JPS6139395B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 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、とくに
鋼板表面の被膜に不均一性を付与して該表面に異
張力の働く領域を区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。

背景技術 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（Ｗ17/50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
〈001〉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つて、その鉄
損値も年を追つて改善され、最近では板厚0.30mm
の製品でＷ17/50の値が1.05W/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、それらの鉄心材料として、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
つている。

従来技術とその問題点 ところで、方向性けい素鋼板の鉄損を下げる手
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
て、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つていた。

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mm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。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つて、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、巻き加工などの後の歪取
り焼鈍や、コーテイングの焼付け処理の如き熱処
理によつて、塑性歪導入による効果が減殺される
欠点を伴う。なおコーテイ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イ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、コストアツプをもたらす。

しかも再塗布時の絶縁コーテイングの焼付けに
際して、高温熱処理を施した場合には、歪取り焼
鈍の場合と同様、レーザー痕導入による塑性歪が
消滅していくため、鉄損が劣化するという問題が
ある。このため、再塗布時の絶縁コーテイング
は、特開昭57―192223号公報や特開昭56―105421
号公報に開示されているように低温処理が可能な
通常の絶縁コーテイングとするか、もしくは、特
開昭57―192222号公報に開示されているように張
力付与型コーテイングを低温焼付け処理する手法
に限られていた。

発明の目的 この発明は、上記の問題を有利に解決するもの
で、上掲した先行技術とは発想を異にした磁区幅
の細分化手段をもつて、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。

発明の端緒 この発明は、方向性けい素鋼板の表面被膜を構
成する通常のフオ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
与型コーテイング被膜において、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。

解決手段の解明経緯 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。かかる焼鈍によつて
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SiO₂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℃前後での高温鈍化焼鈍が施さ
れる。この２次再結晶焼鈍によつて鋼板の結晶粒
は、（110）〔001〕方位の粗大な粒になる。また高
温鈍化焼鈍によつ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、この鈍化焼鈍において、鋼板表層のサ
ブスケール中のSiO₂と表面に塗布された焼鈍分
離剤中のMgOとが、次式、 2MgO＋SiO₂→Mg₂SiO₄ のように反応して鋼板表面に、フオルステライト
（Mg₂SiO₄）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
鈍化焼鈍を終えた鋼板は未反応の焼鈍分離剤を取
除き、絶縁コーテイングの上塗りやコイルセツト
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、絶縁コーテイングとしては、磁歪特性
や鉄損の改善の目的で張力付与型コーテイングが
施される場合が多い。張力付与型コーテイングは
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、一方コーテイング膜には弾性的圧縮
力が働くのである。したがつて焼付け処理は高温
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イング被膜によつて
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
コーテイング被膜に熱膨張係数の異なる領域を区
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。

発明の構成 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
みられないフオルステライト被膜および上塗り絶
縁コーテイング被膜付きの方向性けい素鋼板であ
つて、該絶縁コーテイング被膜が熱膨張係数の異
なる領域を有することを特徴とする、歪取り焼鈍
によつても特性が劣化しない低鉄損の方向性けい
素鋼板である。

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
鈍によつ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、発明者らは、均一なフオルステライト被
膜を有する方向性けい素鋼板の表面に、8.3×
10^-61／℃および5.6×10^-61／℃の熱膨張係数を
呈する２種類の張力付与型コーテイング被膜を、
両者の形成領域を種々変化させて被成させ、これ
ら２種類のコーテイング被膜の区画形成のありか
たが鉄損特性に及ぼす影響について調査した。

その結果、絶縁コーテイング被膜において熱膨
張係数が異なる領域すなわち異張力が働く領域の
形状としては、第１図イに示したような連続的ま
たは非連続的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0.5
mm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つた。

また絶縁コーテイング被膜の異張力領域の方向
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
くに有効であつた。

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0.05〜5.0mmとくに
0.8〜3.0mmの範囲で優れた効果が得られた。

なお異張力領域は、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図に示したように１mm〜30mmの
範囲とすることが望ましい。またかかる領域の形
成は、鋼板の両面であつても、片面にのみであつ
ても、その効果にほとんど変わりはない。

次に、熱膨張係数の異なる各種のコーテイング
につき、種々組合わせて、上述の実験に準じて、
異張力コーテイング被膜の領域を区画形成し、鉄
損低減効果を調査したところ、第５図に示したよ
うに、張力付与型コーテイング被膜の熱膨張係数
としては、8.5×10^-61／℃以下が必要であるこ
と、また、２種類の張力付与型コーテイング被膜
の熱膨張係数としては、1.1以上がとりわけ有効
であることがわかつた。区画形成されるコーテイ
ング被膜の領域は鋼板に有効な張力を及ぼすこと
が目的であるので第６図イに示されるように、交
互に存在していても、また第６図ロに示されるよ
うに一方を局所的に形成し、他方をその上から全
体的に覆うように被成して結果的に差厚の膜とす
ることによつても同等の効果が得られる。

