JPH0931546A - 磁気特性に優れた方向性けい素鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工業的生産においても安定して高磁束密度の
製品を得ることができる方向性けい素鋼板の新規な製造
方法について提案する。 【解決手段】 含けい素鋼スラブに熱間圧延を施し、次
いで１回または中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延によっ
て最終板厚とした後、脱炭焼鈍、そして焼鈍分離剤を塗
布して最終仕上焼鈍を施す一連の工程によって方向性け
い素鋼板を製造するに当たり、最終冷間圧延後の鋼板表
面の算術平均粗さを0.40μｍ以下に調整し、その後脱炭
焼鈍に先立って、電解脱脂法によって鋼板表面にSiを含
有する電着物が0.1mg/m²以上で付着する洗浄処理を施
し、次いで雰囲気における水素分圧に対する水蒸気分圧
の比を0.30〜0.65に調整して行う前期と、雰囲気におけ
る温度を850 〜950 ℃かつ水蒸気分圧を0.05〜3.0 ％に
調整して鋼板表面の酸化物の分解再生成高密度化処理を
行う後期とからなる脱炭焼鈍を施す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、磁気特性に優れ
た方向性けい素鋼板の製造方法、特に磁束密度の向上に
有利な製造方法に関する。

【０００２】方向性けい素鋼板は変圧器や発電機等の鉄
心として使用されるもので、磁気特性として、磁束密度
（磁化力が800 A/m における磁束Ｂ₈ 値で示される) が
高く、かつ鉄損（最大磁束密度1.7 Ｔおよび周波数50Hz
における１kg当たりの鉄損Ｗ _17/50 値で示される) が低
いことが要求される。

【０００３】

【従来の技術】近年、方向性けい素鋼板の磁気特性、中
でも鉄損の低減に対して、鋼板表面に局部的に歪みを導
入したり溝を形成して、磁区を細分化する技術が開発さ
れ、これによって大幅な鉄損の改善が可能となった。特
に、この技術は、磁束密度の高い鋼板に適用すると極め
て有効であり、鉄損の低減は磁束密度の向上に併せて達
成されるのである。

【０００４】方向性けい素鋼板の磁束密度を向上するに
は、製品の結晶方位を（110)〔001〕方位、いわゆるゴ
ス方位に高度に集積させる必要があり、このゴス方位の
結晶粒は、最終仕上焼鈍において、２次再結晶現象によ
って得られる。従って、２次再結晶では、(110) 001 方
位に近い結晶粒のみを優先的に成長させて他の方位の結
晶粒の成長を抑制する必要があるため、ゴス方位以外の
方位の結晶粒の成長を抑制するインヒビターの添加が必
須である。このインヒビターは、鋼中に析出分散相を形
成し、２次再結晶の直前まで１次再結晶粒の成長（正常
粒成長）を抑制することによって、磁束密度の向上に寄
与するものである。しかし、実際の製造工程では、しば
しば結晶方位が(110) 001 方位からずれた粒が２次再結
晶し、磁束密度の劣化した鋼板が製造されることが問題
となっていた。

【０００５】この問題について、発明者らが行った調査
によれば、２次再結晶のための焼鈍（最終仕上焼鈍）に
おいて鋼板表面が酸化し、鋼板表層部のインヒビターを
分解そして消失するために、２次再結晶前に鋼板表層部
における正常粒成長抑制力が不足することが判明した。

【０００６】こうした最終仕上焼鈍中の鋼板表層部にお
けるインヒビターの分解そして消失を抑制するには、最
終仕上焼鈍の前工程である脱炭焼鈍において鋼板表面に
形成される酸化物層（サブスケール）を利用することが
考えられる。すなわち、鋼板表面に酸化物層が存在する
場合、この酸化物層が、Ｏ，Mn, Alなどの元素の拡散に
対する障害物となれば、これら元素の酸化が抑えられ
て、その結果インヒビターの分解そして消失も抑制され
る。

【０００７】この技術思想に基づいて、酸化の抑制に寄
与し得る酸化物層の組成について鋭意検討した結果、鋼
板表面の酸化物層の組成として、ファイヤライトおよび
シリカの比を一定範囲に制御する技術を開発し、特開平
４−20271 号公報において提案した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術によっても、工業的生産における、磁気特性の安定化
は充分とはいい難く、とりわけ磁束密度の高い方向性け
い素鋼板を安定して生産することは困難であった。そこ
で、この発明は、工業的生産においても安定して高磁束
密度の製品を得ることができる方向性けい素鋼板の新規
な製造方法について提案することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の問題
を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、最終冷間圧延後の
鋼板の表面粗さを特定の範囲に調整すること、脱炭焼鈍
に先立って電解脱脂法による洗浄処理を行って鋼板表面
にSiを含有する電着物を所定量以上付着させること、そ
して脱炭焼鈍の雰囲気を制御することによって、磁束密
度の安定した向上が実現するとの知見を得るに到った。
この発明は、上記の知見に立脚するものである。

【００１０】すなわち、この発明は、含けい素鋼スラブ
に熱間圧延を施し、次いで１回または中間焼鈍を挟む複
数回の冷間圧延によって最終板厚とした後、脱炭焼鈍、
そして焼鈍分離剤を塗布して最終仕上焼鈍を施す一連の
工程によって方向性けい素鋼板を製造するに当たり、最
終冷間圧延後の鋼板表面の算術平均粗さを0.40μｍ以下
に調整し、その後脱炭焼鈍に先立って、電解脱脂法によ
って鋼板表面にSiを含有する電着物が0.1mg/m²以上で付
着する洗浄処理を施し、次いで、雰囲気における水素分
圧に対する水蒸気分圧の比（以下、Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)と
示す）を0.30〜0.65に調整して行う前期と、雰囲気にお
ける温度を850 〜950 ℃かつ水蒸気分圧を0.05〜3.0 ％
に調整して鋼板表面の酸化物の分解再生成高密度化処理
を行う後期とからなる脱炭焼鈍を施すことを特徴とする
磁気特性に優れた方向性けい素鋼板の製造方法である。

