JP2530521B2 - 鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法 - Google Patents
鉄損の低い方向性電磁鋼板の製造方法Info
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Description
{110}<001>方位あるいは{100}<001
>方位等に配向した、いわゆる方向性電磁鋼板の製造方
法に関するものである。これらの鋼板は、軟磁性材料と
して電気機器、変圧器等の鉄芯として用いられる。
1926年に鉄の単結晶の磁気的異方性が発見されたこ
とにその端緒がある(K. Honda and S. Kaya : Sci. Re
ps.Tohoku Imp. Univ. 15, (1926) p721 )。その後、N.
P. Goss (米国特許第1,965,559号明細書)に
よって{110}<001>方位集合組織を有する鋼板
の製造方法が発明されて以来、方向性電磁鋼板の磁気特
性は大きく改善されてきた。
結晶方位の集積化は、二次再結晶と呼ばれるカタストロ
フィックな粒成長現象を利用することによって達成され
る。二次再結晶を制御するためには、二次再結晶前の一
次再結晶組織の調整とインヒビターと呼ばれる微細析出
物もしくは粒界偏析型の元素の調整が必須である。この
インヒビターは、一次再結晶組織のなかで、二次再結晶
粒となる方位以外の粒の成長を制御し、二次再結晶粒の
みを選択的に成長させる機能をもつ。
向性電磁鋼板の製造技術には、3つの種類の技術があ
る。第一の技術は、M. F. Littmannによって特公昭30
−3651号公報に開示された、MnSをインヒビター
として機能させる2回冷延工程による製造技術である。
40−15644号公報に開示された、AlN+MnS
をインヒビターとして機能させ、最終冷延における圧下
率を80%を超える強圧下とする工程を採る製造技術で
ある。第三の技術は、今中等によって特公昭51−13
469号公報に開示された、MnS(またはMnSe)
+Sbをインヒビターとして機能させる2回冷延工程に
よる製造技術である。
8 値)が1.92Tesla 前後の極めて高い集積度をもつ
方向性電磁鋼板が市販されている。一方、近年エネルギ
ー価格の高騰を反映して電気機器メーカーは省エネルギ
ー化への指向を強め、低鉄損材料が求められるようにな
っている。方向性珪素鋼板の板厚を薄くすると鉄損が低
下することは知られているが、板厚を薄くすると二次再
結晶が不安定となり、方位の集積度が劣化してしまう。
は0.20mm程度であり、更に板厚の薄い方向性電磁鋼
板を安定して製造する方法を確立することが必要となっ
てきた。
を含有する珪素鋼スラブを出発材として板厚0.15mm
以下の方向性電磁鋼板を製造する方法において、二次再
結晶の不安定性をもたらす本質的な理由を明確にした上
で、二次再結晶を安定に行わせる操業条件を提供するこ
とである。
なる材料の二次再結晶挙動を詳細に検討した結果、板厚
が薄くなると二次再結晶が不安定になるのは、仕上焼鈍
時のインヒビターの減少速度が速くなるためであり、そ
の制御因子として焼鈍分離剤としてスラリー状で塗布し
たマグネシアの水分が重要であるとの知見を得た。
して製造するための条件を構築し、本発明を創案した。
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりで
ある。 (1) 重量でSi:0.8〜4.8%、酸可溶性Al:
0.012〜0.050%、N≦0.01%、残部Fe
および不可避的不純物からなる珪素鋼帯を1回または中
間焼鈍をはさむ2回以上の冷間圧延によって0.15mm
以下の最終板厚とし、次いで一次再結晶焼鈍を行った
後、焼鈍分離剤を塗布し仕上焼鈍を施す方向性電磁鋼板
の製造方法において、マグネシアを主成分とする焼鈍分
離剤を静電塗布することを特徴とする鉄損の低い方向性
電磁鋼板の製造方法。
了するまでの窒素分圧を25%以上とすることを特徴と
する前項1記載の方法。以下、本発明を詳細に説明す
る。本発明者等は、板厚の異なる材料の二次再結晶挙動
を調査した結果、板厚によってインヒビターの減少速度
が大きく異なることを見出した。
0.027%、N:0.008%、Mn:0.14%、
S:0.007%、C:0.05%を含有し、残部Fe
および不可避的不純物からなる珪素鋼熱延板を1100
℃で2分間焼鈍した後、冷間圧延し、0.3mm厚、0.
