JP2650817B2

JP2650817B2 - 被膜特性及び磁気特性に優れた一方向性けい素鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2650817B2
Application number: JP19207492A
Authority: JP
Inventors: 宏威石飛; 勝郎山口; 力上
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH0633138A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トランス等の鉄心に
用いて好適な、(110)<001>方位を主方位とする、磁束密
度の高い一方向性けい素鋼板の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】AlN を主要なインヒビターとし、最終冷
間圧延を80％以上の圧下率で行う一方向性けい素鋼板の
製造方法については、特公昭40-15644号公報に代表され
る、多くの技術が開示されている。このAlN を主要イン
ヒビターとする一方向性けい素鋼板の特徴は、高磁束密
度が得られるところにあるが、一方で２次再結晶粒径が
大きいために、渦電流損が高くなって低鉄損が得られ
ず、また２次再結晶が安定せず磁束密度のばらつきが大
きいという欠点があった。

【０００３】これらの欠点のうち、渦電流損の低減につ
いては、特公昭57-2252 号公報に開示されたレーザービ
ームを鋼板に照射する方法、また特公昭61-39395号公報
に開示された熱膨張係数の異なる領域を形成する方法等
の、人工的に磁区を細分化する技術により改善されつつ
ある。一方、２次再結晶は同一条件で製造を行っても変
動する、いわば確率現象であるため、その安定化のため
の制御は困難を伴い、特に0.23mm厚以下の薄板の場合で
は、AlN 等のインヒビターは仕上焼鈍中に分解し勝ち
で、その抑制力が不安定になりやすく、したがって２次
再結晶はますます不安定になる。ここに２次再結晶を安
定化させる技術として、特公昭57-9419 号公報及び特開
昭58-217630 号公報には、Sn及び／又はCuを添加する方
法が、また特開昭61-157632 号公報には、SbとCuとを添
加する方法がそれぞれ開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、AlN を主要イ
ンヒビターとし、さらにSbを含有する成分系において
は、sol.AlとSbの両者が脱炭焼鈍において表面濃化し、
表面の酸化を抑制することから、引き続いて行われる最
終仕上焼鈍過程における表面のフォルステライト被膜形
成が不均一になって、密着性の脆弱な被膜となりやすい
傾向があった。

【０００５】このように被膜が劣悪であると、表面の絶
縁抵抗が劣化するばかりでなく、せん断加工や巻トラン
スの製造時に被膜がはく離し、実機特性を大きく損なう
ことになる。また被膜の引張応力が低下することから、
鉄損（渦電流損）特性が劣化するとともに、磁気歪みも
増大して、トランス騒音が大きくなるなど、製品品質に
多大な悪影響を及ぼす。さらに、被膜形成が正常に行わ
れない場合は、表層のインヒビターの挙動に悪影響を及
ぼし、２次再結晶も正常に行われなくなる確率が増え
る。

【０００６】この発明は、特にAl−Sbを含有する成分系
の一方向性けい素鋼板の製造において憂慮されていた上
記の問題を有利に解決し、安定して被膜特性及び磁気特
性に優れた製品を得ることのできる製造方法を提案する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、AlN とSbを
インヒビターの必須成分として含有する一方向性けい素
鋼板の製造方法に関し、フォルステライト被膜特性を向
上し、ひいては磁気特性の向上及び安定化を図るべく種
々の検討を行ったところ、特定の性状を有するMgO を、
焼鈍分離剤の主成分として用いることにより前記目的を
達成できることを見出した。この発明は、上記の知見に
由来するものである。

【０００８】すなわちこの発明は、Si：2.5 〜4.0 wt
％、酸可溶性Al：0.01〜0.05wt％及びSb：0.01〜0.20wt
％を含有するけい素鋼スラブを熱間圧延し、次いで熱延
板焼鈍及び１回又は中間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施
して最終板厚とした後、脱炭・１次再結晶焼鈍を施し、
次いでMgO を主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、仕
上焼鈍を施す一連の製造工程からなる一方向性けい素鋼
板の製造方法において、焼鈍分離剤成分のMgO は、くえ
ん酸活性度が、最終反応率40％の条件で100 〜400 秒、
最終反応率80％の条件で1000〜4000秒であり、しかも水
和水分量が、20℃，60分間の条件で2.5 ％以下であり、
さらに平均粒子径が2.5 μm 以下でかつ325 メッシュの
不通過分が５％以下であることを特徴とする被膜特性及
び磁気特性に優れた一方向性けい素鋼板の製造方法であ
る。

