JPH10110249A

JPH10110249A - 方向性電磁鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JPH10110249A
Application number: JP8268175A
Authority: JP
Inventors: Katsu Takahashi; 克高橋; Yukihiro Yoshikawa; 幸宏吉川; Tomoki Fukagawa; 智機深川; Hiroyoshi Yashiki; 裕義屋鋪
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-10-09
Filing date: 1996-10-09
Publication date: 1998-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】高Ｍｎ系方向性電磁鋼板に関し、その表面に均
質で密着性の良好な電気絶縁性を有する皮膜を形成させ
ることにより磁気特性を向上させた鋼板とその製造方法
の提供。【解決手段】重量％にて、Ｓｉ： 1.5〜 4.0％、Ｍｎ：
1.0〜 4.0％、sol.Ａｌ： 0.003〜0.030％［、かつＳ
ｉ（％）− 0.5×Ｍｎ（％）≦ 2.0］、不純物のＣ、Ｎ
およびＳはいずれも 0.005％以下で、残部はＦｅおよび
不可避的不純物からなる鋼組成であって、表面にＡｌ₂
Ｏ₃ として 0.5〜15ｇ／m²の皮膜を有することを特徴と
する方向性電磁鋼板、および二次再結晶および純化を目
的とする仕上げ焼鈍過程における焼鈍分離剤として、活
性アルミナのコロイドが液中で平均の大きさが0.5〜 5
μm の羽毛状形態となっている塗布液を鋼板表面に塗布
乾燥して用いることを特徴とする請求項１の方向性電磁
鋼板の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は変圧器や発電機、電
動機の鉄心材料や磁気シールド材として広く用いられる
方向性電磁鋼板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】方向性電磁鋼板は、その金属組織として
ゴス方位と呼ばれる｛ 110｝＜ 001＞方位の結晶配向を
持ち、とくに圧延方向に優れた励磁特性と鉄損特性を有
する軟磁性材料である。

【０００３】この鋼板の現状の一般的な製造方法は、Ｃ
を0.05％前後、Ｓｉを 3％程度、そしてＭｎを 0.1％以
下含有する鋼のスラブを1300℃以上に加熱して熱間圧延
し、そのまま、あるいは熱延板の焼鈍をおこない、１回
または中間焼鈍を挟んで２回以上の冷延を施して最終板
厚とし、その後連続焼鈍炉にて一次再結晶および雰囲気
ガス脱炭して極低炭素化し、次いで焼着き防止のための
焼鈍分離剤を塗布してコイルに巻取り、さらに1100〜12
00℃の超高温にて仕上げ焼鈍する。その後、分離剤除
去、平坦化焼鈍、表面絶縁コーティング等をおこなって
製品にする。

【０００４】ここで仕上げ焼鈍の目的は、二次再結晶に
よりゴス方位に集積した集合組織を形成させること、お
よびその後に、この二次再結晶の方位形成に必要であっ
たＭｎＳやＭｎＳｅあるいはＡｌＮなどの微細に析出し
ていたインヒビターを除去することにある。これら析出
物の除去工程は純化焼鈍とも呼ばれ、二次再結晶と共に
良好な磁気特性を得るためには必須の工程である。

【０００５】仕上げ焼鈍の際に鋼板表面に塗布される焼
鈍分離剤は、鋼板同志の焼着き防止ばかりでなく鋼板中
の不純物除去の効果もその目的としており、通常はＭｇ
Ｏ（マグネシア）の粉末が主体である。ＭｇＯは高温の
仕上げ焼鈍時にその前工程の脱炭焼鈍で表面に生じたＳ
ｉＯ₂と反応して、フォルステライト（Ｍｇ₂Ｓｉ
Ｏ₄）を主体とするガラス状皮膜を形成する。このガラ
ス状皮膜は電気絶縁や、皮膜により導入される鋼板表面
の応力による磁気特性向上をもたらすが、鋼板表面の硬
質の皮膜のために打ち抜きなどの加工性を悪くする。こ
のような従来のＭｎＳやＭｎＳｅなどを主なインヒビタ
ーとする方向性電磁鋼板においては、板厚の減少、Ｓｉ
含有量の増加、集合組織の改善、皮膜による応力付与、
局部的な歪の導入による磁区制御等々、その磁気特性、
とくに鉄損を低減させるための工業的に適用できる技術
はほぼ完成されたと言ってよい。ところが最近、ガラス
皮膜形成の際に必然的に生ずる皮膜と鋼板の界面の激し
い凹凸が、鋼板の磁化する時の磁壁の移動を阻害し、鉄
損低減を妨げることが注目されている。

