造方法を開
示するものである。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、磁気鉄心として多く
の電気機器に用いられている。方向性電磁鋼板は、Ｓｉ
を０．８〜４．８％含有し製品の結晶粒の方位を｛１１
０｝＜００１＞方位に高度に集積させた鋼板である。そ
の磁気特性として磁束密度が高く（Ｂ_８値で代表され
る）、鉄損が低い（Ｗ１７／５０値で代表される）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
電力損失の低減に対する要求が高まっている。

【０００３】この要求にこたえ、方向性電磁鋼板の鉄損
を低減させる手段として、磁区を細分化する技術が開発
された。仕上げ焼鈍後の鋼板にレーザービームを照射す
ることにより磁区を細分化して鉄損を低減させる方法
が、例えば特開昭５８−２６４０５号公報に開示されて
いる。しかしながら、該方法による鉄損の低減はレーザ
ー照射によって導入された歪に起因するので、トランス
に成形したのちに歪取り焼鈍を必要とする巻鉄心トラン
ス用としては使用することができない。

【０００４】この改良技術として、例えば特開昭６１−
１３９６７７号公報、特開昭６１−１３９６７８号公報
において、仕上焼鈍後にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍｎ，
Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の１種または
２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線状または点
状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵入帯を形成
することにより、磁区細分化する方法が開示されてい
る。

【０００５】しかしながら該方法においては、鋼板の表
面に存在するグラス被膜のために粉末と鋼板の反応が阻
害されるため、鉄損特性の改善効果が小さい。また、鉄
損特性の改善効果を高めるためにはレーザー照射、小
球、ローラー等で鋼板表面に微小歪をいれることが有効
であるが、工程を付加するために製造コストが高くなっ
てしまう。

【０００６】一方、このような方法で磁区細分化処理を
施した鋼板の磁区の動きを詳細に観察すると、静的には
細分化した磁区の中には動かない磁区も存在しているこ
とが判った。方向性電磁鋼板の鉄損値を更に低減させる
ためには、上記方法による磁区細分化技術と合わせて磁
区の動きを阻害する要因を排除する技術（磁区の活性化
技術）を導入する必要がある。

【０００７】そのためには、磁区の動きを阻害する大き
な要因である鋼板表面のグラス被膜等を除去し表面を鏡
面化する方法が有効である。その手段として、仕上げ焼
鈍後にグラス被膜を酸洗等により除去した後に、化学研
磨或いは電解研磨を行い表面を鏡面化させる方法が、例
えば特開昭６４−８３６２０号公報に開示されている。

【０００８】しかしながら、化学研磨・電解研磨等の方
法は、研究室レベルでの少試料の材料を加工することは
可能であるが、工業的規模で行うには薬液の濃度管理、
温度管理、公害防止設備の付与等の点で大きな問題があ
り、更にこのような工程を付加することにより製造コス
トが高くなってしまうために、未だ実用化されるに至っ
ていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、仕上焼鈍後
の鋼板に歪を付与し、更にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍ
ｎ，Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の１種ま
たは２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線状また
は点状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵入帯を
形成することにより低鉄損値は得られるが、コストが高
くなってしまうという問題点、更に、この磁区細分化処
理の効果を最大限に発揮して大幅な低鉄損値を得るため
に酸洗・化学研磨等の表面処理を施した場合に、コスト
が高くなるという問題点を同時に解決するものである。
すなわち、歪取り焼鈍を施しても磁気特性が劣化せず、
しかも従来製品よりも鉄損特性の良好な方向性電磁鋼板
を低コストで製造する方法を開示するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、脱炭焼鈍をＦｅ系酸化物の形成しない酸
化度の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍し、焼鈍分離剤としてア
ルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の鋼板表面
を鏡面状態にし、該鋼板にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍ
ｎ，Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
ｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の１種ま
たは２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線状また
は点状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵入帯を
形成して活動磁壁数を増加させることにより、歪取り焼
鈍を施しても特性劣化することがなく、且つ従来製品よ
りも低い鉄損の方向性電磁鋼板を提供するものである。
また、従来製造工程と比較して付加工程がないので、製
造コストも実質的に高くならない。

