JPS6032705B2 - 極めて保磁力の低い（１００）面内無方向性高珪素鋼薄帯とその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は珪素５．０〜８．０％を含み、保磁力Ｈｃが０
．１０ｅ以下である（１００）面内無方向性高珪素鋼薄
帯とその製造方法に関するものである。

４〜１０％の珪素、好ましくは５〜８％の珪素を含む高
珪素鋼板は従来の３％珪素鋼板に比べて磁歪が低く、特
に６．５％珪素量附近では消失し、また磁気異万性も小
さくなっているので、顔れた欧磁性を示す事が知られて
いる。

しかしながら珪素が４％以上になり、特に６％以上にな
ると、きわめて脆くなり、工業的規模の圧延加工が実質
的に不可能となる。このために今日でも５％以上の珪素
を含むような高珪素鋼板は商品化されていない。これに
対して本出願人は先に特願昭５３−１４１２９ぴ号１こ
おいて４〜１０％の珪素を含む高珪素鋼薄帯とその製造
方法を提供した。これによれば４〜１０％珪素鋼の溶融
体を移動する冷却体上に噴出して、４０び０になるまで
の間を１ぴ℃′ｓｅｃ以上の速度で急冷する事により、
従来のように熱間と袷間の圧延を全く施さないで、直ち
に高珪素鋼の薄帯状の成品あるいは半成品が得られる。
また、これらを４００〜１３００００で暁鈍したり、さ
らに４００〜６５０℃で追加競鈍して規則格子を生成さ
せると良好な軟磁性を示すようになり、例えば薄帯の長
手方向に磁化した時の保持力Ｈｃ（以下、Ｈｍ＝のｅ、
ＤＣの値を示す）は０．幻ｅ以下になり特に低いものは
０．１０ｅ程度になる。一般に、珪素鋼板で代表される
電磁鋼板は電力用トランス、回転機、発電機などの鉄心
として用いられるが、諸特性の中で実用上は鉄損特性が
良好である事が最も重要となる場合が多いので、大部分
は鉄損値によってランク付けされる。この鉄損値は、板
厚、電気抵抗となんらで、直流での履歴損の値によって
変化する。

板厚は薄いほど高周波数側での渦電流による損失が少な
くなるが、その反面、履歴損が大きくなりまた、鉄心な
どへの組み立て作業が煩雑になるので、実用的には用途
に応じ板厚が規定されている。電気抵抗は高いほど、や
はり渦電流損は小さくなるので、先の発明の高珪素鋼は
従来の３％珪素鋼に比べて電気抵抗を高める上で好まし
い。履歴損は磁歪と磁気異万性によって、主にきまり、
一般にこれらが大きいほど大きくなる。高珪素鋼は、飽
和磁束密度Ｂｓが低くなるという欠点をもつが、磁歪を
ほぼ消失させるので履歴損が低くなるという長所をもつ
。一方、磁気異万性は高珪素鋼においてもほぼ半減はす
るが、依然として残っている。したがって以上の点から
、６．５％あたりの高珪素鋼は従来の３％珪素鋼と比較
して、茂の低下を犠牲にして鉄損をさらに低くした素材
と言うことができる。本発明は、各結晶粒の〔１００〕
軸が板面に平行に揃い、いわゆる（１００）面内無方向
性であって保磁力Ｈｃが０．１比以下の高珪素鋼を提供
することを目的とするものであり、前記特許請求の範囲
に記載の薄帯ならびにその製造方法を提供することによ
って、前記目的を達成することができる。

次に本発明を詳細に説明する。本発明者らは、前記特願
昭斑一１４１２９び号の高珪素鋼簿帯について種々研究
をおこなった結果、ある特定の温度範囲において競錨を
加える事により、薄帯の各結晶粒の〔１００〕軸が板面
に平行に揃い、いわゆる（１００）面内無方向性高珪素
鋼が得られ、その結果として保磁力Ｈｃが０．１０ｅ以
下になる事を見出し、本発明に想到した。