【０００６】鋼板表面の凹凸を取り除くため、一旦形成
されたガラス皮膜を酸洗などで除去する方法があるが、
フォルステライトは化学的に安定な化合物であり、高温
の高濃度酸洗液に長時間浸漬することは、設備、コスト
の点で工業的には実施困難である。しかしながら、実験
室的にはガラス皮膜を除去して平滑化した鋼板の表面
に、種々のセラミックコーティングを施すと鉄損を顕著
に低下できることが知られており、ことにＰＶＤ（Phys
ical Vapor Deposition ）法にてＴｉＮを被覆すると、
鉄損を40％も低減できたとの報告もある（日本金属学会
誌：vol.59(1995),No.3, p.347-355）。これは表面の激
しい凹凸が除去された上で、コーティングにより引張り
の応力が鋼板に付与されたためである。

【０００７】形成されたガラス皮膜を除去する方法に代
わって検討されているのは、不活性な焼鈍分離剤を用い
て鋼板表面の凹凸を生じさせない方法である。これは多
くの場合、ＭｇＯに変えてＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）が用
いられる。この場合、焼着き防止の効果を十分もたせる
には粗粒の焼成アルミナが望ましいが、粗粒では塗布の
ためのスラリー形成が困難で乾燥後の鋼板への付着性も
極めて悪い。また、微粒にすれば付着性は良好になって
も、鋼板への焼着きが起きやすくなり、分離剤としては
好ましくない。その上焼成アルミナは不純物除去効果に
乏しい。これらの対策に、たとえば特開平 7-18457号公
報には粗粒のアルミナ粉と微粒のアルミナ粉を適量比混
合した付着性のよい焼鈍分離剤の発明が提示され、また
特開平64-79381号公報や特開平3-2380号公報には、アル
ミナ粉にＭｇＯやＣａ化合物、Ｓｒ化合物を混合して、
不純物除去効果を持たせる方法の発明が提示されてい
る。

【０００８】以上に述べた現状の方向性電磁鋼板の製造
方法は、1300℃以上のスラブ加熱による熱間圧延、連続
脱炭焼鈍、さらには1100℃以上の超高温の仕上げ焼鈍と
いうような特殊な工程が必要であり、そのための専用の
設備を必要とする。しかしこのような製造設備の特定化
を避け、処理温度を下げるなど工程条件を容易にするた
めの種々の研究開発も進められている。

【０００９】本発明者らの一人は、特公平 5−64701 号
公報に提示されたように、Ｃ：0.01％以下、Ｓｉ： 0.5
〜 2.5 ％、Ｍｎ： 1.0〜 2.0％の、従来よりは低Ｓｉ
かつ高Ｍｎであることを主な特徴とする方向性電磁鋼板
と、中間工程での脱炭焼鈍を必要とせず仕上焼鈍の低温
化が可能なその製造方法とを発明した。さらにこれを改
良して、極低炭素にてＳｉ：1.5 〜 3.0％、Ｍｎ： 1.0
〜 3.0％、かつＳｉ（％）− 0.5×Ｍｎ（％）≦ 2.0で
ある鋼による、高Ｍｎ系方向性電磁鋼板とその製造方法
の発明を特開平 5−9666号公報に提示している。

【００１０】この高Ｍｎ系方向性電磁鋼板の製造方法の
最大の特徴は、インヒビターに窒化物系の析出物（鉄と
鋼：Vol.80(1994),No8,659頁参照）を用いることにあ
る。このためにＭｎを多量に含有させることができ、そ
れによって、極低炭素化したスラブを用いてもγ相が現
われるのでα−γ変態を生じ、後の焼鈍工程での脱炭が
不要となっている。また、Ｍｎの含有量増加は電気抵抗
上昇の効果もある。その窒化物系の析出物は、ＭｎＳや
ＭｎＳｅなどよりも溶解度積が大きく低温で充分固溶す
るため、スラブ加熱温度を通常の熱延鋼板の製造と同じ
温度（1150〜1250℃）にまで下げることが可能になる。
さらに、二次再結晶の際にインヒビターとして用いるこ
の微細析出物は固溶温度が低く、しかもＮの鋼中拡散速
度はＳよりもはるかに速いので、1000℃以下の低温でも
容易に除去できる。このように、高Ｍｎ系方向性電磁鋼
板およびその製造方法は、従来の方向性電磁鋼板では高
温を要した各工程の処理温度を大幅に低下させることが
でき、特殊な専用設備を必要としないという点において
画期的なものなのである。