【００１１】次に、この発明の基礎となった種々の実験
結果について説明する。なお、実験に供した素材は、
Ｃ，SiおよびAlを必須成分として含有させた。なぜな
ら、Ｃは熱間圧延および冷間圧延における組織の改善に
有用な成分であり、またSiは電気抵抗を高めて鉄損を向
上させるのに有用な成分であり、さらにAlはインヒビタ
ー成分として２次再結晶粒方位の向上、すなわち磁束密
度の向上に有用な成分であるからである。

【００１２】実験１ Ｃ：0.065 重量％、Si:3.25 重量％、Mn:0.070重量％,
Al:0.025重量％, Se:0.020重量％およびSb:0.025重量％
を含有する鋼スラブの３本に、それぞれ熱間圧延を施し
た後、1000℃で１分間の熱延板焼鈍を施し、第１回目の
冷間圧延にて1.50mmの板厚としてから、湿Ｎ₂ 雰囲気(
露点40℃) 中で1100℃，60秒間の中間焼鈍を施してミス
ト水を用いて40℃/sの冷却速度で350 ℃まで急冷した
後、350 ℃で20秒間保持したのち、常温まで冷却した。

【００１３】次いで、中間焼鈍後に15％のHCl 水溶液に
て酸洗し、180mm 径のワークロールをそなえるゼンジミ
ア圧延機を用いて、0.22mmの最終板厚とした。なお、最
終冷間圧延後のコイルの表面粗さは算術平均粗さで0.30
〜0.35μｍであった。

【００１４】その後、脱炭焼鈍の前処理として、鋼板の
表面洗浄を行った。すなわち、第１番目のコイルは、15
％NaOH水溶液中に通板してブラッシングを施した後、純
水でリンスし乾燥した。第２番目のコイルは、同じく15
％NaOH水溶液中を通板してブラッシングを施した後、20
％HCl 水溶液中を通板し、その後、純水でリンスし乾燥
した。第３番目のコイルは、ａ〜ｊに10分割し、各分割
コイルをオルソ珪酸ソーダ浴中に通板した後、純水でリ
ンスし乾燥した。ここで、オルソ珪酸ソーダ浴中を通板
するに際し、分割コイルａ以外の分割コイルには交番電
流を付加して電解脱脂法による鋼板表面の洗浄処理を行
った。なお、分割コイルｂには1.0 A/dm ² の−＋の交番
電流を付加し、分割コイルｃ〜ｊには、それぞれ0.01,
0.1, 0.5, 1.0, 3.0, 5.0, 8.0, 15A/dm² の＋−の交番
電流を付加した。

【００１５】これらの前処理の結果はいずれも、鋼板表
面が清浄なものとなったが、第２番目のコイルは、鋼板
表面が0.2 μｍ厚にわたり溶損し、第３番目のコイルに
おいて、分割コイルｃ〜ｊは鋼板表面にSiを含有する電
着物が付着し、その付着量は、分割コイルｃにおいては
0.03mg/m² 、同ｄにおいては0.06mg/m² 、同ｅにおいて
は0.10mg/m² 、同ｆにおいては0.34mg/m² 、同ｇにおい
ては0.54mg/m² 、同ｈにおいては1.36mg/m² 、同ｉにお
いては2.4 mg/m² 、同ｊにおいては4.0 mg/m²であっ
た。

【００１６】さらに、12種類のコイルをそれぞれ２分割
して２組に分け、一方の組の12種類のコイルには、50％
H₂および残余N₂バランスの雰囲気（露点60℃，Ｐ(H₂O)
／Ｐ(H₂)：0.39）下にて840 ℃で２分間の連続脱炭焼鈍
を施した。残る組の12種類のコイルには、50％H₂および
残余N₂バランスの雰囲気（露点60℃）下にて840 ℃で２
分間の連続脱炭焼鈍を行った後、880 ℃で10秒間、露点
−10〜−４℃（ H₂O分圧：0.25〜0.43％）の乾N₂雰囲気
下での熱処理を行った。

【００１７】次いで、これらのコイルは５％TiO₂と２％
Sr(OH)₂ ・８H₂O を含有しMgO を主成分とする焼鈍分離
剤を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、1200
℃まで15℃/hの昇温速度で25％N₂と75％H₂の混合雰囲気
下で昇温し、さらにH₂の雰囲気下で1200℃、10ｈ保持し
た後、降温する最終仕上焼鈍を施した。その後、各コイ
ルにおける未反応の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化処
理を兼ねた張力コーティングを鋼板表面に塗布焼付けし
て製品とした。かくして得られた製品コイルの磁気特性
を図１に示す。

【００１８】図１に示すように、脱炭焼鈍の前処理とし
て、電解脱脂法を採用しかつ鋼板表面にSiを含有する電
着物を0.1mg/m²以上付着させ、さらに脱炭焼鈍後に熱処
理を施した場合に、磁束密度の高い優れた磁気特性の製
品が得られた。

【００１９】また、これらの優れた磁気特性の得られた
理由を解明するために、各々の脱炭焼鈍板を25％N₂と75
％H₂の混合雰囲気（露点20℃）下で900 ℃，30分間の熱
処理を行って、酸化挙動および窒化挙動を調査した。そ
の結果を、図２に示すように、磁束密度の高い材料が得
られた条件では、鋼板の酸化および窒化が抑制されてい
ることが判明した。すなわち、鋼板表層部での酸化や窒
化が抑制されると、最終仕上げ焼鈍において、鋼板表層
部のインヒビターが良好な状態に維持されることから、
適切な２次再結晶が得られたものと推定される。

