JPS6396219A - 超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法 - 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） 本発明は一方向性珪素鋼板の製造方法に関するもので、
特に仕上げ焼鈍後の鏡面仕上げした鋼板表面上で微小歪
のムラあるいは凹凸を与えた後イオンプレーティング処
理を行って超低鉄損を達成する。

一方向性珪素鋼板の電気・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、遂次その実を挙げつつある
が、その実施に伴う重大な弊害として、一方向性珪素鋼
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。

さて一方向性珪素鋼板は、よ（知られているとおり製品
の２次再結晶粒を（１１０）＜１００〉、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
として製品の磁束密度（Ｂｏ。

値で代表される）が高（、鉄損（Ｗ＋ｔｚｓ。値で代表
される）の低いことが要求される。

この一方向性珪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ＢＩＧ
値１．９０Ｔ以上、ＷＩＴ／Ｓｏ値１．０５Ｗ／ｋｇ以
下、または板厚０．２３ｍｍの製品の磁気特性が８１゜
値１．８９Ｔ以上、Ｗｌｆｆ／Ｓ。値０．９０Ｗ／ｋｇ
以下の超低鉄損一方向性珪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
する請求が著しく強まり、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、一方向性珪素鋼板の仕
上焼鈍後の鋼板表面に圧延方向にほぼ直角方向でのレー
ザー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
５Ｂ−２６４０５号及び特公昭５８−２６４０６号公報
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効果的であるが、ひずみ取り
焼鈍を施す、主として鉄心トランス材料にあっては、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
ザー照射効果がなくな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、一方向性珪素鋼板の仕上げ焼鈍後の鋼板表面を鏡
面上げするか又はその鏡面仕上げ面上に金属メッキやさ
らにその上に絶縁被膜を塗布焼付けすることによる、超
低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法が提案さている。

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に鉄
損低減への寄与が充分でない上、とくに鏡面仕上後に不
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ス
層とがは（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る鉄損向上の実効
をより有利に引き出すことも含めその場合でも、今日の
省エネ材料開発の観点では上記した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も特性劣化
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、このような基本認識に立脚し
、とくにイオンプレーティング処理における張力付与被
膜形成条件に基本的改善を加えることによって、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。

（問題点を解決するだめの手段） 上述した目的は次の事項の骨子とする構成によって有利
に充足される。

仕上げ焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その表面の
酸化物を除去したのち、研磨により鋼板表面を中心線平
均粗さＲａで０．４μｍ以下の鏡面に仕上げ、ついでイ
オンプレーティングにより、主としてＴｉＮ　、　Ｔｉ
ＣないしはＴｉ（Ｃ，Ｎ）の少なくとも一種よりなる被
膜を鏡面仕上げ面上に被成する一方向性珪素鋼板の製造
方法において、イオンプレーティング処理に先立ち、鏡
面仕上げ表面上で圧延方向を横切る方向に微小歪領域を
区画形成させ、好適は圧延方向を横切る向きに０．０１
〜１１１幅、Ｏ〜０．１０深さ、３ｍ２０鰭間隔にスジ
状に区画形成させることを特徴とする超低鉄損一方向性
珪素鋼板の製造方法（第１発明）並びに上記のイオンプ
レーティングの処理のあと、絶縁皮膜を重ねて被成する
ことを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法
（第２発明）である。

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：　０．０４３賀ｔχ（以下単に％で示す）　、Ｓｔ
　：　３．３６％、Ｍｎ　：　０．０６６　％、Ｓｅ　
：　０．０２１　　％、Ｓｂ　：　０．０２５　％およ
びＭｏ　：　０．０２３％を含有する組成になる珪素鋼
板スラブを１３６０℃で４時間加熱後、熱間圧延して２
、Ｏｎｍ厚さの熱延板とした。ついで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。その後８２０℃の湿水素中で脱炭を兼
ねる１次再結晶焼鈍を施した後、鋼板表面上にＡ１２ｏ
、（６５％）　、Ｍｇ０（３８％）　、Ｚｒ０ｚ（２％
）を主成分とする焼鈍分離剤を塗布してから、８５０　
’Ｃで５０時間の２次再結晶焼鈍、ついで乾水素雰囲気
中１２００℃で１０時間の純化焼鈍を施した。

