JPS5858409B2 - 優れた軟磁気特性を有する珪素鋼薄帯の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電磁材料用珪素鋼薄帯の製造方法に関し、特
に本発明は、優れた軟磁気特性を有する珪素鋼薄帯の製
造方法に関するものである。

珪素鋼板は商用周波数レベルでの磁気特性が優れ、かつ
比較的低価格であるので、電カドランスや回転機器の鉄
芯材料として大量に生産されている。

なかでも特に電カドランスなどに用いられる２％以上の
Ｓｉを含む方向性珪素鋼板は最も複雑な工程を必要とす
るので製造コストの高い鋼種の一つである。

近年省エネルギーの視点に立脚して、溶鋼からの直接製
板法によって電磁材料用珪素鋼帯、特に薄帯を製造する
技術が開発され始めている。

この方法によれば、所定の成分組成を有する溶鋼を円孔
状あるいはスリット状の噴出口を具えるノズルから高速
で回転するロールや連続ベルトあるいは回転するドラム
の内面などのような冷却面が連続的に移動する冷却体上
に噴射すると、直ちに２０〜５００μｍ厚の銅帯あるい
は薄帯を製造することができる。

この方法によれば、溶鋼から一工程で成品あるいは生成
品を製造することができるので製造コストを低下させる
ことができると同時に多大の省エネルギーを達成するこ
とができる。

このようにして製造された薄帯はそのままの状態では磁
気特性が充分でないので、必要に応じて圧延、研磨、酸
洗などの前処理を施した後、通常焼鈍が施される。

特にこの焼鈍において温度を１０００℃以上に高めると
、特定の雰囲気中においては板面に平行な（１００）面
を有する結晶粒のみが選択的に成長して、所謂（１００
）面内無方向集合組織が形成される。

さらにこの焼鈍前に例えば２回の冷延と中間焼鈍とより
なる前処理を施すと、（１００）（００１）方位に集積
した２方向集合組織が得られることが知られている。

このような集合組織が形成されると、磁気特性は一段と
改良されて、従来の珪素鋼板の特性に匹敵もしくは凌駕
するようになる。

このような粒成長現象は一般に３次再結晶と呼ばれてい
るが、この異常粒成長は通常約０．３ ｍｍ以下の薄帯
において起り易い。

この厚み以上の鋼帯にあってはかかる異常粒成長は極め
て起り難く、又たとえ生起したとしても長時間の焼鈍と
極めて狭い範囲の雰囲気コントロールが必要であるので
工業的実施は困難である。

初このような厚みの小さい薄帯の高温焼鈍を工業的に実
施するには、連続炉方式によることは技術的に困難であ
るばかりでなく、熱効率的にも経済的でないから、通常
Ｂｏｘタイプの炉で焼鈍が施される。

すなわち前処理を施した薄帯を炉に合ったサイズ毎にコ
イル状に巻き取り、ＢｏＸ炉内に搬入、積み立てて加熱
する。

焼鈍が１０００℃以上で施されるときには金属面を重ね
合わせると通常融着が起るので剥離剤、スペイサ−をコ
イル間に巻き込む。

一方向性珪素鋼板の場合には約１μ以下の微粒子からな
るＭｇＯ粉末をスラリー状にして塗布、乾燥させ、コイ
ルに巻き込む工程がとられている。

しかしながら従来の剥離剤塗布方式によって剥離剤を塗
布した薄帯を高温焼鈍して得た成品は満足すべき磁気特
性を具えていないという欠点があった。

本発明は、上記欠点を除去、改善した優れた軟磁気特性
を有する珪素鋼薄帯の製造方法を提供することを目的と
するものであり、特許請求の範囲記載の方法によって前
記目的を達成することができる。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明者等は、上記従来方式による欠点を種々検討した
結果、ある特定のね度をもつ酸化物を剥離剤として用い
ると優れた特性を有する薄帯成品が得られることを知見
して本発明を完成した。

以下本発明を工程に沿って説明する。

本発明によれば、’１０００℃以上の高温焼鈍を施して
厚さ０．３ ｍｍ以下の薄帯に集合組織を付与すること
を目的としているからＳｉを２％以上含有させる必要が
ある。

Ｓｉが２％より少ないとαγ変態のために集合組織が破
壊されるからである。

従来の珪素鋼帯の製造工程によれば、約３．５％よりＳ
ｉ含有量が多いと圧延が困難であるので、Ｓｉ含有量は
たかだか３．５％までであるが、溶鋼からの直接製板法
によれば１０％程度のＳｉを含有させても容易に薄帯を
得ることができる。