（１００）面内無方向性珪素鋼は学術文献や特許でこれ
までにも製造法が開示された事はあるが、工業的な製造
が困難であったり、又コストが高くつくために、商業ベ
ースで工業生産されてはいない。従釆の珪素鋼板は、各
結晶粒の方位が特性の方向に揃っていない無方向性珪素
鋼と、（１００）〔００１〕方位に高度に集積した方向
性珪素鋼に分けられ、前者は主として回転機や発電機の
ように、磁束が板面内のいろいろな方向にかかる鉄心材
料に用いられ、後者は一方向のみに磁束がかかるトラン
スなどに用いられる。このような用途においては本発明
の（１００）面内無方向性高珪素鋼は従釆の無方向性珪
素鋼が用いられていた場合に比べて、より高い性能とよ
り低い鉄損を生み出すと考えられる。−方、後述するよ
うに本発明の高珪素鋼薄帯は保磁力Ｈｃが０．１Ｑ以下
と極めて低く、（この値は薄帯面のどの方向についても
、ほぼ同等と考えられる。）現在、市販されている方向
性珪素鋼のそれに、ほぼ匹敵するので、トランスなどの
鉄」０材料としても充分に応用が可能であると考えられ
る。この場合、従来の方向性珪素鋼では、トランスに組
み込んだ際、鉄心のコーナー部で磁束の曲がりが充分で
なく余分の鉄損を発生させるが、本発明の高珪素鋼薄帯
では磁束の曲がりは良好であるので実機特性においては
、むしろ良好な鉄損特性を示すと予想される。以上の観
点から本発明の保磁力の低い（１００）面内無方向性高
珪素鋼薄帯は、電気機器の鉄心材料として用いられる事
ができ、この場合、従来の珪素鋼板にべて性能の向上と
鉄損の減少により大きく寄与すると考えられる。次に本
発明の薄帯において成分組成を限定する理由を説明する
。珪素は５．０％より少ないと磁気特性が従来成品と同
程度のものしか得られないし、一方８．０％より多いと
縦化する上にかえって磁気特性が劣化するので、保磁力
Ｈｃｏ．１戊以下の薄帯とするためには珪素は５．０〜
８．０％の範囲内にする必要がある。

本発明の第１発明の薄帯の成分組成に、副成分としてア
ルミニウム２％以下、マンガン２％以下、コバルト１０
％以下、ニッケルあ３％以下の何れか１種又は２種以上
を含有させることができる。アルミニウムは強い脱酸元
素であるので、アルミニウムを添加することにより、さ
らに酸素の低い素材を得ることができ、また電気抵抗を
高めるので渦電流損を低く届する点で好ましいが、２％
より多いと滋歪を大きくするので、アルミニウムは２％
以下にする必要がある。

マンガンは不可避元素として通常の製鋼においては約０
．０５％含有されており、この元素は固落しているＳと
結合してＭｎＳとなり、Ｓの鉄損劣化に及ぼす悪影響を
抑制するばかりでなく、圧延加工する上でも好ましいこ
とが知られている。

しかしマンガンが２．０％より多いと磁気特性がかえっ
て劣化し、さらに硬化するため成品の加工が困難になっ
てくるので、マンガンは２．０％以下にする必要がある
。本発明薄帯は珪素分の含有が高いので必然的に飽和磁
束密度が低くなる短所をもつ。

Ｆｅ−Ｓｉ合金にコバルトを添加すると飽和磁束密度が
高くなるので、本発明においても必要に応じてコバルト
を添加し前記短所を補うことができる。しかしコバルト
は極めて高価な元素であるので、コバルトは１０％以下
に限定する。ニッケルは鞠性を向上させる作用を有する
元素であるが、３％より多くても特に靭性はより向上し
ないばかりでなく、経済的でないのでニッケルは３％以
下に限定し、さらに０．２〜１．５％のときが好適であ
る。

本発明の薄帯において不可避不純物として酸素、硫黄、
炭素、窒素が混入してくるが、これらはいずれも成品中
にあると鉄損特性を劣化させかつ、薄帯を晩化させ加工
性も劣化させるので極力低く抑えるのが望ましい。

