JPS62227075A - 高珪素鋼帯の製造方法 - 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］ 本発明は、化学気相蒸着（以下、ＣＶＤと称す）法にＪ
：る高珪素鋼材の製造方法に関する。

［従来の技術］ 電Ｉａ鋼板として高珪素鋼板が用いられている。

この種の鋼板はＳｉの含有ｉ１が増すほど鉄損が低減さ
れ、Ｓｉ：　　６．５％では、磁歪が０となり、最大透
磁率もピークとなる等級も優れた磁気特性を皐すること
が知られている。

従来、高珪素鋼板を！ｌｌ造する方法として、圧延法、
直接鋳造法及び滲珪法があるが、このうち圧延法はＳｉ
含有伍４％程度までは！！ｉ造可能であるが、それ以上
のＳｉ含有Ｇでは加工性が著しく悪くなるため冷間加工
は困難である。また直接鋳造法、所謂ストリップキャス
ティングは圧延法のような加工性の問題は生じないが、
未だ開発途上の技術であり、形状不良を起し易く、特に
高珪素鋼板の製造は困難である＝ これに対し、滲珪法は低珪素鋼を溶製して圧延により薄
板とした後、表面からＳｉを浸透させることにより高珪
素鋼板を！ＦＪ造するもので、これによれば加工性や形
状不良の問題を生じることなく高珪素鋼板を得ることが
できる。

［発明が解決しようとする問題点］ この滲珪法は、五目、同品により提案され、三番、大凶
らにより詳しく検討されたものであるが従来提案された
方法はいずれも浸透処理時間が３０分以上と長く、工業
的な連続生産には適用できないという根本的な問題があ
る。また処理温度も１２３０°Ｃ程度ど極めて烏いこと
から浸透処理後の薄鋼板の形状が極゛めて悪く、加えて
処理温度が高過ぎるためエツジ部が過加熱によって溶解
するおそれがある。

本発明はこのような従来技術の欠点を改善するためにな
されたもので、滲珪法を用い、短時間の滲珪処理により
高品質の高珪素鋼材を安定して製造することができる方
法の提供を目的とする。

［問題を解決するための手段］ このため本発明は、鋼材を、無酸化状態で１０２３〜１
２００℃の温度に加熱した後、この温度の鋼材を５ｉＣ
Ｊｌ　４をｍｏ１分率で５〜３５％含んだ無酸化性ガス
雰囲気中で、化学気相蒸着法により連続的に滲珪処理し
、次いで真空状態でバッチ焼鈍し、Ｓｉをｗ４月内部に
拡散させるようにしたことをその基本的特徴とする。

以下、本発明の詳細な説明する。

本発明において、良材たる鋼材には鋼帯または切板、さ
らにはブレス成品等の加工材が含まれる。

また鋼材の成分組成は、特に限定はないが、優れた磁気
特性を得るため以下のように定めるのが好ましい。

■　３〜６．５％５ｉ−Ｆａ金合金場合Ｃ：０．０１％
以下、Ｓｉ：Ｑ〜４０％、Ｍｎ　二２％以下、その他年
可避不純物は極力低い方が望ましい。

■　センダスト合金の場合 Ｃ：０．０１％以下、Ｓｉ：４％以下、ＡｆＪ：３〜８
％、Ｎｉ　：　４％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｃｒ、Ｔｉ
などの耐食性を増す元素５％以下、その他の不可避不純
物は極力低い方が望ましい。