その後イオンプレーティング装置（ＨＣＤ法）を使用し
て鋼板面上にＴｉＮ被膜（約１．０μｍ厚）を被成した
が、この被膜被成に際し、次の条件で実験を行った。

■研磨後ＴｉＮ被膜（４００℃の温度で１μｍ厚）を形
成させた。

■研磨後、圧延方向にほぼ直角方向にレーザー照射した
後ＴｉＮ被膜（４００℃の温度で１μｍ厚）を形成した
。なおこのときのレーザーはＹＡＧ　レーザーを用い、
そのときの照射条件はパルス当り（スポット当り）のエ
ネルギーＥ＝３．７　Ｘｌ０−’Ｊ、スポットの直径ｄ
＝０．１５ｍｍ、スポットの中心間間隔Ｄ＝０．３龍、
レーザー走査線の間隔１−８ｍ１である。

■研磨後圧延方向にほぼ直角方向にナイフにより８１ｍ
の間隔で、幅０．０３１ｍの直線状のスクラッチを入れ
た後ＴｉＮ被膜（４００℃の温度で１μｍ）を形成した
。

そのごこれらの上にＴｉＮ被膜を形成させさらにその上
にリン酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁皮膜
層の焼付処理を行った後８００℃で３時間Ｎ２中で歪取
り焼鈍を行った。そのときの製品の鉄損特性を第１図に
示す。

第１図から明らかなように■の条件では鉄損ＷＩＴ／Ｓ
ｏ値が０．７５Ｗ／ｋｇ程度であるが、本発明の■およ
び■の条件ではＷ１７／Ｓ。値が０．６１Ｗ八ｇおよび
０．６２Ｗ／ｋｇと極端に超低鉄損を示すことが注目さ
れる。

（作　用） 以上のように本実験から研磨処理をしたふ４板表面上で
圧延方向にほぼ直角方向にレーザー照射およびナイフに
より凹状の微小局所歪を導入後ＴｉＮ被膜を被成すると
超低鉄損が得られることが明らかとなった。本実験では
８００℃での歪取り焼鈍を施しているにもかかわらす鉄
損が極めて良好であることが注目され、このような鉄損
向上の理由は研磨鋼板面上に微小歪領域の区画形成を行
った後にＴｉＮ被膜を被成させると磁区細分化が顕著と
なり、結果として従来にない超低鉄…を達成することが
できると考えられる。

このような鋼板表面上での局所微小歪を導入して磁区幅
を狭くする工夫はすでに特公昭５８−５９６８号公報に
おいてボールペン状の小球により、特開昭５７−１８８
１０号公報において放電加工により、また上述したレー
ザー照射（特公昭５７−２２５２号、特公昭５７−５３
４１９号、特公昭５８−２６４０５号および特公昭５８
−２６４０６号各公報参照）が開示されている。しかし
ながらこれらの発明による鉄…の低下度は同一製品板厚
における最高レベル（Ｗｌｆｆ／Ｓ。が０．７５縁／ｋ
ｇ程度）と比較すると本発明のＴｉＮ被膜を形成させた
場合の方がはるかに優れている。上記の一連の発明は歪
取り焼鈍を行う巻鉄心用には使用できないという決定的
な欠点を有する。

これに対して本発明では鏡面仕上げ鋼板表面上で圧延方
向を横切る向きに局所微小歪領域を区画形成させた後、
ＴｉＮ　、　ＴｉＣないしはＴｉＮ　（ＣＮ）の少なく
とも１種よりなる被膜を形成させることを必須条件とす
る。その際研磨により表面を中心線平均粗さＲａで０．
４μｍ以下に鏡面仕上げした銅板面上での微小歪導入方
法は、上述のレーザ照射、ナイフ以外にボールペン状の
小球、フラシュランプ、放電加工、プラズマジェット決
算従来公知のいずれかの方法を用いてよい。またその際
の微小歪の導入方法は通常圧延方向とほぼ直角に、３〜
２０ｍｍ間隔で、０．０１〜ｌ　ｉｎ、０〜０．１龍深
さで線状あるいは点状に入れることが好ましい。

珪素鋼素材は従来公知の手法により一方向性珪素鋼を溶
製し、加熱′・熱延・冷延および熱処理をへてＧｏｓｓ
方位に集積させた一方向性珪素鋼板を用いる。

鋼板表面上の酸化物を除去後研磨により中心線平均粗さ
Ｒａで０．４μｍ以下の鏡面状態に仕上げる。

次に鋼板表面上に圧延方向を横切る向きに好適には６０
″〜９０″の方向に微小歪をレーザー照射、ナイフ、ボ
ールペンの小球、フラシュランプ、放電加工、プラズマ
ジェット法等を用いて好適には３〜２０朋間隔で、０．
０１〜ｌ龍幅、Ｏ〜Ｑ、１ｍｍ深さで実線又は破線状に
微小歪領域を区画形成する。