【００１１】しかしながら、この高Ｍｎ系方向性電磁鋼
板やその製造方法に関しては、まだすべての条件が充分
に確立されているとは言い難く、改良すべき点が多く残
されている。その一つが、前述の現状の方向性電磁鋼板
の製造においても検討されている仕上げ焼鈍時の焼鈍分
離剤である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は高Ｍｎ
系方向性電磁鋼板に関するもので、その表面に均質で密
着性の良好な電気絶縁性を有する皮膜を形成させること
により磁気特性を向上させた鋼板と、その製造方法を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、高Ｍｎ系
方向性電磁鋼板の磁気特性向上に関し、様々な開発や検
討をおこなってきた。とくに製造条件が大きく異なるこ
とから、在来の方向性電磁鋼板にて開発されてきた磁気
特性向上のための製造条件は、そのままでは適用できな
いものも多い。焼鈍分離剤もその一つで、脱炭焼鈍をお
こなわないため表面のＳｉＯ₂はほとんど存在せず、Ｍ
ｇＯとＳｉＯ₂によるフォルステライトも仕上げ焼鈍の
温度が低いため形成できない。ただしこのことは、鋼板
の表面にてフォルステライトの形成にともなう皮膜との
界面の激しい凹凸が生じない、すなわち平滑な状態での
仕上げ焼鈍を可能にする。

【００１４】前述のように平滑な方向性電磁鋼板の表面
にセラミックを被覆すれば、鉄損が顕著に低減できるこ
とが知られている。しかしながら、表面に形成されたフ
ォルステライトのガラス皮膜を除去して平滑にした後、
セラミックを被覆するのでは工程が多くなりすぎて容易
には採用し難い。これに対し、焼鈍分離剤は通常高温で
も安定なセラミックが用いられるので、もし焼鈍分離剤
が高温の仕上げ焼鈍にてそのままセラミック皮膜に変わ
り、密着性のよい皮膜により鋼板に応力を与えることが
できれば、平滑な表面とあいまって磁気特性のすぐれた
方向性電磁鋼板を、余計な工程を増すことなく製造でき
ることになる。

【００１５】このような観点から焼鈍分離剤としての効
果があり、仕上げ焼鈍後は鋼板表面に密着性のよい皮膜
を形成できる材料について種々検討をおこなった。その
中で、通常用いられているＭｇＯについては、鋼板表面
のＳｉＯ₂が少なく焼鈍温度も低いため密着性のよい皮
膜は得られなかった。仕上げ焼鈍温度は、従来の方向性
電磁鋼板の場合は通常1100℃を超える高温であるのに対
し、高Ｍｎ系方向性電磁鋼板では1050℃以下でよいので
ある。次にＡｌ₂Ｏ₃について検討したが、焼成アルミ
ナの粉末は鋼板表面に塗布するためのスラリー化が困難
であり、塗布してからの仕上げ焼鈍後の密着性もよくな
かった。これに対し活性アルミナの粉末は容易にスラリ
ー化し鋼板への塗布が容易であるが、仕上げ焼鈍後形成
された皮膜は、曲げ加工などにより簡単に剥離し、その
皮膜の上にさらに絶縁コーティングをおこなうことは不
可能であった。ただし、粉末の粒径を小さくすることに
より、仕上げ焼鈍後の皮膜の密着性は向上する傾向があ
る。

【００１６】そこでさらに皮膜の密着性改善の検討を進
めた結果、塗布液中の活性アルミナの形態が大きく影響
することを見いだした。すなわち、活性アルミナはコロ
イド状となっていることが良好な密着性を得るのに必須
であるが、そのコロイドは均一に分散した状態ではな
く、コロイド粒子が羽毛状の集合体を形成しているもの
を塗布液に用いる。この液を所定量鋼板表面に塗布後乾
燥して仕上げ焼鈍をおこなうと、焼鈍分離剤としての効
果は十分であり、その上密着性にすぐれ、曲げ加工によ
っても剥離せず、絶縁効果のある皮膜が形成されること
が明らかになったのである。

【００１７】このような羽毛状の集合体を形成している
活性アルミナのコロイド液（アルミナゾル）は、市販の
ものが利用できる。これは、アルミン酸ソーダ水溶液に
硫酸アルミ水溶液を加えて水酸化アルミを得た後、塩酸
または酢酸で処理してコロイド化したるもので、製造条
件を変えることにより集合形態を変え得るとされてい
る。羽毛状集合体は、このコロイド液の分散したスラリ
ーを、炭素を蒸着したＣｕメッシュ上にすくい取り、透
過型電子顕微鏡により観察できる。集合体の大きさはこ
の電子顕微鏡観察像から測定する。ここで羽毛状集合体
は一定の形態を取らないので、その大きさを示すには集
合体の最長寸部の長さで示すこととした。また、平均の
大きさは、集合体を少なくとも１０個ないしはそれ以上
の数、ランダムに取ってその大きさを測定し、平均して
求めるものとする。

