JPS5881951A - けい素鋼薄帯およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、けい素鋼薄帯およびその製造法に関し、と
くに・Ｓｌを０．３−９重量％（以下単に％で表わす）
含有するけい素鋼につきその軟磁気特性ならびに鉄損特
性を改善したけい素鋼薄帯をその有利な製造法と共に提
案しようとするものである。

従来からトランスなどの電気機器の鉄心材料として、鉄
にＳ＝を３〜ダ％程度含有させたけい素鋼板が広く用い
られている。この種けい素鋼板には二種類あって、１つ
は結晶粒の結晶方位が無秩序な無方向性けい素鋼板であ
り、他の１つは結晶粒の（１００）軸が圧延方向に揃っ
た方向性けい素鋼板である。前者は主に磁束が種々の方
向から作用する回転機や発電機の鉄心材料として、また
後者は磁束が特定方向のみにかかるトランスなどの鉄心
材料として用いられ、いずれも磁束密度が高いという特
長をそなえている。

かような磁心材料において現在最も強く要＠されている
ことは、軟磁気特性の向上は言うまでもなくとくに作製
上の簡便さおよびコストダウンの達成であり、これらの
要請はエネルギー価格の高騰化の下で今後ますます強く
なるものと予想さ゛れる〇 けい素鋼板にあっても上記の要請に応えるべくこれまで
種々の改善が施されていて、たとえば無方向性けい素鋼
板においては、鉄損値の劣化をもたらす炭素、窒素、酸
素およびいおうなどの不純物の混入を抑えたり、また圧
延と熱処理との組合せによって（１００）軸を板面に揃
えようとの試みがなされ、他方、方向性けい素鋼板にお
いては（ｉｏｏ）軸の圧延方向への集積度を葛らに高め
たり、コーティング処理を施して鋼板に張力を付与する
ことにより鉄損や見かけ上の磁歪を低減させる試みがな
されてきた。

板の改質法は、は埋完成の域に達したと考えられていて
、今後軟磁気特性や磁歪特性の飛踏的な向上は勿論、製
造過程での作業能率の向上もこれ以上望めそうもない。

ところで一方で、鉄に８１を６．ｊ％程度含有させたい
わゆる高けい素鋼は、Ｓｉ３〜４Ｉ％含有けい素鋼に比
べて飽和磁束密度が１ｒｏｏｏ　ａ　（ｇａｕｓｓ）程
度に低くはなるものの、磁歪が実質的に消失し、また磁
気異方性も生滅するのですぐれた軟磁気特性（透磁率μ
が高く、保磁力ＨＯが低い）が得られ、さらにこの素材
をトランスなどに組んだ場合適当な励磁の下で鉄損が極
めて小さいなど種々の利点をそなえていることが知られ
ている。

しかしながら含有けい素置かり％を超えると、素材マト
リックスが硬化する上にＦｅ３Ｓｉなる規則格子が形成
されて急激にぜい化するため、圧延加工は言うに及ばず
せん断、打抜きなどの加工も事実上不可能となる。この
ような事情で８１を１１％以上含有する高けい素鋼は、
種々の利点をそなえ・ながらもこれまで実用に供されな
かったのであるにの点発明者らは先に、特開昭Ｈ−４１
１９１／号公報において、Ｓｌをダル１０％含有する高
けい素鋼につき、上に述べたような欠点を解消して、可
撓性および加工性に冨み、かつ鉄損値も低いけい素鋼薄
帯を開示した。

しかしながら上記の高けい素鋼薄帯において鴨やはり、
Ｓｌの多量添加に伴う磁束密度の低下は避は得す、この
ため磁心などに適用した場合にその大型′化が余儀なく
され、この点すべての装置の゛小型化が熱望される昨今
においては、飽和磁束密度の低下を招くことなしに低鉄
損化を図ることが強く望まれていたのである。

この発明は上記の要請に有利に応じるもので、Ｓ１含有
量は飽和磁束密度を２００００　Ｇ以上の高い値に維持
できる０、１−４Ｉ％の範囲に保ったまま、透磁率およ
び保磁力を＆ＩＩＬ、、かつ低鉄損、低コスシも併せ実
現したけい素鋼薄帯ならびにその有利な製造法を提案す
るものである。