【０００９】

【作用】一方向性けい素鋼板の焼鈍分離剤として用いら
れるMgO に関しては、これまでにも種々の物性のものが
提案されている。例えば、特公昭49-29409号公報には、
かさ重量0.18〜0.30g/ccの重質低活性MgO を、水和量が
１〜４％のスラリーとして塗布することが示されてい
る。また、特公昭52-31296号公報には、SO₃が0.2％以
下、Clが0.04％以下で、かさ重量が0.18〜0.30g/cc、粒
度分布が特定範囲であるMgO について示されている。ま
た、特公昭54-14566号公報には、不純物が特定範囲にあ
りかつ20℃、30分の水和量が８％以下で100 メッシュ通
過325 メッシュ不通過分が１〜20％であるMgO について
示されている。さらに特公昭57-45472号公報には、くえ
ん酸との反応時間で示される、くえん酸活性度が特定範
囲のMgO が提示されている。

【００１０】ところで、最終仕上焼鈍によって形成する
フォルステライト被膜は、脱炭・１次再結晶焼鈍の際
に、鋼板表層に生成する酸化物（SiO₂、Fe₂SiO₄等）
と、焼鈍分離剤として塗布されたMgO との固相反応によ
って生成するものであるから、MgO の物性のみならず、
この鋼板表層の酸化物層の性状の影響を強く受ける。す
なわち、酸化物の量が不足すると、不均一で密着性の悪
い被膜しか生成しない。また、酸化物のうち、鉄酸化物
の量が多すぎると、ピンホール状に地鉄の露出した、極
めて品質の悪い被膜ができてしまう。

【００１１】ここにおいて、AlN を主要インヒビターと
し、かつSbを含有する成分系の一方向性けい素鋼の製造
にあたって、前述のようなこれまでに提案されたMgO
は、活性すぎて、安定して良好な被膜を形成することが
困難であった。その理由は、前述したようにAlN を主要
インヒビターとし、かつSbを含有する成分系のけい素鋼
が、脱炭・１次再結晶焼鈍において酸化されにくいこと
に起因する。そこで、酸化量を増加させるべく脱炭焼鈍
の温度や雰囲気の露点を高めると、酸化層中の鉄酸化物
が増加するから、最終仕上焼鈍で形成するフォルステラ
イト被膜は、劣悪にならざるを得なかった。

【００１２】これらのことから、発明者らはAl−Sbを含
有する成分系の一方向性けい素鋼板の焼鈍分離剤に供す
るMgO の好適な物性について種々の検討を行い、その結
果、従来知られているものよりも、さらに低活性である
MgO が好適なことを見出した。

【００１３】脱炭・１次再結晶焼鈍において酸化し難い
素材に対し、より低活性なMgO が被膜形成に関して好適
であることは、一見、矛盾した現象のようにみえる。し
かしながら、その理由は、以下のとおりと考えられる。
焼鈍分離剤を塗布され、コイル状に巻かれたけい素鋼板
が仕上焼鈍される際、昇温過程の800 ℃付近まではMgO
の水和水分が徐々に放出されるため、コイル層間がウェ
ットな状態に保たれる。このとき、鋼板表面は、H₂O に
より、いわゆる追加酸化を受けるわけであるが、その酸
化量は、脱炭・１次再結晶焼鈍により生成した酸化層の
性状に左右される。Al−Sbを含有する成分系の一方向性
けい素鋼では、表層に生成している酸化量が少ないため
に、この追加酸化の際は鉄酸化物を多く生成する。ここ
に生成した鉄酸化物のうち、FeO は、MgO と固溶してｘ
FeO ・ｙMgO をつくり、高温でのフォルステライト被膜
形成に悪影響を及ぼす。またFe₂SiO₄もMgO と固溶して
フォルステライト（Mg₂SiO₄）に移行しつつ、FeOを遊
離するため、同様な悪影響をもたらす。また、脱炭・１
次再結晶焼鈍のときから表層へのAlやSbの濃化が不均一
に起こること、コイル層間のH₂O 分圧も不均一であるこ
と等の理由のため、この追加酸化自体も不均一になる傾
向があり、この点でも被膜の均一性に悪影響があった。

【００１４】このように、フォルステライト被膜へ悪影
響を及ぼす原因は、MgO の水和水分に由来する追加酸化
とその不均一さである。そこで、この発明に従い、より
低活性のMgO を用いることにより、この追加酸化を抑制
することが可能になるから、Al−Sbを含有する成分系の
一方向性けい素鋼でも均一、良好な被膜を形成し得るも
のと考えられる。