【００１８】焼鈍分離剤として活性アルミナを鋼板表面
に塗布する場合、コロイド状の微細粒子とすることによ
り密着性は向上するが、それをさらに羽毛状の集合体に
することによって、焼鈍後の皮膜に可撓性が付与された
ものと思われる。そして、この皮膜を付着させることに
より、鋼板の磁気特性も向上するのである。これは皮膜
が鋼板に体し磁化に望ましい適度の張力を与えたためと
推定された。

【００１９】以上のように、仕上げ焼鈍時の焼着き防止
の分離剤が、そのまま鋼板表面の絶縁皮膜に変化し、鋼
板表面を圧延の平滑状態のままセラミックコートをおこ
なったと同じ効果をもたらすことがわかった。これは製
鋼時から極低炭素化してあって仕上げ焼鈍温度が低くて
よい、高Ｍｎ系方向性電磁鋼板においてはじめて可能に
なるのである。そこで、鋼の組成範囲を限定し、その製
造条件範囲にて効果的な皮膜を得るための塗布液の構成
の条件範囲および皮膜厚さの限界を検討し、次のような
本発明を完成した。本発明の要旨は次のとおりである。

【００２０】(1) 重量％にて、Ｓｉ： 1.5〜 4.0％、Ｍ
ｎ： 1.0〜 4.0％、sol.Ａｌ： 0.003〜 0.030％、不純
物のＣ、ＮおよびＳはいずれも 0.005％以下であり、か
つＳｉ（％）− 0.5×Ｍｎ（％）≦ 2.0で、残部はＦｅ
および不可避的不純物からなる鋼組成であって、表面層
にＡｌ₂Ｏ₃として 0.5〜15ｇ／m²の皮膜を有すること
を特徴とする方向性電磁鋼板。

【００２１】(2) 方向性電磁鋼板製造の二次再結晶およ
び純化を目的とする仕上げ焼鈍過程における焼鈍分離剤
として、活性アルミナのコロイドが液中で平均の大きさ
が 0.5〜 5μm の羽毛状形態となっている塗布液を鋼板
表面に塗布乾燥して用いることを特徴とする(1) に記載
の方向性電磁鋼板の製造方法。

【００２２】ここで本発明の方向性電磁鋼板は、仕上げ
焼鈍の前までは前述の特公平 5−64701 号公報または特
開平 5−9666号公報に提示された方法と同様な条件で製
造するが、大きく異なるのは、仕上げ焼鈍の焼鈍分離剤
に活性アルミナのコロイドが羽毛状形態になって含まれ
ている液を塗布し乾燥して用いる点である。鋼板表面に
塗布乾燥された焼鈍分離剤は、仕上げ焼鈍後すべて密着
して絶縁皮膜となるため、従来の方向性電磁鋼板の場合
のように、フォルステライト化しなかった過剰の分離剤
を除去する必要はない。また、この仕上げ焼鈍により密
着した皮膜の上に、さらに通常の燐酸塩を主とする絶縁
皮膜や、その他の皮膜を必要に応じ塗布してもよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】

I．鋼の化学組成（以下含有量はすべて重量％とす
る。）Ｓｉは磁気特性に大きな影響を与える元素であり、含有
量が増加するほど鋼板の電気抵抗は上昇し渦電流損が低
下し、結果として鉄損が低減する。しかし 4.0％を超え
る含有量では、たとえＭｎ量を増したとしても、二次再
結晶が不安定になるとともに、加工性が低下して冷間圧
延が困難となる。一方、 1.5％未満の含有量では鋼板の
電気抵抗が小さすぎるため、鉄損の低減が不十分にな
る。したがって、Ｓｉの含有量は1.5 〜4.0 ％の範囲と
する。

【００２４】Ｓｉは鋼の低温での安定相であるα相（フ
ェライト相）を拡大する元素であるが、Ｍｎは、高Ｓｉ
の低炭素鋼スラブの熱間圧延の加熱時にγ相（オーステ
ナイト相）を出現させ、α−γ変態を生じさせるのに必
要な元素である。変態の発生が熱間圧延工程途中での熱
延板の組織の均質化やインヒビター均一分散化を促進
し、その結果として仕上げ焼鈍でのゴス方位への集積度
の高い二次再結晶を安定して進行させる。このα−γ変
態の温度は、ＳｉとＭｎとの含有量のバランスから決ま
るので、本発明においてはその含有量にＳｉ（％）−0.5×Ｍｎ（％）≦ 2.0 ・・・・・・・・・ (1) の限定を設ける。これによって熱間圧延工程における変
態の発生が可能となり、かつ仕上げ焼鈍温度範囲での変
態を阻止できる。