【００１１】

【作用】以下、本発明を詳細に説明する。基本的な製造
法としては、小松等による（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを主インヒ
ビターとして用いる製造法（例えば特公昭６２−４５２
８５号公報）、又は田口・坂倉等によるＡｌＮとＭｎＳ
を主インヒビターとして用いる製造法（例えば特公昭４
０−１５６４４号公報）を適用すればよい。

【００１２】Ｓｉは、電気抵抗を高め鉄損を下げる上で
重要な元素である。含有量が４．８％を超えると、冷間
圧延時に材料が割れ易くなり圧延不可能となる。一方、
Ｓｉ量を下げると仕上げ焼鈍時にα→γ変態を生じ、結
晶の方向性が損なわれるので、仕上げ焼鈍において結晶
の方向性に影響を及ぼさない０．８％を下限とする。

【００１３】酸可溶性Ａｌは、Ｎと結合してＡｌＮ又は
（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎとしてインヒビターとして機能するた
めに必須の元素である。磁束密度が高くなる０．０１２
〜０．０５０％を限定範囲とする。Ｎは製鋼時に０．０
１％以上添加するとブリスターと呼ばれる鋼板中の空孔
を生じるので、０．０１％を上限とする。

【００１４】ＭｎとＳはＭｎＳとして析出して、インヒ
ビターとしての役割を果たす。Ｍｎが０．０２％より少
なく、またＳが０．００５％より少ないと所定量の有効
なＭｎＳインヒビターが確保できない。また、Ｍｎが
０．３％、Ｓが０．０４％より多いとスラブ加熱時の溶
体化が不十分となり、二次再結晶が安定して行われなく
なる。故にＭｎ：０．０２〜０．３％、Ｓ：０．００５
〜０．０４％とする。他のインヒビター構成元素とし
て、Ｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｐｂ，Ｓｎ，Ｔｉ等を添加するこ
ともできる。

【００１５】上記成分の溶鋼は、通常の工程により熱延
板とされる。小松等による（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを主インヒ
ビターとして用いる製造法（例えば特公昭６２−４５２
８５号公報）では、熱間圧延時の温度確保の観点から１
１００℃以上、またＡｌＮの完全溶体化しない１２８０
℃以下の温度で加熱を行った後に熱間圧延を行う。ま
た、田口・坂倉等によるＡｌＮとＭｎＳを主インヒビタ
ーとして用いる製造法（例えば特公昭４０−１５６４４
号公報）では、完全溶体化する１３００℃以上の温度で
加熱した後に熱延を行えば良い。

【００１６】前記熱延板は直ちに、もしくは短時間焼鈍
を経て冷間圧延される。焼鈍は７５０〜１２００℃の温
度域で３０秒〜３０分間行われ、この焼鈍は製品の磁気
特性を高めるために有効である。望む製品の特性レベル
とコストを勘案して採否を決めるとよい。

【００１７】冷間圧延は、基本的には上記特公昭４０−
１５６４４号公報に開示されているように、最終冷延圧
下率８０％以上とすれば良い。冷間圧延後の材料は、鋼
中に含まれる炭素を除去するために湿水素雰囲気中で、
７５０〜９００℃の温度域で脱炭焼鈍を行う。

【００１８】この脱炭焼鈍において、Ｆｅ系の酸化物
（Ｆｅ₂ ＳｉＯ₄ 、ＦｅＯ等）を形成させない酸化度で
焼鈍を行い、焼鈍分離剤としてアルミナを塗布すること
が本発明の一つのポイントである。例えば、通常脱炭焼
鈍が行われる８００〜８５０℃の温度域においては、雰
囲気ガスの酸化度（Ｐ H₂ O ／Ｐ H₂ ）＜０．１５に調
整することにより、Ｆｅ系酸化物の生成を抑制すること
ができる。

【００１９】但し、あまりに酸化度を下げると脱炭速度
が遅くなってしまい、工業的観点から好ましくない。こ
の両者を勘案すると、雰囲気ガスの酸化度（Ｐ H₂ O ／
Ｐ H₂ ）：０．０１〜０．１５の範囲で焼鈍することが
好ましい。

【００２０】この脱炭焼鈍板に（Ａｌ，Ｓｉ）Ｎを主イ
ンヒビターとして用いる製造法（例えば特公昭６２−４
５２８５号公報）においては、窒化処理を施す。この窒
化処理の方法は特に限定するものではなく、アンモニア
等の窒化能のある雰囲気ガス中で行う方法等がある。量
的には０．００５％以上、望ましくは全窒素量として鋼
中のＡｌ当量以上窒化すれば良い。