【００２０】さらに、脱炭焼鈍後に施した熱処理は、後
述するように、鋼板表面の酸化物を分解し、その後細か
い酸化物粒子を再生成することによって、鋼板表面の酸
化物粒子を高密度に分散生成させるため、酸素や窒素の
拡散を抑制する作用を有するところから、鋼板表面の酸
化物の分解再生成高密度化処理と呼称する。

【００２１】実験２ 実験１と同じ組成を有する鋼スラブの12本に、それぞれ
熱間圧延を施した後、1050℃で１分間の熱延板焼鈍を施
し、第１回目の冷間圧延にて1.40mmの板厚としてから、
25％N₂と75％H₂の混合雰囲気( 露点45℃) 中で1050℃，
60秒間の中間焼鈍を施してミスト水を用いて40℃/sの冷
却速度で250 ℃まで急冷した後、350 ℃で120 秒間保持
したのち、常温まで冷却した。

【００２２】次いで、中間焼鈍後に最終板厚0.19mmまで
の最終冷間圧延を行うに際し、第１番目、第２番目、第
３番目および第４番目のコイルは、中間焼鈍後そのまま
の状態で冷間圧延を行い、第５番目、第６番目、第７番
目および第８番目のコイルは、15％のＨＣｌ水溶液中に
通板してスケール表層を除去した後冷間圧延を行い、そ
して第９番目、第６番目、第10番目、第11番目および第
12番目のコイルは、表面研削機で約0.1 mmの間隔で鋼板
表面の酸化物層の全てを幅1000 mm にわたり除去した
後、冷間圧延を行った。

【００２３】なお、冷間圧延はゼンジマー圧延機にて、
第１番目、第２番目、第５番目、第６番目、第９番目、
第10番目のコイルは250 mm径のワークロールを用いて行
い、残りのコイルは150 mm径のワークロールを用いて行
った。さらに、第１番目、第３番目、第５番目、第７番
目、第９番目および第11番目のコイルの圧延に際して、
高粘度系の圧延油を用い、残りのコイルの圧延は低粘度
系の圧延油を用いた。

【００２４】最終冷間圧延後の鋼板表面の平均粗さは、
第１番目のコイルが0.74μｍＲ_a 、第２のコイルが0.68
μｍＲ_a 、第３番目のコイルが0.62μｍＲ_a 、第４番目
のコイルが0.56μｍＲ_a 、第５番目のコイルが0.39μｍ
Ｒ_a 、第６番目のコイルが0.35μｍＲ_a 、第７番目のコ
イルが0.31μｍＲ_a 、第８番目のコイルが0.27μｍ
Ｒ _a 、第９番目のコイルが0.52μｍＲ_a 、第10番目のコ
イルが0.44μｍＲ_a 、第11番目のコイルが0.37μｍ
Ｒ_a 、第12番目のコイルが0.33μｍＲ_a であった。

【００２５】これら12種類のコイルをさらに２分割して
２組に分け、脱炭焼鈍の前処理として、一方の組の16種
類のコイルは、15％NaOH水溶液中でアルカリ脱脂後に純
水でのリンスを行い、残る組の16種類のコイルには、オ
ルソ珪酸ナトリウム浴中を通板する際に、−＋−＋の交
番電流を流して電解脱脂を行って、1.0 〜2.5 mg/m²のS
iを含有する電着物を鋼板表面に付着させた後、純水で
のリンスを行った。

【００２６】その後、各コイルは45％H₂および残余N₂バ
ランスの雰囲気（露点60℃）下で850 ℃，２分間の脱炭
焼鈍と、引続く同一連続焼鈍炉内での65％H₂および残余
N₂バランスの雰囲気（露点−５〜５℃，H₂O 分圧：0.46
〜0.86％）下で860 ℃，15秒間の連続焼鈍を行った。

【００２７】次いで、これらのコイルは10％TiO₂および
３％Sr(OH)₂ ・８H₂O を含有しMgOを主成分とする焼鈍
分離剤を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、
850℃で35時間N₂中で保持した後、15℃/hの昇温速度で2
5％N₂および75％H₂の混合雰囲気下で1200℃まで昇温
し、さらにH₂の雰囲気下で1200℃、10ｈ保持した後、降
温する最終仕上焼鈍を施した。その後、各コイルにおけ
る未反応の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化処理を兼ね
た張力コーティングを鋼板表面に塗布焼付けして製品と
した。かくして得られた製品コイルの磁気特性を図３に
示す。

【００２８】図３から、最終冷間圧延後の鋼板表面の表
面粗さを0.40μｍＲ_a 以下とし、、また脱炭焼鈍の前処
理として電解脱脂法を採用しかつ鋼板表面にSiを含有す
る電着物を付着させた場合に、磁束密度の高い優れた磁
気特性の製品が得られたことがわかる。

【００２９】また、優れた磁気特性が得られた理由を解
明するために、各々の脱炭焼鈍板を25％N₂と75％H₂の混
合雰囲気（露点20℃）下で900 ℃，30分間の熱処理を行
って、酸化挙動および窒化挙動を調査したところ、実験
１と同様に磁束密度の高い材料が得られた条件では、鋼
板の酸化および窒化が抑制されていた。

【００３０】実験３ 実験１と同じ組成を有する鋼スラブに、熱間圧延を施し
た後、1050℃で１分間の熱延板焼鈍を施し、第１回目の
冷間圧延にて1.40mmの板厚としてから、25％N₂と75％H₂
の混合雰囲気( 露点45℃) 中で1050℃，60秒間の中間焼
鈍を施してミスト水を用いて40℃/sの冷却速度で300 ℃
まで急冷した後、300 ℃で60秒間保持したのち、常温ま
で冷却した。その後、15％HCl 水溶液での酸洗により、
鋼板の外部スケールを除去した。その後、200 mm径のロ
ールをそなえるゼンジミア圧延機を用いて、0.19mmの最
終板厚とした。なお、最終冷間圧延後の鋼板の表面粗さ
は0.25〜0.30μｍＲ_a であった。