【００２５】Ｍｎは電気抵抗の増加にも有効であり、二
次再結晶の安定化作用に加えて鉄損低減の目的からも
1.0％以上のＭｎの含有は必要である。しかし多すぎる
Ｍｎは、変態温度を低下させ、仕上げ焼鈍の温度を制限
して純化などの進行を遅らせたり、冷間加工性を劣化さ
せるので、含有量の上限は 4.0％とする。すなわちＭｎ
の含有範囲は 1.0〜 4.0％である。このようにＳｉおよ
びＭｎの含有量は、それぞれの規制された範囲内である
と同時に上記(1) の関係を満足していなければならな
い。

【００２６】Ａｌは、本発明においてゴス方位の二次再
結晶の発生に重要な役割を果たす主要なインヒビターで
あるＡｌＮ、 (Ａｌ，Ｓｉ) Ｎ、あるいは (Ａｌ，Ｓ
ｉ，Ｍｎ) Ｎのような窒化物を形成させるのに重要な元
素である。sol.Ａｌ（酸可溶Ａｌ）が 0.003％未満では
窒化物量が不足し十分なインヒビター効果が得られず、
0.030％を超えるとインヒビター量が多くなりすぎると
ともに、その分散状態も不適切になり安定した二次再結
晶が生じなくなる。したがって、sol.Ａｌ含有量は 0.0
03〜 0.030％に限定する。

【００２７】Ｃは磁気特性に悪影響をおよぼすので、低
ければ低いほどよく、多くても 0.005％以下とする。た
だし、素材の鋼スラブないしは冷間圧延前の素材鋼板の
段階では、Ｃ含有量は0.01％以下であればよい。これは
製鋼段階で極度にＣを低下すると鋼中の酸化物系介在物
が増加し、その上、極低炭素化のための溶鋼の脱ガス処
理時間が増加してコスト高を招くためであり、仕上げ焼
鈍の過程で脱炭が進行し、 0.005％以下に低減できるか
らである。素材で0.01％を超える量含有していると、仕
上げ焼鈍にて十分低下しないことがある。

【００２８】Ｎの含有は、窒化物を形成し磁気特性を阻
害するのでその量を 0.005％以下とする。ただし、二次
再結晶が完了するまではインヒビターとなる窒化物を形
成するため重要な元素であり、製造工程の仕上げ焼鈍の
前段階までにおいては、 0.001〜0.01％の範囲で含有さ
れている必要がある。この場合 0.001％未満では二次再
結晶時に窒化物の析出量が少なすぎて所望のインヒビタ
ー効果が得られず、0.01％を超えて含有させてもその効
果は飽和する。製品での存在は磁気特性を劣化させるの
で、含有量は少なければ少ないほどよく、仕上げ焼鈍時
に 0.005％以下にまで低減させる。

【００２９】Ｓは磁気特性を劣化させるので少なければ
少ないほどよく、その含有量を 0.005％以下とする。従
来の方向性電磁鋼板の製造方法においては、ＭｎＳを形
成させ、これをインヒビターとして活用するため、素材
の鋼ではスラブである程度以上の含有が必須であった。
しかし、本発明では主要なインヒビターに窒化物を使っ
ているので、Ｓを多量に含有させる必要はなく、しかも
本発明の鋼板の製造方法では仕上げ焼鈍温度が低く脱硫
効果は期待できない。したがって、製鋼の段階にて十分
低Ｓ化しておく必要がある。

【００３０】II．製造工程上述の化学組成のスラブを冷間圧延可能な板厚まで熱間
圧延する。熱間圧延の条件は、従来の方向性電磁鋼板の
製造のような1300℃以上のスラブ加熱は必要でなく、通
常の鋼板の場合と同様な加熱温度1150〜1270℃、仕上げ
温度 700〜 900℃の範囲で十分である。

【００３１】冷間圧延に先立ち、熱延鋼板にて焼鈍をお
こなってもよい。これはインヒビターとなる析出物の分
散状態を適性化し、熱延板の金属組織を均質化して仕上
げ焼鈍時の二次再結晶進行の安定化に効果がある。熱延
板焼鈍を連続焼鈍でおこなう場合は 750〜1100℃にて10
〜 300ｓの均熱、箱焼鈍でおこなう場合は 650〜 950℃
で 0.5〜24ｈの均熱が好ましい。

【００３２】熱延板を脱スケール後、所要電磁鋼板の厚
さまで冷間圧延するが、冷間圧延の途中で軟化のために
中間焼鈍をおこなってもよいし、おこなわなくてもよ
い。どちらにしても次工程の連続焼鈍の前の冷間圧延の
圧下率は、安定した均一な一次再結晶を起こさせるため
に40〜90％の範囲とするのが望ましい。

