JP4184755B2

JP4184755B2 - 一方向性電磁鋼板

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Publication number: JP4184755B2
Application number: JP2002319990A
Authority: JP
Inventors: 英一難波; 勝幸柳原; 聡新井; 修一山崎; 文和安藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2021-07-16
Also published as: JP2003183790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として変圧器その他の電気機器等の鉄心として利用される方向性電磁鋼板に関するものである。特に、脱炭焼鈍の昇温速度およびその雰囲気を制御することにより優れた皮膜特性と高磁場鉄損特性を有する極めて高い磁束密度を有する方向性電磁鋼板が提供される。
【０００２】
【従来の技術】
多くの電気機器に磁気鉄心として用いられる方向性電磁鋼板は、通常Ｓｉを２〜７％含有し、製品の結晶組織を｛１１０｝＜００１＞方位に高度に集積させた鋼板である。方向性電磁鋼板の製品特性は鉄損特性と励磁特性の両方で評価される。鉄損を少なくすることは、電気機器として使用する際に熱エネルギーとして奪われる損失を少なくするため、省エネルギーの点で有効である。
【０００３】
一方、励磁特性を高めることは電気機器の設計磁束密度を高めることが可能となり機器の小型化に有効である。製品の結晶組織を｛１１０｝＜００１＞方位に集積することは、励磁特性を高め鉄損低減にも有効であるため、近年多くの研究が重ねられ、様々な製造技術が開発されてきた。
【０００４】
磁束密度向上のための典型的な技術の一つに、特許文献１に開示されている製造方法が挙げられる。これは、ＡｌＮとＭｎＳをインヒビターとして機能させ、最終冷延工程における圧下率を８０％を超える強圧下とする製造方法である。この方法により、｛１１０｝＜００１＞方位に結晶粒の方位が集積し、Ｂ8 （８００Ａ／ｍにおける磁束密度）が１．８７０Ｔ以上の高磁束密度を有する方向性電磁鋼板が得られる。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭４０−１５６４４号公報
【０００６】
さらに磁束密度を向上させる技術として、特許文献２では、溶鋼に１００〜５０００ｇ／ｔのＢｉを添加する方法が開示され、Ｂ8 が１．９５Ｔ以上の製品が得られるようになった。
【０００７】
【特許文献２】
特開平６−８８１７１号公報
【０００８】
さらに、特許文献３には、素材の組成成分にＢｉを０．０００５〜０．０５％を含有させ脱炭焼鈍する前に１００℃／秒以上の加熱速度で７００℃以上の温度域へ急速に加熱する方法が開示され、これによりコイル全長、全幅にわたり二次再結晶を安定化させ、コイル内全ての個所において工業的に安定してＢ8 が１．９５Ｔ以上得られるようになった。
【０００９】
【特許文献３】
特開平８−１８８８２４公報
【００１０】
一方、鉄損低減の方法として、特許文献４には、鋼板にレーザー処理を施す方法、さらに特許文献５には、鋼板に機械的な歪を導入する方法等、磁区を細分化する様々な方法が開示されている。一般的に方向性電磁鋼板の鉄損はＪＩＳＣ２５５３でＷ17/50 （Ｂ8 １．７Ｔ、５０Hzの励磁条件下でのエネルギー損失）で評価され、グレード分けされているが、近年では、トランスの小型化を図るために、励磁磁束密度を１．７Ｔ以上とする場合や１．７Ｔであってもトランスの鉄心の局部的には１．７Ｔ以上の磁束密度となることが明らかとなっており、高磁場（例えばＷ19/50 ）での鉄損が少ない鋼板が求められている。
【００１１】
【特許文献４】
特公昭５７−２２５２号公報
【特許文献５】
特公昭５８−２５６９号公報
