JPH1088241A - 被膜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】 被膜特性を安定して向上させ、ひいては被膜
特性および磁気特性に優れた方向性けい素鋼板を安定し
て得る。 【解決手段】 焼鈍分離剤の主剤であるMgＯとして、そ
の粉体特性が、温度：20℃、水和時間：80分以下での水
和量曲線が図１の点Ａ, Ｂ, ＣおよびＤで囲まれる領域
を満足するものを用いる。

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、変圧器その他の
電気機器の鉄心等に用いられる方向性けい素鋼板の製造
方法に関し、特にこの方向性けい素鋼板製造時に用いら
れる焼鈍分離剤用のMgＯを改良することによって、被膜
特性ひいては磁気特性の有利な改善を図ろうとするもの
である。

【０００２】

【従来の技術】方向性けい素鋼板の製造方法としては、
鋼スラブを、熱間圧延後、１回または中間焼鈍を挟む２
回以上の冷間圧延を施したのち、脱炭焼鈍し、ついで最
終仕上焼鈍を施す工程が一般的である。この最終仕上焼
鈍中に二次再結晶が起こり、圧延方向に磁化容易軸の揃
った粗大な結晶粒が生成する。

【０００３】ところで、上記した最終仕上焼鈍は長時間
の処理であるため、処理中における鋼板の焼付き防止を
目的として、通常、焼鈍前にMgＯを主体とする焼鈍分離
剤を塗布する。このMgＯは、焼鈍分離剤としての役割以
外に、脱炭焼鈍時に鋼板表面に生成したSiO₂を主体とす
る酸化層と反応することによりフォルステライト被膜を
形成させる働きがある。このフォルステライト被膜は、
絶縁コーティングと地鉄部分とを密着させる一種のバイ
ンダーとしての働きの他、絶縁抵抗を高め、また鋼板に
張力を付与することによって磁気特性を改善する等の働
きがある。従って、均一な厚みを持ち、しかも鋼板との
密着性の良い被膜を形成させることは極めて重要であ
る。また、焼鈍分離剤には、上記の働き以外に、鋼板中
の析出物の成長、分離挙動や結晶粒の成長挙動を変化さ
せて磁気特性に影響を及ぼす働きもある。

【０００４】このため、焼鈍分離剤については、従来か
ら、数多くの研究がなされており、MgＯをスラリー化し
た際持ち込まれる水分、すなわち水和量が被膜特性およ
び磁気特性に大きく影響を及ぼすことが判っている。つ
まり、水和量が多すぎると鋼板が酸化されて磁気特性が
劣化したり、被膜に点状欠陥が生成したりする。一方、
水和量が少なすぎると脱炭焼鈍後の鋼板表面のSiO₂が還
元されて良好な被膜が得られなくなる。

【０００５】従って、MgＯの持ち込み水分量を一定に保
つことは、方向性けい素鋼板の磁気特性および被膜特性
を左右する重要な要因となっている。しかしながら、こ
の持ち込み水分量は、MgＯの活性度、スラリー化したと
きの滞留時間、スラリー水温、スラリー混合時の攪拌速
度等によって大きく左右されるため、これを厳密に管理
することは極めて難しく、その結果、被膜特性や磁気特
性を不安定にする要因となっていた。

【０００６】例えば、特公昭60-33896号公報には、1300
℃以上で高温焼成したMgＯを40℃以上の温水中で強制的
に水和させることによって水和量を一定に保つ方法が開
示されている。この方法は、高温焼成することによって
水和水分量を管理し易くし、持ち込み水分量を一定に保
とうという方法である。また、特開昭62-156226 号公報
には、同じく高温焼成した非水和性MgＯを粉砕から分級
までのいずれかの工程中、あるいは実際にコイルに塗布
される前に、一定湿度中にさらすことによって粉体表面
に水和層を生成する方法が開示されている。さらに、特
公昭62-74887号公報には、高温焼成した非水和の酸化マ
グネシウムに一定量の水酸化マグネシウムを混合した焼
鈍分離剤を用いることによって持ち込み水分量を確保し
ようとする方法が開示されている。

