JPS6263408A - 超低鉄損一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） 一方向性けい素鋼板の電気・磁気的特性の改善、なかで
も、鉄損の低減に係わる極限的な要請を満たそうとする
近年来の目覚ましい開発努力は、逐次その実を挙げつつ
あるが、その実施に伴う量大な弊害として、一方向性け
い素鋼板の使用に当たっての加工、組立てを経たのち、
いわゆるひずみ取り焼鈍がほどこされた場合に、特性劣
化の随伴を不可避に生じて、使途についての制限を受け
る不利が指摘される。

この明細書では、ひずみ取り焼鈍のような高温の熱履歴
を経ると否とに拘わらず、上記要請を有利に充足し得る
新たな方途を拓くことについての開発研究の成果に関連
して以下に述べる。

さて一方向性けい素鋼板は、よ（知られているとおり製
品の２次再結晶粒を（１１０）　［００１：］　、すな
わちゴス方位に、高度に集積させたもので、主として変
圧器その他の電気機器の鉄心として使用され電気・磁気
的特性とじて製品の磁束密度（Ｂ、、値で代表される）
が高く、鉄損（ＷＩ７１５ｆｌ値で代表される）の低い
ことが要求される。

この一方向性けい素鋼板は複雑多岐にわたる工程を経て
製造されるが、今までにおびただしい発明・改善が加え
られ、今日では板厚０．３０ｍｍの製品の磁気特性がＢ
Ｉｏ　１．９０１’以上、ｌ’１１７１５０１．０５１
す／ｋｇ以下、また板厚０．２３＋＋＋＋ｎの製品の磁
気特性がＢｏｏｌ、８９Ｔ以上、ｉ’ｌ＋ｔ７ｓｏ　０
．９０Ｗ／ｋｇ以下の超低鉄損一方向性けい素鋼板が製
造されるようになって来ている。

特に最近では省エネの見地から電力損失の低減を特徴と
する請が著しく強まり、欧米では損失の少ない変圧器を
作る場合に鉄損の減少分を金額に換算して変圧器価格に
上積みする「ロス・エバリユエーション」　（鉄損評価
）制度が普及している。

（従来の技術） このような状況下において最近、一方向性けい素鋼板の
仕上げ焼鈍後の鋼板表面に圧延方向にほぼ直角方向での
レーザ照射により局部微小ひずみを導入して磁区を細分
化し、もって鉄損を低下させることが提案された（特公
昭５７−２２５２号、特公昭５７−５３４１９号、特公
昭５８−２６４０５号および特公昭５８−２６４０６号
各公報参照）。

この磁区細分化技術はひずみ取り焼鈍を施さない、積鉄
心向はトランス材料としては効果的であるが、ひずみ取
り焼鈍を施す、主として巻鉄心トランス材料にあっ”Ｃ
は、レーザー照射によって折角に導入された局部微小ひ
ずみが焼鈍処理により解放されて磁区幅が広くなるため
、レーザー照射効果が失われるという欠点がある。

一方これより先に特公昭５２−２４４９９号公報におい
ては、一方向性けい素鋼板の仕上げ焼鈍後の鋼板表面を
鏡面仕上げするか又はその鏡面仕上げ面」二に金属薄め
っきやさらにその上に絶縁被膜を塗布焼付することによ
る、超低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法が提案され
ている。

しかしながらこの鏡面仕上げによる鉄損向上手法は、工
程的に採用するには、著しいコストアップになる割りに
鉄損低減への寄与が充分でない上、とくに鏡面仕上げ後
に不可欠な絶縁被膜を塗布焼付した後の密着性に問題が
あるため、現在の製造工程において採用されるに至って
はいない。また特公昭５６−４１５０号公報においても
鋼板表面を鏡面仕上げした後、酸化物系セラミックス薄
膜を蒸着する方法が提案されている。しかしながらこの
方法も６００℃以上の高温焼鈍を施すと鋼板とセラミッ
ク層とが剥離するため、実際の製造工程では採用できな
い。

（発明が解決しようとする問題点） 発明者らは、上記した鏡面仕上げにより目指した鉄損向
上の実効をより有利に引き出すに当たって、特に今日の
省エネ材料開発の観点では上記のごときコストアップの
不利を凌駕する特性、なかでも、高温処理での特性劣化
を伴うことなくして絶縁層の密着性、耐久性の問題を克
服することが肝要と考え、この基本認識に立脚し、仕上
げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板表面上の酸化物を除去し
た後に研磨を施して鏡面状態にする場合も含め、該酸化
物除去後における鋼板処理方法の抜本的な改善によって
とくに有利な超低鉄損化を達成することが、この発明の
目的である。

