JPS61246376A - 歪取り焼鈍による特性の劣化がない低鉄損方向性けい素鋼板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 鉄損の低い方向性けい素鋼板とその製造方法に関して、
この明細書に述べる技術内容は、けい素鋼板表面の被膜
とくにフォルステライト被膜上に重ねて被成される張力
付与型の絶縁コーティング被膜に不均一性を付与して該
表面に異張力の働く領域を侶画形成させることにより、
鉄損を向上させることに関連している。

方向性けい素鋼板は、主として変圧器その他の電気機器
の鉄心として利用され、その磁化特性が優れていること
、とくに鉄損（Ｗ１７１５０で代表される）が低いこと
が要求されている。

このためには、第一に鋼板中の２次再結晶粒の＜　００
１＞粒方位を圧延方向に高度に揃えることが必要であり
、第二には、最終製品の鋼中に存在する不純物や析出物
をできるだけ減少させる必要がある。かかる配慮の下に
製造される方向性けい素鋼板は、今日まで多くの改善努
力によって、その鉄損値も年を追って改善され、最近で
は板厚０．３０　＋ａ＋ａの製品でＷ１７１５０の値が
１．Ｏ５Ｗ／ｋｇの低鉄損のものが得られている。

しかし、数年前のエネルギー危機を境にして、電力損失
のより少ない電気機器を求める傾向が一段と強まり、そ
れらの鉄芯材料として、さらに鉄損の低い方向性けい素
鋼板が要請されるようになってきた。

（従来の技術） ところで、方向性けい素鋼板の鉄損を下１ｙる手法とし
ては、Ｓｉ含有量を高める、製品板厚を薄くする、２次
再結晶粒を細かくする、不純物含有量を低減する、そし
て（１１０）　（００１）方位の２次再結晶粒をより高
度に揃えるなど、主に冶金学的方法が一般に知られてい
るが、これらの手法は、現行の生産手段の上からはもは
や限界に達してい　　　　、で、これ以上の改善は極め
て難しく、たとえ多少の改善が認められたとしても、そ
の努力の割には鉄損改善の実効は僅かとなるに至ってい
た。

これらの方法とは別に、特公昭５４−２３６４７号公報
に開示されているように、鋼板表面に２次再結晶阻止領
域を形成させることにより、２次再結晶粒を細粒化させ
る方法が提案されている。

しかしながらこの方法は、２次再結晶粒径の制御が安定
していないため、実用的とは云いがたい。

その他特公昭５８−５９６８号公報には、２次再結晶後
の鋼板の表面にボールペン状小球により、微小歪を鋼板
表層に導入することにより、磁区の幅を微細化し、鉄損
を低減する技術が、また、特公昭５７−２２５２号公報
には、最終製品板表面に、圧延方向にほぼ直角にレーザ
ービームを数１１間隔に照射し、鋼板表層に高転位密度
領域を導入することにより、磁区の幅を微細化し、鉄損
を低減する技術が提案されている。さらに、特開昭５７
−１８８８１０号公報には、放電加工により鋼板表層に
微小歪を導入し、磁区幅を微細化し、鉄損を低減する同
様の技術が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） これら３種類の方法は、いずれも２次再結晶後の鋼板の
地鉄表層に微小な塑性歪を導入することにより磁区幅を
微細化し鉄損の低減を図るものであって、均しく実用的
であり、かつ鉄損低減効果も優れているが、鋼板の打抜
き加工、せん断加工、巻き加工などの優の歪取り焼鈍や
、コーティングの焼付は処理の如き熱処理によって、塑
性歪導入による効果が減殺される欠点を伴う。なおコー
ティング処理後に微小な塑性歪の導入を行う場合は、例
えば、特開昭５７−１９２２２３号公報に開示されてい
るごとく、絶縁性を維持するために絶縁コーティングの
再塗布を行わねばならず歪付与工程、再塗布工程と、工
程の大幅増加になり、コストアップをもたらす。

この発明は、上記した先行技術とは発想を異にした磁区
幅の細分化手段をもって、高温における歪取り焼鈍の後
においても特性劣化を伴わずに、製品の磁区幅細分化の
実効を確保し得るようにした方向性・けい素鋼板を与え
ることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） この発明は、方向性けい素鋼板の表面被膜を構成する通
常のフォルステライト被膜の上に、磁気特性や、表面特
性の改善の目的で被成される張力付与型コーティング被
膜において、張力付与効果の異なる領域を区画形成する
ことにより、鋼板の磁区幅細分化が、助長されることの
新規知見に立脚する。