その後鋼板表面上にＰＶＤ処理によりＴｉＮ　、　Ｔｉ
ＣあまいはＴｉ　（ＣＮ）の被膜を形成させるこのとき
の被膜の厚さは０．０５〜５μｍ程度が最適である。

この被膜を形成させた後、リン酸塩とコロイダルシリカ
を主成分とする絶縁被膜を形成させ、６００℃以上の温
度で焼付・歪取り焼鈍を施すとより良好な結果が得られ
る。

（実施例１） Ｃ：　０．５６％、Ｓｔ　：　３．４６％、Ｍｎ　：　
０．０７３　　％、八！　＝０．０２３％、Ｃｕ　：　
０．１３％、Ｓｎ　：　０．０３％、Ｎ　：　０．００
７２％を含有する珪素鋼スラブを１３６０℃で６時間加
熱後熱間圧延を施して１．８ｍｍ深の熱延板とした。

その後１０５０℃の中間焼鈍を挾む２回の冷間圧延を行
って０．２３ｍｍ厚の最終冷延板としだ後８５０℃の湿
水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施した。

その後鋼板面上にＡ　ｌ　ｔ（ｈ　（６５％）　、Ｍｇ
０（３０％）、Ｚｒ０ｚ　（３％）　、Ｔｉ０ｚ（２％
）の焼鈍分離剤をスラリー塗布した後８５０℃から１１
００℃まで１０℃／ｈｒで昇温しして２次再結晶させた
後、飽水素中で１２００℃、１０時間の純化焼鈍を施し
た。

その後鋼板面上の酸化物を除去後電解研磨により中心線
平均粗さＲａ：０．１　μｍの鏡面状態に仕上げた。

その後鋼板面上で圧延方向に直角方向に微小歪を種々の
方法により導入した。

ａ）放電加工により８１間隔で０．１　ｍ−幅の線状に
導入、 ｂ）ボールペンにより６１ｍ間隔で０．３１１Ｉ幅の線
状に４人、 Ｃ）レーザー照射により８１１間隔で０．１５１ｍ幅の
点状に導入、 ｄ）プラズマジェットにより８ｍ１間隔で０．３龍幅で
線状に導入、 ｅ）ナイフにより６１１間隔で０．２ｍｍ幅の線状に導
入その後イオンプレーティング装置（ＨＣＤ法）を用い
て４００℃でＴｉＣを１．０μｍμｍ酸形成た。その後
リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁被膜層
を形成させた後８００℃で２時間Ｎ２中で歪取り焼鈍を
行った。このときの製品の磁気特性は第１表に示す。

第１表 （実施例２） Ｃ：　０．４４％、Ｓｔ　：　３．３９％、Ｍｎ　：　
０．０６８％、Ｓｅ：０．０２１％、Ｓｂ　７０．０２
６％およびＭｏ　：　０．０２５％を含有する珪素鋼連
鋳スラグを１３８０℃で６時間加熱した後熱間圧延によ
り１．８ｎｍ厚の熱延板を作成した。

その後９５０℃で３分間の中間焼鈍をはさんで２回の冷
間圧延を施して０．２（ｂｍ厚の冷延板とした。

その後８２０℃の湿水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施
した後、鋼板面上にＡ　Ｉ！ｚｏｉ（６０％）　、Ｍｇ
０（３５％）　、ＺｒＯ□（３％）　、Ｔｉ０ｚ（２％
）を含有する焼鈍分離剤をスラリー塗布した。その後８
５０℃で５０時間の２次再結晶焼鈍を施した後１１８０
℃で８時間飽水素中で純化焼鈍した。

その後鋼板面上の酸化物を除去後電解研磨により中心線
平均粗さＲａ　：　０．０８μｍの鏡面状態に仕上げた
。

その後鋼板表面上に圧延方向にほぼ直角方向にレーザー
照射して（レーザー照射条件ニスポット当りのエネルギ
ーＥ＝４．５　Ｘｌ０−’Ｊ　、スポットの直径（１”
０．２０ｍｍ、スポットの中心間間隔Ｄ＝０．３鶴、レ
ーザー走査線の間隔１＝１０龍）鋼板表面上に微小歪を
導入した。