鋼材は熱間圧延−冷間圧延により得られるものに限らず
、直接鋳造・急冷凝固法により得られたものでもよい。

なお、ｍ林はＣＶＤ９ＩＮ理により板厚が減少するもの
であり、このため最終製品板厚に対し減少板厚分を付加
した板厚のものを用いる必要がある。

本発明は、このような鋼材に（ＣＶＤ法による滲珪処理
〕−〔真空バッチ焼鈍による拡散処理〕を施すことによ
り高珪素鋼材を得るものである。

第１図は本発明法による薄鋼板製造プロセスの一例を示
すもので、鋼帯Ｓの処理に適用した場合を示している。

図において、１は加熱炉、２はＣＶＤ処理炉、３は冷却
炉、４はコイル捲取室、６はバッチ焼鈍炉である。

鋼帯は、加熱炉１でＣＶＤ処理温度たる１０２３〜１２
００℃まで無酸化加熱された後、ＣＶＤ処理炉２に導か
れ、５ｉ（ｌｌ　４を含む無酸化性ガス雰囲気中でＣＶ
Ｄ法による滲珪処理が施される。５ｉＣｊ　４を含む無
酸化性ガスとは、中性或いは還元性ガスを愚昧し、Ｓｉ
Ｃρ１のキャリアガスとしてはＡｒ。

Ｎ２　、１−１ｅ　、　＋１２　、　ＣＩ＋４　’ｌヲ
使用ｔルコ、！：カテｅる。これらキャリアガスのうち
、排ガスの処理性を考慮した場合、ｉ１２．　Ｃ１１４
等はＨＣＪＩを発生させその処理の必要性が生じる難点
があり、このような問題を生じないＡｒ　、　Ｈｅ　、
Ｎ２が望ましく、さらに材料の窒化を防止づるという観
点からすればこれらのうちでも特にＡｒ、１−１ｃが最
も好ましい。

ＣＶＤ処理における銅帯表面の主反応は、５　Ｆｅ−［
−５ｉＣＪｌ　、１−＊Ｆｅ３Ｓｉ＋　２　　ＦｅＣＮ
　２　　↑である。Ｓｉ１原子が鋼帯面に蒸着してＦｅ
３　Ｓｉ層を形成し、Ｆｃ２原子がＦｅｃｆＪ　２とな
り、ＦｅＣＪ！　２の沸点１０２３℃以上の温度におい
て気体状態で鋼帯表面から放散される。したがって６１
原子量が２８．０８６、Ｆｅ原子吊が５５．８４７であ
ることから、鋼帯は質ｍ減少し、これに伴い板厚も減少
することになる。らなみに、Ｓｉ３％鋼、帯を母材とし
、ＣＶＤ処理でＳｉ６．５％鋼帯を製造すると、質ｍは
８．７％減少し、板厚は約７．１％減少する。

従来法においてＣＶＤ処理に時間がかかり過ぎるのは、
そのＣＶＤ処理条件に十分な検討が加えられていなかっ
たことによるものと考えられる。

本発明者等が検討したところでは、ＣＶＤ処理を迅速に
行うための要素には次のにうなものがあることが判った
。

■　雰囲気ガス中の５ｉＣｆＪ、４ＩＪ度のｊ♂正化。

■　処理温度の適正化。

■　ＳｉＣ，Ｇ　４の銅帯表面への拡散及びＦｅＣ，ｌ
ｌ　２の鋼帯表面からの放散の促進。

このため本発明ではＣＶＤ処理における雰囲気ガス中の
Ｓｉ淵度及び処理温度を規定するものである。

まず、ＣＶＤ処理における無酸化性ガス雰囲気中の５ｉ
Ｃｆｌ４濃度をｍｏｆＪ分率で５〜３５％に規定し、こ
のような雰囲気中で銅帯を連続的にＣＶＤ処理する。

雰囲気中の５ｉＣＪ）　４が５％未満であると期待する
Ｓｉ′畠化効果が得られず、また、例えば銅帯のＳｉを
１．０％富化するために５分以上も必要となる等、処理
に時間がかかり過ぎ、連続プロセス化することが困難ど
なる。