まず解決手段の解明経緯について説明する。

方向性けい素鋼板の製造工程において、最終板厚に冷間
圧延された鋼板は有害な炭素を取除くため通常脱炭焼鈍
が施される。かかる焼鈍によって鋼板は、内部に微細な
分散第２相からなる抑制剤を含有した１次再結晶集合組
織となるが、同時に鋼板表面層は微細なＳｉ　０２粒子
が地鉄内に分散したサブスケール構造となる。この脱炭
・１次再結晶板には、その表面にＭｇＯを主成分とする
焼鈍分離剤を塗布したのち、２次再結晶焼鈍ついでそれ
に引き続き１２００℃前後での高温純化焼鈍が施される
。この２次再結晶焼鈍によって鋼板の結晶粒は、（１１
０）　　（００１）方位の粗大な粒になる。

また高温純化焼鈍によって鋼板内部に存在していた抑制
剤の１部であるＳやＳｅやＮなどは鋼板地鉄外に除去さ
れる。

さらに、この純化焼鈍において、鋼板表層のサブスケー
ル中のＳｔ　０２と表面に塗布された焼鈍分離剤中のＭ
ｇＯとが、次式、 ２ＭＱ　Ｏ＋Ｓｉ　０２→ＭｇｚＳｉ○４のように反応
して鋼板表面に、フォルステライト（ＭＣＩ　２３ｉ　
０４　）の多結晶からなる被膜を形成する。このとき、
余剰のＭｇＯは未反応物として、鋼板と鋼板との融着を
防止する役割を果す。そして高温純化焼鈍を終えた鋼板
は未反応の焼鈍分離剤を取除き、絶縁コーティングの上
塗りやコイルセットを取除くための処理を施して製品と
なすわけである。

この時、絶縁コーティングとしては、磁歪特性や鉄損の
改善の目的で張力付与型コーティングが施される場合が
多い。この張力付与型コーティングは、鋼板表面に被成
された場合、けい素鋼の熱膨張係数よりも、小さな熱膨
張係数を呈するため、鋼板に張力を付与することができ
る。すなわち、高温焼付時に無応力状態で鋼板表面に被
成していたものが、常温まで冷却される際、その熱膨張
係数の差に応じて鋼板の地鉄部とコーテイング膜とで収
縮量に差異が生じるため、鋼板の地鉄表面には弾性的張
力が、一方コーティング膜には弾性的圧縮力が働くので
ある。したがって焼付は処理は高温度で行うことが、張
力付与効果の上で一層有利なわけである。

この張力付与型絶縁コーティング被膜によって鋼板の磁
区の幅はある程度細分化されるが、発明者らは、種々研
究を重ねた結果、張力付与型絶縁コーティング被膜に局
所的に、地鉄に対する張力付与に実質的に寄与しない領
域を区画形成することにより、さらに、鋼板の磁区の幅
が細分化され、鋼板の鉄損が一層改善されることを突止
めたのである。

この発明は、上記の知見に由来するものである。

すなわちこの発明は、地鉄表層部に塑性歪域がみられな
い、フォルステライト被膜および張力付与型絶縁コーテ
ィング被膜付きの方向性けい素鋼板であって、該絶縁コ
ーティング被膜が局所的に地鉄に対する張力付与に寄与
しない異質領域を有することを特徴とする、歪取り焼鈍
による特性の劣化がない低鉄損方向性けい素鋼板である
。

またこの発明は、含けい素鋼スラブを熱間圧延して１ｑ
られた熱延板に、１回または中間焼鈍を挾む２回の冷間
圧延を施して最終板厚としたのち、脱炭・１次再結晶焼
鈍を施し、ついで鋼板表面にＭ（ＩＱを主成分とする焼
鈍分離剤を塗布してから最終仕上げ焼鈍を施し、しかる
のち上塗り絶縁コーティングを施す一連の工程よりなる
方向性けい素鋼板の製造方法において、 最終仕上げ焼鈍を経たフォルステライト被膜付きの方向
性けい素鋼板の表面に、上塗り絶縁コーティングとして
張力付与型の絶縁コーイング膜を被成するに際し、 該コーティング処理液の塗布に先立って、該コーティン
グ処理液に対して撥液性を有しかつ非張力付与型の絶縁
被膜を局所的に形成し、しかるのち該コーティング処理
液を塗布ついで焼付けることにより、張力付与型絶縁コ
ーティング被膜中に地鉄に対する張力付与に寄与しない
異質領域を区画形成することを特徴とする、歪取り焼鈍
による特性の劣化がない低鉄損方向性けい素鋼板の製造
方法である。