これらの不純物の総量が０．１％を超すと鉄損は大きく
なり従来の珪素鋼に比べて劣るので上限を０．１％とす
る。なお、現在の製鋼技術においては、０く５瓜脚、Ｓ
く８扱血、Ｃ＜１０の奴、Ｎ＜５の血とすることができ
るのでこの範囲内とするのが特に好ましい。以上述べた
他の不純物として、クロム、モリブデン、タングステン
、バナジウム、チタン、錫等の元素が約０．１％以下含
有されても本発明の薄帯の緒特性は妨害されない。

次に本発明の薄帯の製造方法を説明する。

従来の珪素鋼板の製造方法によれば、鋼塊あるいは連続
鋳造スラブを熱間圧延して１．５〜４肋厚のホットスト
リップにしたあと、適当な冷間圧延と熱処理を組み合わ
せて通常０．２８〜０．５比舷厚の成品を作るのである
が、本発明においては、前述した組成をもつ珪素鋼溶融
体の直接超急冷して直ちに所定の厚みをもつ薄帯に仕上
げるのである。

すなわち珪素鉄溶融体から直接に成品もしくはそれに近
い半成品にするのであって、従来工程に不可欠であった
熱間圧延工程および袷間圧延工程を完全に除いているの
である。溶融体を超急冷して薄帯とする方法はそれが充
分に幅が広く所定の厚みがあり、かつ厚みが均一であり
、連続してコイル状にとり出せるものであればどのよう
な方法であっても良いが、代表的には第１図ａ，ｂ，ｃ
，ｄに示すように、溶融体を連続的に移動する移動面上
に適当な形状をもつ孔から連続的に噴出させて急冷凝固
させ、所定の厚みをもつストリップをコイル状に得るの
がよい。第１図ａは、多動面として椀状回転体２を用い
、この内側回転面上に噴出ノズル１より溶融体４を噴出
させ急冷凝固された連続体状薄帯３を得る装置の略図が
示されている。

又第１図ｂ，ｃには１個の回転ロール５上あるいは同一
の大きさとは限らない２個の近接した回転ロール５′，
５″間に噴出孔から珪素鋼溶融体を連続的に噴出し２個
のロール間で超急冷することにより連続状薄帯を得る装
置の略図が示されている。第１図ｄは金属帯製無限コン
ベア７と回転ロール５間に溶融珪素鋼４を供給し、急速
冷却させて連続的に薄帯を得る装置の略図を示す。本発
明により珪素鉄薄帯を上記装置を用いて製造する場合、
重要なことは十分遠い速度で溶融体が凝固冷却すること
である。

まず、噴出孔から噴出され移動する冷却体にあたって凝
固するまでの時間が長いと噴出溶融体の流れが一体でな
くなり、ともすれば孔やボィドが生じたり、又厚みが均
一でない薄帯ができたりすると共にト大気中で製造する
場合には酸化や窒化を受けて良好な形状の薄帯ができな
くなるか、あるいはできても成品中に酸素や窒素を含む
ために磁気特性が劣化してしまう。一方、凝固してから
もはや結晶粒成長や規則格子化のおきない約４００℃の
温度に達するまで時間が長いと得られる薄帯は部分的に
規則格子をもち、又結晶粒が粗大になってあとに続く磯
断や打ち抜き、あるいは必要に応じておこなわれる圧延
が困難になってくる。本発明者らは、冷却回転体の回転
数や溶融体の噴射圧をいろいろに変えて実験した結果、
溶融体がノズルから噴出されてから、凝固、冷却され薄
帯の温度が４００℃となる間の平均的な冷却速度が１ぴ
℃／ｓｅｃより遅いと望ましい薄帯が得られないことを
知見した。すなわち、この臨界冷却速度よりも遅く冷却
する大気中で製造した場合、酸化して連続した良好な形
状の薄帯が得られなかったり、あるいは得られても粒成
長などのため極めて脆いものであったりする。実際上経
済的にかつ確実に十分細かい結晶粒をもちかつ規則格子
が実質的に存在しな薄帯を得るには４００ｑｏまでを１
ぴ〜１ぴ℃′ｓｅｃの冷却速度で冷却するのがよい。次
に本発明を実験データについて説明する。