15mm厚とした。これらの冷延板を脱炭を兼ねるために
湿水素雰囲気中830℃で2分間焼鈍し、一次再結晶さ
せた。次に二次再結晶を安定化させるためにアンモニア
雰囲気中で窒化処理を行い、全窒素量を170ppm と
し、インヒビターを強化した。その後マグネシアを主成
分とする焼鈍分離剤をスラリー状で塗布した後、N2 :
25%+H2 :75%の雰囲気ガス中で仕上焼鈍を行っ
た。
l,Si)N等)の変化挙動を調べたところ、図1に示
すように、板厚の薄い材料はインヒビターの減少が速く
進行することが分った。従って、板厚の薄い材料におい
ては、二次再結晶粒が充分に成長するために必要な期
間、他の一次再結晶粒の粒成長を抑制することができな
いために、二次再結晶が不安定となるものと考えられ
る。
を詳細に調査した結果、鋼板の界面におけるAlの酸化
過程が最大の因子であることを見出した。すなわち、図
2は二次再結晶発現時(1050℃)の板厚方向のイン
ヒビターの分布を示したものであるが、鋼板の表面層よ
りインヒビターが減少していることが分る。これはマグ
ネシアをスラリー状で塗布することによって持ち込まれ
た水和水分により鋼板直上の酸素ポテンシャルが高くな
り、鋼中のAlと反応し、Alを消費することを示すも
のと考えられる。
界面反応の影響が強くなり、全体としてのインヒビター
の減少速度が速くなるものと考えられる。そこで、鋼板
直上の酸素ポテンシャルを低く保つことが板厚の薄い材
料の二次再結晶を安定化させるために重要であると考
え、種々の条件を検討した結果、特にマグネシアを主成
分とする焼鈍分離剤をスラリー状ではなく、静電塗装法
により塗布することが有効な手段であることを見出し
た。
ては、特公昭60−17026号公報に開示されている
が、“従来より、方向性電磁鋼板の高温焼鈍時の鋼板の
焼付防止とガラス状皮膜に関する特許は多数提供されて
いるが、本発明の如く従来使用されて来た高価な仮焼マ
グネシアに変わり、極めて安価な特定の非水和性死焼マ
グネシアの使用により静電塗装方式の長時間連続操業が
可能となった工業的意義は大きい。”と述べてあるよう
に、経済的効果のみを考えており、本発明の如く、Al
N,(Al,Si)N等のインヒビターへの影響等の知
見がなかったことは明白である。
状態においては、特に仕上焼鈍時の窒素ポテンシャルは
AlNもしくは(Al,Si)N等のインヒビターの安
定性に大きく影響し、少なくとも窒素分圧を25%以
上、好ましくは50%以上とすることが有効である。以
下、本発明の実施態様を述べる。
0.8〜4.8%、酸可溶性Al:0.012〜0.0
50%、N≦0.01%、残部Feおよび不可避的不純
物であり、これらを必須成分として、それ以外は限定し
ない。Siは電気抵抗を高め、鉄損を下げる上で重要な
元素である。含有量が4.8%を超えると、冷間圧延時
に材料が割れ易くなり、圧延不可能となる。一方、Si
量を下げると仕上焼鈍時にα→γ変態を生じ、結晶の方
向性が損われるので、実質的に結晶の方向性に影響を及
ぼさない0.8%を下限とする。
(Al,Si)Nとしてインヒビターとして機能するた
めに必須の元素である。磁束密度が高くなる0.012
〜0.050%を限定範囲とする。Nは、0.01%を
超えるとブリスターと呼ばれる鋼板中の空孔を生じるの
で、0.01%を上限とする。
S,Se,B,Bi,Nb,Sn,Ti等を添加するこ