この発明で、素材鋼板につき、塑性歪域のみられないも
のに限定したのは、前述したように、塑性歪の導入によ
る磁区の細分化方式では歪取り焼鈍によって特性の著し
い劣化を招くからである。

以下この発明について具体的に説明する。

さてこの発明鋼板において、張力付与型の絶縁コーティ
ング被膜中に区画形成する異質領域の形状および方位な
どが磁区の細分化に及ぼす影響について調べたところ、
形状としては、第１因（イ）に示したような連続または
非連続の線状形状がとくに鉄損低減効果において有効で
あることが認められた。ただし非連続の線状領域におい
ては、点と点との間隔が０．５ＩＩ１１以上離れると効
果は低減した。この点、破線のように線の一部が少しづ
つ抜けていても鉄損低減効果は線状の場合とほぼ同様で
あった。

また絶縁コーティング被膜中の異質領域の方向について
は、第１図（ロ）や第２図に示したように、圧延の方向
に対し６０〜９０°の角度とした場合がとくに有効であ
った。

さらに連続または非連続の線状領域の幅については、第
３図に示したように０．０１５〜１，５ｖａの範囲でと
りわけ優れた効果が得られた。

なお異質領域は、圧延方向を横切る向きに繰返し形成す
ることが、鋼板全体の鉄損を下げる上で有効で、たとえ
ば第１図（ハ）に示したような領域間の間隔は、第４図
に示した実験結果からも明らかなように０．５１１ＩＩ
ｍ〜１５ｍｍの範囲とすることが望ましい。またかかる
領域の形成は、鋼板の両面であっても、片面にのみであ
っても、その効果にほとんど変わりはない。

次に、異質領域を構成する非張力付与型の絶縁被膜の熱
膨張係数が鉄損低減効果に及ぼす影響について調査した
ところ、第５図に示したように、非張力付与型絶縁被膜
の熱膨張係数としては、８〜２０ｘ　１０−’　１／　
’Ｃの範囲が好適であることが判明した。

ここにかような撥液性を有する非張力付与型絶縁被膜の
形成剤としては、ボロシロキサン系樹脂やチタン化合物
、アルミナ化合物、コバルト化合物を主原料とする無機
質系耐熱接着剤などが有利に適合する。

一方張力付与型絶縁コーティング被膜の熱膨張係数は、
６Ｘ１０−６１／’Ｃ以下であることが望ましく、その
ための処理液としては、りん酸マグネシウムおよびりん
酸アルミニウムのうち少なくとも一種と、コロイド状シ
リカと、無水クロム酸およびクロム酸塩のうち少なくと
も一種とを主成分とするコーテイング液が好適である。

またかかる絶縁コーティング被膜の厚みは、磁気特性、
絶縁性、占積率および耐錆性などの点を考慮すると、片
面当り０．５〜１００　／ｍ　’程度が望ましい。

なお第６図（イ）、（ロ）に、異質領域の好適な区画形
成例を示す。同図（ロ）に示したように、異質領域を形
成する非張力付与型の絶縁被膜は、その厚さが張力付与
型の絶縁コーティング被膜と異なっていても一部にかま
わない。

次にこの発明に係る方向性けい素鋼板の製造方法につい
て説明する。

この発明の素材は、公知の製鋼方法、例えば転炉、電気
炉などによって製鋼し、ざらに造塊−分塊法または連続
鋳造法などによってスラブ（鋼片）としたのち、熱間圧
延によって得られる熱延コイルを用いる。

この熱延板は、Ｓｉを２．０〜４．０％程度含有する組
成である必要がある。というのは、Ｓｉが２．０％未満
では鉄損の劣化が大きく、また４、０％を超えると、冷
間加工性が劣化するからである。