Ｓｉ４〜１０％を含み、残部実質的にＦｅよりなる溶鋼
を第１図Ｃに示す如き１対のロール上に噴射し、急冷凝
固させた厚さ７０〜８０ムの薄帯について保磁力Ｈｃを
調べ、さらに上記薄帯を１０００〜１３００℃で約５硯
砂燐鈍した後の保磁力Ｈｃを調べた。その結果を第２図
に示す。同図より急冷后の薄帯はＨｃのばらつきが著し
いが、焼鎚を施すとＨｃは極めて小さくなり、特にＳｉ
６〜７％の薄帯ではＨｃｏ．ＩＱ以下になることが判る
。Ｓｉ６．５％、Ｍｎｏ．１％、Ｎｉｏ．０６％、ＡＩ
Ｏ．１％、不純物として０４轍肌、ＣＩＯ収肌、Ｓ８敦
風、Ｎ６５跡を含む急冷した厚さ４５仏厚の薄帯を８０
０ｑ０から１４００午０まで時間を変えて暁鈍した時の
焼鎚温度と保磁力との関係を第３図に示す。

同図より判るように暁鎚によってＨｃは急激に低くなる
が、特に１０００ｑｏ以上の暁鈍によってＨｃは０．１
戊以下のレベルにまで達する。このようなＨｃの急激な
低下は急冷状態で残存している歪の除去や結晶粒の粗大
化あるいは不純物の表面への拡散に部分的には寄因して
いるが、大部分は燐鈍による（１００）面上立方集合組
織の形成、発達に寄因する事を本発明者らは見出した。
すなわち、急冷状態では第４図Ａに示すように＜１００
＞軸が２０ｏ程度板面法線方向に対して傾いた方位成分
を王とする集合組織をもつのに対して、例えば１２００
ｑｏでｌｈｒ暁鈍すると第４図Ｂ，Ｃに示すように、く
１００＞軸が板面法線に平行に極めて高度に集積するよ
うになる。５〜８％程度の高珪素鋼の磁気異方性は３％
珪素鋼に比べて半減してはいるが、依然として大きいの
で、磁化容易軸＜１００＞を板面に平行に揃えた、いわ
ゆる（１００）面内無方向性珪素鋼は、各結晶粒の方位
がランダムに分散した無方向性珪素鋼よりも、はるかに
低いＨｃ、またその結果としてはるかに低いヒステリシ
ス損を示すようになる。

このような（１００）面上立方集合組織の発達の理由は
今のところ明らかではないが、９００００程度の焼鈍で
これが形成され始め、約１０００ｏｏ以上の焼錨ではき
わめて強い（１００）立方組織が得られる。

第５図にＳｉ６１％、Ｍｎｏ．５％、Ｎｉｏ．１５％、
山０．５％、不純物として、０２１柳、Ｃ２０脚、Ｓ３
０脚、Ｎ３或血を含む急冷状態の高珪素鋼薄帯（８０〃
厚）を９５０〜１３５０℃で１０〜１びｓｅｃ暁鈍した
時のＨｃを示す。Ｈｃが０．１氏より低くなる領域は図
中に斜線で示してあるように、１０００午０以上の暁錨
を３伍ｅｃ以上施すような条件である。またこの領域の
焼鈍を経た薄帯は、全てきわめて強い（１００）立方集
合組織を呈していた。以上の２例で示したように１００
０℃以上で３瓜ｅｃ以上競鈍すると先鋭な（１００）面
内立方集合組成が形成され、その結果、Ｈｃが０．１戊
以下というきわめてヒステリシス損の低い（１００）面
内無方向性高珪素鋼薄帯が得られる事がわかる。このよ
うな薄帯の高温暁銘は工業的には、連続暁鈍されるかあ
るいは薄帯に山２０３、Ｍｇ○、Ｃａ○などの剥離剤を
塗布してコイル状に巻き歌ｘ炉などで暁鈍されることは
公知である。

しかし、このような暁鎚方法をもってしても１３０ぴ０
以上の暁鎚は工業的にはきわめて困難であり、コストが
かかる。また、１３００午０以上で競鈍しても特に優れ
た特性が得られる訳ではないので、本発明においては暁
錨を１０００〜１３００ｏｏの温度範囲内で３＄ｅｃ以
上施す必要がある。この焼銘にあたり、連続暁錨のよう
に薄帯が炉内で露出されている場合には適当な非酸化性
ガス雰囲気（広、Ａｒ、Ｎ２、Ｃ０２など）中あるいは
真空、減圧中でおこなうことができる。