すなわちこの発明は、けい雪をｏ、ｚ−４１％含有・し
、残部実質的に鉄の組成になるけい素鋼の薄帯、あるい
はけい素をＯ，Ｓ　−４Ｉ％含有するほか、副成分とし
て、２％以下のアルミニウム、λ気息下のマンガン、１
０％以下のコバルトおよび３％以下のニッケルのうちか
ら選ばれる一種または二種以上を含み、残部実質的に鉄
の組成になるけい素鋼の薄帯であって、該薄帯の結晶粒
が薄帯の表裏面にわたって貫通した柱状組織を有し、か
つ薄帯表面に平行となる（ｉｏｏ）結晶面の集積度が望
外以上であるけい素鋼薄帯である。

またこの発明は、けい素をＯ，Ｓ〜４１％の範囲で含有
するけい素鋼の溶融体を、冷却面が高速で更新、移動す
る冷却体上に連続的に供給し、急冷凝固させて薄帯化し
、ついで得られた薄帯に７００〜／４１００℃の範囲の
温度で焼鈍を施して結晶粒をｏ、ｏｒ〜ｊＯｖｍに成長
させることを特長とするけい素鋼薄帯の製造法である。

以下この発明を具体的に説明する。

この発明において成分組成を上記のとおりに限定した理
由は次のとおりである０ ・　けい素は、その含有量が００３％未満では、その電
気抵抗が７０μΩ・α以下となり渦電流による交流損失
が急激に増加するとともに、９１０℃から／　ｌｌ００
℃以上の温度範囲にわたって非磁性相であるγ相％を超
えると飽和磁束密度が−ｏｏｏｏ　ａ以下に低下するの
でｏ、ｚ、ｔｔ％の範囲に限定した。

ところでけい素鋼においては、不純物として酸素、いお
う、炭素および窒素などが不可避的に混入してくるが、
これらはいずれも成品の鉄損特性を劣化させる上に、薄
帯のぜい化をもたらして加工性を損うので、これらの混
入量は極力低く抑えることが好ましく、総量で０．１％
以下に抑制することがとくに望ましい。

またこの発明ではけい素の他、軟磁気特性改善のための
副成分としてムｌ　＊　Ｋｎ　ｌ　ＱＯおよびＮｉのう
ちから選ばれる一種または二種以上を適宜に加えること
ができる。

ムｌは、鋼中酸素量の低減に役立つだけでなく、電気抵
抗を高めて渦電流損を低くするのに有用である。しかし
あまり多量に添加すると磁歪が大きくなるので上限を２
％とした。

Ｍｎは、鉄損の低下や圧延性にとって有効な元素であり
１，２Ｉｓ以下より好ましくはＯ９λ〜／、Ｊ％の範囲
で添加することにより、軟磁気特性は向上し、また欠陥
の少い良好な形状の薄帯が得られる。

この理由はまだ明確には解明されていないが、マンガン
添加により不純物のいおうが固溶状ａｔたは微細な析出
物の状態からＭｎＳの大きな析出物に変化するためと考
えられる。しかしながら）（ｎの添加量が２％を超える
と軟磁気特性の劣化が大きく、また硬化して加工性も悪
化するので上限をコ％とじた。

００は飽和磁束密度を高めるのに有用な元素であるが、
これは極めて高価なものであり、また１０％な超えると
その効果はほぼ飽和に達するので上限を１０％とした。

ＮｉはＭｎと同様に鉄損の低下に有効に作用するだけで
なくじん性の向上にも有用な元素であり、ｊｓ以下より
好ましくはＯｏ、２〜／、７％の範囲で添加することに
より良質の薄帯が得られる０さてこの発明ではまず、所
定の成分組成に溶製したけい素鋼の溶融体を、冷−動面
が高速で更新移動する冷却体上に連続的に供給すること
により急冷凝固させて薄帯化するが、このとき薄帯化条
件を適宜に選択することによって直ちに所定厚の薄帯に
仕上げることができる０ この薄帯化の要領としては、充分に広ル竜輻で均一かつ
所定の厚みを有し、しかも長尺のものが得られるならば
いかなる方法であってもよいが、代表的には第１図ａ　
ｒ　ｂおよびＣに示したように、溶融体ｌをその噴射ノ
ズルコから、高速で更新移動する冷却面３上に連続的に
供給して急冷凝固させて薄帯化するのが望ましい。

＃！１図ａに示した薄帯化装置においては冷却面３とし
てドラムの内周面を、また同図す、ｃに示した装置では
単一ロールおよびロール対の外周面をそれぞれ利用する
場合について壓したが、いずれの装置を用いる場合であ
っても冷却体の回転数を調節することによって所定厚の
薄帯とすることができる。そしてこのとき最も注意すべ
き点は、溶融体を十分に速い冷却速度で急冷凝固させる
ことである０というのは凝固するまでの時間が長いと溶
融体の流れが一様でなくなり、と１すれば孔やボイドが
生じたりまた厚みが不均一になり易い他、とくに大気中
で処理する場合には酸化や窒化を受けて良好な形状の薄
帯が得難くなり、かりに得られたとしても薄帯中に成葉
や窒素を含むため軟磁気特性が劣化するからである。