【０００７】しかしながら、例えば特公昭62-47887号公
報では、コイル全体での持ち込み水分量を一定にするこ
とはできるものの、全く水和されていない粉体が接触し
ている部分は被膜形成が遅れ、局所的な被膜不良が発生
するという問題があった。また、これらの方法はいずれ
も、高温焼成されたMgＯを用いているため、たとえ表面
に水和層を形成しても十分な反応性が得られず、被膜形
成能がやや劣るという問題があった。さらに、一次再結
晶焼鈍時に形成される酸化層は、焼鈍時のヒートパター
ンや雰囲気ガス流量、鋼板の成分等の影響を受けるため
にばらつきが大きく、そのため、これらの方法では鋼板
表面酸化層の多様性に対応できず、ある限られた表面酸
化層の状態では良好な被膜特性が得られるものの、酸化
層の状態が多少でも好適値よりずれた場合には被膜不良
を起こし、製品歩留りを低下させるという問題もあっ
た。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
の技術では、未だ十分持ち込み水分量を一定化して良好
な被膜を安定して生産することができるとはいい難いた
め、その改善が望まれていた。この発明は、上記の要望
に有利に応えるもので、MgＯの水和量を適切な値に制御
することにより、被膜特性を安定して向上させ、ひいて
は被膜特性および磁気特性に優れた方向性けい素鋼板を
得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、この発明は、
けい素鋼熱延板を、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に仕上げた後、一次再結晶焼
鈍を施し、ついでMgＯを主剤とする焼鈍分離剤を水でス
ラリー状にしてから鋼板表面に塗布し、しかるのち最終
仕上焼鈍を施す一連の工程からなる方向性けい素鋼板の
製造方法において、MgＯとして、その粉体特性が、温
度：20℃、水和時間：80分以下での水和量曲線が図１の
点Ａ, Ｂ, ＣおよびＤで囲まれる領域を満足するものを
用いることを特徴とする方向性けい素鋼板の製造方法で
ある。ここに、図１における各点の座標（水和時間；
分，水和量；％）は、次のとおりである。 点Ａ＝（１分，0.5 ％）、 点Ｂ＝（80分，1.3
％）、点Ｃ＝（80分，4.8 ％）、 点Ｄ＝（１分，3.
0 ％）。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明を由来するに至っ
た実験結果について説明する。 Ｃ：0.045 wt％（以下％で示す）, Si：3.25％, Al：0.
02％, Ｎ：0.0080％,Mn：0.07％, Se：0.02％, Sb：0.0
3％およびCu：0.08％を含み、残部は実質的にFeの組成
になるけい素鋼スラブを、1400℃で30分加熱した後、熱
延して2.2 mmの板厚にし、ついで1000℃, １分間のノル
マ焼鈍後、タンデム圧延機にて 120℃で0.35mm厚に冷延
し、最終板厚に仕上げた。ついで、脱炭焼鈍後、MgＯを
主体とする焼鈍分離剤を塗布, 乾燥して最終仕上焼鈍を
行った。この時、MgＯとしては、図２で示される水和曲
線と表１で示される粉体特性を持つ10種類の粉体（この
うち、４種類は単味の粉体、６種類はこれらの混合粉）
を用いた。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１中のＣＡＡ40, 80（ｓ）は、特公昭57
-45472号公報の方法を用いて測定したもの、また累積50
％径は、ヘキサメタリン酸３％水溶液で 300Ｗ，３分間
の超音波分散を行った後、レーザー回折式粒度分布計を
用いて測定したものである。さらに、水和曲線は次のよ
うにして測定した。 １．300 mlビーカーに、水：60mlを入れ、恒温槽中で20
℃±0.5 ℃に保持しつつ回転数：240rpm, 羽根の長さ：
25mmの４枚羽根の攪拌機で攪拌する。 ２．試料：20.0ｇを計り、１．で用意したビーカーに投
入する。 ３．１分，20分，60分および80分間攪拌した後、ステン
レス板に塗布し、300 ℃で１分間乾燥する。 ４．ステンレス板に付着している乾燥物をかき落とし、
予め1000℃で１時間以上空焼きし、五酸化りんデシケー
タ中で空冷後秤量したアルミナるつぼに、乾燥粉を約１
ｇ投入し、重量を測定する。 ５．1000℃の電気炉で均熱１時間強熱した後、五酸化り
んデシケータ中で１時間冷却後、重量を測定する。そし
て、次式により水和量を求める。 水和量（％）＝〔（強熱前の試料の重さ）−（強熱後の
試料の重さ）〕／（強熱前の試料の重さ）×１００