【００１５】またAlN を主要インヒビターとする一方向
性けい素鋼の２次再結晶温度は、インヒビターの抑制力
が強いために900 〜1000℃付近であり、MnS やMnSeを主
要インヒビターとするけい素鋼の２次再結晶温度800 〜
900 ℃に比べて高い。このため、仕上焼鈍中の表面酸化
は、インヒビターの分解や粗大化を左右し、２次再結晶
挙動にも強く影響する。したがって、追加酸化が多い
と、表面被膜のみならず、磁気特性も著しく劣化させる
ことが多い。それ故に、Al−Sbを含有する成分系の一方
向性けい素鋼の製造においては、低活性MgO の使用が磁
気特性の安定化の観点からも重要である。

【００１６】以上の知見をもとに、種々の実験を行った
ところ、MgO の好適な活性度は、くえん酸活性度及び水
和水分量によって示し得ることが分かった。まずくえん
酸活性度の評価法について述べる。 1) 0.4規定のくえん酸水溶液100cm³をビーカーにとり、
30℃に保つ。ビーカ内には磁気回転子を入れておく。 2) 秤量したMgO をビーカー内に投入する。MgO の投入
量は、所望の最終反応率によって変え、最終反応率が40
％の場合は、2.00 g、80％の場合は1.00 gとする。（
0.4規定のくえん酸水溶液100cm³は、0.8 g のMgO と反
応する。） 3)MgO をビーカー内に投入した時から正確に10秒後にス
ターラーのスイッチを入れ、磁気回転子を回転させる。
この間、液温は30℃±１℃に保つ。 4)スラリーのpHが8.0 になった時点を反応終了とし、Mg
O を投入した時からの時間を計り、その秒数をくえん酸
活性度とする。

【００１７】このようにして評価するくえん酸活性度に
おいて、従来、一方向性けい素鋼の焼鈍分離剤として用
いられていたMgO は、例えば前掲特公昭57-45472号公報
に示されたMgO では、低活性と雖もくえん酸活性度が最
終反応率40％の場合に約40〜80秒であって、この発明の
MgO よりも活性度が高いものであった。なお、特公平４
-25349号公報には、焼鈍分離剤として、MgO にCaO とＢ
とを添加し、くえん酸活性度が60〜250 秒であるもの
が、一方向性電磁鋼板の優れたグラス被膜や磁気特性に
有効である旨、述べられているが、この発明のMgO は、
最終反応率40％でのくえん酸活性度だけでなく、80％で
のくえん酸活性度も考慮する点が特徴である。すなわ
ち、MgO の調製条件次第で活性度分布は変化し、くえん
酸最終反応率40％での活性度が同一であっても、活性度
分布が狭いものは80％でのくえん酸活性度の値の増加割
合が小さいことは、前掲特公昭57-45472号公報に記載さ
れたとおりであり、ここにおいて、この発明で用いるMg
O は、最終反応率80％におけるくえん酸活性度が1000〜
4000秒と広い活性度分布を有するものである。

【００１８】以上のようなくえん酸活性度が、最終反応
率40％の条件で100 秒未満、最終反応率80％の条件で10
00秒未満の活性度分布の場合には、活性すぎて不均一で
欠陥の多い被膜しか生成しない。また、最終反応率40％
の条件で400 秒を超え、最終反応率80％の条件で4000秒
を超える活性度分布の場合には、MgO の反応性が低すぎ
て、薄く、粗雑な、密着性の悪い被膜しか生成しない。
より好適な活性度分布は、最終反応率40％の条件で150
〜350 秒、最終反応率80％の条件で1500〜3500秒であ
る。

【００１９】この発明に従うくえん酸活性度のMgO の製
造にあたっては、原料物質（例えば水酸化マグネシウ
ム、炭酸マグネシウム、塩基性炭酸マグネシウム等）の
焼成において、950 ℃以上の高温で焼成した、異なる活
性度のものを混合する方法や、バッチ炉焼成によって、
焼成炉内の温度分布を調整することにより、目的とする
活性度分布のMgO を得ることができる。

【００２０】さらにMgO の活性度に関しては、20℃、60
分間の条件における水和水分量が2.5 ％以下である必要
がある。2.5 ％を超える水和水分量では、最終仕上焼鈍
中の追加酸化が多くなって、被膜、磁気特性ともに不良
となる。