この点に関する発明者らの研究によれば、溶融体がノズ
ルよシ噴射されてから、凝固、冷却して薄帯の温度が４
Ｉｏｏ℃となるまでの平均冷却速度が１０”　Ｖ８６１
０より小さい場合には望ましい薄帯が得難いこと、とり
わけ大気中雰囲気においては酸化のため所期した目的の
達成が困難であることが判明した。そこでこの発明では
、溶融体を薄帯化徒歩くとも４１ＯＯ℃までは１０３℃
／　ｓｅａ以上の冷却速度で冷却させることにした。な
おこの冷却時には保護ガスとしてアルゴンやヘリウムな
どの不活性ガス〜？ａＯ２ガスなどを吹付けると一層良
好な結果が得られることも判明した。

かくしてこの発明によれば、従来法の如く圧延と熱処理
を繰返し行う煩雑な工程を経ることなしに溶融体から直
ちに所定厚みの薄帯に仕上げることができる。

第コ図ａ、ｂにけい素を０１ｊ−４％の範囲にわたり種
々の割合で添加配合した溶融体を１０３〜／θ４’Ｉｃ
／　８ｅＯの冷却速度で急冷して得た薄帯（厚みｌＣμ
ｍ１）の、飽和磁束密度Ｂｓならびに保磁力ＨＣ（曲□
線ム）について調べた結果をそれぞれ示す０なお比較の
ため従来法に従い得られた薄帯の保磁力ＨＯ（曲１１Ｂ
）についても調べ、その結果を第一図すに併せ示した。

第一図ａより明らかなようにこの発明に従って得られた
けい素鋼薄帯の飽和磁束密度Ｂｓは、Ｓ１含有量が多°
くなるにつれて幾分低下する傾向にはあるものの、それ
でも約２００００　Ｇ以上の高い値を示す。一方保持力
ＨＯはさほど低い値を示さず、従来例（曲４１１Ｂ）と
較べて鳴劣っている。

この理由は溶融体から一気に急冷凝固して得られた薄帯
は、そのままの状態では内部歪が大きく、また微細な結
晶粒組織であるためと考えられる。

実際急冷凝固後の薄帯の結晶組織は、薄帯表面に直径約
２７〜３０μ属の結晶粒が配列した微細組織であり、前
掲第１図すに示した単一ロール法で作製した薄帯では、
微細結晶粒が薄帯の表裏面をはｉ貫通した組織になって
いるものの、他方＃Ｉ１図０に示したロール対決で作製
した薄帯では、微細な結晶粒が薄帯の両面から厚み方向
に戎長し、板厚のほぼ中央で接触して結晶粒界を形成す
る組織となっている。

そこでこの発明では溶融体を急冷凝固後、得られた薄帯
に焼鈍処理を施して内部歪を除去するとともに結晶粒を
粗大化させ、軟磁気特性の改轡を図るのである。以下こ
の焼鈍処理について説明するＯ 第３図に、Ｓｌ：３％、またはＳｉ　／、ｊ襲を含み残
部鉄の組成になるけい素鋼を薄帯化後、６００〜１ｑｏ
ｏ℃の範囲の種々の温度で１時間の焼鈍処理・を施した
ときの焼鈍温度と結晶粒径との関係を示・す０なお第３
図中曲＠ａ　、　ｏ’は焼鈍処理をＡｒ雰囲気中で、ま
た曲１１ＤおよびＥは４ＩＸ　１０−３’ｒｏｒｒの真
空中およびＨ２ガス中にａ　ｐｐｍのＨ８Ｓを含む雰囲
気中でそれぞれ行った場合である。

３％Ｓ１含有けい素鋼薄帯については、いずれの雰囲気
においても焼鈍温度が１００℃の場合は、結晶粒径は約
５Ｏｐｖａ程度であるが、焼鈍温度を上昇させるにつれ
て結晶粒の成長速度は興なり、Ａｒ雰囲気中で焼鈍した
場合は１ｕｏｏ℃で約コ關に、またｆ　ｘ　１Ｏ−３Ｔ
ｏｒｒの真空中では約１０．３　ｍｓ、Ｈ２Ｓ含有Ｈ２
ガス雰囲気中では約〃■にまで成長した。