【００１３】また、各MgＯ：100 重量部に対して、TiO₂
を６重量部、SrSO₄ を重量部添加して焼鈍分離剤とし
た。その後、仕上焼鈍として 850℃から1150℃までを15
℃／ｈの昇温速度で加熱し、引き続き1200℃，５時間の
鈍化焼鈍を施した。かくして得られた各コイルの磁気特
性および被膜欠陥発生率について調査した結果を、表２
に示す。なお、被膜欠陥発生率は、レーザー式の表面検
査装置を用いて評価した。

【００１４】

【表２】

【００１５】同表から明らかなように、水分吸着曲線
が、図１の点Ａ, Ｂ, ＣおよびＤで囲まれる領域内を満
足するMgＯを用いた場合には、被膜欠陥発生率が低下し
て、良好な被膜を得ることができた。また、磁気特性も
良好な値が得られた。特に、同じように領域ＡＢＣＤの
範囲内を満足する粉体でも、混合してこの範囲内に収め
た粉体は、とりわけ被膜欠陥発生率が少なく安定した被
膜特性が得られている。

【００１６】このような結果が得られたメカニズムにつ
いて述べる。まず、粉体No.1に関しては、水和量は従来
良好とされてきた 0.5％以上のレベルにあり問題はない
が、水和曲線が時間によらずほぼ一定となっている。こ
の理由は、個々の粉体が均一な水和性を持っているため
であるが、このように個々の粉体の水和性が均一な場合
には、一次再結晶焼鈍後の表面酸化膜の微妙な差異、あ
るいは仕上焼鈍中の内巻部と外巻部における雰囲気流通
性の違いなどの微妙な条件変動に対して最適な水和量範
囲の変動に追随することができないために、安定性に欠
けたものと考えられる。これに対して、粉体No.8では、
MgＯ粉を混合することにより、酸化膜や仕上焼鈍層間雰
囲気などの多様な条件変動に対応できる水和量が適度に
混入されたことから、良好な被膜特性が得られたものと
考えられる。

【００１７】また、粉体No.4では、全体に水和量が大き
く、過酸化な仕上焼鈍雰囲気となり被膜劣化が起こる。
粉体No.10 も被膜劣化となったが、これは極めて高水和
な粉体が過度に混在しているため、このような粒子が鋼
板表面に付着している部分のみ急激に被膜形成が促進さ
れ、その結果、通常の水和程度の粒子が付着している部
分との間で被膜形成状態に差ができ、部分的な被膜の剥
落が起こったものと考えられる。

【００１８】粉体 No.２，３，５，６，７，８および９
では、良好な水和量曲線が得られており、水和性の高い
粉体と低い粉体が適度に混在しているために、良好な被
膜が形成されている。特に粉体 No.５，６，７，８で
は、水和性の異なる粉体が適度に混合されていて、これ
らの粉体が水和条件の変動を打ち消し合って水和量を安
定化させる働きがあるため、さらに良好な結果が得られ
たものと考えられる。

【００１９】次に、この発明の素材である含けい素鋼の
好適成分組成について述べる。まず、Ｃは、出鋼段階で
低下させて脱炭焼鈍を行わない方法と、ある程度の量を
確保して組織の改善を図り、その後の脱炭焼鈍により除
去する方法がある。前者では、Ｃの悪影響を避けるため
に0.01％以下とする必要がある。一方、後者では、組織
改善のための好適範囲は0.01％以上0.10％以下である。