【００１２】
高磁場鉄損の優れた方向性電磁鋼板として、特許文献６に、鋼板の結晶方位を｛１１０｝＜００１＞の理想方位に対して、平均値で５度以下のずれとし、鋼板の１８０℃磁区幅の平均が０．２６超〜０．３０mm以下、または、鋼板の磁区幅の０．４mm超の面積率を３％超〜２０％以下とするものが開示されている。その製造方法として、特許文献７に脱炭焼鈍する直前に、１００℃／ｓ以上の加熱速度で８００℃以上の温度に加熱処理する方法が開示されている。しかし、得られた高磁場鉄損は最も低いもので、Ｗ19/50 ＝１．１３Ｗ／kgであり更なる高磁場低鉄損を有する方向性電磁鋼板が望まれている。
【００１３】
【特許文献６】
特開２０００−３４５３０６号公報
【特許文献７】
特開２０００−３４５３０５号公報
【００１４】
ここで一方向性電磁鋼板の表面に形成される電気的に絶縁性を有する被膜について説明する。かかる被膜は絶縁性を保持する役割のほか、鋼板に比較して熱膨張係数が小さいため鋼板に引っ張り応力を付与し鉄損低減させる役割も担っている。また、良好な絶縁被膜はトランス製造工程においても重要であり、特に巻きトランスの場合は方向性電磁鋼板に曲げ加工が加えられるため、被膜が剥離することがある。従って、被膜には優れた被膜密着性も要求される。
【００１５】
特許文献８には、脱炭焼鈍仕上焼鈍後にＭｇＯを主成分とする焼鈍分離剤の塗布量を５ｇ／ｍ²以上とする方法、特許文献９にはＩｇ−ｌｏｓｓ値を０．４〜１．５％とする方法やＭｇＯの添加物として、特許文献１０では、ＳｎＯ₂，Ｆｅ₂Ｏ₃，Ｆｅ₃Ｏ₄，ＭｏＯ₃を０〜１５重量部添加し、さらにＴｉＯ₂を１．０〜１５重量部添加する方法が開示されている。
【００１６】
【特許文献８】
特開平８−２５３８１９号公報
【特許文献９】
特開平１０−２５５１６号公報
【特許文献１０】
特開２０００−９６１４９号公報
【００１７】
しかし、鋼中にＢｉを含有する場合には，上述した方法により均一に一次被膜を形成させることは困難であり、さらに被膜張力を有する絶縁皮膜を塗布した場合に密着性が劣化する問題があり、工業的に安定生産するに至っていない。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
以上の従来の製造方法では、極めて鉄損が優れ、かつＢ8 ≧１．９４Ｔの極めて高い磁束密度を有する方向性電磁鋼板において、高磁場特性に優れ且つ密着性が良好な一次被膜を安定して得ることが困難であった。すなわち本発明は、従来の方向性電磁鋼板にも増して高磁場特性と被膜密着性とに優れた方向性電磁鋼板を提供しようとするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するため、その要旨とするところは以下の通りである。
（１）質量で、Ｓｉ：２〜７％を必須成分として含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板であって、最終仕上焼鈍後の地鉄にＢｉを含まず、最終仕上焼鈍後の地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度が質量で０．０８ppm 以上４２０ppm 以下存在することにより、Ｗ17/50 （Ｂ8：１．７Ｔ、５０Hzの励磁条件下でのエネルギー損失）に対するＷ19/50 （Ｂ8：１．９Ｔ、５０Hzの励磁条件下でのエネルギー損失）比率Ｗ19/50 ／Ｗ17/50 ＜１．８で、かつ、２０mm径の曲率曲げに際し被膜剥離の生じる割合（％）が２５％未満であることを特徴とする一方向性電磁鋼板。
ここで、地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度とは、二次イオン質量分析法による測定においてバルクのＦｅの二次イオン強度が５０％となるスパッタ時間でのＢｉ⁺二次イオン強度を濃度に換算した値をいう。