その後イオンプレーティング装置（ＨＣＤ法）を用いて
Ｔ　ｉ　（ＣＮ）の薄膜（１，０μｍ厚）を形成させた
後、リン酸塩とコロイダルシリカを主成分とする絶縁・
被膜層の焼付処理を行った後日００℃で２時間Ｎ２中で
歪取り焼鈍を行った。そのときの製品の磁気特性は次の
ようであった。

Ｂ、。：１．９３Ｔ、　　弱、、７．。：　０．６１　
Ｗ／ｋｇ（実施例３） Ｃ：　０．０５６％、Ｓｔ　：　３．４２％、Ｍｎ　：
　０．０７８％、Ａ　１７０．０２３％、Ｎ　：　０．
００６％、Ｓ；０．０２０％、Ｍｏ　；　０．０１３％
を含有する珪素鋼連鋳スラグを１４２０℃で３時間加熱
後熱間圧延により１．５ｍｍ厚の熱延板を作成した。そ
の後９５０℃で３分間の中間焼鈍をはさんで２回の冷間
圧延を施して０．１７ｍｍ厚の冷延板とした。その後８
２０℃の湿水素中で脱炭・１次再結晶焼鈍を施した後、
鋼板面上にＡ　１２０３　（６０％）　、Ｍｇ０（３５
％）　、Ｔｌ０ｔ（５％）を含有する焼鈍分離剤をスラ
リー塗布した。その後８２０℃から８°Ｃ／ｈｒで１０
５０℃まで昇温しで２次再結晶焼鈍を施した後１２００
℃で１０時間乾水素中で純化焼鈍した。

その後鋼板面上の酸化物を除去後、電解研磨により中心
線平均粗さＲａ　：　０．０８μｍの鏡面状態に仕上げ
た。その後鋼板表面上に圧延方向に直角方向にレーザー
照射して（条件ニスポット当りのエネルギーＥ＝４．９
　ｘｌＯ−’Ｊ　、スポットの直径ｄ＝Ｑ。

１５ｍ１．スポットの中心間間隔Ｄ　＝０．２５ｔｍ、
　レーザー走査線の間隔！＝８龍）鋼板表面上に微小歪
を導入した。

その後イオンプレーティング装置　（ＨＣＤ法）を用い
てＴｉＮの薄膜（１，２μｍ厚）を形成させた。そのと
きの製品の磁気特性は次のようであった。

Ｂ、。：　１．９５　Ｔ　　、　　Ｗｔｔｚｓ。；　０
．５８　Ｗ／ｋｇ（発明の効果） この発明によれば、歪取り焼鈍で劣化のうれいがない、
超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法が確立され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は鏡面仕上した後鋼板表面上に種々の微小歪を導
入した後ＴｉＮ　薄膜を形成させたときの鉄損特性を示
す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その鋼板
   面の酸化物を除去したのち、研磨により表面を中心線平
   均粗さＲａで０．４μｍ以下の鏡面に仕上げ、ついでイ
   オンプレーティングにより、主としてＴｉＮ、ＴｉＣな
   いしはＴｉ（ＣＮ）の少なくとも一種よりなる被膜を鏡
   面仕上げ面上に被成する一方向性珪素鋼板の製造方法に
   おいて、 イオンプレーティング処理に先立ち、鏡面仕上げ面上で
   圧延方向を横切る向きに微小歪領域を区画形成させる ことを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法
   。 ２、仕上焼鈍を経た一方向性珪素鋼板につき、その鋼板
   面の酸化物を除去したのち、研磨により表面を中心線平
   均粗さＲａで０．４μｍ以下の鏡面に仕上げ、ついでイ
   オンプレーティングにより、主としてＴｉＮ、ＴｉＣな
   いしはＴｉ（ＣＮ）の少なくとも一種よりなる被膜を鏡
   面仕上げ面上に被成する一方向性珪素鋼板の製造方法に
   おいて、 イオンプレーティング処理に先立ち、鏡面仕上げ面上で
   圧延方向を横切る向きに微小歪領域を区画形成させ、 イオンプレーティング処理のあと、絶縁皮膜を重ねて被
   成する ことを特徴とする超低鉄損一方向性珪素鋼板の製造方法
   。