一方、５ｉＣｕ　４を３５％を超えて含有させても界面
における反応が律速になり、それ以上のＳｉ富化効果が
期待できなくなる。

またＣＶＤ処理では、５ｉＣｊ　４９度が高いほど所謂
カーケンダールボイドと称する大きなボイドが生成し易
い。このボイドは５ｉＣＪ！　４１１ｉ１度が１５％程
度まではほとんど見られないが、１５％をこえると生成
しはじめる。しかし、５ｉＣｊ　４８度が３５％以下で
は、ボイドが生成しても後に行われる拡散処理によりほ
ぼ完全に消失させることができる。

換言すればＳｉＣ，Ｇ　４２１１度が３５％を超えると
ボイドの生成が著しく、拡散処理後でもボイドが残留し
てしまう。第９図は５ｉＣｆｌ　４２０％の雰囲気でＣ
ＶＤ処理した直後の銅帯断面を示すもので、蒸着層には
ボイドがみられる。第１０図はこの銅帯を１２００℃ｘ
　　Ｉｈｒの真空バッチ焼鈍した後の断面を示すもので
あり、ＣＶＤ処理直後のボイドはほぼ完全に消失してい
る。これに対し第１１図は５ｉＣＪ１４４０％でＣＶ［
）処理し、その後真空バッチ焼鈍した銅帯の断面を示す
もので、ボイドが層状に残留していることが判る。

ＣＶＤ処理温度は１０２３〜１２００℃の範囲どする。

ＣＶＤ処理反応は鋼帯表面における反応であるから、こ
の処理温度は厳密には銅帯表面温度である。

ＣＶＤ処理による反応生成物であるＦｅＣ，Ｑ　２の沸
点は１０２３℃であり、この温度以下ではＦｅＣρ２が
銅帯表面から気体状態で放散されず、鋼帯表面に液体状
に付着して蒸着反応を阻害してしまう。本発明者らが行
った基礎実験の結果では、このＦｅＣｊｌ　２の沸点を
境に、単位時間当りのＳｉの富化割合が著しく異なり、
１０２３℃以下では蒸着速度が小さいため連続プロセス
への適用は困難である。

このため処理温度の下限は１０２３℃とする。

一方、上限を１２００℃と規定する理由は次の通りであ
る。Ｆｅ３　Ｓｉの融点は、第２図に示すＦｅ−３ｉ状
態図から明らかなように１２５０℃であるが、発明者等
の実験によれば、１２５０℃より低い１２３０℃程度で
処理した場合でも、銅帯表面が部分的に溶解し−また、
鋼帯エツジ部分が過加熱のため溶解する。′このように
１２５０℃以下でち鋼帯が溶解するのは、鋼帯表面では
Ｆｅ３　Ｓｉ相当の８１濃度１４．５％以上にＳｉが蒸
着されているためであると推定される。これに対し処］
！！！ｍ度が１２００℃以下であれば鋼帯表面は溶解は
全く認められず、また、エツジの過加熱も、鋼帯中心部
の平均温度を１２００℃とすることで、１２２０℃程度
におさえることが可能であり、微邑な溶解で済むことが
実験的に確認できた。以上の理由から、ＣＶＤ処理温度
は１０２３℃〜１２００℃と規定する。

以上のようにしてＣＶＤ処理された鋼帯Ｓは、真空バッ
チ焼鈍によりＳｉの拡散熱処理が施される。

鋼材が本例のように鋼帯の場合、ＣＶＤ処理後コイルに
捲取る必要があるが、ＣＶＤ処理直後（拡散熱処理前）
の鋼帯の表層はＳｉが１０ｗｔ％以上も存在し、常温状
態で捲取った場合鋼帯に割れが生じてしまい、このため
常温での捲取りは不可能に近い。そこで鋼帯Ｓは冷却炉
３において上記ＣＶＤ処理温度から所定の温度まで冷却
された後、熱間また温間状態でコイルに捲取られる。こ
の捲取温度の下限は鋼帯Ｓの板厚、Ｓｉ蒸着量等により
異なるが、例えば銅帯表層の８１濃度が１４〜１５ｗｔ
％の場合、通常６００℃以上で捲取る必要がある。

