JPS6326355A - Production of metallic material - Google Patents

Production of metallic material

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JPS6326355A
JPS6326355A JP17016086A JP17016086A JPS6326355A JP S6326355 A JPS6326355 A JP S6326355A JP 17016086 A JP17016086 A JP 17016086A JP 17016086 A JP17016086 A JP 17016086A JP S6326355 A JPS6326355 A JP S6326355A
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treatment
steel plate
vapor
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阿部 正広
Kazuhisa Okada
和久 岡田
Tsunehiro Yamaji
常弘 山路
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Abstract

PURPOSE:To efficiently obtain a silicon steel sheet having a thin and uniform insulating oxide film without requiring baking by vapor-depositing an element capable of forming a stable oxide on a silicon steel sheet and by cooling the steel sheet in a weakly oxidizing atmosphere. CONSTITUTION:An element capable of forming a stable oxide, e.g., Si, Cr or Mg is vapor-deposited on the surface of a heated silicon steel sheet by a proper method such as CVD or PVD. In case of CVD, the steel sheet is treated in an atmospheric gas contg. a metal halide of the element to be vapor-deposited in a CVD furnace to vapor-deposit the element on the surface of the steel sheet. The steel sheet having the vapor-deposited element is cooled in a weakly oxidizing atmosphere having <=21vol% concn. of O2 to oxidize the element and to form a very thin and fine oxide film of SiO2, MgO, Al2O3 or the like having high insulation on the surface of the steel sheet.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属材の製造方法、詳細には、表面に絶縁皮膜
を有する珪素鉄板の製造方法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to a method for manufacturing a metal material, and more particularly, to a method for manufacturing a silicon iron plate having an insulating film on its surface.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電磁鋼板は通常積層状態で使用され、この場合積層され
る各鋼板はそれぞれ絶縁される必要がある。このため電
磁鋼板には絶縁皮膜コーティングが施される。従来、こ
の絶縁皮膜コーティングは液状のコーテイング材を塗布
し、乾燥、焼付けを行うことにより行われている。
Electrical steel sheets are usually used in a laminated state, and in this case, each of the laminated steel sheets needs to be insulated. For this reason, electrical steel sheets are coated with an insulating film. Conventionally, this insulating film coating has been performed by applying a liquid coating material, drying it, and baking it.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、このような塗布による絶縁皮膜の形成には次の
ような問題がある。
However, forming an insulating film by such coating has the following problems.

1)塗布ムラによりコーティング膜厚が不均一になり易
い。
1) The coating thickness tends to be uneven due to uneven coating.

it)乾燥・焼付工程で銅帯を再加熱する必要がある。it) The copper strip needs to be reheated during the drying and baking process.

ii)コーテイング材が無機系である場合、乾燥・焼付
工程で約700〜800℃にも加熱する必要があり、こ
のため、鉄板の結晶成長が起こる等、最終製品の磁気特
性に悪影蕃を与えるおそれがある。
ii) If the coating material is inorganic, it is necessary to heat it to approximately 700-800°C during the drying and baking process, which may adversely affect the magnetic properties of the final product, such as crystal growth on the iron plate. There is a risk of giving.

iv)コーティングされた膜厚が厚いため、鉄板を積層
使用する際、積層材厚さが大きくなってしまう(単位厚
み蟲りの積層数が少ない)。
iv) Because the coated film is thick, when using laminated iron plates, the thickness of the laminated material becomes large (the number of laminated layers per unit thickness is small).

V)コーティングが剥離し易い。V) The coating peels off easily.

本発明はこのような問題に鑑みなされたもので、焼付処
理を要することなく、薄膜且つ均−な絶縁皮膜を有する
珪素鉄板を能率的に製造するこ表ができる方法を提供せ
んとするものである。
The present invention was made in view of these problems, and it is an object of the present invention to provide a method for efficiently manufacturing a silicon iron plate having a thin and uniform insulating film without requiring baking treatment. be.

〔問題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

このため本発明は、珪素鉄板に安定酸化物を形成し得る
元素を蒸着させ、次いで該珪素鉄板を弱酸化性雰囲気中
で冷却することにより絶縁皮膜を形成させることをその
基本的特徴とする。
Therefore, the basic feature of the present invention is that an element capable of forming a stable oxide is deposited on a silicon iron plate, and then an insulating film is formed by cooling the silicon iron plate in a weakly oxidizing atmosphere.

以下、本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically explained below.

本発明では、まず、適当な方法で得られた珪素鉄板を加
熱状態とし、その表面に安定酸化物を形成し得る元素を
蒸着させる。
In the present invention, first, a silicon iron plate obtained by an appropriate method is heated, and an element capable of forming a stable oxide is vapor-deposited on its surface.

この蒸着元素としては、Si 、 Cr 、 Mg等の
金属元素が用いられる。蒸着の方法としては。
As this vapor deposition element, a metal element such as Si, Cr, Mg, etc. is used. As for the vapor deposition method.