（問題点を解決するための手段） さて発明者らは、上記の問題を解決すべく種々検討を重
ねた結果、仕上げ焼鈍済みの方向性けい素鋼板の表面酸
化物を除去し、又はその後さらに研磨により中心線平均
粗さで０．４μｍ以下の鏡面状態に仕上げたのち、蒸着
力例えばＣＶＤ法によって極薄張力被膜をオープンコイ
ルの鋼板表面上に形成させるが、その際、鋼板と鋼板と
の間隙にたとえば圧延方向に対し直角方向に０．１〜２
ｍｍ幅稈度の局所蒸着阻止材を挿入することによって、
鋼板間隙を確保してガスの流通を良好にし、もって鋼板
の座屈を防ぐと共に鋼板表面上に極薄張力被膜を局所的
に形成させることが、所期した目的を達成する上で極め
て有効であることの知見を得て、この発明を完成させる
ことに至ったのである。

すなわちこの発明は、仕上げ焼鈍を経て表面上の酸化物
を除去した方向性けい素鋼板を、その長手方向に隔たる
多数の局所″蒸着阻止材の挿入下にオープンコイルに巻
取り、このコイルに蒸着処理を施して、該鋼板表面上に
極薄張力被膜を局所的に形成させることを特徴とする超
低鉄損一方向性けい素鋼板の製造方法であり、ここにオ
ープンコイルに巻取る方向性けい素鋼板が、酸化物の除
去に引続く鏡面仕上げ工程を経たものであることが、よ
り好適である。

この発明において、ＣＶＤ処理によって極薄張力被膜を
被成すべき被膜形成成分としては、ＴｉＮ。

ＴｉＣ，Ｔｉ　（ＣＮ）、　ＡＩＮ、　ＣｒＮ、　Ｚｒ
Ｃ，ＺｒＮ、　ＮｂＣ，ＮｂＮなどが有利に適合する。

以下、この発明の成功が導かれた具体的実験に従って説
明を進める。

Ｃ：　０．０４２ｗｔ％（以下単に％で示す）　、Ｓｉ
　：３．３６％、Ｍｎ　：　０．０６６％、　Ｓｅ　：
　０．０２１％、Ｍｏ　：　０．０２５％およびＳｈ　
：　０．０２５％を含有する組成になるけい素鋼スラブ
を、熱間圧延によって２．４ｍｍ厚の熱延板とした。

ついで９００℃で３分間の均−化焼鈍後、９５０℃の中
間焼鈍を挟んで２回の冷間圧延を施し、０．２３ａ＋ｎ
＋厚の最終冷延板とした。その後８２０℃の湿水素中に
て雰囲気露点を５０℃から１０℃まで変化させなから脱
炭を兼ねる１次再結晶焼鈍を施したのち、鋼板表面上に
Ａｌ２Ｏ３：６０％、ＭｇＯ＋２５％、ＺｒＯ２：　１
０％およびＴｉＯ□：５％の配合割合になる焼鈍分離剤
のスラリーを塗布した。

その後８５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍を施したの
ち、吃水素中で１２００℃、８時間の純化焼鈍を施した
。

ついで鋼板表面上の酸化物を酸洗によって除去したのち
、化学研磨により鋼板表面を中心線平均粗さで０．０１
μｍの鏡面状態に仕上げた。

次に、第１図に模式で示したような、局所被膜形成阻止
材１（圧延方向に直角のステンレス角線の間隙は８ｍａ
）を長手方向に多数そなえる座屈防止材を兼ねたオープ
ンコイル形成用のスペーサー２を、第２図に示したよう
に鋼板３と鋼板３との間に挿入してオーブンコイルを作
製してから、８００℃で１５時間にわたって、ＴｉＣ１
，とＮ２とＮ２の混合ガスを第２図中矢印で示した向き
に流通させなからＣＶＤ反応によりＴｉＮの極薄張力被
膜を被成させた。