【００２１】これらの脱炭焼鈍板を積層する際に、焼鈍
分離剤としてアルミナを水スラリーもしくは静電塗布法
等によりドライ・コートする。水スラリーで塗布する場
合には、例えば特願平５−２１１６０２号明細書で開示
する方法を採用することが好ましい。

【００２２】この積層した板を仕上げ焼鈍して、二次再
結晶と窒化物の純化を行う。二次再結晶を特開平２−２
５８９２９号公報で開示されるように、一定の温度で保
持する等の手段により所定の温度で行うことは、磁束密
度を上げるうえで有効である。二次再結晶完了後、窒化
物等の不純物の純化と表面の平滑化を行うために、１０
０％水素で１１００℃以上の温度で焼鈍する。

【００２３】仕上げ焼鈍後、該鋼板にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，
Ｔｉ，Ｍｎ，Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の
１種または２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線
状または点状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵
入帯を形成することにより活動磁壁数を増加させること
が、本発明の重要なポイントである。

【００２４】即ち、板厚０．２３mmの従来製造方法及び
上記本発明法で製造した仕上焼鈍後の板に、平均粒径５
μｍのＡｌの微粒粉末をスラリー状として圧延方向と直
角方向に線状に塗布した後、９００℃で焼鈍した。その
後、コロイド状シリカとリン酸塩を主成分とするコーテ
ィング液を塗布して、８５０℃で焼き付け張力被膜を形
成した後、８００℃で４時間の歪取り焼鈍を行った。表
１に、従来製品、及び本発明法で製造した製品の鉄損特
性を示す。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１より、活動磁壁数の差により鉄損値と
して約２０％もの差が生じることが分かる。このような
効果は、Ａｌの粉末だけでなくＳｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍｎ，
Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の１種または
２種以上を用いた場合にも認められる。粉末の塗布する
方向は圧延方向に直角もしくは直角から４５度の範囲内
で、その間隔は２〜１０mmが鉄損低下の観点から好まし
い。塗布の形状は連続的、不連続的な線状又は点状のい
ずれでも良い。

【００２７】その後、張力被膜を形成させる。張力被膜
としては、例えば特開昭４８−３９３３８号公報による
コロイド状シリカとリン酸アルミニウムを主体とするコ
ーティング液、特開昭５０−７９４４２号公報によるコ
ロイド状シリカとリン酸マグネシウムを主体とするコー
ティング液、又は特開平６−６５７５４号公報によるア
ルミナ・ゾルとホウ酸を主成分とするコーティング液を
焼き付ける方法等を採用すればよい。

【００２８】

【実施例】

（実施例１）重量比で、Ｓｉ： 3.3％、Ｍｎ： 0.1％、
Ｃ：0.05％、Ｓ： 0.007％、酸可溶性Ａｌ：0.03％、
Ｎ： 0.008％、Ｓｎ：0.05％、残部実質的にＦｅ及び不
可避的不純物からなる珪素鋼スラブを1150℃で加熱した
後、熱間圧延し板厚 2.3mmとした。この熱延板を 1.8mm
に冷延し、1100℃で２分間焼鈍した後、最終板厚0.23mm
に冷延した。

【００２９】この冷延板を酸化度0.06の窒素と水素の混
合ガス中において 830℃の温度で 100秒焼鈍し一次再結
晶させた。次いでアンモニア雰囲気中で焼鈍することに
より、窒素量を 0.025％に増加して、インヒビターの強
化を行った。この鋼板をアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を水ス
ラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。

【００３０】これらの試料にＳｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍｎ，Ｓ
ｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｖ，
Ｚｒ，Ｃｏ，Ｓｂ＋Ｓｎ，Ｓｂ₂ Ｏ₃ ，ＳｎＯ₂ の粉末
を圧延方向と直角方向に塗布し、1000℃で焼鈍した。そ
の後、コロイド状シリカとリン酸塩を主成分とするコー
ティング液を塗布して 850℃で２分間焼き付けた。これ
らの試料の磁気特性を測定した後、更に 800℃で４時間
の歪取り焼鈍を行った。得られた製品の磁気特性を表２
に示す。