（２）質量で、Ｓｉ：２〜７％を必須成分として含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板であって、地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度が質量で０．１ppm 以上１００ppm 未満存在することを特徴とする前記（１）記載の一方向性電磁鋼板。
【００２０】
（３）磁束密度Ｂ8 が１．９４Ｔ以上の極めて高い値を有することを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の一方向性電磁鋼板。
（４）磁区制御後にＷ19/50 ／Ｗ17/50 ＜１．６となる極めて高磁場での劣化率の少ないことを特徴とする前記（１）乃至（３）の何れか１項に記載の一方向性電磁鋼板。
（５）磁区制御後にＷ19/50 ≦１．２Ｗ／kgとなる極めて高磁場での鉄損に優れる前記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の一方向性電磁鋼板。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明について詳細に説明する。
本発明者らは、高磁場鉄損に優れ、一次被膜密着性の良好な一方向性電磁鋼板を開発すべく鋭意研究を重ねた結果、鋼中にＢｉを含有させて、一次被膜形成と｛１１０｝＜００１＞方位を発現させる二次再結晶焼鈍中に、一次被膜と地鉄界面中のＢｉ濃度を制御することが極めて重要であることを見出した。
【００２２】
そこで、本発明者らは、超高磁束密度一方向性電磁鋼板の製造方法を種々変更した結果、鋼中にＢｉを含有させ一次再結晶焼鈍ないし脱炭焼鈍の昇温速度を１００℃／秒以上とする場合に昇温時の雰囲気とそれに引き続く均熱条件を種々変更し、最終仕上焼鈍を施した後の製品の磁気特性及び被膜密着性の関係を調査した結果、製品に優れた両特性をもたらすグラス被膜構造は従来の一方向性電磁鋼板と異なる特徴を有していることを見出した。すなわち、地鉄と一次被膜界面に微量に存在するＢｉと高磁場鉄損及び二次被膜密着性には密接な関係が存在する。
【００２３】
まず、Ｂｉの分析方法について説明する。地鉄と一次被膜界面に微量に存在するＢｉは、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ:Secondary Ion Mass Spectrometry）により検出および定量化することが可能である。
【００２４】
ＳＩＭＳの測定法について以下に詳細に説明する。ＳＩＭＳにより一次被膜中および地鉄と一次皮膜の界面近傍におけるＢｉを分析する場合、Ｆｅ，ＭｇおよびＳｉなどからなる分子イオンの妨害を除去することが必要である。質量分解能が５００以上となる条件で測定することによりＢｉと妨害イオンの質量分離が可能であり、好ましくは質量分解能を１０００以上となる条件で測定する。そのため質量分解能の高い二重集束型質量分析器を有するＳＩＭＳが好適に用いられる。一次イオンビームとして¹⁶Ｏ₂ ⁺イオンビームを用いる場合はＢｉ⁺二次イオンを検出し、Ｃｓ⁺イオンビームを用いる場合はＢｉ^-あるいはＣｓＢｉ⁺二次イオンを測定することにより、微量なＢｉを高感度に検出することが可能となる。測定する深さおよびＢｉ濃度から、一次イオンビームの種類、エネルギー、照射面積、および電流量を決定する。
【００２５】
次に、Ｂｉの定量法について以下に詳細に説明する。ＳＩＭＳ測定により得られるＢｉ二次イオン強度からＢｉの濃度を求める方法として、Ｓｉウエハ中のＢの定量法を規定したＩＳＯ１４２３７と同様の手法を用る。標準試料は、Ｂｉ無添加材の表面を地鉄と一次被膜の界面から約１０μｍの厚さほど地鉄を研磨して鏡面仕上げした鋼板に、既知のエネルギーでＢｉを所定の照射量ほどイオン注入して作製する。また、Ｂｉの相対感度係数を算出するためのマトリックス強度は、一次被膜をスパッタリングした後の地鉄中で測定する。²⁸Ｓｉ₂分子イオンによる妨害を除去するため、¹⁶Ｏ₂ ⁺一次イオンビームを用いて正の二次イオンを検出する場合は⁵⁴Ｆｅ⁺二次イオン強度をマトリックス強度として用い、Ｃｓ⁺一次イオンビームを用いて負の二次イオンを検出する場合は⁵⁴Ｆｅ^-二次イオン強度を、正の二次イオンを検出する場合は⁵⁴Ｆｅ⁺二次イオン強度を用いる。