一方へｊ％Ｓ１含有けい素鋼薄帯については、１ＯＯＯ
℃〜１３００℃の温度範囲に非磁性相であるγ相が存在
するためこの温度範囲では、結晶粒はほとんど□大きく
ならない。しかしながらγ相を示す温度以上では結晶粒
は急激に成長しＡｒ雰囲気中で熱処理した場合でも、１
４１００℃では結晶粒は！ｖｍ程度に達した。

次に、３％Ｓｉ　−Ｆｅ　ｓ　ｉ％８１−　Ｆｅ　ｌ　
７％Ｓｉ　−０１％Ｍｎ　−Ｆｅおよび１％Ｓｉ　−Ｏ
Ｊ％００−　Ｆｅの組成になる１種のけい素鋼薄帯につ
き、薄帯化急冷処理を行ったままの状態および真空中で
焼鈍処理を施して結晶粒を成長させた際の、結晶粒径と
保磁力および（１００）面の集積度との関係について調
べた結果を第１図に併せて示す。

同図より明らかなように上掲ダ種のいずれのけい素鋼に
おいても、結晶粒が成長するに従って保磁力は低減しと
くに結晶粒径がｌθμ諷以上でＨａがほばコｏｏ　謂Ｏ
ｅ以下のすぐれた特性を示した。を九Ｃｌ０ｏ）面の集
積度は結晶粒径ｗＰｍ以上で９０％以上にまで向上でき
た。

また薄帯の組織についても調べたところ各結晶粒は、表
裏面を貫通した柱状晶であり、両−ロール法によって作
製された薄帯であって４ｍｍ湿温９００℃以上では厚み
方向中央域に形成されていた結晶粒界がきれいに消失し
て完全な柱状構造になっていた。

焼鈍温度は７００℃未満では内部歪の除去が難しく、一
方／４！ＯＱ℃を超えると薄帯の酸化や変形が着しくな
って実用に供し得なくなる。従って焼鈍温度は７ｏｏ　
−ｉ４！ｏｏ℃より好ましくは１０００〜／１１００こ
の焼鈍処理を工業的に行うには連続焼鈍炉でＪ分間程度
焼鈍し１ついでできるだけ速やかに冷却するのがよい。

なお上記した雰囲気の他、結晶粒の成長に有効な雰囲気
としては７ｆ”　Ｔｏｒｒ程度のＨ２！９０．蒸気中お
よびＨ２Ｓ雰囲気などがあり、雰囲気依存性がみられる
が、いずれにしても非讃化性雰囲気中７００〜／４！０
０℃の温度範凹で焼鈍処理を施し、内部歪を除去すると
同時に結晶粒をその粒径が０．０１〜ｓ０■になるまで
成長させることが肝要である。

かくして得られたけい素鋼薄帯を実際に磁心に組立てる
場合には、占積率が可能な限り高いことが望ましく、こ
のためには薄帯の表面をできる限、り円滑にする必要が
ある。この発明に従い得られる薄帯も適切な薄帯化条件
の下では充分に満足のいく円滑度が得られるが、さらに
高度の円滑度が熱処理を加えたのち、圧下率ｊ％以上の
圧延を行いついで所定温度での焼鈍を施せばよく、この
ような圧延熱処理によって薄帯表面の円滑度はさらに高
まり、占積率が大きくなって磁束密度は一段と向上する
。

またかような薄帯を積層してトランスや回転機などの鉄
心とした場合に、この積層鉄心をその状態で焼鈍して積
層時に生じた内部応力を除去することにより、実機鉄損
の一層の低減が達成される。

次にこの発明の実施例について説明する。

／、ｊ　　Ｓｉ　−９１−ｊ　　Ｆｅ　　ｌ　　コ、ｊ
　　Ｓｉ　　−タフ、１　　Ｆｅ　　、　　Ｊ、ｊＳｌ
　−タ４．ｊ　　Ｆｅ　　、　　／、ｊ　　Ｓｉ　　−
０，６Ｉｎ　　−９７，９Ｆｅ　　。