【００２０】Siは、 2.0〜4.5 ％が好適である。という
のは、 2.0％未満では鉄損の低減効果が弱く、一方 4.5
％超では冷延性が損なわれるからである。

【００２１】Ｃ，Siの他にインヒビター構成元素を添加
する。インヒビターとしてはAlＮ,MnＳ, MnSe等が良く
知られているが、これらのいずれを用いてもよい。イン
ヒビターにMnＳおよび／またはMnSeを用いる場合は、M
n：0.03〜0.10％,Ｓ＋Se：0.01〜0.03％が好ましい。一
方、AlＮをインヒビターに用いる場合は、Al：0.01〜0.
04％, Ｎ：50〜120ppm程度が好ましい。というのは、各
成分が上記の範囲よりも少ないとインヒビターとして効
果に乏しく、一方上記の範囲を超えると二次再結晶が不
安定になるからである。また、これらの他に、Cu, Sn,
Cr, Sb, Ge, Mo, Te, Bi, ＰおよびＶなども、適宜使用
することができる。インヒビターとしての働きに有効な
量は、トータルで0.01％以上 0.2％以下である。なお、
これらの各インヒビターは単独使用、複合使用いずれも
可能である。

【００２２】次に、好適製造条件について説明する。上
記の好適範囲に成分調整した鋼スラブを、公知の方法で
熱延した後、１回または中間焼鈍を含む複数回の冷延を
行って最終板厚にする。また、必要に応じて熱延板焼鈍
を施すことも可能である。ついで、一次再結晶焼鈍を行
った後、焼鈍分離剤を塗布してから、最終仕上焼鈍を施
す。一次再結晶焼鈍における雰囲気、温度、時間は特に
限定するものではないが、通常、雰囲気は水蒸気／水素
分圧比Ｐ(H₂O) ／Ｐ(H₂)で0.05以上0.68以下が採用され
る。これは良好な内部酸化層を形成させるためのもの
で、0.05未満では酸化層が薄くなりすぎ、一方0.68より
高いと酸化層中の酸素分が大きくなりすぎて、いずれの
場合も仕上焼鈍中のインヒビターの酸化が激しくなり、
磁気特性の劣化を招くことが多くなるからである。ま
た、焼鈍温度は 750℃以上 900℃以下、焼鈍時間は30秒
以上 180秒以下とするのが望ましい。これは一次再結晶
粒径を特定の範囲に収めるためで、この範囲内において
磁気特性が良好となる。なお、一次再結晶焼鈍の加熱時
の雰囲気と均熱時の雰囲気を別々に制御して被膜特性を
向上させる方法が知られているが、この発明ではこの方
法を用いることもできる。さらに、AlＮをインヒビター
とする場合には、一次再結晶焼鈍の前、途中、または後
に窒化処理を行う方法が知られているが、この発明で
は、このような方法を同時に行っても差し支えない。

【００２３】一次再結晶焼鈍後には、MgＯを主体とす
る、すなわち少なくとも40％のMgＯを含有する焼鈍分離
剤を用いる。このとき、MgＯとして、温度：20℃、水和
時間：80分以下での水和量曲線が図１の点Ａ, Ｂ, Ｃお
よびＤで囲まれる領域を満足するものを用いることが肝
要であり、各水和時間での水和量が部分的にこの範囲よ
りはずれた場合でも良好な被膜を得ることはできない。

【００２４】この理由は、まず、水和曲線として、水和
時間の長い領域では線分ＡＢより水和量が大きく範囲内
にあるものの、水和時間の短い領域では水和量が線分Ａ
Ｂより低い値をとるため領域ＡＢＣＤの範囲からはずれ
る場合は、極めて低水和な粉体が付着した部分の被膜形
成量が少なくなり、その周囲との間に被膜形成量の差が
でき、被膜欠陥が生じる。一方、水和時間の短い領域で
は線分ＣＤより水和量が小さく範囲内にあるが、水和時
間の長い領域では水和量が線分ＣＤより高い値をとるた
め領域ＡＢＣＤの範囲からはずれる場合は、逆に極めて
高水和な粉体が付着した部分の被膜形成量が高くなるた
めに、やはり被膜欠陥が生じる。