実際に日２、日２十Ｎ２、比＋Ｃ０２、あるいは１０‐
１〜１０‐４Ｔｏｎで暁鎚を施したがいずれの場合でも
、強い（１００）面内立方集合組織が形成されＨｃの低
い薄帯が得られた。一方、コイル状で、歌ｘ炉で競鈍す
るに際して、Ｎ２０３、Ｍｇ０、ＣａＯあるいははこれ
らの場合をスラリ−状にして薄帯に塗布したが、やはり
良好な集合組織と特性が得られる。上述の如くして製造
された薄帯は、その状態で、あるいは絶縁のためのコー
チング処理をして、頭層してトランスや回転機用鉄心な
ど電気機器の鉄心として利用することができる。

次に本発明を実施例について説明する。

実施例 １ Ｓｉ：５．０％、Ｍｎ：０．４％、山：０．２％、Ｎｉ
：０．０８％を含み不純物として、０：２５胸、Ｃ：６
０柳、Ｓ：７功伽、Ｎ：６朝風を含有する溶鋼を、５０
仇ｐｍで回転しているステンレス製双ロールにスリット
状ノズルから噴出して厚み１１０ｙの薄帯を連続的に作
製した。

これを連続炉によって比中で１２６０℃×７ｍｉｎの暁
鈍を施した。薄帯の集合組織は極めて高度に集積した（
１００）面内無方向性を示しており、Ｈｃ（直流磁化Ｈ
ｍ：のｅ）は０．０Ｋたであつた。実施例 ２ Ｓｉ：７．５％、Ｍｎ：０．０９％、ＡＩ：０．０１％
、Ｎｉ：０．１５％、Ｃｏ：０．２％を含み、不純物と
して○：１５脚、Ｃ：４■血、Ｓ：４功奴、Ｎ：３勃血
を含む溶鋼を２５０仇ｐｍで回転しているクロム鋼製の
単ロール上に噴出して厚み２５〃の薄帯を作った。

これにＭｇ０とＮ２０３の混合粉末をスラリ−状にして
塗布して、最小曲率半径が１００側のコイルとしＢｏｘ
炉によって１０‐３Ｔｏｎで１０９０ｑｏ×球ｒの暁鎚
を施こした。この薄帯は（１００）面内無方向性組織を
有していて、Ｈｃは０．０８Ｃらであった。実施例 ３ Ｓｉ：６．５％、Ｍｎ：０．３％、Ｎ：０．１％、Ｎｉ
：０．０１％を含む○：１弦風、Ｃ：３Ｑ血、Ｓ：３功
血、Ｎ：２５脚を含有する溶鋼を２０〜３０の／ｓｅｃ
で動いている金属ベルトに噴射して、厚み８０仏の薄帯
を作製した。

これを連続炉で夫々比、６０％日２十４０％Ｎ２、〜、
日２十１０％Ｃ０２の雰囲気中で１１５０こ○×１位ｈ
ｉｎの焼鈍をおこなった。この時のＨｃは、それぞれ、
０．０７０ｅ、０．０ぶた、０．０＄た、０．０父たで
あった。以上本発明の薄帯は（１００）面上立方集合組
織を有し極めて保磁力の低い（１００）面内無方向性高
珪素鋼薄帯である。実施例 ４ Ｆｅ−Ｓｉ６．髭組成にＭｎｌ％、Ｎｉｌ％、Ｃｏ２％
、山０．５％およびＣｏｌ５％、Ｎｉ３．５％、ＡＩ３
．５％、Ｍｎ３．５％を夫々加えた溶鋼を実施例３と同
様な方法で作製した急袷薄帯を１２００ｑｏで２時間暁
鈍した時の保磁力Ｈｃを第６図に示す。