その後、得られた鋼板表面上にりん酸塩とコロイダルシ
リカを主成分とするコーテイング液による絶縁コーティ
ング処理を施した。

かくして得られた製品板の表面には、第３図に示したよ
うにＴｉＮの薄膜４が圧延方向に３ｍｍの距離を隔てて
均一に区画形成され、さらにその全面に均一に絶縁被膜
５がコーティングされていた。

また得られた製品板は、Ｂ＋ｏ：１，９２Ｔ　、　Ｗｌ
ｔ７ｓｏ’０、６８Ｗ／ｋｍと優れた磁気特性を呈して
いた。

（作　用） 上に述べた磁気特性の向上とくに鉄損特性の低下は、Ｔ
ｉＮ薄膜の被成による張力付与を加えて、該Ｔ＋Ｎ薄膜
の局所的な区画形成に伴う異張力作用によって磁区の細
分化が進んだことによる。

次に、一方向性けい素鋼板の製造工程について一般的な
説明を含めてより詳しく説明する。

まず出発素材は、従来公知の一方向性けい素鋼素材、た
とえば ■Ｃ：０．０３〜０．０５０　％、　　　Ｓｉ　　二２
．５０〜４．５％、！Ｊｎ　：　０．０１〜０．２％、
　　Ｍｏ　：　０．００３〜０．１％、Ｓｂ　：　０．
００５〜０．２％、　　ＳおよびＳｅの１種あるいは２
種合計で、０．００５〜０．０５％を含有する組成、■
Ｃ：０．０３〜０．０８％、　Ｓｉ：２．Ｑ〜４．０％
、Ｓ：０．００５〜０．０５％、Ｎ　：Ｏ，ＯＯ１〜０
．０１％、Ｓｎ　：　０．０１〜０．５％、　　Ｃｕ　
：　０．０１〜０．３％、！Ｊｎ：Ｏ，旧〜０．２％を
含有する組成、■Ｃ：０．０３〜０゜０６％、　Ｓｉ：
２．０〜４．０％、Ｓ　：　０．００５〜０．０５％、
Ｂ　：　０．０００３〜０．００４０％、Ｎ　：Ｏ，Ｏ
Ｏｌ　〜０．０１％、Ｍｎ　：　０．０１〜０．２％を
含有する組成、 ■Ｃ：０．０３〜０，０５％、　Ｓｉ：２．Ｑ〜４．０
％、Ｓｂ　：　０．００５〜０．２％、　ＳおよびＳｅ
ノうちいずれか１種または２種：　　０．００５〜０．
０５％を含有する組成、 ■Ｃ：０．０３〜０．０５％、　Ｓｉ：２．０〜４．０
％、ＳおよびＳｅのうちいずれか１種または２ｆ重：０
゜００５〜０．０５％を含有する組成、 の如きにおいて適用可能である。

次に熱延板は８００〜・１１００℃の均一化焼鈍を経て
１回の冷間圧延で最終板厚−とする１回冷延法か又は、
通常８５０℃から１０５０℃の中間焼鈍をはさんでさら
に冷延する２回冷延法にて、後者の場合最初の圧下率は
５０％から８０％程度、最終の圧下率は５０％から８５
％程度で０．１５ｍｍから０．３５ｍｍ厚の最終冷延板
厚とする。

最終冷延を終わり製品板厚に仕上げた鋼板は表面脱脂後
７５０℃から８５０℃の湿水素中で脱炭１次再結晶焼鈍
を施す。

その後は通常、鋼板表面にＭｇＯを主成分とする焼鈍分
離剤を塗布するが、この発明では、一般的には仕上げ焼
鈍後の形成を不可欠としていたフォルステライトをとく
に形成させない方がその後の鋼板の処理を簡便にするの
に有効であるので、焼鈍分離剤としてＡＩ、ｏ、、−２
：ｒ［］、　’ｒｉｏ２等を５０％以上をＭ　ｇ　Ｏに
混入して使用するのが好ましい。

その後２次再結晶焼鈍を行うが、この工程は（１１０）
　＜００１＞方位の２次再結晶粒を充分発達させるため
に施されるもので、通常箱焼鈍によって直ちに１０００
℃以上に昇温し、その温度に保持することによって行わ
れる。

この場合（１１０）　＜００１＞方位に、高度に揃った
２次再結晶粒組織を発達させるためには８２０℃から９
００℃の低温で保定焼鈍する方が有利であり、そのほか
例えば０．５〜ｂ 焼鈍でもよい。