特に６．５％５ｉ−Ｆｅ近傍の組成のものは磁歪がはマ
消失するので特に磁気特性が良好になる。

しかしＳｉ量が８％を超えると磁気特性がかえって劣化
するだけでなく、極めて脆くなるので工業生産が困難に
なってくるので、本発明によればＳｉは８％以下とする
必要がある。

このような組成のＳｉを主合金元素とし、必要に応じて
微量の他種元素を含有させた溶鋼を用いて前述したよう
に直接製板法によって２０〜５００μｍ厚の珪素鋼薄帯
を作成する。

厚さが３００μｍ以上の銅帯にあっては、もしくは３０
０ｐｍ未満の厚さの銅帯にあっても必要に応じて、１回
あるいは２回以上の圧延を施して３００ ｐｍ以下の所
定厚さに仕上げる。

かくして得られた薄帯を必要に応じて表面を洗浄および
または酸洗した後焼鈍のためコイル状に巻き取る。

ところで前述したように１０００℃以上の高温焼鈍を施
すと、融着が生起するので、コイル層間を剥離する必要
がある。

コイル層間の剥離のため層間に剥離剤を充填する場合に
は高温下で剥離剤が鋼と接触しても融着を起さず、また
固相反応を生起しないようにすることが必要である。

これらの条件を満たす剥離剤として１０００〜１３００
℃の温度範囲内で用いるものとしては高融点酸化物であ
るＡｌ □０３，５ｔ０２．ＭｇＯ，ＣａＯ，Ｃｒ２Ｏ
３゜ＺｒＯ２，ＳｒＯ，ＣｅＯ２、Ｔａ２０５ 、ｗｏ
３．ＴｉＯ２（Ｔｉ２０３）。

Ｔｈｅ２．ＮｔＯ，Ｎｂ２Ｏ５，Ｖ２Ｏ３，Ｂａｄ、Ｂ
ｅｄ。

Ｍｎ Ｏ（Ｍｎ３ ｏ４） 、Ｌ ａ ２０ｓ等が知ら
れている。

これらのうちの１種あるいは２種以上からなる剥離剤を
コイル層間に充填させるが、これらを例えば棒状、ブロ
ック細片状などのように断片として銅帯の層間の所々の
位置に充填することは工業的には困難である。

さらにコイル巻き込み時にはコイルの型くずれを防止す
るためにある程度のテンションを負荷して巻くので、焼
鈍時に銅帯が局所的に変形して凹凸が生起するに至るの
でこのような方法の採用は好ましくない。

本発明者等は方向性珪素鋼板について実施されているよ
うに上記高融点酸化物の粉体を水溶液等に懸濁させてス
ラリーとなし薄帯のコイル巻き取り時に塗布する方法を
試みたところ、適度の粒度からなる酸化物粉体であれば
種類の如何を問わずコイル層間に一様に充填することが
できることを新規に知見した。

沈降法で測定して２〜５００μｍの平均粒径をもち比較
的粒度が均一な粉末を少量のポリビニルアルコールを加
えた水溶液に懸濁させてスラＩＪ−となし、このスラリ
ーを１２０μｍ厚の６．４％５ｉ−Ｆｅ薄帯に塗布して
コイル状に巻き取り、Ｂｏｘ炉で１１３０℃Ｘ ７ ｈ
ｒの真空焼鈍を施した後の３次再結晶率（％）、保磁力
ＨＯ（ｍＯｅ）、薄帯面の平均粗度Ｒａ（μｍ）等の諸
特性と粉末の平均粒径μｍとの関係を第１図に示す。

同図より、粒径が大きくなるにつれて３次再結晶はより
容易に進行するが、一方焼鈍后の薄帯表面の凹凸は大き
くなり、すなわち平均粗度が大きくなることが判る。

一般に３次再結晶が進む程（１００）面をもつ結晶粒が
大きくなって磁化が容易になり軟磁気特性は良くなり、
また特にある特定の雰囲気に薄帯の鉄表面を裸出させて
焼鈍するとこの３次再結晶はより速く進行することが知
られている。

粒径の大きい粉末をコイル層間に充填すると層間の空隙
は大きく、気体はこの空隙を通って層間を流通すること
ができるのに対して粒径が小さくなると、気体の層間で
の流通は困難になる。