【００３３】冷間圧延後の一次再結晶の焼鈍は、次工程
の仕上げ焼鈍にて安定した二次再結晶を生じさせるため
に急速加熱できる連続焼鈍が好ましい。望ましい条件
は、加熱速度が 5〜20℃／ｓ程度、焼鈍温度は、 700〜
1000℃程度、均熱時間は 5〜 300ｓ程度である。

【００３４】一次再結晶焼鈍後、焼鈍分離剤を塗布し乾
燥して仕上げ焼鈍をおこなう。焼鈍分離剤とその塗布に
ついては後述する。仕上げ焼鈍は 825〜1050℃の温度域
でおこなうが、二次再結晶によるゴス方位発達を目的と
する前半の焼鈍と、その後の析出物除去または純化を目
的とする後半の焼鈍とが含まれる。

【００３５】ゴス方位の二次再結晶粒を充分に発達させ
るためには、窒素を含有する水素雰囲気中で焼鈍するこ
とが望ましい。その理由は、インヒビターである窒化物
が脱窒により減少し二次再結晶の進行が不安定になるの
を防止するためと、更に積極的には焼鈍雰囲気からの吸
窒によりインヒビターとなる窒化物の析出量を増加さ
せ、より効果的にゴス方位への集積度の高い二次再結晶
をおこなわせるためである。この目的には焼鈍雰囲気中
の窒素含有量は10％以上であることが望ましい。ただ
し、雰囲気中の窒素量の上限は、 100％とするよりも吸
窒の進行を配慮すれば 1％以上の水素が存在している方
がよい。

【００３６】二次再結晶をおこなわせる温度としては 8
25〜925 ℃の範囲が望ましい。 825℃未満ではインヒビ
ターの粒成長抑制力が強すぎて二次再結晶が発生せず、
925℃を超える温度域ではインヒビター効果が弱いた
め、ゴス方位の集積度の弱い二次再結晶粒が発生する
か、通常の粒成長により一次再結晶粒が粗大化するため
である。 825〜 925℃の範囲での保持時間は少なくとも
7ｈは必要であるが、100ｈを超える保持はそれ以上粒
成長進まず経済的にも不利である。これらの理由から、
仕上げ焼鈍の前半の二次再結晶粒の発達を目的とする過
程では、窒素含有雰囲気中において825 〜 925℃で 7〜
100 ｈ保持することが望ましい。

【００３７】インヒビターとして活用した窒化物は磁気
特性上有害なものであり、二次再結晶が完了した後は除
去する必要がある。このためには水素雰囲気中での焼鈍
が有効で、同時に磁気特性に有害なＣも除去される。こ
の純化の目的には、 850℃未満の温度では長時間要する
ので、 850℃以上で焼鈍するのが望ましい。ただし、10
50℃を超える温度になるとγ相が現われ、ゴス方位のα
粒組織を破壊するばかりでなく、ＣおよびＮの除去速度
が低下してくる。この純化焼鈍の保持時間は少なくとも
7ｈが必要であるが、 100ｈを超える保持は除去が飽和
するため不必要である。したがって、仕上げ焼鈍の後半
は水素雰囲気中において925 ℃を超え1050℃までの温度
域にて、望ましくは 7〜 100ｈ保持する純化焼鈍をおこ
なう。

【００３８】以上の二次再結晶過程と純化焼鈍過程とは
必ずしも明確に区分する必要はなく、 825〜1050℃の温
度域にて、焼鈍の初期は相対的に低い温度で窒素を含む
雰囲気、中期から後期にかけてはより高温で窒素量を減
じ水素量を多くした雰囲気とし、仕上げ焼鈍の合計時間
を 200ｈまでとしてもよい。

【００３９】仕上げ焼鈍後の工程としては通常の方向性
電磁鋼板と同様に、平坦化焼鈍をおこない、必要に応じ
さらに絶縁コーティングを施せばよい。ただし、焼鈍分
離剤はすべて絶縁皮膜として鋼板表面に密着しているの
で、過剰の焼鈍分離剤を除去する必要はない。

【００４０】III．焼鈍分離剤とその塗布仕上げ焼鈍の前に塗布する焼鈍分離剤は、活性アルミナ
のコロイドが液中で平均の大きさ 0.5〜 5μm の羽毛状
形態となっている塗布液を一次焼鈍後の鋼板表面に塗布
し乾燥する。塗布液中のＡｌ₂Ｏ₃としての望ましい濃
度範囲は 3〜20重量％である。これは 3％未満であれば
濃度低下のため所要の分離剤厚さを得るのに乾燥に時間
がかかりすぎ、20％を超えると液の粘度上昇のために塗
布性が悪くなって均一な皮膜が得られなくなる。塗布量
はＡｌ₂Ｏ₃の固形分に換算して0.5〜15ｇ／m²の範囲
であることとする。