化学気相蒸着(以下、CVDと称す)法や、イオンビー
ム照射法をはじめとするPVD法等、適宜な方法を採る
ことができる。
An appropriate method can be used, such as a chemical vapor deposition (hereinafter referred to as CVD) method or a PVD method including an ion beam irradiation method.

CVD処理では、鉄板はCVD処理炉内で蒸着元素のハ
ロゲン化金属を含有する雰囲気ガス中で処理され、これ
により鉄板表面には所定の元素(安定酸化物を形成し得
る元素)が蒸着する。
In the CVD process, an iron plate is treated in a CVD processing furnace in an atmospheric gas containing a metal halide as a deposition element, thereby depositing a predetermined element (an element capable of forming a stable oxide) on the surface of the iron plate.

また、イオンビーム照射法ではs Si 、 cr。In addition, in the ion beam irradiation method, sSi, cr.

Mg等の元素の金属イオンビームを鉄板面に照射し、こ
れらの元素の蒸着を行うものである。
A metal ion beam of elements such as Mg is irradiated onto the iron plate surface to vapor-deposit these elements.

イオンビーム照射は原子をイオン化し、これを磁界中で
加速して鋼板面に衝突させることにより行われるもので
、これにより金属は鋼板面に蒸着される。
Ion beam irradiation is performed by ionizing atoms, accelerating them in a magnetic field, and causing them to collide with the surface of a steel plate, thereby depositing metal on the surface of the steel plate.

以上のような蒸着処理後、珪素鉄板は弱酸化性雰囲気(
例えば02濃度z1vo1%以下、好ましくは5 vo
1%以下)中で冷却される。これにより、上記蒸着元素
が酸化され、鋼板面にSiO雪、 MgO、At2Q3
等の非常に薄くしかも緻密で高絶縁性を有する皮膜(酸
化物皮膜)が形成される。
After the above vapor deposition treatment, the silicon iron plate is placed in a weakly oxidizing atmosphere (
For example, 02 concentration z1vo1% or less, preferably 5vo
1% or less). As a result, the above-mentioned vapor deposited elements are oxidized, and SiO snow, MgO, At2Q3 are formed on the steel plate surface.
A very thin, dense, and highly insulating film (oxide film) is formed.

この酸化物皮膜は、極めて均−且つ薄く形成されるため
、母材に対する密着性にも優れている。
Since this oxide film is formed extremely uniformly and thinly, it also has excellent adhesion to the base material.

本発明法の素材たる珪素鉄板としては、−般の電磁鋼板
(無方向性グレード)や方向性電磁鋼板を用いることが
できるが、さらに、これらの鋼板等に対し8珪処理して
Slを添加した鋼板等、適宜な珪素鋼板を用いることが
できる。
As the silicon iron plate that is the raw material for the method of the present invention, general electrical steel plates (non-oriented grade) and grain-oriented electrical steel plates can be used, but these steel plates can also be treated with 8 silicon to add Sl. An appropriate silicon steel plate, such as a steel plate made of aluminum, can be used.

なお、通常、一般の電磁鋼板は1000〜1100℃で
、また方向性珪素鋼板は1000〜1200℃でそれぞ
れ連続焼鈍されるものであり、本発明ではかかる連続焼
鈍の加熱状態を利用して上記蒸着処理−冷却処理を行う
ことができる。
Note that general electrical steel sheets are usually continuously annealed at 1000 to 1100°C, and grain-oriented silicon steel sheets are continuously annealed at 1000 to 1200°C, and in the present invention, the heating state of such continuous annealing is utilized to perform the vapor deposition. Treatment - A cooling treatment can be performed.

また、し珪処理により高珪素鉄板を得る方法としても、
CVD法、イオンビーム照射法等を採ることができる。
Also, as a method of obtaining high-silicon iron plates by silica treatment,
CVD method, ion beam irradiation method, etc. can be used.

このうち、CVD法による鋼板の連続処理は、5iC4
をmob分率で5〜35多含んだ無酸化性ガス雰囲気中
において1023〜1200℃の温度で連続的に行われ
る〇 s i ct、を含む無酸化性ガスとは、中性或いは還
元性ガスを意味し、5iCt4のキャリアガスとしては
Ar 、 N2 + He + N2 + C)14等
を使用することができる。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、H,、CH。
Among these, continuous treatment of steel plates by CVD method is 5iC4
A non-oxidizing gas containing 〇s i ct, which is carried out continuously at a temperature of 1023 to 1200°C in a non-oxidizing gas atmosphere containing a mob fraction of 5 to 35, is a neutral or reducing gas. As a carrier gas for 5iCt4, Ar, N2 + He + N2 + C)14, etc. can be used. Among these carrier gases,
When considering the processability of exhaust gas, H,,CH.

等はHCl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。
etc. have the disadvantage of generating HCl and the need for its treatment, whereas Ar does not cause such problems.

He 、 N2 が望ましく、さらに材料の窒化を防止
するという観点からすればこれらのうちでも特にAr 
、 Heが最も好ましい。
He and N2 are preferable, and from the viewpoint of preventing nitridation of the material, Ar is especially preferable.
, He are most preferred.