第１図に示す実験によれば、粒径が大きくなるに従って
３次再結晶率が大きくなっているが、この理由はコイル
層間の空隙が大きくなって薄帯表面が好ましい雰囲気、
すなわちこの実験によれば真空に裸出されたためと考え
られる。

しかしこの粒径が過大となると薄層表面は粗くなり、軟
磁気特性はかえって劣化する。

焼鈍后の薄帯の保磁力ＨＯ（直流でＢｍｌ、０〜１．２
Ｔの励磁）は平均粒径が釣力μｍの位置で最も低くなる
。

本発明の対象であるトランスなどの鉄芯材料には先ず第
一に鉄損の低いことが要求されるが、板厚、Ｓｉ量など
の外部要因で定まる渦電流損以外の鉄損すなわちヒステ
リシス損はＨｃ値にほぼ比例する。

従ってＨｃ値が低いほど高くなる。

ところで一般に粉体は粒度分布をもっていである特定の
粒径範囲内に抑えることは難しく、また経済的にも好ま
しくない。

粉体のね度分布は篩分は法、顕微鏡法、細孔通過法、沈
降法、Ｘ線法などによって測定することができる。

沈降法によって測定したＡｌ２Ｏ３粉末の粒度分布の１
つの試料例を第２図に示す。

ここで粒度分布をあられす指標、Ｒｎを粒径がＲｎ以下
の粒子の粒子数の割合がｎとなるように定義する。

ｎ ＝ ０．５のときすなわちＲ６１，はＲ８，５以下
の粒子が粒子数で５０％を占めることを示す。

仝図においてＲ６，２とＲ８，８で粒度分布を代表させ
る。

第３図は先述の６．４％５ｉ−Ｆｅ薄帯に各種の粒度分
布を有するＡｌ２Ｏ３とＣａＯの粉末をそれぞれスラリ
ーとして塗布し、コイル層間に巻き込んだ後１１３０°
Ｃ×７ｈｒの真空焼鈍を施した時の保磁力Ｈ６値を示す
図であり、Ａｔ ２０３ ｒ ＣａＯともにＲ８，２が
２μｍ以上かつＲ６，８が４００μｍ以下の時にＨｃ値
が低くなっていることが判る。

第４図は８５／Ｊｍ厚の２．９％５ｉ−Ｆｅ薄帯のコイ
ル層間に同様にしてＭｇＯとＳ ｉ０２の粉末を充填し
て１１００℃Ｘ１２ｈｒの焼鈍をＨ２中で施した後の保
磁力Ｈｃ値を示す。

この場合もＲ６，２が２μｍ以上、Ｒｏ、８が４００
ｐｍ以下の時にＨ６値が特に低くなっている。

これに対して粒径が２μｍ以下あるいは４００μｍ以上
の割合が増すとＨｃ値は大きくなって電磁材料としての
価値が低くなる。

以上の結果から本発明によれば、剥離剤として用いる高
融点酸化物粉体の粒度分布を下記のように規制する必要
がある。

すなわち２μｍ以下の粒径をもつ粒子の割合が粒子数で
２０％を超えず、かつ４００μｍ以上の粒径をもつ粒子
の割合が２０％を超えないようにする。

逆にこれらの条件が満足されるような粒度分布を有する
酸化物の粉体を剥離剤として用いると、保磁力Ｈｃ値の
低い薄帯が得られるに至る。

以上述べたようにね度分布が適切であれば剥離剤として
前記高融点酸化物をその種類の如何を問わず用いること
ができる。

また実施例により後述するように２種以上の高融点酸化
物を混合して用いることができる。

混合粉末のね度が本発明の要件を満す限りにおいて、如
何なる配合比によっても充分な効果を発揮して本発明の
目的を達成することができる。

本発明によれば、コイル層間に粉体を充填させる手段と
して任意の手段を採用することができるが、薄帯が互に
融着しないためにはコイル形成時に薄帯金属面が相互に
接触することを防止する必要がある。

すなわち粉体の充填が局所的にばらついて不均一あるい
は不充分であるとコイル巻き取り時にかかるテンション
のために金属面が互に接触する場合が多い。

粉体の充填手段としてコイル巻き取り時に粉体そのもの
を層間に振りかける手段が通常行なわれているが、この
ような手段によっては均一な厚みの充填を工業的に実施
することは困難である。