その他の成分については方向性けい素鋼板の素材成分で
あれば、いずれも適用可能である。

次に冷間圧延により、最終目標板厚とされるが、冷間圧
延は、１回もしくは中間焼鈍を挾む２回の冷間圧延によ
り行なわれる。このとき必要に応じて熱延板の均一化焼
鈍や、冷間圧延に替わる温間圧延を施すこともできる。

最終板厚とされた冷延板は、脱炭可能な程度の酸化性雰
囲気もしくはサブスケール形成可能な程度の弱酸化性雰
囲気中で１次再結晶焼鈍が施される。

ついで、鋼板表面にＭａＯを主成分とする焼鈍分離剤を
塗布したのち、２次再結晶焼鈍ついで高温純化焼鈍と続
く最終仕上焼鈍を行なうことにより、フォルステライト
被膜が形成される。

しかるのち、かくして得られた均一なフォルステライト
被膜をそなえる方向性けい素鋼板の表面に張力付与型の
絶縁コーティング被膜を被成するわけであるが、この発
明では、絶縁コーティング処理液の塗布に先立って、該
コーティング処理液に対して撥液性を有しかつ地鉄に対
する張力付与に実質的に寄与しない非張力付与型の絶縁
被膜を局所的に形成させておくことが肝要である。

ついでかような非張力付与型絶縁被膜を局所的に形成さ
せた鋼板の表面に、張力付与型の絶縁コーティング処理
液を塗布ついで焼付けて張力付与型絶縁コーティング被
膜を被成する。

かくして地鉄に対する張力付与に実質的に寄与しない異
質領域が局所的に形成された張力付与型絶縁コーティン
グ被膜が被成されるわけである。

（作　用） かかる手法によって、鉄損特性が改善される理由は、次
のとおりと考えられる。

すなわち、張力付与型絶縁コーティング被膜に異質領域
を設けることにより鋼板表面には異張力領域が生じるが
、この異張力によって鋼板表面に弾性歪が導入され、そ
の結果磁区が有効に細分化されるためである。

鋼板の地鉄表層部に塑性歪領域やレーザー照射痕のよう
な高転位密度領域を存在させる従来法の場合と異なり、
人為的な塑性歪領域がみられないので、通常８００℃前
後で１分間から数時間にわたって施される歪取り焼鈍を
施しても鉄損の劣化がないという特筆すべき利点がある
。前者の場合は地鉄表層部の塑性歪が、高温によって消
滅していくので鉄損の劣化が生じるという最大欠点を有
するが、この発明の場合は歪取り焼鈍の有無にかかわら
ず良好な鉄損を示す。

（実施例） 実施例１ ３ｉ　　：　　３，３ｗｔ％を含有し、表面に均一なフ
ォルステライト被膜を有する仕上げ焼鈍済みの方向性け
い素鋼板（板厚：　　０．３０　ｍｍ）の表面に、ボロ
シロキサン系樹脂（ボロシロキサン樹脂１００：シリロ
ン樹脂５０：カオリナイト１０）を、圧延方向と直角の
向きに幅：　　０，３ｍｍ、間隔：５ｎｍの連続した直
線状に繰返し塗布したのち、３００℃で乾燥させた。

ついで水１００ｍ℃に、りん酸マグルシウム４０Ｑ１無
水クロム酸３（１、Ｓｉ　０２分１５ｇを含むコロイド
状シリカおよびシリカ微粒子（５０〜１０００人）０．
８ｇを含有する張力付与型の絶縁コーテイング液（被膜
形成後の熱膨張係数：　４　Ｘ　１０−６１／’Ｃ）を
、鋼板表面に均一に塗布し、８００℃で焼付けた。

かくして得られた製品板の鉄損特性について調べた結果
は、次のとおりである。

なお比較のため、鋼板全面に均一な絶縁コーチインク被
膜を被成した従来材についての鉄損特性も併せて示す。

Ｗ１７１５０　（Ｗ／ｋｇ　） 適合例　　　　０．９７ 比較例　　　　　１．０２ なおこれらの鋼板に８００℃、３ｈの歪取り焼鈍を施し
た後の鉄損特性についても調査したが、該焼鈍前後で鉄
損値に変化はなかった。