【００３１】次に、脱炭焼鈍の前処理として、オルソ珪
酸ナトリウム水溶液中での電解脱脂を行って、Siを含有
する電着物を0.4 〜1.0mg/m²付着させた後、このコイル
を８分割して、雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を種々に変化
して850 ℃で２分間の脱炭焼鈍を施した。

【００３２】すなわち、H₂とN₂の混合比率を変え、かつ
雰囲気の露点を変化することによりＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)
を、0.05, 0.15, 0.20, 0.30, 0.45, 0.55, 0.65, 0.70
および0.75とした雰囲気において、それぞれ脱炭焼鈍を
施した。これら８種類のコイルは、60％H₂および残余N₂
バランスの雰囲気（露点６〜８℃，H₂O 分圧0.92〜1.06
％) 下で870 ℃，20秒間の連続焼鈍を行った。

【００３３】次に、これらのコイルは10％のTiO₂および
３％のSr(OH)₂ ・８H₂O を含有するMgO を焼鈍分離剤と
して鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、850
℃で15時間N₂中で保持した後、15℃/hの昇温速度で25％
N₂と75％H₂の混合雰囲気下で1200℃まで昇温し、さらに
H₂の雰囲気下で1200℃、10ｈ保持したのち降温する、最
終仕上焼鈍を施した。その後、各コイルにおける未反応
の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化処理を兼ねた張力コ
ーティングを鋼板表面に塗布焼付けして製品とした。か
くして得られた製品コイルの磁気特性を図４に示すよう
に、脱炭焼鈍の雰囲気におけるＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を0.30
〜0.65とすることにより、磁束密度の高い優れた磁気特
性が得られた。

【００３４】また、これらの優れた磁気特性の得られた
理由を解明するために、各々の脱炭焼鈍板を25％N₂と75
％H₂の混合雰囲気（露点20℃）下で900 ℃，30分間の熱
処理を行って、酸化挙動および窒化挙動を調査したとこ
ろ、実験１と同様に磁束密度の高い材料が得られた条件
では、鋼板の酸化および窒化が抑制されていた。

【００３５】実験４ 次に、脱炭焼鈍に引続く鋼板表面の酸化物に対する分解
再生成高密度化処理について、その最適条件を調査し
た。実験１と同じ組成の鋼スラブを熱間圧延によって2.
0 mmの板厚のコイルとし、湿N₂雰囲気（露点35℃）で11
50℃，１分間の熱延板焼鈍を施してから、ミスト水を用
いて平均冷却速度40℃/sで室温まで冷却した後、15％の
HCl 水溶液での酸洗により、鋼板の酸化物表層を除去し
た。

【００３６】このコイルを200mm 径のワークロールを有
するゼンジミア圧延機によって、0.26mmの最終板厚まで
冷間圧延した。なお、冷間圧延後の鋼板の表面粗さは、
0.28〜0.32μｍＲ_a であった。

【００３７】次に脱炭焼鈍の前処理として、オルソ珪酸
ナトリウム水溶液中での電解脱脂を行って、Siを含有す
る電着物を0.5 〜0.8mg/m²付着させた後、55％H₂および
残余N₂の雰囲気（露点65℃）下で850 ℃，100 秒間の脱
炭焼鈍を施した。このコイルを131 分割し、それぞれの
コイルに、以下に示す種々の熱処理を施した。

【００３８】〔熱処理雰囲気の条件〕分割したコイルの
うち40コイルに対して、870 ℃，20秒間の熱処理を、そ
れぞれ100 ％H₂ガスにH₂O を含有させたもの、75％H₂お
よび25％N₂ガスにH₂O を含有させたもの、50％H₂および
50％N₂ガスにH₂O を含有させたもの、そして25％H₂およ
び75％N₂ガスにH₂O を含有させたもの、100 ％N₂ガスに
H₂O を含有させたものによる雰囲気で行った。なお、含
有させたH₂O の量は、ガス分圧で0.01％,0.03％, 0.05
％, 0.1 ％, 0.5 ％, 3.0％, 5.2 ％そして12％とし
た。

【００３９】かかる熱処理後に、この熱処理を施さない
１コイルを含めた41コイルについて、10％ TiO₂ および
４％Sr(OH)₂ ・８H₂O を含有するMgO を主成分とする焼
鈍分離剤を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取
り、N₂中で840 ℃，40ｈ保持した後、15℃/hの昇温速度
で25％N₂および75％H₂の混合雰囲気下で1200℃まで昇温
し、さらにH₂の雰囲気下で1200℃, 10ｈ保持した後降温
する、最終仕上焼鈍を施した。

【００４０】その後、各コイルにおける未反応の焼鈍分
離剤を除去した後、平坦化処理を兼ねた張力コーティン
グを鋼板表面に塗布焼付けして製品とした。かくして得
られた製品コイルの磁気特性を図５に示す。なお、かか
る熱処理を行わなかった製品の磁束密度は、Ｂ₈ 値で1.
865 Ｔであった。図５から、高磁束密度の製品を得るた
めには、N₂とH₂との混合比に拘わらず、H₂O の含有量を
0.05〜3.0 ％とする必要があることがわかる。

【００４１】〔熱処理の温度と時間の条件〕分割した残
りの90コイルを用いて、40％N₂および60％H₂の混合雰囲
気中にH₂Oを1.8 ％含有させた雰囲気にて熱処理を行っ
た。ここで熱処理は、温度を800, 825, 850, 875, 900,
925, 950, 975, 1000℃の９水準および時間を２，３，
５，10, 15, 20, 30, 40, 50, 60秒間の10水準として、
それらを組合わせて行った。