【００２６】
一次被膜中と地鉄中ではＢｉの二次イオン化率、スパッタレートおよび相対感度係数などは異なり、また一次被膜厚さの不均一性および地鉄と一次被膜の界面が平坦でないなどの理由により、一次被膜表面から地鉄内部にわたるＢｉの濃度分布を厳密に求めることは極めて困難であるが、上記標準試料の地鉄内部におけるＢｉの相対感度係数を用いて、一次被膜から地鉄内部にわたるＢｉ二次イオン強度分布を見かけのＢｉ濃度分布に換算することが可能である。本発明では、上記見かけのＢｉ濃度をＢｉ濃度として定義する。
【００２７】
図１に板厚０．２３mmの方向性電磁鋼板の最終仕上焼鈍後、すなわち絶縁皮膜コーティングを施す前の鋼板、もしくは絶縁コーティングを除去した鋼板の、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）によるＢｉ⁺プロファイルの概念図を示す。
図１において、Ｆｅの二次イオン強度がバルクより少ない側（鋼板表層側）でＢｉ濃度はピーク値を取る。一次被膜と地鉄は入り組んだ構造をしているため、Ｆｅのプロファイルは表層から徐々に立ちあがった後一定値をとる。
本発明では、このバルクのＦｅの二次イオン強度が５０％となるスパッタ時間でのＢｉ⁺二次イオン強度が検出（カウント）された場合を、一次被膜と地鉄界面にＢｉが存在することと定義する。さらに定量化する場合、本発明では、このバルクのＦｅの二次イオン強度が５０％となるスパッタ時間でのＢｉ⁺二次イオン強度から換算したＢｉ濃度を一次被膜と地鉄界面のＢｉ濃度と定義する。
【００２８】
以上のようにして得られた地鉄と表層被膜の界面に存在するＢｉ濃度は製造方法により変化しうる。
そこで、０．２３mm厚の方向性電磁鋼板につき、この地鉄と一次被膜界面に存在するＢｉ濃度、Ｗ17/50 、Ｗ19/50 及び被膜密着性を測定した。鉄損はレーザーによる磁区細分化処理後で評価し、被膜密着性は、２０mm径の曲率曲げに際し被膜剥離の生じない割合（％）で評価した。図２に地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度と鋼板のＷ17/50 ，Ｗ19/50 ，被膜の密着性との関係を示す。Ｂｉ濃度が０．０８ppm 以上でＷ19/50 ＜１．２Ｗ／kgと良好な高磁場鉄損が得られ、４２０ppm 以下では一次被膜剥離が生じにくくなり、被膜密着性が改善されていることを示す。さらには、０．１ppm 〜１００ppm では、特に良好な高磁場鉄損が得られ、被膜密着性も良好であることが判明した。
【００２９】
図３に地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度とＷ19/50 ／Ｗ17/50 との関係を調査した結果を示す。Ｗ19/50 ／Ｗ17/50 はＷ17/50 に対するＷ19/50 の劣化の程度を表す。図３より明らかなように、地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度が０．０８ppm 以上４２０ppm 以下の範囲で、劣化率が１．６より小さいことが判明した。さらには、０．１ppm 〜１００ppm で特に劣化率が小さい。
【００３０】
地鉄と一次被膜界面に存在するＢｉ濃度と高磁場鉄損及びグラス被膜密着性の間に上記のような相関が存在する理由は定かではないが以下のように考えられる。
ＭｇＯ塗布後に引き続き施される仕上焼鈍工程の役割は、一次被膜形成、二次再結晶発現と鋼中の不純物を除去する純化焼鈍である。
一次被膜は脱炭焼鈍において鋼板表面に形成されたＳｉＯ₂が、その後に塗布された焼鈍分離剤と最終仕上焼鈍工程において反応して得られる。一般的に焼鈍分離剤はＭｇＯを主成分としたものが用いられ、ＳｉＯ₂と反応してＭｇ₂ＳｉＯ₄となる。