【００２５】また、水和時間の短い領域では線分ＡＢよ
り水和量が大きく範囲内にあるが、水和時間の長い領域
では水和量が線分ＡＢより低い値をとるため領域ＡＢＣ
Ｄの範囲からはずれる場合は、粉体の各々が低水和性で
均一な分布を持っているために、一次再結晶焼鈍後の表
面酸化膜の微妙な差異、あるいは仕上焼鈍中の内巻部と
外巻部の雰囲気流通性の違いなどの微妙な条件変動に対
して最適な水和量範囲の変動に追随できず、安定性に欠
ける。一方、水和時間の長い領域では線分ＣＤより水和
量が小さく範囲内にあるが、水和時間の短い領域では水
和量が線分ＣＤより高い値をとるため領域ＡＢＣＤの範
囲からはずれる場合も同様に、高水和性で均一な分布を
持っているため安定性に欠ける。

【００２６】さらに、水和量曲線全体で線分ＡＢよりも
低い場合、または線分ＣＤよりも高い場合は、従来から
公知のように、水和量が低すぎる、または高すぎるため
に被膜不良となる。従って、MgＯの水和量曲線は、図１
の点Ａ, Ｂ, ＣおよびＤで囲まれる領域を満足させるこ
とが重要なわけである。水和量曲線をこの範囲内に収め
るための有効な方法としては、焼成条件を種々に変更す
ることによって、水和量が異なるMgＯを数種類用意して
おき、これを適当に混合するのが良い。

【００２７】なお、この他、用いられるMgＯとしては、
不純物が適度に存在していると焼結性が高まるので、少
量の含有は有効である。しかしながら、高すぎる場合に
は被膜欠陥が発生するので、それぞれ以下の範囲で含有
させることが好ましい。 CaO ：0.25〜0.80％, Ｂ：0.05〜0.18％, SO₃ ：0.03〜
1.0 ％, ハロゲン：トータルで 0.005％〜0.08％。 また、その他の粉体特性については、ＣＡＡ40％は30〜
190 秒の範囲が従来どおり良好である。平均粒径は、測
定方法により数値は大きく異なるが、レーザー回折式粒
度分布計を用いた場合、鋼板付着性を損なわないために
は 4.5μm 未満が良好であり、一方粉体の凝集による作
業性を損なわないためには 0.2μm 以上が良好である。

【００２８】次に、磁気特性、被膜改善のために使用す
る助剤は従来から公知のものでよいが、一般的にはMn,
Cu, Nb, Tl, Sr, Bi, Fe, Sn, TiおよびMgの酸化物、水
酸化物、硫酸塩等が知られている。これらの化合物を添
加する場合の添加量は、 100重量部のMgＯに対してトー
タルで 0.5重量部以上15重量部以下程度が好ましい。

【００２９】上記したような焼鈍分離剤を塗布した後の
最終仕上焼鈍は、従来より公知の方法で行えば良い。こ
れら一連の処理の後、絶縁張力コートを施し、フラット
ニング焼鈍をして製品に仕上げる。かくして、優れた被
膜特性および磁気特性を有する方向性けい素鋼を得るこ
とができるのである。

【００３０】

【実施例】

実施例１ Ｃ：0.05％, Si：3.28％, Al：0.015 ％, Ｎ：75 ppm,
Mn：0.07：％およびSb：0.01％を含み、残部は実質的に
Feの組成になる鋼スラブを、1200℃に加熱後、熱間圧延
によって2.2 mm厚に熱延し、ついで 900℃, １分間のノ
ルマ焼鈍後、タンデム圧延機にて0.35mm厚まで冷延し、
最終板厚に仕上げた。ついで、 840℃, ２分間の脱炭焼
鈍後、焼鈍分離剤として、MgＯ：100 重量部に対してTi
O₂：６重量部と SrSO₄：１重量部を添加したものを塗布
したのち、乾燥させた。このとき、MgＯ粉体としては、
前掲表１に示す粉体 No.１，２，３，４，８，10のもの
を用いた。その後、仕上焼鈍として 800〜1150℃までを
昇温速度：20℃で昇温し、引続き乾H₂雰囲気中にて1150
℃, ５ｈの純化焼鈍を行った。かくして得られた鋼板の
被膜特性および磁気特性について調査した結果を、表３
に示す。