【００４２】かかる熱処理の後、これら90種類の分割コ
イルは10％TiO₂および４％Sr(OH)₂・８H₂O を含有するM
gO を主成分とする焼鈍分離剤を鋼板表面に塗布した
後、コイル状に巻き取り、N₂中で840 ℃，40ｈ保持した
後、15℃/hの昇温速度で25％N₂および75％H₂の混合雰囲
気下で1200℃まで昇温し、次いでH₂の雰囲気下で1200℃
まで昇温し、さらにH₂の雰囲気下で1200℃，110 ｈ保持
したのち降温する、最終仕上焼鈍を施した。

【００４３】その後、各コイルにおける未反応の焼鈍分
離剤を除去した後、平坦化処理を兼ねた張力コーティン
グを鋼板表面に塗布焼付けして製品とした。かくして得
られた製品コイルの磁気特性を図６に示すように、温度
および時間の最適条件は、850 〜950 ℃で５〜40秒間の
範囲であることがわかる。

【００４４】また、各々の脱炭焼鈍板を25％N₂と75％H₂
の混合雰囲気（露点20℃）下で900℃，30分間の熱処理
を行って、酸化挙動および窒化挙動を調査したところ、
実験１や２と同様に、磁束密度の高い材料が得られた条
件では、鋼板の酸化および窒化が抑制されていた。

【００４５】さらに、脱炭焼鈍板に0.05〜0.35％のH₂O
分圧の雰囲気で熱処理を施すと、酸化および窒化が抑制
される理由を詳細に調査するため、鋼板断面のSEM 写真
を観察したところ、この熱処理によって鋼板表層部に存
在するファイヤライト(Fe₂SiO₄) が、次式(1) に示す反
応に従って分解し、シリカ(SiO₂)の微細粒が高密度に生
成していることがわかった。

【数１】 Fe₂SiO₄＋Si →２SiO₂＋２Fe -----(1)

【００４６】すなわち、図７(a) に示すように、脱炭焼
鈍板上に生成する酸化物はその表面側にファイヤライト
および地鉄側にシリカがそれぞれ生成するのが一般であ
る。特に、ファイヤライトは酸素分圧の高い表面側に生
成するため、同図に示すように、粗い粒子として形成さ
れる。

【００４７】ここで、H₂O 分圧が0.05〜3.0 ％の雰囲気
で熱処理を行うと、図７(b) に示すように、ファイヤラ
イトの一部がシリカと鉄と酸素に分解し、酸素が鉄中に
溶存する微量Siと結合してさらにシリカを生成する。こ
れら分解して生成するシリカおよび鉄中に溶存する微量
Siと結合して生成するシリカは、極めて微細な粒子であ
り、しかも高密度でサブスケール中に存在するため、サ
ブスケールを介しての酸素の拡散や窒素の拡散を妨げる
作用が大きい。このため、鋼板は最終仕上焼鈍中の酸化
や窒化から保護されることになり、インヒビターの初期
状態が２次再結晶まで維持され、良好な磁気特性が得ら
れたものである。そこで、かかる熱処理を、鋼板表面の
酸化物の分解再生成高密度化処理と呼称する。

【００４８】この鋼板表面の酸化物の分解再生成高密度
化処理によって微細なシリカ粒子を酸化物内に高密度に
生成させるには、十分なファイヤライト粒子がかかる処
理の前に存在することが必要である。すなわち、最終冷
間圧延後の鋼板の表面粗さを0.40μｍＲ_a 以下とするこ
と、脱炭焼鈍の前処理として電解脱脂法によって鋼板表
面にSiを含有する電着物が0.1mg/m²以上で付着する洗浄
処理を施すことおよび脱炭焼鈍の前期においてＰ(H₂O)
／Ｐ(H₂)を0.30〜0.65とすることは、いずれも、脱炭焼
鈍で形成される酸化物中のファイヤライトを増加させる
作用があることが、新たに判明した。

【００４９】また、酸化物の分解再生成高密度化処理の
条件として、温度が低すぎる場合や時間が短かすぎる場
合は、ファイヤライトの分解および微細シリカの再生成
の反応の進行が遅く、逆に、温度が高すぎる場合は、フ
ァイヤライトの分解によって再生成されるシリカの粒子
径が粗大となってサブスケールの酸化および窒化抑制作
用が十分に機能しなくなる。一方、処理時間が長過ぎる
場合は、ファイヤライトが完全に分解して、消滅する結
果、最終仕上焼鈍時に、焼鈍分離剤中のMgO と反応して
次式(2) に示すオリビン形成の反応が抑制され、磁気特
性が劣化することになる。

【数２】 2x MgO ＋ Fe₂SiO₄ → (Mg_x Fe_1-x )₂SiO₄＋2xFeO -----(2)

【００５０】なお、脱炭焼鈍板に非酸化性雰囲気で890
〜1050℃で加熱焼鈍処理を施す技術について、特公昭54
−24686 号公報に開示されているが、ここに示された雰
囲気は、Siに対しても非酸化性であり、H₂O 分圧は0.01
％以下である。そして、熱処理温度も890 ℃以上と高
く、またサブスケール中の酸化物であるファイヤライト
やシリカに関する記載はなく、従って微細SiO₂を分散再
生成させる技術である、この発明とは異なる技術であ
る。

【００５１】また、特公昭57−1575号公報には、脱炭焼
鈍を前半と後半に分け、後半の雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H
₂)を前半より低下させる脱炭焼鈍技術が開示されている
が、これはＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)のレベルを変えて生成する
酸化物を変更するものであり、従って、H₂とH₂O の分圧
の比率が問題となる。すなわち、H₂O の分圧を一定値以
下に制御してファイヤライトを分解してシリカを再生成
する、この発明とは本質的に異なるものであり、両者の
相違は、例えば100 ％N₂の雰囲気中に微量のH₂O が含有
される場合についての適合性を評価すれば明白である。
さらに同公報には、サブスケール中の酸化物であるファ
イヤライトやシリカに関する記載はなく、ファイヤライ
トを増加させる処理およびシリカの微細分散を図ること
の示唆もない。