CVD処理における鋼板表面の主反応は、S Fe +
5iCt4 →Fe3 S i + 2 Fe(J4↑
である。Si 1原子が鋼板面に蒸着してFe381層
を形成し、Fe 2原子がFeC42となり、FeCt
!の沸点1023℃以上の温度において気体状態で鋼板
表面から放散される。したがってSt原子量が28.0
86、ii”e原子量が55.847であることから、
鋼板は質量減少し、これに伴い板厚も減少することにな
る。ちなみに、Si3%鋼板を母材とし、CVD処理で
Si6.5%鋼板を製造すると、質量は8.7俤減少し
、板厚は約7,1チ減少する。
The main reaction on the steel plate surface during CVD treatment is S Fe +
5iCt4 →Fe3 S i + 2 Fe(J4↑
It is. One Si atom is deposited on the steel plate surface to form a Fe381 layer, two Fe atoms become FeC42, and FeCt
! It is emitted from the surface of the steel sheet in a gaseous state at temperatures above the boiling point of 1023°C. Therefore, the St atomic weight is 28.0
86,ii”eSince the atomic weight is 55.847,
The mass of the steel plate decreases, and the plate thickness also decreases accordingly. By the way, when a Si 6.5% steel plate is manufactured using a 3% Si steel plate as a base material and a CVD process is performed, the mass decreases by 8.7 centimeters and the plate thickness decreases by about 7.1 inches.

従来、CVD処理に時間がかかり過ぎるのは、そのCV
D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ような
ものがあることが判った。
Conventionally, the reason why CVD processing takes too much time is because of the CVD process.
This is thought to be due to insufficient consideration being given to the processing conditions of D. The inventors of the present invention have investigated and found that the following factors are necessary for performing CVD processing quickly.

■雰囲気ガス中の5ic4濃度の適正化。■Optimization of 5ic4 concentration in atmospheric gas.

■処理温度の適正化。■Optimization of processing temperature.

■5ict、の鋼板表面への拡散及びFecz、の鋼板
表面からの放散の促進。
(2) Promotion of diffusion of 5ict to the steel plate surface and Fecz dissipation from the steel plate surface.

このためCVD処理における雰囲気ガス中の81濃度及
び処理温度を規定することが好ましくz)e まず、CVD処理における無酸化性ガス雰囲気中のS 
i Ct、濃度をmot分率で5〜35%に規定し、こ
のような雰囲気中で鋼板を連続的にCVD処理する。
For this reason, it is preferable to specify the 81 concentration in the atmospheric gas and the processing temperature in the CVD processz)e First, the S81 concentration in the non-oxidizing gas atmosphere in the CVD process
The i Ct concentration is defined as 5 to 35% in terms of mot fraction, and the steel plate is continuously subjected to CVD treatment in such an atmosphere.

雰囲気中の5iC24が5チ未満であると期待するSi
富化効果が得られず、また、例えば鋼板の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となる。
Si where 5iC24 in the atmosphere is expected to be less than 5
For example, if the si of the steel plate is 1.0, the enrichment effect cannot be obtained.
The treatment takes too much time, such as requiring 5 minutes or more to achieve % enrichment, making it difficult to implement a continuous process.

一方、5icz、を35係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81富化効果が期
待できなくなる。
On the other hand, even if 5icz is contained in an amount exceeding 35%, the reaction at the interface becomes rate-determining, and no further 81-enriching effect can be expected.

またCVD処理では、S i C4濃度が高いほど所謂
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5icz4濃度が15%程度まではほ
とんど見られないが、15チを超えると生成しはじめる
。しかし、5iC4濃度が35%以下では、ボイド生成
してもCVD処理に引き続き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。
Furthermore, in the CVD process, the higher the S i C4 concentration, the more likely large voids called Kirkendahl voids are generated. These voids are hardly seen when the 5icz4 concentration is around 15%, but begin to form when the 5icz4 concentration exceeds 15%. However, when the 5iC4 concentration is 35% or less, even if voids are generated, they can be almost completely eliminated by a diffusion process performed subsequent to the CVD process.

換言すればS i Ct、濃度が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。
In other words, when the S i Ct concentration exceeds 35%, voids are significantly generated and remain even after the diffusion treatment.

CVD処理温度は1023〜12oo℃の範囲とする。The CVD treatment temperature is in the range of 1023 to 12 oo<0>C.

CvD処理反応は鋼板表面における反応であるから、こ
の処理温度は厳密には鋼板表面温度である。
Since the CvD treatment reaction is a reaction on the surface of the steel sheet, the treatment temperature is strictly the steel sheet surface temperature.

CVD処理による反応生成物であるFeC1゜の沸点は
1023℃であり、この温度以下ではFeCl2が鋼板
表面から気体状態で放散されず、鋼板表面に液体状に付
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FeC42の沸点を境に、単
位時間当りの81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。
The boiling point of FeCl1°, which is a reaction product from CVD processing, is 1023°C, and below this temperature, FeCl2 is not dissipated from the steel sheet surface in a gaseous state, but adheres to the steel sheet surface in a liquid state and inhibits the vapor deposition reaction. . According to the results of basic experiments conducted by the present inventors, the enrichment rate of 81 per unit time differs markedly at the boiling point of FeC42, and 1023
At temperatures below ℃, the deposition rate is low, making it difficult to apply to continuous processes. Therefore, the lower limit of the processing temperature is set to 1023°C.