なお捲取後は常温まで冷却しても問題はない。

捲取られたコイル７はバッチ焼鈍炉６に装入され、真空
状態でバッチ焼鈍される。この熱処理により鋼帯表層に
蒸着したＳｉは鋼帯の内部に拡散され、略均−な５ｉｉ
ｌｉ１度を右する高珪素鋼帯が１１１られる。

本発明ではこのような拡散熱処理をバッチ焼鈍で行うこ
とにより、拡散・均熱を十分行うことができ、これによ
り均一なＳｉ濃度の電磁材料を得ることができる。加え
て、本発明ではこのバッチ焼鈍を真空状態下で行うもの
であり、これにより通常の雰囲気焼鈍に較べ結晶粒を大
きく成長させることができ、優れた磁気特性の鋼材を得
ることができる。

本発明は鋼帯に限らず、切板やブレス成品等の加工材を
その対象とすることができ、対象がこのようなものであ
る場合には、鋼材はコンベア装置等により加熱炉−ＣＶ
Ｄ処理炉−冷却炉を連続的に通され、ＣＶＤ処理が連続
的に行われる。

ＣＶＤ処理速度を銅帯の連続処理を可能ならしめるまで
高めるには、上述したように雰囲気ガス中の５ｉＣＪｌ
　４　濃度と処理温度の適正化を図ることが必要である
が、これに加え銅帯表面への５ｉＣＪ）　４拡故と　Ｆ
ｃＣＪｌ　２の銅帯表面からの放散とを促進することに
よりＣＶＤ処理速度をより高めることが可能となる。

従来では、ＣＶＤ処理で反応ガスを大ぎく流動させると
、蒸着層にボイドが発生し、また蒸着層の純度も低下す
るとされ、このためガス流動は必要最小限にとどめると
いう考え方が定着していた。

しかし本発明者等の研究では、このようにガス流動が抑
えられることにより、反応ガスの母材界面への拡散移ｖ
Ｊ、及び反応副生成物の界面表層からのｉｌｌ説がスム
ースに行われず、このため処理に長時間を要すること、
ざらにはガス流動が抑えられるためＣＶＤ５１！ｌ理炉
内の反応ガス濃度に分布を生じ、この結果蒸着膜厚の不
均一化を１ｒ１りことが判った。

そして、このような事実に基づきさらに検討を加えた結
果、ＣｖＤ処叩炉において吹込ノズルにより雰囲気ガス
を被処理材に吹付け、或いはファン等により雰囲気を強
制循環させることにより５ｉＣｊ　４の鋼帯表面への拡
散及び反応生成物たるＦｅＣＪｌ　２の鋼帯表面からの
放散を著しく促進し、高い蒸着速度でしかも蒸着膜の不
均一化を抑えつつＣＶＤ処理できることが判った。

このにうなＣＶＤ処理性の向上は、吹付ノズルにより雰
囲気ガスを銅帯表面に吹付ける方法が特に有効である。

第３図はこのノズル吹付方式による実施状況を示１もの
で、ＣＶＤ処理炉２内に鋼帯Ｓに面して吹イ］ノズル５
が配置され、銅帯表面に５ｉＣｎ　４を含む雰囲気ガス
が吹付けられる。第４図ω及び（ｒ］）は、吹付ノズル
５による吹付状況を示すもので、ωに示すように鋼帯面
に対して直角に、或いは（１］）に示すように斜め方向
から吹付けることができる。

このようなノズル吹付による単位時間当りのＳｉ富化割
合は、ガスの鋼帯表面に対する衝突流速の増大に比例し
て大きくなるが、流速を過剰に大きくしても界面におけ
る反応律速となるためそれ以上のＳｉ富化効果は期待で
きない。一般には、５ＮＴｒＬ／ＳｅＣ以下の流速で十
分な効果が得られる。