張力付与型コーテイング被膜の種類は、２種類
に限定されるものでなく、３種類以上とすること
もでき、この場合は、最大の熱膨張係数を呈する
膜と最小の熱膨張係数を呈する膜について、着目
すれば、上述したのと同等の効果が得られる。

上記したような、異張力領域を局所的にそなえ
るような張力付与型絶縁コーテイング被膜を有す
る方向性けい素鋼板を製造する方法としては、前
記したように均一なフオルステライト被膜を有す
る方向性けい素鋼板の上に、第１の張力付与型絶
縁コーテイング被膜を局所的に被成したのち、残
部の領域もしくは全面に、第２の張力付与型絶縁
コーテイング被膜を被成させる方法がある。

また別の方法としては、均一なフオルステライ
ト被膜を有する方向性けい素鋼板に、第１の張力
付与型コーテイング被膜を被成したのち、フオル
ステライト被膜を欠損させずかつ、鋼板地鉄面に
塑性歪を導入させないようにして、該コーテイン
グ膜を局所的に除去し、しかるのち第２の張力付
与型コーテイング被膜を、除去部もしくは全面に
被成させることで、この発明に従う方向性けい素
鋼板を製造することができる。

なお、張力付与型絶縁コーテイング被膜の焼付
けには600〜900℃の高温焼付処理が必要で、これ
により鋼板表面に、異張力の領域を有効に付与さ
せることが可能となる。

コーテイングの厚みは、耐錆性や占積率を考慮
して、0.5g／m²から10g／m²（片面につき）程度
が好ましい。さらにこの発明の鋼板においては、
形状変化部分はコーテイング被膜部に限られてい
るため変化分は少く、従つて占積率を低下させる
ことはほとんどない。さらに、第２の張力付与型
コーテイング被膜の被成を、局所的に行ないかつ
第１の張力付与型コーテイング被膜の厚みレベル
に揃える方法が、占積率も低下させずかつ耐錆性
の点からも好ましい。

かかる手法によつて、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、張力付与型コーテイング被膜に熱膨
張係数の異なる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、この異張力によつて
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
つ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、高温によつて消滅してい
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 １ Si：3.2％を含有し、厚み0.28mmの均一なフオ
ルステライト被膜を有する仕上げ焼鈍後の方向性
けい素鋼板を２分割し、一方はそのまま被膜形成
後に5.6×10^-61／℃の熱膨張係数を示すコーテイ
ング処理液Ａを均一に塗布し、ついで800℃で焼
付け比較材とした。

コーテイング処理液Ａの100ml中の含有固形物
は次のとおりである。

りん酸マグネシウム 25g コロイド状シリカ中のSiO₂量 13g 無水クロム酸 3g シリカ微粒子（50〜1000Å） 1g 他のひとつは被膜形成後に6.7×10^-61／℃の熱
膨張係数を示すコーテイング処理液Ｂを鋼板表面
に圧延方向となす角度：90゜、幅：3.0mm、圧延
方向における繰返し間隔５mmで印刷し300℃で焼
付けた。

コーテイング処理液Ｂの100ml中の含有固形物
は次のとおりである。

りん酸アルミニウム 18g りん酸マグネシウム 24g コロイド状シリカ中のSiO₂量 15g 無水クロム酸 3g SiO₂微粒子（50〜1000Å） 0.8g ついで得られた鋼板に比較材と同様にして、コー
テイング処理液Ａを鋼板全面に塗布し、800℃で
焼付けた結果、前掲第６図ロに示したように区画
形成された熱膨張係数の異なる領域をそなえる張
力付与型コーテイング被膜を有する方向性けい素
鋼板が得られた。

これらの鋼板の鉄損値は下記のとおりであつ
た。

比較例 Ｗ17/50＝1.06W/Kg 実施例 Ｗ17/50＝1.02W/Kg この試料に800℃、３時間の歪取り焼鈍を施し
たのち鉄損を測定してみたが、鉄損値に変化はな
かつた。

実施例 ２ Si：3.0％を含有し、厚み0.30mmの、均一なフ
オルステライト被膜を有する仕上焼鈍後の方向性
けい素鋼板に前掲のコーテイング処理液Ａを均一
に塗布してから、800℃で焼付けた後、，，
と３分割した。その後、鋼板については、こ
のまま比較例とした。