【００３１】

【表３】 同表から明らかなように、水和量曲線がこの発明の適正
範囲を満足するMgＯを用いた場合には、被膜特性のみな
らず、鉄損、磁束密度とも良好な値を得ることができ
た。

【００３２】実施例２ Ｃ：0.06％, Si：3.28％, Mn：0.07：％, Se：0.02％お
よびSb：0.025 ％を含み、残部は実質的にFeの組成にな
る鋼スラブを、1400℃に加熱後、熱間圧延により2.2 mm
厚に熱延し、ついで1050℃, ２分間の中間焼鈍を挟む２
回の冷延圧延によって0.23mmの最終板厚に仕上げた。つ
いで、 840℃, ２分間の脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤とし
て、MgＯ：100 重量部に対してTiO₂：２重量部と表４に
示す種々の助剤：１重量部とを添加したものを、塗布し
たのち、乾燥させた。このとき、MgＯ粉体としては、前
掲表１の粉体 No.１, No.10 を使用した。その後、仕上
焼鈍として 820℃に50ｈ保定した後、乾H₂雰囲気中にて
1150℃,５ｈの純化焼鈍を行った。かくして得られた鋼
板の被膜特性および磁気特性について調査した結果を、
表４に示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】同表から明らかなように、いずれの分離剤
助剤を用いた場合でも、粉体特性がこの発明の適正範囲
を満足するMgＯを用いた場合には、優れた被膜特性およ
び磁気特性が得られている。

【００３５】実施例３ 表５に示す種々の化学成分になるけい素鋼スラブを、13
80℃で30分加熱後、熱間圧延により2.2 mmの板厚にし、
ついで1050℃, １分間の中間焼鈍を挟んで２回の冷延圧
延により0.23mmの最終板厚に仕上げた。ついで、 840
℃, ２分間の脱炭焼鈍後、焼鈍分離剤として、MgＯ：10
0 重量部に対してTiO₂：６重量部, SrSO₄ ：１重量部を
添加したものを塗布したのち、乾燥させた。このとき、
MgＯ粉体としては、前掲表１の粉体 No.５, No.10 を使
用した。その後、仕上焼鈍として 800℃で15ｈ保定した
後、 850〜1150℃までを15℃／ｈで昇温し、引続き乾H₂
雰囲気にて1150℃, ５ｈの純化焼鈍を行った。かくして
得られた鋼板の被膜特性および磁気特性について調査し
た結果を、表６に示す。

【００３６】

【表５】

【００３７】

【表６】

【００３８】同表から明らかなように、素材鋼板の成分
組成の如何にかかわらず、この発明に従うMgＯを用いた
場合には、優れた被膜特性および磁気特性を得ることが
できた。

【００３９】

【発明の効果】かくして、この発明に従い、焼鈍分離剤
の主剤であるMgＯとして、その水和量曲線が所定の領域
を満足するものを用いることにより、被膜特性を安定し
て向上させることができ、ひいては被膜特性および磁気
特性に優れた方向性けい素鋼板を安定して得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う適正水和量範囲を示した図であ
る。

【図２】実験に用いた粉体 No.１〜10の水和量曲線を示
したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松原 道郎 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 本田 厚人 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 けい素鋼熱延板を、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に仕上げた
   後、一次再結晶焼鈍を施し、ついでMgＯを主剤とする焼
   鈍分離剤を水でスラリー状にしてから鋼板表面に塗布
   し、しかるのち最終仕上焼鈍を施す一連の工程からなる
   方向性けい素鋼板の製造方法において、 MgＯとして、その粉体特性が、温度：20℃、水和時間：
   80分以下での水和量曲線が図１の点Ａ, Ｂ, ＣおよびＤ
   で囲まれる領域を満足するものを用いることを特徴とす
   る方向性けい素鋼板の製造方法。