なお前記加熱炉１では無酸化加熱が行われるものであり
、このため電気間接加熱、誘導加熱、ラジアン１−チュ
ーブ間接加熱、直火還元加熱等の加熱方式を単独または
適当に組み合せた加熱方法が採られる。なお、間接加熱
方式を採る場合、加熱に先立ち電気洗浄等の前処理が行
われる。前処理を含めた加熱方式として例えば次のよう
なものを援用できる ■　前処理−〔予熱〕−電気間接加熱（または誘導加熱
） ■　前処理−〔予熱〕−ラジアントチューブ加熱−電気
間接加熱（または誘導加熱） ■　〔予熱〕−直火還元加熱−電気間接加熱（または誘
導加熱） ■　前処理−〔予熱〕−ラジアントデユープ間接加熱（
セラミックラジアントチューブ方式）％式％ また、冷却炉４での冷却方式に特に限定はなくガスジェ
ット冷却、ミスト冷却、放射冷却刃の各種冷Ｗ方式を単
独または組合せた形で採用することができる。

本発明は、６．５％Ｓｉ銅帯のような珪素含有ωが極め
て高い鋼帯の製造に好適なものであることば以上）ホべ
た通りであるが、従来、圧延法で製造する場合に変形が
多く歩留りが悲かったＳｌ：２〜４％程度の高珪素鋼材
も容易に製造できる利点がある。

［実　施　例］ ○　実施例−１ 小型のＣＶＤ処理炉を用い、ＣＶＤ処理性に対する５ｉ
Ｃｊ　ｎ　９度及びＣＶＤ処理温度の影響を調べた。そ
の結果を第５図及び第６図に示す。

図中、Ａが雰囲気法、ずなわちノズル吹イ］を行わない
でＣＶＤ処理した場合、またＢがノズル吹付法、すなわ
ち第３図に示すように雰囲気ガスを銅帯面に０．５ｍ／
Ｓの流速で吹ぎ付けつつＣＶＤ処理した場合を示す。な
お、Ｓｉ富化割合とは、母材当初の５ｉｉｌｉ：度に対
するＣＶＤ処理によるＳｉ増加分を示す。

これによれば、５ｉＣｊ！　４　ｉ１１度５％以上、Ｃ
ＶＤ処Ｘ！！！温度１０２３℃以上において大きなＳｉ
富化効果が１９られている。また同じ条件でも、吹付ノ
ズルにより雰囲気ガスを吹付ける方法の場合、甲に雰囲
気中で銅帯を通板せしめる場合に較べ格段に優れたＳｉ
富化効果（ＣＶＤ処理性）が得られていることが判る。

　　″ 第７図は同様のＣＶＤ処理炉を用い、雰囲気法へとノズ
ル吹イ］法Ｂの蒸着時間と銅帯中Ｓ　ｉ　９，１度（ｌ
ｎ材ｓｉｍ＋蒸着５ｉｆｆｉ）　トＵ）関係ヲ、ｓｉ：
３％、板厚０．５ｍｍの銅帯をＳｉＣｌ４８度２１％、
処理温度１１５０℃でＣＶＤ処理した場合について調べ
たものである。なお、ノズル吹付法では、スリットノズ
ルにより銅帯に対し垂直方向から０．２Ｎ　ｍ／　ｓｅ
ｃの流速で雰囲気ガスを吹付けた。同図から判るにうに
、６．５％Ｓｉ鋼相当のＳｉ蒸着但を１ｑるために雰囲
気法へでは７分かかるのに対し、ノズル吹イ」法Ｂでは
１．５分で処理することができた。

第８図はノズル吹付法における衝突ガス流速と銅帯のＳ
ｉ富化割合（第５図及び第６図と同様）との関係を示す
ものであり、所定レベルまでは衝突ガス流速に比例して
鋼帯の８１富化割合が増大している。