ともできる。上記溶鋼は、通常の工程により熱延板とさ
れるか、もしくは溶鋼を連続鋳造して薄帯とされる。前
記熱延板または連続鋳造薄帯は直ちに、もしくは短時間
焼鈍工程を経て冷間圧延される。
30秒〜30分間行われるが、この焼鈍は製品の磁束密
度を高めるために有用である。望む製品の磁性レベルと
コストを勘案して採否を決めるとよい。冷間圧延は、一
方向性電磁鋼板に対しては、基本的に特公昭40−15
644号公報に開示されているように、最終冷間圧延率
80%以上とすること、また二方向性電磁鋼板に対して
は、特公昭35−2657号公報または特公昭38−8
218号公報に開示された冷間圧延率40〜80%の交
叉冷間圧延を適用すればよい。
Cを除去するために必要に応じ湿水素雰囲気中で、75
0〜900℃の温度域で一次再結晶焼鈍させる。その
後、静電塗布によりマグネシアを主成分とする焼鈍分離
剤を塗布することが本発明の骨子である。仕上焼鈍は前
に述べた如く、二次再結晶完了までは窒素分圧が25%
以上の雰囲気で行うことが望ましい。
%、N:0.008%、Mn:0.14%、S:0.0
07%、C:0.05%、残部Feおよび不可避的不純
物からなる1.4mm厚の珪素鋼熱延板を、1120℃で
2分間、次いで900℃で2分間(2段焼鈍)した後、
0.15mm厚まで冷間圧延した。
830℃で1分間焼鈍し、一次再結晶させた。次いでマ
グネシアを主成分とする焼鈍分離剤を、一部は(A)ス
ラリー状で塗布し、一部は(B)静電塗布した。仕上焼
鈍はN2 :25%+H2 75%の雰囲気中で1200℃
迄昇温し、次いでH2 :100%に切り換え、1200
℃で10時間保持し、純化を行った。その後、燐酸系張
力皮膜溶液を塗布した後、レーザー照射により磁区細分
化処理を行った。得られた製品の特性は表1の通りであ
る。
晶板にマグネシアを主成分とする焼鈍分離剤を静電塗布
した。その後、仕上焼鈍において雰囲気の窒素分圧を0
〜100%の範囲内で変え、1200℃迄昇温した。次
いで、H2 :100%に切り換え、1200℃で10時
間純化焼鈍を行った。得られた製品の仕上焼鈍時の窒素
分圧と磁束密度B8及び二次再結晶率との関係を表2に
示す。
手の方向性電磁鋼板を製造する方法において、二次再結
晶を安定して行わせ、磁気特性の優れた薄手高磁束密度
電磁鋼板を安定して製造できるようになった。
Al)の変化挙動を示す図である。
方向のインヒビター(酸可溶性Al)の分布を示す図で
ある。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量でSi:0.8〜4.8%、酸可溶
性Al:0.012〜0.050%、N≦0.01%、
残部Feおよび不可避的不純物からなる珪素鋼帯を1回
または中間焼鈍をはさむ2回以上の冷間圧延によって
0.15mm以下の最終板厚とし、次いで一次再結晶焼鈍
を行った後、焼鈍分離剤を塗布し仕上焼鈍を施す方向性
電磁鋼板の製造方法において、マグネシアを主成分とす
る焼鈍分離剤を静電塗布することを特徴とする鉄損の低
い方向性電磁鋼板の製造方法。 - 【請求項2】 仕上焼鈍において、二次再結晶が完了す
るまでの窒素分圧を25%以上とすることを特徴とする
請求項1記載の方法。
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