一方、上限を1200℃と規定する理由は次の通りであ
る。Fe3Siの融点は、第2図に示すFe −Si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、鋼板表面が部分的に溶解し、また
、鋼板エツジ部分が過加熱のため溶解する。このように
1250℃以下でも鋼板が溶解するのは、鋼板表面では
Fe3Si相当のSt濃度14.5%以上にStが蒸着
されているためであると推定される。
On the other hand, the reason why the upper limit is specified as 1200°C is as follows. The melting point of Fe3Si is 1250°C, as is clear from the Fe-Si phase diagram shown in Fig. 2, but according to experiments by the inventors, even when treated at about 1230°C, which is lower than 1250°C, the steel plate surface remains is partially melted, and the edge portion of the steel plate is also melted due to overheating. The reason why the steel sheet melts even at 1250° C. or lower is presumed to be because St is vapor-deposited on the surface of the steel sheet at a St concentration of 14.5% or more equivalent to Fe3Si.

これに対し処理温度が1200℃以下であれば鋼板表面
は溶解は全く認められず、また、エツジの過加熱も、鋼
板中心部の平均温度を1200℃とすることで、122
0℃程度におさえることが可能であり、微量な溶解で済
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℃〜工2oo℃と規定する。
On the other hand, if the treatment temperature is 1200°C or lower, no melting will be observed on the surface of the steel plate, and overheating of the edges will be reduced by setting the average temperature at the center of the steel plate to 1200°C.
It was experimentally confirmed that the temperature could be kept at about 0°C and only a small amount of dissolution was required. For the above reasons, CVD
The processing temperature is specified as 1023°C to 200°C.

また、Sl蒸着にプラズマCVDやイオンビーム照射を
用いることができ、これらの場合には鋼板を比較的低い
温度で処理することができる。
Further, plasma CVD or ion beam irradiation can be used for Sl vapor deposition, and in these cases, the steel plate can be treated at a relatively low temperature.

これらのうち前者の方法では、鋼板は200〜800℃
程度で処理がなされる。また後者の方法ではS1イオン
を鋼板面に照射することにより行われ、この場合の処理
は常温の状態でも行うことができる。
In the former method, the steel plate is heated to 200 to 800℃.
Processing is done to a certain degree. The latter method is performed by irradiating the surface of the steel plate with S1 ions, and the treatment in this case can be performed even at room temperature.

以上のようにしてSlが蒸着された鋼板は引き続きsi
の拡散処理がなされる。すなわち、si蒸着処理直後で
は、鋼板表面近くはSl濃度が高く、中心部分では母材
S1濃度のままであり、これを均熱・拡散処理し均−S
t濃度或いは所定の濃度分布とする必要がある。
The steel plate on which Sl was deposited as described above continues to be coated with Si.
A diffusion process is performed. In other words, immediately after the Si vapor deposition process, the Sl concentration is high near the surface of the steel plate, and the base material S1 concentration remains in the central part, which is then soaked and diffused to produce a uniform S1 concentration.
t concentration or a predetermined concentration distribution.

siを鋼帯内部に拡散させる方法としては均熱拡散法と
、イオンビーム照射拡散法とがある。
Methods for diffusing Si into the steel strip include a soaking diffusion method and an ion beam irradiation diffusion method.

均熱拡散法は、鋼板を所定の温度に均熱保持することに
よりSiを拡散させるもので、鋼板表面を酸化させない
ようにするため無酸化雰囲気中で行う必要があり、また
高温で行うほど処理時間が少なくて済む。
The soaking diffusion method diffuses Si by soaking the steel plate at a predetermined temperature.It must be carried out in a non-oxidizing atmosphere to prevent the surface of the steel plate from being oxidized, and the higher the temperature, the faster the treatment will be. It takes less time.

この拡散処理は、一定温度で行ってもよいが、第2図の
Fe−3l状態図から判るように・拡散の進行とともに
鋼板表層部のSt濃度が減少しその融点が上がることか
ら、拡散の進行に伴い鋼板を溶解させない程度に徐々に
昇温させる(例えば複数段階で昇温させる)ことにより
、拡散を促進させることができる。例えば6.5%SL
鋼の場合、エツジ部の過加熱を考慮しても1400℃ま
での昇温か可能である。
This diffusion treatment may be carried out at a constant temperature, but as can be seen from the Fe-3L phase diagram in Figure 2, as the diffusion progresses, the St concentration in the surface layer of the steel sheet decreases and its melting point increases. Diffusion can be promoted by gradually increasing the temperature (for example, increasing the temperature in multiple steps) to an extent that does not melt the steel plate as it progresses. For example, 6.5%SL
In the case of steel, it is possible to raise the temperature to 1400° C. even taking into account overheating of the edges.