【００４１】活性アルミナのコロイドは、コロイド粒子
の径が10〜 300nmであることが望ましい。これは10nm以
下の粒径では羽毛状形態になり難く、 300nmを超えると
コロイドとならず沈殿しやすくなるからである。羽毛状
形態の集合体は平均の大きさが 0.5μm を下回ると、焼
鈍後の鋼板の曲げ加工により容易に剥離してしまうので
好ましくない。また集合体の平均の大きさが 5μm を超
えると、塗布液の粘性が大きくなりすぎるなど塗布性が
悪くなる。したがって、コロイド状の羽毛形態の集合体
の平均の大きさの範囲を 0.5〜 5μm と定める。この状
態のコロイド溶液は市販のものを利用して塗布液を調合
すればよく、その製法は問わない。

【００４２】乾燥後のＡｌ₂Ｏ₃の固形分に換算した塗
布量は、焼鈍後の付着皮膜の量とほぼ同等と考えられ
る。そして、その固形分換算塗布量が 0.5ｇ／m²未満で
は、皮膜の付着していない塗抜けを生じて焼鈍分離剤と
しての焼着き阻止効果が不十分となるおそれがあり、15
ｇ／m²を超える塗布量にすると塗布乾燥の後の時点で粉
塵を生じて剥離したり、焼鈍後の曲げ加工で容易に剥離
するようになる。したがって、焼鈍分離剤の塗布量は、
固形分に換算して 0.5〜15ｇ／m²の範囲とする。

【００４３】焼鈍分離剤塗布液の塗布方法は、所要の塗
布量が得られるならロールコート法、浸漬後ロール絞り
法、スプレイ後ロール絞り法など一般に用いられる方法
で十分である。Ａｌ₂Ｏ₃分の他、塗布液中の成分とし
て界面活性剤、増粘剤、安定剤、消泡剤等の含有量は塗
布方法や塗布速度により適宜選定すればよく、目的とす
るＡｌ₂Ｏ₃固形分の塗布量が得られればとくには限定
しない。

【００４４】焼鈍分離剤を含んだ塗布液を塗布後の鋼板
は、熱風オーブンや赤外線オーブンなどを通過させて十
分乾燥した後、コイルに巻き取って仕上げ焼鈍を施す。
乾燥が不十分なまま仕上げ焼鈍すると、皮膜の密着性が
悪くなることがあるので、好ましくは 200〜 400℃程度
の温度まで上げて十分乾燥させる。

【００４５】

【実施例】化学組成としてＣ：0.0030％、Ｓｉ：2.35
％、Ｍｎ：1.53％、Ｓ： 0.004％、sol.Ａｌ： 0.010
％、Ｎ：0.0042％、残部はＦｅおよび不可避的不純物か
らなる鋼スラブを、加熱温度1180℃、仕上げ温度 820℃
で熱間圧延して 2.0mm厚とし、880℃、40ｓの熱延板焼
鈍、脱スケールをおこない、0.30mm厚に冷間圧延した。
880℃、30ｓ均熱の連続焼鈍を施して一次再結晶させた
後、この冷延鋼板に粒径および集合形態の種々異なるコ
ロイド状の活性アルミナをＡｌ₂Ｏ₃換算として10重量
％含む焼鈍分離剤塗布液をロール塗布し約 250℃にて十
分乾燥させた。また比較のためα−アルミナ粒子、水酸
化アルミニウム、マグネシア等も、同様な方法で塗布
し、その他に静電塗布法も試みた。

【００４６】表１に試験した焼鈍分離剤、それら分離剤
の塗布量および塗布乾燥した時の塗装性を示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】これら焼鈍分離剤を塗布した鋼板を、25％
窒素残部水素の雰囲気にて 885℃、24ｈ均熱による二次
再結晶焼鈍、および水素雰囲気にて 940℃、24ｈ均熱に
よる純化焼鈍、の二つを含む仕上げ焼鈍をおこなった。
仕上げ焼鈍後、水洗して鋼板に密着していない分離剤を
除去し、水素50％残部窒素の雰囲気で 850℃、20ｓ均熱
の平坦化焼鈍をおこなった。通常は、この後でさらに絶
縁コーティングを施すが、ここでは仕上げ焼鈍により付
着させた皮膜の効果を明確にするため、最終の絶縁コー
ティングは施さない状態で以下の評価をおこなった。