【００５２】上述したとおり、この発明は、方向性けい
素鋼板の製造工程において、最終冷間圧延後の鋼板の表
面粗さを適正に調整し、次いで脱炭焼鈍の前処理とし
て、電解脱脂法によって鋼板表面にSiを含有する電着物
が0.1mg/m²以上で付着する洗浄処理を施し、脱炭焼鈍
前、後期の雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を所定量の範囲と
し、かつ後期の雰囲気中のH₂O 分圧を所定量以下としか
つ温度を所定の温度範囲とすることで、脱炭焼鈍後の鋼
板表面の酸化物の分解微細分散再生成を促進し、最終仕
上焼鈍中の鋼板の酸化および窒化を抑制し、最終的に製
品の磁束密度を向上させるものである。

【００５３】ここで、この発明の素材成分は、方向性け
い素鋼の一般に従うものであり、例えば以下に示す成分
組成が有利に適合する。 Ｃ：0.020 〜0.10重量％ Ｃは、熱間圧延および冷間圧延における組織改善に有用
な成分であり、この効果は含有量が0.020 重量％に満た
ないと得られない。一方、0.10重量％をこえると、脱炭
不良となり磁気特性の劣化を招くため、Ｃ量は0.020 〜
0.10重量％の範囲に限定した。 Si：1.0 〜5.0 重量％ Siは製品の電気抵抗を高め渦電流損を低減させる上で重
量な成分で、この目的のためには1.0 重量％以上は必要
であるが、一方5.0 重量％をこえると冷間圧延性が劣化
するため、1.0 〜5.0 重量％の範囲に限定した。 Mn：0.05〜2.5 重量％ Mnは後述するインヒビター形成成分であり、さらに熱間
圧延性を高めるために必要な成分でもあり、このために
は、0.05重量％以上を必要とするが、一方2.5重量％を
こえると脱炭が困難となるため、0.05〜2.5 重量％の範
囲に限定した。

【００５４】次に、インヒビター形成成分としては、上
記のMnのほか、Al, ＳまたはSeを0.005 〜0.04重量％の
範囲で含有する。すなわち、Al, ＳまたはSeは、AlN, M
nSまたはMnSeとして鋼中に微細析出してインヒビターを
形成するのに必要であり、これらのうち１種または２種
以上の含有が必要である。この目的のためには、0.005
重量％以上の含有が必要であるが、0.04重量％をこえる
と、微細に分散析出させることが困難となってインヒビ
ターの機能が低下するため、0.005 〜0.04重量％の範囲
で含有する。なお、２種以上を含有させる場合は、個々
の成分を0.005 〜0.04重量％の範囲に制限することが好
ましい。

【００５５】その他、必要に応じて、インヒビター成分
として、Ge, Ｐ，Ｖ，Sn, Sb, Bi,ＢおよびＮを0.005
〜0.040 重量％、SnおよびSbを0.005 〜0.2 重量％、Bi
およびＢを0.0003〜0.0100重量％の範囲で添加すること
が好ましい。なお、Ｎは製造工程の途中において窒化す
ることによって添加することも可能である。さらに、熱
間圧延性を改善するために、Moを0.05重量％までの範囲
で含有することもできる。

【００５６】

【発明の実施の形態】次に、この発明に従う製造方法に
ついて詳しく述べる。上記好適成分組成になる鋼スラブ
は、従来用いられている製鋼法で得られた鋼を鋳造して
得られ、必要に応じて再圧延を行い、次いで熱間圧延に
よって熱延コイルとする。かかる熱延コイルは、１回も
しくは中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延によって最終板
厚とするが、この最終冷間圧延後の鋼板の表面粗さを0.
40μｍＲ_a 以下に調整することが、この発明の必須要件
である。これは、冷間圧延前の鋼板表面の酸化物層の除
去量、圧延機のワークロール径、圧延油の粘度あるいは
圧延速度などを変更することにより達成される。

【００５７】ここに、鋼板表面の平均粗さが0.40μｍＲ
_a をこえると、脱炭焼鈍の前期において形成される酸化
物中のファイヤライトの含有量が低下し、脱炭焼鈍後期
での酸化物の分解再生成高密度化処理の効果が得られな
い。

【００５８】最終冷間圧延後の鋼板表面の酸化物は、最
終冷間圧延前の焼鈍後の表面スケールを除去する際、そ
の除去量を変えることにより行われる。また、除去の手
段は、酸洗や研削など従来公知の方法を用いることがで
きる。最終冷間圧延後のコイルは、次に脱炭焼鈍に供す
るが、この脱炭焼鈍の前処理として、電解脱脂法による
洗浄処理を施す必要がある。すなわち、電解脱脂法は鋼
板を浴中に浸漬し、正又は負の電流を鋼板表面から浴中
に流して、鋼板表面を清浄化する技術である。かかる電
解脱脂での洗浄において、鋼板表面にSiを含有する電着
物を最終的に0.1 mg/m² 以上で付着させることが肝要で
ある。なぜなら、Siを含有する電着物の付着量が0.1mg/
m²未満の場合は、続く脱炭焼鈍の前期において形成され
る鋼板表面の酸化物中のファイヤライトの含有量が低下
し、脱炭焼鈍後期において酸化物の分解再生成高密度化
処理の効果が得られない。

【００５９】なお、Siを含有する電着物の付着量の検出
は、けい光Ｘ線によるSi強度の単位時間当たりのカウン
ト数を用いて行うことができる。すなわち、付着した電
着物を極低濃度のHCl で洗い落として、その前後の重量
変化を測定し、この重量変化とけい光Ｘ線によるSi強度
のカウント数の変化とを対応させ、較正曲線を予め作成
しておくことにより、付着量の測定は簡便になされる。

