JP3463314B2 - 磁気特性に優れた電磁鋼板の製造方法 - Google Patents

磁気特性に優れた電磁鋼板の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、特に変圧器やその他
の電気機器用鉄心素材に有利に適合する、歪取焼鈍後も
鉄損低減効果が消失しない磁気特性の優れた方向性電磁
鋼板の製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】方向性電磁鋼板は変圧器やその他の電気
機器鉄心として利用され、磁気特性に優れること、中で
も鉄損の低いことが要求される。この鉄損は概ねヒステ
リシス損と渦電流損の和で表わすことができ、ヒステリ
シス損は強い抑制力をもつインヒビターを用いることに
より、結晶方位をゴス方位、すなわち(110)<001>方位に
高度に集積させること、磁化したとき磁壁移動の際のピ
ンニング因子の生成原因となる不純物元素を低減するこ
と、等により大幅に低減されてきた。一方渦電流損につ
いては、Si含有量を増加して電気抵抗を増大させるこ
と、鋼板板厚を薄くすること、鋼板地鉄表面に地鉄と熱
膨張係数の異なる被膜を形成して地鉄に張力を付与する
こと、結晶粒の微細化により磁区幅を低減すること、等
によって低減が図られてきた。 【0003】さらに渦電流損を低減すべく、鋼板の圧延
方向と垂直な方向にレーザー光(特公昭57-2252 号公
報) 、プラズマ炎(特開昭62-96617号公報) 等を照射す
る方法が提案されている。これらの方法は、鋼板表面に
線状又は点状に微小な熱歪みを導入することにより磁区
を細分化し、鉄損を大幅に低減しようとするものであ
る。ところがこれらの方法においては、磁区細分化後に
高温での焼鈍を施すと、鉄損低減効果は消失してしまう
ため、照射処理後に歪取焼鈍を必要とする巻鉄心用素材
として用いることはできなかった。 【0004】そこで歪取焼鈍にも耐え得る磁区細分化方
法として、鋼板への溝形成を行う手法が種々提案されて
いる。例えば、最終仕上げ焼鈍後即ち二次再結晶後の鋼
板に局所的に溝を形成し、その反磁界効果によって磁区
を細分化する方法があるが、この溝の形成手段として
は、特公昭50-35679号公報に開示されている機械的な加
工や、特開昭63-76819号公報に示されているレーザー光
照射により絶縁被膜及び下地被膜を局所的に除去した後
電解エッチングする、等がある。また特公昭62-53579号
公報には、歯車型ロールで圧刻後、歪取焼鈍することで
溝形成及び再結晶を達成して磁区を細分化する方法が、
そして特開昭59-197520 号公報には最終仕上げ焼鈍前の
鋼板に溝を形成する方法が、それぞれ開示されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】これらの方法によれ
ば、歪取焼鈍後も磁区細分化効果を維持できるが、一方
鉄損の低減幅は、上記したレーザー光やプラズマ炎等を
照射する方法と比較すると不十分で、さらなる低鉄損化
が望まれている。 【0006】この発明は、上記問題を有利に解決するも
ので、歪取焼鈍後においても鉄損の劣化のない、低い鉄
損の方向性電磁鋼板を、安定してしかも低コストで製造
し得る方法について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、方向性電磁
鋼板の低鉄損化を安定して図れる製造方法の開発を目的
として鋭意実験および検討を重ねた結果、最終冷延板に
局所的に溝を形成する方法において、その溝の形状に工
夫を加えることによって、従来に比べてさらに低い鉄損
が得られることを新たに知見し、この発明を完成させ
た。 【0008】すなわちこの発明は、含けい素鋼素材を熱
間圧延した後、1回または中間焼鈍を挟む2回以上の冷
間圧延を施して最終製品板厚とし、しかる後脱炭焼鈍、
次いで仕上げ焼鈍を施す一連の工程からなる方向性電磁
鋼板の製造方法において、最終冷間圧延後の鋼板に、そ
の圧延方向とほぼ直交する向きに延びる線状溝を、圧延
方向に所定間隔で多数本形成するに当たり、該線状溝の
少なくとも1つの外縁は、少なくとも2直線が相互に角
度を成す配置で組合わされた屈曲部分を有する要素を、
各要素の板幅方向の長さを50〜100 μmとして、圧延方
向とほぼ直交する向きに、複数配列した構成に成ること
を特徴とする、磁気特性に優れた電磁鋼板の製造方法で
ある。 【0009】また、線状溝は、平均幅:30〜300 μm お
よび平均深さ:5〜100 μm で、圧延方向に対して60〜
90°の角度で延び、この線状溝を圧延方向に1mm以上の