ついで軟水素中で１１００を以上、１〜２０時間の条件
下に純化焼鈍を施す。

その後、鋼板表面の酸化物被膜を、公知の酸洗などの化
学的除去や切削、研削などの機械的除去法またはそれら
の組合わせより除去する。

さらに必要に応じ上記の酸化物除去処理の後、化学研磨
、電解研磨などの化学的研磨や、パフ研磨などの機械的
研磨あるいはそれらの組合わせなど従来の手法により鋼
板表面を鏡面状態つまり中心線平均粗さ０．４μｍ以下
に仕上げる。

その後、酸化物除去またはさらに鏡面仕上げを施した鋼
板を、前掲第２図に示したようなオーブンコイルに巻取
るが、このときに鋼板と鋼板との間隙に前掲第１図に示
したような局所蒸着阻止材としてのスペーサー２を挿入
することが肝要である。

ここに蒸着阻止領域の幅は０．３〜３鮒程度、また該蒸
着阻止領域の間隔は３〜２０ｍｍ程度であることが望ま
しい。

なおスペーサーの形状は、図示したちの限られるわけで
はなく、圧延方向に蒸着阻止部が長く延びるもの、又は
蒸着領域が市松模様を形成するようなものであってもよ
い。

このようにオーブンコイルに巻取ったのち、たとえばＴ
ｌＣｌ４と＋２とＮ２および／又はＣＨ４との混合ガス
中でのＣＶＤ処理によって、鋼板表面上に、ＴｉＮ。

ＴｉＣなしいしＴｉ（Ｃ，Ｎ）からなる０、５〜２μｍ
厚程度の極薄張力被膜を局所的に被成させるわけである
。

さらにこのようにして形成した極薄張力被膜上に、りん
酸塩きコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜の塗布
焼付を行うことが、１００万ＫＶＡにも上る大容量トラ
ンスの使途において当然に必要であり、この絶縁性塗布
焼付層の形成の如きは、従来公知の手法をそのまま用い
て良い。

（実施例） Ｃ：０．０４３％、Ｓｉ：３．３２％、Ｍｎ　：　０．
０６２％、Ｓｅ：０．０２１％、Ｓｂ　：　０．０２６
％、およびＭｏ　：　０．０２５％を含有する組成にな
る熱延板に、９５０℃の中間焼鈍を挟んで２回の冷間圧
延を施して０．２３ｍｍ厚の最終冷延板とした。ついで
８２０℃の湿水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施したの
ち、鋼板表面にＡｔ２０３ニア５％、ＭｇＯ：２５％の
配合割合になる焼鈍分離剤を塗布してから、８５０℃、
５０時間の２次再結晶焼鈍一ついで１１□ガス中で１２
００℃、８時間の純化焼鈍を施した。

その後鋼板表面上の酸化物を除去しさら；ご電解研磨に
よって鏡面に仕上げたのち、第１図に示したようなスペ
ーサーの挿入下にオーブン−コ・イルに巻取ってから、
８００℃、２０時間のＣν［］処理によってＴｉＣの極
薄張力被膜を被成した。

しかるのちりん酸塩どコロイダルシリカを主成分とする
コーティング処理を施して絶縁被膜を形成させた。

かくして得られた製品の磁気特性について調べたところ
、 Ｂ、。：１．９２Ｔ、　Ｗ１ｔ／ｓ。＋０．６７　Ｗ／
ｋｇという優れた値が得られた。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、巻鉄心向１ｊｌ−ランス祠
料としての使途におけるような高温でのびずみ取り焼鈍
の如き高温処理の適用の有無にかかわらず、浸れた磁気
特性とくに超低鉄損を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂはそれぞれ、この発明において局所蒸着阻
止材として用いて好適なスペーサーの正面図および平面
図、 第２図は、オープンコイルに巻取った状態を示す斜視図
、 第３図は、この発明に従って得られた製品板の断面図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上げ焼鈍を経て表面上の酸化物を除去した方向性
   けい素鋼板を、その長手方向に隔たる多数の局所蒸着阻
   止材の挿入下にオープンコイルに巻取り、このコイルに
   蒸着処理を施して、該鋼板表面上に極薄張力被膜を局所
   的に形成させることを特徴とする超低鉄損一方向性けい
   素鋼板の製造方法。 ２、オープンコイルに巻取る方向性けい素鋼板が、酸化
   物の除去を引続く鏡面仕上げ工程を経たものである特許
   請求の範囲第１項記載の方法。