【００６０】また、脱炭焼鈍は操業性の点から前期およ
び後期に分けて同一の連続炉で行っても、前期と後期と
を別々の焼鈍処理として行っても良い。脱炭焼鈍前期
は、通常行われている脱炭焼鈍であるが、鋼板表面に形
成される酸化物におけるファイヤライトの組成割合を高
めるため、雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)を0.30〜0.65の範
囲とすることが必要である。すなわち、Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H
₂)が0.30未満の場合、ファイヤライトの生成が不十分と
なり、脱炭焼鈍後期での鋼板表面の酸化物に対する分解
再生成高密度化処理において、微細シリカの生成が不十
分となる。一方、Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)が0.65をこえる場合
は、ウスタイトが生成されて、同じく酸化物に対する分
解再生成高密度化処理において、微細シリカの生成が困
難となる。従って、脱炭焼鈍前期における雰囲気のＰ(H
₂O) ／Ｐ(H₂)を0.30〜0.65とする。

【００６１】脱炭焼鈍後期は、焼鈍雰囲気中の H₂O分圧
を0.05〜3.0 ％とし、焼鈍温度を 850〜950 ℃の範囲と
することが必要である。すなわち、H₂O 分圧が0.05％以
下の場合、ファイヤライトから分解した再生成物として
Fe、ＯおよびSiO₂が生じ、緻密かつ微細なシリカの分散
とはならず、一方 3.0％をこえると、ファイヤライトの
分解が阻害される。さらに、焼鈍温度が 850℃未満にな
ると、ファイヤライトの分解反応の進行が不十分とな
り、一方 950℃をこえると、シリカ粒子の粗大化が生じ
緻密な酸化物粒子の分散状態が得られなくなる。従っ
て、焼鈍雰囲気中の H₂O分圧は0.05〜3.0 ％とし、かつ
焼鈍温度を 850〜950 ℃の範囲に限定する。

【００６２】かかる酸化物の分解再生成高密度化処理
は、５秒間未満ではやや不十分であり、40秒間をこえる
と過剰にファイヤライトが分解されて、磁気特性の低下
を招くため、５〜40秒間の範囲が好ましい。

【００６３】なお、脱炭焼鈍後は焼鈍分離材を塗布して
から1200℃程度の温度で最終仕上焼鈍を行い、最終製品
とする。そして、必要に応じて、絶縁コーティングを施
し、平坦化処理を行って製品とすることができる。ま
た、鋼板表面に溝を設けたり、プラズマジェットやレー
ザーを照射して局部的に歪みを与えて磁区細分化処理を
施すことも可能である。

【００６４】

【実施例】

実施例１ 表１に従う組成の鋼スラブＡ〜Ｐを熱間圧延後、1000℃
で１分間の熱延板焼鈍を施し、次いで第１回目の冷間圧
延でＡ〜Ｌは1.5mm およびＭ〜Ｐは0.60mmの中間板厚と
したのち、中間焼鈍として、Ａ〜Ｌは1100℃およびＭ〜
Ｐは1000℃で40秒間、25％湿N₂および75％H₂雰囲気（露
点40℃）での焼鈍を施した後、ミスト水を用いて40℃/s
の冷却速度で350 ℃まで急冷し、その後Ａ〜Ｌは 350℃
およびＭ〜Ｐは 200℃で25秒間保持した後、常温まで大
気中で徐冷した。中間焼鈍後のコイルは、15％のHCl 水
溶液で酸洗し、その後 180mm径のワークロールを有する
センジミア圧延機にて、0.22mmの最終板厚とした。これ
らのコイルの表面粗さは、表２に示すように0.25〜0.30
μｍＲ_a であった。

【００６５】次に、これらのコイルを２分割し、一方は
脱炭焼鈍の前処理として、アルカリ脱脂浴中を通板した
後純水でリンスし洗浄した。他方は脱炭焼鈍の前処理と
してオルソ珪酸ソーダ浴を用いて電解脱脂し、Siを含有
する電着物を 1.0〜2.3mg/mm ² 付着させた。その後、コ
イルを50％H₂および残余N₂バランスの雰囲気（露点60
℃，Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)：0.39）で 840℃，２分間の前期
の脱炭焼鈍を行い、引き続いて脱炭焼鈍後期において、
50％H₂および残部N₂バランスの雰囲気（露点５℃， H₂O
分圧： 0.9％）下で 880℃において20秒間の酸化物の分
解再生成高密度化処理を施した。

【００６６】

【表１】

【００６７】これらのコイルは、３％のTiO₂および２％
の Sr(OH)₂・8H₂Oを含有しMgO を主成分とする焼鈍分離
剤を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、N₂中
で 840℃45ｈの保持を行った後、15℃/hの昇温速度で25
％N₂および75％H₂の雰囲気で1200℃まで昇温し、H₂中で
1200℃，10ｈ保持した後降温する、最終仕上焼鈍を施し
た。その後、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化
処理を兼ねて張力コーティングを塗布焼付けて製品とし
た。かくして得られた製品の磁気特性を、表２に併記す
る。

【００６８】

【表２】

【００６９】実施例２ 表１に記載した鋼スラブＡを熱間圧延後、1150℃で１分
間の熱延板焼鈍を施した後、ミスト水を用いて40℃/sの
冷却速度で室温まで冷却した。その後、15％のHCl 水溶
液で酸洗してから、 180mm径のワークロールを有するセ
ンジミア圧延機を用いて、0.26mmの最終板厚とした。こ
こで、コイルの表面粗さは0.28〜0.32μｍＲ_a であっ
た。

【００７０】次に、脱炭焼鈍の前処理として、オルソ珪
酸ソーダ浴を用いて電解脱脂し、Siを含有する電着物を
0.8mg/m² で付着させた。このコイルに、45％H₂および
残余N₂バランスの雰囲気（露点60℃，Ｐ(H₂O) ／Ｐ
(H₂)：0.44）で 850℃，２分間の脱炭焼鈍を行った後、
２分割し、一方をN₂雰囲気（露点−５℃， H₂O分圧：0.
4％）で 860℃において20秒間の酸化物の分解再生成高
密度化処理を施した。残る一方は、そのまま次工程の処
理へ廻した。