【００３１】

【表２】

【００３２】（実施例２）重量比で、Ｓｉ： 3.1％、Ｍ
ｎ：0.07％、Ｃ：0.07％、Ｓ： 0.025％、酸可溶性Ａ
ｌ： 0.026％、Ｎ： 0.008％、Ｓｎ： 0.1％、残部実質
的にＦｅ及び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを13
50℃で加熱した後、熱間圧延し板厚 2.3mmとした。この
熱延板を酸洗後 1.8mmに冷延し、1100℃で２分間焼鈍し
た後、最終板厚0.23mmに冷延した。

【００３３】この冷延板を窒素と水素の混合ガス中にお
いて酸化度（Ａ：本発明法） 0.1、及び（Ｂ：従来法）
0.44で 850℃の温度で 100秒焼鈍し一次再結晶させた。
これらの鋼板をその後、（Ａ：本発明法）アルミナ（Ａ
ｌ₂ Ｏ₃ ）、及び（Ｂ：従来法）マグネシア（ＭｇＯ）
を水スラリーで塗布した後、仕上げ焼鈍を施した。

【００３４】これらの試料にＡｌ，Ｂの粉末を圧延方向
と直角方向に塗布し、1000℃で焼鈍した。その後、コロ
イド状シリカとリン酸塩を主成分とするコーティング液
を塗布して 850℃で２分間焼き付けた。これらの試料の
磁気特性を測定した後、更に800℃で４時間の歪取り焼
鈍を行った。得られた製品の磁気特性を表３に示す。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【発明の効果】本発明により、歪取り焼鈍によって磁気
特性が劣化せず、且つ従来よりも格段に鉄損特性の良好
な方向性電磁鋼板をコストアップすることなく製造する
ことができる。

フロントページの続き (72)発明者 菅 洋三 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比で、 Ｓｉ：０．８〜４．８％、 酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５％、 Ｎ ≦０．０１％、残部実質的にＦｅ及び不可避的不純
   物からなる珪素鋼スラブを１１００℃以上１２８０℃以
   下で加熱した後に熱間圧延し、一回もしくは中間焼鈍を
   はさむ二回以上の冷間圧延により最終板厚とし、脱炭焼
   鈍・窒化処理を行った後、仕上げ焼鈍を施す方向性電磁
   鋼板の製造方法において、脱炭焼鈍をＦｅ系酸化物の形
   成しない酸化度の雰囲気ガス中で行った後、焼鈍分離剤
   としてアルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の
   鋼板表面を鏡面状態にし、該鋼板にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔ
   ｉ，Ｍｎ，Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃ
   ｒ，Ｍｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の
   １種または２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線
   状または点状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵
   入帯を形成することにより活動磁壁数を増加させること
   を特徴とする鉄損の低い鏡面方向性電磁鋼板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 重量比で、 Ｓｉ：０．８〜４．８％、 酸可溶性Ａｌ：０．０１２〜０．０５％、 Ｎ ≦０．０１％、 Ｍｎ：０．０２〜０．３％、 Ｓ ：０．００５〜０．０４０％、残部実質的にＦｅ及
   び不可避的不純物からなる珪素鋼スラブを１３００℃以
   上に加熱した後に熱間圧延し、一回もしくは中間焼鈍を
   はさむ二回以上の冷間圧延により最終板厚とし、次いで
   脱炭焼鈍・仕上げ焼鈍を施す方向性電磁鋼板の製造方法
   において、脱炭焼鈍をＦｅ系酸化物の形成しない酸化度
   の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を行い、焼鈍分離剤としてア
   ルミナを塗布することにより、仕上げ焼鈍後の鋼板表面
   を鏡面状態にし、該鋼板にＡｌ，Ｓｉ，Ｂ，Ｔｉ，Ｍ
   ｎ，Ｓｂ，Ｓｒ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍ
   ｏ，Ｖ，Ｚｒ，Ｃｏの粉末、またはその化合物の１種ま
   たは２種以上をスラリー状とし、間隔をおいて線状また
   は点状に塗布した後に焼鈍し、鋼成分と異なる侵入帯を
   形成することにより活動磁壁数を増加させることを特徴
   とする鉄損の低い鏡面方向性電磁鋼板の製造方法。