【００３１】
この際、一次被膜と鋼板との密着性はその界面構造によって決定されると考えられ、一次被膜と鋼板界面が入り組んだ構造となっている場合には、一次密着性は良好となる。一方で、一次被膜と地鉄の界面が入り組みすぎると、この入り組んだ界面構造によるアンカー効果のために被膜密着性は良好となるが、従来品ではこの一次被膜アンカーの深さは問題ではなかったが、超高磁束密度材である本発明の一方向性電磁鋼板では極めて重要な影響を及ぼし、特に高磁場での鉄損を劣化させる。従って、高磁場鉄損を良好とし、密着性を確保するためには、一次被膜と地鉄界面の構造を最適化する必要がある。この界面の構造に、一次被膜と地鉄の界面に存在する微量Ｂｉが重要な役割を果たす。
【００３２】
Ｂｉは高磁束密度化するのに必須な元素であるが、製品の地鉄中に残存すると磁気特性を劣化させるため、二次再結晶発現後、すなわち一次被膜形成過程あるいは形成後に鋼中からガス状あるいは化合物として除去を行う。この時、Ｂｉは地鉄中から一次被膜と地鉄の界面を通過して除去されるが、一次被膜と地鉄の界面に所定以上のＢｉが濃化すると、Ｂｉが一次被膜と低融点化合物を形成するために一次被膜と地鉄界面の構造が平滑化して、界面での磁壁のピンニングがなくなり、高磁場鉄損が良好となると推定される。
【００３３】
界面に存在するＢｉ量をある程度確保するためには、脱Ｂｉが生じる前あるいは脱Ｂｉが生じている間でＢｉの拡散を抑制するために、界面を入り組まない構造にすることが重要であると考えられる。地鉄と一次被膜の界面が入り組んだ構造の場合は、拡散界面の面積が多くなるため、脱Ｂｉサイトが増えて脱Ｂｉが促進される。その結果、界面のＢｉ濃度が低下するため界面は入り組んだ構造のままとなる。一方で、界面の面積が狭くＢｉが濃化しすぎると、地鉄と一次被膜界面が平滑化しすぎて、一次被膜と地鉄間のアンカー効果が消失し、被膜密着性が劣化する。さらには皮膜張力が低減するために、張力による鉄損低減効果が薄れ、磁気特性も劣化すると考えられる。
【００３４】
この考えに基づき本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、脱Ｂｉ時の一次皮膜と地鉄との界面構造を変えるためには、脱炭焼鈍における初期酸化膜形成状態を制御して一次被膜と地鉄界面のＢｉ濃度を最適化することが有効であることを見出した。
【００３５】
本発明者らは、１００℃／秒以上の急速に加熱したときに表層部に生じるＳｉＯ₂を主体とする初期酸化層は加熱時あるいは加熱直後の雰囲気条件と加熱直後の均熱時間に大きく依存し、引き続く脱炭焼鈍での内部酸化層構造およびＭｇＯ塗布後の仕上焼鈍での一次被膜構造に大きく影響することを見出した。さらにこの一次被膜構造が、１０００℃以上の高温から始まる脱Ｂｉ挙動に影響を及ぼし、一次被膜と地鉄の界面構造を最適化することを見出した。
【００３６】
本発明の製品の良好な一次被膜特性は、脱炭焼鈍の昇温速度を１００℃／秒とし、かつ昇温及びそれに引き続く均熱初期の雰囲気を制御することにより得られたものである。脱炭焼鈍の昇温速度を従来に比較して、１００℃／秒以上に急速に加熱したときに生じる酸化膜は、特開２０００−２０４４５０号公報段落〔００３５〕に記載されるように、昇温過程の雰囲気が殆どの場合、平衡論的には有害なＦｅＯ生成領域にあるにも関わらず、これらのＦｅ系の酸化物を殆ど形成せず、ＳｉＯ₂を主体とする酸化層となり、非平衡論的側面が極めて強いことが開示されている。
【００３７】
本発明者らは、さらに調査を行った結果、Ｂｉを添加した場合は、急速に昇温した後で脱炭焼鈍前に適度に均熱した方が良好な一次被膜が得られることを見出した。急速に昇温した場合はＳｉＯ₂を主体とする酸化層が形成されるが、加熱直後に保持する均熱条件により、ＳｉＯ₂量が変化する。このＳｉＯ₂量は表層部のＳｉＯ₂の被覆率を表していると推定され、均熱時間が長すぎたりＰ H₂O が高すぎるとＳｉＯ₂被覆率が多すぎ、内部酸化層が深くなりすぎる傾向にあり、脱Ｂｉが促進され内部酸化層構造が入り組みすぎた構造となり、磁束密度が低下し、高磁場鉄損を劣化させる。