【００２１】さらに均一な被膜を得るために、MgO 粒
は、平均粒子径が2.5 μm 以下であることを必要とす
る。フォルステライト被膜形成反応は、鋼板表面の酸化
物（SiO₂、Fe₂SiO₄）とMgO との固相反応であるため、
MgO の粒子径の影響を強く受ける。平均粒子径が2.5 μ
m を超えると、この固相反応が不均一となって良好な被
膜が得られない。また同様な理由から、MgO の粒度分布
に関し、325 メッシュの不通過分が５％以下であること
が、所期した製品品質を得るために必要であり、不通過
分が５％を超えると、被膜が不均一となる。

【００２２】この発明の焼鈍分離剤としては、分離剤に
通常添加される成分、例えば、TiO₂やチタン酸塩、ほう
酸又はほう酸塩、Sr化合物、Mn化合物等を添加すること
は何ら差し支えない。

【００２３】次にこの発明の製造方法を適用するけい素
鋼素材の成分組成範囲を限定理由は次のとおりである。 Si：2.5 〜4.0 wt％ Si量が2.5 wt％に満たないと、良好な鉄損が得られず、
一方4.0 wt％を超えると冷間圧延性が著しく劣化するた
め、2.5 〜4.0 wt％の範囲とした。酸可溶性Al：0.01〜0.05wt％酸可溶性Alは、インヒビターとしてのAlN を形成するた
めに必要であり、含有量を0.01〜0.05wt％の範囲とす
る。酸可溶性Alの含有量が、0.01wt％に満たないと、イ
ンヒビターとしての作用が低下して、製品の磁束密度の
低下を招き、一方0.05wt％を超えると、２次再結晶が不
安定になる。 Sb：0.01〜0.20wt％ Sbは、１次再結晶集合組織を改善し、(110)<001>方位結
晶粒の成長性を良好にし、磁気特性を安定して向上させ
るために必要であり、Sb量が0.01wt％未満では、その効
果が乏しく、一方0.20wt％を超えると、脱炭性やフォル
ステライト被膜形成性を損なうため、0.01〜0.20wt％の
範囲とする。

【００２４】鋼成分としては、この他、Ｃを0.02〜0.12
wt％程度と、インヒビター構成成分としてＮを通常の範
囲（0.004 〜0.01wt％程度）で含有するものであり、さ
らに必要に応じて、Mn、Ｓ、Se等を含有してもよい。そ
の含有量は、それぞれ、Mn：0.03〜0.15wt％程度、Ｓお
よび／又はSeを合計で0.01〜0.05wt％程度ある。さら
に、２次再結晶を、磁気特性上、より有利なものとする
ために、CuやSnなどを、それぞれ0.02〜0.20 wt％程
度、0.02〜0.20wt％程度含有させることも可能である。

【００２５】次に製造工程については、上記の成分組成
に調整したけい素鋼素材を、通常1400℃以上の高温に加
熱したのち、公知の方法によって、板厚２〜３mm程度の
熱延母板とする。次いで900 〜1200℃の温度範囲で熱延
板焼鈍を施し、酸洗したのち、１回の冷間圧延、または
900 〜1200℃の温度範囲で焼鈍を挟む２回以上の冷間圧
延によって、最終板厚0.15〜0.35mm程度の冷延板に仕上
げるが、この冷間圧延で最終板厚に仕上げる際の冷延率
は80〜95％の範囲が望ましい。この最終冷延板は脱脂し
たのち、湿水素雰囲気中で800 〜900 ℃の温度範囲で脱
炭焼鈍してＣ量を0.003 wt％以下にする。その後MgO を
主成分とする焼鈍分離剤を塗布した後、ドライH₂雰囲気
1100〜1250℃の高温で、仕上焼鈍を行う。そして最後に
絶縁コーティングを施して一方向性けい素鋼板製品とす
る。