また、後者のイオンビーム照射法では、高い運動エネル
ギーを持ったイオンを、固体表面に衝突させることによ
り、スパッタ現象(固体表面を高速でたたく効果)及び
増速拡散効果、さらにはイオン衝突時の運動エネルギー
の熱エネルギーへの変換による固体温度の上昇効果によ
り、Siの拡散を行うものである。
In addition, in the latter ion beam irradiation method, ions with high kinetic energy collide with the solid surface, resulting in sputtering phenomenon (the effect of hitting the solid surface at high speed) and accelerated diffusion effects, as well as the effects of ion collision. Si is diffused by the effect of increasing solid temperature by converting kinetic energy into thermal energy.

このような拡散処理において衝突させるイオン種として
は、 Ar+、 He+等の不活性ガスイオン、Fe 
 イオン等を用いることができる。
Ion species to be collided in such a diffusion process include inert gas ions such as Ar+ and He+, Fe
Ions etc. can be used.

このうち不活性ガスイオンは鋼板表面反応を問題とする
場合には適していると言える。しかし、このイオンを用
いた場合、鋼板表面層内にAr 、 He等が残留して
しまう。これに対しsFeイオンを用いることにより次
のような利点が得られる。
Among these, inert gas ions can be said to be suitable when the surface reaction of the steel sheet is an issue. However, when these ions are used, Ar, He, etc. remain in the surface layer of the steel sheet. In contrast, the following advantages can be obtained by using sFe ions.

(イ)母材と同一の元素であるため、残留による問題を
生じない。
(a) Since it is the same element as the base material, it does not cause any problems due to residue.

(燗イオンの質量が大きく、衝突効果が大きい。(The mass of the hot ions is large, and the collision effect is large.

(ハ)CVD処理において、銅帯のFeが消耗されるが
、わずかではあるがその消耗分を補うことができる。
(c) In the CVD process, Fe in the copper strip is consumed, but the amount of the consumption can be compensated for, albeit slightly.

に)イオン化するためには気体状のものが好ましく、C
VD過程で発生するFeC14(沸点1023℃)が使
用できる。
) A gaseous substance is preferable for ionization, and C
FeC14 (boiling point 1023°C) generated during the VD process can be used.

なお以上の拡散処理は、SLが鋼板に均一に拡散させる
まで行ってもよいが、場合によっては、その処理を表層
sig度が鋼板厚み方向中心部のSj濃度よりも高い状
態にあるうちに打ち切り、Sl濃度が厚み方向で不均一
な鋼板を得るようにしてもよい。
The above diffusion treatment may be performed until SL is uniformly diffused into the steel sheet, but in some cases, the treatment may be terminated while the surface layer sig degree is higher than the Sj concentration at the center of the steel sheet in the thickness direction. , a steel plate having a non-uniform Sl concentration in the thickness direction may be obtained.

以上述べたsi蒸着処理−拡散処理を前提とし、本発明
による鋼板の連続処理プロセスの代表的な実施態様を以
′下に例示する。
On the premise of the above-described Si vapor deposition treatment and diffusion treatment, typical embodiments of the continuous treatment process for steel plates according to the present invention will be illustrated below.

(1)鋼板を、5iCz、をmot分率で5〜35%含
んだ無酸化性ガス雰囲気中で、CVD法により1023
〜1200℃の温度で連続的に滲珪処理し、次いで、5
icz、を含まない無酸化性ガス雰囲気中で81を鋼板
内部に所定の状態に拡散させる拡散処理を施し、次いで
CVD法により安定酸化物を形成し得る元素を蒸着させ
、引き続き弱酸化性雰囲気中で冷却し、絶縁皮膜を形成
させる。
(1) A steel plate was processed to 1023
Continuous exfoliation treatment at a temperature of ~1200°C, then 5
A diffusion treatment is performed to diffuse 81 into a predetermined state inside the steel sheet in a non-oxidizing gas atmosphere that does not contain icz, and then an element that can form a stable oxide is vapor-deposited by the CVD method, and then in a weakly oxidizing atmosphere. to form an insulating film.

(2)鋼板を、SiC/4をmob分率で5〜35%含
んだ無酸化性ガス雰囲気中で、CVD法により1023
〜1200℃の温度で連続的に滲珪処理し、次いで、鋼
板にイオンビームを照射することによりSiを鋼板内部
に拡散させ、しかる後、CVD法により安定酸化物を形
成し得る元素を蒸着させ、引き続き弱酸化性雰囲気中で
冷却し、絶縁皮膜を形成させる。
(2) A steel plate was heated to 1023
Continuous silicon leaching treatment is carried out at a temperature of ~1200°C, then Si is diffused into the steel plate by irradiating the steel plate with an ion beam, and then an element capable of forming a stable oxide is vapor-deposited by CVD method. Then, it is cooled in a weakly oxidizing atmosphere to form an insulating film.