【００３８】
一方で、均熱時間が少ない場合や、Ｐ H₂O が低い場合は、この被覆率が少なく、通常の脱炭焼鈍で得られる内部酸化膜と大差ないものとなり、その後の仕上焼鈍中で一次被膜と地鉄界面が入り組まず、脱Ｂｉが促進されずに界面にＢｉが濃化して、一次被膜密着性を劣化させる。従って、均熱時間やＰ H₂O を制御することにより初期酸化膜であるＳｉＯ₂被覆率を適正化することが重要であることが明らかとなった。
【００３９】
次に本発明の成分条件について説明する。
Ｓｉは鋼の電気抵抗を高めて鉄損の一部を構成する渦電流損失を低減するのに極めて有効な元素であるが、２％未満では製品の渦電流損失を抑制できない。また、７．０％を超えた場合では、加工性が著しく劣化して常温での冷延が困難になるので好ましくない。
【００４０】
次に本発明の鋼板製造に際し、一次被膜安定製造と鉄損改善の方法について説明する。
本発明の鋼板製造に際し、さらに以下の成分を含有させることができる。
Ｃは０．０３％未満では、熱延に先立つスラブ加熱時において結晶粒が異常粒成長し、製品において線状細粒と呼ばれる二次再結晶不良を起こすので好ましくない。一方、０．１５％を超えた場合では、冷延後の脱炭焼鈍において脱炭時間が長時間必要となり経済的でないばかりでなく、脱炭が不完全となりやすく、製品での磁気時効と呼ばれる磁性不良を起こすので好ましくない。
【００４１】
Ｍｎは二次再結晶を左右するインヒビターと呼ばれるＭｎＳ及び、またはＭｎＳｅを形成する重要な元素である。０．０２％未満では、二次再結晶を生じさせるのに必要なＭｎＳ，ＭｎＳｅの絶対量が不足するので好ましくない。また、０．３％を超えた場合は、スラブ加熱時の固溶が困難になるばかりでなく、熱延時の析出サイズが粗大化しやすくインヒビターとしての最適サイズ分布が損なわれて好ましくない。
【００４２】
Ｓ及び、またはＳｅは上述したＭｎとＭｎＳおよび、またはＭｎＳｅを形成する重要な元素である。上記範囲を逸脱すると充分なインヒビター効果が得られないので０．００１〜０．０４０％にするのが良い。
【００４３】
酸可溶性Ａｌは、高磁束密度一方向性電磁鋼板のための主要インヒビター構成元素であり、０．０１０％未満では、量的に不足してインヒビター強度が不足するので好ましくない。一方０．０６５％を超えるとインヒビターとして析出させるＡｌＮが粗大化し、結果としてインヒビター強度を低下させるので好ましくない。
【００４４】
Ｎは上述した酸可溶性ＡｌとＡｌＮを形成する重要な元素である。上記範囲を逸脱すると充分なインヒビター効果が得られないので、０．００３０〜０．０１５０％にするのが好ましい。
【００４５】
さらに、Ｓｎについては薄手製品の二次再結晶を安定して得る元素として有効であり、また二次再結晶粒径を小さくする作用もあるため、添加しても良い。この効果を得るためには、０．０５％以上の添加が必要であり、０．５０％を超えた場合にはその作用が飽和するのでコストアップの点から０．５０％以下にするのがよい。
【００４６】
ＣｕについてはＳｎ添加鋼の一次被膜形成安定化元素として有効である。０．０１％未満では効果が少なく、０．４０％を超えると製品の磁束密度が低下するので好ましくない。
【００４７】
Ｓｂおよび、またはＭｏについては薄手製品の二次再結晶を安定して得る元素として有効であるため、添加しても良い。この場合、この効果を得るためには、０．００３０％以上の添加が必要であり、０．３０％を超えた場合にはその作用が飽和するのでコストアップの点から０．３０％以下にする。
【００４８】
Ｂｉは本発明であるＢ8 ≧１．９４Ｔの超高磁束密度一方向性電磁鋼板の安定製造において、そのスラブ中に必須含有の元素であり、磁束密度向上効果を有する。０．０００５％未満ではその効果が充分に得られず、また０．０５％を超えた場合は磁束密度向上効果が飽和するだけでなく、熱延コイルの端部に割れが発生するので好ましくない。