図中■〜■は下記の組成を示し、■〜■は本発明の範囲
内の組成、■〜■は比較例として示した本発明範囲外の
組成を示す。■ Ｆｅ９２．５Ｓｉ６．５ＭｎＭ■ Ｆ
ｅ９２．５Ｓｉ６．がｉ，．ｏ ■ Ｆｅ９１．５Ｓｉ６．５Ｃ。

２．０ ■ Ｆｅ９３．ｏＳｉ６．ぶ１ｏ．５ ■ Ｆｅ７８．５Ｓｉ６．５Ｃｏｌ５ ■ Ｆｅ９ぶｉ６．５Ｎｉ３．５ ■ Ｆｅ９ｏＳｉ６．亀１３．５ ■ Ｆｅ９あｉ６．よけｎ３．５ 第６図より明かなように、Ｆｅ−Ｓｉ５〜８の溶鋼に副
成分としてＡＩ２％以下、Ｍｎ２％以下、Ｃｏｌｏ％以
下、Ｎｉ３％以下を添加したものが何れも保磁力Ｈｃが
０．１ェルステツド以下となり、本発明方法および薄帯
が（１００）面内で無方向性高珪素薄帯を得るに有効な
ことが認められた。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂ，ｃ，ｄはそれぞれ本発明の薄帯を製造す
るのに用いることのでき移動冷却体とその上に噴出され
る溶融体の溶融装置との相対的配置を示す縦断面説明図
、第２図は薄帯成分組成中Ｓｊ含有量と保磁力Ｈｃとの
関係を示す図、第３図は本発明の薄帯の競鎚温度と競鎚
時間と、保磁力との関係を示す図、第４図Ａは急冷薄帯
、Ｂ，Ｃは前記薄帯を鱗鈍した薄帯のそれぞれ極点図、
第５図は本発明の薄帯の暁鎚温度と嫌鈍時間と保磁力と
の関係を示す図、第６図はＦｅ−Ｓｉ６．５の組成のも
のに副成分としてＭｎｌ％、Ｎｉｌ％、Ｃｏ２％、ＮＯ
．５％、比較例としてＣｏｌ５％、Ｎｉｌ．５％、Ｎ３
．５％、Ｍｈ３．５％を夫々添加し１２００ｑｏ、２時
間焼鈍した場合の保持力を示す特性比較図である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第４図 第５図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量％で珪素５．０〜８．０％を含有し、残部実質
   的に鉄および不可避不純物から成り、（１００）面上立
   方集合組織を有する０．１エルステツド以下の極めて保
   磁力の低い（１００）面内無方向性高珪素鋼薄帯。 ２ 珪素５．０〜８．０％を含有し、残部実質的に鉄お
   よび不可避不純物からなる溶鋼を、移動冷却体上に噴出
   して４００℃になるまでの平均冷却速度が１０＾３℃／
   ｓｅｃ以上になるように急冷凝固させて薄帯となし、さ
   らに１０００〜１３００℃の温度範囲内で３０ｓｅｃ以
   上焼鈍する事を特徴とする０．１エルステツド以下の極
   めて保磁力の低い（１００）面内無方向性高珪素鋼薄帯
   の製造方法。 ３ 珪素５．０〜８．０％を含有し、副成分としてアル
   ミニウム２％以下、マンガン２％以下、コバルト１０％
   以下、ニツケル３％以下の何れか１種又は２種以上を含
   有し、残部実質的に鉄および不可避的不純物から成り、
   （１００）面上立方集合組織を有する０．１エルステツ
   ド以下の極めて保磁力の低い（１００）面内無方向性高
   珪素鋼薄帯。 ４ 珪素５．０〜８．０％を含有し、副成分としてアル
   ミニウム２％以下、マンガン２％以下、コバルト１０％
   以下、ニツケル３％以下の何れか１種又は２種以上を含
   有し、残部実質的に鉄および不可避的不純物から成る溶
   鋼を移動冷却体上に噴出して４００℃になるまでの平均
   冷却速度が１０＾３℃／ｓｅｃ以上になるように急冷凝
   固させて薄帯となし、さらに１０００〜１３００℃の温
   度範囲内で３０ｓｅｃ以上焼鈍する事を特徴とする０．
   １エルステツド以下の極めて保磁力の低い（１００）面
   内無方向性高珪素鋼薄帯の製造方法。