【００４９】皮膜の密着性、および皮膜により導入され
る応力は、仕上げ焼鈍および平坦化焼鈍を終了した状態
で調査した。密着性は平坦化焼鈍後の鋼板を径の種々異
なる丸棒に巻き付け、曲げ加工部分の剥離を生じない最
小限の曲げ径を求めた。したがって数値の小さいものほ
ど密着性は良好である。皮膜による応力は次のようにし
て測定した。すなわち、仕上げ焼鈍後の鋼板圧延方向に
長さ 300mm、幅 100mmの試片を採り、試片の片方の面を
有機塗膜で被覆して保護し、希塩酸液に浸漬して素地を
溶解してもう一方の面のアルミナの皮膜を除去した。保
護有機塗膜を除去後、試片の曲りを測定し、皮膜による
発生応力を算出し、その大きさから皮膜の効果を比較し
た。皮膜の絶縁性および鋼板の磁気特性は、試験片を採
取し窒素雰囲気中で 800℃、 2ｈの歪み取り焼鈍をおこ
なった後、JIS-C-2550「電磁鋼板試験方法」の層間抵抗
試験および磁気試験に規定される方法にて試験した。

【００５０】表１にこれらの試験結果も合せて示す。こ
れらの結果からわかるように、アルミナを焼鈍分離剤と
して用いる場合、十分な効果を得るのは容易ではない。
試験番号26〜27は、水酸化アルミニウムの状態で塗布液
に分散させたもので、乾燥後に一部粉塵となって脱落し
た。焼成アルミナすなわちα−アルミナの粉末を用いた
試験番号29〜31では粉末が塗布液中に安定に分散せず、
塗布むらが発生しやすく、焼鈍時の焼着きを十分阻止で
きなかった。試験番号32はα−アルミナの粉末を静電塗
布法にて付着させたもので、均一な塗布は可能である
が、仕上げ焼鈍後鋼板に密着せず粉塵となって剥離し
た。また試験番号33のマグネシアスラリーの塗布は、仕
上げ焼鈍後に十分な皮膜が形成されなかった。

【００５１】活性アルミナをコロイド状に分散させた場
合、塗布液中でコロイドの集合体を形成させると塗装性
や仕上げ焼鈍後の密着性が向上する。しかし集合体の形
状が板状または球状の場合、試験番号17〜19または22〜
24に見られるように、仕上げ焼鈍後の密着性が不十分で
あり、その上、皮膜による発生応力が小さく、磁気特性
の向上効果が小さい。これに対し集合体が羽毛状となっ
ている場合には密着性が良好である。ただし、集合体の
大きさが小さすぎる場合は試験番号13のように発生応力
が小さく磁気特性が向上しない。あるいは塗膜の状況が
良好でも皮膜の厚さが不十分であれば、試験番号20のよ
うに焼着きが生じ、磁気特性向上効果が小さくなり、試
験番号21のように厚く塗布しすぎると乾燥後に粉塵が発
生した。また、羽毛状形態の集合体が大きくなりすぎる
と、試験番号14〜16、25のように塗装性が悪くなって塗
り抜けが生じたり、鋼板への均一塗布が困難となる。こ
れに対して、試験番号 1〜12に示されるように、活性ア
ルミナが本発明で定めるコロイド集合体の形態および大
きさである塗布液を、所定の量塗布し、仕上げ焼鈍をお
こなった場合は、加工性のすぐれた皮膜と磁気特性の向
上が得られることがわかる。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、表面に絶縁皮膜を有し、かつ
磁気特性のより一層すぐれた高Ｍｎ系方向性電磁鋼板を
提供するものである。高Ｍｎ系方向性電磁鋼板は、製造
工程にコストのかかる脱炭処理や超高温処理を含まない
という利点があるが、本発明ではそれらの工程やその工
程条件を変えることなく、磁気特性を向上させ、さらに
絶縁皮膜を付与することが可能になる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｆ 1/16 Ｈ０１Ｆ 1/16 Ｂ (72)発明者屋鋪裕義大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％にて、Ｓｉ： 1.5〜 4.0％、Ｍｎ：
1.0〜 4.0％、sol.Ａｌ： 0.003〜0.030％、不純物の
Ｃ、ＮおよびＳはいずれも 0.005％以下、かつＳｉ
（％）−0.5×Ｍｎ（％）≦ 2.0で、残部はＦｅおよび
不可避的不純物からなる鋼組成であって、表面にＡｌ₂
Ｏ₃として 0.5〜15ｇ／m²の皮膜を有することを特徴と
する方向性電磁鋼板。
【請求項２】方向性電磁鋼板製造の二次再結晶および純
化を目的とする仕上げ焼鈍過程における焼鈍分離剤とし
て、活性アルミナのコロイドが液中で平均の大きさが
0.5〜5μm の羽毛状形態となっている塗布液を鋼板表面
に塗布乾燥して用いることを特徴とする請求項１の方向
性電磁鋼板の製造方法。