コｅｊ　Ｓｉ　−０，６Ｍｎ　−（７，７Ａｌ　−９６
，１，ＦｅおよびＪ、ｊＳｉ　−０，２Ｉｎ　−９ｔ、
Ｊ　Ｆｅの組成になる３種のけい素＃Ｉｉ嵩材を、それ
ぞれ内径１０酩φの石英ノズル中に入れ、ｔｔ、、ｚｏ
＠Ｃまで加熱して溶融したのち、該ノズル中にＯ０！気
圧のアルゴンガスを加え、溶融体をノズル先端の（７，
ｊ　ｍφの噴射孔より連続的に、１１０００ｒｐの速度
で回転している直径３θ儂、厚さコ１の・銅製円板（デ
ィスク）の側面上または１ｓｏｏ　ｒｐｍで回転してい
る直径４０にのり一ル対間に供給して、幅ｊｌＩ１１１
長さ約１０ｍ、厚み７５〜９０μ箇の長尺薄帯を得た。

ついでこれらの薄帯に７２００℃、３０分間の焼鈍を施
したのちの諸特性について調べ、その結果を単に急冷処
理を施しただけ２１ξｆて表１に示す〇 な゛お参考のため焼鈍処理後の薄帯を、更に！２〜ｄμ
１１１ｔで冷間圧延し、１０００℃、３分間の焼鈍を施
した後の特性、および直径ｊｃｔＬのコイル状に巻取っ
て１００℃で３時間焼鈍したのちの特性についても調べ
表１に併せ示した。

表１より明らかなように、いずれの試料においても急冷
化Ｊｉ！１１［を行ったままの状態では、結晶粒はその
平均粒径が３０μ観前後の細粒である上、（ｌＯＯ）面
集積度も約Ｖ％程度と伝＜、従って保磁力Ｈｃ＋透磁率
μとも良好な値が得られなかったが、その後にこの発明
に従って焼鈍処理を施すことにより、平均結晶粒径は約
ダｏｏ　ｐｗｉ、　、　（ｉｏｏ＞　１１１１集積度は
９０襲以上となって、保磁力Ｈａ　、透磁力μとも大幅
に改善された。

さらに上記の焼鈍処理後軽圧延を施して焼鈍することに
より、保磁力、透磁率のより一層の改善が達成された。

そしていずれの試料においてもｘｏｏｏｏガウス以上の
高い磁束密度が得られて１ψる。

以上述べたようにこの発明によれば、ｓｉ　ｆ：ＯＪ〜
４！襲含有するけい素鋼薄帯の製造において従来の如く
圧延と熱処理との煩雑な繰返し工程を行う必要なしに溶
融体から容易に薄帯化することができ、また得られたけ
い素鋼薄帯はその高い磁束密度を保持した１１保磁力、
透磁率などの軟磁気特□性の格段の向上が達成でき、電
気機器の鉄心など・に用いて、その小型化さらには製造
コストの低減に役立つ。

【図面の簡単な説明】

第１図ａｌｂおよびＣはいずれも薄帯化要領の説明図、
第λ図ａ＋ｂはけい素置有量と飽和磁束密度および保磁
力との関係を示したグラフ、第３図は焼鈍温度と結晶粒
径との関係を種々の焼鈍雰囲気について示したグラフ、
ｊｌ！Ｖ図は結晶粒径と保磁力および（１００）面集積
度との関係を示したグラフである。 特許出願人　津　屋　　　　昇 第１図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第２図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｌ　けい素をＯ，ｊ〜ダ重量襲含有し、残部実質的に鉄
   の組成になるけい素鋼の薄帯であって、該薄帯の結晶粒
   が薄帯の表裏面にわたって貫通した柱状組織を有し、か
   つ薄帯表面に平行となる（ｉｖｙ）結晶面の集積度がｊ
   ｏ噂以上であるけい素鋼薄帯。 ２　けい素を０．１−ｆ重量襲含有し、かつ副成分とし
   てコ重量襲以下のアルミニウム、−重量煽以下のマンガ
   ン、１０重量憾以下のコバルトおよび！重量襲以下のニ
   ッケルのうちから選ばれる一種または二種以上を含み、
   残部実質的に鉄の組成になるけい素鋼の薄帯であって、
   該薄帯の結晶粒が薄帯の表裏面にわたって貫通した柱状
   組織を有し、かつ薄帯表面に平行となる（１００）結晶
   面の集積度がｓθ％以上であるけい素鋼薄帯。 ＆　けい素なＯ０！〜１重量搭の範囲で含有するけい素
   鋼の溶融体を、冷却面が高速で更新移動する冷却体上に
   連続的に供給し、急冷凝固・させて薄帯化し、ついで得
   られた薄帯に７００〜１４ＩＯθ℃の範囲の温度で焼鈍
   を施して結晶粒を０．０ｌ−３ＯＲに成長させることを
   特徴とするけい素！Ｉ＃帯の製造法。