○　実施例−２ 第１図に示す連続プロセスにより、板厚０．３５ｍｍの
３％ＳｉＳ＄４を１１５０℃に加熱し、次いで雰囲気ガ
ス中５ｉＣ１４濃度２０％、処理時間２分のＣＶＤ処理
を施し、冷却後８００℃で捲き取り、その後無酸化状態
で徐冷した。その後真空焼鈍炉で内で１２００℃×１時
間均熱・保持し、６．５％Ｓｉ鋼を製造した。

比較材として、同様の条件でＣＶＤ処理し、その後Ｎ２
＋Ｆ＋２（Ｈ２２５％）の雰囲気中で１２００℃×１時
間のバッチ焼鈍を施し、６．５％Ｓｉ鋼を製造した。下
表は本発明材及び比較材の粒径及び鉄ｎ値を示すもので
あり、本発明法により優れた磁気特性を有する高珪素鋼
材が得られていることが判る。

［発明の効果］ 以上述べた本発明によれば連続ラインにおいて短時間で
ＣＶＤ処理を行うことができるとともに、１２００℃以
下の温度でＣＶＤ処理を行うため鋼材の形状不良やエツ
ジ部溶解等の問題を生じさせることがなく、加えて真空
バッチ焼鈍による拡散熱処理によって高い磁気特性を有
する鋼材を得ることができ、このためラインの長大化を
１Ｂ　＜ことなく高品質の高珪素鋼材を能率的に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法の処理プロヒスを示す説明図である。 第２図はＩ’ｃ−３ｉ系状態図である。第３図及び第４
図ω、（０）はノズル吹付方式によるＣＶＤ処理状況を
示すもので、第３図は全体説明図、第４図ω及び（ロ）
はそれぞれノズル吹付方法を示寸説明図である。第５図
はＣＶＤ処理におけるガス中５ｉＣｊｌ　４濃度ど鋼帯
Ｓｉ富化割合との関係、第６図はＣＶＤ処理温度と鋼帯
Ｓｉ富化割合との関係をそれぞれ示すものである。第７
図は本発明におけるＳｉ蒸着時間と銅帯中Ｓｉ濃度との
関係を、雰囲気法及びノズル吹付法で比較して示したち
のである。 第８図はノズル吹イ１法によるＣＶＤ処理において、雰
囲気ガスの鋼帯に対する衝突ガス流速と鋼帯Ｓｉ富化割
合との関係を示すものである・第９図ないし第１１図は
本発明材及び比較材たる鋼帯断面の金属組織を示す顕微
鏡拡大写真であり、第９図はＳｉＣβ４＝２０％の雰囲
気でＣＶＤ処理した直後の組織、第１０図はその鋼帯を
拡散熱処理した後の組織、第１１図はＳｉＣ，Ｑ　４　
：　４０％でＣＶＤ処理し、その後拡散処理した後の組
織を示している。 図において、１は加熱炉、２はＣｖＤ処理炉、３は冷却
炉、５はバッチ焼鈍炉、Ｓは銅帯である。 第１図 Ｓｉ　　回イ＃−参１合　（ｗｔ％） ｓｉ　葛イ乙９１ぞト　（ｗｔ％） Ｓｉｌ化υＩ会（ｗｔ％） 第　９１；１ イ６＞　　１０　　ｒ、１ １Ｏ０ Ｉ）Ｓ１１　　（、に＋ Ｘ″Ｉら・θ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼材を、無酸化状態で１０２３〜１２００℃の温度に加
   熱した後、この温度の鋼材をＳｉＣｌ＿４をｍｏｌ分率
   で５〜３５％含んだ無酸化性ガス雰囲気中で、化学気相
   蒸着法により連続的に滲珪処理し、次いで真空状態でバ
   ッチ焼鈍し、Ｓｉを鋼材内部に拡散させるようにしたこ
   とを特徴とする高珪素鋼材の製造方法。