(3)鋼板を、St+イオンを用いたイオンビーム照射
法により処理して表面にSLを蒸着させ、次いで鋼板に
イオンビームを照射することによりSlを鋼材内部に拡
散させ、次いでCVD法により安定酸化物を形成し得る
元素を蒸着させ、引き続き弱酸化性雰囲気中で冷却し、
絶縁皮膜を形成させる。
(3) The steel plate is treated with an ion beam irradiation method using St+ ions to deposit SL on the surface, then the steel plate is irradiated with an ion beam to diffuse Sl into the steel material, and then stable oxidation is performed using the CVD method. Depositing elements that can form substances, followed by cooling in a weakly oxidizing atmosphere,
Forms an insulating film.

なお、上記(1)の態様においては、絶縁皮膜用の蒸着
元素として8iを選択することにより、プロセス自体の
効率化及び経済的操業が可能となる。
In the above embodiment (1), by selecting 8i as the vapor deposition element for the insulating film, the process itself can be made more efficient and can be operated economically.

すなわち、一般に滲珪処理を目的としたCVD処理では
、炉に導入される処理用ガスへの02やCt等のガス成
分の混入は極力避ける必要があるのに対し、絶縁皮膜形
成を目的としたCVD処理では、Ox s CLが混入
したラフな処理用ガスを用いることができる。そこで、
滲珪処理(81添加処理)用のCVD処理炉から排出さ
れる処理用ガスには未だ相当の5IC44ガスが含まれ
ている( Os 、 CL等も含まれている)ことから
、この排ガスを絶縁皮膜形成用のCVD処理炉に導入し
、CVD処理を行うようにすることができる。
In other words, in general, in CVD processing for the purpose of silicon extrusion treatment, it is necessary to avoid as much as possible the mixing of gas components such as 02 and Ct into the processing gas introduced into the furnace, whereas in CVD treatment for the purpose of forming an insulating film, In the CVD process, a rough processing gas mixed with Ox s CL can be used. Therefore,
Since the processing gas discharged from the CVD processing furnace for silicon extrusion processing (81 addition processing) still contains a considerable amount of 5IC44 gas (also contains Os, CL, etc.), it is necessary to insulate this exhaust gas. It can be introduced into a CVD processing furnace for film formation and subjected to CVD processing.

なお、上述したSi蒸着を目的としたCVD処理に詔い
て、CVD処理速度を鋼板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81C
t、濃度と処理温度の適正化を図ることが必要であるが
、これに加え鋼板表面への5iCt、拡散とFeC4の
鋼板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。
In addition, in order to increase the CVD processing speed to the extent that continuous processing of steel plates is possible in the above-mentioned CVD processing for the purpose of Si vapor deposition, as mentioned above, 81C in the atmospheric gas
It is necessary to optimize the t, concentration and processing temperature, but in addition to this, it is possible to further increase the CVD processing speed by promoting the diffusion of 5iCt to the steel plate surface and the dissipation of FeC4 from the steel plate surface. It becomes possible.

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動、及
び反応副生成物の界面表層からの離脱がスムースに行わ
れず、このため処理に長時間を要すること、さらにはガ
ス流動が抑えられるためCVD処理帯内の反応ガス濃度
に分布を生じ、この結果蒸着膜厚の不均一化を招くこと
が判った。
It is thought that the purity of the deposited layer will also decrease, and for this reason the idea of keeping the gas flow to the minimum necessary has been established. However, in the research conducted by the present inventors, due to the gas flow being suppressed in this way, the diffusion movement of the reaction gas to the base material interface and the separation of reaction by-products from the interface surface layer do not occur smoothly. It has been found that the treatment takes a long time, and furthermore, because the gas flow is suppressed, the concentration of the reactant gas in the CVD treatment zone is distributed, resulting in non-uniformity in the thickness of the deposited film.

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処理帯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5iC4の鋼板表面への拡散及
び反応生成物たるFeCLHの鋼板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。
Based on these facts, we conducted further studies and found that 5iC4 can be diffused onto the steel plate surface by blowing atmospheric gas onto the treated material using a blowing nozzle in the CVD treatment zone, or by forcing the atmosphere to circulate using a fan, etc. It was found that the diffusion of FeCLH, which is a reaction product, from the surface of the steel sheet is significantly promoted, and CVD processing can be performed at a high deposition rate while suppressing non-uniformity of the deposited film.

このようなCVD処理性の向上は、吹付ノズルにより雰
囲気ガスを鋼板表面に吹付ける方法が特に有効である。
A method in which atmospheric gas is sprayed onto the surface of the steel plate using a spray nozzle is particularly effective for improving CVD processability.

第3図はこのノズル吹付方式による実施状況を示すもの
で、CVD処理帯(2)内に銅帯(S)に面して吹付ノ
ズル(6)が配量され、鋼板表面に5iCt4を含む雰
囲気ガスが吹付けられる。第4図イ)及び((ロ)は、
吹付ノズル(6)による吹付状況を示すもので、げ)に
示すように鋼板面に対して直角に、或いはや)に示すよ
うに斜め方向から吹付けることができる。
Figure 3 shows the implementation situation using this nozzle spraying method, in which a spray nozzle (6) is placed in the CVD treatment zone (2) facing the copper strip (S), and an atmosphere containing 5iCt4 is placed on the steel plate surface. Gas is sprayed. Figure 4 A) and ((B) are
This shows the spraying situation by the spray nozzle (6), which can spray perpendicularly to the steel plate surface as shown in (), or obliquely as shown in ().