【００７１】これらのコイルは、10％TiO₂および２％の
Sr(OH)₂・8H₂Oを含有しMgO を主成分とする焼鈍分離剤
を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、25％N₂
および75％H₂雰囲気で 850℃まで30℃/h 850℃から1200
℃まで15℃/hの昇温速度で昇温し、H₂中1200℃, 10ｈの
保持を行った後、降温する最終仕上焼鈍を施した。その
後、未反応の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化処理を兼
ねて張力コーティングを塗布焼付けて製品とした。かく
して得られた製品の磁気特性を表３に示す。

【００７２】

【表３】

【００７３】実施例３ Ｃ：0.040 重量％, Si：3.25重量％, Mn：0.07重量％,
Ｐ：0.004 重量％, Al：0.001 重量％, Ｓ：0.002 重量
％, Se：0.018 重量％, Mo：0.010 重量％およびSb：0.
025 重量％を含有し、残部Feと不可避的不純物からなる
けい素鋼スラブ２本を熱間圧延し、1000℃, 30秒間の熱
延板焼鈍を施した後、0.64mmの板厚とした。その後、75
％H₂および残余N₂バランスの雰囲気（露点35℃）で1000
℃, 30秒間の中間焼鈍を行い、冷却後表面を研削してか
ら、タンデム圧延機にて低粘度油を用いて、0.20mmの最
終板厚とした。このとき、鋼板の表面粗さは0.35〜0.38
μｍＲ_a であった。

【００７４】次に、脱炭焼鈍の前処理として、オルソ珪
酸ソーダ浴を用いて電解脱脂し、Siを含有する電着物を
2.3 g/m²付着させた。これらのコイルを２分割し、一方
は45％H₂および残余N₂バランスの雰囲気（露点60℃，Ｐ
(H₂O) ／Ｐ(H₂)：0.44）で820 ℃，２分間の前期脱炭焼
鈍を行い、引続いて50％H₂および残余N₂バランスの雰囲
気（露点12℃，H₂0 分圧：1.4 ％）下で 860℃，20秒間
の酸化物の分解再生成高密度化処理を施した。他方のコ
イルは、比較として、同じく45％H₂および残余N₂バラン
ス（露点60℃，Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)：0.44）の雰囲気で 8
20℃，２分間の前期脱炭焼鈍を行い、引続いて 100％H₂
の雰囲気（露点−40℃， H₂O分圧：0.01％) 下で1000
℃，20秒間の酸化物の分解再生成高密度化処理を施し
た。

【００７５】これら２つのコイルは、２％のTiO₂および
1.2％の SrSO₄を含有しMgO を主成分とする焼鈍分離剤
を鋼板表面に塗布した後、コイル状に巻き取り、N₂中で
850℃，50ｈ保持後、25％N₂および75％H₂雰囲気で30℃
/hの昇温速度で1200℃まで昇温し、H₂中で1200℃, 10ｈ
保持した後降温する、最終仕上焼鈍を施した。その後、
未反応の焼鈍分離剤を除去した後、平坦化処理を兼ねて
張力コーティングを塗布焼付けた後、圧延方向と直角方
向に５mmの間隔でプラズマジェットを圧延方向に照射し
て磁区細分化処理を施し、製品とした。かくして得られ
た製品の磁気特性を表４に示す。

【００７６】

【表４】

【００７７】

【発明の効果】この発明によれば、磁束密度の高い方向
性けい素鋼板を安定して製造することができ、とりわけ
方向性けい素鋼板の工業的規模での生産における効果は
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】脱炭焼鈍の前処理法および鋼板表面へのSi含有
電着物の付着量と磁気特性との関係を示した図である。

【図２】脱炭焼鈍の前処理条件と脱炭焼鈍板の耐酸化性
および耐窒化性との関係を示した図である。

【図３】最終冷間圧延後の鋼板表面に残留する酸化物量
を示す酸素目付量と磁気特性との関係を示した図であ
る。

【図４】脱炭焼鈍前期の雰囲気のＰ(H₂O) ／Ｐ(H₂)と磁
気特性との関係を示した図である。

【図５】脱炭焼鈍後期処理の雰囲気と磁気特性との関係
を示した図である。

【図６】脱炭焼鈍後期処理の温度および時間と磁気特性
との関係を示した図である。

【図７】鋼板表面の酸化物の分解再生成高密度化処理に
よって酸化物の組成と酸化物粒子分布が変化する状態を
示した模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久田 雅子 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者 山口 広 岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地な し） 川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 含けい素鋼スラブに熱間圧延を施し、次
   いで１回または中間焼鈍を挟む複数回の冷間圧延によっ
   て最終板厚とした後、脱炭焼鈍、そして焼鈍分離剤を塗
   布して最終仕上焼鈍を施す一連の工程によって方向性け
   い素鋼板を製造するに当たり、最終冷間圧延後の鋼板表
   面の算術平均粗さを0.40μｍ以下に調整し、その後脱炭
   焼鈍に先立って、電解脱脂法によって鋼板表面にSiを含
   有する電着物が0.1mg/m²以上で付着する洗浄処理を施
   し、次いで、雰囲気における水素分圧に対する水蒸気分
   圧の比を0.30〜0.65に調整して行う前期と、雰囲気にお
   ける温度を850 〜950 ℃かつ水蒸気分圧を0.05〜3.0 ％
   に調整して鋼板表面の酸化物の分解再生成高密度化処理
   を行う後期とからなる脱炭焼鈍を施すことを特徴とする
   磁気特性に優れた方向性けい素鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 分解再生成高密度化処理を５〜40秒間に
   わたって行う請求項１に記載の方向性けい素鋼板の製造
   方法。