平均間隔で配列することが、鉄損の低減にはとりわけ有
利である。 【0010】ここで、この発明の素材である含珪素鋼と
しては、従来公知の成分組成のものいずれもが適合する
が、代表組成を掲げると次のとおりである。 C:0.01〜0.10wt%(以下単に%と示す) Cは、熱間圧延、冷間圧延中の組織の均一微細化のみら
なず、ゴス方位の発達に有用な成分であり、少なくとも
0.01%以上の添加が好ましい。しかしながら0.10%を超
えて含有されるとかえってゴス方位に乱れが生じるので
上限は0.10%程度が好ましい。 【0011】Si:2.0 〜4.5 % Siは、鋼板の比抵抗を高め鉄損の低減に有効に寄与する
が、4.5 %を上回ると冷延性が損なわれ、一方2.0 %に
満たないと比抵抗が低下するだけでなく、2次再結晶・
純化のために行われる最終高温焼鈍中にα−γ変態によ
って結晶方位のランダム化を生じ、十分な鉄損改善効果
が得られないので、Si量は2.0 〜4.5 %程度とするのが
好ましい。 【0012】Mn:0.02〜0.12% Mnは、熱間脆化を防止するため少なくとも0.02%程度を
必要とするが、あまりに多すぎると磁気特性を劣化させ
るので上限は0.12%程度に定めるのが好ましい。 【0013】インヒビターとしては、いわゆるMnS,MnSe
系とAlN 系とがある。まず、 MnS, MnSe系の場合は、S
e, Sのうちから選ばれる少なくとも1種を、0.005 〜
0.06%の範囲で含有する。Se, Sは、いずれもインヒビ
ターとして有力な元素である。抑制力確保の観点から
は、少なくとも0.005 %程度を必要とするが、0.06%を
超えるとその効果が損なわれるので、その下限、上限は
それぞれ0.01%, 0.06%程度とするのが好ましい。 【0014】AlN 系の場合は、Al:0.005 〜0.10%,
N:0.004 〜0.015 %の範囲で含有する。AlおよびNの
範囲についても、上述したMnS, MnSe系の場合と同様な
理由により、上記の範囲に定めた。ここに上記した Mn
S, MnSe系および AlN系はそれぞれ併用が可能である。 【0015】インヒビター成分としては上記したS, S
e, Alの他、Cu, Sn, Cr、Ge, Sb, Mo, Te, BiおよびP
なども有利に適合するので、それぞれ少量併せて含有さ
せることもできる。ここに上記成分の好適添加範囲はそ
れぞれ、Cu, Sn, Cr:0.01〜0.15%、Ge, Sb, Mo, Te,
Bi:0.005 〜0.1 %、P:0.01〜0.2 %であり、これら
の各インヒビター成分についても、単独使用および複合
使用いずれもが可能である。 【0016】 【作用】鋼板表面に線状溝を導入すると、電磁鋼板が磁
化されたときに自由磁極が生じ、その反磁界による磁気
エネルギーを減少させるように磁区幅が減少することが
知られている。そしてこの発明では、この鋼板表面に導
入する線状溝に関し、その少なくとも1つの外縁は、少
なくとも2直線が相互に角度を成す配置で組合わされた
要素を、圧延方向とほぼ直交する向きに、複数配列した
構成にすることによって、磁区幅の減少をさらに促進す
るのである。 【0017】ここで、少なくとも2直線が相互に角度を
成す配置で組合わされた要素を複数配列した構成とは、
2直線の接合部を山形の頂点とする形状や3直線が台形
状に接合する形状などの多角形の一部または全部の輪郭
形状が、その典型例である。すなわち、まず圧延方向と
ほぼ直交する向きに連続する線状溝の場合には、その具
体例を図1(a) 〜(c) に示すように、線状溝の両側また
は片側の外縁はジグザグ状となり、また図1(a) および
(c) に示した線状溝を不連続化すると、図1(d) および
(e) に示す線状溝となる。さらに、図1(f) は、3直線
を台形状に接合した外縁を有する線状溝である。なお、
直線同士の接合部に、図2に示すように、適当な曲率を
持たすようにしても一向に構わない。 【0018】図1に示した線状溝の形状に共通するの
は、その外縁の各構成要素において、直線の接合部が屈
曲していることであり、一方この屈曲部分には磁壁が発
生し易いため、直線の接合数を十分に多くすることによ
って、全く屈曲のない直線状溝を導入する場合に比べ
て、磁区幅を狭くすることができる。従って、図1に示
す、各要素の板幅方向の長さlを直線溝における磁区幅
よりも狭くすることによって、磁壁移動による渦電流損
を直線溝よりも低減することが可能となるのである。 【0019】ここで、上記の理由から、長さlは50〜10
0 μm とする。また、2直線がなす角度αに関して、そ