１７１ＨｉｌＪ２ Ｓｉ　　：　　３．３ｗｔ％を含有し、表面に均一なフ
ォルステライト被膜を有する仕上焼鈍済みの方向性けい
素鋼板（板厚：　　０．３０ｍｍ　）の表面に、実施例
１と同じボロシロキサン系樹脂を繰返し塗布し、２００
℃で乾燥させた。

ついで同じ〈実施例１と同様にして張力付与型の絶縁コ
ーティング被膜を被成した。

かくして得られた製品板の絶縁コーティング被成処理前
後における鉄損特性について調べた結果を次に示す。

なお比較のため、鋼板全面に均一な絶縁コーテインク被
膜を被成した従来材についての調査結果も併せて示す。

被成処理前　　　　　被成処理後 Ｗ１７１５０（Ｗ／ｋｇ）　　Ｗ１７１５０（Ｗ／ｋｇ
）適合例　　　０．９３　　　　　　　０．８４比較例
　　　０，９２　　　　　　　０．９１なおかかる鋼板
にＮ２中で８００℃、５ｈの歪取り焼鈍を施した後の鉄
損特性についても調査したが、いずれも変化はなかった
。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、歪取り焼鈍を施した場合で
あっても特性の劣化を生じることがない低鉄損の方向性
けい素鋼板を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）、（ロ）および（ハ）はそれぞれ、絶縁コ
ーティング被膜に区画形成した異質領域の形状、圧延方
向に対する傾き具合および間隔の測定要領を示した図、 第２図は、線状異質領域と圧延方向とのなす角度が、鉄
損特性に及ぼす影響を示したグラフ、第３図は、線状異
質領域の幅と鉄損値との関係を示したグラフ、 第４図は、線状異質領域の間隔と鉄損値との関係を示し
たグラフ、 第５図は、張力付与型絶縁コーティング被膜中の異質領
域の熱膨張係数が鉄損特性に及ぼす影響を示したグラフ
、 第６図（イ）、（ロ）はいずれも、張力付与型絶縁コー
ティング被膜が鋼板に実張力を及ぼす場合の有効な異質
領域区画形成例を示した図である。 訃 第３図 １Ｉ！Ｉ禽度ｑｏ贋 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地鉄表層部に塑性歪域がみられない、フォルステラ
   イト被膜および張力付与型絶縁コーティング被膜付きの
   方向性けい素鋼板であつて、該張力付与型絶縁コーティ
   ング被膜が局所的に地鉄に対する張力付与に寄与しない
   異質領域を有することを特徴とする、歪取り焼鈍による
   特性の劣化がない低鉄損方向性けい素鋼板。 ２、張力付与型絶縁コーティング被膜の熱膨張係数が６
   ×１０＾−＾６１／℃以下でかつ、異質領域のそれが８
   〜２０×１０＾−＾６１／℃である特許請求の範囲第１
   項記載の低鉄損方向性けい素鋼板。 ３、異質領域が、鋼板の圧延方向に対して６０°〜９０
   °の角度をなす連続または非連続の線状領域であり、し
   かも該線状領域の幅が０．０１５〜１．５ｍｍでかつ各
   線状領域の間隔が０．５〜１５ｍｍである特許請求の範
   囲第１項または第２項記載の低鉄損方向性けい素鋼板。 ４、含けい素鋼スラブを熱間圧延して得られた熱延板に
   、１回または中間焼鈍を挾む２回の冷間圧延を施して最
   終板厚としたのち、脱炭・１次再結晶焼鈍を施し、しか
   るのち上塗り絶縁コーティングを施す一連の工程よりな
   る方向性けい素鋼板の製造方法において、 最終仕上げ焼鈍を経たフォルステライト被 膜付きの方向性けい素鋼板の表面に、上塗り絶縁コーテ
   ィングとして張力付与型の絶縁コーティング被膜を被成
   するに際し、 該コーティング処理液の塗布に先立って、 該コーティング処理液に対して撥液性を有しかつ非張力
   付与型の絶縁被膜を局所的に形成し、しかるのち該コー
   ティング処理液を塗布ついで焼付けることにより、張力
   付与型絶縁コーティング被膜中に地鉄に対する張力付与
   に寄与しない異質領域を区画形成することを特徴とする
   、歪取り焼鈍による特性の劣化がない低鉄損方向性けい
   素鋼板の製造方法。