【００４９】
成分を調整した超高磁束密度方向性電磁鋼板製造用溶鋼は、通常の方法で鋳造する。次いで通常の熱間圧延によって熱延コイルに圧延される。
【００５０】
引き続いて、熱延板焼鈍後仕上げ冷延、あるいは中間焼鈍を含む複数回の冷延、あるいは熱延板焼鈍後中間焼鈍を含む複数回の冷延によって製品板厚に仕上げるわけであるが、仕上げ冷延前の焼鈍では結晶組織の均質化と、ＡｌＮの析出制御を行う。
【００５１】
以上最終製品厚まで圧延されたストリップに、脱炭焼鈍を施す。
最終板厚まで冷延された鋼板を脱炭焼鈍する前に、７００℃以上の温度域へ１００℃／ｓ以上の加熱速度により加熱したのち７００℃以上の均熱時間を１〜２０秒間とし、かつこの温度域の雰囲気構成成分をＨ₂Ｏと不活性ガス、もしくはＨ₂ＯとＨ₂、Ｈ₂Ｏと不活性ガスとＨ₂とし、かつＨ₂Ｏ分圧が１０^-4〜６×１０^-1とする。
【００５２】
この加熱速度については、初期酸化膜形成に重要な２０〜７００℃以上の最高到達温度までの平均加熱速度を示すが、特に３００℃〜７００℃までの加熱速度が重要であり、この部分の平均加熱速度が１００℃／ｓより遅いと、一次被膜密着性が劣化する。最高到達温度は７００℃以下ではＳｉＯ₂層が形成されないため７００℃を下限とする。このような、高い昇温速度を達成するためには、加熱方法として、誘導加熱や通電加熱を採用するのがよい。
【００５３】
急速昇温された直後で脱炭焼鈍前に行われる均熱において述べる。均熱温度が７００℃以下の場合、適性なＳｉＯ₂が形成されないため、均熱温度は７００℃以上とする。均熱時間が２０秒を超える場合やＨ₂Ｏ分圧が６×１０^-1を超えると、ＳｉＯ₂量が十分確保されるが、脱Ｂｉが促進されすぎ一次地被膜と地鉄の界面構造が複雑となり、高磁場鉄損が劣化する。一方で、均熱時間が１秒未満のときや、Ｈ₂Ｏ分圧が１０^-4未満の場合は、適性なＳｉＯ₂量が確保できないために、脱Ｂｉが促進されずに界面にＢｉが濃化し過ぎ、被膜密着性を劣化させる。また、この雰囲気は昇温とそれに引き続く均熱において上記範囲内であれば、変えても構わない。
【００５４】
次に脱炭焼鈍を行うが、上記加熱処理を昇温に組み込んでも構わない。
上記均熱後に引き続く脱炭焼鈍の雰囲気は通常と同様である。すなわち、Ｈ₂とＨ₂ＯもしくはＨ₂とＨ₂Ｏと不活性ガスの混合雰囲気とし、Ｐ H₂O ／Ｐ H₂を０．１５から０．６５の範囲とする。尚、脱炭焼鈍後の残留炭素量は、通常の場合と同様に５０ppm 以下とする必要がある。ＡｌＮのみをインヒビターとして用いる場合には、脱炭焼鈍後にアンモニア含有雰囲気中で焼鈍することにより鋼板を窒化し、この段階でインヒビター形成を行ってもよい。
【００５５】
脱炭焼鈍後、鋼板にＭｇＯを主体とする焼鈍分離剤を塗布乾燥するが、この際ＭｇＯ中にＴｉＯ_２を１〜４０％程度添加しても良く、好ましくは塗布量を片面あたり５ｇ／ｍ² 以上とする。
【００５６】
さらに、一次被膜形成、二次再結晶、純化を目的として１１００℃以上の最終仕上焼鈍を行う。多くの場合、最終仕上焼鈍後、一次被膜の上にさらに絶縁皮膜を施す。特に燐酸塩とコロイダルシリカを主体とするコーティング液を焼き付けることによって得られる絶縁被膜は、鋼板に対する付与張力が大きく、更なる鉄損改善に有効である。
さらに、上記一方向性電磁鋼板に、レーザー照射、プラズマ照射、歯型ロールやエッチングによる溝加工等のいわゆる磁区細分化処理を施しても構わない。
【００５７】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す化学成分系を含み２．３mm厚にまで熱間圧延させて熱延板に１１００℃で１分間焼鈍を施した。この後、冷間圧延により最終板厚０．２２mmにまで圧延した。
さらに、得られたストリップを脱炭焼鈍する際、昇温及び均熱段階で雰囲気は表２に示す条件でそれぞれ実施した。この時の加熱速度は表２に示す条件で８５０℃まで昇温した後、引き続き８５０℃で均熱処理を行った。