本発明者は方向性珪素鋼板の製造の際用いられているよ
うに、粉体を水に懸濁させてスラリーとなし、これを連
続的に薄帯に塗布する手段を試みた。

第５図に示すようにいろいろな平均粒度をもつ比較的粒
度のそろったＡｌ２Ｏ３粉体を水あるいはポリビニルア
ルコール水溶液にそれぞれ懸濁させてスラリーとなし、
このスラリーを薄帯に塗布した。

水に懸濁させた場合にはね径が１μｍを超えると塗布し
ても直ちに粉体が金属面から剥離し、第５図に示すよう
に付着率は極めて低く実用的でない。

方向性珪素鋼板の場合には約１０００人のね径のＭｇＯ
粉末をスラリーとして塗布しているので、水を媒体とし
て充分に塗布・付着させることができるのであるが、本
発明によれば大きいね体を用いるので水に懸濁させるこ
とは好ましくない。

しかしポリビニルアルコールなどの水溶性有機高分子化
合物を少量含有させた水溶液を用いると、第５図に示す
ように平均粒径が１０ｐｍを超えても極めて良好な付着
性が得られることが判った。

このような良好な付着性が得られる理由は媒体の水溶液
が粘弾性を有するためであると考えられる。

上記付着性を良好にする限り水に添加される材料として
任意の溶剤を用いることができるが、水溶性有機化合物
を用いることが最適である。

以上に述べた工程により酸化物からなる剥離剤を層間に
充填したコイルは焼鈍を施された後、再び巻き戻されて
剥離剤を除去され、必要に応じてコーチングが施される
。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 Ｓｉ６．０％、Ｍｎ０．１％、 Ｐｏ、１％、ＣＯ，０
０５％、００．００３％を含有する溶鋼から２５０μｍ
厚の薄帯を直接製板法を用いて作成した。

この薄帯を直ちに１８０μｍ厚に圧延し、８８０℃Ｘ
３ ｍ１ｎＮ２中で焼鈍を施した後９０／ｊｍ厚に仕上
げた。

次に脱脂した後下記する酸化物粒体をスラリーとして薄
帯に塗布して乾燥させ、直ちにコイルに巻き込んだ。

次にこのコイルにＢｏｘ炉中で１１２０℃Ｘ５ｈｒの真
空焼鈍を施した。

塗布層の剥離剤の付着状況および焼鈍後の薄帯の状況、
Ｈｃ値は下記の表のとおりであった。

以上本発明により製造された薄帯はトランス、回転機器
の鉄芯材料として有利に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は剥離剤の平均粒径と薄帯の保磁力、３次再結晶
率、薄帯面の平均粗度との関係を示す図、第２図は剥離
剤の粒径と粒子数（％）との関係を示す図、第３図およ
び第４図はそれぞれ６．４％５ｉＦｅ薄帯、２，９％５
ｉ−Ｆｅ薄帯にあって剥離剤のＲ６，２およびＲ８，８
が薄帯の保磁力に及ぼす影響を示す図、第５図は剥離剤
の平均粒径と鋼板付着率との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｌＳｉ２〜８％を主合金元素として含有する溶鋼をノズ
   ルより冷却体の連続的に移動する冷却面上に噴出させて
   急冷凝固させ２０〜５００μｍ厚の薄帯となし、必要に
   より圧延、研磨の処理の倒れか１種または２種の処理を
   施して３００ ｐｍ以下の厚さとなし、次にこの薄帯を
   コイル状に巻き取った後１０００℃以上の高温焼鈍を施
   して（１００）（ｏｋｌ）あるいは（１００）（００１
   ：）方位に集積した集合組織を形成させる電磁材料用珪
   素鋼薄帯の製造方法において、高温焼鈍前のコイル巻取
   り時に２μｍ以下の粒径をもつ粒子の割合が粒子数で２
   ０％を超えず、かつ４００μｍ以上の粒径をもつ粒子の
   割合が粒子数で２０％を超えない粒度分布をなす高融点
   酸化物の粉粒体を剥離剤としてコイル間に充填させた後
   、このコイルに高温焼鈍を施すことを特徴とする優れた
   軟磁気特性を有する珪素鋼薄帯の製造方法。 から選ばれる倒れか１種または２種以上の混合粉粒体を
   用いる特許請求の範囲第１項記載の方法。 ３ 前記粉粒体からなる剥離剤をポリビニルアルコール
   等の水溶性有機化合物を添加して粘弾性を付与させた水
   溶液中に懸濁させてなるスラリーをコイル間に充填させ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１あるいは２項記
   載の方法。