【００２６】

【実施例】

実施例１Ｃ：0.060 wt％、Si：3.12wt％、Mn：0.075 wt％、Se：
0.023 wt％、酸可溶性Al：0.024 wt％、Ｎ：0.0084wt
％、Sb：0.032 wt％を含有し、残部は実質的にFeの組成
からなるけい素鋼スラブを1420℃で20分間加熱後、熱間
圧延により2.3 mm厚の熱延板とした。この熱延板を、10
50℃で２分間加熱したあと、ミスト噴射により急冷し、
次いで冷間圧延を施して0.30mmに仕上げた。この冷間圧
延後は、H₂45％−N₂55％，露点63℃の雰囲気中で840
℃、４分間の脱炭・１次再結晶焼鈍を行った。この板か
ら、多数のテストピースを切り出し、焼鈍分離剤をスラ
リー状態で塗布後乾燥させた。この時の焼鈍分離剤とし
て、MgO は表１に示す種々の特性を有するものを用い、
さらに添加物としてTiO₂２％をそれぞれに添加した。な
お、MgO の物性は、MgO 製造時の焼成条件と粉砕条件と
を変更して変化させた。焼鈍分離剤を塗布した鋼板は、
H₂雰囲気で1200℃、20時間の仕上焼鈍に供した。

【００２７】

【表１】

【００２８】かくして得られた製品の被膜外観、被膜密
着性及び磁気特性を表１に併記する。ここに平均粒子径
は、光透過法により測定したものであり、また被膜密着
性は、被膜がはく離しない最小曲げ直径で示す。表１か
ら明らかなように、適合例においては、外観、密着性と
も良好で、磁気特性も優れた製品が得られている。

【００２９】実施例２Ｃ：0.062 wt％、Si：3.09wt％、Mn：0.076 wt％、Se：
0.021 wt％、Ｓ：0.004 wt％、酸可溶性Al：0.025 wt
％、Ｎ：0.0080wt％、Sb：0.030 wt％、Mo：0.02wt％、
Cu：0.01wt％、Sn：0.10wt％を含有し、残部は実質的に
Feの組成からなるけい素鋼スラブを1420℃で20分間加熱
後、熱間圧延により2.0 mm厚の熱延板とした。この熱延
板を、1050℃で２分間加熱したあと、ミスト噴射により
急冷し、次いで冷間圧延を施して0.23mmに仕上げた。こ
の冷間圧延後は、H₂55％−N₂45％，露点65℃の雰囲気中
で830 ℃、３分間の脱炭・１次再結晶焼鈍を行った。こ
の板から、多数のテストピースを切り出し、焼鈍分離剤
をスラリー状態で塗布後乾燥させた。この時の焼鈍分離
剤として、MgO は表２に示す種々の特性を有するものを
用い、さらに添加物としてSrSO₄：１％、MnO₂：1.5 ％
を、それぞれに添加した。焼鈍分離剤を塗布した鋼板
は、H₂雰囲気で1200℃、10時間の仕上焼鈍に供した。

【００３０】

【表２】

【００３１】かくして得られた製品の被膜外観、被膜密
着性及び磁気特性を表２に併記する。平均粒子径及び被
膜密着性の測定は、実施例１と同様である。表２から明
らかなように、適合例においては、外観、密着性とも良
好で、磁気特性も優れた製品が得られている。

【００３２】

【発明の効果】この発明の一方向性けい素鋼板の製造方
法は、焼鈍分離剤の成分としてのMgOとして、くえん酸
活性度が、最終反応率40％の条件で100 〜400 秒、最終
反応率80％の条件で1000〜4000秒であり、しかも水和水
分量が、20℃，60分間の条件で2.5 ％以下であり、さら
に平均粒子径が2.5 μm 以下でかつ325 メッシュの不通
過分が５％以下であるものを用いることにより、Al及び
Sbを含有する成分系の鋼板の製造において均一で密着性
の優れた被膜を有し、かつ磁気特性の優れた製品を安定
して得ることができる。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】 Si：2.5 〜4.0 wt％、酸可溶性Al：0.01
〜0.05wt％及びSb：0.01〜0.20wt％を含有するけい素鋼
スラブを熱間圧延し、次いで熱延板焼鈍及び１回又は中
間焼鈍を挟む２回の冷間圧延を施して最終板厚とした
後、脱炭・１次再結晶焼鈍を施し、次いでMgO を主成分
とする焼鈍分離剤を塗布した後、仕上焼鈍を施す一連の
製造工程からなる一方向性けい素鋼板の製造方法におい
て、焼鈍分離剤成分のMgO は、くえん酸活性度が、最終反応
率40％の条件で100 〜400 秒、最終反応率80％の条件で
1000〜4000秒であり、しかも水和水分量が、20℃，60分
間の条件で2.5 ％以下であり、さらに平均粒子径が2.5
μm 以下でかつ325 メッシュの不通過分が５％以下であ
ることを特徴とする被膜特性及び磁気特性に優れた一方
向性けい素鋼板の製造方法。