この後、８４０℃の均一温度、湿潤水素中で脱炭焼鈍し、ＭｇＯを主成分とした焼鈍分離剤を塗布した後、１２００℃に２０時間、水素ガス雰囲気中で高温焼鈍を行った。得られた鋼板の余剰ＭｇＯを除去し、形成されたフォルステライト被膜上にコロイダルシリカと燐酸塩を主体とする絶縁皮膜を形成し、製品とした。
【００５８】
ＳＩＭＳ測定は、ＣＡＭＥＣＡ社製ｉｍｓを用いた。測定は、加速電圧８kVで照射電流１１０nAの¹⁶Ｏ₂ ⁺一次イオンビームを１２５μｍ四方の領域に照射し、質量分解能が約２０００となる条件で行った。
得られた諸特性を表２に示した。本発明条件を満足するコイルＥ〜Ｊは、被膜特性と磁気特性に優れた方向性電磁鋼板となっている。
【００５９】
【表１】

【００６０】
【表２】

【００６１】
（実施例２）
実施例１で被膜密着性が良好であった、Ｆ，Ｈ，Ｇに５mmピッチでレーザーを照射した。その結果を表３に示す。
表３で明らかなように、本発明材は磁束密度が極めて高いために、磁区細分化により、従来法では得られないような鉄損特性を得ることができた。
【００６２】
【表３】

【００６３】
【発明の効果】
本発明により、高磁場鉄損と被膜特性優れ、かつ磁気特性の極めて良好な方向性電磁鋼板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】方向性電磁鋼板の二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）におけるＦｅとＢｉのプロファイルの概念図。
【図２】地鉄−一次被膜界面のＢｉ濃度と被膜剥離の発生しない比率とＷ17/50 とＷ19/50 との関係を示す図。
【図３】地鉄−一次被膜界面のＢｉ濃度とＷ19/50 ／Ｗ17/50 との関係を示す図。

Claims

質量で、Ｓｉ：２〜７％を必須成分として含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板であって、最終仕上焼鈍後の地鉄にＢｉを含まず、最終仕上焼鈍後の地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度が質量で０．０８ppm 以上４２０ppm 以下存在することにより、Ｗ17/50 （Ｂ8 ：１．７Ｔ、５０Hzの励磁条件下でのエネルギー損失）に対するＷ19/50 （Ｂ8 ：１．９Ｔ、５０Hzの励磁条件下でのエネルギー損失）比率Ｗ19/50 ／Ｗ17/50 ＜１．８で、かつ、２０mm径の曲率曲げに際し被膜剥離の生じる割合（％）が２５％未満であることを特徴とする一方向性電磁鋼板。
ここで、地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度とは、二次イオン質量分析法による測定においてバルクのＦｅの二次イオン強度が５０％となるスパッタ時間でのＢｉ⁺二次イオン強度を濃度に換算した値をいう。
質量で、Ｓｉ：２〜７％を必須成分として含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる一方向性電磁鋼板であって、地鉄と一次被膜界面のＢｉ濃度が質量で０．１ppm 以上１００ppm 未満存在することを特徴とする請求項１記載の一方向性電磁鋼板。
磁束密度Ｂ8 が１．９４Ｔ以上の極めて高い値を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の一方向性電磁鋼板。
磁区制御後にＷ19/50 ／Ｗ17/50 ＜１．６となる極めて高磁場での劣化率の少ないことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の一方向性電磁鋼板。
磁区制御後にＷ19/50 ≦１．２Ｗ／kgとなる極めて高磁場での鉄損に優れる請求項１乃至４の何れか１項に記載の一方向性電磁鋼板。