このようなノズル吹付による単位時間尚りの81富化割
合は、ガスの鋼板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)こお
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、5Nm/seQ以下の流速で十分
な効果が得られる。
The 81 enrichment rate per unit time due to such nozzle spraying increases in proportion to the increase in the flow velocity of the gas colliding with the steel plate surface, but even if the flow velocity is increased excessively, the reaction at the interface) becomes rate-limiting. Therefore, no further Si enrichment effect can be expected. Generally, a sufficient effect can be obtained at a flow rate of 5 Nm/seQ or less.

第5図及び第6図は、CVD処理性に対する5ic4濃
度及びCVD処理温度の影響を調べたものである。
FIGS. 5 and 6 show the effects of 5ic4 concentration and CVD processing temperature on CVD processability.

図中、Aが雰囲気法、すなわちノズル吹付を行わないで
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鋼板面に0.57”/
Sの流速で吹き付けつつCVD処理した場合を示す。な
お、Si富化割合とは、母材尚初のst濃度に対するC
VD処理によるSt増加分を示す。
In the figure, A is the atmosphere method, that is, CVD treatment without nozzle spraying, and B is the nozzle spraying method, that is, as shown in Figure 3, atmospheric gas is applied to the steel plate surface at a rate of 0.57"/
The case where CVD treatment is performed while spraying at a flow rate of S is shown. Note that the Si enrichment ratio refers to the C
It shows the increase in St due to VD processing.

これによれば、S i Ct、濃度5チ以上、CVD処
理温度1023℃以上において大きなsi富化効果が得
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、単に雰囲気中で鋼板を通
板せしめる場合に較べ格段に優れたsi富化効果(CV
D処理性)が得られていることが判る。
According to this, a large Si-enriching effect is obtained when the SiCt concentration is 5 or more and the CVD treatment temperature is 1023° C. or more. Even under the same conditions, the method of spraying atmospheric gas with a spray nozzle has a much superior Si enrichment effect (CV
It can be seen that D processability) was obtained.

第7図は雰囲気法Aとノズル吹付法Bの蒸着時間と鋼板
中St濃度(母材Si量十蒸着si量)との関係を、S
i:3%、板厚0,5mの鋼板を5ic4濃度21%、
処理温度1150℃でcVD処理した場合番こついて調
べたものである。なお、ノズル吹付法では、スリットノ
ズルにより鋼板に対し垂直方向から0.2 Nm/se
eの流速で雰囲気ガスを吹付けた。同図から判るように
、6.5%St鋼相尚のSi蒸着量を得るために雰囲気
法人では7分かかるのに対し、ノズル吹付法Bでは1.
5分2で処理することができた。
Figure 7 shows the relationship between the deposition time of the atmosphere method A and the nozzle spraying method B and the St concentration in the steel sheet (base material Si amount + deposited Si amount).
i: 3%, 0.5m thick steel plate with 5ic4 concentration 21%,
The results were investigated using cVD treatment at a treatment temperature of 1150°C. In addition, in the nozzle spraying method, a slit nozzle is used to apply 0.2 Nm/se from the perpendicular direction to the steel plate.
Atmospheric gas was blown at a flow rate of e. As can be seen from the figure, it takes 7 minutes to obtain the same amount of Si vapor deposited on the 6.5%St steel phase using the atmospheric method, whereas it takes 1.5 minutes using the nozzle spraying method B.
I was able to process it in 5 minutes.

第8図はノズル吹付法における衝突ガス流速と鋼板の8
1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
鋼板の81富化割合が増大している。
Figure 8 shows the collision gas flow velocity and steel plate in the nozzle spraying method.
1 enrichment ratio (same as in FIGS. 5 and 6), and the 81 enrichment ratio of the steel plate increases in proportion to the collision gas flow velocity up to a predetermined level.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はsi蒸着処理及び絶縁皮膜形成のための元素蒸
着処理をCVD法により行う場合の薄板製造ラインの一
例を示すもので、(1)は加熱帯、(2)はCVD処理
帯、(3)は拡散処理帯、(4)はCVD処理帯、(5
)は冷却帯である。
Fig. 1 shows an example of a thin plate manufacturing line in which Si vapor deposition processing and elemental vapor deposition processing for forming an insulating film are carried out by the CVD method, in which (1) is a heating zone, (2) is a CVD treatment zone, ( 3) is a diffusion treated zone, (4) is a CVD treated zone, (5
) is the cooling zone.