の下限は特に規定しないが、角度が小さ過ぎると磁区細
分化効果が十分に発揮されないため、20°以上にするこ
とが望ましい。一方、角度が180 °に近づき過ぎると、
磁区細分化効果がかえって失われるため、150 °以下と
することが望ましい。 【0020】なお、線状溝の形成は、最終冷間圧延後ま
たは脱炭焼鈍後に行うことができる。最終冷間圧延後に
線状溝を形成する場合は、レジスト−電解エッチング法
等の電気化学的方法および酸洗等の化学的方法のいずれ
でもよい。すなわち、この発明にかかる形状を有する溝
部以外の非腐食部にレジスト剤を塗布することにより、
容易に溝形成を達成できる。 【0021】 【実施例】C:0.040 %、Si:3.32%、Mn:0.066 %、
Mo:0.012 %、Se:0.020 %およびSb:0.025 %を含有
する珪素鋼スラブを、1360℃で3時間加熱後、熱間圧延
して2.4 mm厚の熱延板とした後、970 ℃で3分間の中間
焼鈍を挟む2回の冷間圧延を施して0.23mm厚の最終冷延
板とした。次いで仕上焼鈍を施す前の鋼板に、図1(a)
に示したところに従う、線状溝の形状に対応する形状の
非塗布部を残してレジストインキを塗布しマスキングし
た。レジストインキの塗布は、グラビアオフセット印刷
によって行い、アルキド系樹脂を主成分とするグラビア
インキを用いた。 【0022】ここで、非塗布部は、板幅方向に対する傾
きが8〜80°の範囲で交互に逆向きとなって山形を成す
板幅方向の長さが100 μm の要素の繰り返しによる、幅
100μmの折れ線とした。このような折れ線からなる非
塗布部を、圧延方向に間隔3mm毎に残した。次に、鋼板
にNaCl浴を用いた電解エッチング処理を施すことによ
り、深さ20μmの折れ線状の溝を形成した。 【0023】なお、電解エッチングはNaCl水溶液中で電
流密度10A/dm2 および電解時間20sの条件で行った。 【0024】その後、レジスト剤を除去し、脱炭焼鈍、
次いで仕上焼鈍を施したのち、張力コーティングを塗布
焼き付けして、800 ℃で3時間の歪取焼鈍を施した。 【0025】また比較のため、最終冷延板に対し線状溝
形成処理を施さない鋼板、および深さ20μm、幅100 μ
m、圧延方向の間隔3mmで、板幅方向に平行な直線状溝
を同様の手法で形成してレジスト剤を除去したのちの鋼
板に対し、それぞれ脱炭焼鈍以降は同様に一連の工程を
施した。 【0026】かくして得られた歪取焼鈍後の鋼板から、
エプスタイン試験片を、その長手方向が圧延方向と一致
するように切り出し、それぞれの磁気特性を測定した結
果を表1に示す。 【0027】 【表1】【0028】表1から、鋼板に線状溝を導入することに
よって磁気特性が向上すること、特に線状溝をこの発明
に従う形状にすることによって、鉄損が大幅に向上する
ことがわかる。なお、上記した線状溝のほかにも、図1
(b) 〜(f) に示した線状溝についても同様の評価を行っ
たところ、表1と同様の結果を得た。 【0029】 【発明の効果】この発明によれば、磁気特性が良好で安
定しており、特に歪取焼鈍を行った後も磁気特性の劣化
がきわめて小さい方向性電磁鋼板を安定して製造するこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】 【図1】この発明に適合する溝形状を示す模式図であ
る。 【図2】直線の接合部を示す拡大図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C21D 8/12 H01F 1/16

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 含けい素鋼素材を熱間圧延した後、1回
    または中間焼鈍を挟む2回以上の冷間圧延を施して最終
    製品板厚とし、しかる後脱炭焼鈍、次いで仕上げ焼鈍を
    施す一連の工程からなる方向性電磁鋼板の製造方法にお
    いて、最終冷間圧延後の鋼板に、その圧延方向とほぼ直
    交する向きに延びる線状溝を、圧延方向に所定間隔で多
    数本形成するに当たり、該線状溝の少なくとも1つの外
    縁は、少なくとも2直線が相互に角度を成す配置で組合
    わされた屈曲部分を有する要素を、各要素の板幅方向の
    長さを50〜100 μmとして、圧延方向とほぼ直交する向
    きに、複数配列した構成に成ることを特徴とする、磁気
    特性に優れた電磁鋼板の製造方法。
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