また鋼板については、パルス状の高パワーの
レーザー光を照射し、コーテイングとフオルステ
ライトを共に揮発させることにより、点の列状
（点と点の間隔0.4mm）で領域の幅0.3mm、圧延方
向に対し90゜、圧延方向における領域の間隔４mm
の被膜欠損領域をつくり、これも比較例とした。

一方鋼板については、先の細い鉄針に軽く圧
力をかけ、押えることで、領域幅1.0mm、圧延方
向における間隔４mm、圧延方向に対する角度：90
゜の条件下に線状のコーテイング被膜欠損領域を
形成させたのち、該コーテイング被膜欠損領域に
コーテイング処理液Ｂを再塗布して850℃で焼付
けた。この結果、鋼板については、第６図イに
示したように区画形成された熱膨張係数の異なる
領域をそなえる張力付与型コーテイング被膜を有
する方向性けい素鋼板が得られた。ここにおいて
鋼板には地鉄の表層部、レーザー照射個所に微
小塑性歪領域が検出されたが、鋼板においては
地鉄中に塑性歪領域は認められなかつた。

これらの鋼板の鉄損値は下記のとおりであつ
た。

鋼板（比較例）Ｗ17/50＝1.08W/Kg 鋼板（比較例）Ｗ17/50＝1.04W/Kg 鋼板（実施例）Ｗ17/50＝1.03W/Kg これらの試料に800℃、３時間の歪取り焼鈍を
施して鉄損を測定した結果は下記のとおりであつ
た。

鋼板 Ｗ17/50＝1.08W/Kg 鋼板 Ｗ17/50＝1.08W/Kg 鋼板 Ｗ17/50＝1.03W/Kg 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
た場合であつても特性が劣化しない低鉄損の方向
性けい素鋼板を得ることができ、有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図イ，ロおよびハはそれぞれ、鋼板表層に
区画形成した絶縁コーテイング被膜の異張力領域
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表、第２図は、線状の異張力
領域が圧延方向となす角度が、鉄損特性に及ぼす
影響を示したグラフ、第３図は、異張力領域の幅
と鉄損値との関係を示したグラフ、第４図は、異
張力領域の間隔と鉄損値との関係について示した
グラフ、第５図は、この発明において、異張力を
鋼板に付与させるに必要なコーテイングの熱膨張
係数と、熱膨張係数の比について調査した結果を
示したグラフ、第６図イ，ロはそれぞれ、２種類
の張力付与型コーテイング被膜が鋼板に異張力領
域を及ぼす場合の有効な区画形成方法の例を示す
図である。

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オルス
   テライト被膜および上塗り絶縁コーテイング被膜
   付きの方向性けい素鋼板であつて、該絶縁コーテ
   イング被膜が熱膨張係数の異なる領域を有するこ
   とを特徴とする、歪取り焼鈍によつて特性が劣化
   しない方向性けい素鋼板。 ２ 上塗り絶縁コーテイング被膜の熱膨張係数
   が、8.5×10^-61／℃以下で、かつ異種のコーテイ
   ング被膜間における該係数の比が1.1以上である
   特許請求の範囲第１項記載の方向性けい素鋼板。 ３ 熱膨張係数の異なる領域が、連続または非連
   続の線状領域である特許請求の範囲第１または２
   項記載の方向性けい素鋼板。 ４ 最終仕上げ焼鈍を経たフオルステライト被膜
   を有する方向性けい素鋼板の表面に、第１の張力
   付与型の絶縁コーテイング被膜を局所的に被成し
   たのち、少くとも未処理領域につき、第１のコー
   テイング被膜とは熱膨張係数の異なる第２の張力
   付与型コーテイング被膜の処理液を塗布し、つい
   で600〜900℃の温度で焼付けることにより、上塗
   り絶縁コーテイング被膜中に熱膨張係数が異なる
   領域を区画形成することを特徴とする、歪取り焼
   鈍によつて特性が劣化しない低鉄損の方向性けい
   素鋼板の製造方法。 ５ 最終仕上焼鈍を経たフオルステライト被膜を
   有する方向性けい素鋼板の表面に、張力付与型の
   絶縁コーテイング被膜を均一に被成したのち、鋼
   板の地鉄内部に塑性歪を与えることなしに、局所
   的に該コーテイング被膜を除去し、ついで少くと
   もこの被膜欠損領域に、該被膜とは被膜形成後の
   熱膨張係数が異なる異種の張力付与型コーテイン
   グ被膜の処理液を塗布し、ついで600〜900℃の温
   度範囲で焼付けることにより、上塗り絶縁コーテ
   イング被膜中に熱膨張係数が異なる領域を区画形
   成することを特徴とする、歪取り焼鈍によつて特
   性が劣化しない低鉄損の方向性けい素鋼板の製造
   方法。