このようなラインによる製造プロセスの一例を説明する
と、まず鋼帯(S)は加熱帯(1)で1150℃まで無
酸化加熱された後、CVD処理帯(2)に導かれる。こ
こでは、Ar:80%、5iC4: 20%の反応ガス
がノズルから0.3Nm/Sの流速で鋼帯面に吹き付け
られ滲珪処理がなされる。次いで、銅帯は拡散処理帯(
3)に導かれ、無酸化雰囲気中で1200℃で均熱保持
され、拡散処理がなされ、これにより6.5%Sl鉄板
が得られる。次いで、鉄板はCVD処理炉(4)に導か
れ、1200℃で(SiC4(s%)+Ar:]雰囲気
中で1分間8珪処理し、引き続き冷却炉(5)において
0.5 %を含むN、雰囲気中で冷却する。
An example of a manufacturing process using such a line will be described. First, a steel strip (S) is non-oxidized heated to 1150° C. in a heating zone (1), and then guided to a CVD treatment zone (2). Here, a reactive gas containing 80% Ar and 20% 5iC4 is blown onto the surface of the steel strip from a nozzle at a flow rate of 0.3 Nm/S to carry out silicon exfoliation treatment. The copper strip is then treated with a diffusion treatment strip (
3), soaked and maintained at 1200° C. in a non-oxidizing atmosphere, and subjected to a diffusion treatment, thereby obtaining a 6.5% Sl iron plate. Next, the iron plate is led to a CVD treatment furnace (4) and subjected to 8Si treatment at 1200°C in an atmosphere of (SiC4 (s%) + Ar) for 1 minute, and then in a cooling furnace (5) with N containing 0.5%. , cool in atmosphere.

例えば、このような処理により高珪素鉄板の表面には約
10μmの安定な酸化層が形成される。
For example, by such treatment, a stable oxide layer of about 10 μm is formed on the surface of a high-silicon iron plate.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上述べた本発明(こよれば、焼付処理を必要とせず、
しかも均一で薄膜の絶縁皮膜を有する高珪素鋼板を能率
的に製造することができ、また焼付を必要としないため
高珪素鋼材の磁気特性が害されることがなく、高品質の
磁性体材料を得ることができる。
The present invention described above (according to this invention, there is no need for baking treatment,
Moreover, high-silicon steel sheets with a uniform and thin insulating film can be manufactured efficiently, and since baking is not required, the magnetic properties of high-silicon steel materials are not impaired, resulting in high-quality magnetic materials. be able to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明を実施するための連続処理ラインを示す
説明図である。第2図はFe−5t系状態図である。第
3図及び第4図(イ)。 ((ロ)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図ビ)及び(ロ))
はそれぞれノズル吹付方法を示す説明図である。第5図
はCVD処理におけるガス中5iC4濃度と銅帯Sk富
化割合との関係、第6図はCVD処理温度と銅帯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S
i蒸着時間と銅帯中81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ものである。第8図はノ
ズル吹付法によるCVD処理において、雰囲気ガスの銅
帯に対する衝突ガス流速と鋼帯Sl富化割合との関係を
示すものである。 特許出願人  日本鋼管株式会社 発 明 者   阿   部   正   広間   
       岡   1)  和   入間    
     山   路   常   弘代理人弁理士 
  吉   原   省   玉量  弁理士  苫 
木地  正  敏同  弁護士   吉   原   
弘   子第  5  図 雰囲気ゲス中SiC,g41贋19  (mo1%)第
6図 7N開口aG3−26355 (8) 第7図 第8図
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a continuous processing line for implementing the present invention. FIG. 2 is a phase diagram of the Fe-5t system. Figures 3 and 4 (a). ((b) shows the CVD processing situation using the nozzle spraying method, Fig. 3 is an overall explanatory diagram, and Fig. 4 b) and (b))
are explanatory diagrams each showing a nozzle spraying method. FIG. 5 shows the relationship between the 5iC4 concentration in the gas and the Sk enrichment ratio in the copper band in the CVD process, and FIG. 6 shows the relationship between the CVD process temperature and the Si enrichment ratio in the copper band. Figure 7 shows S
The relationship between the i-evaporation time and the 81 concentration in the copper strip is shown by comparing the atmosphere method and the nozzle spray method. FIG. 8 shows the relationship between the flow velocity of the atmospheric gas colliding with the copper strip and the Sl enrichment ratio of the steel strip in the CVD treatment using the nozzle spraying method. Patent applicant Nippon Kokan Co., Ltd. Inventor Tadashi Abe Hiroma
Oka 1) Kazu Iruma
Hiro Tsune Yamaji, Patent Attorney
Masaru Yoshihara Patent Attorney Toma
Masatoshi Kiji Lawyer Yoshihara
Hiroko No. 5 SiC in atmosphere gas, g41 fake 19 (mo1%) Fig. 6 7N opening aG3-26355 (8) Fig. 7 Fig. 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  珪素鉄板に、安定酸化物を形成し得る元素を蒸着させ
、次いで該珪素鉄板を弱酸化性雰囲気中で冷却すること
により絶縁皮膜を形成させることを特徴とする金属材の
製造方法。
A method for manufacturing a metal material, which comprises depositing an element capable of forming a stable oxide on a silicon iron plate, and then forming an insulating film by cooling the silicon iron plate in a weakly oxidizing atmosphere.
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